肘關(guān)節(jié)生物力學(xué)

肘關(guān)節(jié)的正常力線 肘關(guān)節(jié)的屈曲旋轉(zhuǎn)軸穿過冠狀突和肱骨滑車，稍向外上側(cè)方向傾斜。肘關(guān)節(jié)一般有外翻角，正常外翻角（提攜角）為肱骨縱徑朝外大約15度角（前臂與上臂形成約163度）。不正常：過度外翻畸形：前臂朝外側(cè)偏離30度左右；內(nèi)翻畸形：前臂朝內(nèi)側(cè)偏離5度左右第一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肘關(guān)節(jié)（包括前臂）正常運(yùn)動(dòng)方向屈曲伸展旋前旋后第二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肱橈、肱尺關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 肱橈關(guān)節(jié)的屈曲和伸展涉及橈骨凹沿著肱骨小頭的滾動(dòng)并滑行。主動(dòng)屈曲時(shí)，橈骨頭凹被肌肉收縮力拉向肱骨小頭。完全屈曲時(shí)，尺骨的冠狀突與肱骨冠突窩剛好咬合。注:α、內(nèi)外側(cè)旋轉(zhuǎn)軸位于肱骨小頭中心β、屈曲時(shí)，外側(cè)（尺側(cè)）副韌帶被拉伸，肘窩組織松弛第三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

肘關(guān)節(jié)伸直時(shí)，肱骨內(nèi)外上髁和尺骨鷹嘴三點(diǎn)位于一條直線上，屈曲至90度時(shí)，三點(diǎn)的連線構(gòu)成一尖端朝下的等腰三角形。肘關(guān)節(jié)發(fā)生脫位時(shí)，這三點(diǎn)的位置關(guān)系發(fā)生改變；但是肱骨髁上骨折時(shí)，三點(diǎn)位置關(guān)系不變。總結(jié)：屈、伸運(yùn)動(dòng)以肱尺關(guān)節(jié)為主，尺骨在肱骨滑車上運(yùn)動(dòng)，橈骨頭在肱骨小頭上運(yùn)動(dòng)。肘關(guān)節(jié)的提攜角使關(guān)節(jié)處于伸位時(shí)，前臂遠(yuǎn)離正中線，增大了運(yùn)動(dòng)幅度；關(guān)節(jié)處于屈曲位時(shí)，前臂貼近正中線，有利于生活和勞動(dòng)的操作。第四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日前臂受力時(shí)關(guān)節(jié)的狀態(tài)改變生物力學(xué)表明，在最大力活動(dòng)中，肱橈關(guān)節(jié)上受到的壓力是體重的三到四倍。掌根支撐時(shí)，穿過腕部的壓力有80%都由橈腕關(guān)節(jié)傳遞，其余20%力則通過腕內(nèi)側(cè)尺腕間隙的軟組織傳遞。墜落過程中，若手臂外伸則橈骨骨折可能性很大。第五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肘關(guān)節(jié)伸展?fàn)顟B(tài)提重物時(shí)，撐開力幾乎全部施加在橈骨上，從而使骨間膜松弛。拉伸狀態(tài)下，橈骨頭與環(huán)狀韌帶相對(duì)滑動(dòng)，使環(huán)狀韌帶緊張，同時(shí)肱橈肌的力量傳到上臂。注：1、若手術(shù)切除橈骨頭，會(huì)使橈骨向近端位移，腕部骨骼不對(duì)稱，近、遠(yuǎn)端尺橈關(guān)節(jié)不對(duì)稱，發(fā)生明顯疼痛，功能喪失。2、長(zhǎng)時(shí)間持重后，前臂出現(xiàn)深度疼痛，可能是肱橈肌和其他肌肉疲勞所致。3、服務(wù)員托盤子時(shí)，重力穿過橈骨朝向近端，使骨間膜均勻地分散前臂所承受的重量第六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日1、強(qiáng)力拉扯手部可導(dǎo)致橈骨頭滑出環(huán)狀韌帶遠(yuǎn)端。兒童尤其容易發(fā)生此癥狀（幼兒4歲以前，橈骨頭尚在發(fā)育之中，環(huán)狀韌帶松弛），從而發(fā)生橈骨小頭半脫位，又稱“扯肘癥”。常見于父母或?qū)櫸锕反罅秲和氖直?。常見肘關(guān)節(jié)損傷第七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日網(wǎng)球肘和高爾夫球肘2、網(wǎng)球肘（肱骨外上髁炎）時(shí)肘關(guān)節(jié)外側(cè)前臂伸肌起點(diǎn)處肌腱發(fā)炎疼痛。3、高爾夫球肘也稱肱骨內(nèi)上髁炎或屈肌總腱損傷。為旋前屈肌群肌腱起始部過度疲勞而引起的損傷。第八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日前臂旋轉(zhuǎn)前臂旋轉(zhuǎn)是圍繞著從橈骨頭到尺骨頭的一條軸線發(fā)生的。手掌出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，是因?yàn)槭峙c腕部緊密連接著橈骨，而未與尺骨相連。注：1、肱尺關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性使橈骨、腕骨、手之間得以穩(wěn)固相連。