关节的生物力学
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第四章关节的生物力学讲课文档
第二十八页，共120页。
第二节 人体关节的生物力学
第二十九页，共120页。
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。
第三十页，共120页。
2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
15=30N。
前臂屈曲在其他角
度时，计算过程相对复
Fm
T
dM
杂。
第五十一页，共120页。
dG G
2.2 肘关节受力分析
Fm
⑵肘关节受力分析
患者使用手杖时，前臂屈曲30°
角，手杖反力为Fc=150N，L1=3cm， L1
L2=36cm。计算此时肘关节肌肉力及 关节反力。
30°
L2
Fc
第五十二页，共120页。
第二十页，共120页。
1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑴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°，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。
第二十一页，共120页。
1.2 关节的运动幅度和测量方法
第五页，共120页。
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。
第六页，共120页。
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。
第二节 人体关节的生物力学
第二十九页，共120页。
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。
第三十页，共120页。
2.1 肩关节受力分析
⑴肩关节结构的稳定性及运动幅度
15=30N。
前臂屈曲在其他角
度时，计算过程相对复
Fm
T
dM
杂。
第五十一页，共120页。
dG G
2.2 肘关节受力分析
Fm
⑵肘关节受力分析
患者使用手杖时，前臂屈曲30°
角，手杖反力为Fc=150N，L1=3cm， L1
L2=36cm。计算此时肘关节肌肉力及 关节反力。
30°
L2
Fc
第五十二页，共120页。
第二十页，共120页。
1.2 关节的运动幅度和测量方法
⑴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°，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。
第二十一页，共120页。
1.2 关节的运动幅度和测量方法
第五页，共120页。
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。
第六页，共120页。
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。
踝关节生物力学
踝关节骨折的生物力学
总结词
踝关节骨折通常是由于高能量冲击引 起的，如跌落或车祸。
详细描述
当强大的外力作用于踝关节时，骨骼 可能发生断裂。常见的踝关节骨折类 型包括撕脱性骨折和压缩性骨折。
慢性踝关节不稳的生物力学
总结词
慢性踝关节不稳是指踝关节周围韧带 松弛，导致关节稳定性下降。
详细描述
慢性踝关节不稳可能是由于急性损伤 后未得到适当的治疗或反复的小损伤 累积引起的。这会导致关节稳定性下 降，容易发生扭伤和反复疼痛。
Hale Waihona Puke 04踝关节疾病的生物力学
踝关节炎的生物力学
总结词
踝关节炎是由于踝关节的炎症反应和关节软骨的退行性改变，导致关节疼痛、僵硬和活动受限。生物力学因素在 踝关节炎的发病中起着重要作用。
详细描述
踝关节炎的生物力学因素主要包括关节负荷异常、关节稳定性降低和软组织失衡。长期过度的关节负荷会导致关 节软骨磨损和退变，进而引发关节炎。此外，踝关节周围软组织的紧张度和平衡性对关节稳定性有重要影响，软 组织的失衡可导致关节压力分布不均，加速关节炎的发生。
03
踝关节的稳定性受损可能导致步行障碍、扭伤等运动损伤。因 此，了解踝关节的稳定性机制对于预防和治疗踝关节疾病具有
重要意义。
03
踝关节的损伤生物力学
踝关节扭伤的生物力学
