肩關節是由胸鎖關節、鎖骨、肩鎖關節、肩胛骨、盂肱關節、肱骨近端以及肩胛胸壁關節共同組成的複雜結構。本文介紹了與臨床工作密切相關的肩關節功能解剖及生物力學特性。
胸鎖關節
關節運動：胸鎖關節圍繞水平軸、垂直軸及前後軸形成六個方向的運動。分別為向前的旋轉、向後的旋轉、前伸、後伸、上舉及下壓。其中上舉可達35°，前、後伸35°,延鎖骨長軸的軸向旋轉可達45-50°
肩鎖關節
1、韌帶結構：鎖骨遠端的韌帶結構對於骨科醫生來說都十分熟悉。最重要的喙鎖韌帶由錐狀韌帶和斜方韌帶兩部分組成。其中斜方韌帶更加粗壯一些。另外上部肩鎖關節囊增厚形成了肩鎖韌帶。
2、關節運動：肩鎖關節的運動可包括鎖骨相對於肩胛骨在三個方向上的運動，即前後運動、上下運動以及軸向旋轉運動。其中前後向的運動範圍最大: 約為上下方向的運動範圍的3倍。目前對於肩鎖關節各個方向上的運動角度的研究較少。
研究的重點集中於韌帶結構對肩鎖關節運動的限制作用上。對於鎖骨相對肩峰前後方向的旋轉運動的限制作用主要來自於肩鎖關節囊的前後部纖維。喙鎖韌帶，主要是錐狀韌帶限制了鎖骨相對肩峰的向上方的運動。實際上並沒有韌帶結構限制鎖骨向下方的運動。對於限制鎖骨的軸向旋轉運動的韌帶各家報道不同。
Rockwood等認為向後的軸向旋轉主要可使斜方韌帶緊張但同時錐狀韌帶和肩鎖韌帶複合體亦有作用。Fukuda等則從不同的韌帶結構對不同程度肩鎖關節移位的限制作用角度進行了研究。他提出，肩鎖韌帶主要可限制肩鎖關節輕度的移位，而喙肩韌帶對肩鎖關節較大的移位的限制作用更加明顯。從臨床上我們也能看到: 若肩鎖關節發生在X線上可以看出明顯脫位(>3度的肩鎖關節脫位),則此時錐狀韌帶必然受損。
鎖骨的運動
鎖骨潛在可達到的運動範圍超過在實際活動中所達到的運動範圍。在三維模型上準確描述鎖骨的運動是一件困難的事。在上肢上舉過程中，鎖骨的上舉最大可達30°，發生在上肢上舉至130°左右時。在上肢上舉的前40°時鎖骨相對肩峰前伸10°，此後至在上肢上舉達130°之前。
鎖骨並沒有進一步的前伸: 而若此後上肢繼續上舉至極限時: 鎖骨還有15-20的前伸。對於鎖骨軸向運動在上肢活動中的意義: 各家說法不同。但實際臨床的經驗更支援Rockwood和Green的觀點: 即在上肢上舉的整個過程中: 鎖骨相對於肩峰的軸向旋轉活動不超過10°,因此臨床上可以看到發生肩鎖關節骨性融合的患者其上肢上舉功能無明顯受限。對於上肢活動來說: 更重要的是發生在胸
鎖關節的鎖骨軸向旋轉運動，將鎖骨與喙突以螺釘固定並不會明顯影響肩關節的上舉活動: 但若胸鎖關節強直則上肢即不能上舉超過90°
肩關節運動
整個肩胛帶的活動範圍超過了人體上其它任何一個關節的活動度，上肢可外展上舉近180°: 內、外旋活動範圍加起來超過150°: 圍繞水平運動軸的前屈及後伸活動範圍加起來接近170°.這麼大的運動範圍是發生在胸鎖關節、肩鎖關節、盂肱關節及肩胛骨胸壁關節的運動範圍所綜合在一起達到的。其中主要的運動發生在盂肱關節和肩胛骨胸壁關節上，而在運動範圍的極限部分,胸鎖關節的運動也很重要。
