髋关节运动学

null髋关节运动学 髋关节运动学 null 髋关节是连接躯干与下肢的重要关节，也是全身负荷体重最多、受力最重的关节。在完成站立和负荷体重的同时，还在走、跑、坐、蹲等大范围运动中起关键作用，因而成为人体最稳定又具有很大活动度的关节，并有精确的对合装置和控制系统。 （一）髋关节组成（一）髋关节组成 髋关节是多轴性球窝状关节，由股骨的股骨头和髋骨的髋臼两部分组成，其中心位于腹股沟韧带中1/3稍下，关节面相互成曲面状，但大小不等，也不完全适应，只在完全伸展并轻度外展及内旋时紧密对合，年幼时其表面更似卵圆形，随年龄增长而变成球形。髋关节在结构上形成了以下几个特征：髋关节在结构上形成了以下几个特征：①髋臼周边有软性髋臼唇使之加宽加深，并超出半圆； ②股骨头成球形，与髋臼相匹配； ③股骨头凹处有圆韧带与髋臼相连，内有血管可为股骨头提供营养； ④股骨颈狭长，与股骨干成角度，具有力学意义及增加髋的活动范围； ⑤周围有紧张而强大的韧带保护； ⑥周围有丰富的肌肉覆盖； ⑦关节囊厚而坚韧。（二）髋关节的运动（二）髋关节的运动1.髋关节能绕三个基本轴运动，其基本运动方向有：屈伸、内收外展、旋内旋外及环转。 （1）屈、伸：髋关节在矢状面内围绕横轴前后运动，向前为屈，向后为伸。 范围：髋关节屈0°～125°，伸0°～15°。 测定：平卧位，下肢伸直，此时髋关节处于0°位。下肢抬高，大腿紧靠腹部为屈髋，下肢向后提拉为伸髋。 null （2）内收、外展：髋关节在额状面内绕矢状轴的运动。 范围：内收范围一般只有0°～45°，外展0°～45°。 测量方法：下肢向躯干正中线靠拢为内收，远离躯干正中线为外展。 null（3）内旋、外旋：髋关节在水平面内绕纵轴旋转。 范围：内旋、外旋范围分别为0°～45°，但旋外运动大于旋内运动。 髋关节的内收和外旋运动有下列三种体位测量方法： A.髋膝伸直位：下肢伸直位，肢体（股骨）内旋或外旋 B.仰卧屈髋屈膝90°位：以股骨头为中心的股骨轴旋转 C.俯卧伸髋屈膝90°位：以股骨头为中心的轴向旋转 2.限制髋关节运动幅度的因素 2.限制髋关节运动幅度的因素 （1）关节窝深　髋关节的髋臼很深，可容纳股骨头的2/3。加上髋臼唇加深了关节窝，几乎使整个股骨头被包绕在关节窝内，因而使髋关节活动时股骨头不易脱出。 （2）关节囊厚而坚韧　髋关节囊厚而紧张，大大增加了其稳固性，也限制关节的活动幅度。 null（3）关节周围韧带数量多且紧张有力　韧带加固髋关节。如其中的髂股韧带最为坚韧，可随髋关节后伸而逐渐紧张，限制髋关节过度后伸。再如当髋关节紧密对合时，耻骨韧带及坐骨韧带也产生紧张，以防止髋关节过度外展、内收或旋内的作用。3. 髋关节在日常生活中的主动运动范围 3. 髋关节在日常生活中的主动运动范围 研究显示：髋关节只要屈曲120°，外展20°，外旋20°即可保证日常活动的进行。 另有研究显示：髋关节在正常行走时的平均运动幅度是：在矢状面、冠状面和水平面分别为52°、12°和13°。在各个方向上的活动度平均为：屈曲37°、外展7°、内旋5°和外旋9°。 null日常活动中三个平面髋运动的最大平均量度（三）髋关节的功能解剖（三）髋关节的功能解剖髋关节是人体最重要的关节之一。其解剖结构使它既具有先天的稳固性，又有很大的活动幅度。1.髋关节及功能结构1.髋关节及功能结构股骨和髋骨通过股骨头和髋臼借关节囊、韧带等紧密相连，形成髋关节，并呈现诸多重要的功能结构。 null（1）拱形结构（1）拱形结构正面观，骶骨前宽后窄，骶结节韧带、骶棘韧带及骶髂韧带等，具有阻止骶骨转动或滑脱的作用。