下肢生物力學

*膝（膝關節(jié)）

    膝關節(jié)是由股骨下端關節(jié)面和脛骨上端關節(jié)面組成的。這兩塊骨的末端形成了兩個淺的凸表面，其間有半月板的存在，使之與股骨髁的形狀相吻合。正是由于這樣的形狀，膝關節(jié)的穩(wěn)定性非常差。為了提高穩(wěn)定性，在膝關節(jié)的周圍有許多韌帶。例如，后交叉韌帶限制股骨在脛骨上向前移動。而前交叉韌帶是限制股骨在脛骨表面向后移動。內韌帶和外韌帶分別在內側和外側提高穩(wěn)定性。此外，膝關節(jié)還通過后方的腘斜韌帶和前方的髕韌帶得以加固。
    膝關節(jié)必須能夠承受運動，并仍然足夠穩(wěn)定來吸收和抵抗產生的力，力包括人的體重所產生的力以及在完成不同的運動時產生的力。例如，在跑步、跳躍和舉重練習中，膝關節(jié)必須對抗地面的反作用力。
    由于膝關節(jié)必須起作用，那么韌帶和肌肉的穩(wěn)定性就需要擔當很重要的角色。例如，當膝關節(jié)伸展時，因為此時膝關節(jié)從各個外側面到內側面都很緊張的韌帶所圍繞，所以仍然可以保持穩(wěn)定。然而，膝屈曲時，一些韌帶變得松弛，以便允許更多的運動。正由于此，膝關節(jié)周圍肌肉的排列對于預防損傷、保持關節(jié)穩(wěn)定性非常重要。
    膝關節(jié)前方被股四頭肌，內側被縫匠肌和股薄肌，外側被闊筋膜張肌，后方被淺層的腱肌群（半腱肌和半膜肌）和深層的腓腸肌所固定。由于股四頭肌和脛骨連接處有一個很小的角度，所以大量的穩(wěn)定因素就需要作用在膝關節(jié)處。當膝關節(jié)屈曲超過90度時，腘繩肌群有反向脫位的成分，而此時當腘繩肌群強烈收縮時，膝關節(jié)的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。為了抵抗這個力，通常需要屈髖，為的是保持股四頭肌的長度以便使股四頭肌維持其張力。
    當腿屈曲80到90度或者更多時，縫匠肌、股薄肌和腓腸肌收縮，它們在膝關節(jié)處產生一個脫位的成分。從（直腿）180度到屈曲90度的過程中，膝關節(jié)周圍的大部分肌肉可以提供旋轉和穩(wěn)定的效應。當膝關節(jié)屈曲小于90度時，在一些肌肉中發(fā)生了脫位的情況。此時，膝關節(jié)的骨性的和韌帶的排列都比較薄弱，所以很容易引起膝關節(jié)的損傷。
    在膝關節(jié)處的可能發(fā)生的主要運動就是屈曲和伸展。只有當膝關節(jié)屈曲時，才可能產生內旋和外旋。當膝關節(jié)很容易移動時，足才允許轉動。比如當足固定于地面上，同時足附有固著楔或穿著釘鞋時，軀干才可以轉動。當腿保持直立時，如果發(fā)生了旋轉動作，那么這時就很容易導致膝關節(jié)的損傷。
膝關節(jié)周圍的肌肉
    膝關節(jié)的肌肉主要是雙關節(jié)肌肉，這些肌肉同時也穿過并且作用于髖關節(jié)上。這些肌肉包括：腘繩肌、股四頭肌群的股直肌、股薄肌、縫匠肌和闊筋膜張肌。腓腸肌是膝關節(jié)的另一個雙關節(jié)肌肉，它橫過并且作用于踝關節(jié)。雙關節(jié)肌肉的分布可以提高跑和跳的效率。然而，一雙關節(jié)肌，不能夠同時在兩個關節(jié)處都充分收縮，來產生完整的運動。對于此現(xiàn)象，一個很通俗的例子就是，當您盡力屈髖的同時充分伸膝，或者充分屈膝的同時伸髖。腘繩肌不能夠充分地收縮或者伸展，所以上述的這些動作的組合都不能夠很充分地完成。 
    雖然腘繩肌經常被認為是一個肌群，但是它們之間也是有很大的不同的。股二頭肌位于外側，半腱肌和半膜肌位于膝關節(jié)的內側，而它們在膝關節(jié)屈曲時，分別產生外側的和內側的旋轉。當產生的肌肉力量不均衡時，比如說股二頭肌產生的力量比“半”肌較強大時，在膝關節(jié)屈曲狀態(tài)下就會發(fā)生膝關節(jié)的外旋。
    當進行屈腿和伸腿練習時可以經?？吹竭@樣的情況。腘繩肌使膝關節(jié)屈曲，但是由于股二頭肌比半腱肌和半膜肌的力量大，所以使得膝關節(jié)屈曲時小腿外旋。為了矯正這種姿勢，在保持小腿內旋時，您必須使股二頭肌起作用。如果內側的腘繩肌力量弱于外側肌力，那么當小腿旋前時，就會產生內旋的運動。
    當股四頭肌的力量產生不平衡時，也可以看到相似的情況，尤其是股內側肌和股外側肌之間。為了穩(wěn)定髕骨（膝蓋骨），并使它在伸膝過程中一直處于凹槽中，股肌必須要足夠的強大，特別是在股四頭肌強烈收縮的情況下。如果內側比較薄弱的話，由于股外側肌的拉力作用，髕骨就會向外側移位。在這種情況下，或者在反向的不均衡出現(xiàn)時，如果長時間如此的話，就可能導致軟骨軟化（軟骨的變性或退化）。