1、靜息位：肩胛骨的靜息位是相對軀幹的冠狀面向前旋轉30°。另外從後方看，肩胛骨長軸相對於軀幹的長軸向上方旋轉3°。最後，從側方看，肩胛骨靜息時相對於軀幹的冠狀面前屈20°。肱骨頭靜息時位於肩盂的中心。肱骨頭及肱骨幹均位於肩胛骨平面內。肱骨頭關節面相對於肱骨幹有30°的後傾。
2、關節面及其指向：肱骨頭的關節面約佔整個球型的表面積的1/3,並呈120°的圓弧狀。相對肱骨幹長軸，肱骨頭關節面有45°的向上傾斜。相對於肱骨遠端兩髁之間的連線，肱骨頭關節面後傾30°。肩盂的形狀像一個反向的逗號。一般來說，肩盂關節面相對於肩胛骨內緣有約5°的向上傾斜，並且肩盂關節面相對於肩胛骨有平均7°左右的後傾。
3、 上肢上舉：肩關節最重要的功能為使上肢上舉，因此對目前這一動作有詳盡的研究。研究的重點在於，在上肢上舉的過程中，盂肱關節及肩胛胸壁關節各自的運動範圍有多大，也就是經常說到的肩胛骨、肱骨節律的問題。
Bergmann總結了前人的研究結果，認為在上舉的前30°內，盂肱關節的運動範圍佔較大比例，而在最後60°上舉活動中，盂肱關節和肩胛胸壁關節的運動度是基本相等的。最終，在整個上臂上舉的過程中，盂肱關節和肩胛胸壁關節的總運動角度的比例約為2:1。對於接受過非限制性全肩置換手術患者的研究表明，他們術後患肢上舉時，盂肱關節和肩胛胸壁關節運動比例變為1:2。
另外從側方看隨著上肢的上舉，肩胛骨相對於胸壁亦有前後方向的旋轉運動。在上舉的前90°內，肩胛骨相對於胸壁旋前約6°;在隨後的上肢繼續上舉的過程中，肩胛骨又向後旋轉16°。因此，在上肢極限上舉時，肩胛骨處於相對於靜息位向後旋轉10°的位置。
4、上肢外旋：實驗證明，在上肢極度上舉時必伴隨肱骨頭的外旋以使肱骨大結節能避開喙肩弓從而避免發生撞擊。另外上舉時肱骨的外旋運動還可放鬆盂肱關節下方的韌帶結構使上臂能達到最大限度的上舉。上肢可在不同位置上舉，因此我們對上肢上舉活動的描述需說明一方面此時上肢所在平面相對於肩胛骨平面之間的夾角L 另一方面還需明確在肢體上舉的平面內，上肢上舉所達到的角度。
Browne設計了實驗來說明在肩胛骨固定的模型上，上臂上舉時上舉角度與肱骨外旋角度的關係。他發現，上臂最大程度的上舉發生在肱骨活動平面位於肩胛骨平面前方23°時。肱骨在肩胛骨平面前方的任一角度的位置上舉時，均伴有肱骨幹的外旋。最大限度上舉時肱骨幹外旋達35°。而在肱骨幹內旋時上臂最大上舉位於肩胛骨平面後方20°-30°的平面內，且此時上臂上舉最大僅為115°。
5、旋轉中心：對肩關節運動的研究表明，盂肱關節旋轉中心位於肱骨頭幾何中心旁(6+2)mm 範圍內。這表明在盂肱關節旋轉過程中，肱骨頭的移位很小。在整個上臂上舉的過程中，肱骨頭僅向上移位約4mm。因此，若肱骨頭向上移位過大，可能意味著存在肩袖的缺損或肱二頭肌長頭腱的斷裂。上舉過程中肩胛骨的旋轉中心位於肩峰尖端。
6、相關臨床：上述生物力學知識對於指導臨床工作很有幫助。例如，根據肩胛骨與胸廓的相對位置， 我們在攝肩胛骨正側位片時，就應將患者的體位作出相應的調整，由於肩關節上舉總伴有肱骨的外旋，因此就可以解釋對於冰凍肩的患者，由於肩關節外旋明顯受限，結果造成上肢上舉的明顯受限。知道這些運動之間的相互伴隨的情況對於我們在術後指導患者的功能鍛鍊很有好處。
