髖部解剖——來自《格氏解剖學(第41版)》的權威講解
髖關節為球窩(多軸)滑膜關節,位於股骨頭和杯狀髖臼之間,其中心在腹股溝韌帶中1/3稍偏下。
1關節面股骨頭(femoral head)位於大轉子(greater trochanter)上緣與恥骨結節連線中點上方2~4cm。股骨頭和髖臼(acetabulum)關節面均為曲面,但二者方向不同,且不完全匹配(圖81.1;見圖80.16)。當髖關節完全伸直,並輕度外展、內旋時,骨頭與髖臼接觸面最大(見表5.4)。
此時,大部分髖關節囊韌帶緊張,以維持髖關節的穩定性。除股骨頭韌帶附著的粗糙區外,股骨頭表面大部分由關節軟骨覆蓋。在股骨頭前方,關節軟骨向外側延伸覆蓋一小部分股骨頸。髖關節中心區軟骨通常比外周厚,髖臼前上方和股骨頭前外側的軟骨最厚,對應髖關節負重區。髖臼關節面呈不完整環狀的新月形,前上方最寬,直立姿勢時前上方為負重區恥骨區最窄,下方不連續區域為髖臼切跡,月狀面由關節軟骨覆蓋,最寬的部位軟骨最厚。髖臼窩(acetabalar fossa)缺少軟骨覆蓋,是髖臼中心的非關節面區,由被滑膜包裹的大量脂肪填充。
髖臼唇(acetabularlabrum)為附著於髖臼緣的纖維軟骨,主要作用是加深髖臼,並通過與髖臼橫韌帶外緣相連橋接髖臼切跡。髖臼唇斷面呈角形、基底部附著於髖臼緣,並與鄰近軟骨相融合,尖端遊離緣超出髖臼緣。髖臼腔隙的直徑受髖臼唇緣限制。髖臼唇包裹股骨頭、維持關節的穩定,髖臼唇增加關節接觸面積並封閉關節腔、使滑液在關節內達到最佳分布效果(Ferguson等,2003Cadet等,2012)。
因此、髖臼唇可以輔助營養關節軟骨降低關節內磨損(Safran等,2011:Song等,2012)研究發現髖臼唇中含有神經末梢,這可能是患者受傷時疼痛或本體感受的來源(Kim和Azuma,1995)。可通過MRI發現髖臼唇損傷位置及嚴重程度。
圖81.1 成年女性的骨盆正位X線片
1.骶岬;2.骶前孔邊緣;3.界線;4.股骨頭凹;5.左側股骨小轉子;6.左側坐骨結節;7.左側閉孔;8.尾骨;9.髂前下棘;10.乙狀結腸積氣。
髖臼唇損傷和髖關節撞擊損傷見附錄1,81.1(略)。
2纖維關節囊髖關節纖維囊強大而緻密(圖81.2),上方附著於髖臼唇內側 5~6mm髖臼緣處,前向位於髖臼唇的外面,鄰近髖臼切跡,直達髖臼橫韌帶,毗鄰閉孔邊緣。纖維囊從髖臼側向外側延伸,圍繞股骨頭和股骨頸,向前止於轉子間線,向上止於股骨頸基底部,向後止於轉子間嵴上內側1cm,向下止於股骨頸靠近小轉子處,在腕關節前方,纖維以縱向支持帶的形式沿股骨頂上升,內含供應股骨頭和股骨頸的血管,纖維囊在前上方較厚,承受大部分應力,特別是在站立位後伸髖關節時,後下方相對薄而鬆弛。纖維關節囊作為一個整體,由環形和縱向兩組纖維組成。
環形纖維(輪匝帶,zona orbicularis)居內層,呈衣領狀圍繞股骨頸,輪匝帶纖維並不直接附著於骨面(見圖81.2),部分纖維與恥股韌帶和髂骨韌帶融合,縱行纖維居外層,髖關節前上方縱行纖維較多,並有髂股韌帶加強,關節囊下方有恥股韌帶加強,後方有坐股韌帶加強。
關節囊外部粗糙,被覆肌肉和肌腱,前方有滑囊將其與腰大肌和髂肌隔開,關節囊起點(股骨)的前後部恰好位下股骨頭生長板遠端,因此,股骨上端骨骺完全位於關節囊內。關節囊止點貫穿股骨頸基底部的股骨大轉子生長板。
圖81.2 左側髖關節滑膜腔(後面觀)
