髖關節運動學

髖關節是球窩關節，股骨頭深陷在骨盆的髖臼內，是結構上最穩定，可動的單一關節。由於髖臼的關節面和曲率半徑與股骨頭的關節表面非常適應，髖關節非常適合完成承載性支持工作，很少需要韌帶和軟組織加固。這種良好的約束性質儘管增大了關節的穩定性，但卻是以下肢支撐時的關節運動幅度損失為代價的。不過在人類日常活動中，並不需要下肢在空間中有大多的活動姿勢，在最多的步行活動中，下肢處於人體矢狀面上，在其它兩個面上略有旋轉，但就髖關節在參與提高或下降軀幹如攀登、從椅子上站起來和將足靠近身體或手的動作如穿鞋等動作中，髖關節屈曲和旋轉都較大。總的來說，髖關節允許一定的活動範圍，同時在一些特定的活動如跑步，踢足球等，需要髖關節有足夠的範圍，為了負重和支持體重，需要髖關節足夠的穩定和強壯。

（一）解剖學基礎

涉及髖部運動學的骨骼包括髖骨（髂骨、恥骨和坐骨），骶尾骨和股骨上。左右髖骨與骶尾骨圍成骨盆，具有保護盆腔臟器和傳遞來自頭、臂、軀幹的力到達下肢。髖關節由髖臼與股骨頭構成，屬球窩關節。髖臼是半球狀，由骨盆的三個部分（髂骨、坐骨和恥骨）聯合組成。髖臼面朝下、前外側方向，髖臼底無關節面稱為髖臼窩，內有股骨頭韌帶、一個可移動的脂肪墊和滑膜。雖然股骨頭韌帶強厚，但它的主要作用是通過營養股骨頭的血管。只有極度內收、屈和外旋位或內收、伸和內旋位時，股骨頭韌帶才會緊張。髖臼窩允許股骨頭韌帶的必要運動，當髖關節負重時髖臼窩更重要地作為滑液的貯存地。當作用於關節的力減少時，滑液再回到關節腔內潤滑和營養關節軟骨。關節軟骨主要位於關節的前面、側面和後側面，大約包裹了關節半球的2／3左右。與軟骨下的骨質相比它要比凹陷的髖臼窩突出，口的大小與股骨頭直徑相當。髖臼唇是由纖維性韌帶組織構成的，圍繞在髖臼周緣，它構成關節面的外形並加深了髖臼窩以包容股骨頭，股骨頭和髖臼的匹配尺度和球狀接觸為其提供了極其穩定的連接關係。髖臼的前下方有髖臼切跡，被髖臼橫韌帶封閉，使半月形的髖臼關節面擴大為環形以緊抱股骨頭。

儘管髖關節的骨性組成為關節提供了一致的關節面和穩定性，但還需要其它被動性解剖結構完全約束和限制股骨頭與髖臼之間的相對位移。由韌帶加固的髖關節囊是人體上最強大的關節囊，關節囊的近端附著於髖臼邊緣的髖臼唇和髖臼橫韌帶，其遠端在前面止於轉子間線，在後面止於轉子間嵴上內側約1．25cm，相當於股骨頸後部外、中1／3交界處。關節囊內面襯有滑膜，在關節囊附著處，滑膜隨其外的纖維層返折增厚形成上、下支持帶，血管通過支持帶到達股骨頭邊緣並進入股骨頭。膝關節囊的後下部相對較薄弱，脫位時，股骨頭易向後下方脫出。

關節囊周圍有數條韌帶為髖關節提供了附加的被動約束。囊內的有髖臼橫韌帶、股骨頭韌帶和輪匝帶；囊外的韌帶有前側的髂股韌帶、內上側的恥股韌帶及後上側的坐股韌帶，其中以髂股韌帶最為堅強。股骨頭韌帶（股圓韌帶）是一個較弱的滑膜性韌帶連接，起自髖臼窩和髖臼橫韌帶，止於股骨頭凹。輪匝帶是關節囊的深層纖維圍繞股骨頸的環形增厚，可約束股骨頭向外脫出。髂股韌帶特別厚，起自髂脊的前上方，止於股骨轉子間線，可限制大腿過伸，對維持人體直立姿勢有很大作用。橫過恥骨上支到達轉子間線下位的韌帶較薄，稱之為恥股韌帶，可限制大腿的外展及外旋運動。坐股韌帶起自坐股體，附著於大轉子根部，可限制大腿內旋運動。所有這些軟組織形成了一層附加的強大保護裝置，防止髖臼／股骨頭之間的相對位移。這些被動約束並不約束轉動，但卻有一定程度限制作用。

