平衡疼痛----膝调节之膝部的力学特点

     膝关节在屈曲到完全伸直的过程中，胫骨与股骨之间发生30°~40°的相对旋转。 膝关节完全伸直的最后5°~10°需要胫骨相对于股骨发生约10°的外旋角度，这种生理现象称为螺旋归位机制（图3-3-1）。螺旋归 位机制主要由三个因素驱动造成，此三个因素分别为：股骨内侧髁的外形、前交叉韧带的被动张力和膝关节周围的肌肉对小腿的作用。股骨内侧髁明显长于股骨外侧髁，致使在膝关节完全伸直时，股骨内侧髁与胫骨平台接触，而股骨外侧髁离开胫骨平台，需要股骨内侧髁向后旋转，使股骨的内、外侧髁同时与胫骨平台接触。快速的伸膝运动在股骨内髁没有向后滑动时就挤压了膝关节半月板前角，出现运动员的膝关节内侧半月板前角撕裂。后交叉韧带附着于股骨内侧髁内侧面，在膝关节仲直的最后阶段，限制股骨内侧髁向前滚动，使其滑向后方，出现股骨相对胫骨的旋转。膝关节周围肌肉对小腿的作用包括股四头肌的侧向拉力、臀大肌上束对髂胫束的牵拉、股二头肌的小腿旋转作用。股四头肌合力在伸膝时偏向外上，对髌韧带的牵拉，导致胫骨外旋。臀大肌上束在伸膝时斜向后上牵拉小腿，使小腿外旋。股二头肌在伸膝时牵拉小腿外侧，使小腿外旋。螺旋归位机制有助于增加关节接触面积，使下肢的重力传递以骨性传递为主，增加关节的力学稳定性。

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膝关节在正常站立位时存在5°~10°的外翻角，由股二头肌、腘肌和跖肌交叉作用于膝关节外侧，产生向内的外翻角控制力（图 3-3-2）。下肢力学传递过程中，膝关节存在明显的外翻力，需要限制膝外翻的韧带加强膝关节的稳定性。膝关节在屈曲位转向伸直的过程中，前交叉韧带、内侧副韧带、后内侧关节囊、腘斜韧带由放松状态变为绷紧状态，以维持膝关节内侧及前后的稳定性。当膝关节完全伸直时，胫骨相对股骨轻度外旋转，胫股关节的骨性接触面积达到最大，此时膝关节可能出现5°~10°的超伸展状态。身体重心前移至膝关节屈伸运动的轴线上，重力传递沿骨骼发生，股四头肌出现间歇性放松。膝关节的后关节囊及屈膝肌群则限制超伸展的出现。

髌股关节是人体中时常要承受高压力强度的关节，当走平路时，髌股关节会承受人体体重1.3倍的力量；当伸膝抬腿时，髌股关节承受2倍人体体重的力量；当爬楼梯时，髌股关节会承受3.3倍人体体重的力量；当深蹲屈膝时，髌股关节会承受7.8倍人体体重的力量。髌股关节受到外力时，髌股关节的相对接触面积越大，则可分散由肌肉产生的髌股关节压力越多，因此可保护关节，避免过高的压力造成关节软骨退化。此保护机制可使健康且骨骼肌排列正常的髌股关节在日常生活中承受巨大的压力，不至于造成关节软骨或软骨下骨的退化和疼痛。当髌股关节关节面不规则或无法完全对合时，髌骨在股骨间沟内活动产生不正常的活动轨迹，使髌股关节受到较大的接触应力，增加髌骨退化损伤与疼痛的风险。