总结词
踝关节扭伤是常见的运动损伤，主要由于踝关节周围韧带过度拉伸或撕裂引起。
详细描述
当踝关节受到外力作用，如突然的扭脚或踩到不平的地面上，会导致踝关节过 度内翻或外翻，超出韧带的正常承受范围，从而引起韧带撕裂或断裂。
THANKS
感谢观看
3
踝关节的动力学研究有助于了解不同运动状态下 关节的受力情况，为运动损伤的预防和康复提供 指导。
肩关节的生物力学.中文ppt课件
22
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
肩胛中轴肌肉
• 斜方肌（上、中、下） • 菱形肌 • 肩胛提肌 • 锯状肌 • 胸小肌 • 锁骨下肌肉
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
肌腱套-生物力学中的稳定性
垂直方向的三角肌在提供平衡中非常重要，但是在水平方向 平衡，同样需要肩胛下肌和冈下肌的工作，控制转移和旋转 的活动
生理学上肩袖要比外旋肌强大一半
肱骨姿势：连接肱骨的躯干肌（如三角肌、背阔肌及胸肌）
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
盂肱突起：肌腱套关节囊
是四块肌肉的肌腱联合体，对盂肱关节及韧 带进行保护
1 冈上肌 2 冈下肌 3 小圆肌 4 肩胛下肌
盂肱下韧带 在伸展运动中达到最大张力，外展时旋 转，限制向前运动
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
盂肱关节
外旋时3条韧带都达到紧张状态， 内旋时松弛
当外展（肩胛骨平面）同时有向 前或向后的活动时（30度），韧 带紧张的过程会延迟
盂肱关节
是类似圆锥形的套筒，尖部适应盂唇结构连接在喙突，底部顶住 肱骨的解剖颈（肱骨头周围的环状浅沟），延伸至外科颈肱骨上 端与肱骨体的交界处 在肱骨结节间沟两侧是大小结节
膝关节的生物力学特点
膝关节的生物力学特点
膝关节是人体关节中最大的单关节，具有较强的生物力学特点，其角度变化十分大，
可以发挥出优秀的功能。
它由三块独立的骨头、四个软骨的滑膜和四个韧带组成，是非常
复杂的结构，需要强大的支撑力和协调能力。
膝关节的角度变化主要受韧带和肌腱的结构及肌肉力量的影响，其可以在 0 到 135
度之间进行活动，肯定角度不同，膝关节的支撑力会有所变化，在 0 度时其支撑力最强，可上达 600N，大约占到了体重的一半，随着膝关节角度不断增大，支撑力会减弱，在
120 度处可达 300N，而大约在 135 度处支撑力便会渐渐减少，膝关节活动抵抗力相较于
膝关节支撑力来说，是一种较大的力量。
膝关节可以承受外界力的椎量，不被外界力所扰动。
膝关节在受力时，所传递的力经由四个面向骨头的面之间的韧带和软骨，再经由关节
壁向关节中心传递，因此可以保护到骨头之间的部分，有效的保护骨头的安全。
但是在集
中的力作用下，滑膜也可能面临损伤，形成软骨病变，从而影响到膝关节的功能。
此外，
膝关节中的韧带有着极大的弹性，它们上有高强度神经纤维组织，可以极速的收缩，它们
构成了一个良好的稳定系统，可以有效的应付受力的膝关节。
以上就是关于膝关节生物力学特点的概述，它具有承载大量力的能力，具有强大的力
学耐受力、活动抵抗力，并受到弹性韧带的补充，肌肉的协调力及软骨的特性，膝关节特
点众多，在健康的情况下，可以保持全面的功能。
在受伤后，我们应该重视治疗，并重视
预防，以免受伤时出现问题。
只有保持膝关节的健康，才能让我们发挥出最佳的功效。
关节软骨生物力学特征
关节软骨生物力学特征
关节软骨是一种具有复杂生物力学性能的特殊组织。
它对于连接骨骼的骨头提供了极为重要的支持和缓冲作用。
以下是关节软骨的生物力学特征：
1. 压缩：关节软骨通常承受高压缩载荷。
在运动中，关节表面的骨头对软骨的压力很高，使得软骨需要具有较高的强度和弹性。
2. 弹性：关节软骨具有弹性，能够适应骨骼的运动和变化。
在弯曲和扭转时，软骨能够发生形变，但会恢复原状。
3. 摩擦力：关节软骨的表面非常光滑，能够减少骨头之间的摩擦力。
这种表面摩擦力也使得关节可以平稳地移动。
4. 吸震：关节软骨在接受冲击时具有吸震的作用。
在运动时，骨头之间的碰撞会产生冲击波。
软骨能够吸收这种冲击力，减少骨骼和关节的损伤。
5. 滑动：关节软骨的表面结构能够使骨头在运动时滑动，而不是摩擦。
这种滑动使得关节运动更加平稳，并且可以减少关节的磨损。
