四、发育性髋关节发育不良的动力学

髋关节不仅具有良好的稳定性，髋周肌肉收缩产生的力还可通过肌腱传递并带动股骨头围绕旋转中心产生较大范围的运动，从而实现日常活动所需的各种动作，包括行走、坐、蹲及旋转等。髋关节的运动可分解为股骨头与髋臼在三个平面上围绕关节旋转中心转动而产生的关节表面滑动，包括矢状面上围绕水平轴进行的前屈/后伸运动、冠状面上围绕矢状轴进行的内收/外展运动以及水平面上围绕纵轴进行的旋转运动，其中矢状面上的前屈/后伸运动幅度最大。正常髋关节活动范围约为前屈0°～140°、后伸0°～20°、外展0°～30°（外旋后外展可达0°～160°）、内收0°～25°，伸直时内、外旋均为0°～45°，屈曲时外旋0°～90°、内旋0°～70°。正常行走时髋关节活动范围约为后伸5°～前屈40°、内收5°～外展5°以及内旋5°～外旋5°。跑步、上下坡和走楼梯时，髋关节在矢状面上的屈伸活动增加，可达60°以上。正常生活所需的髋关节的最小运动范围为前屈120°、外展20°、内旋20°及外旋20°，髋关节在特定状态下（如屈曲、内收、内旋位）股骨头可发生生理性半脱位以增大关节活动度。DDH早期髋关节活动可表现为正常，随着病程进展可表现出不同的活动范围改变，与疾病的进程、病理及解剖改变特点等因素直接相关，比如股骨颈前倾角过大者髋关节内旋活动可增大而外旋活动减小，合并骨关节炎者表现为各向活动均受限等。

行走是髋关节重复最多的活动，行走时一侧足跟着地至该侧足跟再次着地的行进过程为一个步态周期，包括支撑期（又称站立期、站立相，约占60%）和摆动期（又称摆动相、迈步期，约占40%）两个阶段，其中支撑期又可分为足跟着地期、全足着地期和足跟离地期。行走过程中两侧髋关节交替负重并支撑头、躯干、两侧上肢和摆动的对侧下肢，身体重心随步态变化在三维空间内沿一条正弦曲线上、下、左、右移动。行走时髋关节在三个平面上不断循环反复运动：在矢状面上，髋关节屈曲运动开始于足跟着地之前，支撑期中期开始后伸，至摆动期又以屈曲为主；在冠状面上，髋关节外展运动发生于摆动期后期，足趾离地后外展幅度达到最大，随后开始内收，一直持续到支撑期后期；在水平面上，髋关节外旋开始于支撑期后期并在大部分摆动期维持，内旋开始于足跟着地前，一直持续到支撑期后期，然后又重新开始外旋运动。DDH患者由于髋关节脱位/半脱位、肢体短缩、臀中肌功能不全等原因，常伴有行走步态异常，表现为患侧足跟着地期、全足着地期及整个站立相时间小于健侧，而足跟离地期大于健侧，这也反映了患肢的一种代偿作用，即在步态周期支撑期中，患肢尽可能缩小使用足跟及全足的时间，而增加使用前足的代偿功能，最大限度地缩小其因脱位引起的肢体短缩及臀中肌功能不全带来的不利因素。

髋关节活动可认为是髋臼与股骨头关节面相对滑动的过程，关节软骨表面光滑，关节腔中存在滑液，两表面之间的摩擦力非常小，方向与关节面平行或正切。若股骨头或髋臼关节面不平整，滑动就不能与关节面平行或正切，关节软骨将受到异常挤压或牵伸。髋关节运动时的力学特性除静力学特点外，还受加速度及惯性的影响。缓慢行走时，惯性力作用很小（可忽略不计），髋关节受力与静力学接近。快速行走时，髋关节受加速和减速作用，受力增大，包括体重力、地面支持力、惯性力和肌力等。在一个正常步态周期中，足跟着地时与趾尖离地前产生两个受力峰值，男性髋关节受力在足跟着地时达体重的4倍、趾尖离地前达体重的7倍；女性髋关节受力模式与男性基本相同，但幅度略低，趾尖离地前受力仅约体重的4倍（图2-7），这与女性骨盆较宽、股骨颈干角的倾斜度不同等因素有关。在摆动相及足放平时，髋关节受肌肉收缩的影响，髋关节受力接近体重。DDH患者存在不同程度的步态异常并伴有身体重心偏移、下降，患肢在足跟着地期及全足着地期的足底平均压力和压力时间积分均小于健肢，这可能与患肢全足着地期缩短、单肢负重时间减少有关；患肢进入足跟离地期后，为将偏移和较低的身体重心提高到健肢所需要的水平并将重心转移到健肢，患足必须用力跖屈抬高患肢，由此导致患肢足跟离地期间足底平均压力和压力时间积分明显高于健肢，这也是患肢增加使用前足的代偿功能的一种表现。从整个支撑期的总压力时间积分来看，患肢小于健肢，说明患肢总的负重功能仍弱于健肢。

图2-7　一个正常步态周期内以体重为单位的髋关节受力情况

a.一个正常步态周期中男性髋关节受力模式图；b.一个正常步态周期中女性髋关节受力模式图。