*膝關節(jié)周圍的肌肉

 
腓腸肌和腘繩肌之間的關系
    腓腸肌是位于脛骨后面的主要肌肉，它的功能是伸足（跖屈）。腓腸肌和腘繩肌在膝關節(jié)處相結合，它們都參與屈膝運動。另外，腓腸肌的在股骨處的插入物可以幫助提高穩(wěn)定性。
    為了在膝關節(jié)處有一個更強大的收縮，最有效的就是腓腸肌必須處于緊張狀態(tài)。這就意味著您必須使足屈曲（背屈），以便使跟腱拉長以及腓腸肌繃緊，這樣的話，當它收縮時，它可以同時縮短膝關節(jié)處上方的肌腱。在這種情況下，如果屈膝時腳趾是突出的，那么肌肉縮短不會造成放松跟腱吸收松弛。 
    使雙關節(jié)肌的一端處于伸展狀態(tài)，為了使另一端產生一個很強收縮，這樣的練習對于雙關節(jié)肌的最大力量的發(fā)展很重要。這類肌肉包括：腘繩肌、股四頭肌的股直肌、股二頭肌、小腿三頭肌的長頭以及其它肌肉。
股四頭肌和腘繩肌之間的關系
    當我們聽到腘繩肌的力量必須和股四頭肌的力量相等這樣的話時，并不感到稀奇。正是由于這樣，許多的私人訓練者和力量訓練教練，努力在這兩塊肌群的力量之間爭取一個合適的平衡。然而，股四頭肌在幾乎所有的實例中，都應該比腘繩肌的力量要大。準確的比例應該依賴于膝關節(jié)處的角度和髖關節(jié)處大腿的位置。
    例如，股四頭肌有四個獨立的肌肉構成，其中三個相當大。股四頭肌的肌肉質量比腘繩肌的質量要大很多，那么它的工作負荷也應該較大。股四頭肌是抗重力的肌肉，即它必須通過收縮不僅維持您的直立狀態(tài)，同時還要使您進行走路、跑步以及跳躍等活動。（膝關節(jié)處）腘繩肌基本上不參與這些活動。關于大小，腘繩肌只有一塊肌肉（股二頭?。┯袃蓚€頭，而這塊肌肉就是腘繩肌的實際重量。半腱肌和半膜肌只有很小的肌腹；那么，從股四頭肌的絕對大小和它的功能來看，就足以得出股四頭肌應該具有更大的力量。注意，在髖關節(jié)處，腘繩肌要比股四頭肌的其中一塊肌肉（股直?。┑牧α看蟆．斎?，其它的肌肉在髖關節(jié)的屈和伸的運動中也起作用。
    在膝關節(jié)（腿）伸展練習中，股四頭肌的四個頭都參與運動。既然股直肌是雙關節(jié)肌，那么髖關節(jié)的一端必須處于伸展狀態(tài)，為的是肌肉的下端可以在膝關節(jié)處強烈地收縮。否則的話，剩下的三個頭（股外側肌、股內側肌和股中?。┑闹饕δ芫褪巧煜ァＫ鼈儾皇荏y關節(jié)處腿的位置的影響，為的是產生一個有效的或者最大的收縮。
    股直肌，作為股四頭肌群的雙關節(jié)肌，當它在髖關節(jié)處處于拉伸狀態(tài)時，將在伸膝關節(jié)時起重要的作用。為了這樣做，伸膝時腿則必須要求與身體成一直線。如果你處于坐位時（多數(shù)測試和練習都在這種姿勢下完成），股直肌的上端就會產生松弛。當它在伸膝收縮時，初始的縮短吸收了上部肌腱的松弛，結果使得伸膝的范圍不是很大。
    對于腘繩肌在膝關節(jié)（腿）彎曲練習時的強烈收縮，要求腘繩肌在髖關節(jié)處的末端必須處于伸展的狀態(tài)。（這就是為何坐位的屈膝比更流行的站位的屈膝更容易的原因）。然而，腘繩肌不能夠產生和股四頭肌一樣大小的力（其它所有的訓練因素都相同）。
    為了更好地為健身和完成運動的需要，更值得關心的是股四頭肌和腓腸肌之間的力量比例，在此基礎上來發(fā)展這些肌肉。切記，當您增加了股四頭肌的力量的同時，您也能夠使腘繩肌獲得更大的力量，反之亦然。那么，這兩大肌群都應該全面地發(fā)展。