髂囊肌見附錄1,81.2(略)
毗鄰關係髖關節囊周圍有肌包裹(圖81.3)。在前方,關節囊和股靜脈被恥骨肌外側纖維分隔開。
在外側,腰大肌肌腱及其外側的髂肌共同下行至小轉子,它們與髖關節囊之間有滑囊分隔。股動脈位於腰大肌前方,股神經走行於腰大肌肌腱與髂肌之間。更外側有股直肌直頭和髂脛束深層一起跨越髖關節,其外側緣下方纖維與關節囊融合。
在上方,股直肌返折頭與關節囊內側相連,臀小肌緊密的覆於其外側。
在下方,恥骨肌內側纖維與關節囊毗鄰,其後方有閉孔外肌斜行。在後下方,閉孔外肌腱覆蓋關節囊,並將關節囊與股方肌隔開,有旋股內側動脈升支伴行。閉孔外肌腱上方有閉孔內肌腱和孖肌與關節囊相連,將髖關節與坐骨神經隔開。支配股方肌的神經走行於閉孔內肌腱深面,並在關節囊內側下行。孖肌之一上,關節囊後方有梨狀肌橫行通過。
圖81.3 髖關節周圍的結構(股骨頭已切除)
3韌帶髖關節的韌帶包括髂骨韌帶、恥骨韌帶、坐骨韌帶、髖臼橫韌帶和股骨頭韌帶(圖81.4)。當髖關節活動時,這些關節囊韌帶在關節周圍纏繞、放鬆或拉緊,影響著關節穩定、偏移和關節容量(Fuss和Bacher,1991)。當髖關節部分屈曲、外展時關節容量最大;因此,髖關節積液的患者在此體位時最舒服。
圖81.4 髖關節韌帶
A.前面觀;B.後面觀;
髂股韌帶(iliofemoral ligament)非常強大,呈倒Y形,居關節前方,與關節囊緊密相連。其起自髂前下棘與髖臼邊緣,止於轉子間線。髂股韌帶由兩部分組成,較厚的內側下行部和在前方能夠明顯識別出的外側橫行部分。傾斜的橫行部止於轉子間線上外側結節,而垂直的下行部止於轉子間線中下部。
恥股韌帶(pubofemoral ligament)呈三角形,其基底部與髂恥支、恥骨上支、閉孔嵴和閉孔膜相連。其遠端與關節囊及格股韌帶下行部的深面融合,有研究描述恥股韌帶由多個分支組成(Fuss和Bacher,1991)。
坐股韌帶(ischiofemoral ligament)加強關節囊後部,坐股韌帶其中部起自坐骨呈盤旋狀向上外側,附著於髖臼後下部,並沿股骨頸後部於髂股韌帶的深層止於大轉子遠側,一部分纖維與輪匝帶融合。一些坐股韌帶下部的纖維包繞股骨頸後部。
髖臼橫韌帶(transverse acetabular liwment)(見圖80.2)與關節唇相連,但不含任何軟骨細胞。強大而扁平的纖維穿過髖臼窩形成孔隙,孔內有血管和神經進入關節。
股骨頭韌帶(Ligament of the head of thefemur)呈三角形,由扁平的結締組織構成(見圖81.3,圖81.5)其頂端附著在股骨頭凹前上方,基底部附著在髖臼切跡兩側,與髖臼橫韌帶融合。少許纖維附著在髖臼窩邊緣,並被滑膜包繞成鞘,其力學強度各異,偶爾可見只有滑膜鞘而沒有韌帶,而韌帶和滑膜鞘同時缺如者罕見。
圖81.5 髖關節內部觀,顯示股骨頭韌帶
儘管股骨頭韌帶主要用於支持出人股骨頭的血管,但在胚胎時期可能也有穩定髖關節的作用,在成年人中,當髖關節處於半屈、外旋和內收時,股骨頭韌帶被拉長呈緊張狀態,此時關節囊韌帶作為一個整體提供關節穩定性(Martin等,2012)。儘管股骨頭韌帶維持髖關節穩定的作用很可能僅次於關節囊韌帶和肌肉收縮效應,但其對成年人髖關節穩定性的作用仍不確定。
