关节生物力学.ppt

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1、关节生物力学第一节关节的基本结构与功能一、关节的基本结构关节的主要结构关节面关节囊关节腔关节的辅助结构韧带关节内软骨关节盂缘关节静止不动，滑液会胶化凝固，所以，运动之前应作适当准备活动，使关节“活动开”。二、关节的运动和轴屈伸内收外展旋转环展三、关节的灵活性和稳固性灵活性和稳固性是关节功能同时存在的两个方面。利于关节灵活的结构：关节腔，关节面软骨、关节腔内的滑液、关节皱襞、粘液囊利于关节稳定的结构：关节囊、韧带、关节软骨、关节腔内的负压其他使关节稳定的结构：骨骼、肌肉第二节髋关节的生物力学解剖学概念正常髋内翻髋外翻正常骨盆前移骨盆后移运动

2、范围正常运动范围前屈0～145°，后伸0～30°外展0～30°，内收0～25°外旋0～90°，内旋0～70°外旋后外展0～160°正常生活最少运动范围前屈120°外展20°外旋20°，内旋20°关节面运动髋关节的面活动可认为是股骨头在髋臼上的滑动。球与窝在三个面上的枢轴转动，环绕股骨头中心的活动，产生关节面的滑动。若股骨头不平整，滑动就不能与关节面平行或正切，关节软骨也将受异常挤压或牵伸。动力学－静力学两下肢于站立位时，身体的重力线通过耻骨联合的后侧。由于髋关节是一个稳定的关节，不需肌肉收缩来达到直立状态，只需关节囊和关节韧带就能起到稳定

3、作用。若在髋关节周围不需有肌肉活动所产生的力矩，则关节反应力的计算可变得很简单。在站立位，每一个股骨头所承受的力为人体重量的一半。由于每个下肢的重量是体重的1／6，每一髋关节的反作用力将是剩余的2／3体重的一半，即整个体重的1／3。若髋关节周围肌肉收缩以防止摇晃和保持身体于直立位，即持续于站立位．则髋关节所承受的力与肌内活动量将成正比的增加。若一个人自两足站立改为一足站立，身体的重力线将在所有的三个面上移动，髋关节周围产生的力矩必须有肌力来抗衡．也将增加关节的反作用力。力矩的大小，即关节反作用力的大小取决于脊椎的姿势、非负重下肢和上肢的位

4、置、特别是骨盆的倾斜度。1960年Rydell作了人体试验证明，单腿站立时作用在股骨头上的力为2.6倍体重。慢步行走时为1.6倍体重，在跑步时作用在股骨头上的力约力5倍体重。对单腿站立时股骨头受力情况再做一粗略计算。设作用在股骨头上的力为T。为了维持骨盆的水平位置，需外展肌力来平衡。外展肌力Fm与水平轴大约为60°角。肌力臂dM与体重力臂dG之比为1：2到1：3.5，若取1：3.0，在除去一条支持腿时，体重bW≈5/6W，如人体重为660N，则bW＝550N由力矩平衡有：即：由力平衡有：由于dM和dG之不同，可以得出不同结果。如假设dG不

5、变，而由于股骨的颈干角之不同也直接影响到dM的数值。一般的颈干角为125°左右。如大于125°时，则dM减小，从而外展肌力增大，如小于125°时，则dM增大而减小肌力。从上述可以看出，要减少外展肌力，也可以使dG力臂减小。也就是说体重(除去支持腿)重心尽可能靠向病腿髋关节。例如当外展肌受损或麻痹时，不能提供平衡用肌力，此时病人只好把人体重心(除去支持腿)置于股骨头中心的正上方，在这种情况下，就显出所谓：“馈病”步态，即将身体倾斜到肌肉受损的一边。长期处于这种“馈病”步态，由于股骨头承受垂直向下的力，从而引起骨端软骨板的位移，骨将向上方生长

6、，形成“外反股”病态，为了避免这种情况，可借用手杖来减小外展肌力。设手杖离股骨头中心为do＝50cm，手杖作用力FC＝100NG＝5/6W＝550NdG＝0.15m，dM=0.05m则依杠杆平衡有：－Fm×0.05-100×0.5+550×O.15＝0解得外展肌力Fm=650N接近体重(660N)另外，减少髋关节负荷最简单的方法是减轻体重。体重每减少1kg，单腿站立时髋关节承受的静力可减少近3kg。上述计算只在额状面内的粗略计算，而且还没有考虑到动态加速度的影响，就是在静态情况下，其它二面内也受有力。例如病人在床上平抬大腿小腿时，在矢状面

7、内髋关节就受有前屈肌群(髂腰肌等)的拉力。假设前屈肌群作用力的合力距股骨头中心为5cm。有的情况比这个距离还小。其外力只考虑下肢的重量，据解剖学知单腿重约为体重的1/6，如体重为660N则单腿重力110N，其重心在距股骨头中心40cm处。差不多等于体重660的1.3倍，从解剖得知，这个力臂比值可达15：1，这样肌力要更大，上述近似计算与Rydell的试验数值接近。上述计算肌力，只是在腿刚刚离床而还未抬起时最大受力情况，当腿越抬越高，由于下肢重心距股骨头中心也越来越小，则肌力也就随之下降了。-G×0.40十Fm×0.05＝0数据代入-110

8、×0.40十Fm×0.05＝O求得肌力Fm＝880N取杠杆平衡有在一个步态周期内，行走时出现的体重单位的髋关节反应力在男性，当外展肌收缩来稳定骨盆时，在站立相可产生两个顶峰力。一个顶峰是刚在后