06.第四章 关节的生物力学幻灯片

肘关节反力垂直向下为：T= Fm–G=45-
15=30N。 前臂屈曲在其他角
Fm
T dM
度时，计算过程相对复
杂。 2020/3/22
dG G
51
2.2 肘关节受力分析
Fm
⑵肘关节受力分析 患者使用手杖时，前臂屈曲30°
角，手杖反力为Fc=150N， L1=3cm，L2=36cm。计算此时肘 关节肌肉力及关节反力。
肌力及肘关节反力。 已知：肌力力臂dM=0.05m，重力力臂
dG=0.15m，前臂及手重量GF=m15N。
dM
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dG G
50
2.2 肘关节受力分析
⑵肘关节受力分析
解：肌力Fm几乎与前臂轴线垂直，据杠杆平衡 原理，Fm ×dM=G×dG ，FmG=dMdG =150.005.=1545N。
维护关节稳定性三因素： 关节面构造形式，骨骼的协调和稳定； 韧带维持的静态稳定作用； 关节周围的肌肉起到的动态稳定作用。
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第四章 关节的生物力学
分析关节运动及受力状态，主要包括三方面关
键因素：
关节瞬时旋转中心；
肌肉作用的起止点，
即肌肉力的大小和方向；
肌肉力或外力作用
下关节面受力情况。
间接连接又称 活动关节；特点： 灵活性强；功能： 传递力和运动。
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第四章 关节的生物力学
关节共同特性： 运动灵活性强：三维方向的屈曲和旋转，多种 运动同时发生； 关节囊摩擦系数很小，有较强的耐磨性； 有一定的强度、刚度，有一定的稳定性。
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第四章 关节的生物力学
精确计算过程比
Fm
以上复杂的多。
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Fm T
30N
G
30N
G
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2.2 肘关节受力分析
肘关节是由三个关节（肱尺关节、肱桡关节、 上尺桡关节）共同包裹在一个关节囊内组成的复 合关节，属蜗状关节。
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2.2 肘关节受力分析
肱骨下端与尺骨组成肱尺关节； 肱骨下端与桡骨组成肱桡关节； 桡骨和尺骨组成上桡尺关节。
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1.1 关节的基本结构
⑶关节腔 关节腔：关节囊滑膜层与关节软骨之间围成的潜
在性腔隙，也称滑膜腔。 内含少量滑液。 关节腔密闭呈负压，维持关
节稳定性有一定作用。
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1.1 关节的基本结构
⑷韧带
由致密的结缔组织构成，呈扁带状或条索状。
韧带弯曲超过生理范围
，可导致韧带延长或断裂。
⑵关节囊 关节囊：包在关节周围，为一结缔组织的膜性囊。 分内、外两层，外层为纤维
层，内层为滑膜层，纤维层和滑 膜层相连续。
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1.1 关节的基本结构
⑵关节囊 生物力学特征：某些关节，纤维层局部增厚，形
成韧带，加强关节的稳定性；滑膜层薄而光滑，含 有丰富的血管和淋巴管，能分 泌少量滑液，以润滑关节面和滋 养关节软骨，同时也有吸收作用。
外展、内收、旋内
、旋外、环转，三
维方向的广泛运动
。
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2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
肩 屈曲 0-170 后伸 0-60 外展 0-170 水平外展 0-40 水平内收 0-130 内旋 0-70 外旋 0-90
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2.1 肩关节受力分析
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2.2 肘关节受力分析
⑴肘关节结构的稳定性及运动幅度
其次为韧带结构：尺侧副韧带、桡侧副韧带、
环状韧带。侧副韧带提供两侧关节稳定性（内翻
和外翻）的50%，关节面承担50%。外侧稳定依
赖尺侧副韧带作用，桡骨
小头是第二重要预防肘
外翻的稳定结构。
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2.2 肘关节受力分析
⑴肘关节结构的稳定性及运动幅度
结节间沟，随肱骨内收
、外展、旋转活动上下
滑行，导致结节间沟变
窄的因素均可引起肱二
头肌腱鞘炎发生。
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2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度 关节盂呈梨形，上窄下宽，关节面为凹面，向
前、外、下方，盂表面 覆盖透明软骨，边缘镶 有纤维软骨为盂唇，增 加盂的深度。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑴影响关节运动幅度的因素
关节周围软组织性质：周围软组织对关节运
动幅度的影响始终存在。关节囊厚、紧，韧带和
筋膜多、强，肌肉
长度短，则运动幅
度小；相反，幅度
大。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑵关节运动测量方法 关节测角器：测量器测量时，测角器铰链按
⑵关节运动测量方法 电子法：把关节运动转化成电信号记录下来。