隨著醫學影像學技術的發展和髖關節鏡手術的開展,學者對股骨頭韌帶的關注度越來越高(Botser等,2011:Gray和Villar,1997)。已有研究證實股骨頭韌帶含有遊離神經末梢,這可能是其受傷或退變時出現疼痛的原因之一(Leunig等,2000)。健康狀態的傳入神經是本體感覺的來源,或有保護關節的作(Bardakos和Villar,2009)。
4滑膜滑膜起自股骨關節緣,覆蓋關節囊內部分股骨頸,然後經過關節囊內表面覆蓋髖臼唇、股骨頭韌帶和髖臼窩內脂肪。髂股韌帶深面的滑膜較薄,被股骨頭壓縮,有時至缺如。
5滑囊髖關節可能通過恥股韌帶和髂股韌帶降部之間的圓形縫隙與腱下的髂恥滑囊相連。更遠端的位於臀大肌和股外側肌之間的滑囊與臀大肌和臀小肌在大轉子遠端止點相連。
6血液供應和淋巴引流髖關節動脈由閉孔動脈、旋股內側動脈、臀上動脈及臀下動脈發出分支組成,並形成十字形的轉子間動脈網(圖80.18),有相應迴流靜脈伴行。
髖關節前方的淋巴管注入腹股溝深淋巴結,而關節內側和後部淋巴管隨閉孔動脈和臀動脈注入髂內淋巴結。
7神經支配髖關節前部關節囊由股神經、閉孔神經及副閉孔神經(當存在時)支配;後部關節囊由坐骨神經、臀上神經及股方肌支配神經支配(Birnbaum等,1997 Gardner,1948)。
8髖部和腹股溝區疼痛來自髖部和腹股溝區的疼痛原因諸多。真正的髖關節疼痛通常來自腹股溝深部。髖側方疼痛通常是局部問題,例如轉子滑囊炎。臀部疼痛只是偶爾源自髖關節,最常見源於腰骶椎或血管性跛行。腹股溝疼痛可能與腹股溝疝或股疝有關。在年輕人中,腹股溝疼痛常困擾從事體育運動的人,尤其是球類運動疼痛有時來源於股骨頭與髖臼的撞擊或腹股溝疝,但通常與長收肌腱炎(腹股溝拉傷)有關。常見原因有恥骨和腹股溝韌帶附著處的腹前壁,或者腹股溝淺環處的腹外斜肌的慢性損傷,而累及恥骨聯合罕見。
維持穩定的因素
髖關節通常很穩定。股骨頭與髖臼緊密匹配,接觸面積超過1/2球面,並被髖臼唇緊密包圍,限制在髖臼窩內。此外,髖臼窩具有"真空效應"(Vacuamm effect)。關節囊主要由3個韌帶加強髂股韌帶、恥股韌帶和坐股韌帶。髂股韌帶最為強韌,當股骨外展時緊張,同時恥股韌帶和坐股韌帶也被拉緊,以對抗突然增加的扭矩。髖臼橫韌帶和股骨頭韌帶也有助於髖關節的穩定。關節只有受到強大的牽引力時,關節面才會出現輕微分離。為順利置入關節鏡,需首先將針頭穿刺進入關節腔,消除負壓影響,隨後通過牽引才能將髖關節充分拉開。外傷性脫位通常只發生在關節受到極度外力時。
9髖關節的生物力學從四足到雙足行走是人類進化史上重要的生物力學裡程碑。人體下肢的主要功能是站立和行走,其生物力學特性與四足動物的相比差別非常大,這些差異體現在髖、膝、踝及足部關節的解剖學和生物力學上。
髖臼和股骨頭形成多軸"球窩"關節,具有3個自由度的運動,即屈/伸、外展/內收和內旋/外旋。髖關節在前後、橫向和垂直方向的運動受到限制。
10股骨股骨(Femur)本質上是存在彎曲和扭轉形變的管狀結構最值得注意的是中段股骨的前弓,其曲率半徑相對股骨長度是一穩定常數。在額面上,股骨頸與股骨幹傾角大約為135°(範圍120°~140°,圖81.6)。雖然股骨頸干角(neck-shaft angle或collo-diaphyseal angle,Mikulicz angle)和股骨頸長度存在變異,但股骨頸在額面的中心位於大轉子頂點水平。
