半月板的运动学与功能

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半月板曾经被认为是一个并不重要的软骨结构,起初当损伤发生,通常会直接把半月板切除。但后来随着科学研究的进展,才发现半月板其实具有非常重要的功能,所以现在对半月板的手术干预中,会对其进行修复或者不得已切除时也尽可能多地保留半月板。这篇文章里我们先来简单介绍一下半月板的五大基本功能,然后讲解这部分的重点——半月板的运动学,也就是如何伴随膝关节的屈伸旋转而进行不同的运动。掌握半月板的生物力学,对后续理解损伤机制、评估乃至康复的原理都很有帮助,死记硬背结论是行不通的。

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半月板的生物力学功能

功能1: 吻合关节面。半月板位于胫骨平台上,在股骨与胫骨之间,把凸出的股骨关节面和平坦的胫骨关节面更好地吻合在一起,使承重面积更大,也提升了膝关节的稳定性。为了让吻合度得到保持,半月板会跟随膝关节一同运动。

功能2: 转化压力。半月板能把纵向的压力转化为自身环形的张力而扩张变形,这个功能可以类比椎间盘。切除了半月板之后,关节面承重面积减小,压强显著增大,所以患骨关节炎的风险更高。

功能3: 减震。能够转化压力的基础上,也能在各种运动中吸收震荡,保护关节和大脑,是人体缓冲链里非常重要的一环。

功能4: 营养和润滑关节。受到纵向负荷可挤压关节滑液至关节软骨,减少负重时运动的摩擦。此外,半月板微管与关节腔血管有连接,可以通过液体运输来营养和润滑关节。

半月板前角与后角有力学感受器,能把受压时的形变转化为神经电信号,提供感觉反馈来侦测膝关节的运动与位置,因此具有重要的本体感觉功能。其他身体的被动稳定结构,比如各韧带也通常都具有本体感觉功能,绝非仅仅拥有力学稳定功能。

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半月板的运动学——与膝关节的关联

半月板产生运动的主要原因是为了让关节吻合度更高,能促使半月板运动的因素主要有骨骼带动、韧带拉动以及肌肉的拉动。下面具体结合膝关节的运动来说。

1、膝关节屈曲时,内外侧半月板均向后侧移动。随着屈膝角度增大半月板后角所受负荷逐渐上升。下蹲过程中从0到90度屈膝,半月板后角压力增大了约4倍,所以后角损伤的人在下蹲时会疼痛受限。半膜肌和腘肌分别与内外侧半月板相连,在动作中能起到拉动半月板后移的作用。

2、膝关节伸展时,半月板向前移动,前角受到的压力逐渐增大。伸膝过程中,股四头肌带动髌骨上移,通过髌骨半月板韧带间接拉动半月板前移。

3、相比于不负重,半月板在负重情况下移动幅度更大,且外侧半月板比内侧半月板的活动幅度更大。在伸直到屈曲60度的范围内,半月板运动幅度较少,继续屈膝则幅度明显增加。后角比前角运动更少。内侧半月板后角是活动幅度最小的部分。

4、胫骨旋转时,半月板的运动与股骨髁位置变化一致。也就是当胫骨外旋时,股骨相对胫骨内旋,此时内侧半月板相对胫骨平台后移,外侧半月板前移。胫骨内旋则相反:内侧半月板前移,外侧后移。胫骨旋转的轴线位于胫骨内侧,所以无论内旋还是外旋,胫骨外侧转动的路径都比内侧大。相似的,外侧半月板的运动幅度也比内侧更大。

所以可以想像,如果膝关节在旋转中屈伸,或者再加上膝外翻/内翻应力,半月板的运动会多么复杂,尤其是负重条件下,半月板的扭转是不可避免的,所以更容易造成半月板的损伤。无论是单次的暴力冲撞,还是日积月累的微小损伤让量变引起质变,都可能导致半月板最终的撕裂。了解生物力学,才能更好地理解损伤和康复的机制。

最后结合本节课所讲,可以再思考以下问题。后续课程中会穿插给出答案和解释。

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