1、第四章 关节的生物力学,郑州工业应用技术学院医学院 康复治疗学教研室 张华锴,第一节 关节结构的生物力学特征 1.1 关节的基本结构 1.2 关节的运动幅度和测量方法 第二节 人体关节的生物力学 2.1 肩关节受力分析 2.2 肘关节受力分析 2.3 髋关节受力分析 2.4 膝关节受力分析 2.5 踝关节受力分析,第四章 关节的生物力学,骨骼借助韧带、肌肉和骨组织连接成骨骼系统。 骨的连接方式分为直接连接和间接连接。,第四章 关节的生物力学,直接连接又称不动关节；特点：结构牢固、坚韧性强、活动范围小或完全不能活动；功能：支持器官或保护有关组织。,第四章 关节的生物力学,间接连接又称活动关节；特
2、点：灵活性强；功能：传递力和运动。,第四章 关节的生物力学,关节共同特性： 运动灵活性强：三维方向的屈曲和旋转，多种运动同时发生； 关节囊摩擦系数很小，有较强的耐磨性； 有一定的强度、刚度，有一定的稳定性。,第四章 关节的生物力学,维护关节稳定性三因素： 关节面构造形式，骨骼的协调和稳定； 韧带维持的静态稳定作用； 关节周围的肌肉起到的动态稳定作用。,第四章 关节的生物力学,分析关节运动及受力状态，主要包括三方面关键因素： 关节瞬时旋转中心；肌肉作用的起止点， 即肌肉力的大小和方向； 肌肉力或外力作用 下关节面受力情况。,第一节 关节结构的生物力学特征,1.1 关节的基本结构,关节结构,关节主
3、要结构,关节辅助结构,关节囊,关节面,关节腔,韧带,内软骨,关节盂缘,1.1 关节的基本结构,关节面 关节面：构成关节的两根骨的相对面。一凸一凹，互相适应。凸面为关节头，凹面为关节窝。关节面覆盖一层光滑的 透明软骨，称关节软骨。,1.1 关节的基本结构,关节面 生物力学特征：关节软骨使关节头和关节窝形态更适应；表面光滑，面间有滑液，可减少关节面间摩擦系数；软骨有弹性，可减 少骨面间的摩擦和缓冲撞击，增 加灵活性。,1.1 关节的基本结构,关节囊 关节囊：包在关节周围，为一结缔组织的膜性囊。分内、外两层，外层为纤维 层，内层为滑膜层，纤维层和滑 膜层相连续。,1.1 关节的基本结构,关节囊 生物
4、力学特征：某些关节，纤维层局部增厚，形成韧带，加强关节的稳定性；滑膜层薄而光滑，含有丰富的血管和淋巴管，能分 泌少量滑液，以润滑关节面和滋 养关节软骨，同时也有吸收作用。,1.1 关节的基本结构,关节腔 关节腔：关节囊滑膜层与关节软骨之间围成的潜在性腔隙，也称滑膜腔。内含少量滑液。关节腔密闭呈负压，维持关 节稳定性有一定作用。,1.1 关节的基本结构,韧带 由致密的结缔组织构成，呈扁带状或条索状。韧带弯曲超过生理范围 ，可导致韧带延长或断裂。韧带有连接两骨、增加 关节稳定性，限制关节运动 等作用。,1.1 关节的基本结构,关节内软骨 由纤维软骨构成，位于两骨 关节面之间，有关节盘和关节半 月板
5、两种。关节内软骨增加关节弹性 ，减少骨面冲击和震荡，使关 节面互相适应，利于关节运动。,1.1 关节的基本结构,关节盂缘 纤维软骨环，附着于关节窝的周缘。加深关节窝的作用。,1.1 关节的基本结构,关节灵活因素：关节面、关节腔、滑膜层和关节腔内的滑液。关节稳定因素：关节囊、韧带、关节盂缘、关节腔内负压。两个方面因素相互制约、相互依存，实现关节运动功能。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,关节灵活性的表现是关节运动的幅度。骨环节运动极限的范围叫关节运动幅度。关节运动属于转动，运动幅度用角度表示。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,影响关节运动幅度的因素两关节面弧度差：肱尺关节的肱骨滑车弧度330