总之，关节软骨的生物力学特征极为重要，能够对骨骼的运动和保护发挥极大的作用。
关节的生物力学
软骨性连接
纤维性连接
• 动关节有：
• 滑膜连接（Synovial joints） • 动关节的两块骨之间会有腔隙。关节面会有关节软骨。整 个关节在外形上是一个关节囊.它由 • 外面的纤维膜 Membrana fibrosa （致密结缔组织） • 内面的滑膜 Membrana synovialis (一类似表皮组织的 结缔组织） • 关节韧带启动加固关节的作用。关节韧带分为囊外韧带和 囊内韧带两种。后者会部分过渡成为滑膜。 • 关节囊内有腔隙关节腔。内有粘性液体填充，称为滑液， 它是滑液膜的分泌物。
• • • • • •
自由度2 Flexion（弯曲） 120–140 Extension （伸展）0 Medial rotation （内旋）30 Lateral rotation （外旋）40 当身体有大的冲击时，如起跳，爬行，膝关节承 受的压力是身体的数倍。但是膝盖周边复杂的骨 和韧带加上肌肉都能很好的动态调节，时刻维持 着其稳定性。
• • • • • • • •
自由度 3 Flexion（弯曲） 90–120 Extension（伸展） 10–20 Abduction（外展） 30–45 Medial rotation（旋内） 30–40 Lateral rotation（旋外） 60 Circumduction Complete 在单脚站立的时候，髋关节承受3倍体重（BW） 的力量。大步行走或者跑步时，可能会增加到体 重的6倍左右
球窝关节
枢纽关节
车轴关节
椭球关节
鞍形关节
关节动力学
• 简单的说就是关节受到的力及其运动情况。但实 际运动过程中各个组织的受力，运动，变化又是 很复杂的。
数据分析
• 数据收集
关节软骨生物力学
3．张力特性：软骨承受的张力负荷与关节软骨面相平行时，其硬度和强度与胶原纤维平行于张力方向排列的范围有密切关系，因为胶原纤维是抗张力的主要成分。随着关节表面距离的增加，正常成人关节软骨的拉伸强度均降低，这使胶原蛋白密集的软骨表浅层对软骨组织起到一种坚韧耐磨、保护皮肤的作用。
4．润滑作用：在工程学中有两种基本润滑类型，界面润滑和液膜润滑。在某些负荷条件下，关节内的滑液可作为关节软骨的界面润滑剂，而这种润滑能力与滑液的黏滞度无关。如果承力不重，且接触面的相对运动速度较高，关节可能采用第二种润滑机制——液膜润滑。
5．磨损：磨损分两个部分，即承载面之间相互作用引起的界面磨损和接受体变形引起的疲劳性磨损。如果两承载面接触，可因粘连或磨损而产生界面磨损。即使承载面润滑作用好，由于反复变形，承载面可发生疲劳性磨损。疲劳性磨损之所以发生，是由于材料反复受压而产生微小的损伤累积所致。
6．关节软骨变性生物力学：关节软骨的修复和再生能力有限，如果承受应力太大，很快会出现全面破坏。可能与下列因素有关：
(1)承受应力的量级。
(2)承受应力峰值的总数。
(3)胶原蛋白多糖基质的内部分子和细微结构。
应力的过度集中可导致软骨的衰竭，如先天性髋臼发育不良、关节内骨折、半月板切除后等都可增加总负，是人体各部位活动杠杆的支点。关节的作用有：①保证人体的运动。②力的传递。③润滑作用。而关节软骨有其独特的力学性能，一般说来，它是一种各向异性的、非均匀的、具有黏弹性的、充满液体的可渗透物质。
1．软骨的负荷变形：关节软骨在承受压力(负荷)时会发生变形，并随时间变化变形加快，1小时后达到平衡。当压力消除后，原有的软骨厚度很快恢复。
2．渗透性：组织间液在流经软骨基质时，其输送机制主要有两种。第一种是组织间液体借助于组织两边液体的正压力梯度经过多孔的可渗透基质输送，液体的输送与压力梯度成正比。第二种是靠软骨基质的变形来输送液体。Mow通过实验证明，在增加压力发生变形时，健康软骨的渗透性大大降低。这样，关节软骨就阻止了所有的组织间液流出，这个生物力学调节系统与正常组织的营养需要、关节的润滑和承载能力、软骨组织的磨损程度有密切关系。
4．润滑作用：在工程学中有两种基本润滑类型，界面润滑和液膜润滑。在某些负荷条件下，关节内的滑液可作为关节软骨的界面润滑剂，而这种润滑能力与滑液的黏滞度无关。如果承力不重，且接触面的相对运动速度较高，关节可能采用第二种润滑机制——液膜润滑。
5．磨损：磨损分两个部分，即承载面之间相互作用引起的界面磨损和接受体变形引起的疲劳性磨损。如果两承载面接触，可因粘连或磨损而产生界面磨损。即使承载面润滑作用好，由于反复变形，承载面可发生疲劳性磨损。疲劳性磨损之所以发生，是由于材料反复受压而产生微小的损伤累积所致。
