二、正常髋关节生物力学特点
（一）临床生物力学常用概念
1.力（force）
指一个物体对另一个物体的作用，是物体运动状态或形状改变的原因，大小、方向及作用点是力的三要素。力的大小等于物体质量（m）与加速度（g）的乘积，常用F表示，即F=mg。力的国际单位是牛顿（N），1N=1kg·m/s2，即质量为1kg的物体在1秒内产生1m/s的速度改变所需要的力为1N。
2.载荷（load）
在生物力学研究中是一个相对模糊的概念，常被用来描述使物体产生运动或变形所施加的力。
3.应力（stress）
指作用于单位面积上的力，用σ表示，计算方法为均匀作用到横截面积（S）上的力（F）与S的比值（σ=F/S），其国际单位是N/m2或帕斯卡（Pa）。
4.应变（strain）
指物体受外力作用后产生变形的能力，用ε表示，计算方法为物体的变形量（L）与初始长度（L0）的比值（ε=L/L0×100%），无量纲单位。
5.力臂（srm of gorce）
指力的作用线至旋转轴或支点的垂直距离。
6.力矩（moment of force）
指力使物体围绕某一旋转轴或支点转动的趋向，用M表示，计算方法为力（F）与力臂（L）的乘积（M=FL），其国际单位是牛顿·米（N·m）。
7.强度（strength）
指材料被破坏前所能承受的最大应力，用σmax表示，计算方法为材料被破坏前所承受的最大力（Fmax）与初始横截面积（S）的比值（σmax= Fmax/S），其国际单位是N/m2或帕斯卡（Pa）。
8.Wolff定律
骨小梁在受应力刺激时可改变其大小、形状和结构以适应力学需要进行功能重建，即结构顺应功能。骨组织中成骨细胞和破骨细胞的活性在正常平衡状态时保持平衡，应力与骨细胞之间也存在一种生理平衡。当应力增大时，成骨细胞活跃、骨质增生，局部承载能力及面积增大、应力下降；当应力下降时，破骨细胞再吸收增强、骨量减少，局部承载能力下降、应力增加，从而达到新的平衡。因此，经常运动使骨骼受力增加，可促进骨量增加、骨质坚硬；而长期不运动、骨骼受力减少甚至不受力，则会造成骨量减少、骨质疏松。
（二）正常髋关节应力分布特点
髋关节是典型的杵臼关节，单纯杵臼结构受力时往往不能获得应力的均匀分布，力经过负重区中央后产生的应力分布呈杯状，中央力线处应力最大，往周边逐渐减小。然而，正常情况下髋关节负重时应力可均匀分布于负重面，髋臼顶软骨下致密骨板厚度均匀也证实了这一点，这与髋关节独特的解剖结构有关。
1.髋臼及股骨头表面均覆盖具有黏弹性特性的关节软骨，具有很好的衰减、分散应力以及吸收振动的作用。关节软骨属于透明软骨，是由软骨细胞、基质和纤维共同构成的多孔材料，其纤维排列有特定的方式，比如表面纤维多与软骨表面平行，承担主要抗张作用；而深层纤维具有垂直排列倾向，可将软骨基质固定于软骨下骨并承担主要抗压作用。关节软骨的黏弹性特性使其在外力作用下可发生变形，从而最大限度增加负重接触面，减小软骨承受的应力，分散力学负荷以使关节最大限度适应负荷，当外力撤除后，关节软骨恢复原状。同时，关节软骨还具有对恒定应力的蠕变行为（软骨在承受恒定应力时，早期应变增加快，随时间推移逐渐降低直至恒定）和对恒定应变的应力松弛效应（在恒定应变下承受的应力随时间推移逐渐减小直至恒定）。
2.髋臼及股骨头关节面相互成曲面状，但股骨头直径略大于髋臼直径，而且两者关节面轻度不对称，仅在完全伸直并轻度外展和内旋时才紧密对合。当关节不受力或轻度受力时，髋臼与股骨头不全贴合，髋臼边缘软骨受压、应力较高；当关节负重时，关节软骨及软骨下骨变形，股骨头有变扁平的趋势，髋臼与股骨头得到更好的贴合，负重区中央应力升高，和周边较高应力合成后呈均匀分布。
3.软骨下骨丰富的海绵状骨小梁结构具有分散应力、缓冲震荡及维持关节表面形态的作用。软骨下骨主要由海绵状骨小梁构成，具有黏弹性特性，可在一定范围内产生变形而不发生结构破坏，起到分散应力、缓冲震荡及维持关节表面形态的作用。髋关节在承受较高载荷时，软骨下骨小梁可在一定程度内发生变形，从而最大限度增加负重接触面积，覆盖其上的关节软骨可同步发生变形以增加其受力面积，从而分散负荷、减小软骨与软骨下骨应力。骨小梁的过度变形（超过其强度）会造成微骨折，一定程度内的骨小梁微骨折属于正常生理现象，并不影响软骨下骨的力学特性，但大面积的骨小梁骨折超过其自愈能力将导致软骨下骨重塑和骨小梁网硬化，软骨下骨小梁变形能力及吸收应力震荡作用减弱，关节软骨及软骨下骨应力分布增大且不均匀，导致关节软骨退变和骨关节炎的发生。
目前，关于软骨损伤与软骨下骨改变之间的因果关系仍有争论，一种观点认为关节软骨的完整性依赖于软骨下骨的生物力学特性，软骨下骨力学特性改变导致其缓冲震荡的衬垫作用失衡，进而造成关节软骨损伤；另一种观点认为反复超负荷压力首先导致关节软骨损伤，进而导致软骨下骨微骨折、出血和硬化等改变。
4.髋臼由丰富的具有黏弹性特性的物质组成，但它并不是一个完整的杯状结构，而是外形呈马蹄铁状的，只覆盖部分股骨头，该结构具有分散应力的作用。
（三）正常髋关节生物力学特点
1.正常髋关节生物力学体系处于动态平衡之中，受髋关节骨骼解剖结构和骨骼肌的反应调控，随时可调节、保持身体重心的稳定。
2.骨小梁分布和截面形状呈多层网格状，服从Wolff定律，根据受力大小调整骨小梁密度以适应外力作用需要，顺应应力分布和传递，受力性能最佳，特别是能最大限度地防止弯曲应力的作用，同时使骨组织以最小的重量获得最大的功效，自重轻而负重大。
3.髋关节生物力学特性也具有一定变异性，骨小梁结构的数量和质量受个体职业、活动状态、内分泌、营养、年龄及疾病等诸多因素影响。
4.股骨近端形成颈干角、前倾角，而且承受的剪切力最大（主要是股骨颈和转子间区），因而易骨折。