双侧髋关节与骨盆在支持体重时，支持力最大。人体直立时，重力由腰椎经骶骨、骶髂关节、髋臼传至股骨头，形成“立弓”，坐位时，重力由骶骨向两侧传至坐骨结节，形成“坐弓”。 作用：既坚固又省材，能承受较大载荷而又可缓冲震动等功能。null正常骨盆的结构 及传力方向null（2）股骨头和髋臼的精确对合 股骨头与髋臼所形成的髋关节结合比较紧密，并有一系列结构使其难于脱位。 ①股骨头 股骨头是髋关节球臼结构中的凸出部分，相当于圆球的三分之二，方向朝上、内、前。有一凹陷，称股骨头凹，有圆韧带附着。股骨头的关节软骨，厚薄不一，中内侧面最厚，周边部最薄。与髋臼相比，股骨头的关节面较大，以便增加髋关节的活动范围。 null② 髋臼：髋臼由髂骨、坐骨和耻骨三部分组成。中央为髋臼窝，内衬半月形软骨，其下缘由髋臼横韧带连接，使它与股骨头紧密贴合。周围有关节唇，使髋臼变深，以防脱位。髋臼朝前下外方，内下方软骨缺如，形成髋臼切迹，这种解剖结构与股骨头脱位后所处位置有一定关系。 null髋臼的上1/3是髋关节主要负重区，厚而坚强；髋臼后1/3能维持关节稳定，较厚。此两部分均须相当暴力才能引起骨折。髋关节后面与坐骨神经贴近，此部骨折移位或在手术时神经易遭受损伤。髋臼下1/3（或内壁）与上、后部比较，显得较薄，造成骨折需要的暴力也较小，此部如发生断裂，对以后髋关节功能影响也较小。null③ 内部负压增加：以上结构可使髋关节内部负压增加。有实验表明即使去掉髋周肌、关节囊，将股骨头拔开还需22kg的力。因此在大气压下髋关节在功能位时结构相当紧密。 null尽管如此，当髋关节处于某种易于脱位的位置又受到外力时，仍可能发生脱位。全髋关节置换术（total hip replacement, THR）后应避免置换的股骨头假体和髋臼假体发生碰撞而发生髋关节的脱位。 null有两个位置容易引起术后髋关节脱位：①过度的屈曲、内收和内旋可引起关节后脱位，通常见于病人坐在低凳，试图站立时；②伸直位过度内收和外旋引起前脱位，多见于前方入路，或假体位置过于前倾者。null 全髋关节置换术后早期正确的坐姿和动作：坐时伸髋/微微屈曲髋部（专门的椅子），不应屈伸向前、垫高腿或交叠双腿。当暴力使髋关节急速过度外展时，股骨大转子可被髋臼上缘挡住，而顶出髋臼突破关节囊前下方的弱点，发生前脱位。 null(3)颈干角和前倾角 颈干角和前倾角最能体现髋关节的结构功能特征。(3)颈干角和前倾角 颈干角和前倾角最能体现髋关节的结构功能特征。①颈干角：股骨颈与股骨干纵轴所形成的倾斜角为颈干角或内倾角。正常范围为110°～140°成年时平均为127°。 超过此角度的变形成为髋外翻（caxa valga），小于此角度者称之为髋内翻（coxa vara）。null②前倾角：股骨颈的轴线与股骨内外髁的髁间连线间有一向前扭转的角度，称为前倾角，成人一般不超过10°～12°，正常值在正常值在12°～15° 。 (4)股骨上端的骨小梁系统 (4)股骨上端的骨小梁系统 股骨头上端主要形成四组骨小梁，其排列方向沿股骨的主应变方向（有三组抗压骨小梁群基本上平行于股骨长轴方向，交织着由下方向上方走行，以保证股骨的强度和韧性，对抗体重的的重力；而主抗张骨小梁群的骨小梁则起到对抗横向张力的作用），从而最大限度地减少剪力：null主抗压骨小梁群：由股骨体内侧向股骨头上部走行。 主抗张骨小梁群：由股骨体外侧向股骨头内侧走行。 次抗压骨小梁群：由股骨体内侧向股骨大转子走行。 大转子骨小梁群：由股骨大转子下方向上方走行。null这四组骨小梁群对股骨头承重具有重要作用。