肩關(guān)節(jié)外展活動的解剖基礎(chǔ)與運動學機制研究

【摘 "要】 肩關(guān)節(jié)的正常活動依賴于關(guān)節(jié)與骨骼之間的精確配合，這一過程由復雜的解剖結(jié)構(gòu)和運動學機制所支撐。該文基于肩關(guān)節(jié)復合體的解剖特點，深入分析了外展運動中涉及的4種運動模式及其協(xié)同作用，著重探討了肩肱節(jié)律、肱骨頭滾動—滑動機制及凹陷壓迫機制在維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和靈活性方面的關(guān)鍵作用。該研究成果為肩關(guān)節(jié)損傷的診斷與治療提供了理論支撐，并為功能障礙的康復策略制訂提供了科學依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 肩關(guān)節(jié)外展 "肩肱節(jié)律 "運動學 "生物力學

【中圖分類號】 G804.6；R684.7 " " " "【文獻標識碼】 A " " " "【文章編號】 2095-2813（2025）07-0001-05

Study on the Anatomical Basis and Kinematic Mechanism of Shoulder Abduction Activity

TANG Lifeng1，2 "TANG Min1* "LI Xiaohan1 "FENG Jiawei3 "LUO Qiang2 "GAO Baoyu2 "HUANG Yuli2

1.NO.2 Department of Neurorehabilitation， Ningbo Rehabilitation Hospital， Ningbo， Zhejiang Province， 315000 China；2.College of Rehabilitation， Gannan Medical University， Ganzhou， Jiangxi Province， 341000 China；3.College of Electrical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei Province， 066000 China

[Abstract] The normal movement of the shoulder joint relies on the precise articulation between the joint and bones， a process supported by its complex anatomical structure and kinematic mechanisms. Based on the anatomical characteristics of the shoulder joint complex， this study deeply analyzes the four movement patterns involved in abduction， and explores their synergistic effects. It highlights the critical roles of scapulohumeral rhythm， the roll-and-slide mechanism of the humeral head， and the concavity compression mechanism in maintaining joint stability and flexibility. This study provides theoretical support for the diagnosis and treatment of shoulder joint injuries and offers scientific insights for developing rehabilitation strategies for functional impairments.

[Keywords] Shoulder abduction; Scapulohumeral rhythm; Kinematics; Biomechanics

肩關(guān)節(jié)作為上肢活動中至關(guān)重要的部分，位于上肢的近端，其正常功能的發(fā)揮對于上肢的活動能力具有決定性影響。因此，為了深入理解肩關(guān)節(jié)損傷的機制，除了需掌握肩關(guān)節(jié)的正常解剖結(jié)構(gòu)外，探究其運動學特征同樣至關(guān)重要。了解肩關(guān)節(jié)在正常運動過程中的具體運動方式及特征，有助于鑒別肩關(guān)節(jié)異常活動的具體原因。基于此，本文旨在對肩關(guān)節(jié)外展運動進行運動學分析，以期揭示肩關(guān)節(jié)外展活動的運動學特點，并為臨床醫(yī)生和研究人員提供深入的理論依據(jù)，為肩關(guān)節(jié)異常運動的診斷和治療提供重要參考。

1 "肩關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)與運動形式

1.1 "肩關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)

肩關(guān)節(jié)，亦稱為肩關(guān)節(jié)復合體，是連接人體軀干與上肢的關(guān)鍵樞紐。作為人體中活動范圍最廣且最為靈活的關(guān)節(jié)，肩關(guān)節(jié)在日常生活、勞動及體育運動中發(fā)揮著不可替代的作用。其主要由胸骨、鎖骨、肩胛骨以及肱骨近端至中段構(gòu)成［1］。這些骨骼相互連接，形成了胸鎖關(guān)節(jié)、肩鎖關(guān)節(jié)、盂肱關(guān)節(jié)及肩胛胸壁關(guān)節(jié)，這四個關(guān)節(jié)共同組成了一個復合體，各關(guān)節(jié)可獨立運動，協(xié)同作用，使肩關(guān)節(jié)復合體成為人體最為靈活的關(guān)節(jié)系統(tǒng)。

