?膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷隨人體的運(yùn)動(dòng)和步態(tài)方式有很大的變化，膝關(guān)節(jié)站立位的靜態(tài)受力(雙足著地)為體重的0.43倍，而行走時(shí)可達(dá)體重的3.02倍，上樓時(shí)則可達(dá)到4.25倍。正常膝關(guān)節(jié)作用力的傳遞借助于半月板和關(guān)節(jié)軟骨的蠕變使脛股之間的接觸面增大，從而減少了單位面積的力負(fù)荷。在冠狀面上，當(dāng)一足站立時(shí)，人體的重力沿垂直重心線傳遞并經(jīng)過(guò)膝關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)。這一重力作用使股骨傾向脛骨內(nèi)側(cè)髁。此時(shí)，闊筋膜張肌和臀大肌通過(guò)髂脛束靠外側(cè)力來(lái)保持平衡，這些力的和代表膝關(guān)節(jié)在此面上的總的支持力，其合力則是經(jīng)過(guò)膝關(guān)節(jié)中心。

膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)模式并非一個(gè)簡(jiǎn)單的屈伸運(yùn)動(dòng)，而是一個(gè)兼有屈伸、滾動(dòng)、滑動(dòng)、側(cè)移和軸位旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜的多自由度的運(yùn)動(dòng)模式。在矢狀面，膝關(guān)節(jié)的伸屈運(yùn)動(dòng)并非圍繞著同一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心，而是根據(jù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程產(chǎn)生多個(gè)瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心。當(dāng)接觸面的質(zhì)點(diǎn)速度方向切于關(guān)節(jié)面時(shí)，運(yùn)動(dòng)的阻力最小，并可在根據(jù)接觸面的垂線上求出瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心，如瞬時(shí)中心不在此線上，膝關(guān)節(jié)將出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在正常的膝關(guān)節(jié)上，任何瞬時(shí)中心的速度方向?qū)⑶杏陉P(guān)節(jié)接觸面，在膝關(guān)節(jié)由伸而屈的過(guò)程中，連續(xù)標(biāo)出每個(gè)運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心，則會(huì)在股骨髁上形成一個(gè)“J”形軌跡。

正常脛股關(guān)節(jié)間力的傳遞和應(yīng)力分布與正常的半月板和關(guān)節(jié)軟骨的功能密切相關(guān)。在膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和受力相中，由于半月板隨著關(guān)節(jié)活動(dòng)的相對(duì)位移，以及具有粘彈特性的正常半月板和關(guān)節(jié)軟骨組織的應(yīng)變，使關(guān)節(jié)間的壓強(qiáng)變化趨于緩和。此外，膝關(guān)節(jié)在水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是以?xún)?nèi)側(cè)髁為中心，這種旋轉(zhuǎn)方式使得膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙易于發(fā)生退變，這也是膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎病變往往以?xún)?nèi)側(cè)間隙為重，甚至出現(xiàn)典型的內(nèi)側(cè)單腔室骨關(guān)節(jié)炎和膝內(nèi)翻畸形。

髕股關(guān)節(jié)是參與膝關(guān)節(jié)伸屈運(yùn)動(dòng)的重要結(jié)構(gòu)，在膝關(guān)節(jié)活動(dòng)中有著特殊的章義。髂骨除了傳遞股四頭肌的拉力和承受髕韌帶的張力以外，其關(guān)節(jié)面本身在膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)時(shí)承受的應(yīng)力和關(guān)節(jié)面上的應(yīng)力分布是髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究的重點(diǎn)。髕骨的外側(cè)傾斜和外側(cè)移位是髕股對(duì)線異常的主要存在形式，其原因可能包括股骨髁的發(fā)育異常、髕骨發(fā)育異常及高位髕骨、膝外翻和Q角異常增大、內(nèi)側(cè)支持帶松弛、外側(cè)支持帶攣縮等多種因素。

髕骨外位實(shí)際上是程度不同的髕骨半脫位，在伸直位時(shí)，髕骨很容易向外側(cè)推動(dòng)，在屈膝20°時(shí)，可發(fā)現(xiàn)髕骨中央嵴與滑車(chē)凹的最低點(diǎn)不呈對(duì)應(yīng)關(guān)系而向外側(cè)移位，其移位的程度對(duì)評(píng)價(jià)髕骨半脫位很有意義。因此，在屈膝20°～30°度時(shí)對(duì)髕股對(duì)線關(guān)系的評(píng)價(jià)是關(guān)節(jié)檢查中對(duì)髕股異常對(duì)線診斷的關(guān)鍵。髕股異常對(duì)線的直接結(jié)果是導(dǎo)致關(guān)節(jié)面應(yīng)力或稱(chēng)髕股接觸壓的分布異常。一方面，關(guān)節(jié)面局部的應(yīng)力集中可致關(guān)節(jié)軟骨的病損，另一方面，關(guān)節(jié)面的接觸壓降低和失去接觸也會(huì)導(dǎo)致軟骨的退變。由于軟骨面的退變導(dǎo)致的軟骨厚度的喪失還可導(dǎo)致正常軟骨面的應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致整個(gè)軟骨病損的擴(kuò)展。據(jù)此，可以認(rèn)為髕股對(duì)線異常所致髕股接觸壓的分布不均是導(dǎo)致軟骨病變的潛在病因。同樣，髕股對(duì)線異常也是導(dǎo)致TKA術(shù)后髕骨并發(fā)癥的主要原因。

髂骨關(guān)節(jié)面上的應(yīng)力分布不均是產(chǎn)生髕股關(guān)節(jié)面軟骨退變的直接原因。在正常的生理情況下，膝關(guān)節(jié)由伸而屈至90°的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，髕股接觸壓逐漸加大，而超過(guò)90°后又逐漸減小。由于正常髕股關(guān)節(jié)的接觸面隨髕股接觸壓的增加而增大，因而，作用于髕股關(guān)節(jié)面的應(yīng)力得以分散，其壓強(qiáng)的變化不大。在膝關(guān)節(jié)置換時(shí)，髂骨與股骨滑車(chē)的在不同位相上的匹配度是假體設(shè)計(jì)上的重要指標(biāo)，通過(guò)合理的假體設(shè)計(jì)、髕骨內(nèi)置和股骨假體的外旋位安裝可使髕骨假體更容易與滑車(chē)相匹配。

由于前述膝關(guān)節(jié)的骨性結(jié)構(gòu)、半月板，關(guān)節(jié)囊及附屬韌帶結(jié)構(gòu)的共同作用，膝關(guān)節(jié)可以保持靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性。膝關(guān)節(jié)在完全伸直位，關(guān)節(jié)將發(fā)生扣鎖，而獲得最大的關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，這是因?yàn)橄ヌ幱谕耆熘蔽粫r(shí)，股骨在脛骨上向內(nèi)旋轉(zhuǎn)；而于過(guò)度屈曲位時(shí)，股骨則向外旋轉(zhuǎn)，此時(shí)將通過(guò)關(guān)節(jié)面的咬合和交叉韌帶的制導(dǎo)作用增加關(guān)節(jié)的穩(wěn)定。