膝關節解剖系列——膝關節的運動

今天給大家帶來膝關節解剖系列的最後一期，也是壓軸的一期——膝關節的運動

1、膝關節的單一運動

膝關節主要沿兩個軸進行運動。在額狀軸（橫貫股骨的內、外側髁之間）上可做屈伸運動，其運動範圍約130°；屈膝時，髕韌帶和膝交叉韌帶均緊張，兩側副韌帶則鬆弛，此運動主要受大腿後部的限制；伸膝時，除髕韌帶外，所有的韌帶均緊張，此運動主要受膝交叉韌帶和副韌帶的限制。在垂直軸（通過關節中心的內側）上，小腿可做旋內與旋外的運動，於屈膝呈90°時，其運動範圍最大，旋內約30°，旋外約40°。膝關節的屈伸運動伴隨有小腿的旋轉運動。屈膝時，伴隨小腿旋內，伸膝時則相反。

膝關節運動時，髕骨也隨之移動。於膝關節半屈時，髕骨與股骨的髕面相接，強度屈膝時，則下降而對著髁間窩；伸膝時，髕上移，僅其下部與股骨的髕面相接；旋轉運動時，髕的位置不動。

膝關節的半月板也隨關節的運動而移動，於屈膝時，兩個半月板均後移；伸膝則前移。

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屈曲

主要運動肌為股後肌群（股二頭肌、半腱肌、半膜肌），輔助肌有股薄肌、縫匠肌、腓腸肌和腘肌。除股二頭肌短頭和腘肌外，均為雙關節肌。股後肌群兼為伸髖肌和屈膝肌，其屈膝作用隨髖的位置而定。髖屈曲時，股後肌群起止距離增大，肌肉變得緊張；屈髖40°時，股後肌群稍增長，只有膝稍屈曲才保持其原有距離；屈膝90°時，股後肌群緊張，即使屈膝90°，仍不能補償肌肉增長的距離。屈髖超過90°時，膝則停留在屈曲位，很難做到充分伸展，只有經訓練的運動員、舞蹈家等借股後肌群的彈性才能將膝保持充分伸直。缺乏鍛煉的人，股後肌群因屈髖而受到牽拉，屈膝效能越為明顯。站立時股後肌群在腓腸肌協同下對抗股四頭肌，一同穩定膝關節，其中股二頭肌和半腱肌電位活動較大。由蹲位起立時，股二頭肌和半腱肌拉小腿上端向後，間接參加膝的伸直。腓腸肌在膝屈伸動作中，如站立、下蹲及由蹲位起立時，均出現電位活動。身體前傾時，電位活動更為明顯。腓腸肌癱瘓可引起膝反弓，但如股後肌群癱瘓而腓腸肌良好時，則可防止膝反弓。

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伸展

主要運動肌為股四頭肌。股四頭肌橫截總面積約為148cm2，收縮距離為8cm，可產生42kg之力，為屈膝肌力的3倍。跳躍瞬間髕韌帶承受的拉力約為285kg。除股直肌為雙關節肌，兼具屈髖、伸膝功能外，余均只有伸膝作用。由於髂前上棘至股骨髕面的距離在屈髖時比伸髖時為短，因此，屈髖伸膝時，股直肌相對鬆弛，不如其他三肌的伸膝效能，但在行走中，支撐腿將離地時，股直肌可提供動力，當腿向前擺動時，股直肌又迅速使髖屈曲和膝伸直。股內側肌在完成伸膝最後10~15°時在扣鎖機制中起重要作用。在下肢支撐體重時，股四頭肌與股後肌群共同穩定膝關節，在行走時的擺動中期，雖有小腿的慣力作用，但股四頭肌的伸膝作用也較重要。

當膝關節伸直至最後10~15°時，股骨內側髁發生內旋，脛骨相對外旋，每伸直1°股骨約有0.5°的內旋。膝完全伸直時，這一旋轉活動也停止，共內旋5°~10°。這一過程有如擰緊螺絲釘的作用，稱為扣鎖機制。扣鎖機制完成後，膝關節非常穩定，一切收展、旋轉活動都不可能發生。此時，股骨內、外側髁，半月板與脛骨內、外側髁關節面間接觸最廣，內、外側副韌帶及十字韌帶最緊張，承受壓力也最大。

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內旋與外旋

內旋與外旋僅能發生於膝屈曲狀態，這是由於：①膝屈曲時，具有較短曲率半徑的股骨髁後部與脛骨平台相貼，從而膝周圍的韌帶稍為鬆弛，賦予膝以活動的餘地。②隨膝的屈曲，脛骨髁間結節恰好與股骨髁間切跡相對，並活動於髁間切跡的間隙中。當膝伸展時，脛骨髁間結節的任何活動將被股骨髁阻止。

