髋关节几何学特性对髋关节应力的作用

不管是因手术干扰还是髋关节疾病引起的髋关节解剖结构的改变，均能明显影响关节面的应力和关节周围力量。髋关节解剖结构的改变会造成髋关节周围肌肉收缩时力臂的改变、关节面接触区域的改变。内翻髋患者，因外展肌力臂延长，在同样有效重量的情况下，外展肌可以以较少的肌肉收缩力量来维持平衡和运动。在同样股骨颈长度的情况下，因为增加了偏距的长度，同样也减少了关节面的应力。小的颈干角，增加了髋臼对股骨头的覆盖，从而增加了髋关节的稳定性。另外，使大转子外移、髋臼内陷的方法可以增加外展肌的力臂，临床上通过增加颈长和使大转子远离旋转中心的方法，增加外展肌和内收肌的作用。

股骨颈的长度和颈干角同样会影响股骨近端的屈曲活动。内翻髋和股骨颈增长的结构都将通过增加屈曲力臂，进而增加屈曲力矩。在全髋置换术后，这种屈曲活动将会对股骨假体柄以及假体柄与骨的接触面产生压力，如果超出固定的力量易于造成假体松动。相反，股骨颈短小和外翻髋将会减少屈曲的力矩。同样，减小的偏距造成外展肌必须增加收缩肌力，才能维持身体的平衡。事实上，这会增加人工关节面的磨损率，造成因磨损和骨溶解的假体松动（图3-3）。

图3-3　股骨颈干角或股骨颈长度与外展肌生物力学关系

学者在以往就已经发展了数学模型，以计算髋关节旋转中心改变对髋关节周围肌肉功能的影响。这些分析预测发现，当髋关节的旋转中心向内侧、下方和前侧位移时，髋关节承受的应力会减小。当旋转中心向前内下方移位后，会增加外展肌的力矩，同时是旋转中心更为靠近重力线方向，从而减少了重力产生的必须由外展肌拮抗的力矩。这些分析也预测上移髋关节的旋转中心将减小髋关节外展肌、内收肌、屈肌和伸肌的力臂，进而降低上述肌肉的收缩功效，但可以通过增加颈长或外移大转子部分弥补上述肌肉功能。通过建立模拟髋关节旋转中心向外上方移位实验模型（该模型模拟髋关节周围的外展肌、内收肌、屈肌和伸肌在行走和上楼时的收缩），证实在髋关节旋转中心向外上方移位时，髋关节的应力明显增加；但是仅仅使旋转中心向上移位并没有造成明显的髋关节应力的上升。这些实验的假设条件是：关节的改变和几何形状的改变不影响其模拟运动方式，同时拮抗肌肉的收缩作用不明显。

通常情况，分析研究和实验研究在髋关节的几何学改变对关节应力的影响观点与临床施行全髋置换术后患者的预后结果一致。术后关节功能恢复不佳的原因有：髋关节旋转中心上移，除非增加颈长，否则会导致外展肌肌力下降，并失去部分屈曲功能。另外，假体颈长可过长造成较高的股骨假体松动；旋转中心向外上方移位，造成偏距和外展肌力臂的减少，从而增加了髋臼聚乙烯臼杯内衬的磨损。