膝關節(jié)運動學

關于膝關節(jié)運動學（一）膝關節(jié)組成和運動方向

1．膝關節(jié)的組成

2．膝關節(jié)的運動方向內容提要第2頁,共68頁，星期六，2024年，5月（二）膝關節(jié)功能解剖

1．脛股關節(jié)的形態(tài)與運動的關系

2．脛股關節(jié)的運動特征

3．髕股關節(jié)的功能解剖

4．膝關節(jié)的半月板

5．膝關節(jié)的韌帶

6．關節(jié)囊和滑囊

7.膝關節(jié)的肌第3頁,共68頁，星期六，2024年，5月（三）膝關節(jié)生物力學

1．膝關節(jié)的軸

2．單足站立時膝關節(jié)上的靜力學分析

3．膝關節(jié)的動力學分析

4．步行時脛骨平臺的反應力及輔助結構的作用

5．膝關節(jié)損傷和脫位

6．全膝關節(jié)置換術的功能鍛煉第4頁,共68頁，星期六，2024年，5月概述膝關節(jié)是人體最大、結構組成和功能最復雜的滑車關節(jié)范圍髕骨上緣上方2橫指到脛骨結節(jié)高度組成股骨內外髁脛骨內外髁髕骨功能屈伸運動（活動度0°~135°）旋轉運動第5頁,共68頁，星期六，2024年，5月第6頁,共68頁，星期六，2024年，5月（1）膝屈曲的范圍依髖關節(jié)的位置而異，同時還要看是被動還是主動。（2）膝關節(jié)屬于橢圓滑車狀關節(jié)，或稱屈戍關節(jié)，但實際上膝關節(jié)的運動是非常復雜的。脛股關節(jié)的運動包括四個軸方向的運動。此外還有髕股關節(jié)之間的運動。

A.水平軸：屈伸活動；B.垂直軸：內外旋活動；C.矢狀軸：內收外展活動；D.前后位水平移動。一、膝關節(jié)運動第7頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的四個軸第8頁,共68頁，星期六，2024年，5月第9頁,共68頁，星期六，2024年，5月第10頁,共68頁，星期六，2024年，5月第11頁,共68頁，星期六，2024年，5月二、膝關節(jié)的結構膝關節(jié)：由股骨內外側踝和脛骨內外側踝以及前方的髕骨組成。關節(jié)又由關節(jié)面，關節(jié)囊，關節(jié)腔組成。關節(jié)囊寬闊而松弛韌帶發(fā)達，其中，位于關節(jié)囊前臂的髕韌帶尤為強大。第12頁,共68頁，星期六，2024年，5月在關節(jié)囊內，有膝交叉韌帶和關節(jié)半月板。膝交叉韌帶連接股骨和脛骨，分前交叉韌帶和后交叉韌帶。前交叉韌帶可阻止脛骨向前移位；后交叉韌帶可限制脛骨向后移位。第13頁,共68頁，星期六，2024年，5月關節(jié)半月板，由纖維軟骨構成，共有兩塊。內測半月板成C形；外側半月板呈O形。內外側半月板分別位于股骨和脛骨的同名踝之間。半月板的上面微凸，下面平坦，可使股，脛兩骨的關節(jié)面更為適應。從而增強關節(jié)的靈活性和穩(wěn)固性。第14頁,共68頁，星期六，2024年，5月第15頁,共68頁，星期六，2024年，5月第16頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)囊膝關節(jié)囊較薄而松弛，附著于各骨關節(jié)軟骨的周緣。關節(jié)囊的周圍有韌帶加固。前方的叫髕韌帶，是股四頭肌肌腱的延續(xù)（髕骨為該肌腱內的籽骨），從髕骨下端延伸至脛骨粗隆，在髕韌帶的兩側，有髕內、外側支持帶，為股內側肌和股外側肌腱膜的下延，并與膝關節(jié)囊相編織；后方有腘斜韌帶加強，由半膜肌的腱纖維部分編入關節(jié)囊所形成；內側有脛側副韌帶，為扁帶狀，起自內收肌結節(jié)，向下放散編織于關節(jié)囊纖維層；外側為腓側副韌帶，是獨立于關節(jié)囊外的圓形纖維束，起自股骨外上髁，止于腓骨小頭。第17頁,共68頁，星期六，2024年，5月關節(jié)囊的滑膜層廣闊，除關節(jié)軟骨及半月板的表面無滑膜覆蓋外，關節(jié)內所有的結構都被覆著一層滑膜。在髕上緣，滑膜向上方呈囊狀膨出約

