【康复精品】髋关节的生物力学特点
关于髋关节的生物力学。
关于髋关节的生物力学。
髋关节组成髋关节--是人体最大、最稳定的关节之一，属典型的球臼关节。
它由髋臼、股骨头和股骨颈形成关节。
长沙市中心医院骨关节科徐诣髋关节解剖髋臼由髂骨、坐骨和耻骨三部分组成。
骨性髋臼中央为髋臼窝。
其中央明显凹陷称为圆韧带窝，有圆韧带附着，这是髋臼骨质最为薄弱的部位。
髋臼的前下方有一月牙状的缺如，形成髋臼切迹。
切迹有横韧带封闭，两者间留有间隙，为血管通道。
髋臼的入口平面与身体的矢状面外翻成角约45°±10°，与身体的额状面前倾成角约15°±5°。
髋臼边缘有软骨盂唇附着而加深，可容纳股骨头的2/3，增加髋的稳定性。
股骨:1、颈干角：股骨颈的长轴与股骨干的长轴的交角为颈干角（CCD）成人正常颈干角为125°～135°，平均为127°。
颈干角大于140°时为髋外翻，此时股骨头承受的压应力增加，而股骨颈承受的剪切力减小。
颈干角小于120°时为髋内翻，此时股骨头承受的压应力减小，而股骨颈承受的剪切力增加。
2、前倾角：股骨颈长轴的额状面与股骨髁的额状面之间的交角。
前倾角的个体差异较大，成人平均为15°。
髋关节静力学在正常状态下，髋关节各个方向的力保持平衡。
双足对称站立时，体重平均分布到双下肢，每髋承担除下肢重量之外体重的1/2。
一侧下肢负重时，髋关节负担为除去一侧下肢重量的体重加上外展肌肌力。
此时在负重髋关节股骨头上部一处形成类似平衡杠杆系统中的支点。
为了保持身体平衡，需要外展肌紧张，发挥平衡作用。
若重心远离负重髋关节，则承力增加；若重心移向负重之髋关节，则承力减少；重心全部移到负重的髋关节上，则外展肌承力为零，髋仅承受部分体重之压力。
髋关节的运动学髋关节是一个球轴承的运动结构，主要动作可分解为在三个互相垂直平面上的运动：矢状面上的屈伸、冠状面上的内收外展，以及横断面上的内外旋转。
髋关节解剖及生物力学-hip
限制外展 外旋 限制过伸 内收
限制内旋
肌肉
髋 肌
（一）前群3块肌
阔筋膜张肌
腰大肌 腰小肌 髂肌
1．髂腰肌 腰大肌 髂肌 作用：使髋关节屈和旋外。 2．腰小肌 作用：紧张髂筋膜。 3．阔筋膜张肌 作用：使阔筋膜紧张并屈髋。
肌肉
（二）后群 臀肌，有7块
臀中肌 臀小肌 梨状肌 闭孔内肌 臀大肌 股方肌
（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。
（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
1．臀大肌 作用：使髋关节伸和旋外。 2．臀中肌 3．臀小肌 作用：使髋关节外展，前 部肌束能使髋关节旋内， 后部肌束则使髋关节旋外。 4．梨状肌 作用：使髋关节展和旋外。 5．闭孔内肌 6．股方肌 7．闭孔外肌 作用：使髋关节旋外。
肌肉
大腿肌
（一）前群 1．缝匠肌 作用：屈髋和屈膝关节，并使已 屈的膝关节旋内。 2．股四头肌 四个头：股直肌、股内侧肌、股 外侧肌和股中间肌。 作用：是膝关节强有力的伸肌， 股直肌还可屈髋关节。
坐骨神经走 形于髋关节 后侧
③ 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。
髋关节组成特点及运动形式
髋关节组成特点及运动形式
一、结构特点：
1、承重能力强：髋关节的髋臼关节囊为马蹄形，较为坚韧、紧张，在上方附着于髋臼周边的边缘和髋臼横韧带，下方主要附着于股骨、胫骨边缘，可以起到主要承重作用；
2、稳定性好：关节囊周围还围绕有强而有力的韧带，可加强髋关节的稳定性。
前方髂股韧带最为强大，除能够加强关节囊的稳定性外，还可以防止髋关节过伸，对维持人体直立站姿有较大作用。
在髋臼的韧带与股骨头之间还有股骨头韧带，可以防止髋关节脱位；
3、活动范围大：髋关节球臼结构中的凸出部分是股骨头，因其形态特点以及关节囊、韧带加强机制等因素，导致髋关节活动范围较大。
二、运动方式：
