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第十章 膝关节运动学 丁浩 （一）膝关节组成和运动方向 1．膝关节的组成 2．膝关节的运动方向 内容提要 （二）膝关节功能解剖 1．胫股关节的形态与运动的关系 2．胫股关节的运动特征 3．髌股关节的功能解剖 4．膝关节的半月板 5．膝关节的韧带 6．关节囊和滑囊 7. 膝关节的肌 （三）膝关节生物力学 1．膝关节的轴 2．单足站立时膝关节上的静力学分析 3．膝关节的动力学分析 4．步行时胫骨平台的反应力及辅助结构的作用 5．膝关节损伤和脱位 6．全膝关节置换术的功能锻炼 概述 l膝关节是人体最大、结构组成和功能最复杂的滑 车关节 l范围 髌骨上缘上方2横指到胫骨结节高度 l组成 股骨内外髁 胫骨内外髁 髌骨 l功能 屈伸运动（活动度0~135）旋转运动 （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。

一、膝关节运动 膝关节的四个轴 二、膝关节的结构 l膝关节：由股骨内外 侧踝和胫骨内外侧踝 以及前方的髌骨组成 关节又由关节面， 关节囊，关节腔组成 关节囊宽阔而松弛 韧带发达，其中，位 于关节囊前臂的髌韧 带尤为强大 l在关节囊内，有膝 交叉韧带和关节半 月板膝交叉韧带 连接股骨和胫骨， 分前交叉韧带和后 交叉韧带前交叉 韧带可阻止胫骨向 前移位；后交叉韧 带可限制胫骨向后 移位 l关节半月板，由纤 维软骨构成，共有 两块内测半月板 成C形；外侧半月 板呈O形内外侧 半月板分别位于股 骨和胫骨的同名踝 之间半月板的上 面微凸，下面平坦 ，可使股，胫两骨 的关节面更为适应 从而增强关节的 灵活性和稳固性 膝关节囊 l膝关节囊较薄而松弛，附着于各骨关节软骨的周缘 关节囊的周围有韧带加固前方的叫髌韧带，是股四 头肌肌腱的延续（髌骨为该肌腱内的籽骨），从髌骨 下端延伸至胫骨粗隆，在髌韧带的两侧，有髌内、外 侧支持带，为股内侧肌和股外侧肌腱膜的下延，并与 膝关节囊相编织；后方有腘斜韧带加强，由半膜肌的 腱纤维部分编入关节囊所形成；内侧有胫侧副韧带， 为扁带状，起自内收肌结节，向下放散编织于关节囊 纤维层；外侧为腓侧副韧带，是独立于关节囊外的圆 形纤维束，起自股骨外上髁，止于腓骨小头。

l关节囊的滑膜层广阔，除关节软骨及半月板的 表面无滑膜覆盖外，关节内所有的结构都被覆 着一层滑膜在髌上缘，滑膜向上方呈囊状膨 出约 4 厘米左右称为髌上囊于髌下部的两 侧，滑膜形成皱襞，突入关节腔内，皱襞内充 填以脂肪和血管，叫做翼状襞两侧的翼状襞 向上方逐渐合成一条带状的皱襞，称为髌滑膜 襞，伸至股骨髁间窝的前缘 膝关节囊和滑囊 （1）膝关节的关节囊薄而松弛，有很多隐窝，附 于各关节面的周缘，周围与韧带相连接 （2） 膝关节周围有许多的滑膜囊，膝关节囊的滑 膜层是全身关节中最宽阔最复杂的，附着于该关 节各骨的关节面周缘，覆盖关节内除了关节软骨 和半月板以外的所有结构滑膜位于膝关节囊的 内面，起自关节软骨边缘，然后反折于关节囊内 膝关节囊和滑囊 （3）在膝屈伸时，滑液从一个凹室流入另一个 凹室来润滑关节面在伸时，腓肠肌和腘肌囊 受挤压，滑液受力驱使向前运动在屈时，髌 上囊在前群肌肉中受张力而被压缩，滑液受力 向后运动当关节处于半屈位置时，滑液处于 最小张力压迫下当受伤或得病时，关节腔中 充盈过多的液体，半屈膝体位可以减少关节腔 中的张力，有利于减少疼痛 关节软骨 髌股关节软骨是人体中最厚的软骨。

最大厚度 可达7㎜髌股关节软骨厚度并非均匀一致， 软骨最厚的部分位于骨嵴处60%位于髌骨的 外侧关节面，分布于内侧者约20%关节面软 骨厚度变化特点有助于增加髌股关节面的适合 性 半月板 （1）膝关节半月板的结构与功能 ①半月板是垫在膝关节股骨与胫骨之间半月形的 纤维软骨盘，其边缘较厚，中间很薄，上面凹陷， 下面平坦，填充在两侧的胫骨髁上分别称为内、 外侧半月板 内侧半月板(medial meniscus)较 大，呈“C”形，前脚窄而薄，后角宽阔而稍厚； 外侧半月板(lateral meniscus)较小，近似“O” 形，前、后角的距离很接近，外侧缘亦与关节囊相 连 l②功能：A．传导负载：减少膝关节活动时， 接触面不吻合，使接触面积增大，压力分布均 匀B．维持稳定：加深胫骨髁关节面，并在 前后移动中，始终使膝关节的接触面积最大 C．减轻震荡：起到一定的缓冲作用，能吸收 一定的负荷震荡 （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。

