肘關節(jié)生物力學

肘關節(jié)的正常力線 肘關節(jié)的屈曲旋轉軸穿過冠狀突和肱骨滑車，稍向外上側方向傾斜。肘關節(jié)一般有外翻角，正常外翻角（提攜角）為肱骨縱徑朝外大約15度角（前臂與上臂形成約163度）。不正常：過度外翻畸形：前臂朝外側偏離30度左右；內翻畸形：前臂朝內側偏離5度左右現(xiàn)在是1頁\一共有28頁\編輯于星期二肘關節(jié)（包括前臂）正常運動方向屈曲伸展旋前旋后現(xiàn)在是2頁\一共有28頁\編輯于星期二肱橈、肱尺關節(jié)的關節(jié)運動 肱橈關節(jié)的屈曲和伸展涉及橈骨凹沿著肱骨小頭的滾動并滑行。主動屈曲時，橈骨頭凹被肌肉收縮力拉向肱骨小頭。完全屈曲時，尺骨的冠狀突與肱骨冠突窩剛好咬合。注:α、內外側旋轉軸位于肱骨小頭中心β、屈曲時，外側（尺側）副韌帶被拉伸，肘窩組織松弛現(xiàn)在是3頁\一共有28頁\編輯于星期二

肘關節(jié)伸直時，肱骨內外上髁和尺骨鷹嘴三點位于一條直線上，屈曲至90度時，三點的連線構成一尖端朝下的等腰三角形。肘關節(jié)發(fā)生脫位時，這三點的位置關系發(fā)生改變；但是肱骨髁上骨折時，三點位置關系不變?？偨Y：屈、伸運動以肱尺關節(jié)為主，尺骨在肱骨滑車上運動，橈骨頭在肱骨小頭上運動。肘關節(jié)的提攜角使關節(jié)處于伸位時，前臂遠離正中線，增大了運動幅度；關節(jié)處于屈曲位時，前臂貼近正中線，有利于生活和勞動的操作?，F(xiàn)在是4頁\一共有28頁\編輯于星期二前臂受力時關節(jié)的狀態(tài)改變生物力學表明，在最大力活動中，肱橈關節(jié)上受到的壓力是體重的三到四倍。掌根支撐時，穿過腕部的壓力有80%都由橈腕關節(jié)傳遞，其余20%力則通過腕內側尺腕間隙的軟組織傳遞。墜落過程中，若手臂外伸則橈骨骨折可能性很大?，F(xiàn)在是5頁\一共有28頁\編輯于星期二肘關節(jié)伸展狀態(tài)提重物時，撐開力幾乎全部施加在橈骨上，從而使骨間膜松弛。拉伸狀態(tài)下，橈骨頭與環(huán)狀韌帶相對滑動，使環(huán)狀韌帶緊張，同時肱橈肌的力量傳到上臂。注：1、若手術切除橈骨頭，會使橈骨向近端位移，腕部骨骼不對稱，近、遠端尺橈關節(jié)不對稱，發(fā)生明顯疼痛，功能喪失。2、長時間持重后，前臂出現(xiàn)深度疼痛，可能是肱橈肌和其他肌肉疲勞所致。3、服務員托盤子時，重力穿過橈骨朝向近端，使骨間膜均勻地分散前臂所承受的重量現(xiàn)在是6頁\一共有28頁\編輯于星期二1、強力拉扯手部可導致橈骨頭滑出環(huán)狀韌帶遠端。兒童尤其容易發(fā)生此癥狀（幼兒4歲以前，橈骨頭尚在發(fā)育之中，環(huán)狀韌帶松弛），從而發(fā)生橈骨小頭半脫位，又稱“扯肘癥”。常見于父母或寵物狗大力拉扯兒童的手臂。常見肘關節(jié)損傷現(xiàn)在是7頁\一共有28頁\編輯于星期二網(wǎng)球肘和高爾夫球肘2、網(wǎng)球肘（肱骨外上髁炎）時肘關節(jié)外側前臂伸肌起點處肌腱發(fā)炎疼痛。3、高爾夫球肘也稱肱骨內上髁炎或屈肌總腱損傷。為旋前屈肌群肌腱起始部過度疲勞而引起的損傷?，F(xiàn)在是8頁\一共有28頁\編輯于星期二前臂旋轉前臂旋轉是圍繞著從橈骨頭到尺骨頭的一條軸線發(fā)生的。手掌出現(xiàn)旋轉的動作，是因為手與腕部緊密連接著橈骨，而未與尺骨相連。注：1、肱尺關節(jié)的穩(wěn)定性使橈骨、腕骨、手之間得以穩(wěn)固相連。