6、，尺骨半月切迹弧度为190，屈伸方向上的弧度差为140，肱尺关节运动幅度为140。两关节面弧度差越大，关节运动幅度越大。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,影响关节运动幅度的因素关节周围软组织性质：关节运动与关节面边缘互相阻挡无关，运动幅度不受关节面弧度差影响。影响关节运动幅度的主要 因素为关节周围韧带、筋膜、 关节囊、肌肉。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,影响关节运动幅度的因素关节周围软组织性质：周围软组织对关节运动幅度的影响始终存在。关节囊厚、紧，韧带和筋膜多、强，肌肉 长度短，则运动幅 度小；相反，幅度 大。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,关节运动测量方法关节测角器：测量器测量时
7、，测角器铰链按放位置始终一致。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,关节运动测量方法摄影法：照相摄影和X线摄影两种。照相摄影法是在被测关节的固定臂和活动臂上分别贴两个圆形标志点，用相机拍摄标志点连线在关节旋转前后的两个标志点位置，通过数学计算方法计算标志点连线之间的角度在旋转前后的变化。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,关节运动测量方法摄影法：照相摄影和X线摄影两种。照相摄影，在被测关节固定臂和活动臂上分别贴两个圆形标志点，用相机拍摄标志点在关节旋转前后的位置，通过数学计算方法计算标志 点间的角度变化。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,关节运动测量方法电子法：把关节运动转化成电信号记录下来。
8、用两只可变电阻组装成的关节角度仪。,1.2 关节的运动幅度和测量方法,关节运动测量方法计算关节运动幅度时，要确定运动的开始点。运动开始点是关节开始运动时的位置。采用立正姿势时各关节中立位为开始运动点。膝关节伸直180位、踝关节90为其运动开始点。,第二节 人体关节的生物力学,2.1 肩关节受力分析,肩关节由肩胛骨的关节盂和肱骨头构成，是典型的球窝关节。肩关节松弛，关节腔宽大，韧带少且弱，是不太稳定的关节，常发生脱位。,2.1 肩关节受力分析,肩关节结构的稳定性及运动幅度肱骨头为球形的关节面，肱二头肌长头腱跨过结节间沟，随肱骨内收 、外展、旋转活动上下 滑行，导致结节间沟变 窄的因素均可引起肱二
9、 头肌腱鞘炎发生。,2.1 肩关节受力分析,肩关节结构的稳定性及运动幅度关节盂呈梨形，上窄下宽，关节面为凹面，向前、外、下方，盂表面 覆盖透明软骨，边缘镶 有纤维软骨为盂唇，增 加盂的深度。,2.1 肩关节受力分析,肩关节结构的稳定性及运动幅度关节囊为纤维组织构成的松弛囊。囊松弛、盂较浅，关节的稳固性依 赖韧带和盂肱关节周围 的肌肉群。但下方肌肉 较少，关节囊软弱，常 发生前脱位。,2.1 肩关节受力分析,肩关节结构的稳定性及运动幅度肩关节是灵活性最佳的一个关节。前屈、后伸、 外展、内收、旋内 、旋外、环转，三 维方向的广泛运动 。,2.1 肩关节受力分析,肩关节结构的稳定性及运动幅度,2.1
10、 肩关节受力分析,肩关节受力分析计算手臂平抬时，肌肉力及肩关节上产生的反作用力大小。在分析肩关 节受力情况时， 可将肩关节结构 简化为杠杆系统。,30N,30N,G,G,Fm,Fm,2.1 肩关节受力分析,肩关节受力分析假设：体重为600N，手臂重量为体重的1/20，手臂重30N，重心作用在约离肱骨头中心30cm处。 为了平衡手臂重 量，肌力 平 行手臂，离关节 中心3cm。,30N,30N,G,G,Fm,Fm,2.1 肩关节受力分析,肩关节受力分析解：肩关节平抬并相对静止。 根据杠杆平衡原理，Fm0.03=G0.30，所以Fm=300N。,30N,30N,G,G,Fm,Fm,2.1 肩关节受
11、力分析,肩关节受力分析解：肩关节平抬并相对静止。 肩关节反作用力为T，T与Fm是一对作用力与反作用力，与Fm大小相 等、方向相反， T=300N。,30N,30N,G,G,Fm,Fm,T,2.1 肩关节受力分析,肩关节受力分析解：肩关节平抬并相对静止。 实际情况，三角肌肌力与臂不平行，成一定夹角，精确计算过程比 以上复杂的多。,30N,30N,G,G,Fm,Fm,T,2.2 肘关节受力分析,肘关节是由三个关节（肱尺关节、肱桡关节、上尺桡关节）共同包裹在一个关节囊内组成的复合关节，属蜗状关节。,2.2 肘关节受力分析,肱骨下端与尺骨组成肱尺关节；肱骨下端与桡骨组成肱桡关节；桡骨和尺骨组成上桡尺关
