髕股疼痛綜合征的解剖學研究進展

張日鵬 劉曉晨 李金松

髕股疼痛綜合征(patellofemoral pain syndrome, PFPS)是一種常見的勞損性疾病，累及髕股關節區，常表現為膝前部疼痛，是臨床常見且診斷困難的疾病。本病好發于青少年，患病率20%～40%，由它引發的膝前痛患者占骨科門診就診患者總數的10%。PFPS是由內部解剖因素和外部環境因素共同導致的，如髕前皮下脂肪組織厚度改變、髕股支持帶結構改變、滑膜組織帶發育異常、供養血管早期退變、傷害性神經增殖、髕骨發育不良、髕股吻合關系不良、股骨滑車發育不良和股骨遠端畸形等。PFPS與髕骨軟化癥、骨關節炎是髕股關節病在不同階段的具體描述，PFPS雖為良性病變，但已被證實會發展為骨性關節炎，嚴重影響患者的健康和生活質量。目前，PFPS的解剖學發病機制尚不清楚，未發現絕對優勢的療法，且與具有致殘性特征的膝關節骨性關節炎關系密切。因此，對臨床診斷與治療提出了挑戰，本文從軟組織及骨性結構兩大方面對PFPS發生的解剖學研究進展進行綜述，以期對臨床診斷工作提供幫助。

1 軟組織因素

1.1 髕前皮下脂肪組織厚度及髕股關節支持帶結構 Resorlu等運用磁共振成像技術(magnetic resonance imaging，MRI)對92例PFPS患者和108例健康者的髕前皮下脂肪組織厚度進行檢查，結果顯示，PFPS患者組髕前皮下脂肪組織平均厚度為(6.27±2.97)mm，而健康患者組為(5.33±1.38)mm，PFPS組較健康組髕前皮下脂肪更厚，且通過logistic回歸分析得出，PFPS與髕前皮下脂肪厚度有顯著相關性。因此，髕前皮下脂肪厚度改變可直接反映PFPS的程度。且有研究進一步證實，肥胖可導致髕前皮下脂肪厚度增加。因此，肥胖人群患PFPS的可能性更高。

髕股關節支持帶是髕股關節的重要穩定結構。Lack等通過B超技術測量了32例患者在距髕骨邊緣0.5、1和1.5 cm處的髕股關節內側和外側支持帶厚度，結果顯示PFPS患者組的3個被測量的內側支持帶點、外側支持帶點的厚度存在顯著差異；PFPS患者組的支持帶厚度較對照組厚。髕股關節的穩定有賴于髕股關節支持帶的保護，相反，髕股關節支持帶內的結構改變則是髕股關節失穩和腫痛癥狀持續發展的重要生理病理學基礎。且研究證明，PFPS的發生與髕股關節支持帶結構改變(纖維化)密切相關。因此，臨床醫師可通過B超技術對膝前痛患者進行髕前皮下脂肪厚度以及髕股關節支持帶厚度測量，完善PFPS的臨床診斷，對于已存在支持帶纖維化改變的PFPS患者，在臨床治療與干預上，及時發現引起支持帶纖維化改變的原因，例如外傷、勞損、發育不良等，通過限制活動量，增加股四頭肌肌力，往往可以早期消除疼痛，減緩關節炎進程。

1.2 滑膜組織帶及膝關節供養血管 髕下脂肪墊(infrapatellar fat pad，IFP)與膝關節滑膜在髕骨近端形成一條連續的滑膜組織帶，滑膜組織帶的形態異常可以導致髕股關節力學的改變，從而使髕骨軟骨磨損，髕骨軟骨厚度減少，繼而導致髕股關節病理性的惡性循環；滑膜組織帶分布異常和厚度增加，髕股關節局部應力增加，導致軟骨厚度減少，軟骨應力增加，使得軟骨厚度進一步減少，最終引發髕股關節骨關節炎。已有研究顯示，有股骨骨贅患者的膝關節IFP的平均體積為24.6 mL，無股骨骨贅的膝關節IFP的平均體積為28.1 mL，有髕骨骨贅患者的IFP平均體積為24.6 mL，無髕骨骨贅生長者的IFP平均體積為27.9 mL。骨贅是關節炎的產物，既是保護性結構，也是刺激性因素，PFPS的結局是髕股關節骨關節炎，因此，滑膜組織帶形態異常與PFPS的發生發展密不可分。在臨床診療過程中，通過MRI技術觀察滑膜組織帶的形態變化，有助于臨床醫師完善PFPS的診斷。