2、橈骨頭通過成骨纖維環(huán)（25%尺骨橈切跡+75%環(huán)狀纖維）與尺骨近端保持相對穩(wěn)定?，F(xiàn)在是9頁\一共有28頁\編輯于星期二旋轉角度與日常生活行為的關系健康人一般可做0?-85?旋前及0?-75?旋后。前臂旋轉中立位（或零基準位）為“拇指向上”姿勢。圖示為肘部100?“功能弧形區(qū)”，但是不是運動的終極范圍。注：在某種程度上，旋前及旋后幅度減小可分別通過肩部的內旋和外旋補償?，F(xiàn)在是10頁\一共有28頁\編輯于星期二旋轉過程中的肘關節(jié)各關節(jié)的運動方式近側尺橈關節(jié)旋后時，橈骨頭在成骨纖維環(huán)內旋轉，成骨纖維環(huán)對橈骨頭束縛很緊，阻止標準的“滾動—滑行”關節(jié)運動?，F(xiàn)在是11頁\一共有28頁\編輯于星期二旋前的過程就是橈骨及手掌相對于固定不動的肱骨和尺骨做旋轉運動?，F(xiàn)在是12頁\一共有28頁\編輯于星期二在旋前過程中，橈骨小頭凹朝肱骨小頭旋轉，前臂旋前時旋前圓肌為收縮狀態(tài)，此時旋前圓肌牽拉橈骨近端使之拉向肱骨小頭，從而使肱橈關節(jié)內的壓力增大。換句話說，主動旋前時橈骨自然移向近端，伴隨肱橈關節(jié)壓力增大，被稱為“擰緊”機理?，F(xiàn)在是13頁\一共有28頁\編輯于星期二旋前旋后位的力線分析旋前及旋后的旋轉軸與骨間膜中間束近乎平行，僅偏離大約10?-12?。注：任意一種平行于旋轉軸的力均不產(chǎn)生阻力力矩。旋前旋后的過程中，旋轉軸與骨間膜間并不是完全平行，所以在旋轉形成的弧度區(qū)，骨間膜長度仍可發(fā)生一些變化。前臂骨折，長期夾板固定的患者，通常前臂保持部分旋前位。長期旋前易產(chǎn)生骨間膜硬度更強，更容易導致旋前攣縮。遠端狀態(tài)：在旋前及旋后的極端位上，橈骨尺切跡表面僅有10%與尺骨頭相連。中立位上，橈骨尺切跡表面有60%與尺骨頭相連?，F(xiàn)在是14頁\一共有28頁\編輯于星期二肌肉參與現(xiàn)在是15頁\一共有28頁\編輯于星期二屈肘過程中的肌肉參與力線和力矩的關系屈曲扭矩的大小與年齡、性別、舉重經(jīng)驗、肌肉收縮速度、關節(jié)在上肢所處的位置有關。Gallagher及其同事研究報告，在優(yōu)勢位置上產(chǎn)生的屈曲扭矩、所做的功、能量比劣勢位置所產(chǎn)生的屈曲扭矩、所做的功和能量大。前臂處于旋后位時，肘屈肌產(chǎn)生的力矩比前臂完全旋前位時肘屈肌產(chǎn)生的力矩大20%-25%?，F(xiàn)在是16頁\一共有28頁\編輯于星期二肘及前臂產(chǎn)生的扭矩對比肘曲和肘伸過程中，最大等軸內旋扭矩要比旋前、旋后大得多。男性平均最大等軸內旋扭矩要比女性大的多，幾乎成2倍關系?，F(xiàn)在是17頁\一共有28頁\編輯于星期二肘屈肌的結構和生物力學變量的關系如下表。肌肉的橫截面積越大，產(chǎn)生的力越大。注：肱肌的唯一功能是屈肘，基于生理橫截面積，肱肌可產(chǎn)生比肘部其他肌肉都大的力。肘部肌肉生物力學關系現(xiàn)在是18頁\一共有28頁\編輯于星期二屈肌力量與屈曲角度、力矩大小的關系根據(jù)生物力學數(shù)據(jù)測得，肘屈曲90?時，所有的肌肉出現(xiàn)最大力矩（左上圖）。屈肌最大力出現(xiàn)在屈曲80?左右（右上圖）。平均最大力臂值出現(xiàn)在屈曲100?左右，此關節(jié)角度下，肱二頭肌肌腱以90?角垂直匯入橈骨（下圖）。