12、节。,2.2 肘关节受力分析,关节囊纤维层在前、后方较薄弱，两侧韧带较强。,2.2 肘关节受力分析,肘关节结构的稳定性及运动幅度肘部的稳定因素主要有肱骨、肱骨远端、桡骨小头、尺骨近端。尺骨冠状突（至少50%冠状突） 是保持肘关节稳定的不可或缺的结构。,2.2 肘关节受力分析,肘关节结构的稳定性及运动幅度其次为韧带结构：尺侧副韧带、桡侧副韧带、环状韧带。侧副韧带提供两侧关节稳定性（内翻和外翻）的50%，关节面承担50%。外侧稳定依赖尺侧副韧带作用，桡骨 小头是第二重要预防肘 外翻的稳定结构。,2.2 肘关节受力分析,肘关节结构的稳定性及运动幅度肘关节主要进行屈伸运动，幅度可达140，过伸可达10
13、-20。桡尺部在垂直轴上 做旋前、旋后运动，幅 度为10-15 ，女性可 达25 。,2.2 肘关节受力分析,肘关节结构的稳定性及运动幅度肱骨滑车关节轴斜向下内，屈前臂时前臂与上臂中轴之间产生约5-15角，称提携角。超过正常范围称肘外翻畸形，小于 正常范围称肘内翻畸形。,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析前臂屈曲某一角度时，肌肉力 （肱二头肌和肱肌）可分解为两个分力：稳定力 ，沿前臂方向压紧肘关节，起稳定作用；旋转力 ,垂直于前臂轴线，引起前臂旋转、屈伸。,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析设肌力的作用点与肘关节转动中心距离为dR(常数），旋转力 随臂屈曲角度的变化而变化，肘屈曲接近9
14、0时， 最大。力 与屈曲角度成非线性关系。当接近90时，力 增大较快。,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析上臂垂直下垂、前臂屈曲90时，计算肱二头肌肌力及肘关节反力。已知：肌力力臂dM=0.05m，重力力臂dG=0.15m，前臂及手重量G=15N。,G,dM,dG,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析解：肌力Fm几乎与前臂轴线垂直，据杠杆平衡原理，Fm dM=GdG ，Fm= = =45N。肘关节反力垂直向下为：T= FmG=45-15=30N。前臂屈曲在其他角 度时，计算过程相对复 杂。,G,dM,dG,T,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析患者使用手杖时，前臂屈曲30角，手杖反力
15、为Fc=150N，L1=3cm，L2=36cm。计算此时肘关节肌肉力及关节反力。,30,Fc,Fm,L1,L2,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析解：使用手杖时，手臂是肱三头肌力Fm所起的伸直力。根据力矩平衡原理FmdM=Fcdc Fm0.03cos60=1500.36cos60 Fm=1800N。,L1,L2,dM,dC,Fc,Fm,30,2.2 肘关节受力分析,肘关节受力分析解：关节反力T是力Fm和的力Fc矢量和：T= Fm +Fc=1800+150=1950N。,L1,L2,dM,dC,Fc,Fm,T,30,2.3 髋关节受力分析,髋关节是比较稳定的球窝关节，由球形股骨头、凹形髋臼组
16、成。球形股骨头为球 窝结构中的凸出部分， 相当于圆球的三分之 二，方向朝上、内、 前。,2.3 髋关节受力分析,凹形髋臼是球窝结构中的凹形部分，半球形，方向朝前、下、外方， 内衬半月形软骨，内 下方软骨缺如，形成 髋臼切迹，由髋臼横 韧带连接，使与股骨 头紧密联合。,2.3 髋关节受力分析,凹形髋臼周围有三角形纤维软骨围成的关节唇，充分包裹股骨头。髋关节是全身位 置最深的关节，具有 相对稳定的骨性结构。,2.3 髋关节受力分析,髋关节由坚强的关节囊与韧带、强大的肌肉群保护。既坚固又灵活，将躯干重量传达至下肢，具有负重或活动功能。,2.3 髋关节受力分析,髋关节由坚强的关节囊与韧带、强大的肌肉群