髖關節在所有轉動平面上都有運動，也需要一定的力量，因此髖關節周圍包裹了20多塊較大肌肉。這些肌肉起於骨盆上較寬闊的球形區域，分布在關節周圍上、中、前、後不同方位。較長的股骨頸、突出的轉子以及肌肉起止點相對於髖關節中心的較長力臂等，都有提高肌肉工作範圍和收縮力量的功效。

髖關節周圍肌肉分為：①後群肌：包括臀大肌，股二頭肌、半腱肌和半膜肌（三者合稱腘繩肌），大收肌的後部；此外，還有深層的6塊小的髖外旋肌，最上方的是梨狀肌，最下方的是股方肌，另外4塊為上下孖肌，閉孔內外肌。②前群肌：包括股直肌、縫匠肌、闊筋膜張肌、髂腰肌和恥骨肌。③外側群肌：包括臀中肌、臀小肌、闊筋膜張肌、梨狀肌，它們位於外側。④內側群肌：包括大收肌、長收肌、股薄肌、短收肌和恥骨肌。在解剖學上，這些肌肉是按照神經支配源、肌肉橫跨髖關節或它的基本轉動功能軸的空間方位（前、後、內、外）分類的。與韌帶情形類似，這些肌肉的作用與髖關節的轉動位置關係極大，也就是說，肌肉的功能不但與肌肉的起點有關，而且與肌肉的止點位置有關。

涉及髖部肌作用的功能很多，比如髖部雙關節的作用，髖部肌包括僅作髖關節的單關節肌和跨過兩個關節作用或潛在作用於這兩個關節的雙關節肌。在一般的運動情況下，雙關節肌極少用來同時運動兩個關節。雙關節肌的通常作用是用來克服一個關節來自重力或其他肌肉收縮的阻力。假如雙關節肌在兩個關節同時縮短，完成其所有的運動範圍，那麼該肌將縮短一個很長的距離，並在縮短的過程中很快喪失其肌力。一般來說該肌在其中一個關節逐漸延長而在另一個關節產生運動，籍此來保持良好的長度-力關係。根據肌長度-力關係的原理，雙關節肌的效能受到被跨越的兩個關節的位置影響，如股直肌在屈膝時屈髖，其屈髖作用大為增強，這是因為這時肌處於較佳的收縮範圍內；同樣股直肌在伸髖時伸膝，則更為有效。腘繩肌則在伸膝的同時伸髖能發揮更大的效能，同樣在屈髖的同時屈膝，腘繩肌則為有效的屈膝肌。同時髖關節周圍的肌肉在不同的位置運動，收縮作用的肌肉不同。比如伸膝位屈髖，用觸診可探到髂腰肌、股直肌、縫匠肌和闊筋膜張肌發生收縮，闊筋膜張肌的內旋作用被縫匠肌的外旋作用補償，股直肌的伸膝作用被重力，還可能有其他屈肌所阻止。髂腰肌、股直肌、縫匠肌和闊筋膜張肌以一定的比例共同作用產生單純的屈髖。而屈膝位屈髖時，僅髂腰肌就能產生足夠的張力屈髖。再比如在屈髖和伸髖的不同情況下，作用於髖關節內外旋的肌肉不同。

