髌股关节稳定机制的解剖学及生物力学研究现状
髌股关节稳定机制的解剖学及生物力学研究现状
梁兴森１，余正红２，李义凯１
（１．南方医科大学中医药学院骨伤推拿教研室；２．南方医科大学临床解剖学研究所，广东
广州
５１０５１５）
摘要：临床上常见的膝前痛、髌骨软骨软化症及全膝关节置换术后出现的髌骨不稳等多与髌股关节的失稳或者轨迹异常有关，治疗此类疾病的关键就是要维持髌股关节的稳定性。近年来，国内外对髌股关节的稳定机制做了一些研究，从大体解剖学观测及髌股接触面积和髌骨运动轨迹的生物力学等方面做了一些探讨，本文主要从解剖学及生物力学方面对近年来髌股关节稳定机制的研究进展作一综述。
关键词：髌骨；髌股关节；解剖；生物力学中图分类号：Ｒ６８４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－７２３４（２００８）０３－０２４８－０３
?文献综述?
收稿日期：２００７－０８－１６；修订日期：２００８－０１－１７作者简介：梁兴森（１９８２－），男，河南籍，研究生在读研究方向：中西医结合骨伤科的基础研究与临床方向．通讯作者：李义凯电话：０２０－６１６４８２５５
电子邮箱：ｏｒｔｈｏ＠ｆｉｍｍｕ．ｃｏｍ；ｌｉｙｉｋａｉ８８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ
膝关节的解剖学研究发现，髌骨与股骨髌面的关系密切，构成了髌股关节的主要组成部分。生物力学研究也发现，由于膝关节Ｑ角［１］存在，髌骨有向外脱位的倾向，临床上常见的膝前痛、髌骨半脱位等疾病的发生与髌股关节的失稳或者轨迹异常有关，髌股轨迹异常进而可形成应力分布改变，最终导致髌骨软骨退化［２－４］。近年来，国内外全膝关节置换术
（ＴＫＡ）开展的越来越普遍，但术后并发症较多，且有大量的翻修术是由髌股关节轨迹不良引起的［５］，本文就近年来国内外对于髌股关节稳定机制的解剖学及生物力学机制研究及其在ＴＫＡ中的应用做一简要的回顾，供同道参考。
１髌股关节的骨性结构及其生物力学特征
１．１
髌骨
髌骨作为伸膝装置的中间结构，其
主要作用是增大股四头肌的作用力矩，加强其机械效益。髌骨关节面有两条纵嵴（中间纵嵴和内侧纵嵴），由于中间纵嵴在维持髌骨正常轨迹至关重要，其出现率是１００％，中间纵嵴向后突起并由下向上逐渐变凸，而股骨髁间沟从前向后由浅变深，这种结构特点有利于两关节面的滑动及增加膝关节在屈曲９０°至１３５°时的稳定。经典的Ｗｉｂｅｒｇ和
Ｂａｕｍｇａｒｔｌ分类方法［１］按髌骨的形态将
其分为六种类型，从髌股关节稳定性的角度来说，其中Ⅰ型与Ⅱ型为稳定型髌骨，其它四型极可能是髌骨半脱位后在不平衡应力作用下继发的不稳定型。
Ｒｅｕｂｅｎ［６］等研究认为：假体置换术后应
保留原厚度才能保持髌骨正常的运动轨迹和膝关节的屈曲。术后髌骨的厚度对置换术中维持髌股关节的稳定至关重要。最近国内的一些研究［７－９］得出的结果基本一致，认为国人的髌骨平均厚度要小于西方人的髌骨平均厚度。这些数值一方面为设计适合国人的髌骨假体提供参考，另外也为国人髌骨置换时术中保留骨床的厚度提供指导。
１．２股骨髁
髌骨和股骨髁髌骨关节面相关节。
股骨髁又称股骨滑车，其外侧髁高于内侧髁，周殿阁等［１０］利用ＭＲＩ图像资料从几何学角度分析了国内正常人股骨远端关节面特征，得出股骨内侧髁关节面较外侧髁扁平。股骨远端的这种特殊结构，为髌骨的滑动提供了稳定的轨道。国内有人用电子数显游标卡尺对股骨下端关节面的形态进行了测量分析，发现股骨内侧髁较外侧髁不仅前后径长，而且其长轴与关节面横轴之夹角也大；外侧髁髌面较内侧髁髌面宽、长而突起［１１］。后来有研究［１２，１３］得出关于内外髁前后径的结果正好相反，股骨内侧髁最大的前后径小于外侧髁，关于内外侧髁倾角的数据也相差很大。出现这种差异可能与测量方法有关。对股骨髌骨沟的测量及其与髌骨脱位的关系大多是在轴位的
