髋关节生物力学
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髋关节生物力学
髋关节由凹状的髋臼与凸状的股骨头构成，属于球窝结构，具有内在稳定性。通过髋关节头、臼软骨面相互接触传导重力，支撑人体上半身的重量及提供下肢的活动度 。在众多的可动关节中，髋关节是最稳定的，其结构能够完成日常生活中所需的大范围动作，如行走、坐和蹲等。球窝关节排列紊乱可导致关节软骨和骨内的应力分布发生改变，引起退行性关节炎等损害，并因关节承受巨大的力而逐渐加剧。
一髋关节负重静力学
& && &&&髋关节是人体最大的负重关节，主要是由骨盆上的髋臼与股骨近端的股骨头以及圆韧带、软骨等一些软组织构成。股骨颈与股骨干之间的角度即颈干角，成人约110。-141。。此角可以增加下肢的运动范围，并使躯干的力：量传递至较宽的基底部。股骨干偏斜所致的髋外翻(≥141。)和髋内翻(≤l10。)都将改变与髋关节有关的力。股骨颈长轴与股骨远端两髁横轴之间的夹角为股骨颈前倾角，通常在12。-15。，前倾角大于l5。会使一部分股骨头失去髋臼的覆盖。股骨矩位于股骨颈干连接部的内后方，在小转子的深部，为多层致密骨构成的骨板，是股骨干后内侧骨皮质的延伸部分。股骨矩是股骨上段偏心受力的着力点，为竖立负重时最大压应力部位，同时也受到弯矩和扭矩的作用，其存在增加了颈干连接部对应力的承受能力。
& && &&&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。
二、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。这三个平面动作的范围不同，髋关节最大幅度的活动在矢状面， 前屈幅度为0。~140。，后伸幅度为0。-15。。在冠状面，外展幅度为0。~30。，内收幅度为0。-25。。在横断面，当髋关节屈曲时外旋0。~90。、内旋0。~70。；髋关节伸直时由于软组织的约束功能而使旋转角度较小， 内外旋则分别为45。。行走时髋关节屈伸动作约为 40。～ 5。，内收外展及内、外旋动作约为 5。～ 5。。上楼梯时活动范围较大，屈伸活动范围为67。，内收外展及内外旋动作分别为28及26。。而在跑步时，矢状面上的屈伸动作范围会增加。髋关节的关节表面活动可以认为是股骨头在髋臼内的滑动。球与窝在三个平面内围绕股骨头旋转中心的转动产生关节表面的滑动。假如股骨头与髋臼不相适应，滑动将不平行于表面或不沿表面切向，而使关节软骨受到异常应力导致压缩或分离。
三、作用于髋关节的力及其生物力学特征
& && &&&髋关节在不同位置时受力情况不同，站立时同时受重力及外展肌的拉力；单足站立和行走时，由于人体重心在两侧股骨头连线之后，重力对关节产生扭矩作用，此时外展肌产生反向力矩以维持平衡，股骨近段不仅受到压应力和张应力，还接受横向环行应力和剪切应力。做各种动作时，常需要髋部肌肉平衡体重，因此会对髋关节产生相当大的压力。因为在此过程中，若以髋关节为支点，则从支点到身体重心的力臂远大于支点到髋部肌肉的力臂，髋部肌肉的力量远大于人体重量，因此关节受力便会大于体重。髋部肌肉除了增加稳定性外，还可以调节股骨的受力状态。正常人站立时，若肌肉(如臀中肌)未紧张，股骨颈将受到一个弯曲力矩，会在上方产生张应力，在下方产生压应力。因此，若负荷过大，很轻易产生张应力破坏。而肌肉产生
的收缩作用，会抵消上方张应力部分，避免股骨颈骨折[2 ]。正常行走时髋关节的动作平衡且有节奏，耗能最低。双髋轮流负重，重心左右往返移动约4．o^4．5 cm。髋关节在步态周期过程中会有两个受力波峰，分别在足后跟着地及趾尖离地时。缓慢行走时，惯性力作用可不计，视与静力学相同。但髋关节在快速运动时，受加速和减速的作用，受力会增加。合力等于体重加惯性力，包括地面反冲力、重力、加速度、
肌力等，一般认为是体重的3．9"-6．0倍。在走路时(速度为1．5m／s)，髋关节最大受力约为2．5倍体重，而当跑步时(速度为3．5 m／s)，关节最大受力约为5—6倍体重