關節融合是解決肩關節問題的一種有效手段。融合位置的選擇對於患者術後的功能有極其重要的影響，目前最佳的融合位置尚有爭議。選擇的主要依據為肩胛胸壁關節的運動範圍以及日常生活所需肩關節運動範圍，肩胛胸壁關節的運動很好地解釋了那些冰凍肩及關節融合術後的患者其肩關節為何仍有一定的活動度。另外，肩胛胸壁關節的活動使三角肌在整個上肢上舉過程中均能保持適當的長度以發揮其最佳作用。
由於盂肱關節的旋轉中心很接近於肱骨頭的幾何中心，在盂肱關節旋轉時肱骨頭的移位很小，這就證實了目前所用的非限制型盂肱關節假體設計上的合理性。另外，對於肱骨頭和肩盂之間半徑的不匹配，最佳值似乎應為3-4mm,因為這樣就可以複製出正常關節在運動過程中肱骨頭的微小移位。
肩關節的穩定性
肩關節是全身活動範圍最大的關節,其穩定性主要依靠靜態穩定作用以及動態穩定作用來維持。
一、靜態穩定結構
靜態穩定結構主要包括軟組織、喙肩韌帶、盂肱韌帶、盂脣、關節囊以及關節面的相互接觸、肩胛骨的傾斜和關節內壓力。
1、關節因素：解剖上肱骨頭關節面有30°的後傾，這對於平衡關節周圍肌肉力量顯然是很有意義的。目前對於關節面的對應關係對關節的穩定程度影響的研究主要集中於肩盂側。一般認為，肩盂的大小、解剖形態對於關節的穩定性都很有意義。
這可以從肩盂發育不良的患者易出現複發性肩關節不穩定這一現象上得到證實。另一方面，盂脣對於擴大肩盂的面積，增加肩盂深度很有意義。在有盂脣存在的情況下， 肩盂的關節面的面積約佔肱骨頭關節面面積的1/3而去除盂脣這一比例則降至1/4。但對於盂脣組織能在多大程度上增加肩關節的穩定性仍有爭議。
肩盂關節面有5°的向上傾斜9,這與上部關節囊及盂肱上韌帶一起對防止肱骨頭向下方脫位有很大意義。
關節內壓力是另一個重要的穩定因素。試驗證明,正常的肩關節內總存在負壓,若這種負壓因關節囊被切開或空氣被泵入關節內而被抵消, 則肩關節極易發生向下方的半脫位。實際上關節內的負壓對保持肩關節多方向的穩定性均有重要作用,決不僅限於下方穩定。負壓的大小隨盂肱關節相對的位置、關節外的負荷等因素的變化而變化。研究表明,關節內負壓在上臂輕度上舉時最小而在上臂極度上舉時最大。
2、關節囊和韌帶組織的作用：肩關節囊的生物學組成與包括肘關節在內的全身其他關節的關節囊一致。試驗表明， 對於小於40歲的年輕人若要使肩關節脫位需2000N的外力，相比之下脫位肘關節所需外力為1500N。隨著患者年齡的增加所需外力下降，但這種下降的趨勢在肩關節更加明顯。
肩關節的關節囊很薄而且有很大的冗餘，這種關節囊的冗餘程度與遺傳相關: 每個人各不相同。因此: 每個人的關節的鬆弛程度不同，如果關節過於鬆弛則可能導致好發肩關節不穩定。肩關節的韌帶包括上部、中部、下部以及喙肱韌帶，這些結構由Flood在1892年首次加以詳細的描述。
3、喙肱韌帶：喙肱韌帶起自喙突基底的前外側部分成兩束: 一束編入關節囊: 另一束則止於肱骨大小結節。關於喙肱韌帶的作用有很大爭議，有研究認為在肩關節外旋時: 該韌帶緊張;另外喙肱韌帶還有抵抗肩關節向下方脫位的作用，但另外的研究卻呈現相反的結果。
