膝关节运动学

膝关节组成
膝关节活动范围
（1）膝屈曲的 范围依髋关 节的位置而
膝关节四个轴
异，同时还 要看是被动 还是主动。
（2）膝关节的运动非常复杂。胫股关节的运动包括四 个轴方向的运动。此外还有髌股关节之间的运动。 A.水平轴：屈伸活动；B.垂直轴：内外旋活动；C.矢 状轴：内收外展活动；D.前后位水平移动。
1）膝关节的屈伸运动
膝关节屈伸时，伴有扣锁 运动。膝关节伸直30°时 扣锁运动开始，并导致胫 骨外旋，在伸直10°时达 到最大限度的旋转，此后 旋转的程度降低，直到完 全伸直为止，此时关节被 锁紧。
2）膝关节旋转运动 膝关节伸直时不能 旋转，屈曲90°约 有+/-30°活动范围。 这种旋转运动是伴 随膝关节屈伸活动 进行的，是不随意 运动。
②半月板功能： A．传导负载：减少膝关节 活动时，接触面不吻合， 使接触面积增大，压力分 布均匀。 B．维持稳定：加深胫骨髁 关节面，并在前后移动中， 始终使膝关节的接触面积 最大。 C．减轻震荡：起到一定的 缓冲作用，能吸收一定的 负荷震荡。
（2）半月板的血液供应 半月板由膝关节血 管支获得血运。其 周边部血运丰富， 中、内1/3在成年后 为少血管区或无血 管区。
2．单足站立时膝关节静力学分析
单足站立时，重力线与负重肢的负重 线（在膝以下与下肢力学轴重合）落 在膝关节上的一个接触点上，膝关节 外侧力与重力平衡，关节重力为二者 合力的结果。此时，作为臀大肌和阔 筋膜张肌的肌腱增厚愈合而成的髂胫 束起到重要的承重作用，它使髋关节 外展，膝关节伸直，在额状面上为主 要对抗重力的因素。
胫侧副韧带
前后交叉韧带 前交叉韧带在 伸膝时最紧 张，防止胫骨 前移和膝关节 过伸，后交叉 韧带在屈膝时 最紧张，防止 胫骨后移。
6．关节囊和滑膜囊
膝关节的关节囊薄 而松弛，滑膜层反 折形成滑膜囊和滑 膜襞。滑膜囊多位 于肌腱和骨之间， 减少运动时两者间 的摩擦；滑膜襞充 填于关节腔内，使 关节更为适合。
（3）维持髌股对合的平衡机制 膝关节周围很多因素均影响髌股关节的稳 定性，包括伸膝装置、支持带、肌力、股胫 角和股胫间的Screw-home机制、Q角、髌骨位 置、髁间槽发育程度、外力等，因此，良好 的髌股周围结构及其力学平衡，对维持髌股 的正常排列和稳定具有重要的作用。
Q角：是股四头肌肌力线和髌韧 带力线的夹角，即从髂前上棘到 髌骨中点的连线为股四头肌肌力 线，髌骨中点至胫骨结节最高点 连线为髌韧带力线，两线所形成 的夹角为Q角。 国人正常Q角为11°-18°，Q角随屈 膝角度而变化，反映了股四头肌 -髌韧带力线在骨骼髁间沟引导 下的肌力线关系。
①静力结构：髌 骨的内外侧支持带 是维持髌骨排列的 静力性平衡机制。 ②动力结构：股四 头肌内侧头和外侧 头收缩时的力学平 衡是保持运动中髌 股对合的动力结构。
（4）髌股关节的生物力学特点
①髌股关节的对合 膝关节伸直时，髌股关 节面是分离的，接触自 屈膝15°开始，屈膝30° 以内，髌股关节尚未进 入髁间沟内，易脱位。 屈膝超过30°，髌骨进入 股骨髁间沟内，相对稳定。 屈膝80°以上，形成“腱股接 触”。
（3）半月板运动的影响因素 内外侧半月 板与胫骨及 关节囊的附 着及与半月 板横韧带之 间形成的环 状结构又限 制了半月板 有过度外移。