注：決定屈肌最大轉矩角曲線的整體形狀的主要因素有兩種：（1）肌肉產(chǎn)生的最大屈曲力矩；（2）內力壁長度?，F(xiàn)在是19頁\一共有28頁\編輯于星期二三種主要的肘屈肌的力線在上圖已經(jīng)描述，以肘關節(jié)屈曲90?并前臂中立位這一姿勢來對抗肘屈方向的力，可使肱橈肌突起，越過肘關節(jié)“繃成弓弦狀態(tài)”。肌電活動研究表明，肱橈肌是最重要的肘屈肌，特別是在快速抵抗外部對抗力量時。注：肱橈肌繃成弓弦狀態(tài)增大了肘關節(jié)的屈力臂，所增大的幅度超過其他肘屈肌收縮增大的屈力臂幅度?，F(xiàn)在是20頁\一共有28頁\編輯于星期二肌肉收縮速度與肌力輸出的關系(以屈肘為例)正常人的肱二頭肌長度約30cm，收縮1s,肱二頭肌縮短至23cm,肘關節(jié)完成90?屈曲，肩關節(jié)45?屈曲，此時ν=7cm/s(圖B)；當肱二頭肌協(xié)同后三角肌運動時，肱二頭肌縮短為25cm,肘關節(jié)屈曲90?，肩關節(jié)伸展45?，此時ν=5cm/s。注：當某種肌肉的收縮速度接近0或做等距收縮時，其“最大肌力輸出”較大?，F(xiàn)在是21頁\一共有28頁\編輯于星期二伸展狀態(tài)時的肌肉參與順序肘肌啟動并維持低水平肘伸力的第一束肌，隨著伸展力和角度的逐漸增大，肱三頭肌內側頭隨之加入，隨著力量增加到中-高水平，肱三頭肌外側頭加入，隨后是肱三頭肌長頭參與。注：肱三頭肌內側頭是伸肌中的“負荷肌”，對抗肱肌現(xiàn)在是22頁\一共有28頁\編輯于星期二伸肘時的力矩關系高速同心或偏心運動才可產(chǎn)生較大的動態(tài)伸展力矩（如：快速推門）。從生物力學角度考慮，肩部屈曲和肘部伸展的結合最大程度減小了肱三頭肌完全伸展肘部所需的縮短速度和幅度（如圖示）。伸肌和屈肌都在90?產(chǎn)生峰值最大力矩，但出現(xiàn)最大內力臂的關節(jié)角度相差卻很大。肘曲最大內力臂為90?，肘伸最大內力臂為完全伸展位。注：是肌肉長度決定肘伸峰值力矩出現(xiàn)在何種運動幅度，而不是杠桿決定的肘曲90?時，肱三頭肌力臂小于肘伸時的力臂現(xiàn)在是23頁\一共有28頁\編輯于星期二前臂旋前旋后與肩部內外旋的關系前臂的旋前及旋后與肩部的內旋及外旋在功能上相關。肩部內旋通常伴隨旋前，肩部外旋則通常伴有旋后，將肩部的旋轉與前臂的旋轉相結合，受不得空間旋轉可達到接近360?，而不止是單獨旋前或旋后時的170?-180?。當肩部外旋和旋后同時發(fā)生，旋后力矩的大小比肩部內旋與旋后同時發(fā)生大9%?，F(xiàn)在是24頁\一共有28頁\編輯于星期二旋前和旋后的肌肉參與條件首先肌肉必須具有以下兩個特征，才被視作旋前或旋后肌:1、該肌肉必須附著在旋轉軸的兩邊（肱骨、尺骨的近端附著點，橈骨或手部的遠端）。2、該肌肉必須具有圍繞旋前或旋后的旋轉軸的內力臂?，F(xiàn)在是25頁\一共有28頁\編輯于星期二肱二頭肌在旋后過程中的重要性肱二頭肌是前臂非常有力的旋后肌。肱二頭肌的生理橫截面約是旋后肌的三倍。在一系列快速有力的從旋前至旋后的活動中，可捫及肱二頭肌的收縮，據(jù)此表明其在旋后過程中的主導作用。當前臂旋前時，肱二頭肌肌腱包繞橈骨近端，在完全旋前位下，肱二頭肌主動收縮，使橈骨急劇旋轉至旋后位?，F(xiàn)在是26頁\一共有28頁\編輯于星期二屈肘達90?時，肱二頭肌作為旋后肌的效率最高，因此，在很多大功率的旋后運動中，肘部總保持自然90?。肘部僅屈曲30度時，肱二頭肌肌腱與旋轉軸之間