髋关节解剖及生物力学 hip

(2)单腿站立时的静力学分析

单足站立时，站立侧股骨头承重为体重的4 倍。这就是Pauwels理论的主要内容。
人体在单足站立时可认为是一个类似杠杆的结构。股骨头是杠杆的支
点，在额状面，由股骨头到髋外展肌的力臂与其到骨盆侧的重臂的比约 为1：3，故两端的承重比为3：1，即外展肌需承受3倍于体重（P）的 重量（3P）。要保证平衡，需各方向的力应大小相等、方向相反，因此， 从承重方面来讲，股骨头处承重应约为体重的4倍（4P）。
（2）内收、外展：髋关节在额状面内绕矢状轴的运动。 范围：内收范围一般只有0°～45°，外展0°～45°。 测量方法：下肢向躯干正中线靠拢为内收，远离躯干正中 线为外展。
（3）内旋、外旋：髋关节在水平面内绕纵轴旋转。 范围：内旋、外旋范围分别为0°～45°，但旋外运动 大于旋内运动。 髋关节的内收和外旋运动有下列三种体位测量方法： A.髋膝伸直位：下肢伸直位，肢体（股骨）内旋或外旋 B.仰卧屈髋屈膝90°位：以股骨头为中心的股骨轴旋转 C.俯卧伸髋屈膝90°位：以股骨头为中心的轴向旋转
限制外展 外旋 限制过伸 内收
限制内旋
肌肉
髋 肌
（一）前群3块肌
阔筋膜张肌
腰大肌 腰小肌 髂肌
1．髂腰肌 腰大肌 髂肌 作用：使髋关节屈和旋外。 2．腰小肌 作用：紧张髂筋膜。 3．阔筋膜张肌 作用：使阔筋膜紧张并屈髋。
肌肉
（二）后群 臀肌，有7块
臀中肌 臀小肌 梨状肌 闭孔内肌 臀大肌 股方肌
读图时间
（二）髋关节的运动
1.髋关节能绕三个基本轴运动，其基本运动方向有：屈伸、 内收外展、旋内旋外及环转。
（1）屈、伸：髋关节在矢状面内围绕横轴前后运动，向前为屈，向后 为伸。 范围：髋关节屈0°～125°，伸0°～15°。 测定方法：平卧位，下肢伸直，此时髋关节处于0°位。下肢抬高， 大腿紧靠腹部为屈髋，下肢向后提拉为伸髋。
髋关节结构
骨 软骨 韧带 肌肉

髋关节结构－骨
髋关节是多轴 的球窝状关节， 由股骨的股骨 头和髋骨的髋 臼两部分组成
髋关节特点：
1. 头大、窝深 2. 关节囊厚而坚实 3. 关节囊有许多韧带增强 4. 关节囊内有股骨头韧带
运动：球窝关节，又称杵臼关节 能产生屈、伸， 展、收， 旋内、 旋外， 环转运动。

髋臼


上1/3是髋关节主要负重区，厚而坚强；
后1/3能维持关节稳定，较厚。 此两部分均须相当暴力才能引起骨折。髋关节后 面与坐骨神经贴近，此部骨折移位或在手术时神 经易遭受损伤。

