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股骨近端倾斜角与扭转角分析

 运动机能形态学 2023-01-27 发布于北京

股骨近侧端的形状、结构对髋关节的对称性和稳定性以及髋关节结构承受的压力有着重要的影响。

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倾斜角

NUMBER ONE

股骨近端的倾斜角描述了额状面内,股骨颈和股骨干长轴之间的角度。出生时,该角度为140°~150°,主要受走路过程中股骨颈负重水平影响,成年时该角度通常会减小到125°。

正常倾斜角的变化被称为髋内翻或者髋外翻。①髋内翻即股骨头向内弯曲明显<125°的倾斜角;②髋外翻即股骨头向外弯曲角度>125°的倾斜。

这些异常的角度可能会极大地改变股骨头和髋臼之间的关系,从而影响髋部的生物动力学,严重的不一致可能会导致股骨关节脱位或者由压力引起的变性。
图1. 股骨近端倾斜角角度 
如下图2所示:当髋内翻时,髋外展肌力臂(D’)增大,使髋关节更稳定(图2B);但此时其弯曲力臂(I’)变长,弯曲力矩(ACF×I’)增大时(图2C)股骨颈上承受的剪力增大,股骨颈骨折风险也会增大。
髋外翻时,髋外展肌力臂(D’)缩短(图2D),髋关节变得不稳定,容易脱位。弯曲力臂(I’)缩短,弯曲力矩(ACF×I’)减小(图E),股骨颈上承受的剪力变小。

图2. A正常颈干角;BC倾斜角变小髋内翻;DE倾斜角变大髋外翻

倾斜角影响髋部在额状面上的平衡:
① 婴幼儿时期股骨倾斜角大,髋外翻,外展肌力臂短,髋关节稳定性差。
② 步态方面,因婴幼儿外展肌力矩小,单脚站立或行走时难以支撑重力。走路时身体左右摇晃,移动重力线,维持骨盆冠状面上的平衡
成长过程中,外展肌肌力逐渐增强,则可以补偿力臂短的缺点;同时倾斜角减小,外展肌力臂变长,髋关节趋于稳定
④但到了老年,骨骼疏松,髋内翻,股骨颈剪力大,容易骨折;外展肌力量变弱,平衡能力变差,表现为步履蹒跚

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扭转角

NUMBER TWO


图3. 假定股骨干及足部位置不变,股骨头和股骨颈与冠状面的位置关系

股骨扭转角描述股骨干和股骨颈之间的相对旋转(扭转)。通常,此角度是由股骨干的长轴和股骨颈轴,这两条轴线所确定的前倾平面,与股骨长轴和髁轴所确定的髁平面的夹角。

扭转角反映了胎儿未成熟下肢内旋移位的情形,新生儿的扭转角度可高达约为40°,随着骨骼的生长,负重增加以及肌肉活动,这个角度通常会在16岁左右的时候降低到约15°10°到20°间的扭转角都视为正常

明显>20°视为髋关节前倾,会造成部分股骨头未受到包覆,且在行走时为了维持股骨头在髋臼内,股骨有内旋倾向。角度<10°称为后倾,造成行走时腿部外旋
如果在不同扭转角情况下,股骨干的位置不变,身体的重心将严重偏移,髋关节前倾时,重心前移,髋关节后倾时,重心后移,难以维持平衡

所以,实际情况是,保持股骨头和股骨颈的与冠状面的夹角不变,扭转角增大时股骨内旋,脚呈内八字;扭转角变小时,股骨外旋,脚呈外八字。


图4. A正常;B髋关节前倾足部呈内八字;C髋关节后倾足部呈外八字

1. 持续到成年期的过度前倾可能会增加髋关节脱位、关节不一致、关节接触力增加以及关节软骨磨损增加的可能性,这些因素可能导致髋关节产生继发性骨关节炎

2. 儿童中过度前倾可能与被称为“内八字”的步态异常有关。内八字是一种伴随着髋部过度内旋姿态的步行模式,这种步态看似是一种代偿机制,用于引导过度前倾的股骨头更直接地朝向髋臼

此外,Arnold及其同事的研究表明,走路时过度内旋姿势,有助于增加重要的髋关节展肌的矩臂,伴随着过度的股骨前倾而极大的降低扭转力臂,无论产生内旋姿势的原因是什么,随着时间的推移,儿童的内旋肌和各种韧带,可能会在发育过程中变短从而减少内旋的范围。幸运的是,大多数患有内八字的儿童最终能够正常行走,由于前倾自然正常化或者由于下肢其他部分的联合代偿,步态通常会随着时间的推移而逐步改善。

图5. 两种情况展示了同一个人股骨近端的过度前倾

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总结

NUMBER THREE

人体运动系统结构和功能相互适应,股骨的结构特点决定其功能,当结构出现变化,功能亦会受到影响,或以姿势代偿,或以相互拮抗的肌群力量变化来代偿
如扭转角会影响身体矢状面平衡,身体各部分越靠近重力线,越省力;其角度的增大或缩小可以通过下肢的内旋和外旋调整重力线,维持平衡。此外,还可以通过改变身体重力线前后肌肉力量来维持平衡,骨盆前倾时髋后部肌群力量增强,骨盆后倾时髋前部肌群力量增强。

无论以何种方式进行代偿,身姿和步态均可出现异常。因此,建议从小保持良好的姿势和步态,以正确的方式锻炼肌肉的力量,促进身体正常发育,避免扭转角异常。

考文

[1]肖刚.股骨颈扭转角和颈干角的测量及力学分析[J].清远职业技术学院学报,2020,13(02):39-41.
[2]张怀瑫,郑靖中,杨玉田.国人股骨颈干角及扭转角的测量统计[J].解剖学报,1982(03):262-270.

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