17、保护。既坚固又灵活，将躯干重量传达至下肢，具有负重或活动功能。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节的稳定性依靠髋臼的形态和方向、髋臼对肱骨头的覆盖及关节周围肌肉的动力平衡等。 髋臼盂唇加深了髋臼 ，像领带将股骨头套住， 增加了关节稳定性。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节在冠状面的平衡，是 外展肌与内收肌之间的平衡。臀 中肌是主要的外展肌，内收大肌 是主要的内收肌，阔筋膜长肌是 主要的冠状面稳定肌。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节在矢状面的平衡，是 伸肌与屈肌之间的平衡。重心落 在髋关节前方时，臀大肌收缩要 防止髋关
18、节突然屈伸；重心落在 髋关节后方时，髂股韧带被动紧 张，限制髋关节过伸。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节的稳定性与关节活动的位置有关。关节全伸，同时少量外展和内旋而产生交锁效应，此时关节最稳定。 关节屈曲或内收时，股骨头进入髋臼内深度较小，关节稳定性就相应减弱。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节可作前屈、后伸、内收、外展以及内、外旋转等活动。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节前屈，股 骨头沿横轴在髋臼内 旋转。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度大腿内、外旋转时，以 股骨头中心至股骨髁间凹连 线作
19、为其活动轴心。,2.3 髋关节受力分析,髋关节结构的稳定性及运动幅度髋关节活动是一个大致幅度 ，这种幅度因人而异，在发生病 变时更加显著。,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析髋关节面所承受应力正常情况下均匀分布到负重关节面上，负重关节面积与所受压力成反比。超负荷应用促使软骨面受损而形成骨关节炎。正常关节面相互适应，应力分布面广，骨单位面积所受压力较小。,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析关节面不相适应时，压力传至相接触的关节面上。关节软骨面破坏，臼头半径不一致，传递外力的面积减少，将产生应力集中。髋关节的负重力线在髋臼上的位置与关节面受力也有一定关系。,2.3 髋关节受力分析,髋关节受
20、力分析行走或站立时，髋关节是主要的负重结构，主要为股骨头和髋臼。髋关节是轻度不和谐的关节，髋臼与股骨头不同部位承担不同的压力。摆动相，髋臼仅在前、后部与股骨头接触，承受压力，顶部几乎没有压力；单腿站立时，髋臼产生弹性应变与股骨头关节面完全接触，达到和谐一致。,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析双腿平衡站立时，股骨头承担上身和上肢重量，约为总体重的2/3，作用在单侧股骨头上的力为体重的1/3。单腿站立时作用在股骨头上的力为体重的2.6倍；漫步行走时为体重的1.6倍；跑步时为体重的5倍。,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨 头受力情况。已知：外 展肌力Fm与水 平轴大约为
21、60 角。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨 头受力情况。假设：Fm力 作用点、股骨头 中心、体重作 用点在一条水 平线上。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨 头受力情况。假设：肌 力臂dM与体重 力臂dG之比为 1:3.5，若取 1:3.0。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨头受力情况。已知：外展肌力Fm与水平轴大约为60角。假设Fm力作用点、股骨头中心、体重作用点在一条水平线上。肌力臂dM与体重力臂dG之比为1:3.5，若取1:3.0，单腿承受人体