在肩關(guān)節(jié)中，肱骨頭呈球形且較大，而關(guān)節(jié)盂則相對淺小，僅覆蓋肱骨頭的約1/3。這種結(jié)構(gòu)特點使得肩關(guān)節(jié)囊薄弱且松弛，賦予了肩關(guān)節(jié)高度的靈活性。然而，這也導致了其穩(wěn)定性相對其他關(guān)節(jié)較低，成為全身大型關(guān)節(jié)中穩(wěn)定性最差的一個。為了提高肩關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，存在靜態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)兩種機制，它們共同將肱骨頭限定在特定方向上。動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)主要通過肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)肌群的協(xié)調(diào)收縮實現(xiàn)，而靜態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)則包括關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)盂唇及關(guān)節(jié)周圍的韌帶［2］。其中，盂唇呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，類似于圍繞肩關(guān)節(jié)盂（關(guān)節(jié)窩）邊緣的纖維軟骨環(huán)，可使肩關(guān)節(jié)盂深度增加50%［3］，并與肩袖的壓力共同作用，使肱骨頭的凹面受壓進入肩關(guān)節(jié)盂［4］。此外，關(guān)節(jié)囊內(nèi)的負壓也有助于防止肱骨頭移位［4］。

1.2 肩關(guān)節(jié)的運動形式

肩關(guān)節(jié)外展運動的運動學形式復雜且多維，通過角度運動、線性運動、關(guān)節(jié)間滾動和滑動以及連鎖運動的協(xié)同作用，實現(xiàn)了穩(wěn)定性和靈活性的動態(tài)平衡。這種運動形式充分展示了人體肩關(guān)節(jié)的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計和精密的功能協(xié)調(diào)。

1.2.1 "關(guān)節(jié)間滾動和滑動

關(guān)節(jié)的滾動和滑動是肩關(guān)節(jié)外展運動的基本活動形式，確保了運動的流暢性和關(guān)節(jié)對合的穩(wěn)定性，避免了骨間的撞擊和摩擦。具體而言，盂肱關(guān)節(jié)的滾動與滑動，以及肩鎖關(guān)節(jié)和胸鎖關(guān)節(jié)的小范圍滑動，在運動中起到了關(guān)鍵作用。在外展過程中，肱骨頭不僅圍繞自身中心沿外展方向旋轉(zhuǎn)，還會相對于關(guān)節(jié)盂進行反方向滑動，以確保關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性并防止脫位。同時，鎖骨在胸鎖關(guān)節(jié)處發(fā)生輕微滑動和旋轉(zhuǎn)，確保肩胛骨上旋與鎖骨運動同步。

1.2.2 "線性運動

線性運動是指骨骼、關(guān)節(jié)面或整個肢體沿直線或曲線軌跡發(fā)生的平移。在肩關(guān)節(jié)外展時，肱骨頭在關(guān)節(jié)盂內(nèi)發(fā)生線性滑動，目的是防止肱骨頭因旋轉(zhuǎn)而從關(guān)節(jié)盂中移出。其滑動方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，從而避免了外展時的骨性撞擊。此外，鎖骨在胸鎖關(guān)節(jié)處也會發(fā)生輕微的前后滑動。同時，肩胛骨也會配合肱骨外展在胸廓表面進行向上和向外側(cè)的滑動，使肩部運動更加流暢，并一定程度上擴大了運動范圍。