膝关节的韧带 （1）有关节囊 外韧带和关节 囊内韧带即 ：髌韧带、腓 侧副韧带、胫 侧副韧带、腘 斜韧带、膝交 叉韧带 （2）众多韧带附着，以保证膝关节运动的稳定性 （3）侧副韧带在膝关节完全伸直时被拉紧，关节只有处 于这种状态时才易损伤当膝关节被猛烈外展时，可导 致胫侧副韧带部分或全部被撕裂，而过大的内收力量则 可以导致腓侧副韧带损伤 （4）在严重的内收或外展损伤时，交叉韧带可以与侧副 韧带一起被撕断前交叉韧带可以在膝关节猛烈过伸或 胫骨向前脱位时被撕断后交叉韧带则在后脱位时被撕 断假如两条交叉韧带都被撕断，膝关节就会出现不正 常的前后移动；如果仅仅是向前移动的范围增大，表示 前交叉韧带断裂或松弛，如向后移动的范围增大，则表 示后交叉韧带断裂或松弛 髌骨 髌骨为膝提供两个重要的生物力学功能：它在 整个运动范围内借延长股四头肌力臂帮助膝伸 直；并以增加髌骨与股骨间的接触面来改善股 骨上的压力分布 膝关节的肌肉 包绕膝关节 的肌有：股 四头肌、缝 匠肌、股二 头肌、半腱 肌、半膜肌 、股薄肌和 腓肠肌等等 使膝关节运动的肌主要是： l （1）屈曲：股二头肌、半腱肌、半膜肌、 腘肌；及股薄肌、缝匠肌、腓肠肌等。

l （2）伸展：股四头肌 l （3）内旋：股薄肌、半腱肌、半膜肌、腘 肌； l （4）外旋：股二头肌 胫骨平台的定义 构成膝关节基本结构的 骨是大腿股骨的下端和小腿 胫骨的上端，股骨下端可以 看成是关节头，胫骨上端构 成关节窝组成膝关节基本 结构的两块骨所形成的关节 头和窝不典型，特别是胫骨 构成的关节窝很浅近似于一 个平面(俗称胫骨平台)，这 一结构有助于膝关节的灵活 性，但稳定性较差 膝关节的特点 ①关节囊广阔而松弛，各部厚薄不一（髌韧带、胫、腓侧 副韧带）； ②前交叉韧带~防止胫骨前移；后交叉韧带~防止胫骨后移 ； ③内、外侧半月板（“内C外O”）：加深了深度，增强稳 固性，缓冲作用； ④关节囊的滑膜层附着于各关节软骨周缘（翼状襞） ⑤滑膜囊（髌上囊） ~润滑作用 膝关节辅助结构的作用 其主要作用是增加膝关节的稳定性 ①侧副韧带 防止小腿在膝关节处向左右侧 方移动的作用，保证人体运动时膝关节只能沿 屈伸方向发力(运动) ②前后交叉韧带 其主要功能是在运动中当 小腿固定时防止大腿在膝关节处前后移动，使 膝关节在运动中前后保持稳定。

膝关节辅助结构的作用 ③半月板 增加膝关节的稳定并有减轻运动 时关节头和窝之间撞击的作用 ④脂肪垫 它促进膝关节滑液的分泌，减轻 运动中膝关节震动的作用 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 三、膝关节运动功能分析 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，是髋、膝、踝三关节中 心的轴，偏离垂直方向约3 （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6 ，而髌骨解剖轴与下肢 力学轴一致，二轴在膝关节相交时形成170 ～175 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 ⑶膝关节的运动 ①屈和伸（额状轴）； ②屈膝状态下，轻度的旋内、旋外； 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 膝关节的受力 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 小腿和足的内旋同时外侧韧带张力明显增加 ，在行走时出现关节的摆动移位，导致关节退 化 膝关节的受力 当发生膝外翻时，膝关节向内侧移位，承重 力线外移，压迫外侧胫骨平台软骨，持续超负 荷会导致软骨的损坏，同时胫侧副韧带上的应 力逐渐增加，严重者造成髌骨向外移位，伸膝 时牵拉股四头肌膝轴、小腿和足也会发生相 应的变化 正常膝和畸形膝胫骨和股骨的负重 2、髌骨股骨的受力 髌骨的受力在伸直位和屈曲位是不同的，伸直位受的 压力较屈曲位小的多 髌股关节所受压力 髌骨 —— 对膝关节有 一定的保护 作用并有增 加伸膝关节 肌力矩的作 用。

35 35 P Q J 80 80 P Q J 膝屈90 膝屈5 AB 胫股关节的形态与运动的关系 胫股关节分为内侧胫股关节和外侧胫股关节外侧胫股 关节面的前1/3为一逐渐上升的凹面，而后2/3则呈逐渐 下降的凹面内侧胫股关节面则呈一种碗形的凹陷如 此，凸起的股骨关节面和凹陷的胫骨关节面彼此吻合， 使膝关节得以在矢状面上作屈伸活动；然而外侧胫骨关 节面的特征凹陷结构又使得外侧胫股关节面并非完全吻 合，从而允许膝关节的屈伸活动也不是同轴运动而是具 有多个瞬时活动中心的运动 （1）胫股关节运动范围： A.胫股关节的运动范围在矢状面内最大，膝完全伸直到完全屈曲的范 围是0～140左右； B.胫股关节在横面内的活动范围，随膝完全伸直到屈曲90而有所增 加； C.在额面内可得到同样的模式膝完全伸直时几乎不可能有外展或内 收当膝屈曲到30时，该面内的运动增加，但不论在被动外展或被动 内收时，其最大运动也只有几度同样，由于软组织的限制功能，屈曲 超过30时，这个面内的运动减少 胫股关节的运动特征 （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 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。