22、重量（660N）的5/6，为：5/6660N=550N。,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨头受力情况。解：为了维持骨盆的水平位置，需外展肌来平衡，先画出杠杆简图。根据杠杆平衡：1=bW3=550N3=1650NFm= /sin60=1905N,Fm,bW,60,1,3,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨头受力情况。解：为了维持骨盆的水平位置，需外展肌来平衡，先画出杠杆简图。Ty= +G=1650+550 =2200N，Tx=Fmcos60= 19050.5=952.5N,Fm,bW,60,1,3,T,Ty,Tx,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分
23、析计算单腿站立时股骨头受力情况。解：为了维持骨盆的水平位置，需外展肌来平衡，先画出杠杆简图。T= =2397N,Fm,bW,60,1,3,T,Ty,Tx,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算单腿站立时股骨头受力情况。解：为了维持骨盆的水平位置，需外展肌来平衡，先画出杠杆简图。,Fm,bW,60,1,3,T,Ty,Tx,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析从计算过程可以看出，dM与dG比例的改变，所得结果不同。 dM值与股骨颈干角（125）有关。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析颈干角，大于125（髋外翻），dM减小，肌力增大，关节受力增大。置换假肢，应加以
24、注意。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析颈干角，小于125（髋内翻）， dM增大，肌力减小，关节受力减小。置换假肢，应加以注意。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析若改变dG，亦可改变外展肌力及关节受力情况。当外展肌受损或麻痹时，不能提供平衡肌力，只好把重心移向股骨头中 心的正上方，dG减小，外 展肌力减小。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析若改变dG，亦可改变外展肌力及关节受力情况。长期“馈病”步态，股骨头承受垂直向下的力，引起骨端软骨板移 位，骨向上方生长，形 成“外反股”病态。为 避免这种情况，借用手
25、 杖来减小外展肌力。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算使用手杖时，外展肌的肌力大小。假设：手杖离股骨头中心de=0.5m，dG=0.15m，手杖作用力Fc=100N，单腿 承受人体重量（660N）的 5/6，G=5/6660N=550N。,dM,dG,Fm,bW,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算使用手杖时，外展肌的肌力大小。假设：手杖离股骨头中心de=0.5m，dG=0.15m，手杖作用力Fc=100N，单腿承受人体重量（660N）的5/6，G=5/6660N=550N。,Fc,G,Fm,dG,de,dM,2.3 髋关节受力分析,髋关节受力分析计算使