下1/3（或内壁）与上、后部比较，显得较薄， 造成骨折需要的暴力也较小，此部如发生断裂， 对以后髋关节功能影响也较小。
髋关节结构
骨 软骨 韧带 肌肉

交流时间

控制骨骼重塑过程的原则称为沃尔夫定律 (wolff’s law) ：
机械应力与骨组织间存在一种生理平衡。在平衡状态， 骨组织的成骨细胞和破骨细胞的活性是相同的。当应力增 大时，成骨细胞活跃，引起骨质增生，承载面增大，使应 力下降，达到新的平衡；当应力下降时，破骨细胞再吸收 加强，骨组织量下降，使应力增加。因此骨能通过改变它 的大小、形状和结构以适应力学的需要进行功能重建。
日 常 活 动 中 三 个 平 面 髋 运 动 的 最 大 平 均 量 度
活 动
足着地系鞋带
运动平面
矢状面 额状面 水平面 矢状面 额状面 水平面 矢状面 额状面 水平面 矢状面 额状面 水平面 矢状面 额状面 水平面 矢状面 额状面 水平面 水平面 矢状面
测得值（度）
124 19 15 110 19 15 104 20 17 117 21 18 122 28 26 67 28 26 18 36
（二）内侧群 5块肌 1．耻骨肌 2．长收肌 3．股簿肌 耻骨肌 长收肌 缝匠肌 股直肌 股薄肌 股外侧肌 股内侧肌 股中间肌
肌学
4．短收肌 5．大收肌 作用：主要使髋关节内收。
缝匠肌 耻骨肌 长收肌 短收肌 大收肌 长收肌 股薄肌 半腱肌 股二头肌长头 股二头肌短头 半膜肌
(三)后群 1．股二头肌 2．半腱肌 3．半膜肌 作用：后群3块肌可以屈膝关节、 伸髋关节。
股骨上端的骨小梁系统

股骨头上端主要形成四组骨小梁，其排列方向沿股骨的 主应变方向（有三组抗压骨小梁群基本上平行于股骨长 轴方向，交织着由下方向上方走行，以保证股骨的强度 和韧性，对抗体重的的重力；而主抗张骨小梁群的骨小 梁则起到对抗横向张力的作用），从而最大限度地减少 剪力：

主抗压骨小梁群：由股骨体内侧向股骨头上部走行。 主抗张骨小梁群：由股骨体外侧向股骨头内侧走行。 次抗压骨小梁群：由股骨体内侧向股骨大转子走行。 大转子骨小梁群：由股骨大转子下方向上方走行。
坐骨神经走 形于髋关节 后侧
③ 内部负压增加：以上结构可使髋关节内部负压增 加。有实验表明即使去掉髋周肌、关节囊，将股 骨头拔开还需22kg的力。因此在大气压下髋关节 在功能位时结构相当紧密。

尽管如此，髋关节脱位仍很常见
髋关节置换术后脱位


有两个位置容易引起术后髋关节脱位：
①过度的屈曲、内收和内旋可引起关节后脱位， 通常见于病人坐在低凳，试图站立时； ②伸直位过度内收和外旋引起前脱位，多见于前 方入路，或假体位置过于前倾者。
髋关节的关节囊和韧带
髋关节的关节囊和韧带
（1）髂股韧带 位于关节前面，是人体强有力的韧 带之一，起于髂前下棘，向下呈“人”字形，经关 节囊前方止于转子间线。 作用：加强关节囊 限制大腿过伸（使其只能伸15°左右） 限制大腿内收 限制过伸引起的脱位 整复髋关节脱位时，利用此韧带作为支点
（2）耻股韧带 位于髋关节内侧，略作螺旋状， 限制髋关节过度外展和外旋。 （3）坐股韧带 较薄，起自坐骨，位于髋关节后 面，限制髋关节的内旋。 （4）股骨头韧带 位于关节腔内，连接髋臼横韧 带和股骨头凹，营养股骨头的血管从此韧带中通 过，成年后封闭，对股骨头起固定作用。
股骨头和髋臼的精确对合 结合比较紧密 一系列结构使其难于脱位。
①股骨头 股骨头是髋关节球臼结构中的凸出部分，相当 于圆球的三分之二，方向朝上、内、前。有一凹陷，称股 骨头凹，有圆韧带附着。股骨头的关节软骨，厚薄不一， 中内侧面最厚，周边部最薄。与髋臼相比，股骨头的关节 面较大，以便增加髋关节的活动范围。
软骨的营养供应
Force
Joint fluid
Chondral bone Subchondral bone The interaction between water & framework gives cartilage mechanical properties of stiffness & resilience.交换水及矿物质
1．臀大肌 作用：使髋关节伸和旋外。 2．臀中肌 3．臀小肌 作用：使髋关节外展，前 部肌束能使髋关节旋内， 后部肌束则使髋关节旋外。 4．梨状肌 作用：使髋关节展和旋外。 5．闭孔内肌 6．股方肌 7．闭孔外肌 作用：使髋关节旋外。
百度文库
肌肉
大腿肌
（一）前群 1．缝匠肌 作用：屈髋和屈膝关节，并使已 屈的膝关节旋内。 2．股四头肌 四个头：股直肌、股内侧肌、股 外侧肌和股中间肌。 作用：是膝关节强有力的伸肌， 股直肌还可屈髋关节。
股骨头、颈处骨小梁的排列方向明显遵循沃尔 夫定律：当压应力或张应力施加在骨骼上时，骨骼 的骨小梁会根据需要自行排列生长，以适应承重的 需要。经常运动会使得骨骼受力增加，使骨量增加， 骨质坚硬；而长期不运动、骨骼不受力，则会造成 骨量减少，骨质疏松。

