异常的髋关节力学对膝关节损伤的影响（一）

仰望苍穹

在下肢关节中，膝关节是最易损伤的关节，在骨科物理治疗临床中膝关节功能障碍的患者占有较大的比例，特别是运动爱好的个体，据文献报道在跑步运动员中，膝关节是最常发生过度使用损伤（overuse injury）的关节（Taunton JE，2002）。对比男性，女性有较高创伤性和过度使用膝关节损伤的机率（Arendt E，1995；Prodromos CC，2007）。要有效的处理膝关节功能障碍需要了解与膝关节损伤相关的危险因子及损伤机制。近十年的研究推论认为膝关节的损伤可能有近端来源，例如,髋关节的肌肉无力引起膝关节的损伤。最近一篇系统评价的文献，Reiman等人引用51篇论文提供一些流行病学、神经肌肉或生物力学证据去支持近端因素可影响膝关节负荷并引起损伤的观念。所以去讨论一下不正常的髋关节力学对膝关节损伤的生物力学影响是非常有必要，而且在膝关节损伤的运动康复及损伤预防的干预中非常重要。

1、异常胫股关节运动学的近端促进

髋关节是下肢运动链中最近端的连接（link），并与膝关节分享一个共同的部分（股骨），在股骨的近端与骨盆的髋臼连接构成髋关节，因为是一个球窝关节，所以髋关节具有多平面的运动。在股骨的远端，其通过复杂的韧带、关节囊和肌腱与胫骨紧密的连接在一起。虽然髋关节是球窝关节能提供大的骨性稳定，但髋关节依赖肌肉去产生运动和动态稳定，因此，损害髋关节肌肉的能力（performance）能致使髋关节在所有平面的功能障碍。异常的股骨运动能直接的影响响胫股关节的运动学和拉紧连接胫骨和股骨远端的软组织。

在步行中的负荷反应阶段（在足跟触地后的头10%步态周期），髋关节屈曲、内收和内旋，这些三平面运动是由作用在关节的外部力矩所引起，并由髋伸肌、外展肌、外旋肌所抵抗。在负荷反应期间，对比外展和内旋运动（10～15度），髋关节的屈曲数量（0～2度）是很小的（Chumanov ES，2008）。在高需求的活动中，如：跑步，髋关节冠状面和水平面角度增加。另外有报道，相比较男性，女性在步行和跑步时呈现较大的髋关节非矢状面运动（Chumanov ES，2008；Ferber R，2003）.

负重时过度的髋关节内收和内旋潜在的影响整个下肢的运动学。更特异的是，过度的髋关节内收和内旋能引起膝关节的中心相对于足部向内侧移动，因为足部被固定于地面，膝关节的向内运动引起胫骨内收和足部旋前（Pronate），最后导致动态膝关节外翻（dynamic knee valgus，图1）。过度膝关节外翻已经被证实与髋关节肌肉减少相关，并且能促进许多膝关节损伤(Claiborne TL,et al,2007; Hollman JH, et al,2009)，包括：前交叉韧带（ACL）损伤和髌股关节功能障碍（patellofemoraljoint dysfunction）.

图1

髋关节内收是过度动态膝关节外翻的主要促进者已经在文献中报道（Hollman JH，et al,2009；Willson JD，2008），因此，过度度膝关节外翻将拉紧限制膝关节外翻的软组织（内侧副韧带、前交叉韧带等）。股骨相对于固定的胫骨内旋将拉紧限制这些运动的结构（内侧副韧带、外侧副韧带等)。

二、异常胫股关节动力学的近端促进

作用于胫股关节的力矩在膝关节损伤中充当重要的角色。由合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）产生的外部力矩通过肌肉和非收缩性组织（韧带、关节囊）内部抵抗。一般来说，合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）相对于关节中心的方向决定了作用于膝关节的力矩的方向和大小。反过来，身体重心相对于压力中心的位置也能影响合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）的方向。因为身体重心的位置很大程度的被躯干所影响，所以骨盆和躯干的异常运动能影响合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）的方向。在膝关节损伤方面，冠状面和矢状面的力矩相较于水平面的力矩是大的，因此在下面详细的讨论。

冠状面：在负重活动中，如步行和跑步，合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）通过膝关节中心的内侧，因此产生膝关节的内翻力矩（Perry J,1992; Simonsen EB,etal,1997；图2A）.这个内翻力矩主要由膝关节外侧的软组织所抵抗，也就是外侧副韧带和髂胫束。除了增加外侧软组织的张力，内翻力矩在膝关节的内倒室腔产生大的压缩力（Winby CR,et al,2009）。

躯干的内外侧运动能直接的影响在膝关节的冠状面力矩，在这些方面的一个关键因素是骨盆稳定。当存在髋关节外展肌无力时，在步行的单腿支撑期，对侧的骨盆可能下降（Trendelenburg sign），引起重心的转移远离站立侧下肢。这些重心的移动增加合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）与膝关节中心的距离，因此增加膝关节的内翻力矩（图2B）。在这种情况下，外侧副韧带和髂胫束的张力将增加，在膝关节内侧室腔的压缩力也增加。

髋关节外展肌无力一个常见的代偿是抬高对侧的骨盆和倾斜躯干到站立侧下肢，这些策略被称为“代偿的Trendelenburg sign”，而这些代偿将移动合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）靠近髋关节的中心，因此减少髋关节外展肌的需要。然而，这些与髋关节外展肌无力相关而使用的代偿会对膝关节产生不良的影响，例如，重心在站立侧下肢上的过度运动能移动合成的地面反作用力矢量（resultant ground reaction force vector）到膝关节中心的外侧，产生膝关节的外翻力矩（图2C）。对比内翻力矩，外翻力矩将拉张膝关节内侧的软组织，特别是前交叉韧带（ACL）和内侧副带。

图2