26、用手杖时，外展肌的肌力大小。解：依据杠杆平衡：FmdM=Fcde-GdG接近人体体重，比不用 手杖时小的多。,Fc,G,Fm,dG,de,dM,2.4 膝关节受力分析,膝关节是人体中最大、最复杂的关节之一，也是发病率较高的关节。由股骨、髌骨、胫骨 组成。因长骨结构特点， 任何异常外力都会在作用 点上显著地扩大，膝关节 比身体其他关节更易损伤。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度膝关节骨性结构、肌 肉肌力、附属韧带结构、 半月板、关节囊、共同作 用下保持静态与动态稳定 性。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度髌骨是最大籽骨，与股骨髁前下方的鞍状关节面（滑车面）
27、相关节，关节面有明显的纵嵴将其分为内侧和外侧关节面。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度髌骨具有保护膝关节，避免肌腱对股骨髁软骨面摩擦，传递股四头肌 力，参与构成伸膝装置。 （伸膝肌群、髌骨、肌腱 、髌股关节、胫股关节）,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度髌骨具有维持膝关节半蹲位的稳定性，防止膝关节过度内收、外展和 伸屈，具有车链作用，增 加膝关节回转能力。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度股四头肌的力线与髌腱纵轴 之间存在一个外 翻角度即股四头 肌角（Q角）， 髌骨存在向外侧 移位的倾向。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运
28、动幅度膝伸直时，男性平均11，女性17，大于20为异常；屈曲90时，正常范 围为-4-+6，大于8为异常。Q角增大，髌骨不稳定，易外移 、脱位。Q角测定有助于评定髌骨半 脱位和脱位。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度膝完全伸直，股骨在胫骨上向内旋转，关节扣锁，获得最大的稳定。过度屈曲时，股骨向 外旋转，通过关节面的咬 合和交叉韧带的制导作用 增加关节的稳定。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度膝交叉韧带牢固地连接胫骨和股骨，保护膝关节内外侧、前后方，使旋转稳定，可防止胫骨前、后移位。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度后交叉韧带防止胫骨在
29、股骨上后移，股骨前移，过分屈曲。前交叉韧带防止胫骨在股骨上 前移，股骨 后移，过分 伸直。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度腿部固定不动，膝交叉韧带能防止股骨内旋。外侧副韧带从股骨外上 髁向下后走行，达腓骨茎突 。内侧副韧带起自股骨内上 髁，向下附于胫骨内侧髁。 膝伸直时绷紧，屈膝时松弛 ，有助于膝稳定。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度腘斜韧带，起自胫骨内侧髁，斜向上方，止于股骨外上髁，部分纤维与 关节囊融合，防止膝关节过 伸。位于关节囊后方，从后 面加固膝关节。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度股骨内外髁纵向和横向均凸起，胫骨髁上
30、关节面稍凹陷，不是椭圆形关节窝，连接不紧密。在股骨和胫骨间左右各有一个软骨垫。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度内侧和外侧半月板，纤维环形软骨盘，边缘厚，中间薄，上面凹陷，下面平坦，填充在两侧胫骨髁上，被后部斜行 韧带分成两部分，借助 韧带附于胫骨髁间隆起。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度半月板加深关节窝，加强膝关节的稳定性，能吸收部分体重和地面的反作用，起缓冲作用。有一定活动度，对 最后伸直起拧紧作用。 完全伸膝，可前后移动， 使膝更灵活。,2.4 膝关节受力分析,膝关节结构的稳定性及运动幅度膝关节屈伸在0-110和内、外旋10-15。正常行走屈伸约