用两只可变电阻组装成的关节角度仪。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑵关节运动测量方法 计算关节运动幅度时，要确定运动的开始点。
运动开始点是关节开始运动时的位置。采用立正 姿势时各关节中立位为开始运动点。膝关节伸直 180°位、踝关节90°为其运动开始点。
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2.2 肘关节受力分析
⑵肘关节受力分析 前臂屈曲某一角度时，肌肉力
F（m 肱二头肌和肱肌）可分解为两个 S
分力：稳定力 S，沿前臂方向压紧肘 关节，起稳定作用；旋转力 ,R垂直
于前臂轴线，引起前臂旋转、屈伸。
Fm
R
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2.2 肘关节受力分析
S ⑵肘关节受力分析
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2.2 肘关节受力分析
关节囊纤维层在前、后方较薄弱，两侧韧带较 强。
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2.2 肘关节受力分析
⑴肘关节结构的稳定性及运动幅度 肘部的稳定因素主要有肱骨、肱骨远端、桡骨
小头、尺骨近端。尺骨冠状突（至少50%冠状突） 是保持肘关节稳定的不可或缺的结构。
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为了平衡手臂重
Fm
量，肌力 F m 平
Fm
行手臂，离关节
30N
中心3cm。
30N
G
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G
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2.1 肩关节受力分析
⑵肩关节受力分析
解：肩关节平抬并相对静止。
根据杠杆平衡原理，Fm×0.03=G×0.30，所以Fm=
30 0.30 0.03
=300N。
Fm
Fm
Hale Waihona Puke Baidu
30N
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第二节 人体关节的生物力学
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2.1 肩关节受力分析
肩关节由肩胛骨的关节盂和肱骨头构成，是典 型的球窝关节。肩关节松弛，关节腔宽大，韧带 少且弱，是不太稳定的关节，常发生脱位。
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2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
肱骨头为球形的关节面，肱二头肌长头腱跨过
韧带有连接两骨、增加
关节稳定性，限制关节运动
等作用。
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1.1 关节的基本结构
⑸关节内软骨
由纤维软骨构成，位于两骨
关节面之间，有关节盘和关节半
月板两种。
关节内软骨增加关节弹性
，减少骨面冲击和震荡，使关
节面互相适应，利于关节运动。
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1.1 关节的基本结构
⑹关节盂缘 纤维软骨环，
关节灵活性的表现是关节运动的幅度。 骨环节运动极限的范围叫关节运动幅度。关 节运动属于转动，运动幅度用角度表示。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑴影响关节运动幅度的因素
两关节面弧度差：肱尺关节
的肱骨滑车弧度330°，尺骨半月
切迹弧度为190°，屈伸方向上的
弧度差为140°，肱尺关节运动幅
G
30N
G
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2.1 肩关节受力分析
⑵肩关节受力分析
解：肩关节平抬并相对静止。
肩关节反作用力为T，T与Fm是一对作用力与反作用
力，与Fm大小相
Fm
等、方向相反，
Fm
T=300N。
T
30N
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G
30N
G
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2.1 肩关节受力分析
⑵肩关节受力分析
解：肩关节平抬并相对静止。
实际情况，三角肌肌力与臂不平行，成一定夹角，
2
第四章 关节的生物力学
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骨骼借助韧带、 肌肉和骨组织连接成 骨骼系统。
骨的连接方式 分为直接连接和间接 连接。
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第四章 关节的生物力学
直接连接又称不
动关节；特点：结构
牢固、坚韧性强、活
动范围小或完全不能
活动；功能：支持器
官或保护有关组织。
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第四章 关节的生物力学
L1
30°
L2
Fc
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2.2 肘关节受力分析
Fm
⑵肘关节受力分析
dM
解：使用手杖时，手臂是肱三头
肌力Fm所起的伸直力。
L1
根据力矩平衡原理Fm×dM=Fc×dc
Fm×0.03×cos60=150×0.36×cos60
Fm=1800N。
附着于关节窝的 周缘。
加深关节窝的 作用。
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1.1 关节的基本结构