& && &髋关节通过头、臼软骨面相互接触传导重力，负重面为以负重中心为极点的股骨头上半球与半球形臼的重叠部分。具有弹性的关节软骨将应力分散传递到各作用点。正常的股颈的应力分布为合力通过颈中心的偏下方，内侧有较高的压应力，外侧有较高的张应力。通过经典的梁测试原理计算、光弹性试验、有限元力学分析结合数学分析、应变仪或骨表面涂布应变敏感物质后测定等均证实股骨颈上部头颈交界处所受张应力最大。当髋关节畸形时应力分布改变：髋内翻时内侧压力、外侧张力均增大；髋外翻时，随外翻程度增加张应力逐渐减小以至消失。当合力通过颈中心时，内、外侧承受平均压力。为分析髋关节的受力情况，假设整个身体集中于一点，称之为身体重心。静止站立时，重心与双髋的共同轴在同一冠状平面上，位于第二骶椎的前方。正常行走时，髋关节双侧轮流负重，重心左右往返移动。因此髋关节受力会因运动方式不同而受力不同。有实验表明，当髋关节承受2000次载荷时，软骨会遭到严重的振动、形成溃疡，使软骨和骨发生不可
逆性变形，造成骨的广泛损伤。老年人髋关节的活动量1年约一百万次，如此高负荷、高频率，产生退行性关节病也是可以理解的。
& && & 通常，作用于髋关节的力可分为张应力、压应力、弯曲应力和剪切应力四种。这些力的作用通过体重负荷和肌肉收缩作用综合表现。人类髋关节为适应竖立行走、劳动的需要，其力学性能优良，具有下列生物力学特点。
1．股骨上端形成多平面弯曲角(颈干角、前倾角)，与骨盆和下肢呈多曲结构。其骨小梁呈多层网格状，应力分布合理，受力性能最佳，自重轻而负重大。
2．具有自动反馈控制的特点，以适应张应力和压应力的需要。按照Wollf定律，股骨上端具有独特的扇形压力骨小梁系统和弓形横行的张力骨小梁系统；在转子平面又形成另外的骨小梁系统。可根据受力大小通过人体自动反馈系统作用增加或降低骨小梁密度，使骨组织以最小的重量获得最大的功效。
3．髋关节生物力学结构具有变异性。骨小梁组织结构的数量和质量受个体职业、活动状况、内分泌、物质代谢、营养、年龄、疾病等诸多因素的影响。
4．股骨干的力学轴线是自股骨头的旋转中心至股骨内外髁的中点，股骨上端承受的剪切应力最大，所以股骨颈多因剪切应力而骨折，大转子以下多因弯曲和旋转应力而骨折。髋关节生物力学体系处于动态平衡之中，随时可以调整保持身体重心的稳定。骨小梁的分布和骨截面外形均适应外力作用的需要，非凡是能最大限度地防止弯曲应力的作用。
四、发育性髋关节脱位时髋关节生物力学变化
& && & 有研究观察到，髋臼顶为主要受力区，股骨头受力方向与骨小梁走行一致，且与纵行板成角近9O。。正常儿童髋关节受力分布靠近髋臼顶部，应力分布均匀，负重区单位面积压强基本相等；髋臼发育不良(DDH，CDH)时，髋关节压力明显增加，为正常的2~3倍，受力面趋于髋臼边缘，甚至呈点状，这种变化随髋臼指数的增大而愈加明显 ]。有学者认为关节软骨长期处于高应力状态将造成退行性变，而髋臼发育
不良时生物力学的变化会导致髋臼软骨退化而发生退行性骨关节炎。因此，恢复正常髋关节结构及生物力学功能，可促使髋臼正常发育。
五、老年性骨质疏松与髋关节生物力学
& &&&各种原因导致的骨小梁数量和质量下降、骨力学强度降低，会形成骨质疏松症，使髋关节的生物力学结构和性能下降。作用于股骨颈部的力超过骨结构所能承受的极限应力达到屈服点时，会无法反抗髋关节所承受的内、外生物力而导致骨折，最常见的为股骨颈骨折。此时，骨组织抗张应力能力较弱，故骨折多发生在承受张应力最大的部位 。当老年人骨质疏松时，骨的生物力学性能急剧下降，首先是抗张应力减弱，故老年性股骨颈骨折首先发生在承受张力最大的股骨颈外上头颈交界处。另外，老年骨质疏松症患者在日常生活中发生多次跌闪甚至稍微跌倒时，往往于股骨头颈交界处外上侧张应力集中区最先出现骨小梁的疲惫骨