*踝關節(jié)和足

    踝關節(jié)是由脛骨和距骨組成的。由于脛骨的末端有些微的凹陷，而它下面的距骨則有些凸，這樣骨性穩(wěn)定性就很強。因為踝關節(jié)必須承受很大的應力，所以在關節(jié)的周圍有很有力的韌帶來提供更大的穩(wěn)定性。
    踝關節(jié)處的運動有屈曲（背屈）和伸展（跖伸）。踝關節(jié)的旋轉軸并不在真正的額狀面內。它的位置在側面且有點向后和向下。這種傾斜使得腳有些定位模糊，即在跖屈和背屈時，有些離開真正的前—后平面。換句話說，當腳上下運動時，腳并不易之保持一個相同的位置。
    距下關節(jié)位于距骨和跟骨之間。這個關節(jié)是典型的容易扭傷或者勞損的關節(jié)。他也是一個距跗關節(jié)（包括足部的一些骨），然而踝關節(jié)只有兩個骨性部分，其一是脛骨，另外一個是足。距下關節(jié)允許腳和腿在不同的位置下都可以承重，尤其是以不均勻的或者是曲線的軌跡跑步時。距下關節(jié)是足的靈活性，以及踝和腿的穩(wěn)定性的主要結合。
    在跖屈的同時，也有足繞著距下關節(jié)和踝關節(jié)軸的運動（例如，距下關節(jié)的外翻和踝關節(jié)的伸展的組合運動）。同樣，當踝關節(jié)屈曲時，可以產生距下關節(jié)的內翻和踝關節(jié)的背屈運動的配合。
    加強踝關節(jié)和足兩側的肌肉力量，對于保持關節(jié)的整體性很重要。任何肌肉系統(tǒng)周圍力量或者靈活性的不平衡，都會導致失調。反過來，這就必須通過肌肉的收縮或者韌帶的張力來對抗。否則的話，體位就會發(fā)生不平衡。
    有脛骨扭傷的人在走路和跑步的支撐階段，通常跖屈?。ㄉ旒。┍缺城。ㄇ。┑牧α棵黠@大，同時在跟骨處也有更大的運動。踝關節(jié)伸肌的過度發(fā)展，也會很容易導致足部旋后肌和旋前肌之間力量的失衡，這樣的話，就有能導致外側踝關節(jié)的扭傷，特別是完成空中動作后的著地階段。
踝關節(jié)的肌肉
    腓腸肌是脛骨處的最主要的一塊踝關節(jié)伸肌。它位于小腿的后上部，同時還形成近似于腓腸的圓形形狀。在上部的末端有兩個肌腱，它們附著于股骨髁的后部，然而下部的末端肌肉的兩個頭的肌腱，向下對角線延續(xù)最后止于跟腱。
    比目魚肌位于腓腸肌的正下方，它的功能與腓腸肌類似。比目魚肌的上附著點位于脛骨和腓骨上，而下附著點與跟腱一起止于跟骨。比目魚肌比腓腸肌稍寬，它們一起構成一個運動單位，有時也稱為小腿三頭肌。這些肌肉集中在一起時很強大—當它們與跟腱結合在一起時會更強大。它們可以在伸踝時產生超過900磅的力。
    脛骨前肌是脛骨前方的主要肌肉。它的肌肉質量集中位于脛骨的上部，然而它的肌腱在脛骨的下方，并從踝關節(jié)前方通過，最后止于足弓的內側和底面。這就是為何脛骨前肌不但可以使足背屈，同時還可以使足后跟向內轉動。脛骨前肌對維持足弓起重要作用。