关节灵活因素：关节面、关 节腔、滑膜层和关节腔内的滑液。
关节稳定因素：关节囊、韧 带、关节盂缘、关节腔内负压。
两个方面因素相互制约、相 互依存，实现关节运动功能。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
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第一节 关节结构的生物力学特征
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1.1 关节的基本结构
关节结构
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关节主要结构 关节辅助结构
关节面 关节囊 关节腔
韧带 内软骨 关节盂缘
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1.1 关节的基本结构
⑴关节面 关节面：构成关节的两根骨的相对面。 一凸一凹，互相适应。凸面为关节头，凹面为关
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2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
关节囊为纤维组织构成的松弛囊。囊松弛、盂
较浅，关节的稳固性依
赖韧带和盂肱关节周围
的肌肉群。但下方肌肉
较少，关节囊软弱，常
发生前脱位。
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2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
肩关节是灵活性最佳的一个关节。
前屈、后伸、
肘关节主要进行屈伸运动，幅度可达140°，
过伸可达10-20°。
桡尺部在垂直轴上
做旋前、旋后运动，幅
度为10-15 °，女性可
达25 °。
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2.2 肘关节受力分析
⑴肘关节结构的稳定性及运动幅度 肱骨滑车关节轴斜向下内，屈前臂时前臂与上
臂中轴之间产生约5-15°角，称提携角。超过正 常范围称肘外翻畸形，小于 正常范围称肘内翻畸形。
放位置始终一致。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑵关节运动测量方法 摄影法：照相摄影和X线摄影两种。照相摄影
法是在被测关节的固定臂和活动臂上分别贴两个 圆形标志点，用相机拍摄标志点连线在关节旋转 前后的两个标志点位置，通过数学计算方法计算 标志点连线之间的角度在旋转前后的变化。
节窝。关节面覆盖一层光滑的 透明软骨，称关节软骨。
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1.1 关节的基本结构
⑴关节面 生物力学特征：关节软骨使关节头和关节窝形态
更适应；表面光滑，面间有滑液，可减少关节面间 摩擦系数；软骨有弹性，可减 少骨面间的摩擦和缓冲撞击，增 加灵活性。
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1.1 关节的基本结构
度为140°。两关节面弧度差越大，
关节运动幅度越大。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑴影响关节运动幅度的因素 关节周围软组织性质：关节运动与关节面边
缘互相阻挡无关，运动幅度不受关节面弧度差影 响。影响关节运动幅度的主要 因素为关节周围韧带、筋膜、 关节囊、肌肉。
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设肌力的作用点与肘关节转动中 心距离为dR(常数），旋转力 随R臂 屈曲角度的变化而变化，肘屈曲接 近90°时， 最R 大。力 与R屈曲角度 成非线性关系。当接近90°时，力 增大R 较快。
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Fm
R
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2.2 肘关节受力分析
⑵肘关节受力分析 上臂垂直下垂、前臂屈曲90时，计算肱二头肌
第四章 关节的生物力学
郑州工业应用技术学院医学院 康复治疗学教研室 张华锴
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第一节 关节结构的生物力学特征
1.1 关节的基本结构
1.2 关节的运动幅度和测量方法
第二节 人体关节的生物力学
2.1 肩关节受力分析
2.2 肘关节受力分析
2.3 髋关节受力分析
2.4 膝关节受力分析
2020/3/22 2.5 踝关节受力分析
⑵肩关节受力分析
计算手臂平抬时，肌肉力及肩关节上产生的反
作用力大小。
在分析肩关
Fm
节受力情况时， 可将肩关节结构
Fm
30N
简化为杠杆系统。
30N
G
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G
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2.1 肩关节受力分析
⑵肩关节受力分析
假设：体重为600N，手臂重量为体重的1/20，
手臂重30N，重心作用在约离肱骨头中心30cm处。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑵关节运动测量方法 摄影法：照相摄影和X线摄影两种。照相摄影，
在被测关节固定臂和活动臂上分别贴两个圆形标 志点，用相机拍摄标志点在关节旋转前后的位置， 通过数学计算方法计算标志 点间的角度变化。
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1.2 关节的运动幅度和测量方法