折。骨小梁骨折和修复可反复发生，但压力骨小梁系统仍保持支持作用，故临床上可仅有髋痛症状。若此期间忽然跌倒，股骨颈受力骤增，可导致有临床典型症状的股骨颈骨折。另一方面，适量的一定方向的生物力可促进骨痂生长，有利于骨小梁修复骨折愈合；不适宜的旋转力、剪切力则可使之畸形愈合。髋关节的生物力学特点及骨质疏松症与股骨颈骨折发生的原因、机制、、术后康复等密切相关。减少髋关节负荷最有效的方法是持拐或手杖，故老人持杖行走应大力提倡。
六、人工髋关节设计的生物力学
& &&&人工髋关节的力量传递路线由骨盆开始经股骨头、股骨颈、股骨柄传至近端股骨。良好的力量传递可避免股骨应力遮挡现象，使股骨柄和股骨近端骨干充分贴合，让股骨柄更稳定。影响股骨柄力量传递的因素有股骨颈干角、偏心距(股骨头的偏移量)、近端吻合度及远端稳定性。大部分接受髋关节置换的患者均有肌肉松弛现象，而偏心距的增加可有效增加外展肌群力臂，使外展肌群在同样的施力状态下对髋关节
产生更大的力矩；且软组织张力的增加可使髋关节更稳定，降低置换后髋关节脱位的发生率。外展肌力臂增加后，做相同的动作时，肌肉施力会相对减小，对关节造成的力量会降低，从而减小超高分子聚乙烯衬垫的磨损，降低骨溶解发生率 · 。
& && && &股骨颈干角一定时，股骨柄假体的头颈段越长，力臂和力矩越大，越有倾向使髋关节假体弯曲或断裂。假体放置于髓腔后，由于颈干角的存在而有一定的内翻倾向，假如假体内缘锐利，应力向下传导时会形成应力集中，对股骨内侧皮质产生切割作用，使骨水泥发生断裂，导致假体松动。颈干角大于140。时髋关节呈外翻位，弯矩减小，轴向载荷成比例增加，轻度外翻位可以缩短外展肌作用的力臂。对骨水泥固定
的股骨柄而言，其表面特征与假体的稳定性有重要关系。股骨柄颈领可将股骨柄承托住，防止股骨柄下沉，并可提供定位作用 · 。
& && &&&人工髋关节如欲达到适当的力量传递，吻合度是一个重要的考虑因素。近端吻合会减小应力遮挡效应，使股骨柄适当传递力量给四周股骨，不致于产生骨再吸收现象；而远端吻合可增加股骨柄远端的稳定性。如何达到近端及远端皆吻合的设计，则有赖于与股骨几何外形的配合，保持股骨柄与骨之间的稳定，避免人工髋关节置换术后的并发症。髋关节活动中作用于股骨头及其四周部的力有压缩力和弯曲力，二力的联合作用影响股骨上段的应力分布。人工髋关节置换术后的应力遮挡和应力集中，是引起关节柄松动、下沉的最主要原因之一。在导致人工髋关节松动的诸多因素中还包括原髋关节结构的完整性和连续性，这种结构
上的完整性和连续性的改变可能是人工髋关节松动的最根本原因之一。重建这种结构的完整性和连续性是改善人工关节应力分布的重要内容，也是人工髋关节优化设计中不可忽视的重要因素。此外，增加髋臼骨与髋臼外帽由上向下的抓合力，使髋臼外帽和髋臼之间紧密结合。可延长人工关节的寿命。未来髋关节的生物力学研究将更加注重髋关节整体功能力学的研究。同时将深人到髋关节骨微结构的力学特性及人工关节与骨界面应力与骨重塑的关系． 了解Wolf定律的量化关系以及骨关节的力学生物学等方面。进一步揭示髋关节疾病的发病机制，并建立一套完整的优化设计及分析平台用于髋臼骨折、股骨近端骨折及骨关节炎的治疗．并开发新型的人工
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骨质增生还被称为增生性骨关节炎、骨性关节炎、退变性关节病，属于一种多发病，常发生于中老年人，表现为关节疼痛，活动受限等，因此中老年人应积极进行预防。
髋关节骨质增生症状热门问答
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我是一个AS患者,年前因髋关节间隙变窄而无法走路,只能靠双拐.现在通过几个月的治疗后,间隙有所变大,但现在我的左腿髋关节很容易响,前几天还不是那么响,可是这几天越来越响了,而且还大多数伴有疼痛,不知这是为什么,所以想请问一下这是不是骨膜被破坏了还是其他的原因导致的,这样响是好还是不好? 而且越来越疼了!有人说是骨质疏松,肌腱有问题,不知该如何办了!急呀!
