髌股疼痛综合征的解剖学研究进展

张日鹏 刘晓晨 李金松

髌股疼痛综合征(patellofemoral pain syndrome, PFPS)是一种常见的劳损性疾病，累及髌股关节区，常表现为膝前部疼痛，是临床常见且诊断困难的疾病。本病好发于青少年，患病率20%～40%，由它引发的膝前痛患者占骨科门诊就诊患者总数的10%。PFPS是由内部解剖因素和外部环境因素共同导致的，如髌前皮下脂肪组织厚度改变、髌股支持带结构改变、滑膜组织带发育异常、供养血管早期退变、伤害性神经增殖、髌骨发育不良、髌股吻合关系不良、股骨滑车发育不良和股骨远端畸形等。PFPS与髌骨软化症、骨关节炎是髌股关节病在不同阶段的具体描述，PFPS虽为良性病变，但已被证实会发展为骨性关节炎，严重影响患者的健康和生活质量。目前，PFPS的解剖学发病机制尚不清楚，未发现绝对优势的疗法，且与具有致残性特征的膝关节骨性关节炎关系密切。因此，对临床诊断与治疗提出了挑战，本文从软组织及骨性结构两大方面对PFPS发生的解剖学研究进展进行综述，以期对临床诊断工作提供帮助。

1 软组织因素

1.1 髌前皮下脂肪组织厚度及髌股关节支持带结构 Resorlu等运用磁共振成像技术(magnetic resonance imaging，MRI)对92例PFPS患者和108例健康者的髌前皮下脂肪组织厚度进行检查，结果显示，PFPS患者组髌前皮下脂肪组织平均厚度为(6.27±2.97)mm，而健康患者组为(5.33±1.38)mm，PFPS组较健康组髌前皮下脂肪更厚，且通过logistic回归分析得出，PFPS与髌前皮下脂肪厚度有显著相关性。因此，髌前皮下脂肪厚度改变可直接反映PFPS的程度。且有研究进一步证实，肥胖可导致髌前皮下脂肪厚度增加。因此，肥胖人群患PFPS的可能性更高。

髌股关节支持带是髌股关节的重要稳定结构。Lack等通过B超技术测量了32例患者在距髌骨边缘0.5、1和1.5 cm处的髌股关节内侧和外侧支持带厚度，结果显示PFPS患者组的3个被测量的内侧支持带点、外侧支持带点的厚度存在显著差异；PFPS患者组的支持带厚度较对照组厚。髌股关节的稳定有赖于髌股关节支持带的保护，相反，髌股关节支持带内的结构改变则是髌股关节失稳和肿痛症状持续发展的重要生理病理学基础。且研究证明，PFPS的发生与髌股关节支持带结构改变(纤维化)密切相关。因此，临床医师可通过B超技术对膝前痛患者进行髌前皮下脂肪厚度以及髌股关节支持带厚度测量，完善PFPS的临床诊断，对于已存在支持带纤维化改变的PFPS患者，在临床治疗与干预上，及时发现引起支持带纤维化改变的原因，例如外伤、劳损、发育不良等，通过限制活动量，增加股四头肌肌力，往往可以早期消除疼痛，减缓关节炎进程。

1.2 滑膜组织带及膝关节供养血管 髌下脂肪垫(infrapatellar fat pad，IFP)与膝关节滑膜在髌骨近端形成一条连续的滑膜组织带，滑膜组织带的形态异常可以导致髌股关节力学的改变，从而使髌骨软骨磨损，髌骨软骨厚度减少，继而导致髌股关节病理性的恶性循环；滑膜组织带分布异常和厚度增加，髌股关节局部应力增加，导致软骨厚度减少，软骨应力增加，使得软骨厚度进一步减少，最终引发髌股关节骨关节炎。已有研究显示，有股骨骨赘患者的膝关节IFP的平均体积为24.6 mL，无股骨骨赘的膝关节IFP的平均体积为28.1 mL，有髌骨骨赘患者的IFP平均体积为24.6 mL，无髌骨骨赘生长者的IFP平均体积为27.9 mL。骨赘是关节炎的产物，既是保护性结构，也是刺激性因素，PFPS的结局是髌股关节骨关节炎，因此，滑膜组织带形态异常与PFPS的发生发展密不可分。在临床诊疗过程中，通过MRI技术观察滑膜组织带的形态变化，有助于临床医师完善PFPS的诊断。

