膝关节生物力学简讲

简稿----膝关节外科的基础和临床

缘于膝关节病的高发和普遍性，以及越来越年轻化的趋势，使得临床越来越重视和进一步研究膝关节病。那么，要想准确无误的诊断和辨别本病是骨骼、肌肉、韧带、半月板、滑膜等具体部位病变，首先需要掌握的是膝关节的解剖结构、基本运动和运动特点。在此基础上再阐述一下膝关节的常见病，其病因、症状、体征、特殊和辅助检查等，从而完成常见膝关节病的诊疗工作。具体内容如下：

第一：滑膜关节生理运动功能的形态学基础

一、概述：膝关节属于滑膜关节，滑膜关节是骨连接的最高级分化形式，主要结构为：

1、骨端关节面

2、关节面上的关节软骨

3、关节囊

4、密闭的关节腔（少量积液）。

为了适应某些关节的运动机能，可有：1、韧带2、关节盘3、关节窝周缘的关节唇。膝关节属于屈戌关节，主要作屈伸运动。在半屈时，小腿可做旋转运动。

二、关节囊：呈袋状，附于关节面周缘的骨面，并于骨膜融合延续，它包围关节，使之与邻近结构分开。关节囊分两层：内层为滑膜，外层为纤维层。

1、滑膜：内表面光滑发亮，长向关节腔突起形成滑膜皱襞和绒毛。多数绒毛小而纤细，因年龄和部位的不同，其数量、大小也不同，或

因受伤及刺激绒毛增多增粗。

滑膜组成：

a)、被衬层：邻近关节腔，为滑膜内膜。约1-4层。

b）、基底层:称滑膜下组织或内膜下组织，外表面并入关节囊纤维层中。（不同关节或不同部位，其组织可有不同，但有丰富的血管及淋巴管，随着年龄的增大，血管可程玻璃样变性，正常情况下，小血管可以破裂，释放少量红细胞到关节腔，就是正常关节滑液中可能有少量红细胞的原因。其无神经末梢，但有血管外膜的自主神经纤维）滑膜类型：

a)、纤维性滑膜：监狱承受压力或覆盖于韧带、肌腱上的滑膜（此

类型滑膜下组织可有成群的胶原纤维）

b)、网隙型滑膜：见于可在关节囊被衬层的纤维部分上自由移动的

滑膜（此类型滑膜下组织有少量胶原纤维和丰富的纤维间组织）c)、脂肪型滑膜：覆盖于关节内脂肪垫上（此类型滑膜下组织主含

脂肪组织）

d)、中间类型：纤维网隙型、网隙脂肪型

滑膜功能：

a)制造和调节滑液---滑液的分泌作用，位于关节腔内（即结缔组织

间隙内）毛细血管紧靠关节腔，因此，就含有少量渗出液。还有滑膜细胞分泌的高粘度的透明质酸。（白蛋白及低分子蛋白质容易通过滑膜，在滑液渗透压中起重要作用）。滑膜是血循环和滑液间的双侧屏障。

b)、从关节腔排除滑液和碎屑---滑膜的吞噬作用（滑膜右吸收作用，

假如不能相应的移去关节腔内残存的物质，滑膜的分泌就无法继续）

吞噬方式：

a)、亲脂的小分子借助于单纯弥散，在滑膜内移动。由于滑膜细胞

之间存在的间隙，滑膜细胞无基底膜，滑膜有丰富的淋巴管及窗格状的毛细血管，均有利于关节腔与滑膜的物质交换。

b)、通过外衣或无外衣的微胞饮液泡和胞饮液泡，滑膜细胞与典型

吞噬细胞具有同样的吞噬能力。除了吞噬关节腔内的碎屑外，还有摄取橡胶体染料和注射到血循环中的特殊物质。

2、纤维层：

主要由平行与交叉排列的致密胶原纤维结缔组织，其两端与构成关节的骨的骨膜纤维相连续，形成鞘状结构。

三、骨（与膝关节有关系的理论）

1、概述：

骨是人体运动系统的主要部分，负担着机体的支撑、负重、和运动的功能，还有，保护内脏和维持机体内环境的功能。骨要对抗压力、拉力、和剪力。骨基质中的胶原纤维由于形成致密的束，具有强大的抗拉伸力；糖蛋白和骨盐承受压力；两者结合可以承受剪力。

a)骨的组织学：由骨组织、骨膜、关节软骨构成。骨内有骨髓腔、

内含骨髓。有丰富的血管，并有神经分布。

b)骨端松质骨：关节部位的骨端松质骨呈蜂窝状。

c)成骨细胞具有合成骨基质的作用：1、胶原蛋白的合成2、糖蛋白

的合成。成熟的成骨细胞有合成和分泌骨钙素的功能，骨钙素多沉积于骨内，少量进入血液循环。它具有维持骨的正常钙化速度，抑制异常羟磷灰石结晶形成以及抑制软骨钙化的作用。

d)骨细胞的功能：1、溶骨作用2、成骨作用

e)破骨细胞的功能：1、破骨作用2、应血清和机体体液的低钙水平

而引起骨钙的释放。（破骨细胞的破骨活动相当活跃，1个破骨细胞可以侵蚀溶解约100个成骨细胞所形成的骨质）。影响破骨细胞功能的因素为甲状旁腺素（增强破骨细胞的活力及数量）和降钙素（抑制骨吸收的作用）。

f)骨膜：骨外膜上有丰富的血管、淋巴管和神经。

2、骨的生物力学性能

a、骨的承载能力、强度、刚度、稳定性。

b、静载荷和动载荷

c、内力和变形：骨骼受力所产生的变形有五种，即：拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转。

d、弹性与塑性

e、应力

3、骨的功能：讲两点

a、骨端松质骨：以朝向关节面的拱形骨小梁套叠与相连的结构为特征。在肢体静载荷和动载荷下有良好的承载能力。

B、关节软骨及软骨下骨质所具有的顺应性是关节得以长久传导载荷

而不出现退变的重要基础。

四、关节软骨

1、关节软骨属于透明软骨，本身没有血管，其营养由软骨膜内的毛细血管供应，也可借助于滑液得到营养。在滑液关节内关节软骨具有光滑、弹性、耐磨的特性及传导载荷（主要功能）、吸收震荡、润滑关节及保存接触应力于可接受的低水平等功能。

a、关节软骨组织学：正常关节软骨厚约1-5mm，浅蓝白色，

半透明。水：约占软骨重量的70-80%；

b、蛋白多糖：蛋白多糖亚单位、透明质酸、连锁蛋白

2、关节软骨的表面结构：（真正的正常和理想状态的区别）

3、关节软骨的生物力学性能：滑膜关节具有一定的可动范围。

所谓关节软骨弹性，就是物体在变形后恢复到变形前的形状

和尺寸的能力。

4、半月板：（切除半月板膝关节摩擦系数增加20%）

主要功能：

a、加强膝关节的协调性

b、传递载荷

c、维护关节稳定

d、吸收震荡

e、润滑关节

f、减少接触应力

g、防止膝关节过伸与过屈