關節動力學

關節動力學包括兩個方面的內容。一是組成關節的各部分在外力作用下的運動特徵，下面主要分為關節軟骨和韌帶兩部分進行分別介紹。二是作為一個結構整體的關節動力學。其研究方法和關節靜力學類似，但還需要考慮人體運動的慣性參數。常用的思路是根據測定的肢體末端的外力和運動學數據，計算關節的反作用力和肌肉力矩。

關節軟骨生物力學及其損傷

關節軟骨的結構、功能特點對關節力學有重要的影響。關節軟骨可以被看做充滿液體的多孔介質，因此，關節軟骨是固、液雙相性結構材料。其力學特性與固體材料特性及其滲透性有關。

滲透性是指液體流過多孔固體基質時的摩擦阻力，是二相材料的重要參數。滲透性越低，在承受載荷時液體流動的阻力也越大。關節液在軟骨中滲透式順液體壓力梯度而行，關節液體在軟骨中流動不僅完成了軟骨營養供給與代謝產物的排出，而且與關節面的潤滑及承載時力學特點有著密切的關係。關節軟骨的滲透性很低，在快速載入與卸載時，如跳躍著陸動作，軟骨類似於彈性材料，在承載時變形，卸載後立即復原。在持續性、緩慢載入作用時，如持續長時間的站立情況，其內部液體被擠出，組織變形隨時間持續而加強。消除載荷後，若有充足時間使其吸收液體，軟骨組織可以恢復原狀。

關節軟骨損害、變性與關節承載負荷的頻率和量級都有關。關節的先天性發育不良以及關節損傷等因素，可以導致應力集中。過度的應力作用可降低關節面之間的液膜潤滑，關節軟骨面上凹凸不平的接觸，可以引起微觀應力集中造成表面磨損。

韌帶生物力學及其損傷

韌帶由緻密的結締組織構成，大多數韌帶都是以膠原纖維為主，占韌帶乾重的70%～80%。只有項韌帶和黃韌帶是以彈性纖維為主。韌帶中纖維排列的方向和一致性較差，排列情況隨韌帶的功能不同而變化。不載入時纖維鬆弛呈波浪狀，載入時與載荷方向一致的纖維被拉緊，此時被拉直的纖維在生理允許範圍內承受載荷。

膠原纖維在拉伸試驗中，一開始纖維有伸長，但隨著載荷的增加，它的強度迅速增加直至達到屈服點。過了屈服點後就產生非彈性變形直至破壞。破壞變形的範圍在6%～8%之間。以彈性纖維為主的韌帶變形與膠原纖維為主的韌帶有著較大的差異。這種韌帶在剛性增加之前，伸長變形就已經達到50%以上，當接近其最大伸長量時剛性迅速增加並使韌帶突然破壞。

擴展閱讀

1.胡耿丹, 王樂軍, 牛文鑫. 運動生物力學. 同濟大學出版社. 2013年12月, 第1版.

2.華英匯, 陳世益, 牛文鑫, 丁祖泉. 股內斜肌負載變化影響髕睷近端受力影響的生物力學研究. 中國運動醫學雜誌, 2008; 27(2): 184-8.