十一、膝关节运动学内容提要膝关节的组成和运动方向膝关节活动范围（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。膝关节的四个轴（二）膝关节的功能解剖1．胫股关节的形态与运动的关系胫股关节运动范围（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（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．膝关节的韧带膝关节韧带6．关节囊和滑囊7．膝关节的肌膝关节传递载荷，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（1）力学轴：从股骨头中心到踝骨中心的连线，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，由近端向远端偏离力学轴约6º，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．单足站立时膝关节的静力学分析（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（与体重相等）②股四头肌通过髌腱施加的拉力③胫骨平台上的关节反力（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。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。（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=0W×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（2）膝关节的受力①胫骨和股骨的负重：膝关节单腿站立时，膝关节承受的压力约为体重的2倍。行走时膝关节承受的压力约为体重的3～4倍，膝关节承受力的峰值在屈膝20°，但膝关节主要承受力是在0°～40°范围内。在正常伸膝条件下，胫骨内外侧髁的受力是基本相同的，当出现膝内外翻畸形时，则受力完全不同。发生膝内翻时，出现内侧受力明显增加，膝关节向外侧移位，承重力线内移，压迫内侧胫骨平台软骨，使软骨慢性损伤，并使腓侧副韧带上的应力渐进性增加，膝轴变为倾斜，常伴有小腿和足的内旋。同