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膝關(guān)節(jié)由脛股關(guān)節(jié)（內(nèi)側(cè)脛股關(guān)節(jié)面、外側(cè)脛股關(guān)節(jié)面）和髕骨關(guān)節(jié)組成的雙關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。外側(cè)脛股關(guān)節(jié)面的前1/3為一逐漸上升的凹面，而后2/3則呈逐漸下降的凹面。內(nèi)側(cè)脛股關(guān)節(jié)面則呈一種碗形的凹陷。如此，凸起的股骨關(guān)節(jié)面和凹陷的脛骨關(guān)節(jié)面彼此吻合，使膝關(guān)節(jié)得以在矢狀面上作屈伸活動(dòng)；然而外側(cè)脛骨關(guān)節(jié)面的特征凹陷結(jié)構(gòu)又使得外側(cè)脛股關(guān)節(jié)面并非完全吻合，從而允許膝關(guān)節(jié)的屈伸活動(dòng)也不是同軸運(yùn)動(dòng)而是具有多個(gè)瞬時(shí)活動(dòng)中心的運(yùn)動(dòng)。

• 膝關(guān)節(jié)在脛骨關(guān)節(jié)面三個(gè)平面內(nèi)均可以發(fā)生運(yùn)動(dòng)，但是運(yùn)動(dòng)幅度在矢狀面最大，正常活動(dòng)范圍為0°-135°

• 瞬時(shí)中心是將面關(guān)節(jié)活動(dòng)放在矢狀面和額狀面而非橫斷面中進(jìn)行分析。可以描述關(guān)于人體兩個(gè)相鄰節(jié)段在相對(duì)單平面上的運(yùn)動(dòng)及在這些接觸點(diǎn)位移的方向。

• 膝關(guān)節(jié)完全伸直時(shí)，由于股骨髁和脛骨髁的交鎖，膝的旋轉(zhuǎn)完全受限，這主要是因?yàn)楣蓛?nèi)側(cè)髁比外側(cè)髁長。

• 當(dāng)膝關(guān)節(jié)屈曲的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)的范圍隨之增加，在屈膝90°的時(shí)候旋轉(zhuǎn)范圍達(dá) 到最大，外旋0~45°，內(nèi)旋0~30°。

• 當(dāng)屈曲超過90°時(shí)，內(nèi)旋和外旋的范圍反而開始縮小，主要是因?yàn)檐浗M織限制了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

• 額狀面上的外展和內(nèi)收同樣受到關(guān)節(jié)屈曲程度的影響。

• 當(dāng)膝關(guān)節(jié)完全伸直時(shí)，幾乎阻止了額狀面上的所有活動(dòng)。

• 隨著膝屈曲到30°，被動(dòng)外展和內(nèi)收增加，但是最大也就幾度的變化。

• 當(dāng)膝屈曲超過30°時(shí)，額狀面的運(yùn)動(dòng)也因?yàn)檐浗M織的功能限制而開始減小。

在膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)脛骨外旋，這個(gè)運(yùn)動(dòng)在膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)則相反。脛股關(guān)節(jié)非單純的屈戌關(guān)節(jié)，他有螺旋線和螺旋面的運(yùn)動(dòng)。由于股骨內(nèi)側(cè)髁的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了在屈伸膝關(guān)節(jié)時(shí)，這種脛骨相對(duì)于股骨的螺旋運(yùn)動(dòng)。在正常膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)髁比外側(cè)髁長1.7cm。因此，當(dāng)膝蓋做出彎曲→伸直，股骨與脛骨之間會(huì)被相對(duì)的帶出一個(gè)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。

此生物力學(xué)機(jī)制，稱之為‘screw-home mechanism’旋返機(jī)制，也有人稱為螺旋歸位機(jī)轉(zhuǎn)。 如果此機(jī)制出現(xiàn)問題時(shí)（旋轉(zhuǎn)的角度不夠或是過大）股四頭肌的肌肉用力方式就有可能出現(xiàn)變化因而造成肌肉張力不平衡，也是造成髕骨股骨疼痛癥候群的主要原因之一。

前、后交叉韌帶提供對(duì)整個(gè)膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)的控制和穩(wěn)定。

前交叉韌帶（ACL）：ACL在伸膝時(shí)牽拉股骨向前。切斷這韌帶允許脛骨在股骨上向前脫位（前屜征）。在尸體上切斷ACL顯示脛骨在股骨上向前移位7mm。在正常人這種移動(dòng)非常小。健康大學(xué)生屈膝90°時(shí)，前屜試驗(yàn)平均值為1.2～2.7mm。 ACL的從屬功能通常認(rèn)為是限制內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)。

后交叉韌帶（PCL）：PCL限制脛骨在股骨上的后移位（后屜征）。相反地，在閉鏈運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)在跑步腳著地時(shí)，PCL有助于防止股骨髁在脛骨髁上的向前移位（脫位）。PCL正常僅允許小量的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。健康大學(xué)生在屈膝90°的后屜試驗(yàn)中，移位的平均值男性為0.6～1.0mm，女性為1.2～1.9mm。

• 膝關(guān)節(jié)從完全伸直到完全屈曲，髕骨在股骨髁間大約滑動(dòng)7cm。

• 屈曲大于90°時(shí)髕骨外旋，只有股骨的內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面與髕骨構(gòu)成關(guān)節(jié)

• 完全屈曲時(shí)髕骨陷入髁間溝內(nèi)。

• 接觸面積隨著膝關(guān)節(jié)屈曲程度的增加以及股四頭肌拉力的增加而增加。

• 通常情況下，髕骨并非完全位于股骨滑車內(nèi)，隨膝關(guān)節(jié)屈伸，髕股關(guān)節(jié)間接觸面不斷發(fā)生變化。

• 膝關(guān)節(jié)屈曲10°～20°時(shí)，髕骨下極內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)面同時(shí)與股骨滑車相接觸。隨關(guān)節(jié)屈曲度數(shù)增加，髕骨與滑車的接觸面逐漸向近側(cè)、外側(cè)移行。

• 膝關(guān)節(jié)屈曲45°時(shí)，髕股關(guān)節(jié)接觸面積達(dá)最大值。

• 屈曲90°后，隨屈曲度數(shù)進(jìn)一步增加，髕骨對(duì)應(yīng)股骨的內(nèi)外側(cè)接觸面逐漸分離而相互獨(dú)立。

Q角是股四頭肌肌力線和髕韌帶力線的夾角，即從髂前上棘到髕骨中點(diǎn)的連線為股四頭肌肌力線，髕骨中點(diǎn)至脛骨結(jié)節(jié)最高點(diǎn)連線為髕韌帶力線，兩線所形成的夾角為Q角。

影響Q角的因素：Q角受股骨頸傾斜度和脛骨旋轉(zhuǎn)的影響，測(cè)量時(shí)取仰臥位，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)充分伸直。

如果膝關(guān)節(jié)輕度屈曲，因脛骨相對(duì)股骨內(nèi)旋，Q角會(huì)減少。股骨內(nèi)旋時(shí)，Q角增加。

一般認(rèn)為由于Q角的存在，膝關(guān)節(jié)在伸直過程中，髕骨受到股四頭肌牽拉的同時(shí)也產(chǎn)生一向外的分力。Q角越大髕骨向外的分力也越大，髕骨越不穩(wěn)定，同時(shí)也造成髕股關(guān)節(jié)壓力的異常分布。