（二）髖部運動學和動力學

髖關節具有3個自由度的運動：屈－伸、外展－內收和內－外旋。在大多數的活動中，這3種類型運動常組合在一起，並從整個運動來看，髖部的運動均伴有腰部脊柱的運動。臨床上，股骨相對於軀幹的平均屈曲轉動角度大約為135°（膝向胸部運動），伸展角度平均約為30°，這樣運動範圍實際上與骨盆-脊柱運動有關。當骨盆固定在正中位置，髖關節平均屈曲120°，伸展10°。當伸膝時，腘繩肌的長度限制屈髖在70°－ 90° 。股骨在髖關節處的內外旋轉運動是繞通過股骨頭和遠程內髁區域的縱軸進行的。當股骨縱軸平行於軀幹時，股骨幾乎可以旋轉50°範圍。在大多數情況下，股骨大約有35°的外旋和15°的內旋。旋轉範圍的大小還與股骨縱軸是與軀幹平行還是垂直有關。當髖關節處於顯著「屈曲」位置時，相應的內旋和外旋運動範圍增大到40°和60°。股骨相對於軀幹中線上在冠狀面上的轉動稱為外展和內收運動，平均外展45°，內收25°，當髖關節屈曲時，收展範圍還可以增大。

髖關節的正常的運動範圍隨年齡有明顯地變化，並且看到平均值有顯著的差異。例如，正常胎兒髖的姿勢是屈曲位，伸髖受到明顯地限制。在新生兒，伸髖為－28°。伸髖的不能性和屈髖不能從零度開始的情況，在以後的5－6年內逐漸減小。其他的髖關節運動的範圍在整個童年、青年和成年期中逐漸較小。在健康的60歲和60歲以上的人中顯示主動的髖關節運動範圍從其平均值減小。James等（1989）發現從70－92歲的人群中所有的髖關節運動均有顯著的減小，最大的損失是外展運動。

大多數日常活動中，髖關節運動主要局限於單平面上，如日常中的步行、跑、騎自行車、坐下和屈腿是以髖關節在矢狀面上的屈伸活動為主；而「屈體跳起」（「Jumping jack」）練習通常包含有髖關節的收展運動。此外，在一些諸如足球射門類動作中可能同時包括有髖關節的屈伸、旋內、旋外和收展運動。在完成一些運動任務時，正常膝關節僅作單軸轉動；而在病理情況下，甚或次最佳狀態下，髖關節必須在2~3個軸向同時有一定的轉動量才能完成。髖關節炎病患者步行時的對側關節支撐位置較高，髖關節的外展幅度就大。增大步行擺動期髖關節外展幅度能夠補償膝關節屈曲幅度不足，使足向前邁步有合適的上提高度。

正常的髖、膝關節運動與日常典型活動（如步行，爬樓梯等）緊密相關。這說明人體解剖結構與基本功能在本質上是一致的。類似地，關節解剖結構的左右對稱性與日常活動也是完全一致的。相反，病理情況下的髖關節和膝關節（如關節炎、肌肉痙攣或拉傷、關節脫位等）運動常常與特殊病症直接關聯，運動的不對稱性較大。但由於典型情況下的非正常關節基本運動與其它非病理關節的二級補償運動有聯繫，因此非正常關節的運動與病理之間的聯繫並非一目了然。

髖關節動力學特性與關節承載的負荷有關。這些負荷包括關節組件之間的作用力以及作用於關節周圍產生或制止轉動的力矩。在髖關節，主動肌收縮是關節力矩產生的主要動力來源。在許多大強度運動（如步行）中，沒有參與活動的肌肉中的被動元件和韌帶的牽張和拉長也需要較大的髖關節力矩支持。在一些體力消耗較大的活動中（如爬樓梯），幾乎整個運動過程都需要主動肌收縮產生持續的關節力矩。由於作用於髖關節周圍的肌肉較多，可能造成單塊肌肉用力程度的不確定性，髖關節力很難直接計算出來，但當身體重力由肌肉的反作用力平衡時，肌肉收縮必定對髖關節壓縮力有實質性貢獻。

在安靜的單腿站立姿勢下，通過髖關節傳遞的力大約為身體體重的2~2.8倍。還有一些人估計髖關節力在六倍的身體體重。在雙腿站立姿勢，單個髖關節受力大約是單腿站立時受力的一半。在步行中髖關節受力可能達到三倍體重，也有人認為可以達到六倍體重。造成結果差異的部分原因是受試者的步行速度不同。此外，因為可以採用儀器測量的受試者多數是病患者（如關節炎），而數學計算的資料來源一般是健康人群，所以內置器件的測量方法概要比數學計算方法給出的數值低。

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