另一種意見認為: 喙肱韌帶在肩關節外旋位時是重要的下方穩定結構: 但在中立或內旋位則不是。肩袖間隙是位於岡上肌和肩胛下肌之間的空隙，此處有關節囊覆蓋並由喙肱韌帶加強，試驗中試行將肩袖間隙關節囊及喙肱韌帶一併切斷: 會導致肩關節出現明顯的下方及後方不穩定，而僅切斷此處關節囊保留喙肱韌帶的話並不會出現下方不穩定。
4、肱上韌帶：盂肱上韌帶自肱二頭肌長頭自盂上結節的起點的前方發起: 止於肱骨小結節的基底的近端，該韌帶與向上傾斜的肩盂一起起到防止肱骨頭向下方脫位或半脫位的作用。
5、 盂肱中韌帶：盂肱中韌帶起自盂上結節和肩盂的上緣以及前上部盂脣向下外走行: 在肩胛下肌位於小結節的止點內側約2mm處編入肩胛下肌。該韌帶十分粗壯: 寬可達2cm: 厚可達4mm，它被認為是阻擋肱骨頭向前方脫位的重要結構。
當上肢外展、外旋時: 盂肱中韌帶緊張，選擇性切斷盂肱中韌帶時的確可以增加肱骨頭的移位程度: 但並未導致不穩定，因此盂肱中韌帶的確對防止肩關節前方不穩定起到一定作用: 但其本身並不足以解除在患肢外展外旋位時肱骨頭向前方的脫位。
最近的研究表明: 在上肢外展、外旋位時: 盂肱中韌帶在上肢處於較小的角度的外展時比較緊張; 外展90°時仍緊張; 而若外展角度繼續增大: 則盂肱中韌帶的緊張度會下降。在上肢中立位或內旋位時: 不管肢體外展角度如何: 其張力幾乎為零。
6、 盂肱下韌帶：幾乎整個前部的盂脣均為盂肱下韌帶的起點。該韌帶自起點發出後向外下方走行止於肱骨頭關節面的下緣以及解剖頸。O’Brien 經過對盂肱下韌帶的仔細研究: 將其前方特殊增厚的部分稱為前束: 而後方特殊增厚的部分稱為後束。
盂肱下韌帶在上臂位於外展、外旋位時對於維持肩關節前方穩定具有重要意義。另一方面: 在上臂屈曲、內旋位時: 盂肱下韌帶後束以及後、下部關節囊均為保持肩關節後方穩定的重要結構。對於盂肱下韌帶的重要作用的認識可以幫助我們解決許多臨床問題，臨床上常見的複發性肩關節前方不穩定其原因常常是盂肱下韌帶不完整所致。
總之: 肩關節囊及韌帶組織是肩關節周圍的重要靜態穩定結構。盂肱下韌帶又是其中最重要的部分。整個關節囊韌帶複合體作為一個整體: 通過協同的作用來保持肩關節的穩定性。
二、動態穩定結構
動態穩定結構主要包括肩袖、肱二頭肌及三角肌。肩關節周圍的肌肉在運動過程中收縮產生動態穩定作用。
其作用機制體現在四個方面:
1、肌肉本身的體積及張力。
2、肌肉收縮導致關節面之間壓力增高。
3、關節的運動可以間接使周圍靜態穩定結構拉緊。
4、收縮的肌肉本身有屏障作用。
1、肩袖：肩袖肌肉由於其本身的肌容積及張力: 即有助於保持肩關節的穩定性，肩胛下肌是肩關節前方重要的屏障: 以防止肱骨頭髮生向前方的脫位，而岡上肌、岡下肌及小圓肌對於維持肩關節後方的穩定性亦有很重要的作用。
