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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；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)的屈伸活動也不是同軸運動而是具有多個瞬時活動中心的運動。
膝關(guān)節(jié)在矢狀面的活動
矢狀面脛骨關(guān)節(jié)活動范圍
活動
膝關(guān)節(jié)從伸直到屈曲的運動范圍
步行
0-67°
上樓梯
0-83°
下樓梯
0-90°
坐下
0-93°
系鞋帶
0-106°
數(shù)據(jù)來自22名受試者的平均值，左右膝之間有輕微差異
膝關(guān)節(jié)在脛骨關(guān)節(jié)面三個平面內(nèi)均可以發(fā)生運動，但是運動幅度在矢狀面最大，正?；顒臃秶鸀?°-135°
瞬時中心是將面關(guān)節(jié)活動放在矢狀面和額狀面而非橫斷面中進行分析?？梢悦枋鲫P(guān)于人體兩個相鄰節(jié)段在相對單平面上的運動及在這些接觸點位移的方向。
膝關(guān)節(jié)在橫斷面的活動
膝關(guān)節(jié)完全伸直時，由于股骨髁和脛骨髁的交鎖，膝的旋轉(zhuǎn)完全受限，這主要是因為股內(nèi)側(cè)髁比外側(cè)髁長。
當(dāng)膝關(guān)節(jié)屈曲的時候，旋轉(zhuǎn)的范圍隨之增加，在屈膝90°的時候旋轉(zhuǎn)范圍達 到最大，外旋0~45°，內(nèi)旋0~30°。
當(dāng)屈曲超過90°時，內(nèi)旋和外旋的范圍反而開始縮小，主要是因為軟組織限制了旋轉(zhuǎn)運動。
膝關(guān)節(jié)在額狀面上的運動
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，幾乎阻止了額狀面上的所有活動。
隨著膝屈曲到30°，被動外展和內(nèi)收增加，但是最大也就幾度的變化。
當(dāng)膝屈曲超過30°時，額狀面的運動也因為軟組織的功能限制而開始減小。
脛股關(guān)節(jié)的鎖定機制
在膝關(guān)節(jié)伸直時脛骨外旋，這個運動在膝關(guān)節(jié)屈曲時則相反。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動。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，這種脛骨相對于股骨的螺旋運動。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，股骨與脛骨之間會被相對的帶出一個旋轉(zhuǎn)的動作。
此生物力學(xué)機制，稱之為‘screw-home mechanism’旋返機制，也有人稱為螺旋歸位機轉(zhuǎn)。 如果此機制出現(xiàn)問題時（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。
交叉韌帶
前、后交叉韌帶提供對整個膝關(guān)節(jié)屈伸運動的控制和穩(wěn)定。
前交叉韌帶（ACL）：ACL在伸膝時牽拉股骨向前。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。在正常人這種移動非常小。健康大學(xué)生屈膝90°時，前屜試驗平均值為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，在閉鏈運動中，當(dāng)在跑步腳著地時，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運動。健康大學(xué)生在屈膝90°的后屜試驗中，移位的平均值男性為0.6～1.0mm，女性為1.2～1.9mm。
髕骨關(guān)節(jié)
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7cm。
屈曲大于90°時髕骨外旋，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。
髕股關(guān)節(jié)接觸面與膝屈伸角度的關(guān)系
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，髕骨下極內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)面同時與股骨滑車相接觸。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，髕股關(guān)節(jié)接觸面積達最大值。
屈曲90°后，隨屈曲度數(shù)進一步增加，髕骨對應(yīng)股骨的內(nèi)外側(cè)接觸面逐漸分離而相互獨立。
Q角
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的連線為股四頭肌肌力線，髕骨中點至脛骨結(jié)節(jié)最高點連線為髕韌帶力線，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，測量時取仰臥位，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，因脛骨相對股骨內(nèi)旋，Q角會減少。股骨內(nèi)旋時，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，同時也造成髕股關(guān)節(jié)壓力的異常分布。