目前普遍认为，PFPS的发生与幼年时由于各种原因伤及股骨髁部血管网有关。Ellermann等通过血管成像技术对22例不同年龄段的儿童尸体的股骨远端血管网进行研究，结果发现1～3岁时，股骨内侧髁和外侧髁区域的中心和外周的血管网密度比、骨骼密度比均下降，随着骨化中心向髁间切迹的发展，中央血管网在3岁时已经明显退化，并且在大约4岁时完全消失；随着年龄的增长，外周血管网也随之退化，在10岁时基本消失。由此可以推测，股骨髁部血管网在幼年期被中断可能导致股骨髁部发育不良，引发PFPS。因此，在以膝前痛就诊的患者中，追溯幼年期病史，对PFPS的确诊有临床指导意义。

1.3 神经 Sanchis-Alfonso等通过对13例PFPS患者和8例无PFPS患者的神经标志物(P物质、S-100蛋白、神经丝蛋白和神经生长因子)进行比较发现，PFPS患者组的神经标志物在内、外侧支持带均增加，以外侧为主，表明PFPS患者的内、外侧支持带存在过度神经支配。有文献报道，通过免疫组织化学和免疫印迹法对7例PFPS患者侧支持带评估显示，以疼痛为主要症状的4例患者均有神经生长因子(nerve growth factor，NGF)表达，NGF在轴突神经纤维的雪旺细胞胞浆和动脉血管的肌壁中呈颗粒状分布；以髌股关节不稳为主要症状的3例患者NGF免疫反应性降低甚至消失；髌股疼痛患者的NGF的长形前体部位有一条较粗的条带，而髌股关节不稳的患者则表现为缺失或纤细。另有研究发现，过度支配的神经是由有髓鞘的和无髓鞘的神经纤维组成，这些神经纤维的伤害性成分占主导地位。因此，伤害性神经增殖是PFPS发展的重要解剖学及生理病理学基础。临床诊疗过程中，对不明原因，无法确诊的膝前痛患者，可通过对支持带的免疫组织化学法和免疫印迹法测定是否存在伤害性神经增殖，进而完善诊断。对于伤害性神经增殖的患者，应用神经诱导类药物如白细胞介素-12p40等进行治疗可能至关重要。

2 膝关节骨性结构因素

2.1 髌骨发育不良和髌股吻合关系不良 Smith等通过MRI对20例患有PFPS的青春期女性和20名健康对照者的髌股形态数据进行分析，结果发现，PFPS组的平均髌骨体积更大，PFPS组的髌股关节容积比、髌骨宽度更大而股骨滑车宽度更小；在膝关节完全伸直过程中，相比对照组，PFPS组的髌骨相对股骨滑车横向移动3 mm。髌股关节的不契合增加了髌股关节软骨的机械应力，随时间延长而髌股疼痛逐渐明显。因此，临床诊疗中，膝关节MRI测量髌股形态数据，对完善PFPS诊断有重要价值。

高位髌骨(patella alta，PA)的测量普遍使用Insall-Salvati指数和Caton-Deschamps指数，PA与PFPS的联系性则使用Kappa指数。Mendes等通过对93例PFPS患者的髌骨高度进行分析，结果显示，PA患者30例(32.4%)，髌骨高度正常者60例(64.4%)，髌骨高度低者3例(3.2%)，同时得出PFPS与髌骨高度呈弱相关。由此可以揭示，高位髌骨是PFPS的低风险因素。Aksahin等通过MRI对51例PFPS患者和51例对照者的髌骨-髌腱角评估髌股关节矢状位吻合关系，结果发现，PFPS组的平均髌骨-髌腱角(142.1°±3.6°)显著低于对照组(144.5°±5.3°)，表明PFPS患者存在髌股关节矢状位的偏移。髌股关节矢状位的偏移可以使髌股关节应力分布不均，局部超生理负荷，从而引发疼痛。