6．关节软骨变性生物力学：关节软骨的修复和再生能力有限，如果承受应力太大，很快会出现全面破坏。可能与下列因素有关：
(1)承受应力的量级。
(2)承受应力峰值的总数。
(3)胶原蛋白多糖基质的内部分子和细微结构。
应力的过度集中可导致软骨的衰竭，如先天性髋臼发育不良、关节内骨折、半月板切除后等都可增加总负，是人体各部位活动杠杆的支点。关节的作用有：①保证人体的运动。②力的传递。③润滑作用。而关节软骨有其独特的力学性能，一般说来，它是一种各向异性的、非均匀的、具有黏弹性的、充满液体的可渗透物质。
1．软骨的负荷变形：关节软骨在承受压力(负荷)时会发生变形，并随时间变化变形加快，1小时后达到平衡。当压力消除后，原有的软骨厚度很快恢复。
2．渗透性：组织间液在流经软骨基质时，其输送机制主要有两种。第一种是组织间液体借助于组织两边液体的正压力梯度经过多孔的可渗透基质输送，液体的输送与压力梯度成正比。第二种是靠软骨基质的变形来输送液体。Mow通过实验证明，在增加压力发生变形时，健康软骨的渗透性大大降低。这样，关节软骨就阻止了所有的组织间液流出，这个生物力学调节系统与正常组织的营养需要、关节的润滑和承载能力、软骨组织的磨损程度有密切关系。
关节的生物力学特征
关节的生物力学特征关节是连接两个或多个骨骼的结构，具有使骨骼间发生相对运动的功能。
关节的生物力学特征是指关节在运动过程中所表现出的特点和规律。
了解关节的生物力学特征对于理解人体运动机制、预防和康复运动损伤具有重要意义。
关节的运动范围是关节生物力学特征的重要表现之一。
不同类型的关节具有不同的运动范围。
例如，滑动关节（如腕关节）具有较大的自由度，能够进行多个方向的运动，而髋关节则具有较小的自由度，只能进行有限的屈伸和旋转运动。
关节的运动范围受到关节结构、肌肉、韧带和周围软组织的限制。
关节的稳定性是关节生物力学特征的另一个重要方面。
关节在运动过程中需要保持稳定，以避免发生损伤。
关节的稳定性主要通过骨骼形态、韧带和肌肉的协同作用来维持。
例如，肩关节由肩胛骨和肱骨组成，通过肩胛骨上的韧带和肩袖肌群的收缩来提供稳定性。
关节的稳定性对于运动的精确性和力量的输出至关重要。
第三，关节的力学特性也是关节生物力学特征的关键内容之一。
关节在运动过程中受到多种力的作用，如压力、拉力、剪切力等。
不同类型的关节对这些力的响应有所不同。
例如，滑动关节在运动过程中主要受到压力和剪切力的作用，而球窝关节则主要受到拉力的作用。
了解关节的力学特性有助于设计合理的运动训练方案和预防运动损伤。
关节的阻力和摩擦也是关节生物力学特征的重要方面。
关节在运动过程中需要克服阻力和摩擦力才能实现运动。
关节表面的滑膜和关节液起到润滑作用，减少了摩擦力的产生。
同时，关节的阻力主要通过肌肉的收缩和松弛来控制。
了解关节的阻力和摩擦特性有助于优化运动技巧和提高运动效率。
关节的应力和应变是关节生物力学特征的重要指标之一。
关节在运动过程中会受到应力和应变的影响，这是关节生物力学特征的重要参数。
应力是单位面积上的内部力，应变是物体在受力作用下的形变程度。
关节的应力和应变受到骨骼结构、肌肉力量、运动速度和运动幅度等多种因素的影响。
了解关节的应力和应变特性有助于评估运动风险和制定运动康复方案。
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软骨面超微结构损害和/或质量损耗，软骨的表面层即变软， 渗透性增加。在这种情况下，液体流动的阻力减少，使液膜中的 液体通过软骨而漏泄。这种液体丧失增加了不光滑软骨面紧密接 触的可能性，从而进一步加剧了研磨过程。
关节软骨破坏的情况，红箭示：正常的关节软骨面，绿箭示： 增生肥厚的髌下脂肪囊，黄箭示：关节软骨大部分被坡坏， 表面充满肥厚的炎症性血管翳，关节软骨的坏死呈海浪状。
关节软骨的变性及机械应力均可影响着关节软骨的渗透性。 例如，骨性关节炎软骨组织的渗透性较之正常组织大。
3、润滑作用： 关节软骨在使两个关节骨面更好适应、吸收能量减缓冲击力
同时，对关节润滑有着重要的影响
4、磨损： 关节软骨的磨损包括承载面之间相互作用引起的界面磨损和
承载面变形引起的疲劳性磨损两个形式。 如果两承载面接触，可因粘连或研磨而产生界面磨损。
一、应力-应变曲线
