对踝关节进行受力分析.doc

1对踝关节进行受力分析作者：王爱敏 李亚芳 蔡金明 王保珩 刘美玉【摘要 】 踝关节(ankle joint)是人体中的重要关节之一，而且也是一个发病率较高的关节了解踝关节的运动和受力情况，对临床诊断和治疗都是有益的 【关键词】 踝关节; 受力分析; 力矩平衡; 内翻扭伤临床骨科研究生课程《人体力学》是一门很重要的基础课因为人体的运动主要涉及到腕、肘肩、膝、踝关节和脊柱的活动，从生物力学角度看，整个人体可以看成：人体的结构支架(又称生物力学模型)是由手、前臂、上臂、躯干、大腿、小腿和脚等 7 个链通过上述 6 个关节连结而成人体的运动和保持一定的姿势均要经过关节的运动(转动，弯曲，伸展) 和肌肉的收缩、扩张而完成故研究各关节的受力状况，对医疗，保健有着十分重要的意义我们在教学实践中，与临床病症相结合，对发病率较高的踝关节易受伤的力学原理进行了分析与探讨，得出了踝关节易受伤的原因及其预防的办法下面从两个方面进行分析与研究1 踝关节的运动分析2人体脚踝的内外侧，有两个可以摸到的隆起，分别叫做内踝和外踝[1]内踝是胫骨的下端，外踝是腓骨的下端，内外踝周围有很多韧带人体在站立、行走、下蹲等动作中，踝关节的稳定性与灵活性十分重要，其中内、外踝与侧副韧带一起共同维持踝关节侧方的稳定。

在解剖学上，踝关节通常叫做距小腿关节，由胫腓横韧带连接胫、腓骨下端的踝关节面和距骨滑车构成(图 1 所示) 重力主要由胫骨传到距骨(图 2 所示)下传到跟骨及前足，受力情况如图 3所示距骨滑车呈前宽后窄状[2]，当背屈时 (伸，足尖向上)，滑车呈前宽部被内，外踝夹紧，比较稳固;当跖屈时(屈，足尖向下)，滑车后窄部进入关节窝内，故可有轻微的侧方(收，展运动)，此时距小腿关节松动而稳定性较差，易受扭伤，其中以内翻扭伤较多见(即外侧韧带损伤)2 踝关节的受力分析正常情况下，在胫骨受到压力，传到距骨，踝关节的结构不稳定，为了保持其稳定，它周围的小腿前群肌肉及后群肌肉必须形3成一个稳定的力系[3](图 4 所示)比如固定一竖杆，两边要用绳索拉牢(图 5 所示) ，受力才平衡当足部接触地面的面积小时，即通常做跖屈运动，距骨受力较大，容易发生侧方运动，进而扭伤我们以体重为 500 牛顿的人为例,对比两种踝关节受力情况：2.1 人的身体前倾时，重心前移，但足部不离开地面，此时踝关节的受力情况在每一足上承受 250 牛顿的重力(两足重在体重中所占比例很小，可忽略不计)踝关节的受力点为胫骨和距骨的接触点，设为O 点,如图 6 所示，F 为肌力，N 为地面的支持力， dF， dN 分别为两个力 F，N 的力臂，在物理学上根据力矩的平衡条件[4] ，可得出力矩方程：F ×dF - N×dN = 0N = G = 250 牛顿dN=0.02 米, dF=0.03 米4F = N×dN/ dF = 167 牛顿图 6 作用在距骨上的压力作用在距骨上的压力为 T，如果粗略认为 N，F 平行，T = N + F = 300 + 167 = 467 牛顿从结果可以看出，正常情况距骨所受压力为 467 牛顿，如果大于 467 牛顿，踝关节可能容易受伤。

2.2 人在单腿翘脚站立时，离地约 30°，踝关节的受力情况图 7 单腿翘脚站立时踝关节的受力分析由平衡条件：F ×dF - N×dN = 0，F = N×dN/ dFN = G = 500 牛顿如图 7 所示 F、 N 、T 三力平衡必交汇于一点，利用力三角5形，如图 8，通过图解法可求出 F =1007 牛顿，T= 1500 牛顿对比前后结果，单腿翘脚站立比足部完全接触地面时距骨所受的压力要大的多，大小是其 3 倍多，显然踝关节更容易发生扭伤图 8 图解法3 结论通过对踝关节进行受力分析，可以得出当足部接触地的面积越小，踝关节所受压力增大，距骨窄部进入关节窝，容易侧向运动，此时踝关节松动而稳定性较差，容易扭伤，其中以内翻扭伤较为常见所以当我们在不平的路面行走、跑步、跳跃、或脚登高跟鞋走路不稳，或下楼梯时，踝在跖屈位足内翻，出现扭伤，俗称扭脚脖子特别是女性，在户外活动、旅游时，最好不要穿高跟鞋参考文献】1 赵勇.骨折与关节损伤. 北京：科学出版社,2005,284.62 严振国.正常人体解剖学. 北京：中国中医药出版社，2003,47.3 孟和. 骨伤科生物力学 .北京：人民卫生出版社， 2006,279.4 张三慧.大学基础物理学.北京：清华大学出版社，2007,84～ 87.。