4

厘米左右。稱為髕上囊。于髕下部的兩側，滑膜形成皺襞，突入關節(jié)腔內，皺襞內充填以脂肪和血管，叫做翼狀襞。兩側的翼狀襞向上方逐漸合成一條帶狀的皺襞，稱為髕滑膜襞，伸至股骨髁間窩的前緣。第18頁,共68頁，星期六，2024年，5月第19頁,共68頁，星期六，2024年，5月第20頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)囊和滑囊

（1）膝關節(jié)的關節(jié)囊薄而松弛，有很多隱窩，附于各關節(jié)面的周緣，周圍與韌帶相連接。（2）膝關節(jié)周圍有許多的滑膜囊，膝關節(jié)囊的滑膜層是全身關節(jié)中最寬闊最復雜的，附著于該關節(jié)各骨的關節(jié)面周緣，覆蓋關節(jié)內除了關節(jié)軟骨和半月板以外的所有結構?；の挥谙リP節(jié)囊的內面，起自關節(jié)軟骨邊緣，然后反折于關節(jié)囊內。第21頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)囊和滑囊（3）在膝屈伸時，滑液從一個凹室流入另一個凹室來潤滑關節(jié)面。在伸時，腓腸肌和腘肌囊受擠壓，滑液受力驅使向前運動。在屈時，髕上囊在前群肌肉中受張力而被壓縮，滑液受力向后運動。當關節(jié)處于半屈位置時，滑液處于最小張力壓迫下。當受傷或得病時，關節(jié)腔中充盈過多的液體，半屈膝體位可以減少關節(jié)腔中的張力，有利于減少疼痛。第22頁,共68頁，星期六，2024年，5月關節(jié)軟骨

髕股關節(jié)軟骨是人體中最厚的軟骨。最大厚度可達7㎜。髕股關節(jié)軟骨厚度并非均勻一致，軟骨最厚的部分位于骨嵴處。60%位于髕骨的外側關節(jié)面，分布于內側者約20%。關節(jié)面軟骨厚度變化特點有助于增加髕股關節(jié)面的適合性。第23頁,共68頁，星期六，2024年，5月第24頁,共68頁，星期六，2024年，5月第25頁,共68頁，星期六，2024年，5月第26頁,共68頁，星期六，2024年，5月半月板

（1）膝關節(jié)半月板的結構與功能①半月板是墊在膝關節(jié)股骨與脛骨之間半月形的纖維軟骨盤，其邊緣較厚，中間很薄，上面凹陷，下面平坦，填充在兩側的脛骨髁上。分別稱為內、外側半月板。內側半月板(medialmeniscus)較大，呈“C”形，前腳窄而薄，后角寬闊而稍厚；外側半月板(lateralmeniscus)較小，近似“O”形，前、后角的距離很接近，外側緣亦與關節(jié)囊相連。

第27頁,共68頁，星期六，2024年，5月②功能：A．傳導負載：減少膝關節(jié)活動時，接觸面不吻合，使接觸面積增大，壓力分布均勻。B．維持穩(wěn)定：加深脛骨髁關節(jié)面，并在前后移動中，始終使膝關節(jié)的接觸面積最大。C．減輕震蕩：起到一定的緩沖作用，能吸收一定的負荷震蕩。第28頁,共68頁，星期六，2024年，5月（2）半月板運動的影響因素橫韌帶對半月板運動有限制作用。內外側半月板與脛骨及關節(jié)囊的附著以及與半月板橫韌帶之間形成的環(huán)狀結構又限制了半月板有過度外移。

第29頁,共68頁，星期六，2024年，5月第30頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的韌帶