目前普遍認為，PFPS的發生與幼年時由于各種原因傷及股骨髁部血管網有關。Ellermann等通過血管成像技術對22例不同年齡段的兒童尸體的股骨遠端血管網進行研究，結果發現1～3歲時，股骨內側髁和外側髁區域的中心和外周的血管網密度比、骨骼密度比均下降，隨著骨化中心向髁間切跡的發展，中央血管網在3歲時已經明顯退化，并且在大約4歲時完全消失；隨著年齡的增長，外周血管網也隨之退化，在10歲時基本消失。由此可以推測，股骨髁部血管網在幼年期被中斷可能導致股骨髁部發育不良，引發PFPS。因此，在以膝前痛就診的患者中，追溯幼年期病史，對PFPS的確診有臨床指導意義。

1.3 神經 Sanchis-Alfonso等通過對13例PFPS患者和8例無PFPS患者的神經標志物(P物質、S-100蛋白、神經絲蛋白和神經生長因子)進行比較發現，PFPS患者組的神經標志物在內、外側支持帶均增加，以外側為主，表明PFPS患者的內、外側支持帶存在過度神經支配。有文獻報道，通過免疫組織化學和免疫印跡法對7例PFPS患者側支持帶評估顯示，以疼痛為主要癥狀的4例患者均有神經生長因子(nerve growth factor，NGF)表達，NGF在軸突神經纖維的雪旺細胞胞漿和動脈血管的肌壁中呈顆粒狀分布；以髕股關節不穩為主要癥狀的3例患者NGF免疫反應性降低甚至消失；髕股疼痛患者的NGF的長形前體部位有一條較粗的條帶，而髕股關節不穩的患者則表現為缺失或纖細。另有研究發現，過度支配的神經是由有髓鞘的和無髓鞘的神經纖維組成，這些神經纖維的傷害性成分占主導地位。因此，傷害性神經增殖是PFPS發展的重要解剖學及生理病理學基礎。臨床診療過程中，對不明原因，無法確診的膝前痛患者，可通過對支持帶的免疫組織化學法和免疫印跡法測定是否存在傷害性神經增殖，進而完善診斷。對于傷害性神經增殖的患者，應用神經誘導類藥物如白細胞介素-12p40等進行治療可能至關重要。

2 膝關節骨性結構因素

2.1 髕骨發育不良和髕股吻合關系不良 Smith等通過MRI對20例患有PFPS的青春期女性和20名健康對照者的髕股形態數據進行分析，結果發現，PFPS組的平均髕骨體積更大，PFPS組的髕股關節容積比、髕骨寬度更大而股骨滑車寬度更小；在膝關節完全伸直過程中，相比對照組，PFPS組的髕骨相對股骨滑車橫向移動3 mm。髕股關節的不契合增加了髕股關節軟骨的機械應力，隨時間延長而髕股疼痛逐漸明顯。因此，臨床診療中，膝關節MRI測量髕股形態數據，對完善PFPS診斷有重要價值。

高位髕骨(patella alta，PA)的測量普遍使用Insall-Salvati指數和Caton-Deschamps指數，PA與PFPS的聯系性則使用Kappa指數。Mendes等通過對93例PFPS患者的髕骨高度進行分析，結果顯示，PA患者30例(32.4%)，髕骨高度正常者60例(64.4%)，髕骨高度低者3例(3.2%)，同時得出PFPS與髕骨高度呈弱相關。由此可以揭示，高位髕骨是PFPS的低風險因素。Aksahin等通過MRI對51例PFPS患者和51例對照者的髕骨-髕腱角評估髕股關節矢狀位吻合關系，結果發現，PFPS組的平均髕骨-髕腱角(142.1°±3.6°)顯著低于對照組(144.5°±5.3°)，表明PFPS患者存在髕股關節矢狀位的偏移。髕股關節矢狀位的偏移可以使髕股關節應力分布不均，局部超生理負荷，從而引發疼痛。