胫股关节为滑车关节，主要运动形式为屈伸运动，尤其在下肢承重动作时表现得淋漓尽致，过伸位的膝关节为过伸5°~10°，主要在站立时发生，能对小角度的足踝跖屈及髋关节屈曲起到代偿作用，使躯干重心纳入正常的足底支持面以内。膝关节屈曲闭合为135°~145°，主要发生在完全下蹲以后。在行走或奔跑的过程中，膝关节的屈伸运动主要起到躯干重力缓冲作用，在重心下移的过程中，有效地将重心下移的冲击力分散并释放，使骨关节受到的冲击保持在可承受范围。行走过程中膝关节大约能承受身体重量2.5~3倍的冲击。膝关节内半月板起到关节面压力缓冲作用。关节软骨周围分布的本体感受器。可以感知关节面的压力及摩擦力变化。当关节面压力增加后，关节运动的摩擦力就会增加，摩擦力增加会反馈性造成滑液分泌增多，以缓解关节摩擦力增加的情况，当超过关节囊的吸收代偿能力时，就会出现关节腔积液。膝关节屈曲伸直的过程中，需要股四头肌、腘绳肌、腓肠肌的共同收缩，协调完成。虽然腘绳肌和腓肠肌都是屈膝的肌肉，但当这两组肌肉同时收缩时，合力是向后的伸膝力量（图3-3-3）。膝关节在完全伸直的非承重运动中，伸直前的最后5°~10°发生了10°左右的胫骨外旋转动作，胫骨的外旋转使胫股关节的关

节面骨性接触面积达到最大，使承重时重力沿骨传导最大化。

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正常行走过程中，足跟着地前到足底完全着地呈现上述过程，即行走过程中的摆动相后期至站立相后期。有研究显示，正常人静息站立状态时，股四头肌只间断收缩以调节膝关节的伸直状态，并非持续做功，关节周围的韧带发挥了力学的微调作用。此时膝关节是不能直接屈曲的，这种状态也被称为膝关节的锁状态，改变这种状态需要胫骨的轻微内旋，减小关节面的接触面积，进而减小关节面的滑动摩擦力，为膝关节屈曲运动做准备。腘肌的外上向内下的附着、走行特点自然起到了这个作用，所以，腘肌（图3-3-4）也称为膝关节的解锁肌。即膝关节产生屈曲或屈曲动作时需要腘肌的持续性收缩。站立下蹲或蹲位站起过程则表现出另一种状态，蹲起过程为下肢远端固定状态。胫骨的相对旋转功能变小，股骨表现出更好的旋转配合。蹲位站起的终末期，大收肌后束和臀小肌兴奋，股骨相对胫骨内旋转，同样达到胫股关节最大关节面接触。站立下蹲的启动期，臀大肌下束兴奋，

股骨相对胫骨外旋转，使膝关节解锁。在膝关节屈曲时有少量相对旋

转运动，适应足踝运动过程中的力学需要。整体的胫股关节屈曲运动

中表现出小的相对旋转和大的方向一致性，即股骨的旋转与胫骨的

旋转方向一致，股骨内旋转，胫骨相应内旋转，股骨外旋转，胫骨也

会相应外旋转，反之一样。

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膝关节前后交叉韧带粗厚且坚韧，在膝关节的多平面运动稳定性中发挥重要的作用，预防膝关节产生过度的活动（图3-3-5、图3-3-6)。尤其是膝关节在行走、跑步、蹲下、跳跃等动作中产生的前后剪力。此外，交叉韧带中含有感受器，能提供人体感觉系统的本体感觉反馈，除了帮助控制人体动作外，还可以提供保护机制。如交叉韧带过度牵拉产生膝关节周围相应肌肉的活化，避免产生过大的韧带张力，以保护交叉韧带不受伤害。这个机制会造成膝关节周围肌肉的代偿性应用来维持膝关节的运动平衡状态，应用过度的肌肉会造成主诉痛的产生。

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腘肌的兴奋可以代偿前交叉韧带的撕裂损伤。前交叉韧带损伤会导致本体感受器功能异常，失去正常的反馈能力，继而出现膝关节周围软组织协调收缩能力下降，出现膝关节损伤加重。

鹅足肌腱由半腱肌、股薄肌和缝匠肌连接，上端分别附着于骨盆的三个不同空间位置，形成以股骨头为中心的三角形结构（图3-3-7）。站立时，支持力的力线通过鹅足肌腱附着的骨皮质下方，相当于足踝支点的延伸，调整骨盆相对于胫骨的空间位置。行走时，通过调整胫骨相对于骨盆的空间位置，使下肢处于站立期时骨盆与下肢呈现更好的对位关系。

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腘绳肌腱由半腱肌、半膜肌和股二头肌长头组成，分别附着于胫骨的三个不同空间位置。站立时调整坐骨结节与胫骨的空间位置关系,行走时调整胫骨与坐骨结节的空间位置关系，与鹅足肌腱一起微调了下肢与骨盆的空间关系。

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