1.2.3 "角度運動

角度運動是指身體某部分圍繞一個固定點或軸進行的旋轉(zhuǎn)運動。在肩關(guān)節(jié)外展時，表現(xiàn)為肱骨圍繞肩關(guān)節(jié)的前后軸（貫穿肩關(guān)節(jié)，通過肱骨頭的中心，垂直于冠狀面）進行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的角度由上臂與身體中心線的夾角表示。在角度運動初期，主要依靠肱骨頭在肩關(guān)節(jié)上的旋轉(zhuǎn)，此時肱骨的移位或滑動較為輕微（1～2 mm）［5］。隨著角度運動的進行，肩胛骨開始向上旋轉(zhuǎn)并伴隨向鎖骨方向的滑動，從而增大了肩關(guān)節(jié)外展活動的范圍。

1.2.4 "連鎖運動

連鎖運動是指肩關(guān)節(jié)外展過程中，肩胛骨、鎖骨和肱骨等結(jié)構(gòu)協(xié)同作用完成運動的形式。它們通過各自的旋轉(zhuǎn)、滑動和上升等運動，確保肩關(guān)節(jié)能夠順暢地進行大范圍的外展。在外展0°～30°時，肱骨主要依靠三角肌中束的作用使外展角度增大，而肩胛骨無明顯的上旋運動，鎖骨僅在胸鎖關(guān)節(jié)中進行輕微的滑動以協(xié)助肩關(guān)節(jié)的運動。在外展30°～90°時，肱骨繼續(xù)外展，同時肩胛骨開始逐漸上旋。此階段肱骨的活動量依然大于肩胛骨，肱骨與肩胛骨的運動比例約為5∶4［6］，同時鎖骨也開始上旋。鎖骨的旋轉(zhuǎn)有助于肩關(guān)節(jié)完成更大角度的外展。在外展90°～180°時，肱骨在冠狀面外展時開始外旋，此時肩胛骨的上旋作用逐漸加強。鎖骨的外側(cè)端繼續(xù)向上后方旋轉(zhuǎn)，在鎖骨韌帶的限制下停止抬高，但通過后旋進一步推動肩胛骨上旋。從而使肩胛骨的上旋逐漸替代肱骨外展的作用，完成肩關(guān)節(jié)的大范圍外展運動。

2 "肩關(guān)節(jié)外展的運動機制與結(jié)構(gòu)分析

運動學分析作為研究人體運動的一種科學方法，通過對人體運動過程中的力、速度、加速度等因素進行定量分析，能夠揭示人體運動的規(guī)律和特點，為鍛煉和治療改進提供科學依據(jù)。LUDEWIG P M等人［7-9］的研究發(fā)現(xiàn)，在正常人肩關(guān)節(jié)外展活動過程中，肩胛骨在平面內(nèi)的運動特征與肱骨的外展運動密切相關(guān)。在肩關(guān)節(jié)外展時，肱骨的抬高與外旋、肩胛骨的上回旋、后傾和外旋，以及鎖骨的抬高與后縮等運動同步進行，形成一種聯(lián)合運動模式。下文將進一步分析肩關(guān)節(jié)外展的運動學過程，探討各關(guān)節(jié)和肌肉群之間的協(xié)調(diào)與作用機制。

2.1 "肩肱節(jié)律及其運動學分析

肩肱節(jié)律作為肩關(guān)節(jié)最重要的運動規(guī)律之一，值得密切關(guān)注。肩關(guān)節(jié)的上舉活動主要由盂肱關(guān)節(jié)的外展和肩胛胸壁關(guān)節(jié)的上回旋共同完成（肩胛骨的旋轉(zhuǎn)角度與盂肱關(guān)節(jié)的外展角度之比約為1∶2）。當盂肱關(guān)節(jié)外展至30°（或前屈至60°）時，肩胛骨不旋轉(zhuǎn)，稱為靜止期。之后，肩胛骨開始旋轉(zhuǎn)，每外展15°，盂肱關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)10°，肩胛骨轉(zhuǎn)5°，比例約為2∶1，當外展至90°以上時，比例變?yōu)?∶2。這種肩關(guān)節(jié)運動并伴有肩胛骨旋轉(zhuǎn)的節(jié)律性變化即為肩肱節(jié)律。