在更年期后及老年发生骨疏松时，其消失的顺序是从最次要的骨小梁群开始的，即是以上顺序由后向前 4）→3）→2）→1）逐一消失的，以发挥其保护性机制,防止股骨颈的骨折。null控制骨骼重塑过程的原则称为沃尔夫定律(wolff’s law) ： 机械应力与骨组织间存在一种生理平衡。在平衡状态，骨组织的成骨细胞和破骨细胞的活性是相同的。当应力增大时，成骨细胞活跃，引起骨质增生，承载面增大，使应力下降，达到新的平衡；当应力下降时，破骨细胞再吸收加强，骨组织量下降，使应力增加。因此骨能通过改变它的大小、形状和结构以适应力学的需要进行功能重建。 null 股骨头、颈处骨小梁的排列方向明显遵循沃尔夫定律：当压应力或张应力施加在骨骼上时，骨骼的骨小梁会根据需要自行排列生长，以适应承重的需要。经常运动会使得骨骼受力增加，使骨量增加，骨质坚硬；而长期不运动、骨骼不受力，则会造成骨量减少，骨质疏松。 null所以说，wolff定律对于康复医学中提倡的内外科患者“早期离床、早期活动”的观点提供了一个理论依据。最好的防止骨质疏松的方法是在补钙的同时多做户外运动。(5) 股距（calcar femorale） (5) 股距（calcar femorale） 股距是股骨上段大、小转子间有多层密质骨构成的纵形骨板，上起于股骨颈骨后内侧，向下止于小转子下股骨内侧皮质，前附于股骨前内侧，向后外行于大转子，最后融合于大转子松质骨内。纵向上，股距略呈弧形，突向髓腔，自上而下约成16°扭转角。 股距是股骨上端的重要承载结构，也是股骨上端偏心受力的着力点，直立负重时承受最大压应力，承受弯矩和扭矩的作用，股距除加强股骨颈基底部外，还与股骨上端的骨小梁相连，构成一个坚强的承载系统。 null横切面上，股距可分为三个区域：近端附着于股骨上端前内侧部分属于皮质骨，向上与受力较大的股骨颈基底部相连，以加强股骨颈基底。股距由此向外延伸，与股骨颈分离，其结构介于皮质骨与松质骨之间，可视为较致密的松质骨。远端则完全为松质骨。 nullnull 股骨颈是薄弱部，股距明显地加强股骨颈抗压力和抗张力，骨小梁的相互交叉，由于股距、主抗压骨小梁和股骨颈内侧皮质三者的结合，有机地加强了股骨颈。这种结合也存在变化，股距或与两组骨小梁均连接，或致密融合成片，或仅与抗压骨小梁相连而与抗张骨小梁分离。 null股距的形成与压力和扭力相关，也与周围肌和韧带的作用力相关。股距所受应力不是平均分布，在受力较大部位，骨组织必然坚强加以抵抗。在行人工股骨头置换时，应尽量保留骨距，并使颈托与其贴近，以防止假体下沉和松动。 null 男女70岁以后，皮质骨也发生严重骨吸收，股距的结构破坏时期对股骨颈基底部和转子部的加强作用明显减弱，而使转子间骨折发生率明显增加。 （6）大转子（6）大转子大转子内侧与股骨颈松质骨连接，后上部游离于股骨颈形成转子窝。其外侧面及后缘是来自臀部、盆骨和闭孔的肌附着点，这些肌对旋转和外展下肢起重要作用。大转子肩部与髋关节中心在同一水平面上。大转子下外侧是股外侧肌起点。(7)小转子(7)小转子小转子比大转子低，位于股骨干的内后面，为髂腰肌止点。大小转子间的前方转子间线，在后为转子间嵴。他们均为关节囊及旋转髋关节诸肌的附着点。小转子是术中股骨颈切割平面的重要参考标志。2.髋关节的关节囊和韧带 2.髋关节的关节囊和韧带 （1）髂股韧带 位于关节前面，是人体强有力的韧带之一，起于髂前下棘，向下呈“人”字形，经关节囊前方止于转子间线。 作用：加强关节囊 限制大腿过伸（使其只能伸15°左右） 限制大腿内收 限制过伸引起的脱位 整复髋关节脱位时，利用此韧带作为支点 null（2）耻股韧带 位于髋关节内侧，略作螺旋状，限制髋关节过度外展和外旋。 （3）坐股韧带 较薄，起自坐骨，位于髋关节后面，限制髋关节的内旋。 （4）股骨头韧带 位于关节腔内，连接髋臼横韧带和股骨头凹，营养股骨头的血管从此韧带中通过，成年后封闭，对股骨头起固定作用。null 3.髋关节的滑膜和滑膜囊 3.髋关节的滑膜和滑膜囊(1)滑膜 滑膜衬于关节的内部，覆盖髋臼缘的两面、髋臼窝的脂肪及股骨头韧带。滑膜构成皱襞，内侧与外侧皱襞恒定，前皱襞不恒定。这些皱襞具有双重作用，一方面供应股骨头及股骨颈的血管由此潜行入骨内，另一方面又可作为关节内韧带。股骨颈骨折时，如滑膜完整，对于骨折的愈合将起良好作用。 null(2)滑膜囊 滑膜囊主要为髂耻囊，通过髂骨韧带与耻骨韧带的小孔，位于髂腰肌腱与髂耻隆起及关节囊之间，80%与关节囊相同，在臀大肌间膜与大转子之间有一个很大的臀大肌转子囊，该囊下方有2～3个小的臀肌股骨囊，位于臀肌粗隆附近与臀大肌肌腱之间，在坐骨结节部也有一个滑液囊，称为臀大肌坐骨囊。这些滑膜囊均直接或间接有助于髋关节的运动，减少肌腱与关节的摩擦。 4.髋关节运动的肌群4.髋关节运动的肌群屈肌群:主要为髂肌及股直肌，缝匠肌、耻骨肌、臀中肌前部及阔筋膜张肌，收肌中特别是长收肌，当髋关节有完全伸展位开始屈曲时也参与。 伸肌群:主要为臀大肌及股后肌。 外展肌群:主要为臀中、小肌，辅以阔筋膜张肌及缝匠肌。 内收肌群:主要为长、短及大收肌，辅以耻骨肌及股薄肌。 内旋肌群:主要为阔筋膜张肌及臀中、小肌的前侧纤维。 外旋肌群:主要为臀大肌、闭孔肌、孖肌及股方肌，辅以梨状肌及缝匠肌。null这些肌肉围绕髋关节，形成强大的外层支持结构，保证髋关节的稳定性。增强其肌力对于防止髋关节的脱位很重要，在承重和步行中髋外展肌群、内收肌群、臀大肌、伸躯干肌和股四头肌占有重要位置，因此在髋关节伤病人应着重做这些肌群的抗阻练习。5.股骨头和颈的血液供应 5.股骨头和颈的血液供应 髋关节由臀上、下动脉，旋股内、外侧动脉供应，有时也接受股深动脉及阴部动脉的关节囊支供应。其中以旋股内侧动脉最为重要。 股骨头、股骨颈的血供主要有三组构成： 闭孔动脉 关节囊动脉 股骨干滋养动脉 6.神经6.神经支配髋关节的感觉神经，前后方各有两条，前方的包括股神经和闭孔神经，后方的有坐骨神经和臀上神经。 髋关节大部分由闭孔神经供给，由于闭孔神经亦同时支配膝关节，因此有时临床上的髋关节疾病，可首先表现为膝关节疼痛。 （四）髋关节的生物力学（四）髋关节的生物力学髋关节是人体最大的、最稳定的关节之一。由于髋关节具有相对坚硬的球窝结构，所以与膝关节相比，髋关节有其固有的稳定性。另外，髋关节也有相当的活动性，允许它在每日的活动中保持正常的运动。髋关节的错误排列能产生关节软骨和骨应力分布的改变，从而导致退行性关节炎。这种损害会因为髋关节承受的巨大的力而进一步加重。1.髋关节的运动轴 1.髋关节的运动轴 （1）股骨解剖轴和机械轴 股骨的解剖轴是一条通过股骨干的直线，而机械轴则为髋关节中心和膝关节中心的连线。在站立位时，机械轴通常是垂直于地面的。（2）髋关节的轴（2）髋关节的轴冠状轴：站立时，屈伸的轴是水平的冠状轴。该轴为左右股骨中心的连线。 矢状轴：站立时，内收-外展的运动轴为水平的矢状轴。 垂直轴：站立时，内旋和外旋的运动轴是垂直轴，这轴是股骨的机械轴。内旋是大转子向前移动接近骨盆的前部。外旋是与内旋相反方向的运动。2.行走时髋关节的运动范围2.行走时髋关节的运动范围行走是髋关节重复最多的活动，正确了解正常人体在行走中的髋关节运动将有助于理解髋关节的功能。 