放射片上进行［１４］。Ｈｅｅｇａａｒｄ等［１５］通过计算机模型模拟膝关节实验指出股骨远端假体的位置是影响髌骨运动轨迹，尤其在外旋时可能是导致髌骨半脱位的重要因素。全膝关节置换的术中若是参考股骨后髁线，需要进行外旋截骨放置股骨假体来获得良好的髌股轨迹和屈曲间隙，避免术后并发症已经达成共识［１６－１７］。但对于国人应该采取的旋转角度却存在争议。张华山等［１８］报道苏皖地区成人正常股骨远端后髁角平均为５．６°±２．１°，和之前Ｙｉｐ等［１９］报道的中国南方人股骨髁后髁角基本吻合，周殿阁等［２０］研究测得为４．５０°±１．２６°。以上结果相差１°。研究普遍认为较西方数据为大，提示在对中国人进行全膝关节置换术时，依据股骨远端后髁线，参照欧美外旋３°的标准进行旋转对线可能会导致膝关节对线不良。
２髌股关节的软组织解剖学特点与软组织平衡
膝屈曲早期髌骨并不与滑车接触，
此时主要通过股内侧肌斜头来限制髌骨的脱位趋势。因而，髌股关节的稳定不仅受髌股关节关节面的几何形态，而且受周围软组织的状况影响。髌骨周围软组织在膝关节活动时提供动力性和静力性保护。起于股骨内侧髁的髌股韧带和起于内侧半月板的髌半月板韧带汇集后止于髌骨内侧，股内侧肌及其内侧斜行纤维则止于髌骨内侧稍远处，提供髌骨支持动力。外侧则汇集来自外侧关节囊和髂胫束的纤维止于髌骨外上部，股内侧肌斜行纤维、
鹅足腱为保证
髌骨稳定的动力因素，前者保证髌骨运动中的正常轨迹，后者则使胫骨旋前，使胫骨节结与髌骨在一条直线上。
正常情况下，髌骨具有向外侧移位的趋势；而维持正常的运动轨迹、对抗外侧移位，则主要依赖于髌骨的内侧稳定结构。包括髌骨内侧支持带和股内侧肌的斜行纤维（也称股最内侧肌，股内斜肌）。国内研究［２１－２２］指出髌骨内侧支持带中髌股内侧韧带在对抗髌骨向外侧移位中起主要作用。国外报道［２３］亦称内侧髌股韧带是髌内侧支持带深层的重要组成部分，是防止髌骨外移的主要结构，损伤后常导致髌骨向外侧脱位或半脱位，影响髌股关节的稳定性，需进行手术治疗。
股四头肌作用于髌骨伸直膝关节，内侧肌的斜行肌纤维无伸膝功能，但能发挥内侧动力作用，使髌骨恰当地运动于股骨滑车内。国外有实验［２４］通过测定肌电图证明了股内斜肌在提供髌骨内侧稳定性方面的重要功能。董启榕等［２５］试验证明股四头肌肌力对髌骨的稳定起重要作用。股内侧肌肌力较弱可使髌股关节接触压力和分布状态发生变化，使外侧髌股关节面的接触压力升高。模拟外侧支持带松解的标本上，外侧关节接触压力和面积均有所下降，髌骨活动度增大，缓解了局部高接触压状态，但股四头肌肌力不平衡仍影响髌骨的稳定，得出股四头肌肌力不平衡对髌股关节接触应力和分布状态以及髌骨的位移范围均有较大影响，提示临床治疗中不应该忽视对股四头肌肌力恢复。
３髌股关节的接触面积及髌骨运动轨迹
３．１髌股关节的接触面积
髌股关节的接触面积必然影响其稳定性。正常情况下，髌股关节面之间的对合关系具有良好的适合性，在膝关节的屈伸过程中，髌股关节面之间的接触区域存在着动态的变化过程［２６］，膝关节伸直位时髌骨与股骨滑车并不相互关节，而是与髌上囊的脂肪垫直接接触。膝关节屈曲１０°￣２０°时，髌骨自外上方向内下进入股骨滑车，有人将髌骨进入滑车这一过程称为滑车对髌骨的捕获作用［２７］。因为髌骨的运动轨迹在开始屈曲时髌骨滑入股骨髁首先是下极和
股骨内外髁接触，随着屈曲角度的加
大，髌骨完全卡入股骨髁间，处于胶着
稳定状态，所以在屈曲０°￣３０°时，髌骨
较不稳定，易产生力线不正。很早以前