2、橈骨頭通過成骨纖維環(huán)（25%尺骨橈切跡+75%環(huán)狀纖維）與尺骨近端保持相對(duì)穩(wěn)定。第九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)角度與日常生活行為的關(guān)系健康人一般可做0?-85?旋前及0?-75?旋后。前臂旋轉(zhuǎn)中立位（或零基準(zhǔn)位）為“拇指向上”姿勢(shì)。圖示為肘部100?“功能弧形區(qū)”，但是不是運(yùn)動(dòng)的終極范圍。注：在某種程度上，旋前及旋后幅度減小可分別通過肩部的內(nèi)旋和外旋補(bǔ)償。第十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)過程中的肘關(guān)節(jié)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式近側(cè)尺橈關(guān)節(jié)旋后時(shí)，橈骨頭在成骨纖維環(huán)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，成骨纖維環(huán)對(duì)橈骨頭束縛很緊，阻止標(biāo)準(zhǔn)的“滾動(dòng)—滑行”關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日旋前的過程就是橈骨及手掌相對(duì)于固定不動(dòng)的肱骨和尺骨做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日在旋前過程中，橈骨小頭凹朝肱骨小頭旋轉(zhuǎn)，前臂旋前時(shí)旋前圓肌為收縮狀態(tài)，此時(shí)旋前圓肌牽拉橈骨近端使之拉向肱骨小頭，從而使肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力增大。換句話說，主動(dòng)旋前時(shí)橈骨自然移向近端，伴隨肱橈關(guān)節(jié)壓力增大，被稱為“擰緊”機(jī)理。第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日旋前旋后位的力線分析旋前及旋后的旋轉(zhuǎn)軸與骨間膜中間束近乎平行，僅偏離大約10?-12?。注：任意一種平行于旋轉(zhuǎn)軸的力均不產(chǎn)生阻力力矩。旋前旋后的過程中，旋轉(zhuǎn)軸與骨間膜間并不是完全平行，所以在旋轉(zhuǎn)形成的弧度區(qū)，骨間膜長(zhǎng)度仍可發(fā)生一些變化。前臂骨折，長(zhǎng)期夾板固定的患者，通常前臂保持部分旋前位。長(zhǎng)期旋前易產(chǎn)生骨間膜硬度更強(qiáng)，更容易導(dǎo)致旋前攣縮。遠(yuǎn)端狀態(tài)：在旋前及旋后的極端位上，橈骨尺切跡表面僅有10%與尺骨頭相連。中立位上，橈骨尺切跡表面有60%與尺骨頭相連。第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肌肉參與運(yùn)動(dòng)形式參與運(yùn)動(dòng)的肌肉屈肘伸肘旋后旋前肱二頭肌、肱肌、肱橈肌(補(bǔ))、旋前圓肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群(除外指深屈肌)肱三頭肌(補(bǔ))、肘肌、腕伸肌群旋后肌、肱二頭肌(補(bǔ))、橈腕長(zhǎng)伸肌、拇長(zhǎng)展肌、肱橈肌(除外橈腕短伸肌)旋前圓肌、旋前方肌(補(bǔ))、腕屈肌(橈側(cè)腕屈肌)、肱橈肌、肘肌第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日屈肘過程中的肌肉參與力線和力矩的關(guān)系屈曲扭矩的大小與年齡、性別、舉重經(jīng)驗(yàn)、肌肉收縮速度、關(guān)節(jié)在上肢所處的位置有關(guān)。Gallagher及其同事研究報(bào)告，在優(yōu)勢(shì)位置上產(chǎn)生的屈曲扭矩、所做的功、能量比劣勢(shì)位置所產(chǎn)生的屈曲扭矩、所做的功和能量大。前臂處于旋后位時(shí)，肘屈肌產(chǎn)生的力矩比前臂完全旋前位時(shí)肘屈肌產(chǎn)生的力矩大20%-25%。第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肘及前臂產(chǎn)生的扭矩對(duì)比肘曲和肘伸過程中，最大等軸內(nèi)旋扭矩要比旋前、旋后大得多。男性平均最大等軸內(nèi)旋扭矩要比女性大的多，幾乎成2倍關(guān)系。第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肘屈肌的結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)變量的關(guān)系如下表。肌肉的橫截面積越大，產(chǎn)生的力越大。注：肱肌的唯一功能是屈肘，基于生理橫截面積，肱肌可產(chǎn)生比肘部其他肌肉都大的力。肘部肌肉生物力學(xué)關(guān)系第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日屈肌力量與屈曲角度、力矩大小的關(guān)系根據(jù)生物力學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)得，肘屈曲90?時(shí)，所有的肌肉出現(xiàn)最大力矩（左上圖）。