31、70 ，下楼时屈伸角接近90 ，上楼时小于90 ，坐位时90-110之间最适宜。,2.4 膝关节受力分析,膝关节受力分析直立时，重心线在膝关节中心稍前，不需很大肌力来维持平衡。膝关节受力为体重减去腿足重力的一半。若站立体态不正确，膝关节产生力矩，需肌力平衡。膝弯曲站立，或慢步上楼，承受3-5倍体重的力。行走时，膝关节上的力为体重的3倍。,2.4 膝关节受力分析,膝关节受力分析膝关节受力分析中，半月板作用很重要，起分散负载的作用，将股骨的压力分散到胫骨平台。膝关节受到冲击载荷，半月板具有缓冲的作用；负荷轻时，半月板分隔股骨和胫骨；负荷重时，股骨髁软骨与胫骨平台软骨相接触。,2.4 膝关节受力分析
32、,膝关节受力分析上楼梯时，前腿弯曲，求后腿离地时，作用在膝关节上的肌力和关节力。已知：dG=0.2m，dM=0.06m， 膝关节所承受重力大致等于人体 重量，即G=600N。,G,Fm,dG,dM,2.4 膝关节受力分析,膝关节受力分析上楼梯时，前腿弯曲，求后腿离地时，作用在膝关节上的肌力和关节力。解：根据杠杆平衡原理：FmdM=GdGFm就是髌韧带的作用力，据此计算关节力。,G,Fm,dG,dM,2.4 膝关节受力分析,膝关节受力分析上楼梯时，前腿弯曲，求后腿离地时，作用在膝关节上的肌力和关节力。解：三角形法则，T=2580N。,G,Fm,dG,dM,T,2.5 踝关节受力分析,踝关节由胫腓
33、韧带连接胫、腓骨下端构成的叉状关节窝（踝穴），（夹住）前宽后窄的距骨构成关节头，组成典型的鞍形关节。,2.5 踝关节受力分析,距骨分为头、颈、体三部分，头为前端球形关节面部分，头后方缩窄处为距骨颈，近似方形的距骨体位于颈后。,2.5 踝关节受力分析,内侧韧带，尖朝上，起自内踝，自前向后，止于舟骨、距骨内侧、距骨后内侧，呈三角形，强而有力，与关节囊紧密相连，限制足过度外翻 。足踝过度外翻时常发生 内踝骨折或撕裂，三角 韧带不会断裂。,2.5 踝关节受力分析,外侧韧带，起自外踝，分三股由前向后分别止于距骨前外、跟骨外侧、距骨后方，较薄弱，用以增强关节囊。限制足踝的内翻。过度内翻，常发生外侧韧带挫伤
34、或 断裂。,2.5 踝关节受力分析,踝关节结构的稳定性及运动幅度踝关节稳定性从背屈（背伸）、跖屈两个运动方式分析。,2.5 踝关节受力分析,踝关节结构的稳定性及运动幅度踝背伸时，前宽的距骨体进入踝穴，距骨颈上表面与胫骨前缘相接触，限制背伸运动幅度，关节稳定，不能内收外展，否则引起距骨颈骨折。踝背伸时，关节囊和并行韧带后 纤维被拉伸，限制背伸幅度；比目鱼 肌和腓肠肌限制踝背伸运动。,2.5 踝关节受力分析,踝关节结构的稳定性及运动幅度踝跖屈时，后窄的距骨体位于关节窝内，关节松弛，可绕矢状轴内翻、外翻，距骨后结节压在胫骨表面后缘，限制踝关节跖屈；关节囊前缘和并行韧带前纤维被拉紧；背屈肌（小腿三头肌
35、、踇长屈肌、趾长屈肌、胫骨后肌、腓骨长肌和腓骨短肌）强直收缩产生的阻力是第一个限制因素。,2.5 踝关节受力分析,踝关节结构的稳定性及运动幅度踝关节的运动主要是胫、 腓骨绕横轴在距骨滑车的前后 矢状面内转动，但绕垂直轴在 距骨滑车的水平面内亦可有少 许转动和侧方位移。,2.5 踝关节受力分析,踝关节结构的稳定性及运动幅度胫骨远端关节面弧度为70，距骨滑车关节面弧度140-150。踝关节屈伸70-80，平均45 左右，正常背屈20-30，跖屈30-50 。步行一般在 25-35之 间。,2.5 踝关节受力分析,踝关节受力分析站立时，重力主要由胫骨传到距骨，下传至跟骨及前足。胫骨受压力时，踝关节构
36、成不稳定结构。为保持稳定，小腿前、后肌群形成稳定力 系（如绳索稳定旗杆），结果增加 距骨上的压力。,2.5 踝关节受力分析,踝关节受力分析身体前倾时，计算肌肉力及关节反力。已知：体重为600N，每足上承受300N（忽略脚的重量），dG=0.02m，dM=0.03m。解：根据杠杆平衡原理：GdG=Fmdm,dG,dM,Fm,G,2.5 踝关节受力分析,踝关节受力分析身体前倾时，计算肌肉力及关节反力。已知：体重为600N，每足上承受300N（忽略脚的重量），dG=0.02m，dM=0.03m。假设：Fm、G大致平行， 作用在距骨上的反力T为： T=Fm+G=200+300=500N（体重的5/6）。,dG,dM,Fm,G,