这四组骨小梁群对股骨头 承重具有重要作用。在更 年期后及老年发生骨疏松 时，其消失的顺序是从最 次要的骨小梁群开始的， 即是以上顺序由后向前 4） →3）→2）→1）逐一消 失的，以发挥其保护性机 制,防止股骨颈的骨折。
髋关节受力
Pauwels的计算结果: 单腿站立时的情况
力的平衡: F=M+K 力矩的平衡: r1 x F = r2 x M
M: 臀中肌拉力 F: 髋部受力 K: 体重
4．髋关节动力学
（1）行走时股骨头上产生的关节反应力
行走时，股骨头受力受步行加速度的影响。正常情况下，
在步行的支撑期足跟着地时，股骨头受力约为体重的5.8 倍。在跑、跳时，股骨头的承重可达体重的10或10余倍。 因此，股骨头具有繁重的承重功能。
② 髋臼：由髂骨、坐骨和耻骨三部分组成。中央为 髋臼窝，内衬半月形软骨，其下缘由髋臼横韧带 连接，使它与股骨头紧密贴合。周围有关节唇， 使髋臼变深，以防脱位。髋臼朝前下外方，内下 方软骨缺如，形成髋臼切迹，这种解剖结构与股 骨头脱位后所处位置有一定关系。
髋臼
为髋骨外侧面中部
的倒杯形深窝，面 向前外、下方为一 不完全的半球形窝。 关节面为马蹄形或 者半月形也称为月 状面。上部较宽厚， 前后部略窄薄
足横到对侧大腿上系鞋带
坐在椅子上从坐到站
屈伸从地板上取物
下蹲
上楼
下楼
髋关节静力学
（1）双腿站立时的静力学分析

两腿站立期间，髋关节周围没有肌活动产生力矩，关节作 用力的计算变得简单：直立时每个股骨头上作用力的大小 是人体重量的1/2，因为每个下肢的重量是人体重的1/6， 每个髋关节上的作用力将是剩下2/3的1/2，或是体重的 1/3；如果髋关节周围肌收缩阻止摆动并且保持身体的直 立姿势，这个力的增加将与肌活动的数目成正比。

颈干角和前倾角 颈干角和前倾角最能体现髋关节的结构功能特征。
①颈干角：股骨颈与股骨干纵 轴所形成的倾斜角为颈干角 或内倾角。正常范围为 110°～140°成年时平均为 127°。 超过此角度的变形成为髋外 翻（caxa valga），小于此 角度者称之为髋内翻（coxa vara）。
②前倾角：股骨颈的轴线与 股骨内外髁的髁间连线间 有一向前扭转的角度，称 为前倾角，成人一般不超 过10°～12°，正常值在 正常值在12°～15° 。