目前，髌股关节吻合度对髌股疼痛的影响尚不明晰。虽然髌股关节相关的影像学参数的增加和减少都可能导致疼痛，但无直接的线性相关性。笔者在临床诊疗中发现，影像学上吻合度差的髌股关节可以是无痛的，相反，影像学上吻合度良好的髌股关节会有膝前痛的发生，PFPS可能是由髌股压力以外的机制引起的。且有研究证实，有无PFPS的老年人在髌股形态上未发现差异。因此，髌股关节的影像学参数的改变，不能完全用来指导临床工作。髌骨是组成髌股关节的重要结构，有研究证明，髌骨形态和髌股关节的吻合度有很强的相关性，但它们与临床结果无关。尽管有研究已证明髌骨高度与PFPS发生相关性不强，但应警惕影像学表现为高位髌骨的患者，作为PFPS的低风险因素，临床诊疗中不应忽视。

2.2 股骨滑车发育不良及股骨远端畸形 Brown等通过在自行研制的膝关节模拟器上对7个人膝关节标本进行运动学测试，利用超声运动捕捉系统采集膝关节屈伸活动中股四头肌的3种不同力分布的数据，结果显示，不同的股四头肌负荷条件下对髌骨的中外侧移位影响很小(最大差异：外侧移动1.5 mm，内侧移动0.9 mm)，而对髌股压力中心的中外侧移位有显著影响(髌骨内旋最大至+1.7°，侧向倾斜最大至+3.8°)。表明滑车沟的形态和韧带结构为髌骨在不同负荷股四头肌肌力下也能稳定运动提供了保障。在临床诊疗工作中，发现正常髌股关节形态下的PFPS患者存在异常的髌骨外侧移位的情况，应予以重视，它可能是由于滑车沟韧带发育不良的结果，进行充分的影像学分析与临床评估，可完善PFPS诊断。

股骨远端畸形被证实是PFPS的危险因素之一。Louis等研究发现，PFPS的发生与股骨远端旋转障碍有关，特别是股骨干发生骨折后，通过对8例单侧股骨骨折合并股骨旋转不良患者的髌股关节进行影像学参数分析发现，髌骨位置和关节一致性在髌股外侧角和适合角上存在显著差异，PFPS组和对照组的侧向髌股角平均值分别为16.1°和23.6°，滑车沟角的平均值分别为123.6°和120°，髌骨倾斜角的平均值为15.6°和21.6°，对分偏移量平均值分别为71.0%和70.1%，髌股适合角平均值为-4.9°和11.9°，股骨前倾角平均值为10.1°和13.6°。临床数据表明PFPS与股骨远端畸形相关，股骨干骨折后引发股骨远端畸形，下肢力学轴线也随之偏移，机械负荷集中于局部关节软骨，是PFPS发生的重要病因。因此，在对股骨干骨折患者进行手术过程中应尽可能恢复股骨干的对位、对线、长度，避免发生术后股骨远端旋转畸形。对术后早期患者的诊疗工作中，应高度重视是否存在股骨远端旋转问题，若存在，可通过延长外固定时间给予纠正。

3 不足与展望

综上所述，本文从髌前皮下脂肪厚度、髌骨支持带、滑膜组织带、供养血管、神经、髌骨结构、髌股关节结构、股骨滑车结构、股骨远端结构等方面综述了其与PFPS发生、发展的关系，从解剖学角度分析了PFPS发生的生理、病理机制，但PFPS的发生是环境因素与解剖差异共同作用的结果，涉及复杂的生理病理变化，具体的发病机制尚不完全清楚。虽然本文从膝关节周围解剖的角度对PFPS的发病机制进行了总结，但尚不全面，不论是髌股关节整体解剖还是细化到膝关节供养血管、神经的研究都有其局限性，对其中复杂的生理病理变化不能完全详尽，未来需要更大样本、更多人种，甚至基因层面的广泛研究，可以采取国际间多中心合作的方式并将研究方法与不断进步的科学技术相结合，以得出更准确的结论，从而为PFPS的诊断和治疗提供理论依据。