膝关节生物力学

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1、膝关节生物力学在膝关节运动过程中，骨骼的位置和朝向（运动学）是各种力量（动力学）获得平衡的结果关节形状（解剖学）决定了大部分接触应力的作用方向因此：解剖学影响动力学动力学决定运动学膝关节生物力学的原则任何膝关节置换的目的是通过截骨、软组织平衡和良好的假体安放恢复下肢的机械轴。大多数TKA采用髓内或髓外定位来判断解剖轴。截骨导向能对股骨和胫骨截骨的旋转和对线作精确的调整，目的是用解剖轴来重建机械轴。机械轴与解剖轴下肢力线解剖轴机械轴机械轴与解剖轴机械轴：股骨头中心——胫骨平台中心——踝关节中心正常的机械轴能使60%的负荷通过内侧间室、40%的负荷通过

2、外侧间室。发育、关节炎、创伤等能改变机械轴，从而改变负荷在两侧间室的分布比例，引起进行性退变。机械轴在正常膝关节，下肢机械轴通过膝关节中心或中心略偏内侧在膝内翻畸形时，下肢机械轴通过膝关节中心的内侧，使内侧间室负荷增加。这一负荷增加会导致一个畸形进行性恶化的循环。当畸形变得非常严重时，或者负重时会觉得膝关节在向外侧凸出。在外翻畸形时，下肢机械轴通过膝关节中心的外侧，使外侧间室的负荷增加，并使内侧结构扩张甚或丧失功能。膝内/外翻膝内翻与膝外翻膝内/外翻解剖轴：是股骨、胫骨髓腔线与胫股关节线相交形成的角度。股骨解剖轴呈5-9度外翻，在个子较小的患者，这

3、一角度将会较大。股骨解剖轴股骨髁与下肢力线的关系股骨解剖轴与机械轴胫骨解剖轴胫骨的解剖轴在胫骨干的中央，它与胫骨关节面垂线之间有3度的内翻角。从侧面观，胫骨关节表面有一5-7度的后倾。胫骨平台后倾TKA中重要的画线TKA中重要的画线TKA中重要的画线TKA中重要的画线TKA中重要的画线TKA中重要的画线TKA中重要的画线与髋关节不同，膝关节两相对骨面形合度较差。因此，软组织结构在维持关节稳定中起到了至关重要的作用术者了解正常的下肢对线、作用于膝关节上的外力和膝关节运动的限制价格等都是必须的关节的形合度关节软骨的作用关节的形合度胫骨内外侧平台差异的意

4、义关节的形合度在生理性膝关节，半月板增加了股骨髁与胫骨平台之间的形合。形合程度的增加也就增加了分担负荷的关节面表面积，从而减少了特定某一点的负荷。因此，半月板切除后，关节软骨某些部位上承受的负荷会增加高达400%。关节的形合度在正常膝关节的0-120度屈曲中：内侧半月板的飘移可达5mm，外侧半月板的飘移则达11mm。关节的形合度关节的形合度在TKA后，股骨髁与胫骨垫的形合度远高于生理性膝，因此关节接触面大，接触应力小、磨损也可能小。但这一高形合度降低了关节的自由活动，从而可能减小关节的活动范围，增加聚乙烯内和假体-股骨界面上的应力集中。形合度增加与

5、活动度减小之间的矛盾被称为是“运动学冲突”TKA的关节形合度解决运动学冲突的方法之一是采用活动平台假体。此类假体的胫骨垫与股骨髁高度形合，但在胫骨垫与胫骨托之间存在第二个关节面，允许胫骨垫作旋转或前/后向移动。虽然这一设计在理论上颇具吸引力，但至今的临床结果并未证明优于固定平台假体。活动平台膝关节系统膝关节并非是一个单纯的铰链关节。膝关节的活动极其复杂，包括了屈曲/伸展、内旋/外旋、内收/外展因无法照顾到这一复杂的活动，是加速高限制性全膝关节假体失败的主要原因。特别是在高限制性的早期“铰链膝”，后者仅有伸屈一个方向上的活动膝关节活动膝关节的运动三根

6、轴六个方向膝关节活动膝关节活动膝关节的活动范围自过伸0-20度至屈曲125-165度。功能性膝关节的活的访问是0-115度。正常步态时需要的膝关节活动范围是0-70度。膝关节活动范围膝关节活动范围活动需要屈曲角度步行0-67上楼梯0-83下楼梯0-90从站立位坐下0-93穿鞋0-106提起重物0-117膝关节的屈曲和伸展都包含了滚动和滑动。随着屈曲的增加，股骨髁上的瞬间旋转中心向后移动所谓的瞬间旋转中心即股骨与胫骨的接触点。这一瞬间旋转中心的后移即为股骨髁后滚，其作用是防止股骨与胫骨的撞击，以增加膝关节屈曲。同时它也增加了伸膝装置的力臂，从而提高了

7、股四头肌的作用力膝关节伸屈活动在生理性膝关节，股骨髁的后滚是由四边框架系统来调整的。ACL和PCL是这一系统中的韧带连接部分，而其在胫骨与股骨止点之间的骨质是这一系统中的另外两边。整个膝关节的瞬间旋转中心位于ACL与PCL的交叉处股骨髁的后滚ACL/PCL四边框架膝关节的滚动和滑动股骨髁的后滚没有滑动时的膝关节运动——分离股骨髁的后滚在PCL保留的TKA中，PCL仍能调节股骨髁的后滚，但因为ACL的缺如和整个闭合四边框架系统的断裂，这一后滚于生理性的并不相同CR膝中股骨髁的后滚在后稳定型TKA中，PCL已予切除，股骨髁的后滚依靠POST-CAM结构

8、调整。因此，其后滚更可预测，虽然与生理性的仍有差异。当然post-cam结构是增加了磨损的来源，也增加了系统的限制性。PS