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关节

两块或两块以上骨之间的连接处,尤指可使一块以上骨骼得以活动的连接。骨与骨之间,由于所处部位及形态功能的不同,以不同方式形成骨连接。骨连接可分直接连接与间接连接两种。直接骨连接又称无腔隙的骨连接,根据稳定性的不同,可为膜性和软骨性连合。膜性连合(又称韧带连合),如颅骨之间的缝,小腿胫、腓骨之间的骨间膜。具一定韧性的软骨性连合,如蝶枕骨之间以透明软骨相连,椎体之间以纤维软骨性的椎间盘相连,软骨性连合既有一定弹性也有韧性。这种连接有的只是暂时性的,如发育中的长骨骺软骨;有的是永久性的,如胸骨与第一肋骨间的肋软骨;还有些以软骨性连合连接的两骨,后来完全融合为一骨,如各骶椎之间原由椎间盘相连,以后完全愈合而形成一个骶骨。不能活动的骨连合只有一种──骨性结合,如枕骨基底部与蝶骨体愈合为一体。间接的骨连接又称为有腔隙的骨连接,即狭义的关节,或可动关节。从种系发生上来看,最早的骨连接是无腔隙的,在进化发展过程中,骨连接的功能由保护、支持趋向于运动,由微动而朝向灵活活动,在形态上则由无腔隙的直接连接发展为有腔隙的间接连接(图1)。在无腔隙的骨连接与有腔隙的骨连接之间,还有一种过渡型──半关节,如耻骨联合。左右耻骨间以纤维软骨连接,妊娠时在激素影响下可略分离,使孕妇行走困难。

图关节的构造

一个关节应具备关节面、关节腔及支持稳定的组织,其中包括关节囊及周围的韧带和肌肉,还有分泌滑液以司营养及散热的组织──滑膜。

相邻两骨的关节面可有不同形状,但通常互相适应,凸凹相对,关节面多覆以透明软骨,其厚度根据功能而定,一般为2~3mm,厚者可达7mm(如髌骨),可以承受较多的摩擦。关节面十分光滑,摩擦系数<0.002,比冰面还要小,只是人工关节的金属或塑料关节面摩擦系数的1/3。

关节软骨为海绵状结构,具一定弹性,能承受压力,其载荷为体重的4倍。关节软骨由软骨细胞及软骨基质构成,细胞数甚少,仅占软骨体积的0.01~ 0.1%,基质含胶原纤维(10~20%)、蛋白多糖(2~10%)及水分(70~75%)。关节软骨内不含血管,亦无淋巴管及神经,其营养主要靠滑液和关节囊滑膜层的动脉分支供应。

关节软骨细胞的排列由浅向深分为:

(1)表层。细胞少,细长扁平,与关节表面平行。

(2)移行层。细胞也少,圆形或卵圆形,排列方向不定,有少数粗面内质网及线粒体,但戈尔吉器明显。

(3)放射层。细胞呈不规则短柱状排列,细胞突起可以脱落。

(4)钙化层。位于深层,细胞退化、与放射层之间无潮线隔开,后者为一条波浪形连线,代表衰老组织遗留的痕迹。在钙化层之下,即为软骨下松质骨,有哈弗氏系统。从新生儿到成年,软骨细胞逐渐减少,成年后,软骨坏死及空陷窝数逐渐增多。

关节软骨胶原的分子单位──原胶原由三条 α-肽链相互拧成三联螺旋状构型,属于Ⅱ型胶原[α1(Ⅱ)]3。胶原纤维不断更新,胶原酶可使其分解。关节软骨的胶原纤维周期为56~62nm,人可达 130nm,骨关节炎高达400~700nm。

蛋白多糖由软骨细胞分泌至基质后,以透明质酸为中心结合100个以上的氨基多糖,硫酸角蛋白接近附着点,硫酸软骨素接近边远区。由于软骨各层内氧供应量不同,氨基多糖链上有较高的正电荷,吸水力强,其肿胀压力为胶原纤维张力所抗衡。在正常软骨基质内,以上二者保持静态平衡状态,随年龄的增长,氨基多糖增多,胶原纤维减少,这可使关节软骨功能降低而导致骨关节炎。

关节囊由结缔组织构成,将关节腔密闭,关节囊外层为纤维层,内层为滑膜层。纤维层致密,有丰富的血管及神经。上肢关节囊的纤维层薄而松弛,运动灵活;下肢的关节囊则坚厚紧张,活动度相对较小,关节囊局部可增厚而形成关节囊韧带,以加强骨间连结,制止过度活动。偶尔因纤维层过薄,滑膜层可向外膨出形成滑膜囊肿。

