髌股关节生物力学浅识[一类严选]
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膝关节解剖概要与生物力学特点生物力学 2009-07-01 21:37:01 阅读256 评论0 字号:大中小一、膝关节的构成(一)骨性结构膝关节由股骨远端、胫骨近端和髌骨共同组成,其中髌骨与股骨滑车组成髌股关节,股骨内、外髁与胫骨内,外髁分别组成内、外侧胫股关节。
在关节分类上,膝关节是滑膜关节(synovial joint)。
髌骨是人体内最大的籽骨,它与股四头肌、髌腱共同组成伸肌装置(extensor apparatus)。
蘸骨厚度约2~3cm,其中关节软骨最厚处可达5mm。
髂骨后表面的上3/4为关节面,由纵向的中央嵴、内侧峭分为外侧关节面、内侧关节面和奇面或称第3面(theoddfacet.thirdfacet);内、外侧关节面又被两条横嵴划分为上、中、下三部分,故共计有七个关节面。
髌骨后表面的下1/4位于关节外,是髌腱的附着点。
股骨远端的前部称为滑车(trochlea),其正中有一前后方向的切迹将之分为内、外两部分,滑车切迹向后延伸为髁间切迹(intercondylar notch.ICN),向前上延伸止于滑车上隐窝。
股骨远端的后部为股骨髁(femoral condylars),由ICN分为股骨内髁和股骨外髁,分别与内、外滑车相延续,构成凸起的股骨关节面。
从侧面观,股骨外髁弧度大于内髁且较内髁更突前,而内髁比外髁更加向后延伸。
参与构成膝关节的胫骨平台并非绝对水平,而是在一定程度上呈由前向后逐渐下降的趋势,即所谓胫骨平台后倾角。
胫骨平台中央有一前一后两个髁间棘,其周围为半月板和交叉韧带的附着处。
外侧胫骨关节面的前l/3为一逐渐上升的凹面,而后2/3则呈逐渐下降的凹面。
内侧胫骨关节面则呈一种碗形的凹陷。
如此,凸起的股骨关节面和凹陷的胫骨关节面彼此吻合,使膝关节得以在矢状面上作伸屈活动;然而外侧胫骨关节面的特征性凹陷结构又使得外侧胫股关节面并非完全吻合,从而允许膝关节在水平面上有一定的旋转活动。
《膝关节肌骨系统生物力学分析》篇一一、引言膝关节是人体最重要的承重关节之一,负责维持下肢的运动平衡。
随着生活水平的提高和运动习惯的改变,膝关节损伤问题日益突出,这要求我们更深入地理解其生物力学特性。
本文将详细分析膝关节肌骨系统的生物力学结构,以及其工作机制与运动功能的关联性。
二、膝关节的解剖结构膝关节主要由股骨、胫骨、髌骨及相关的韧带、软骨和肌肉等构成。
这些骨骼、软组织结构形成了复杂的生物力学系统,支撑并协助下肢运动。
其中,股四头肌和腘绳肌等肌肉的收缩和舒张,对维持膝关节的稳定性和运动功能至关重要。
三、膝关节肌骨系统的生物力学分析1. 肌肉的生物力学特性膝关节的肌肉主要分为伸肌和屈肌两类。
伸肌主要是股四头肌,而屈肌包括腘绳肌等。
这些肌肉的收缩力及运动模式,直接影响到膝关节的稳定性和运动范围。
当肌肉收缩时,能产生较大的关节扭矩,推动膝关节运动。
此外,肌肉的力量分布及运动协调性对于保持关节稳定性也至关重要。
2. 韧带与软骨的生物力学作用韧带是连接骨骼的重要结构,如膝部的内外侧副韧带、前后交叉韧带等。
它们在维持膝关节稳定性方面起着重要作用。
软骨则能减少关节摩擦,保护关节面免受磨损。
韧带和软骨的生物力学特性对膝关节的功能起着决定性作用。
当这些结构受损时,会直接影响到膝关节的生物力学平衡和功能发挥。
3. 骨组织的生物力学特点股骨、胫骨等骨组织在膝关节运动中起到支撑和传导力量的作用。
骨组织的生物力学特性决定了其在不同运动状态下的应力分布和承受能力。
在膝关节运动过程中,骨组织需要承受来自肌肉收缩和韧带牵拉产生的各种力量,保持关节的稳定性和灵活性。
四、膝关节肌骨系统生物力学的应用1. 运动康复了解膝关节肌骨系统的生物力学特性对于运动康复具有重要意义。
通过分析患者的肌肉力量、关节稳定性及运动协调性等生物力学参数,可以制定针对性的康复方案,帮助患者恢复关节功能。
2. 运动损伤预防与治疗通过分析膝关节的运动机制和生物力学特性,可以预防和治疗因肌肉、韧带、软骨或骨组织损伤引起的运动障碍。
膝关节生物力学介绍 Introduction•膝盖由2个关节组成 The knee is comprised of 2 jointso胫股关节 tibiofemoral jointo髌股关节 patellofemoral joint髌股关节 Patellofemoral Articulation•功能 Function将股四头肌产生的拉力传递给髌腱 transmits tensile forces generated by the quadriceps to the patellar tendon增加伸肌机构的杠杆臂 increases lever arm of the extensor mechanism髌骨切除术使伸展力降低30% patellectomy decreases extension force by 30%•生物力学 Biomechanicso髌股关节反作用力 patellofemoral joint reaction force 高达蹲下时体重7倍 up to 7x body weight with squatting 下楼梯时是体重2-3倍 2-3x body weight when descending stairso运动 Motion“滑动”关节 'sliding' articulation完全屈曲时,髌骨向尾侧移动7cm patella moves 7cm caudally during full flexion股骨和髌骨之间的最大接触是45度屈曲 maximum contact between femur and patella is at 45 degrees of flexiono•稳定性 Stability被动约束外侧半脱位 passive restraints to lateral subluxation1、内侧髌股韧带 (MPFL) medial patellofemoral ligament20度屈曲时侧向平移的主要被动约束primary passive restraint to lateral translation in 20 degrees of flexion 总约束力的60% 60% of total restraining force2、内侧髌半月板l韧带(MPML) medial patellomeniscal ligament总约束力的13% 13% of total restraining force3、髌内侧支持带 medial retinaculum总约束力的10% 10% of total restraining force4、动态约束 dynamic restraint股四头肌 quadriceps muscles5、Q角 Q angle定义 definition从髂前上棘 - >髌骨中部 - >胫骨结节 line drawn from the anterior superior iliac spine --> middle of patella --> tibial tuberosity正常Q角 normal Q angle 1、伸展时 in extension男性 males 13°女性 females 18°2、屈曲时 in flexion 8°病理影像X线正位片,排除骨折和游离体X线侧位片1、查看骨折和发育异常2、评估髌骨高度Blumensaat的线应在30度膝关节屈曲时延伸到髌骨的下极。