在肌腱和韧带中，胶原纤维和弹性纤维的排列不同，以满足 各种不同的功能要求。肌腱中的纤维几乎完全是平行排列的，这 使它能够承受很高的拉伸载荷。韧带的排列主要根据功能而定。 纤维在受载和不受载的情况下也有不同的状况。不受载是，纤维 呈波浪形，受载后，纤维被拉直。
胶原纤维-拉伸试验
弹性纤维-拉伸试验
（2）、肌肉工作的协同与控制
4、关节负压 由于关节内压低于关节外的气压，关 节内外的压差在维持关节的稳定性方面也有着重要意 义。
例如：肩关节能负担整个上肢的重量（约为体重的1/20），若 破坏了肩关节的关节囊，则不能负担。
（三）关节的力和力矩
力臂问题： 大部分的相对比较小，小腿三头肌是唯一一个的大力臂。 由此分出：省力杠杆、平衡杠杆、速度杠杆。
（二）、髋关节： 1、髋关节解剖：
பைடு நூலகம்
2、运动：
从髂股韧带（限后伸）、坐股韧带（限内收、旋内）、 耻股韧带（限外展、旋外）来分析限制其某方向的运动。
臀中肌的外展作用。 前屈的动力来源为髂腰肌。
提供肌力来源，单关节肌大于多关 节肌
3、髋关节结构性力学特性： ⑴、股骨颈：
存在的意义：增加关节运动的幅度。特别是 前屈和后伸。
膝关节前交叉韧带的载荷
黄韧带拉伸试验
韧带在刚性增加之前，伸长变形就已达50%，但在变形达到 50%之后，刚性迅速增加并使韧带突然破坏。 思考：结合两种韧带的应力-应变曲线试验结果，请大家阐述 两者与功能的适应性。最好用例子解释。
由于肌腱主要由平行致密排列的胶原纤维组成，所以肌腱的应力 -应变曲线几乎类同于韧带。
思考：如何避免？
③、盂肱节律：
指肱骨、肩胛骨的运动是联动的。 在外展30°以内，每外展15°，肩胛骨上回旋5°； 在大于30°时，每外展10°，肩胛骨上回旋5°。 ④、肱二头肌长头腱腱鞘炎： 指肱骨不过肩时，肱骨外展而肩胛骨不动，易发生大结节与肩峰 之间的研磨，导致肱二头肌长头腱损伤。
⑶、上肢开放运动链的力学特征：
（1）、拉伸负荷特征：
（2）蠕变特征：
应 力
由于关节软骨是固、液双相材 料，因此蠕变曲线的早期有大 量液体渗出，当无液体渗出时， 蠕变曲线稳定。
时间
2、渗透性：
渗透性是指液体流过多孔的固体基质时的摩擦阻力，因此 是这种二相材料的重要材料参数。渗透性越低，在承受载荷时 液体流动的阻力越大。
液体通过如关节软骨等多孔介质是顺液体的压力梯度而行， 这种液压梯度是液体在软骨中流动的动力（营养需要、关节的 润滑、承载能力和软骨组织的磨损）。
股骨髁的外侧部分的长轴与矢状面一致，内侧部分的长轴与矢 状面约呈22°角。
3、股胫外侧角与Q角：
股胫外侧角：指股骨干长轴与胫骨纵轴相交 形成的角度称股胫外側角，大约为174°， 即膝关节大约有6°的外翻角。
Q角是股四头肌力线和髌韧带力线的夹角， 即从髂前上嵴到髌骨中点的连线为股四头肌 力线，髌骨中点至胫骨结节最高点连线为髌 韧带力线，两线所形成的夹角为Q角，国人 正常Q角在11-18°。
一区：当波浪形纤维被拉直时，组织 在低载荷作用下产生伸长变形。
二区：与力的作用方向一致的纤维已 完全拉直，韧带刚性迅速增加。
三区：变形超过6%~8%（屈服点）。
四区：载荷达到了韧带所能承受的最 大值，韧带出现大的破坏。
五区：韧带伸长6%~8%后完全破坏， 韧带不再承受载荷，但组织外观仍保 持连续性。
据研究，当小腿三头肌收缩拉跟腱时，在160KG的范围内，跟腱 张力变化近似呈线性关系。但肌腱比韧带的刚性更差，强度更大。
二、影响韧带和肌腱力学特性的因素：
1、韧带和肌腱的材料力学性质与温度、加载速度、应变量等实验 条件密切相关 ： 2、韧带的强度和刚度受应力大小影响： 3、运动训练对韧带力学性质的影响 ： 4、年龄对韧带力学性质的影响 ：随年龄增长，强度和刚度下降。 5、时间对韧带力学性质的影响：应力松弛、蠕变。
三、关节各论
（一）、肩关节 1、肩关节解剖：思考：什么是肩关节？
什么是肩关节：
广义：指肱骨、肩胛骨、锁骨及其附属结构组成的多种连接复 合体。 滑膜关节：盂肱、胸锁、肩锁关节等。 骨-肌-骨连接：肩胛骨与胸壁的肌肉连接等。 肩峰与肱骨大结节之间构成的“肩峰下关节”（又称第二肩关 节），以及喙锁等关节。 从运动的角度上看，肩关节是一个多结构的机能复合体。 狭义的肩关节是指盂肱关节。
肌力矩的产生需要较大的肌力来产生。
（四）关节软骨的生物力学特性
1、关节软骨的材料性能： 关节软骨对液体的流动有很大的阻力，即渗透性很低。
在快速加载与去载的情况下，没有时间将液体挤出（如跳跃时）， 软骨组织类似于弹性材料，在承载时变形，卸载后立即复原。