关节囊的滑膜层由疏松结缔组织构成,薄而柔润,附于关节软骨的周缘。关节腔内的结构除关节软骨、半月板外,包括韧带及关节内肌腱,全为滑膜层所包裹。滑膜内面的小突起可形成滑膜绒毛及皱襞,还有的形成脂肪垫。当关节腔形状,容积和压力改变时,这些结构可起填充及调节作用,又扩大滑膜面积,有利于滑膜的分泌和吸收。

滑液透明,呈淡黄色,略呈碱性,滑液量约为0.13~2.0ml。滑液具粘稠性,含透明质酸,为乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸聚合体。类风湿性关节炎时,滑液的透明质酸含量下降,其粘稠性和润滑性均降低。滑液功能在于提供液体环境,使关节面保持一定的pH值,以保证关节软骨的代谢,减少摩擦及磨损,以促进关节运动。有些关节(如肩胛骨关节盂和髋臼边缘)有关节盂唇,用以加深关节窝,使关节更稳固。

不同关节的运动和其关节面的形状有关,而这种形状又是在关节周围肌肉长期活动下形成又相互制约。关节活动可为微小的滑动,如腕骨间关节,也可有较大范围的活动,使构成关节的两骨相互靠拢或远离,从而使两骨形成角度增大或减少,这方面包括在额状轴上的屈伸运动,矢状轴上的内收外展运动,纵轴上的旋轴运动以及多轴上的环转运动。一般说,运动时很少在单一运动轴,在运动不同阶段,运动轴经常在变换。

关节的功能

关节可作不同方向的运动,关节运动必须沿某个运动轴进行,运动轴有:

(1)额轴。沿额状面(左右方向的平面)而设的横轴,如指关节屈、伸的轴。

(2)矢状轴。沿矢状面(由前后方向的径线而设的面)而设的轴,如桡腕关节内收、外展运动的轴。

(3)垂直轴。与身体纵轴平行,如寰椎在枢椎齿突上左、右回旋的运动轴。

关节的分类

可按运动轴及形态分类(图2)。

图

按运动轴的多少,可分为三类。

(1)单轴关节。沿一个轴运动,又分屈戌关节(又称滑车关节,仅沿额轴进行屈、伸运动,如指间关节);蜗状关节(是屈戌关节的变形,关节的运动轴与运动骨的长轴不成直角,作屈、伸运动时,关节面沿额轴前进或后退,运动轨迹延长即成螺旋形,如踝关节及肱尺关节),及车轴关节(沿垂直轴旋转,如桡尺近侧和远侧关节)。

(2)双轴关节。可分两种,椭圆关节(有一矢状轴,内收、外展)及一个额轴(屈、伸)。关节头为椭圆形,关节窝为椭圆形的凹面状。若交替进行屈、内收、伸、外展,即形成旋转运动,如桡腕关节。鞍状关节(相对两个关节面均呈马鞍状,互成十字交叉接合,可作屈、伸、内收、外展运动)如手的大多角骨与第一掌骨间的关节。

(3)三轴关节。有三个互相垂直的运动轴(冠状轴、额轴及垂直轴),作多个方向的运动。球窝关节(关节头呈球状、较大;关节窝浅,不及球面的1/3。三个运动轴在球形关节头的中心相交,事实上从球形中心穿过的轴数是无限的,故关节可作多个方向的运动,如屈、伸、内收、外展、内旋、外旋及环转。如肩关节)。杵臼关节(为球窝关节的变形,关节头呈球形,关节窝特深,包绕关节头1/2以上,运动形式似球窝关节,但运动幅度较小。如髋关节)。平面关节关节面有一定弧度,接近平面,滑动运动范围较小,但也是多轴的。如蹠间关节及某些腕骨间关节。

按构成关节的骨数,分为单关节(由两骨参与构成,一为关节头,一为关节窝,如肩肱关节)及复关节(关节腔包括两块以上的骨,如肘关节由肱骨、尺骨、桡骨三骨构成)。

按关节的运动方式,可分为单动关节(一个关节即能完成动作,包括大部分关节、如指关节一个关节即能完成屈、伸动作)、联合关节(动作由两个关节共同完成、如颞颌关节,需左、右两侧的颞颌关节同时活动才能完成开口、闭口动作;桡尺近侧关节和桡尺远侧关节共同动作才能完成前臂的旋前、旋后)。