一文了解 | 髋关节生物力学

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髋关节

髋关节是人体内最大且最稳定的关节之一。与膝关节不同，髋关节具有内在稳定性，这种稳定性源于球臼关节坚强的限制作用。

髋关节活动范围很大(表2-1)，允许行走、坐，蹲及上楼等日常活动(表 2-2)。

表1 髋关节平均活动度（体检）

表2 日常活动中髋关节在三个平均面内的最大活动度平均值

在日常活动中，约数倍于体重的力量会反复作用在髋关节，一旦发生磨损或撕裂会导致髋关节紊乱，最终形成退行性关节炎。

对人体髋关节解剖和生物力学的理解有助于合理地设计和放置髋关节假体，使髖关节假体以与人体髋关节相类似的方式发挥功能。

解剖关系异常会增加关节退变和破坏的发生几率，如髋关节发育不良、下肢不等长及神经肌肉疾病。

解剖学

髋臼作为球窝关节的凹面，被覆有关节软骨，在其周边，尤其外侧有一层扁平的纤维软骨称为盂唇。

盂唇增加了关节稳定性和活动度，在病理情况下，可能是疼痛的主要来源。

股骨头由2/3球体形成，是髋关节球窝关节的凸面部分，覆盖有关节软骨，软骨在股骨头中央和内侧面最厚并向外延伸超过髋臼覆盖范围。

股骨颈与股骨干形成两个重要夹角(Radin， 1980):

(1)颈干角(正常约126°)

(2)前倾角(正常约15°) (图1和图2)。

图1 股骨颈干角。由平行于股骨干和股骨颈的直线交叉形成。A. 髖内翻；B. 正常颈干角；C. 髋外翻

图2 股骨前倾角。由经股骨头长轴和股骨髁间轴连线形成

活 动

髋关节是椭球形或球窝形可动滑膜关节。髋关节运动发生于多个平面内，包括屈曲及伸展、外展及内收、内旋及外旋(图3)。

图3 髋关节运动平面

关节反应力

关节周围肌肉收缩产生是形成关节反应力的主要因素，关节反应力增高导致退变发生。

根据作用方式，髋关节周围肌肉可分为以下几组：

屈髋肌：腰肌、髂肌、股直肌、阔筋膜张肌

伸髋肌：股二头肌、半腱肌、半膜肌、臀大肌

髋关节外展/内旋肌：臀中肌和臀小肌

髋关节内收肌：长收肌、短收肌、大收肌及股薄肌

髋关节外旋肌：梨状肌、股四头肌、上子肌/ 下孖肌、闭孔内/外肌

由于髋关节本身的稳定性，一个人双脚垂直站立时仅凭关节囊和韧带的作用，不需要肌肉收缩就可以保持直立。假如没有肌肉收缩参与维持直立姿势或防止倾斜，则可以很容易的估算出髋关节反应力的大小。每条腿约承担人体重量的1/6，剩余2/3体重平均作用在双侧髓关节上，即每一侧髋关节在平静站立时的反应力约为体重的1/3。

当一个人从双脚站立改为单脚站立时，其重心转移，这一过程需要肌肉收缩对抗，会大大增加髋关节反应力。此时髋关节反应力可达体重的3~6倍，主要是由髖关节外展肌收缩造成(Nordin and Frankel, 2001)。这一效果可用图模拟显示(图4)。

图4 单腿站立时的关节反应力。

A. 外展肌力臂；Ab，外展肌力；B,体重的力臂：JRF，关节反应力量值：W，体重θ，方向

髋关节旋转中心，外展肌力臂(A)与体重力臂(B)是决定关节反应力的重要因素。研究显示，B/A 减少可以降低关节反应力。该比值降低情况包括人工髋关节置换术中髋臼假体内置、使用长颈假体以及大粗隆外置。

外展肌无力或髋关节疼痛的患者常向患侧倾斜，这一步态称为外展肌步态或Trendelenburg步态。向患侧倾斜导致身体中心更接近髋关节，通过减小力臂降低身体重量产生的旋转力。这一改变能降低稳定骨盆所需的外展力，从而降低髋关节反应力。因此，当患者患侧肢体站立时，Trendelenburg步态能同时降低关节反应力和外展肌力臂。

健侧使用手杖能够增加辅助力的力臂，减少疼痛髋关节的反应力，从而有效纠正继发于髋关节疼痛的外展肌步态或Trendelenburg步态(图2-5)。

图5 应该使用哪只手拿手杖?

A. 外展肌力臂；Ab. 外展肌力；B. 体重力臂；C. 手杖力臂：JRF，关节反应力量值：W，体重；WS，手杖力量；θ，方向

当患者在站立时抬起一侧下肢而无法维持骨盆水平即为Trendelenburg征阳性(如站立侧外展肌无力)。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/zonghexinwen/2022/0422/938.html