正常的肩肱關(guān)節(jié)活動范圍為120°，肩胛胸臂活動范圍為60°。肩肱關(guān)節(jié)外展時，肱骨約外旋45°。肩胛胸壁關(guān)節(jié)的活動范圍由胸鎖關(guān)節(jié)與肩鎖關(guān)節(jié)共同決定，其中肩鎖關(guān)節(jié)活動范圍較小，主要為胸鎖關(guān)節(jié)參與（肩關(guān)節(jié)外展至90°時，胸鎖關(guān)節(jié)上提約20°，繼續(xù)外展時，胸鎖關(guān)節(jié)除繼續(xù)上提外，鎖骨還會沿長軸后旋約30°～50°）。簡而言之，正常上肢外展過程中，肱骨在關(guān)節(jié)盂外展的前30°～50°時，肩胛骨會向外側(cè)向移動，隨后外展至最大程度時，肩胛骨圍繞固定軸有約65°的上回旋［10］。一旦該機制紊亂，便會產(chǎn)生疼痛。因此，當肩關(guān)節(jié)尤其是肩胛骨功能異常時，上肢活動受限，外展活動無法完成，甚至可能導致肩關(guān)節(jié)損傷。

從功能角度看，斜方肌被視為肩胛骨的主要穩(wěn)定肌，而前鋸肌則是其主要運動肌。前鋸肌在肩關(guān)節(jié)外展過程中對肩胛骨3個方向的運動均有貢獻（上回旋、后傾和外旋）［11-12］。前鋸肌、斜方肌上束和下束相互作用，成為肩關(guān)節(jié)外展和前屈時肩胛骨向上旋轉(zhuǎn)的主要力偶，使肩峰抬高。力偶是指成對的大小相等、方向相反且能夠共同控制關(guān)節(jié)運動的肌肉。盡管三塊肌肉的拉力線不同，但它們均作用于肩胛骨，產(chǎn)生向上旋轉(zhuǎn)的效果。肩部外展時，這種力偶與三角肌中束結(jié)合，帶動肩胛骨向上旋轉(zhuǎn)［7，13-14］。

斜方肌中束對前鋸肌的劇烈牽拉具有中和作用。盡管斜方肌中束相對于肩胛骨旋轉(zhuǎn)軸的向上旋轉(zhuǎn)杠桿作用有限，但其拉力線良好，能使肩胛骨后縮。肌肉力量對抵消前鋸肌的牽引力至關(guān)重要。若斜方肌中束力量不足，向上旋轉(zhuǎn)的肩胛骨通常會降低肩峰下間隙，減小肩峰下的有限空間［15］。肩關(guān)節(jié)外展伴隨的鎖骨上抬和后旋由斜方肌上束完成。斜方肌上束僅遠端附著于鎖骨，對肩胛骨活動的影響主要由施加于鎖骨的力造成［16］。斜方肌上束收縮會對胸鎖關(guān)節(jié)處的鎖骨產(chǎn)生強烈的抬高和回縮拉力，部分原因是其遠端附著于鎖骨（而非肩胛骨），直接控制肩胛骨向上旋轉(zhuǎn)的能力相對較小［14］，因此需依賴其他肌肉。

2.2 "肱骨頭的滾動-滑動機制及其運動學分析

肩關(guān)節(jié)外展運動還涉及另一個運動定律，即肱骨頭的滾動-滑動機制。外展時，肱骨頭沿或接近關(guān)節(jié)盂長軸向上滾動并同時向下滑動。滾動與滑動同時存在使肩關(guān)節(jié)在前屈、外展時肱骨頭向上位移極少，始終保持在肩關(guān)節(jié)盂內(nèi)，即肱骨頭與肩峰間距離幾乎不變。若肱骨頭滾動時無向下滑動，外展僅達22°時，肱骨頭即可占滿1 cm高的肩峰下間隙，造成肱骨頭擠壓軟組織，引發(fā)撞擊綜合征，妨礙肩關(guān)節(jié)進一步外展。