2021跑步时髌股关节的生物力学特征及跑鞋的影响范文 摘要: 聚焦跑步时髌股关节生物力学特征,探究穿着不同极简指数(MI)跑鞋对髌股关节接触力、应力等的即刻影响。
选取15名习惯后跟着地的健康男性跑者,分别穿着两种MI跑鞋(MI 86%极简跑鞋和MI26%缓冲跑鞋),使用Vicon红外运动捕捉系统、Kistler三维测力台同步采集3.33m/s(速度变化范围±5%)跑速下的膝、踝关节运动学和地面反作用力,通过逆向动力学等计算股四头肌肌力、髌股关节接触力、髌股关节接触面积以及髌股关节接触应力。
结果显示:两种跑鞋条件下的冲击力峰值和蹬地力峰值均无明显差异。
与缓冲跑鞋相比,穿着极简跑鞋跑步时,膝关节最大屈曲角度显着降低(P<0.01);髌股关节接触面积显着减小(P<0.01);膝关节伸肌峰值力矩显着下降(P<0.01);髌股关节接触力和应力峰值均显着减小(P<0.05)。
研究表明,相比缓冲跑鞋,穿着极简跑鞋在未影响触地后冲击力峰值的同时,通过降低伸膝力矩大幅度减少髌股关节接触力(下降17.02%)、降低髌股关节接触应力,从而有效改善支撑期髌股关节负荷,为进一步减小髌股关节疼痛综合征风险提供可能。
关键词: 运动生物力学;髌股关节; 髌股关节疼痛综合征; 髌股关节应力; 运动鞋; Abstract: Inorder to study the biomechanical characteristics of the patellofemoral joint during running, and to probe into the instant effects of running shoes with different minimalist indexes on the contact force and stress etc of the patellofemoral joint, the authors selected 15 healthy male runners who were used to heel landing, respectively wearing running shoes with two minimalist indexes(minimalist running shoes with a minimalist index of 85%, and cushioned running shoes with a minimalist index of 26%), used the Vicon infrared motion capture system and Kistler 3D force platform to simultaneously acquire the kinematic data of the knee and ankle joint and ground reaction forces under a running speed of 3.33m/s(speed varying range: ±5%), and calculated quadriceps strength, patellofemoral joint contact force, patellofemoral joint contact area, and patellofemoral joint contact stress by means of reverse dynamics etc. The results show the followings: the peak impact forces and peak ground hitting forces under the conditions of the two types of running shoes had no significant differences; as compared to cushioned running shoes, when running with minimalist running shoes: 1) the maximum flexion angle of the knee joint decreased significantly(P<0.01); 2) the knee joint contact area decreased significantly(P<0.01); 3) the peak torque of the knee joint extensor decreased significantly(P<0.01); 4) the peak values of the patellofemoral joint contact force and stress decreasedsignificantly(P<0.05). This study indicates that as compared to cushioned running shoes, wearing minimalist running shoes significantly decreases patellofemoral joint contact force(by 17.02%) and reduces patellofemoral joint contact stress by reducing knee joint extensor torque, while not affecting the peak impact force after ground contracting, thus effectivelyimproving patellofemoral joint loads in the supporting period, and providing a possibility to further reduce the risk of patellofemoral joint pain syndrome. Keyword: sportsbiomechanics; patellofemoral joint; patellofemoral joint pain syndrome; patellofemoral joint stress; sports shoes; 随着人民生活水平不断提高,《“健康中国2030”规划纲要》颁发实施,标志着全民健身时代的到来。