目前，髕股關節吻合度對髕股疼痛的影響尚不明晰。雖然髕股關節相關的影像學參數的增加和減少都可能導致疼痛，但無直接的線性相關性。筆者在臨床診療中發現，影像學上吻合度差的髕股關節可以是無痛的，相反，影像學上吻合度良好的髕股關節會有膝前痛的發生，PFPS可能是由髕股壓力以外的機制引起的。且有研究證實，有無PFPS的老年人在髕股形態上未發現差異。因此，髕股關節的影像學參數的改變，不能完全用來指導臨床工作。髕骨是組成髕股關節的重要結構，有研究證明，髕骨形態和髕股關節的吻合度有很強的相關性，但它們與臨床結果無關。盡管有研究已證明髕骨高度與PFPS發生相關性不強，但應警惕影像學表現為高位髕骨的患者，作為PFPS的低風險因素，臨床診療中不應忽視。

2.2 股骨滑車發育不良及股骨遠端畸形 Brown等通過在自行研制的膝關節模擬器上對7個人膝關節標本進行運動學測試，利用超聲運動捕捉系統采集膝關節屈伸活動中股四頭肌的3種不同力分布的數據，結果顯示，不同的股四頭肌負荷條件下對髕骨的中外側移位影響很小(最大差異：外側移動1.5 mm，內側移動0.9 mm)，而對髕股壓力中心的中外側移位有顯著影響(髕骨內旋最大至+1.7°，側向傾斜最大至+3.8°)。表明滑車溝的形態和韌帶結構為髕骨在不同負荷股四頭肌肌力下也能穩定運動提供了保障。在臨床診療工作中，發現正常髕股關節形態下的PFPS患者存在異常的髕骨外側移位的情況，應予以重視，它可能是由于滑車溝韌帶發育不良的結果，進行充分的影像學分析與臨床評估，可完善PFPS診斷。

股骨遠端畸形被證實是PFPS的危險因素之一。Louis等研究發現，PFPS的發生與股骨遠端旋轉障礙有關，特別是股骨干發生骨折后，通過對8例單側股骨骨折合并股骨旋轉不良患者的髕股關節進行影像學參數分析發現，髕骨位置和關節一致性在髕股外側角和適合角上存在顯著差異，PFPS組和對照組的側向髕股角平均值分別為16.1°和23.6°，滑車溝角的平均值分別為123.6°和120°，髕骨傾斜角的平均值為15.6°和21.6°，對分偏移量平均值分別為71.0%和70.1%，髕股適合角平均值為-4.9°和11.9°，股骨前傾角平均值為10.1°和13.6°。臨床數據表明PFPS與股骨遠端畸形相關，股骨干骨折后引發股骨遠端畸形，下肢力學軸線也隨之偏移，機械負荷集中于局部關節軟骨，是PFPS發生的重要病因。因此，在對股骨干骨折患者進行手術過程中應盡可能恢復股骨干的對位、對線、長度，避免發生術后股骨遠端旋轉畸形。對術后早期患者的診療工作中，應高度重視是否存在股骨遠端旋轉問題，若存在，可通過延長外固定時間給予糾正。

3 不足與展望

綜上所述，本文從髕前皮下脂肪厚度、髕骨支持帶、滑膜組織帶、供養血管、神經、髕骨結構、髕股關節結構、股骨滑車結構、股骨遠端結構等方面綜述了其與PFPS發生、發展的關系，從解剖學角度分析了PFPS發生的生理、病理機制，但PFPS的發生是環境因素與解剖差異共同作用的結果，涉及復雜的生理病理變化，具體的發病機制尚不完全清楚。雖然本文從膝關節周圍解剖的角度對PFPS的發病機制進行了總結，但尚不全面，不論是髕股關節整體解剖還是細化到膝關節供養血管、神經的研究都有其局限性，對其中復雜的生理病理變化不能完全詳盡，未來需要更大樣本、更多人種，甚至基因層面的廣泛研究，可以采取國際間多中心合作的方式并將研究方法與不斷進步的科學技術相結合，以得出更準確的結論，從而為PFPS的診斷和治療提供理論依據。