持续性、缓慢负载作用于软骨组织，如持续长时间的站立， 其内的液体被挤出，组织的变形将随时间持续而加重。消除载荷 后，若有充分时间使其吸收液体，软骨组织可恢复原状。因此， 在体的软骨组织其受载的力学性能与加载的速度存在高度相关性。
2、肩关节的运动形式： ⑴、前屈、后伸：前屈角度一般大于90°，后伸45°。 ⑵、外展、内收： ⑶、上举、下降： ⑷、旋内、旋外： ⑸、水平屈、伸：
3、盂肱关节： ⑴、构成：球窝关节，两关节面 面积差很大； 关节囊松弛； 运动中的稳定性：主要靠三角肌 和肩袖肌的作用维持： 三角肌的作用：主要起悬吊作用； 喙肱韧带限制过度旋内、外； 盂肱韧带限制过度前屈和后伸。
股骨颈连接股骨干和股骨头，形成两个角度。
颈干角：颈与干的夹角。婴儿约为150°，成 人范围110-140°，大多数人为125-135°。
股骨颈与股骨干长轴形成一个夹角，叫颈干角，正常颈干角 125°～135°，平均127°。正常的颈干角是保持髋关节正常 功能的必要条件。颈干角<110°称为髋内翻，肢体可短缩，臀 中肌松弛、失效，行走时会出现跛行。颈干角>140°称为髋外 翻。髋内翻和髋外翻都会干扰髋关节的力学环境，影响髋关节 的功能。
因此，关节面的形状与结构固然是影响关节稳定性的重要因 素， 但运动中的关节稳定更大程度上取决于关节韧带和收缩肌 肉等因素的影响。
1、关节面： 相应关节面的吻合及其差异程度，影响着 关节的稳定性。
2、韧带： 韧带不仅是骨与骨之间的连接结构，而且是 动态活动关节的重要稳定结构。
3、肌肉： 肌肉既是运动关节的动力，同时又是运动 中维持关节稳定的重要因素 。 （1）、肌肉收缩产生关节加固分力
（三）膝关节：
1、膝关节的解剖：
特点：头大，盂平浅，应该不稳定， 但是由于一些辅助结构的存在，膝关 节很少脱位。
前方的髌韧带的力矩，肌拉力线的改 变股四头肌拉力力的方向作用。
外侧韧带不与关节囊相连，内侧韧带 则相连。
半月板的损伤：特别是下肢处于半蹲 旋转蹬伸的状态时。 检测半月板损伤的实验：研磨实验。
4、受力与关节稳定：
（四）、脊柱：
1、脊柱的解剖： 生理弯曲的意义：调节重心，减震， 支撑脏器等。 椎间盘的结构及功能：弯曲载荷。 2、脊柱的运动：
韧带、肌腱的生物力学
韧带和肌腱都由致密结缔组织构成，主要含有胶原纤维、弹性 纤维及成纤维细胞。其形态是细胞成分少，纤维成分多，排列 紧密。所不同的是人体肌腱和大多数韧带都是以胶原纤维为主， 只有项韧带和黄韧带是以弹性纤维为主。
肩部连接与支点作 用；
肩部载荷来源：上 肢的自身重量；外 界作用负荷。
F=ma，有些运动 如乒乓球、羽毛球， 复合小，但产生的 a大，那么对肩关 节的负荷就大。
4、锁骨的生物学意义： 锁骨的存在，产生对肩胛骨的支撑，使上肢远离身体中线。 所以：锁骨对增加上肢灵活性的意义很大。 当然，暴露了，也易损伤。 如：肩着地，导致锁骨骨折。
第三节 关节生物力学
一、关节结构： 基本结构、辅助结构 二、关节生物力学 （一）、关节的运动 1、移动 2、屈和伸 3、收和展 4、旋转 5、环转
（二）影响关节稳定性的因素
关节面的结构（特别是面积差）、关节囊的松紧度、韧带强 弱、关节负压以及关节周围的肌肉是影响关节稳定性的基本因素。
运动状态的关节始终是不平衡、不稳定的，而人体总是在不 平衡、不稳定中求得相对的平衡与相对稳定。
思考：肩关节外展时，其启动肌 是哪块？
（2）、盂肱关节的力学特征：
①、应力：盂肱关节运动时，肌拉力存在两种力效—剪应力和正 应力，其中剪应力在体育运动中会产生伤害作用，如脱臼。 ②、“过肩运动”：指肘关节高于肩关节的运动。
举例：投掷类运动：如标枪、棒球、铅球、扔手榴弹等，会对肩关 节产生应力，同时对肱骨产生高速的扭转载荷。 比如：棒球运动。球重140克。肱骨远侧端产生逆时针运动，近侧 端产生顺时针运动，从而对肱骨产生扭转负荷。
检测较差韧带损伤的实验：抽屉实验。
2、运动：
（1）、屈伸：130°；
（2）、旋内、旋外：屈膝90°时，（椭圆关节变球窝关节）， 运动范围最大，旋内10°，旋外40°。
思考：为什么？
股骨髁的解剖特点：
关节软骨破坏的情况，红箭示：正常的关节软骨面，绿箭示： 增生肥厚的髌下脂肪囊，黄箭示：关节软骨大部分被坡坏， 表面充满肥厚的炎症性血管翳，关节软骨的坏死呈海浪状。
关节软骨的变性及机械应力均可影响着关节软骨的渗透性。 例如，骨性关节炎软骨组织的渗透性较之正常组织大。
3、润滑作用： 关节软骨在使两个关节骨面更好适应、吸收能量减缓冲击力