髋关节的运动方式包括屈曲、伸展、外展、内收、内旋、外旋等，可以围绕冠状面进行大腿抬起来或大腿后伸屈曲、伸展运动。
除此之外，髋关节还可以围绕矢状面进行两条腿往两侧打开的外展运动，以及往内侧收回来的内收运动。
除运动以外，髋关节还可以围绕下肢垂直轴，进行内旋和外旋活动，下肢脚尖朝正中往内就是内旋，往外就是外旋。
髋关节解剖结构以及生物力学
Subchondral bone
The interaction between water & framework gives cartilage mechanical properties of stiffness & resilience.交换水及矿物质
髋关节解剖结构以及生物力学
髋关节的关节囊和韧带
髋关节解剖结构以及生物力学
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
髋关节解剖结构以及生物力学
髋关节解剖结构以及生物力学
髋关节解剖结构以及生物力学
② 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。
髋关节解剖结构以及生物力学
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，则力学
骨科精读｜髋关节解剖及生物力学，看完本文你就理解了！髋关节股骨头膝关节
骨科精读｜髋关节解剖及生物力学，看完本文你就理解了！髋关节股骨头膝关节01髋关节结构—骨髋关节是多轴的球窝状关节，由股骨的股骨头和髋骨的髋臼两部分组成髋关节特点：1. 头大、窝深2. 关节囊厚而坚实3. 关节囊有许多韧带增强4. 关节囊内有股骨头韧带运动：球窝关节，又称杵臼关节，能产生屈、伸，展、收，旋内、旋外，环转运动。
股骨头和髋臼的精确对合，结合比较紧密，一系列结构使其难于脱位。
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。
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。
髋臼为髋骨外侧面中部的倒杯形深窝，面向前外、下方为一不完全的半球形窝。
关节面为马蹄形或者半月形也称为月状面。
上部较宽厚，前后部略窄薄上1/3是髋关节主要负重区，厚而坚强；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。
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髋臼坐骨神经走形于髋关节后侧内部负压增加：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。
尽管如此，髋关节脱位仍很常见髋关节置换术后脱位有两个位置容易引起术后髋关节脱位：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；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。
髋关节的生物力学特点
– 臀中肌（后部纤维） – 臀小肌（后部纤维） – 闭孔外肌 – 股二头肌长头
屈髋肌
内收肌
内旋肌
伸髋肌
外展肌
外旋肌
主要肌 髂腰肌 阔筋膜张肌 缝匠肌 股直肌 长收肌 耻骨肌 次要肌 短收肌 股薄肌 臀小肌（前 部纤维）
主要肌
次要肌
长收肌 短收肌
臀小肌（前 部纤维）
耻骨肌 股薄肌 大收肌 次要肌
胫骨上端内侧面
同上
胫骨内侧髁后面
• 髋关节的运动
• 矢状面
– 屈曲 – 伸展
• 平面
– 内旋 – 外旋
• 髋关节的最大活动范围及限制活动的组织 结构
髋关节的运动 屈曲
伸展
外展 内收 内旋 外旋
髋关节的最大活动范围 限制活动的组织结构
80°（膝伸直时） 120°（膝完全屈曲时）
臀中肌（前 部纤维）
阔筋膜张肌
长收肌
股二头肌长 短收肌
头
耻骨肌
股方肌
半腱肌
臀大肌（下 半膜肌
部纤维）