（4）膝关节半月板损伤机制 • 外力：压迫、旋转、外展和内收、屈曲和伸直 • 机制：主要是间接暴力，多见于膝关节屈伸过程中同时又有
膝的扭转及外翻。
• 预后：边缘部损伤预后较好，中医中药治疗有一定效果。内
（1）力学轴： 从股骨头中心到踝 踝骨中心的连线， 在髁间结节穿过膝， 使髋、膝、踝三关 节中心的轴，偏离 垂直方向约3º。
（2）解剖轴：为贯穿股骨 干的直线，由近端向远 端离力学轴约6 º，而 髌骨解剖轴与下肢力学 轴一致，二轴与膝关节 相交时形成170º～175º 的钝角，称为膝部的生 理外翻角，正常时地心 引力经过膝关节中心， 重量均分在膝关节内侧 和外侧的结构上。
2．胫股关节的运动特征
（1）胫股关节运动范围： A.胫股关节的运动范围在矢状面内最大，膝完全伸直 到完全屈曲的范围是0°～140°左右； B.胫股关节在横面内的旋转活动，随膝完全伸直到屈 曲90°而有所增加； C.在额状面内可得到同样的模式。膝完全伸直时几乎 不可能有外展或内收。当膝屈曲到30°时，该面内 的运动增加，但不论在被动外展或被动内收时，其 最大运动也只有几度。同样，由于软组织的限制功 能，屈曲超过30°时，这个面内的运动减少。
（1）胫股关节的静力学分析 例：登楼梯时一腿上举，采用分离体法来估算另一负 重腿胫股关节上关节反力的最小值。 把小腿作为分离体与身体其它部分分开，画出爬梯状 态下的分离体图。从作用在分离体上所有的力中，定 出三个主要共面力，即：①地面反力（W与体重相 等）。②股四头肌通过髌腱施加的拉力（P）。③胫 骨平台上的关节反力（J即体重加肌作用力的反力）。 （1） 因为下肢处于平衡状态，故所有三个力的作用 线必相交于一点。由于小腿处于平衡，加上关节反力 J时，三角形必须闭合。
侧缘无血管区损伤应尽早手术。
• 预防：做好准备运动，增强膝关节周围肌力量，保持正确的
膝关节姿势和用力顺序。
5．膝关节的韧带 囊外韧带 囊内韧带
髌韧带
腓侧副韧带 两侧副韧带在伸 膝时紧张，屈膝 时松弛，故在伸 膝时易损伤。伸 膝时膝关节猛烈 外展，可致胫侧 副韧带部分或全 部撕裂，而过度 内收则可导致腓 侧副韧带损伤。
在这个例子中， 髌腱力（P）是 体重的3.2倍， 关节反力（J） 为体重的4.1倍。 可以看出，主要 肌力对于关节反 力值的影响远远 大于由体重产生 的地面反力。
作用在被设计为自由体 的下肢上的三个共面力 力的三角形
绕膝胫骨关节转动 中心力矩的分析
b a
作用在绕胫股关节转动 中心的两个主要力矩
（2）因为下肢处于平衡状 态，力矩和必须为零。 ΣM=0 在这个例子中，逆时针 方向的力矩被定义为正，则： W×a-P×b=0 W×a=P×b 力臂a和b的值能都从解剖 样本或软组织X光相片上测 量到，W的大小能从每个人 的体重获得，那么P的大小 就能从力矩平衡方程中得到： P=（W×a）/b
3）结合屈髋的屈膝
腘绳肌 屈髋时，腘绳 肌在髋部延 长，得到较 好的长度-张 力关系。
4）结合伸髋的伸膝
股四头肌伸膝时，腘 绳肌伸髋，两者协同。 闭链运动中，腘绳 肌和股四头肌协 同收缩来提高躯 干或降低躯干。
5）结合踝跖屈的屈膝
腓肠肌
6）结合踝跖屈的伸膝
股四头肌伸膝而 腓肠肌和比目鱼 肌跖屈踝关节。 常见于抬高脚趾 尖、跑步和跳跃 动作。
重点和难点