（1）有關節(jié)囊外韌帶和關節(jié)囊內韌帶。即：髕韌帶、腓側副韌帶、脛側副韌帶、腘斜韌帶、膝交叉韌帶。

第31頁,共68頁，星期六，2024年，5月

（2）眾多韌帶附著，以保證膝關節(jié)運動的穩(wěn)定性。（3）側副韌帶在膝關節(jié)完全伸直時被拉緊，關節(jié)只有處于這種狀態(tài)時才易損傷。當膝關節(jié)被猛烈外展時，可導致脛側副韌帶部分或全部被撕裂，而過大的內收力量則可以導致腓側副韌帶損傷。（4）在嚴重的內收或外展損傷時，交叉韌帶可以與側副韌帶一起被撕斷。前交叉韌帶可以在膝關節(jié)猛烈過伸或脛骨向前脫位時被撕斷。后交叉韌帶則在后脫位時被撕斷。假如兩條交叉韌帶都被撕斷，膝關節(jié)就會出現(xiàn)不正常的前后移動；如果僅僅是向前移動的范圍增大，表示前交叉韌帶斷裂或松弛，如向后移動的范圍增大，則表示后交叉韌帶斷裂或松弛。第32頁,共68頁，星期六，2024年，5月第33頁,共68頁，星期六，2024年，5月髕骨

髕骨為膝提供兩個重要的生物力學功能：它在整個運動范圍內借延長股四頭肌力臂幫助膝伸直；并以增加髕骨與股骨間的接觸面來改善股骨上的壓力分布。第34頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的肌肉

包繞膝關節(jié)的肌有：股四頭肌、縫匠肌、股二頭肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌和腓腸肌等等。第35頁,共68頁，星期六，2024年，5月第36頁,共68頁，星期六，2024年，5月使膝關節(jié)運動的肌主要是：（1）屈曲：股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腘?。患肮杀〖?、縫匠肌、腓腸肌等。（2）伸展：股四頭?。?）內旋：股薄肌、半腱肌、半膜肌、腘肌；（4）外旋：股二頭肌第37頁,共68頁，星期六，2024年，5月脛骨平臺的定義

構成膝關節(jié)基本結構的骨是大腿股骨的下端和小腿脛骨的上端，股骨下端可以看成是關節(jié)頭，脛骨上端構成關節(jié)窩。組成膝關節(jié)基本結構的兩塊骨所形成的關節(jié)頭和窩不典型，特別是脛骨構成的關節(jié)窩很淺近似于一個平面(俗稱脛骨平臺)，這一結構有助于膝關節(jié)的靈活性，但穩(wěn)定性較差。第38頁,共68頁，星期六，2024年，5月第39頁,共68頁，星期六，2024年，5月第40頁,共68頁，星期六，2024年，5月第41頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的特點

①關節(jié)囊廣闊而松弛，各部厚薄不一（髕韌帶、脛、腓側副韌帶）；②前交叉韌帶~防止脛骨前移；后交叉韌帶~防止脛骨后移；③內、外側半月板（“內C外O”）：加深了深度，增強穩(wěn)固性，緩沖作用；④關節(jié)囊的滑膜層附著于各關節(jié)軟骨周緣（翼狀襞）⑤滑膜囊（髕上囊）~潤滑作用。

第42頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)輔助結構的作用其主要作用是增加膝關節(jié)的穩(wěn)定性。

①側副韌帶防止小腿在膝關節(jié)處向左右側方移動的作用，保證人體運動時膝關節(jié)只能沿屈伸方向發(fā)力(運動)。②前后交叉韌帶其主要功能是在運動中當小腿固定時防止大腿在膝關節(jié)處前后移動，使膝關節(jié)在運動中前后保持穩(wěn)定。

第43頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)輔助結構的作用③半月板增加膝關節(jié)的穩(wěn)定并有減輕運動時關節(jié)頭和窩之間撞擊的作用。④脂肪墊它促進膝關節(jié)滑液的分泌，減輕運動中膝關節(jié)震動的作用。