同时，对关节润滑有着重要的影响
4、磨损： 关节软骨的磨损包括承载面之间相互作用引起的界面磨损和
承载面变形引起的疲劳性磨损两个形式。 如果两承载面接触，可因粘连或研磨而产生界面磨损。
一、应力-应变曲线
在肌腱和韧带中，胶原纤维和弹性纤维的排列不同，以满足 各种不同的功能要求。肌腱中的纤维几乎完全是平行排列的，这 使它能够承受很高的拉伸载荷。韧带的排列主要根据功能而定。 纤维在受载和不受载的情况下也有不同的状况。不受载是，纤维 呈波浪形，受载后，纤维被拉直。
胶原纤维-拉伸试验
弹性纤维-拉伸试验
（2）、肌肉工作的协同与控制
4、关节负压 由于关节内压低于关节外的气压，关 节内外的压差在维持关节的稳定性方面也有着重要意 义。
例如：肩关节能负担整个上肢的重量（约为体重的1/20），若 破坏了肩关节的关节囊，则不能负担。
（三）关节的力和力矩
力臂问题： 大部分的相对比较小，小腿三头肌是唯一一个的大力臂。 由此分出：省力杠杆、平衡杠杆、速度杠杆。
（二）、髋关节： 1、髋关节解剖：
பைடு நூலகம்
2、运动：
从髂股韧带（限后伸）、坐股韧带（限内收、旋内）、 耻股韧带（限外展、旋外）来分析限制其某方向的运动。
臀中肌的外展作用。 前屈的动力来源为髂腰肌。
提供肌力来源，单关节肌大于多关 节肌
3、髋关节结构性力学特性： ⑴、股骨颈：
存在的意义：增加关节运动的幅度。特别是 前屈和后伸。
膝关节前交叉韧带的载荷
黄韧带拉伸试验
韧带在刚性增加之前，伸长变形就已达50%，但在变形达到 50%之后，刚性迅速增加并使韧带突然破坏。 思考：结合两种韧带的应力-应变曲线试验结果，请大家阐述 两者与功能的适应性。最好用例子解释。
由于肌腱主要由平行致密排列的胶原纤维组成，所以肌腱的应力 -应变曲线几乎类同于韧带。
思考：如何避免？
③、盂肱节律：
指肱骨、肩胛骨的运动是联动的。 在外展30°以内，每外展15°，肩胛骨上回旋5°； 在大于30°时，每外展10°，肩胛骨上回旋5°。 ④、肱二头肌长头腱腱鞘炎： 指肱骨不过肩时，肱骨外展而肩胛骨不动，易发生大结节与肩峰 之间的研磨，导致肱二头肌长头腱损伤。
⑶、上肢开放运动链的力学特征：
（1）、拉伸负荷特征：
（2）蠕变特征：
应 力
由于关节软骨是固、液双相材 料，因此蠕变曲线的早期有大 量液体渗出，当无液体渗出时， 蠕变曲线稳定。
时间
2、渗透性：
渗透性是指液体流过多孔的固体基质时的摩擦阻力，因此 是这种二相材料的重要材料参数。渗透性越低，在承受载荷时 液体流动的阻力越大。
液体通过如关节软骨等多孔介质是顺液体的压力梯度而行， 这种液压梯度是液体在软骨中流动的动力（营养需要、关节的 润滑、承载能力和软骨组织的磨损）。
股骨髁的外侧部分的长轴与矢状面一致，内侧部分的长轴与矢 状面约呈22°角。
3、股胫外侧角与Q角：
股胫外侧角：指股骨干长轴与胫骨纵轴相交 形成的角度称股胫外側角，大约为174°， 即膝关节大约有6°的外翻角。
Q角是股四头肌力线和髌韧带力线的夹角， 即从髂前上嵴到髌骨中点的连线为股四头肌 力线，髌骨中点至胫骨结节最高点连线为髌 韧带力线，两线所形成的夹角为Q角，国人 正常Q角在11-18°。
一区：当波浪形纤维被拉直时，组织 在低载荷作用下产生伸长变形。
二区：与力的作用方向一致的纤维已 完全拉直，韧带刚性迅速增加。
三区：变形超过6%~8%（屈服点）。
四区：载荷达到了韧带所能承受的最 大值，韧带出现大的破坏。
五区：韧带伸长6%~8%后完全破坏， 韧带不再承受载荷，但组织外观仍保 持连续性。
据研究，当小腿三头肌收缩拉跟腱时，在160KG的范围内，跟腱 张力变化近似呈线性关系。但肌腱比韧带的刚性更差，强度更大。
二、影响韧带和肌腱力学特性的因素：
1、韧带和肌腱的材料力学性质与温度、加载速度、应变量等实验 条件密切相关 ： 2、韧带的强度和刚度受应力大小影响： 3、运动训练对韧带力学性质的影响 ： 4、年龄对韧带力学性质的影响 ：随年龄增长，强度和刚度下降。 5、时间对韧带力学性质的影响：应力松弛、蠕变。
三、关节各论
（一）、肩关节 1、肩关节解剖：思考：什么是肩关节？
什么是肩关节：
广义：指肱骨、肩胛骨、锁骨及其附属结构组成的多种连接复 合体。 滑膜关节：盂肱、胸锁、肩锁关节等。 骨-肌-骨连接：肩胛骨与胸壁的肌肉连接等。 肩峰与肱骨大结节之间构成的“肩峰下关节”（又称第二肩关 节），以及喙锁等关节。 从运动的角度上看，肩关节是一个多结构的机能复合体。 狭义的肩关节是指盂肱关节。