• 重点：胫股关节的形态与运动的关系、胫股关节 的运动特征、髌股关节的功能解剖、步行时胫骨 平台的反应力及辅助结构的作用、膝关节运动方 向、膝关节的轴 • 难点：单足站立时膝关节上的静力学分析、膝关 节的动力学分析
膝关节
股骨下端 1）构成： 胫骨上端 髌骨 2）囊外韧带 髌韧带 腓侧副韧带 胫侧副韧带 腘斜韧带
（三）膝关节的生物力学
膝关节传递载荷，参与运动，吸收震动，承受 压力，为小腿活动提供力偶。 膝关节是两个相互独立且相互抵消的统一： 1）要求膝关节在承受体重和有关杠杆力的作用 情况下，在全伸展位时有较大的稳定性。 2）要求在一定程度的屈曲下具有很大的活动性， 为了跑动以及足对不平整地面的适应。
1．膝关节的轴
3）囊内
前、后交叉韧带 内、外侧半月板
4）运动：
屈伸 旋内、旋外
（一）膝关节的组成和运动方向
1．组成
由胫股关节（内侧胫股关节面、外侧胫股关节 面）、髌股关节组成的双关节结构，三个关节面围 在同一关节囊内。
2．运动方向
在胫骨关节面三个平面内均可以发生运动，但是 运动幅度在矢状面最大，正常活动范围为0°～135°。
（2）胫股关节面运动： 在膝部，面关节运动发生在胫 骨髁与股骨髁之间和股骨髁与 髌骨之间。在胫骨髁与股骨髁 之间，面运动同时发生在所有 的三个平面上，但在横截面和 额状面上为最小。在股骨髁与 髌骨之间，面运动同时发生在 额状面和横截面两个面上。
3．髌股关节的功能解剖
（1）髌骨 髌骨为膝提供两个重要的生物力学功能：它在整 个运动范围内借延长股四头肌力臂帮助膝伸直；并以 增加髌骨与股骨间的接触面来改善股骨上的压力分布。 （2）关节软骨 髌股关节软骨是人体中最厚的软骨。最大厚度可 达7㎜。髌股关节软骨厚度并非均匀一致，软骨最厚 部分位于骨嵴处。60%位于髌骨外侧关节面，分布于 内侧者约20%。关节面软骨厚度变化特点有助于增加 髌股关节面的适合性。
7．膝关节周围肌 （1）伸膝肌
股四头肌 股四头肌非常 强大，能产生 超过450KG的 内力
（2）屈膝肌
腘绳肌：股二头肌、 半腱肌、半膜肌 腓肠肌：跖屈踝关 节和屈膝关节。 近固定时，足跖 屈，屈小腿；远 固定时，拉大腿 向后，协助伸膝。
（3）旋转膝关节肌
内旋肌：半腱肌、半 膜肌、股薄肌、腘 肌、缝匠肌 外旋肌：股二头肌
3）膝关节内收外展运动 膝关节内收外展活 动极小，随着屈 曲，外展与内收活 动也有所增加，在 充分伸直时仅约2°， 充分屈曲时可增加 到8°。
4）膝关节前后平移
屈膝时，股骨在胫骨上向后滑动，伸膝时向前滑动。
膝关节水平面内的运动及 内外旋受到矢状面位置的 影响。最大伸展时，旋转 运动受到胫骨和股骨节间 互锁的制约。弯曲达90° 时旋转幅度最大。弯曲大 于90°，由于软组织制 约，幅度下降。
人体运动学
膝关节运动学
复习
（一）组成和运动方向 （二）功能解剖
（三）生物力学
膝关节运动
膝关节骨性关节炎
教学基本要求
• 1．掌握胫股关节的形态与运动的关系、胫股关节的 运动特征、髌股关节的功能解剖、膝关节的半月板、 膝关节的韧带、膝关节的肌、单足站立时膝关节上的 静力学分析、步行时胫骨平台的反应力及辅助结构的 作用 • 2．熟悉膝关节组成和运动方向、膝关节囊和滑囊、 膝关节的轴、膝关节损伤和脱位 • 3．了解膝关节的动力学分析、全膝关节关节置换术 的功能锻炼