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关节动力学包括两个方面的内容。一是组成关节的各部分在外力作用下的运动特征，下面主要分为关节软骨和韧带两部分进行分别介绍。二是作为一个结构整体的关节动力学。其研究方法和关节静力学类似，但还需要考虑人体运动的惯性参数。常用的思路是根据测定的肢体末端的外力和运动学数据，计算关节的反作用力和肌肉力矩。

关节软骨生物力学及其损伤

关节软骨的结构、功能特点对关节力学有重要的影响。关节软骨可以被看做充满液体的多孔介质，因此，关节软骨是固、液双相性结构材料。其力学特性与固体材料特性及其渗透性有关。

渗透性是指液体流过多孔固体基质时的摩擦阻力，是二相材料的重要参数。渗透性越低，在承受载荷时液体流动的阻力也越大。关节液在软骨中渗透式顺液体压力梯度而行，关节液体在软骨中流动不仅完成了软骨营养供给与代谢产物的排出，而且与关节面的润滑及承载时力学特点有着密切的关系。关节软骨的渗透性很低，在快速加载与卸载时，如跳跃着陆动作，软骨类似于弹性材料，在承载时变形，卸载后立即复原。在持续性、缓慢加载作用时，如持续长时间的站立情况，其内部液体被挤出，组织变形随时间持续而加强。消除载荷后，若有充足时间使其吸收液体，软骨组织可以恢复原状。

关节软骨损害、变性与关节承载负荷的频率和量级都有关。关节的先天性发育不良以及关节损伤等因素，可以导致应力集中。过度的应力作用可降低关节面之间的液膜润滑，关节软骨面上凹凸不平的接触，可以引起微观应力集中造成表面磨损。

韧带生物力学及其损伤

韧带由致密的结缔组织构成，大多数韧带都是以胶原纤维为主，占韧带干重的70%～80%。只有项韧带和黄韧带是以弹性纤维为主。韧带中纤维排列的方向和一致性较差，排列情况随韧带的功能不同而变化。不加载时纤维松弛呈波浪状，加载时与载荷方向一致的纤维被拉紧，此时被拉直的纤维在生理允许范围内承受载荷。

胶原纤维在拉伸试验中，一开始纤维有伸长，但随着载荷的增加，它的强度迅速增加直至达到屈服点。过了屈服点后就产生非弹性变形直至破坏。破坏变形的范围在6%～8%之间。以弹性纤维为主的韧带变形与胶原纤维为主的韧带有着较大的差异。这种韧带在刚性增加之前，伸长变形就已经达到50%以上，当接近其最大伸长量时刚性迅速增加并使韧带突然破坏。

扩展阅读

1.胡耿丹, 王乐军, 牛文鑫. 运动生物力学. 同济大学出版社. 2013年12月, 第1版.

2.华英汇, 陈世益, 牛文鑫, 丁祖泉. 股内斜肌负载变化影响髌睷近端受力影响的生物力学研究. 中国运动医学杂志, 2008; 27(2): 184-8.