肩袖肌群是包繞肱骨頭的一組肌腱集合，包括岡上肌（S-Supraspinatus）、岡下肌（I-Infraspinatus）、小圓肌（T-Teres Minor）和肩胛下肌（S-Subscapularis），又稱SITS肌群。它們包繞肱骨頭前方、上方和后方，與三角肌群組成力偶，實現(xiàn)水平面和冠狀面上的力線平衡，共同使肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)和外展。其中，岡上肌是盂肱關(guān)節(jié)的主要外展肌［17］。岡上肌止于肱骨大結(jié)節(jié)上方，對肩外展的力臂較短且為水平向內(nèi)。岡上肌收縮時，除快速外展肩關(guān)節(jié)并為三角肌發(fā)力提供條件外，更重要的是推動肱骨頭進入關(guān)節(jié)盂內(nèi)，使其與關(guān)節(jié)盂貼合更緊密，產(chǎn)生向下力防止肱骨頭上移與肩峰撞擊［18-19］。

肩袖肌群其他三塊肌肉的收縮提供向下力，抵消三角肌牽拉肱骨頭垂直向上的力［20］。外展至180°時，除滾動與滑動外，還伴隨圍繞肱骨長軸旋轉(zhuǎn)的外旋運動。該現(xiàn)象使肱骨頭突出的大結(jié)節(jié)旋入肩峰后方空間，避免夾擠肩峰下內(nèi)容物，主要由三角肌后束、小圓肌和岡下肌共同完成。肩部外展時，三角肌拉力線由前外上指向后內(nèi)下，后伸力量與前屈力量相互抵消。對于垂直軸而言，肌肉拉力線在外側(cè)由前向后，因此可使肱骨頭向外旋轉(zhuǎn)［21］。

肱二頭肌長頭腱也是使肱骨頭下壓的重要結(jié)構(gòu)。該肌腱通過肱骨一直向上附著于肩胛骨盂上結(jié)節(jié)，是上盂唇的部分延伸。肩關(guān)節(jié)鏡下顯示，電刺激肱二頭肌長頭肌腱時，肱骨頭可被壓向肩盂內(nèi)［22］。此外，肱二頭肌可固定肱骨頭位置，在肩關(guān)節(jié)外展時限制肱骨頭向前移位。由于長頭肌腱位置跨過肱骨頭上方，也可限制肱骨頭向上移位。有研究認為，肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)定時，肱二頭肌能代償性穩(wěn)定肩關(guān)節(jié)，其長頭腱的穩(wěn)定作用比岡上肌、岡下肌、小圓肌更重要［23-24］。

2.3 "凹陷壓迫機制及其運動學分析

在肩關(guān)節(jié)外展活動中，為了維持盂肱關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，存在一種機制，即凹陷壓迫機制。凹陷壓迫是指凸面關(guān)節(jié)面與凹面關(guān)節(jié)面相互接觸并保持穩(wěn)定［25］。例如，將球置于平坦表面并施加滑動力時，所能對抗的摩擦阻力較小；而將球置于凹槽中，其穩(wěn)定性會因凹槽深度和施力大小而增強。穩(wěn)定性具體而言，是指保持肱骨頭精確位于肩關(guān)節(jié)窩中心的能力［26］。完整的肩袖肌群通過壓縮肱骨頭至關(guān)節(jié)盂中心，在運動范圍內(nèi)為盂肱關(guān)節(jié)提供動態(tài)穩(wěn)定性。同時，由關(guān)節(jié)囊韌帶構(gòu)成的靜態(tài)因素與盂肱關(guān)節(jié)的骨骼結(jié)構(gòu)共同維持其穩(wěn)定程度［27］。