主要肌 臀大肌
股二头肌长 头 半腱肌 半膜肌
大收肌（后 头） 次要肌
臀中肌（后 部纤维）
主要肌
主要肌
臀中肌
臀大肌
臀小肌
梨状肌
阔筋膜张肌 闭孔内肌
次要肌
上孖肌
梨状肌
下孖肌
缝匠肌
股方肌
缝匠肌
次要肌
臀中肌（后 部纤维）
• 次要肌
– 短收肌 – 股薄肌 – 臀小肌（前部纤维）
• 伸髋肌 • 主要肌
– 臀大肌 – 股二头肌长头 – 半腱肌 – 半膜肌 – 大收肌（后头）
• 次要肌
– 臀中肌（后部纤维）
髋关节的解剖己生物力学
髋关节退行性病变
髋关节骨关节炎
髋关节骨关节炎是一种慢性关节疾病， 主要表现为关节软骨退变、磨损和骨 质增生。患者可能出现关节疼痛、僵 硬和活动受限等症状。
髋关节发育不良
髋关节发育不良是指髋臼和股骨头之 间的对应关系异常，导致关节不稳定 和磨损加速。这可能导致早期骨关节 炎和关节疼痛。
其他罕见病变
实验室检测结果辅助诊断
实验室检测指标可为诊断提供辅助依据，但需结合其他 临床表现进行综合判断。
ABCD
体格检查与影像学表现相结合
将体格检查结果与影像学表现进行综合分析，以制定准 确的诊断。
鉴别诊断
对于疑似髋关节病变的患者，还需考虑其他可能引起相 似症状的疾病进行鉴别诊断。
05
治疗手段及康复措施
非手术治疗方法
加强医学、工程学、生物力学等多学科的交叉合作，共同推动髋关节领域的研究进展。
THANKS
感谢观看
髋关节相关疾病与治疗
髋关节疾病如髋关节炎、股骨头坏死等严重影响患者生活 质量，治疗方法包括药物治疗、物理治疗和手术治疗等。
临床应用前景展望
01
个性化治疗方案
随着精准医疗的发展，未来髋关节疾病的治疗将更加个性化，根据患者
的具体情况制定治疗方案。
02
再生医学应用
再生医学在髋关节疾病治疗中具有广阔的应用前景，如通过干细胞治疗
神经
由坐骨神经、臀上神经和臀下神经等支配髋关节及周围肌肉，实现关节运动和 感觉功能。
髋关节类型及特点
球窝关节
允许股骨头在髋臼内做多方向的运动，如屈、伸、收、展、旋内 和旋外等。
稳定性
由于关节囊坚韧、韧带强壮以及周围肌肉的协同作用，髋关节具有 较高的稳定性。
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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本节内容结束
胫骨上端内侧面
同上
胫骨内侧髁后面
• 髋关节的运动
• 矢状面
• 屈曲 • 伸展
• 冠状面
• 内收 • 外展
• 水平面
• 内旋 • 外旋
• 髋关节的最大活动范围及限制活动的组织结构
髋关节的运动 屈曲
伸展
外展 内收 内旋 外旋
髋关节的最大活动范围 限制活动的组织结构
80°（膝伸直时） 120°（膝完全屈曲时）
• 长收肌 • 髋关节屈曲时使髋伸展 • 髋关节伸展时使髋屈曲
• 生物力学研究的方法 • 杠杆的原理 • 支点 关节 • 力 肌肉收缩 • 力臂 力的矢量方向到支点的垂直距离 • 力矩 力 × 力臂
• 平衡的维持需要支点两边相等的力矩
• 正常站立时重心位于髋关节 的稍后方，重力的作用时髂 股韧带紧张，维持平衡
• 坐股韧带
• 肌肉 • 髋肌 • 前群 • 髂肌 • 腰肌 • 后群 • 浅层 臀大肌 • 中层 臀中肌 梨状肌 闭孔内肌 股方肌 • 深层 臀小肌 闭孔外肌
肌名 髂肌 腰大肌 阔筋膜张肌 臀大肌 臀中肌 梨状肌 闭孔内肌 股方肌 臀小肌 闭孔外肌
起点 髂窝 腰椎体侧面和横突 髂前上棘 髂骨翼外面和骶骨背面 髂骨翼外面 骶骨前面骶前孔外侧 闭孔内膜面及周围骨面 坐骨结节 髂骨翼外面 闭孔外膜面及周围骨面
耻骨肌 长收肌 股薄肌 短收肌 大收肌
股二头肌
半腱肌 半膜肌
起点
止点
髂前上棘
胫骨上端内侧面
髂前下棘、髋臼上缘、股 胫骨粗隆 骨粗线内外侧唇、股骨体
耻骨支、粗线
同上
胫骨上端内侧面
同上
股骨粗线
耻骨支、坐骨支、坐骨结 股骨粗线和收肌结节 节