肌力矩的产生需要较大的肌力来产生。
（四）关节软骨的生物力学特性
1、关节软骨的材料性能： 关节软骨对液体的流动有很大的阻力，即渗透性很低。
在快速加载与去载的情况下，没有时间将液体挤出（如跳跃时）， 软骨组织类似于弹性材料，在承载时变形，卸载后立即复原。
持续性、缓慢负载作用于软骨组织，如持续长时间的站立， 其内的液体被挤出，组织的变形将随时间持续而加重。消除载荷 后，若有充分时间使其吸收液体，软骨组织可恢复原状。因此， 在体的软骨组织其受载的力学性能与加载的速度存在高度相关性。
2、肩关节的运动形式： ⑴、前屈、后伸：前屈角度一般大于90°，后伸45°。 ⑵、外展、内收： ⑶、上举、下降： ⑷、旋内、旋外： ⑸、水平屈、伸：
3、盂肱关节： ⑴、构成：球窝关节，两关节面 面积差很大； 关节囊松弛； 运动中的稳定性：主要靠三角肌 和肩袖肌的作用维持： 三角肌的作用：主要起悬吊作用； 喙肱韧带限制过度旋内、外； 盂肱韧带限制过度前屈和后伸。
股骨颈连接股骨干和股骨头，形成两个角度。
颈干角：颈与干的夹角。婴儿约为150°，成 人范围110-140°，大多数人为125-135°。
股骨颈与股骨干长轴形成一个夹角，叫颈干角，正常颈干角 125°～135°，平均127°。正常的颈干角是保持髋关节正常 功能的必要条件。颈干角<110°称为髋内翻，肢体可短缩，臀 中肌松弛、失效，行走时会出现跛行。颈干角>140°称为髋外 翻。髋内翻和髋外翻都会干扰髋关节的力学环境，影响髋关节 的功能。
因此，关节面的形状与结构固然是影响关节稳定性的重要因 素， 但运动中的关节稳定更大程度上取决于关节韧带和收缩肌 肉等因素的影响。
1、关节面： 相应关节面的吻合及其差异程度，影响着 关节的稳定性。
2、韧带： 韧带不仅是骨与骨之间的连接结构，而且是 动态活动关节的重要稳定结构。
3、肌肉： 肌肉既是运动关节的动力，同时又是运动 中维持关节稳定的重要因素 。 （1）、肌肉收缩产生关节加固分力
（三）膝关节：
1、膝关节的解剖：
特点：头大，盂平浅，应该不稳定， 但是由于一些辅助结构的存在，膝关 节很少脱位。
前方的髌韧带的力矩，肌拉力线的改 变股四头肌拉力力的方向作用。
外侧韧带不与关节囊相连，内侧韧带 则相连。
半月板的损伤：特别是下肢处于半蹲 旋转蹬伸的状态时。 检测半月板损伤的实验：研磨实验。
4、受力与关节稳定：
（四）、脊柱：
1、脊柱的解剖： 生理弯曲的意义：调节重心，减震， 支撑脏器等。 椎间盘的结构及功能：弯曲载荷。 2、脊柱的运动：
韧带、肌腱的生物力学
韧带和肌腱都由致密结缔组织构成，主要含有胶原纤维、弹性 纤维及成纤维细胞。其形态是细胞成分少，纤维成分多，排列 紧密。所不同的是人体肌腱和大多数韧带都是以胶原纤维为主， 只有项韧带和黄韧带是以弹性纤维为主。
肩部连接与支点作 用；
肩部载荷来源：上 肢的自身重量；外 界作用负荷。
F=ma，有些运动 如乒乓球、羽毛球， 复合小，但产生的 a大，那么对肩关 节的负荷就大。
4、锁骨的生物学意义： 锁骨的存在，产生对肩胛骨的支撑，使上肢远离身体中线。 所以：锁骨对增加上肢灵活性的意义很大。 当然，暴露了，也易损伤。 如：肩着地，导致锁骨骨折。
第三节 关节生物力学
一、关节结构： 基本结构、辅助结构 二、关节生物力学 （一）、关节的运动 1、移动 2、屈和伸 3、收和展 4、旋转 5、环转
（二）影响关节稳定性的因素
关节面的结构（特别是面积差）、关节囊的松紧度、韧带强 弱、关节负压以及关节周围的肌肉是影响关节稳定性的基本因素。
运动状态的关节始终是不平衡、不稳定的，而人体总是在不 平衡、不稳定中求得相对的平衡与相对稳定。
思考：肩关节外展时，其启动肌 是哪块？
（2）、盂肱关节的力学特征：
①、应力：盂肱关节运动时，肌拉力存在两种力效—剪应力和正 应力，其中剪应力在体育运动中会产生伤害作用，如脱臼。 ②、“过肩运动”：指肘关节高于肩关节的运动。
举例：投掷类运动：如标枪、棒球、铅球、扔手榴弹等，会对肩关 节产生应力，同时对肱骨产生高速的扭转载荷。 比如：棒球运动。球重140克。肱骨远侧端产生逆时针运动，近侧 端产生顺时针运动，从而对肱骨产生扭转负荷。
检测较差韧带损伤的实验：抽屉实验。
2、运动：
（1）、屈伸：130°；
（2）、旋内、旋外：屈膝90°时，（椭圆关节变球窝关节）， 运动范围最大，旋内10°，旋外40°。
思考：为什么？
股骨髁的解剖特点：