膝外旋稍大於內旋，是受交叉韌帶的影響。膝中立位上面觀時，前交叉韌帶居前外方，後交叉韌帶居後內方。小腿外旋時，兩交叉韌帶分開且變得鬆弛，脛骨可稍離開股骨。小腿內旋時，兩交叉韌帶軸緣相貼，互相勾繞、繃緊，脛骨緊壓於股骨上，因之，限制小腿內旋。膝交叉韌帶的損傷將引起小腿旋轉異常。

膝的屈肌同時也是小腿迴旋肌，依位置可分倆群。內旋肌計有縫匠肌、股薄肌、半腱肌、半膜肌、腘肌和腓腸肌外側頭。外旋肌計有股二頭肌、闊筋膜張肌和腓腸肌內側頭。

2、日常活動

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站立

安靜站立時，髖膝處於伸直位，即0°。身體重力線自膝、踝關節軸稍前方垂直於地面。此時肌肉僅有少量活動，其首要作用是關節的緊密嵌合，這也有賴於骨面的穩定和韌帶的緊張。伸膝肌和屈膝肌隨時調節人體位置並維持伸直位，如身體重心線前移，則腘繩肌收縮，重心線後移，股四頭肌等收縮。

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行走

行走的步態周期（即從一足跟著地到下一次此足跟著地）包括著地支撐期及著地擺動期。

支撐期：自足跟著地起至足趾離地止，又可分為4個階段：足跟著地至足放平為足跟著地期；足放平到足跟離地為站立中期；全足著地，足跟離地，膝關節屈曲，為推離期；身體向對側傾斜，對側足跟著地，自足跟離地至足趾著地，身體因足蹬地而前進最快為加速期。該期身體重量靠支撐腿來支持，此時伸膝肌、屈膝肌、髖部肌肉和小腿肌肉皆收縮以維持膝關節穩定。腓腸肌則在支撐末期提足蹬地以推動身體前進。

擺動期：自足趾離地到足跟著地止，可分為3期：從膝髖屈曲足上提到膝關節達最大屈曲約70°，為擺動前期；繼續屈髖，膝漸伸直，足跟著地稱擺動後期。在擺動期，擺動腿主要靠髖屈曲帶動下肢向前，屈膝及伸膝主要靠重力及擺動來完成。

在步態周期中，從一側足跟著地到對側足趾離地，兩腿支撐體重為雙支撐期；當一側足趾離地到足跟著地，僅靠對側肢體支撐體重為單支撐期。每個步態周期有兩次雙支撐期和兩次單支撐期，交替前進。

在整個常速步態周期中，膝關節始終未完全伸直，這可減輕震蕩，增加靈活度，故膝周肌肉完整協調尤為重要。如其一膝關節疼痛，則其支撐期縮短；股四頭肌無力則不能主動加速，股四頭肌無力伴膝關節不能伸直者，則需扶大腿而行；屈膝肌無力則擺動末期不能減速。

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上、下樓梯

要產生體重的升降，雙支撐期長，肌肉收縮力大而參加的肌肉廣泛。上樓主要是膝部伸肌起作用，下樓則伸膝屈膝肌皆起控制屈膝屈髖作用。

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跑和跳

跑沒有雙支撐期而有雙擺動期（騰空），支撐腿的伸膝和足蹬地同時進行。跳是由髖膝從屈曲位伸直而踝從背伸位跖屈，使身體騰空前進。膝關節在運動中宜平衡穩定，否則易損傷韌帶。

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下蹲及起立

下蹲時主要支配肌是股四頭肌而不是腘繩肌，因為順重力運動時，股四頭肌收縮抵抗重力，從而維持關節的穩定。同時，腓腸肌亦收縮。

由蹲位起立時，股四頭肌、腘繩肌和腓腸肌皆收縮。

日常活動中，膝關節活動範圍大多在0°~45°，髕股關節壓力主要來自股四頭肌收縮。股四頭肌腱和髕韌帶分別牽拉髕骨上下極，二者力量相等，方向相反。二力的矢量和即為髕股關節壓力。站立時，屈膝30°位，髕股間壓力和體重相等；60°時為體重的4倍，90°時等於體重的6倍。行走時，髕股間壓力約為體重的1.5倍。上、下樓梯時，其間壓力約為體重的3.3倍。下蹲站立時，壓力可達體重的8倍。

半月板直接與力跨膝傳遞有關。伸膝時有50%壓力負荷是通過半月板傳遞的，而屈膝時達到85%。半月板具有分散和吸收震蕩的能力。正常時吸收震蕩的能力比切去半月板時高20%。半月板減少了凸的股骨髁與相對平的脛骨平台間的不吻合，增加了膝關節的穩定性，尤其是可防止側移。半月板還具有攪拌作用，使滑液在關節面及半月板上形成一層薄的液膜，對關節起潤滑作用。外側半月板切除之後，股脛關節接觸面積減少30%~50%，內側半月板切除後減少可達50%~70%，易於導致膝關節退行性改變。

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