第44頁,共68頁，星期六，2024年，5月

膝關節(jié)傳遞載荷，參與運動，吸收震動，承受壓力，為小腿活動提供力偶。膝關節(jié)是兩個相互獨立且相互抵消的統(tǒng)一：

1、要求膝關節(jié)在承受體重和有關杠桿力的作用情況下，在全伸展位時有較大的穩(wěn)定性

2、要求在一定程度的屈曲下具有很大的活動性，為了跑動以及足對不平整地面的適應。三、膝關節(jié)運動功能分析第45頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的軸（1）力學軸：從股骨頭中心到踝骨中心的連線，在髁間結節(jié)穿過膝，是髖、膝、踝三關節(jié)中心的軸，偏離垂直方向約3o。（2）解剖軸：為貫穿股骨干的直線，由近端向遠端偏離力學軸約6o，而髕骨解剖軸與下肢力學軸一致，二軸在膝關節(jié)相交時形成170o～175o的鈍角，稱為膝部的生理外翻角，正常時地心引力經(jīng)過膝關節(jié)中心，重量均分在膝關節(jié)內側和外側的結構上。第46頁,共68頁，星期六，2024年，5月⑶膝關節(jié)的運動

①屈和伸（額狀軸）；②屈膝狀態(tài)下，輕度的旋內、旋外；

第47頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的受力

1、脛骨和股骨的負重：膝關節(jié)單腿站立時，膝關節(jié)承受的壓力約為體重的2倍。行走時膝關節(jié)承受的壓力約為體重的3～4倍，膝關節(jié)承受力的峰值在屈膝20°，但膝關節(jié)主要承受力是在0°～40°范圍內。第48頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的受力

在正常伸膝條件下，脛骨內外側髁的受力是基本相同的。當出現(xiàn)膝內外翻畸形時，則受力完全不同。發(fā)生膝內翻時，出現(xiàn)內側受力明顯增加，膝關節(jié)向外側移位，承重力線內移，壓迫內側脛骨平臺軟骨，使軟骨慢性損傷，并使腓側副韌帶上的應力漸進性增加，膝軸變?yōu)閮A斜，常伴有小腿和足的內旋。同時外側韌帶張力明顯增加，在行走時出現(xiàn)關節(jié)的擺動移位，導致關節(jié)退化。

第49頁,共68頁，星期六，2024年，5月膝關節(jié)的受力

當發(fā)生膝外翻時，膝關節(jié)向內側移位，承重力線外移，壓迫外側脛骨平臺軟骨，持續(xù)超負荷會導致軟骨的損壞，同時脛側副韌帶上的應力逐漸增加，嚴重者造成髕骨向外移位，伸膝時牽拉股四頭肌。膝軸、小腿和足也會發(fā)生相應的變化。第50頁,共68頁，星期六，2024年，5月正常膝和畸形膝脛骨和股骨的負重第51頁,共68頁，星期六，2024年，5月2、髕骨股骨的受力髕骨的受力在伸直位和屈曲位是不同的，伸直位受的壓力較屈曲位小的多。

髕股關節(jié)所受壓力髕骨——對膝關節(jié)有一定的保護作用并有增加伸膝關節(jié)肌力矩的作用。第52頁,共68頁，星期六，2024年，5月35°35°PQJ80°80°PQJ膝屈90°膝屈5°AB第53頁,共68頁，星期六，2024年，5月第54頁,共68頁，星期六，2024年，5月脛股關節(jié)的形態(tài)與運動的關系

脛股關節(jié)分為內側脛股關節(jié)和外側脛股關節(jié)。外側脛股關節(jié)面的前1/3為一逐漸上升的凹面，而后2/3則呈逐漸下降的凹面。內側脛股關節(jié)面則呈一種碗形的凹陷。如此，凸起的股骨關節(jié)面和凹陷的脛骨關節(jié)面彼此吻合，使膝關節(jié)得以在矢狀面上作屈伸活動；然而外側脛骨關節(jié)面的特征凹陷結構又使得外側脛股關節(jié)面并非完全吻合，從而允許膝關節(jié)的屈伸活動也不是同軸運動而是具有多個瞬時活動中心的運動。第55頁,共68頁，星期六，2024年，5月