髋关节的屈曲开始于足跟着地之前，持续到支撑中期。 髋关节的伸展，从支撑中期持续到支撑后期。 摆动期则以屈曲为主。 髋关节外展运动发生在站立相后期，最大外展在足趾离地之后， 随后开始内收，持续到站立相后期。 站立相后期开始外旋，在大部分摆动相保持外旋。 内旋运动在足跟着地前，持续到站立相后期，然后髋关节又重新开始外旋运动。 髋关节在上述三个平面的运动在行走时不断循环反复。null（1）关节的平面运动 髋关节的平面运动可以看作是股骨头在髋臼中的滑动。在球窝的三个平面内，股骨头分别绕着通过它的旋转中心的轴转动，产生了关节面的滑动。如果在股骨头内存在不适宜，滑动可能与关节面不平行或不相切，这时，关节软骨可能被不正常的压缩或拉伸。null（2）髋关节的附加运动 向远侧牵开和外、前、后的滑动。正常情况下，由于上述的种种结构使髋关节内部有负压，防止关节的牵开和脱位。在成年人，髋关节需要高于40㎏的牵引力才能使关节发生有意义的分离。即使去掉周围的肌肉、关节囊，将股骨头拔开还需要22㎏的力。3.髋关节静力学 3.髋关节静力学 （1）双腿站立时的静力学分析 两腿站立期间，髋关节周围没有肌活动产生力矩，关节作用力的计算变得简单：直立时每个股骨头上作用力的大小是人体重量的1/2，因为每个下肢的重量是人体重的1/6，每个髋关节上的作用力将是剩下2/3的1/2，或是体重的1/3；如果髋关节周围肌收缩阻止摆动并且保持身体的直立姿势，这个力的增加将与肌活动的数目成正比。(2)单腿站立时的静力学分析(2)单腿站立时的静力学分析单足站立时，站立侧股骨头承重为体重的4倍。这就是Pauwels理论的主要内容。null人体在单足站立时可认为是一个类似杠杆的结构。股骨头是杠杆的支点，在额状面，由股骨头到髋外展肌的力臂与其到骨盆侧的重臂的比约为1：3，故两端的承重比为3：1，即外展肌需承受3倍于体重（P）的重量（3P）。要保证平衡，需各方向的力应大小相等、方向相反，因此，从承重方面来讲，股骨头处承重应约为体重的4倍（4P）。 4．髋关节动力学 4．髋关节动力学 （1）行走时股骨头上产生的关节反应力 行走时，股骨头受力受步行加速度的影响。正常情况下，在步行的支撑期足跟着地时，股骨头受力约为体重的5.8倍。在跑、跳时，股骨头的承重可达体重的10或10余倍。因此，股骨头具有繁重的承重功能。 null 反应力的性别差异： 当行走和站立相股骨头上可产生两个力的峰值：在男性，一个峰值是足跟着地时，达体重的4倍；足尖离地前出现的第二个峰值，可达体重的7倍；在足放平期间，关节反作用力减小到约等于体重；在摆动相时，也约等于体重。在女性，力的模式基本相等，但大小略低，在支撑后期（即：足尖离地前），力的大小约为体重的4倍。 null（2）髋关节表面接触应力（2）髋关节表面接触应力股骨头软骨或软骨下骨的形状都不是很的球形，非负重侧的髋臼和股骨头难以完全贴合。只有在负重条件下关节软骨发生变形时才能达到。股骨头上接触应力的分布呈马蹄形，这也反映了髋臼上的应力分布。股骨头上方和髋臼之间的接触应力较高。（3）手杖与支具对髋关节反作用力的影响（3）手杖与支具对髋关节反作用力的影响行走时使用手杖，应使用疼痛或作了手术后的髋部对侧的手，这样减少了疼痛关节股骨头上的力。 原因：用在疼痛髋关节对侧的手杖以长的力臂工作，因此，手杖上只用中度力就可大大减少外展肌力，从而减轻疼痛关节股骨头上的反作用力。反之，如在患侧使用手杖，手杖以较短的力臂工作，就加大手掌上的推动力，才能减少髋关节的反应力。null