關(guān)節(jié)盂唇結(jié)構(gòu)上呈環(huán)狀，包繞整個關(guān)節(jié)盂。ALMAJED Y A等人［28］的研究發(fā)現(xiàn)，上、下關(guān)節(jié)盂深度占肱骨頭半徑總深度的41%，且前部至后部區(qū)域明顯較淺。盂唇的存在增加了較淺關(guān)節(jié)盂的表面積和深度，使肩盂窩深度加深約20%～30%。LIPPITT S等人［29］的研究同樣證實，上下方向的關(guān)節(jié)盂寬度大于前后方向，寬度的增加導致了深度的增加。因此，上下方向的肩盂深度大于前后方向，這可能是肩部外展活動范圍大于內(nèi)收或后伸范圍的原因之一。實驗表明，切除關(guān)節(jié)盂唇后，肱骨的穩(wěn)定性將下降約20%，尤其在向下滑動的方向上［4］。這表明盂唇在肩盂凹度和凹陷壓迫穩(wěn)定機制中扮演著關(guān)鍵角色。

凹陷壓迫機制在肩關(guān)節(jié)外展活動的整個范圍內(nèi)均產(chǎn)生影響，特別是在活動中段。此時，囊和韌帶較為松弛，因此更加依賴肌肉收縮產(chǎn)生的動態(tài)穩(wěn)定［30-31］。肩袖肌群包繞盂肱關(guān)節(jié)形成力偶，防止肱骨近端移位。主動肌、拮抗肌和協(xié)同肌相互作用，當作用于肱骨頭的所有角度力的矢量總和聚焦于肩盂內(nèi)時，肩關(guān)節(jié)達到穩(wěn)定狀態(tài)。此外，由于肩袖肌群距離關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸較近，內(nèi)部力臂始終短于外部力臂。因此，在盂肱關(guān)節(jié)外展時，肩袖能夠提供動態(tài)支點穩(wěn)定性，既保持肱骨頭穩(wěn)定，又保證肩關(guān)節(jié)外展的活動范圍［32］。例如，三角肌和岡上肌在冠狀面上形成力偶，外展的同時壓迫肱骨頭至肩胛盂，而肩胛下肌和岡下肌共同收縮，成為穩(wěn)定盂肱關(guān)節(jié)的一對力耦。實驗證明，當肩袖肌力下降約50%時，肱骨頭在外部載荷作用下向前位移可增加近50%［33］。

因此，當肩袖肌力因退變、外傷等原因下降時，其對維持肱骨頭的作用力減弱，會導致肩部周圍肌肉力量失衡，最終可能引發(fā)關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，從而降低關(guān)節(jié)各面的活動度。

3 "結(jié)語

綜上所述，肩關(guān)節(jié)外展運動的復雜性和多樣性在功能表現(xiàn)和臨床研究中具有重要意義。肩關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)和運動學特征相互關(guān)聯(lián)，肩肱節(jié)律、肱骨頭的滾動滑動機制以及凹陷壓迫機制共同維持了其穩(wěn)定性和靈活性。對肩關(guān)節(jié)外展過程中涉及的肌肉、韌帶及其協(xié)同作用進行深入分析，能夠更好地理解肩關(guān)節(jié)的正常功能，并為肩關(guān)節(jié)損傷的診斷與康復提供理論依據(jù)。未來研究應(yīng)進一步探索肩關(guān)節(jié)各項運動的生物力學特征，以促進針對肩關(guān)節(jié)功能障礙的有效治療策略的制訂。這對于提高患者的生活質(zhì)量和促進功能恢復具有重要的實際意義。

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DOI： 10.16655/j.cnki.2095-2813.2025.07.001

基金項目：阿爾茨海默病早期智能診斷治療一體化系統(tǒng)研發(fā)項目（2023Z173）；2023年度浙江省病理生理學技術(shù)研究重點實驗室開放基金項目（202307）；寧波市醫(yī)學重點學科建設(shè)項目（2022-G02）。

作者簡介：唐溧峰（1998—），男，碩士，研究方向為腦卒中后認知障礙、運動障礙。

通信作者：唐敏（1967—），男，碩士，主任醫(yī)師，研究方向為吞咽障礙與認知障礙，E-mail：978666155@qq.com。