（1）脛股關節(jié)運動范圍：

A.脛股關節(jié)的運動范圍在矢狀面內最大，膝完全伸直到完全屈曲的范圍是0°～140°左右；

B.脛股關節(jié)在橫面內的活動范圍，隨膝完全伸直到屈曲90°而有所增加；

C.在額面內可得到同樣的模式。膝完全伸直時幾乎不可能有外展或內收。當膝屈曲到30°時，該面內的運動增加，但不論在被動外展或被動內收時，其最大運動也只有幾度。同樣，由于軟組織的限制功能，屈曲超過30°時，這個面內的運動減少。脛股關節(jié)的運動特征第56頁,共68頁，星期六，2024年，5月（2）脛股關節(jié)面運動：在膝部，面關節(jié)運動發(fā)生在脛骨髁與股骨髁之間和股骨髁與髕骨之間。在脛骨髁與股骨髁之間，面運動同時發(fā)生在所有的三個平面上，但在橫截面和額狀面上為最小。在股骨髁與髕骨之間，面運動同時發(fā)生在額狀面和橫截面兩個面上。第57頁,共68頁，星期六，2024年，5月

髕股關節(jié)穩(wěn)定性的影響因素很多，包括伸膝裝置、支持帶、肌力、股脛角和股脛間的Screw-home機制、Q角、髕骨位置、髁間槽發(fā)育程度、外力等，因此，良好的髕股周圍結構及其力學平衡，對維持髕股的正常排列和穩(wěn)定具有重要的作用。

維持髕股對合的平衡機制第58頁,共68頁，星期六，2024年，5月

Q角：是股四頭肌肌力線和髕韌帶力線的夾角，即從髂前上棘到髕骨中點的連線為股四頭肌肌力線，髕骨中點至脛骨結節(jié)最高點連線為髕韌帶力線，兩線所形成的夾角為Q角。

第59頁,共68頁，星期六，2024年，5月從股骨的結構可觀察到，股骨內/外上髁的大小不同，內側大于外側。因此，當膝蓋做出彎曲→伸直。股骨與脛骨之間會被相對的帶出一個旋轉的動作。此生物力學機制，稱之為‘screw-homemechanism’旋返機制，也有人稱為螺旋歸位機轉。

如果此機制出現(xiàn)問題時（旋轉的角度不夠或是過大）

股四頭肌的肌肉用力方式就有可能出現(xiàn)變化

因而造成肌肉張力不平衡，也是造成髕骨股骨疼痛癥候群的主要原因之一。第60頁,共68頁，星期六，2024年，5月髕骨股骨疼痛癥候群，PFPS(Patellofemoralpainsyndrome)

PFPS造成疼痛的位置，會位在膝蓋的前側，通常是上樓或是下樓會更痛。

當股外側肌與股內側肌的肌肉張力不平衡(太緊繃或是無力)，會造成髕骨的滑動不順。

即有可能造成疼痛。就是所謂的PFPS。第61頁,共68頁，星期六，2024年，5月髕股關節(jié)的生物力學特點

①靜力結構：髕骨的內外側支持帶是維持髕骨排列的靜力性平衡機制。②動力結構：股四頭肌收縮時各肌肉之間的力學平衡是保持運動中髕股對合的動力結構。

第62頁,共68頁，星期六，2024年，5月

①髕股關節(jié)的對合②髕股關節(jié)接觸應力

A.平地行走時，髕股關節(jié)面之間的應力約為人體的一半；上、下樓時可達體重的3.3倍。

B.由于“腱股接觸”的參與，有效地增大了接觸面積，分擔了髕股關節(jié)的接觸壓力，關節(jié)面的壓強變化不大，對保護關節(jié)軟骨的正常應力有重要意義。髕股關節(jié)的生物力學特點第63頁,共68頁，星期六，2024年，5月③髕股關節(jié)的運動：脛骨和股骨間的軸向旋轉運動，導致髕韌帶附著處脛骨節(jié)結，出現(xiàn)內外側移動，造成髕骨出現(xiàn)相對于股骨的旋轉運動。在正常運動時，大約有內旋6°和外旋8°，如果運動范圍增加還會增大。第64頁,共68頁，星期六，2