09-07-16 &
运动时常能听到有人发出“嘎嘎”的声响，比如蹲起时膝关节有响音，走路时髋关节发出轻轻的“嘎嘎”声，转脖子颈椎有声音，攥手指听到手指有声音……这些声音人们通常称之为“弹响”。 一般来说，仅有弹响、外表不红不肿，也不感到疼痛，不伴活动障碍者属于生理性弹响，不需要特别处理，也不必为此过于惶恐不安。关节活动时，关节面之间、软骨垫与关节面之间、肌腱和关节囊之间等，总会发生摩擦而发出声音。在大部分人身上，这种声响不明显，而在有些人身上则听起来比较清楚。特别是那些久坐的人，关节间产生的润滑液少，加大了关节摩擦的损耗，更容易听到弹响了。当伴有疼痛或关节活动受限时，需要到医院就诊，以确定是否是关节错位或关节受损。 像教师、编辑、秘书、电脑录入员等这些常年伏案工作的人时常会抱怨颈椎“弹响”，弹响的出现恰恰在提醒人们不要同一姿势维持过久，而要多加锻炼。最好15—30分钟稍微起来活动一下。 许多人都有这样的经验：握拳时，指节忽然会发出「叭」的声音，有人甚至乐此不疲，无聊或紧张时，轮流把指节握得「叭答、叭答」响。 也有人只要上、下楼梯，膝关节就有节奏的「嘎、嘎」响；有的是脚跟一拱直就「啪」一声巨响；有人甚至连伸个懒腰、打个哈欠，颈背或牙关（颞颔关节）就会发出声音！这到底是怎么回事？ 关节会发出声音，乍听下似乎很新鲜，不过，以物理学观点来看，关节的动作不外是滑动（如膝之初弯）、滚动、磨动（旋转）等，这些都不脱机械原理，自然会因摩擦、振动而产生声音，只因关节腔完密的封闭，以及关节滑液有效滑润，声音小到听不到。 事实上，关节发出的声音可用麦克风放大并记录声波，多年前，国内即有医师研发出关节的声波记录仪，可用于临床上，「听」出膝关节的病变。关节声音之大，有时会吓人一跳。 最近一些研究有了答案。原来，当关节初「动」时，肌腱的作用力（如拉力等）会瞬间先使关节产生形变，最多可增大至7%，形变产生关节腔负压。这负压虽微，但足以使关节囊凹陷（被吸入），使溶于滑液内的氮气、氧气、二氧化碳等气体，部分气化成气泡。 动作将完成之际，气泡及滑液受压缩，即像开香槟似「叭」 一声，把凹陷的关节囊给弹回去，回复原形，气体又再度溶回液中。也因气体回溶需要时间，所以指节响声虽可周而复始，却无法连发。 研究虽指出这些响声不足以造成软骨伤害（能量不到可伤害软骨的15%），不必为此担心，不过另一项长达35年、针对350位长期扳响指节者的追踪，却发现这些人普遍有指节变大、抓握力却变弱的问题。由此看来，乐此不疲的仁兄，应该有所节制才好。 当然，除此机转外，膝关节、踝关节或背部发出声音，也可能是绷紧的肌腱在关节运动时，先稍有「走」位，再弹回原位；或是与关节隆突处有较大的磨擦，而发出响声，若未伴随红肿热痛，一般应无大碍。 目前也知道，正常关节在休止状况下是负压的。当关节发炎，腔压升高，除了疼痛，也对软骨细胞存活不利，反之，四头肌的缩收运动，会降低膝压，有利于减缓关节退化。因此，能作适当的肌腱伸展运动降低关节腔压，理论上应当可以有效改善关节退化，瑜伽的某些动作，或许与此不谋而合。 至于因关节退化、病变，如退化性关节炎、软骨溃坏、膝关节半月软骨破裂等，所发出的声音通常都伴有其它症状及病理变化，非本文所述之关节响声，不可混淆，仍应循正轨求医以免延误。
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运动时常能听到有人发出“嘎嘎”的声响，比如蹲起时膝关节有响音，走路时髋关节发出轻轻的“嘎嘎”声，转脖子颈椎有声音，攥手指听到手指有声音……这些声音人们通常称之为“弹响”。 一般来说，仅有弹响、外表不红不肿，也不感到疼痛，不伴活动障碍者属于生理性弹响，不需要特别处理，也不必为此过于惶恐不安。关节活动时，关节面之间、软骨垫与关节面之间、肌腱和关节囊之间等，总会发生摩擦而发出声音。在大部分人身上，这种声响不明显，而在有些人身上则听起来比较清楚。特别是那些久坐的人，关节间产生的润滑液少，加大了关节摩擦的损耗，更容易听到弹响了。当伴有疼痛或关节活动受限时，需要到医院就诊，以确定是否是关节错位或关节受损。 