股骨頸在軸位上前傾,即相對於股骨髁的後表面向前旋轉,成年人為10°~15°(圖81.7A)。當前傾角顯著大於10°~15°時可能存在過度前傾(圖81.7B)。出生時,前傾角為35°~40°。隨著成長,肌的力量和重力使股骨頸前傾角逐浙減小,成年時接近15°成年後過度前傾通常見於運動發育異常患者,如腦癱。
圖81.6 股骨幹長軸(S)和股骨頸軸(N)之間的頸干角(NSA)平均值為135°(範圍125°~140°)。另外,在大部分髖關節中,從大轉子尖做股骨幹的垂線會經過股骨頭的中心。這個近似可以用來判斷在人工髖關節置換術中股骨截骨的位置。
圖81.7 A.正常前傾的股骨近端(上面觀);B.正常前傾的股骨近端(上面觀);
股骨頸前傾大小影響下肢生物力學諸多方面,包括髖關節外展和內旋肌群的力臂(股骨旋轉中心到肌肉合力力線的垂直距離)、髕骨軌跡(髕骨相對於股骨的運動)和足的方向。
11髖臼髖臼由髂骨、坐骨和恥骨在軟骨處匯合形成。髖臼覆蓋的面積略小於半個球面、有髖臼唇加深。髖臼前傾角約為17°(男性16°和女性18°)(Reikeras等、1983)。冠狀位的髖臼軸線相對水平面向下傾斜45°。
12髖關節運動學見附錄1.81.3。(略)
13髖關節的運動
屈髖主要由腰大肌、髂肌和股直肌支配、恥骨肌、闊筋膜張肌和縫匠肌可輔助屈髖。當髖關節接近完全伸直時、內收肌群、特別是長收肌和短收肌也有屈髖作用。有效的屈就運動需要在強大的腹部肌肉協同作用下穩定骨盆。
伸髖主要由臀大肌、股二頭肌、半腱肌、半膜肌和大收肌支配,並有臀中肌後部纖維輔助(Neumann,2010a)在完全直立姿勢下,通過身體重心的垂線經過股骨頭中心後方,因此,身體有後傾的趨勢,但此趨勢被韌帶的張力、關節面的匹配度和壓力所抵消,在身體受到負荷增加或後傾狀態時,髖關節屈肌肌群產生這些被動抵抗的因素,當距小腿關節踝關節向前擺動、手臂前伸及髖關節前屈時,身體的重心前移並通過髖關節內、外側旋轉軸採用的姿勢或姿勢的改變速度很大程度上受腘繩肌控制,腘繩肌除了屈膝關節,還是髖關節的強大伸肌,在屈髖或攀爬過程中,大腿抗阻後伸時,臀大肌顯著收縮。
髖關節外展主要由臀中肌和臀小肌支配,並有闊筋膜張肌、梨狀肌和縫匠肌輔助,髖關節外展受內收肌、恥股韌帶和髂股韌帶降支外側半的限制。外展肌群,特別是臀中肌和臀小肌,在行走或跑步中產生精確周期性收縮,以維持骨盆額面的穩定。
髖關節內收主要由長收肌、短收肌和大收肌支配,並有股薄肌、恥骨肌、股方肌和臀大肌下部纖維輔助。髖關節內收的程度受外展肌群、髂股韌帶的橫行部分及闊筋膜逐漸增大的張力的限制。
髖關節內旋主要受臀小肌和臀中肌前部纖維支配,並有闊筋膜張肌和大部分內收肌輔助。髖關節屈曲時通常會增加內旋力量,因為屈髖使大部分內旋肌的力矩增加(Delp等,1999)。髖關節內旋受梨狀肌等外旋肌群、坐股韌帶和後方關節囊的限制(Wagner等,2012)。
髖關節外旋主要受臀大肌、閉孔內肌、上孖肌、下孖肌、股方肌和梨狀肌支配,並有閉孔外肌和縫匠肌輔助。外旋比內旋的強度更大,由內旋肌群和髂股韌帶的橫向部分所限制( Myers 等, 2011 )。
14作用在髖關節上的力在直立靜息狀態時,股骨頭承受軀幹、上肢和頭部的重量。髖部以上大約佔2/3體重、所以通常單側股骨頭承受約1/3體重。重力將髖臼拉向股骨頭、這個力實質上是壓力,在矢狀面、當上半身的重量加在股骨頭上時、只需很小的肌肉收縮力就能夠維持髖關節平衡。如果上半身前傾、上半身的力線通過股骨頭的前方,將使腕關節屈曲、股後肌群可對抗此旋轉,由於髖關節的關節囊韌帶在屈髖時鬆弛、其無抵抗身體前傾的作用。