屈肌最大力出現(xiàn)在屈曲80?左右（右上圖）。平均最大力臂值出現(xiàn)在屈曲100?左右，此關(guān)節(jié)角度下，肱二頭肌肌腱以90?角垂直匯入橈骨（下圖）。注：決定屈肌最大轉(zhuǎn)矩角曲線的整體形狀的主要因素有兩種：（1）肌肉產(chǎn)生的最大屈曲力矩；（2）內(nèi)力壁長(zhǎng)度。第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日三種主要的肘屈肌的力線在上圖已經(jīng)描述，以肘關(guān)節(jié)屈曲90?并前臂中立位這一姿勢(shì)來對(duì)抗肘屈方向的力，可使肱橈肌突起，越過肘關(guān)節(jié)“繃成弓弦狀態(tài)”。肌電活動(dòng)研究表明，肱橈肌是最重要的肘屈肌，特別是在快速抵抗外部對(duì)抗力量時(shí)。注：肱橈肌繃成弓弦狀態(tài)增大了肘關(guān)節(jié)的屈力臂，所增大的幅度超過其他肘屈肌收縮增大的屈力臂幅度。第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肌肉收縮速度與肌力輸出的關(guān)系(以屈肘為例)正常人的肱二頭肌長(zhǎng)度約30cm，收縮1s,肱二頭肌縮短至23cm,肘關(guān)節(jié)完成90?屈曲，肩關(guān)節(jié)45?屈曲，此時(shí)ν=7cm/s(圖B)；當(dāng)肱二頭肌協(xié)同后三角肌運(yùn)動(dòng)時(shí)，肱二頭肌縮短為25cm,肘關(guān)節(jié)屈曲90?，肩關(guān)節(jié)伸展45?，此時(shí)ν=5cm/s。注：當(dāng)某種肌肉的收縮速度接近0或做等距收縮時(shí)，其“最大肌力輸出”較大。第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)的肌肉參與順序肘肌啟動(dòng)并維持低水平肘伸力的第一束肌，隨著伸展力和角度的逐漸增大，肱三頭肌內(nèi)側(cè)頭隨之加入，隨著力量增加到中-高水平，肱三頭肌外側(cè)頭加入，隨后是肱三頭肌長(zhǎng)頭參與。注：肱三頭肌內(nèi)側(cè)頭是伸肌中的“負(fù)荷肌”，對(duì)抗肱肌第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日伸肘時(shí)的力矩關(guān)系高速同心或偏心運(yùn)動(dòng)才可產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)伸展力矩（如：快速推門）。從生物力學(xué)角度考慮，肩部屈曲和肘部伸展的結(jié)合最大程度減小了肱三頭肌完全伸展肘部所需的縮短速度和幅度（如圖示）。伸肌和屈肌都在90?產(chǎn)生峰值最大力矩，但出現(xiàn)最大內(nèi)力臂的關(guān)節(jié)角度相差卻很大。肘曲最大內(nèi)力臂為90?，肘伸最大內(nèi)力臂為完全伸展位。注：是肌肉長(zhǎng)度決定肘伸峰值力矩出現(xiàn)在何種運(yùn)動(dòng)幅度，而不是杠桿決定的肘曲90?時(shí)，肱三頭肌力臂小于肘伸時(shí)的力臂第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日前臂旋前旋后與肩部?jī)?nèi)外旋的關(guān)系前臂的旋前及旋后與肩部的內(nèi)旋及外旋在功能上相關(guān)。肩部?jī)?nèi)旋通常伴隨旋前，肩部外旋則通常伴有旋后，將肩部的旋轉(zhuǎn)與前臂的旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，受不得空間旋轉(zhuǎn)可達(dá)到接近360?，而不止是單獨(dú)旋前或旋后時(shí)的170?-180?。當(dāng)肩部外旋和旋后同時(shí)發(fā)生，旋后力矩的大小比肩部?jī)?nèi)旋與旋后同時(shí)發(fā)生大9%。第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日旋前和旋后的肌肉參與條件首先肌肉必須具有以下兩個(gè)特征，才被視作旋前或旋后肌:1、該肌肉必須附著在旋轉(zhuǎn)軸的兩邊（肱骨、尺骨的近端附著點(diǎn)，橈骨或手部的遠(yuǎn)端）。2、該肌肉必須具有圍繞旋前或旋后的旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)力臂。第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日肱二頭肌在旋后過程中的重要性肱二頭肌是前臂非常有力的旋后肌。肱二頭肌的生理橫截面約是旋后肌的三倍。在一系列快速有力的從旋前至旋后的活動(dòng)中，可捫及肱二頭肌的收縮，據(jù)此表明其在旋后過程中的主導(dǎo)作用。當(dāng)前臂旋前時(shí)，肱二頭肌肌腱包繞橈骨近端，在完全旋前位下，肱二頭肌主動(dòng)收縮，使橈骨急劇旋轉(zhuǎn)至旋后位。第二十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日屈肘達(dá)90?時(shí)，肱二頭肌作為旋后肌的效率最高，因此，在很多大功率的旋后運(yùn)動(dòng)中，肘部總保持自然90?。肘部?jī)H屈曲30度時(shí)，肱二頭肌肌腱與旋