膝关节运动学

一、膝关节运动学

内容提要

教学基本要求

膝关节的组成和运动方向

（1）膝屈曲的范围依髋关节的位置而异，同时还要看是被动还是主动。

（2）膝关节属于椭圆滑车状关节，或称屈戍关节，但实际上膝关节的运动是非常复杂的。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。

（二）膝关节的功能解剖

在膝关节，弯曲常伴有一个微小而显著的转动，但是因为来自关节周围强有力的滑囊、韧带和肌的作用，它又有特殊的稳定性。膝关节周围的韧带只在紧张状态下加载，对关节起到被动支持作用。膝关节周围的肌也是在紧张状态下加载时对关节起到积极的支持作用。膝关节周围的骨起到支持作用，并且对抗压力载荷的作用。因此膝关节的功能稳定性来源于韧带的被动收缩，关节几何结构，肌的主动用力以及骨的承重作用。

1．胫股关节的形态与运动的关系

胫股关节分为内侧胫股关节和外侧胫股关节。外侧胫股关节面的前1/3为一逐渐上升的凹面，而后2/3则呈逐渐下降的凹面。内侧胫股关节面则呈一种碗形的凹陷。如此，凸起的股骨关节面和凹陷的胫骨关节面彼此吻合，使膝关节得以在矢状面上作屈伸活动；然而外侧胫骨关节面的特征凹陷结构又使得外侧胫股关节面并非完全吻合，从而允许膝关节的屈伸活动也不是同轴运动而是具有多个瞬时活动中心的运动。

胫股关节运动范围

（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，软骨最厚的部分位于骨嵴处。60%位于髌骨的外侧关节面，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。

（3）维持髌股对合的平衡机制

髌股关节稳定性的影响因素很多，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。

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：股四头肌收缩时各肌肉之间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

②髌股关节接触应力

A.平地行走时，髌股关节面之间的应力约为人体的一半；上、下楼时可达体重的3.3倍。

B.由于“腱股接触”的参与，有效地增大了接触面积，分担了髌股关节的接触压力，关节面的压强变化不大，对保护关节软骨的正常应力有重要意义。

③髌股关节的运动：胫骨和股骨间的轴向旋转运动，导致髌韧带附着处胫骨节结，出现内外侧移动，造成髌骨出现相对于股骨的旋转运动。在正常运动时，大约有内旋6°和外旋8°，如果运动范围增加还会增大。

4．膝关节的半月板

（2）半月板运动的影响因素

横韧带对半月板运动有限制作用。

内外侧半月板与胫骨及关节囊的附着

以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。

5．膝关节的韧带

（1）有关节囊外韧带和关节囊内韧带。即：髌韧带（patellar ligament）、腓侧副韧带（fibular collateral ligment）、胫侧副韧带（tibial collateral ligament）、腘斜韧带(oblique popliteal ligament)、膝交叉韧带（cruciate ligaments of knee）。

（2）众多韧带附着，以保证膝关节运动的稳定性。

（3）侧副韧带在膝关节完全伸直时被拉紧，关节只有处于这种状态时才易损伤。当膝关节被猛烈外展时，可导致胫侧副韧带部分或全部被撕裂，而过大的内收力量则可以导致腓侧副韧带损伤。

（4）在严重的内收或外展损伤时，交叉韧带可以与侧副韧带一起被撕断。前交叉韧带可以在膝关节猛烈过伸或胫骨向前脱位时被撕断。后交叉韧带则在后脱位时被撕断。假如两条交叉韧带都被撕断，膝关节就会出现不正常的前后移动；如果仅仅是向前移动的范围增大，表示前交叉韧带断裂或松弛，如向后移动的范围增大，则表示后交叉韧带断裂或松弛。6．关节囊和滑囊

（1）膝关节的关节囊薄而松弛，有很多隐窝，附于各关节面的周缘，周围与韧带相连接。（2）膝关节周围有许多的滑膜囊，膝关节囊的滑膜层是全身关节中最宽阔最复杂的，附着于该关节各骨的关节面周缘，覆盖关节内除了关节软骨和半月板以外的所有结构。滑膜位于膝关节囊的内面，起自关节软骨边缘，然后反折于关节囊内。

（3）在膝屈伸时，滑液从一个凹室流入另一个凹室来润滑关节面。在伸时，腓肠肌和腘肌囊受挤压，滑液受力驱使向前运动。在屈时，髌上囊在前群肌肉中受张力而被压缩，滑液受力向后运动。当关节处于半屈位置时，滑液处于最小张力压迫下。当受伤或得病时，关节腔中充盈过多的液体，半屈膝体位可以减少关节腔中的张力，有利于减少疼痛。

7．膝关节的肌

包绕膝关节的肌有：股四头肌、缝匠肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌和腓肠肌等等。

（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。

膝关节是最适合作为生物力学分析关节作用的关节。

1．膝关节的轴