在行走過程中,髖關節受到的壓力發生變化,從雙足觸地時的1/3體重到單足離地時的四倍體重。行走時髖關節受到的壓力主要來自兩個方面重力和肌肉收縮。在站立期,重力將上半身和髖臼壓向股骨頭(如上所述的直立靜息狀態)。更重要的是,每一側的股骨頭將其向上推,並將應力通過足傳導至地面,儘管肌肉收縮是髖關節壓力產生的大部分原因,但重力和關節囊張力(當伸髖時)也不可忽視。
當下肢向前擺動並與地面自由接觸時,髖關節壓力估計大約為體重的50%(Correa等,2010)。關節受到的這種力量本質是肌源性的。例如在行走過程中,髂腰肌收縮使下肢向前行進,並將股骨頭向髖臼擠壓。
相比之下,在行走的站立相,髖關節受力可達到自身體重的4倍。這些力主要由髖關節的外展肌群的牽拉產生(主要為臀中肌、臀小肌和闊筋膜張肌)。這些肌肉的運動對兩足動物十分重要,在站立相時為相對於股骨頭的骨盆提供必要的冠狀面穩定性。
可通過單足站立的簡單力學來理解髖關節外展肌群在行走站立相的重要性(圖81.8)。左髖外展肌力(Ab)的力臂(a)大約是體重(BW)相關力臂(b)的1/2。為了對抗站立相受到的重力(額面),髖部外展肌群必須產生2倍以上體重的肌力。因此,髖臼相對股骨頭向下的力量,不僅有自身的體重,還有髖關節外展肌群的肌力。肌力和體重產生的力量總和大約是人體體重的2.5倍。股骨頭受到向下應力被同等大小向上的在直立靜息狀態時、關節反作用力抵消(圖81.8)。關節反作用力的大小和方向很大程度上受到外展肌群的影響。
圖81.8 當單足(左)站立時,身體的重力線(BW),即體重減去左下肢的重量,通過中線的一側,臀部同時產生逆時針方向的力矩(BWxb)。為了力學平衡,會產生一個大小相等但順時針方向的力矩;此力矩由外展肌(Ab)產生,力臂(a)大約是之前力臂(b)的1/2,這兩個力矩是平衡的(Abxa=BWxb)。為保持平衡,外展力接近於體重的2倍,因此,關節的反作用力(JRF)大約為體重的2.5倍。
上述分析是在單足站立靜息狀態的情況。然而在行走中,關節反作用力通常達體重的4倍以上,這反映了地面反作用力較大,並需要髖關節外展肌群抵抗骨盆旋轉(Bergmann等,1993)。在跑步和爬樓梯時髖關節受到的應力更(Stansfield和 Nicol, 2002 )。
在站立相時,臀中肌產生的壓力直接作用在上方髖臼的前內側(Correa等,2010),髖臼前內側通常有較厚的關節軟骨保護。在正常髖關節中,肌源性壓力起重要作用,例如穩定關節和促進髖關節形態發育。通過髖關節的應力通常對關節無害,因為應力被正常的關節軟骨和匹配的關節面所吸收。當吸收應力機制受損時,可能會導致髖關節的骨性關節炎。
影響髖關節壓力大小和方向的3個因素分別是重心的位置、外展力臂(股骨頸長度和頸干角的功能)和體重的大小。外展力臂減小,例如髖外翻、股骨過度前傾或晚期髖關節炎患者重新塑形的股骨近端,都將增加對外展肌群的肌力,因此,也增加了關節的反作用力。如果肌肉功能較弱時,單足站立骨盆不能保持水平狀態,則產生代償或失代償的Trendelenburg征。代償性Trendelenburg征是指對側骨盆抬起,以減少體重的力臂。相反的,失代償的Trendelenburg征是指對側骨盆下降。
(李宏亮 譯,李振中 審)
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