像教师、编辑、秘书、电脑录入员等这些常年伏案工作的人时常会抱怨颈椎“弹响”，弹响的出现恰恰在提醒人们不要同一姿势维持过久，而要多加锻炼。最好15—30分钟稍微起来活动一下。 许多人都有这样的经验：握拳时，指节忽然会发出「叭」的声音，有人甚至乐此不疲，无聊或紧张时，轮流把指节握得「叭答、叭答」响。 也有人只要上、下楼梯，膝关节就有节奏的「嘎、嘎」响；有的是脚跟一拱直就「啪」一声巨响；有人甚至连伸个懒腰、打个哈欠，颈背或牙关（颞颔关节）就会发出声音！这到底是怎么回事？ 关节会发出声音，乍听下似乎很新鲜，不过，以物理学观点来看，关节的动作不外是滑动（如膝之初弯）、滚动、磨动（旋转）等，这些都不脱机械原理，自然会因摩擦、振动而产生声音，只因关节腔完密的封闭，以及关节滑液有效滑润，声音小到听不到。 事实上，关节发出的声音可用麦克风放大并记录声波，多年前，国内即有医师研发出关节的声波记录仪，可用于临床上，「听」出膝关节的病变。关节声音之大，有时会吓人一跳。 最近一些研究有了答案。原来，当关节初「动」时，肌腱的作用力（如拉力等）会瞬间先使关节产生形变，最多可增大至7%，形变产生关节腔负压。这负压虽微，但足以使关节囊凹陷（被吸入），使溶于滑液内的氮气、氧气、二氧化碳等气体，部分气化成气泡。 动作将完成之际，气泡及滑液受压缩，即像开香槟似「叭」 一声，把凹陷的关节囊给弹回去，回复原形，气体又再度溶回液中。也因气体回溶需要时间，所以指节响声虽可周而复始，却无法连发。 研究虽指出这些响声不足以造成软骨伤害（能量不到可伤害软骨的15%），不必为此担心，不过另一项长达35年、针对350位长期扳响指节者的追踪，却发现这些人普遍有指节变大、抓握力却变弱的问题。由此看来，乐此不疲的仁兄，应该有所节制才好。 当然，除此机转外，膝关节、踝关节或背部发出声音，也可能是绷紧的肌腱在关节运动时，先稍有「走」位，再弹回原位；或是与关节隆突处有较大的磨擦，而发出响声，若未伴随红肿热痛，一般应无大碍。 目前也知道，正常关节在休止状况下是负压的。当关节发炎，腔压升高，除了疼痛，也对软骨细胞存活不利，反之，四头肌的缩收运动，会降低膝压，有利于减缓关节退化。因此，能作适当的肌腱伸展运动降低关节腔压，理论上应当可以有效改善关节退化，瑜伽的某些动作，或许与此不谋而合。 至于因关节退化、病变，如退化性关节炎、软骨溃坏、膝关节半月软骨破裂等，所发出的声音通常都伴有其它症状及病理变化，非本文所述之关节响声，不可混淆，仍应循正轨求医以免延误。
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做CT或MRI等精细的检查,还有血沉等指标
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你好：髋骨关节疾病中医称痹症，用中药完全可以调理好。    中医痹症包括西医学的增生性关节炎、肥大性关节炎、骨关节病、类风湿性关节炎、股骨头坏死、强直性脊柱炎等关节疾患。中医统称痹证(Bi syndrome)，是由风、寒、湿、热等邪气引起的以肢体关节及肌肉酸痛、麻木、重着、屈伸不利，或关节肿大灼热等为主症的一类病证。《素问·痹论》有：“风寒湿三气杂至，合而为痹”，　　本病与外感风寒湿热之邪和人体正气不足有关。风寒湿热等邪气，在人体卫气虚弱时容易侵入人体而致病。汗出当风、坐卧湿地、涉水冒雨等，均可使风寒湿等邪气侵入机体经络，留于关节，导致经脉气血闭阻不通，不通则痛。　　我院以健骨蠲痹胶囊为主体，配合中医辨证和不洗热水脚的方式，治疗关节疾病取得很好疗效，治愈率高、复方率低，未见明显不良反应和毒副作用。治疗理念和治疗方法，分别是顺势疗法和中医“透发法”，健骨蠲痹胶囊能起到增强人体免疫力，引导免疫力将风、寒、湿、热等邪气从四肢驱除出体外的作用。达到彻底治疗的目的。手术前的最后一站    北京模式口中医医院
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