另一方面: 許多學者認為肩袖肌肉主動收縮亦有助於肩關節的穩定性。有報道認為岡上肌是重要的下方穩定結構，而另外的研究則強調肩胛下肌為最重要的肩關節前方穩定結構。肌電圖檢查顯示肩胛下肌、岡下肌在肩關節上舉的中間範圍內均有明顯的收縮，而且對於肩關節前方不穩定的患者: 肌電圖檢查表明其岡上肌和肱二頭肌收縮活動均較正常人群活躍。但同時也有研究認為: 肩袖肌群的主動收縮並不能對肩關節穩定性有所幫助，因此目前在這方面仍存在爭議。
2、 肱二頭肌：肱二頭肌長頭腱被認為是可使肱骨頭下壓的重要結構。肩關節鏡下顯示當以電刺激肱二頭肌長頭腱時肱骨頭可被壓向肩盂內。在上臂外旋時肱二頭肌長頭腱作為肩關節的穩定作用最為明顯: 而內旋時其穩定作用最不明顯。
另外有學者報道: 肌電圖檢查表明那些存在肩關節前方不穩定的投擲運動員: 其肱二頭肌的收縮活動明顯增強: 顯示肱二頭肌有可能有穩定肩關節的作用，Itoi等的研究認為肱二頭肌長頭腱會在下方、前方及後方對肩關節起到穩定作用，長頭腱與短頭腱一起起到保持肩關節前方穩定的作用。
屍體研究表明:對於穩定的肩關節: 肱二頭肌的穩定作用的重要性與岡上肌、岡下肌及小圓肌的水平相當，但對於不穩定的肩關節: 肱二頭肌的穩定作用則更為顯著。
3、三角肌：目前對於三角肌對肩關節穩定性的作用研究較少，有報道認為三角肌並沒有明顯的穩定肩關節的作用。但也有研究認為: 三角肌的作用對應其不同的區域有高度的分化: 其前部及後部纖維對肩關節的穩定性有一定的幫助。
三、靜態、動態穩定結構之間的相互作用
靜態與動態穩定結構的作用並不是互不相關的。Blasier通過屍體試驗研究了兩者之間的關係，他認為在靜態穩定結構中盂肱韌帶及喙肱韌帶的作用相對更重要一些: 而在動態穩定結構中肩袖肌肉和肱二頭肌的作用更重要。當肱骨頭移位較小時動態穩定結構的作用更重要: 而當肱骨頭移位較大時: 靜態穩定結構的穩定作用更明顯。
關節囊韌帶組織可感知位置、運動以及牽拉，這些訊號經由靜態穩定結構通過反射弧傳至動態穩定結構，這被稱為本體感覺。Smith和Brunoli報告在複發性肩關節前脫位的患者中這種本體感覺被破壞。Murakami注意到當上臂屈曲90°時對其施以向後的力，這時在肌電圖上岡下肌的電位明顯增強。在人的喙肱韌帶、肩峰下滑囊、關節囊及盂脣組織上都發現了機械活動的感受器。Zuckerman對複發性肩關節前方不穩定的患者在術前、術後6個月、12個月分別檢測其雙側肩關節的本體感覺水平。
結果發現術前患側較健側本體感覺降低而在術後最終恢復到正常水平.Gaunche在試驗中刺激腋神經的前支和下支可使肱二頭肌和肩袖肌肉收縮而刺激腋神經的後支可使三角肌收縮。
從上述的各項研究中我們可以看出靜態穩定結構和動態穩定結構互相之間緊密相關,共同對任何不利於肩關節的運動或移位作出反應。
四、對於肩關節穩定性的小結
盂肱關節之所以有非常大的活動度得利於關節、關節囊、韌帶組織和動態穩定結構之間複雜的相互作用。盂肱韌帶系統主要防止肩關節過度的外旋，其下部的韌帶結構還是防止肩關節向前脫位的最重要的結構，肩袖、肱二頭肌和三角肌組成動態穩定結構，這些不同的穩機制之間通過本體感覺系統相互聯絡共同作用，以提高肩關節穩定性。
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