上楼与下楼，谁才是膝盖的“隐形杀手”？

体能的错觉VS力学的真相

上下楼场景图（图片来源：[1]）

日常生活中，你是否也有过这样的感觉：面对连绵不断的楼梯，上楼时气喘吁吁，大腿酸胀，每一步都显得格外沉重；而下楼时则十分轻松，重力似乎成了最好的助推器，几乎不费吹灰之力。

这种直观的身体反馈，让我们下意识地认为“累人”的上楼梯肯定比“轻松”的下楼梯更伤膝盖。

然而，让我们双腿灌铅、呼吸急促的“上楼”过程，反而对膝关节更为“仁慈”。而被视为省力模式的“下楼”，才是潜伏在关节深处的“隐形杀手”。

这背后的秘密，就藏在膝关节的结构设计与不同情况下的受力模式里。

阅前小贴士 为了表述严谨，我们需要区分两个概念：

• 膝盖：俗称，通常涵盖膝关节及周围软组织；

• 膝关节：解剖定义，特指由股骨、胫骨、髌骨以及半月板、韧带构成的复合关节结构。

拆解“人体底盘”：膝关节的机械原理

要弄明白“谁更伤膝”，我们首先得把膝关节拆解开，看看内部的“受力真相”。

膝关节结构简化（图片来源：[2]）

作为人体最大、最复杂的承重关节，膝关节在本质上是一个以“屈伸运动”为主兼具轻微的旋转自由度的铰链。其刚柔并济的结构，保证了它在长达几十年的使用寿命中能够应对数以万计的循环载荷。

01

股骨 & 胫骨——刚性传动杆

它们构成了关节的主体框架，也是直接承压单元。从结构力学角度看，它们就像两根对接的刚性连杆，负责承受并传递身体的轴向载荷，是整个系统的“主承重轴线”。

股骨、胫骨示意图（图片来源：[3]）

02

半月板——粘弹性缓冲垫片

半月板是夹在两根“主承重轴线”中间的纤维软骨，它是一种具有非线性粘弹性的生物材料。它起到了两个关键作用：一是增大接触面积以减小压强（P=F/S，压强=力/受力面积）；二是利用自身的微小形变吸收冲击能量，防止骨骼接触面发生脆性损伤。

03

韧带——限位拉索

交叉韧带与侧副韧带它们就像斜拉桥上的高强钢索，提供约束力，确保胫骨不会发生过度的前后位移或侧向滑动，防止关节在大负荷下发生“结构性失稳”。

膝关节韧带与半月板示意图（左图来源：[4]，右图：网络）

04

肌肉群——动力引擎：

大腿前侧的股四头肌、后侧的腘（guó）绳肌不仅是驱动肢体运动的马达，更是关节的动态稳定器。通过调整肌肉收缩产生的张力，他们能够形成对抗力矩，主动调节关节面的接触压力。

膝关节肌肉示意（图片来源：[2]）

膝关节如何应对不同场景？

在不同的场景下，膝关节所承受的关节反作用力差异惊人。

为了量化这种差异，生物力学中常用 BW(Body Weight，即体重) 作为标准计量单位。若将人体体重看作 1.0 BW，那么膝关节的承重数据如下：

平躺（待机模式）

载荷约为 0。此时关节腔内呈负压状态，软骨得到充分的休养。

平地行走（巡航模式）

动态载荷约为 1.5 BW~2.0 BW。对于健康的膝关节，属于可控的日常损耗。

那么，重点来了，上下楼梯的膝盖受力情况如何？

上楼梯过程中，随着膝关节屈曲角度增加，股四头肌强力收缩，关节面压力飙升至 3.0 BW~4.0 BW。

别被这看似吓人的 4.0 BW 劝退。上楼梯虽然载荷数值大，但属于“受控的稳定工况”。此时，股四头肌进行向心收缩，这种主动缩短的发力模式让肌肉成为了第一道防线，吸收了大部分应力。更关键的是上楼时的加载速率相对缓慢，这给了粘弹性的半月板充足的“流变时间”。根据 压强计算公式P=F/S，半月板能及时通过形变增大接触面积 S，将集中的接触应力均匀化，从而大幅降低了实际压强。

然而，下楼梯时的受力情况与上楼梯时截然不同，下楼时膝关节承受的载荷峰值可达 5.0 BW ~ 6.0 BW 甚至更高（取决于下楼速度）。

是的，你没看错，一个体重 70kg 的成年人，下楼时膝盖瞬间要承受 350kg - 400kg 的压力——相当于膝盖在这一瞬间，被迫背负了一架小型钢琴。之所以数值如此惊人，是因为下楼不再是把身体“抬”上去，而是每下一个台阶就要“急刹”一次。每一次落地，你的股四头肌都要充当“阻尼器”，通过被拉长来耗散下坠的动能。更要命的是，这一切发生在短短0.1~0.2秒内。这使得半月板的弹性缓冲能力会显著减弱，相当一部分冲击力无法被半月板有效吸收和分散，而是更直接地传递至关节面和骨头上。冲击力过大甚至会造成半月板扭伤。长期或剧烈的过度冲击，正是导致软骨磨损加速和半月板损伤的重要因素。

不同场景下膝盖受力大小（图片来源：作者绘制）

这就像机械结构遭遇 “冲击载荷” 与 “静载荷” 的区别：上楼梯是缓慢施加的静载荷，结构有充足时间适应；下楼梯是瞬间作用的冲击载荷，膝关节容易因 “应力集中” 出现损伤。这也是为什么资深驴友下山必撑登山杖，而健身房的爬楼机只设“上行模式”。这些源于经验的身体直觉，恰恰与力学原理不谋而合。

你的肺可能觉得上楼累，但你的膝盖肯定觉得下楼疼。所以，如果条件允许，“徒步上楼练心肺，乘梯下楼保膝盖”或许才是最科学的锻炼策略。如果不得不走路下楼，记得下楼时慢一点。

你的膝盖在这个冬天保养得还好吗？欢迎在评论区分享你的日常护膝心得。

参考文献

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/0y5dz8l-kGJkMGur3BZ2iw

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/InF2YWGwsMoHhQ4OE4flCQ

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/Rrp2OCtjO86hdLRSoIz_yQ

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/InF2YWGwsMoHhQ4OE4flCQ

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/pAtlI7ZPmU0_shexjMEBOQ

来源：力学科普

编辑：ThymolBlue

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