就有研究［２８］称，对正常膝关节而言，膝
关节屈曲２０°髌骨下极内外侧关节面
同时与股骨滑车相接触，接触面形成一
横行的窄条状。随着膝关节屈曲度数的
增加，髌骨与滑车的接触面逐渐向近
侧、外侧移行。膝关节屈曲４５°时，髌股
关节接触面积达最大值，髌骨对应股骨
的内外侧接触面经中间嵴相互连接而
呈椭圆形分布。膝关节屈曲达９０°后，
随着屈曲度数的进一步增加，髌骨对应
股骨的内外侧接触面逐渐分离而相互
独立。以前认为６０°时达到最大值［２９，３０］。
近年来有研究［３１，３２］表明９０°之前接触面
积随着屈曲度数的增大而增大。另有
研究用压敏片法测量各屈膝度髌骨内
外侧的髌股接触面积，计算出髌股接
触率［３３］，并得出外侧髌骨软骨面的髌股
接触率要远高于内侧，这在髌骨假体的
设计中应当充分考虑，以ＷｉｂｅｒｇⅡ型
为模板采取偏心设计，可以改善术后髌
骨轨迹，降低术后并发症。
３．２髌骨运动轨迹
髌骨运动轨迹，尚无定论。描述运
动离不开坐标，基于二维影像资料的髌
股适合角、外侧髌股角、外侧髌骨倾斜
度等只能反映静态的髌股之间的关系，
不能反应其整个运动过程。髌骨沿Ｘ
轴（水平轴）的运动，可以有内外侧的水
平位移和向前方的旋转。有研究［３４］认为
在初始的屈膝过程中髌骨出现轻度的
内侧移动后，逐渐开始向外侧移动，髌
骨在内外方向上的移动可有６￣９ｍｍ。
髌骨在膝关节的屈曲过程中逐渐向前
方旋转，这种旋转和膝关节的屈曲并不
是同步发生的，而是表现为渐进滞后［３］。
沿Ｙ轴（髌骨的长轴）的运动包括倾斜和
滑动。从伸直位到屈膝９０°时，髌骨从向
内侧倾斜逐渐变为向外侧倾斜［３４，３５］。此
外，在屈膝至９０°的过程中，髌骨从股
骨滑车的近端，沿着股骨髁向远端滑行
约５￣７ｃｍ，此后髌骨改变了滑行的方
向，与股骨干垂直。髌骨的这一滑行轨
迹类似开口向外的弧形［３］。沿Ｚ轴（矢状
轴）的运动包括前后方向的运动和旋转
运动。Ｈｓｕ等人［３６］通过尸体研究发现从
屈膝０°到１０５°时，髌骨逐渐向后移动。
他们研究的是髌骨相对股骨的运动，而
不是髌骨相对于髁间沟的移动。最近的
一篇用ＭＲＩ评估髌骨运动的文献［３７］认
为：膝关节在０°位时，由于髁间沟很
浅，所以髌骨的前后移位很小；在屈膝
超过３０°后，髌骨进入髁间沟，并沿Ｚ
轴迅速后沉，可达５０￣６０ｍｍ；在屈膝
１３５°时，髌骨深深地陷在髁间沟之中，
由于股四头肌的收缩，髌骨向后方移
动，使得膝关节可以进一步深屈。
４小结
作为膝关节的重要组成部分，髌股
关节的重要作用越来越受到重视。有关
髌股关节的疾病大多都涉及到其稳定
性。骨性结构和软组织的正常完整对维
持髌股关节稳定都很关键。髌骨的形态
结构相对简单，因此对髌骨的解剖观测
争议较小。股骨下端的结构复杂，个人
变异较大，对其进行观测存在技术困
难。由于使用方法不一致，结果可能会
出现差异，但如果报道结果相反，就有
必要对其做进一步探讨。在相同作用力
的情况下，髌、股骨之间的接触面积的
改变必然影响其压力的大小，随着作用
力的改变，接触面积也会改变，对于接
触面积尚无统一结论。在屈膝的早期，
软组织对髌骨起主要的引导作用，屈膝
３０°后股骨远端的滑车沟对髌骨的运动
产生影响，所以髌骨脱位主要发生于最
初的屈膝过程中。在对非发育异常的髌
骨脱位的治疗中，软组织有非常重要的
作用，而动力性稳定结构（主要指股四
头肌）的作用更是不容忽视。由于软组
织的形态不固定会随着外力的改变而
改变，而且个体之间变异太多，目前尚
无统一标准。目前针对软组织的治疗，
临床上的争议较大，也有必要做进一步
的研究。
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