长头坐骨结节，短头股骨 腓骨小头 粗线
坐骨结节
主要肌 臀大肌
股二头肌长 头 半腱肌 半膜肌
大收肌（后 头） 次要肌
臀中肌（后 部纤维）
主要肌
主要肌
臀中肌
臀大肌
臀小肌
梨状肌
阔筋膜张肌 闭孔内肌
次要肌
上孖肌
梨状肌
下孖肌
缝匠肌
股方肌
缝匠肌
次要肌
臀中肌（后 部纤维）
臀小肌（后 部纤维）
闭孔外肌
股二头肌长 头
• 随肢体所处的位置不同，肌肉收缩引起的运动也不同
内收肌
内旋肌
伸髋肌
外展肌
外旋肌
主要肌 髂腰肌 阔筋膜张肌 缝匠肌 股直肌 长收肌 耻骨肌 次要肌 短收肌 股薄肌 臀小肌（前 部纤维）
主要肌
次要肌
长收肌 短收肌
臀小肌（前 部纤维）
耻骨肌
臀中肌（前
股薄肌
部纤维）
大收肌
阔筋膜张肌
次要肌
长收肌
股二头肌长 短收肌
头
耻骨肌
股方肌
半腱肌
臀大肌（下 半膜肌 部纤维）
• 髋关节屈曲时重心前移，重 力的作用使屈曲加重，这时 臀大肌收缩，维持平衡
• 冠状面 • 外展肌的力矩=重力的 力矩
• 拐杖的作用
• 运动需要运动方向的有效力矩
• 运动是复杂的 • 运动的控制是多个系统相互作用的结果 • 运动控制被理解为神经系统的一种努力，以使运动适应由运动器
内旋 35°坐股韧带、外旋肌肉如梨状肌
外旋 45°髂股韧带的侧束、髂胫束、内
旋肌肉如臀小肌、阔筋膜张肌
• 骨盆以股骨为中心的前倾、 后倾
• 骨盆的内收、外展
• 骨盆的内旋、外旋
• 完成髋关节各方向运动的肌群
• 屈髋肌 • 主要肌 • 髂腰肌 • 阔筋膜张肌 • 缝匠肌 • 股直肌 • 长收肌 • 耻骨肌 • 次要肌 • 短收肌 • 股薄肌
屈曲 80°（膝伸直时）腘绳肌、股薄肌 120°（膝完全屈曲时）坐股韧带
的下部、下关节囊 伸展 20°（膝伸直时）髂股韧带的大部、
前关节囊、坐股、耻股韧带的部 分纤维
0°（膝完全屈曲时）股直肌
外展 40° 耻股韧带、下关节囊、内收肌及
腘绳肌
内收 25° 坐股韧带的上部、髂胫束、阔筋
膜张肌等外展肌
• 内旋肌 • 次要肌 • 臀小肌（前部纤维） • 臀中肌（前部纤维） • 阔筋膜张肌 • 长收肌 • 短收肌 • 耻骨肌 • 半腱肌 • 半膜肌
• 外旋肌 • 主要肌 • 臀大肌 • 梨状肌 • 闭孔内肌 • 上孖肌 • 下孖肌 • 股方肌 • 缝匠肌 • 次要肌 • 臀中肌（后部纤维）
屈髋肌
• 伸髋肌 • 主要肌 • 臀大肌 • 股二头肌长头 • 半腱肌 • 半膜肌 • 大收肌（后头） • 次要肌 • 臀中肌（后部纤维）
• 内收肌 • 主要肌 • 长收肌 • 短收肌 • 耻骨肌 • 股薄肌 • 大收肌 • 次要肌 • 股二头肌长头 • 股方肌 • 臀大肌（下部纤维）
• 外展肌 • 主要肌 • 臀中肌 • 臀小肌 • 阔筋膜张肌 • 次要肌 • 梨状肌 • 缝匠肌
髋关节的生物力学特点
解剖
• 骨骼 • 髋骨 • 髂骨 • 耻骨 • 坐骨 • 股骨
• 关节 • 多轴关节 • 球窝关节 • 屈、伸 • 收、展 • 内旋、外旋 • 环转运动
• 韧带
• 髂股韧带
• 起自髂前下棘，止于转 子间线，最为强健，对 维持人体直立姿势有很 大作用
• 耻股韧带
• 由耻骨上支向外下于关 节囊前下壁与髂股韧带 的深部融合
止点 股骨小转子 股骨小转子 经髂胫束至胫骨外侧髁 臀肌粗隆及髂胫束 股骨大转子 股骨大转子 转子窝 转子间嵴 股骨大转子 转子窝
• 大腿肌 • 前群 • 缝匠肌 • 股四头肌 • 内测群 • 浅层 耻骨肌 长收肌 股薄肌
• 深层 短收肌 大收肌 • 后群 • 股二头肌
肌名 缝匠肌 股四头肌
20°（膝伸直时）
0°（膝完全屈曲时）
腘绳肌、股薄肌
坐股韧带的下部、下关节 囊
髂股韧带的大部、前关节 囊、坐股、耻股韧带的部 分纤维
股直肌
40° 25° 35° 45°
耻股韧带、下关节囊、内 收肌及腘绳肌
坐股韧带的上部、髂胫束、 阔筋膜张肌等外展肌
坐股韧带、外旋肌肉如梨 状肌
髂股韧带的侧束、髂胫束、 内旋肌肉如臀小肌、阔筋 膜张肌