股骨头圆韧带生物学特征及临床研究进展*

张立毅 陶可 陈坚 林剑浩**

（1.北京大学人民医院骨关节科关节炎诊疗中心，北京 100044；2.北京大学医学部2014级八年制临床（4）班，北京 100191）

股骨头圆韧带起源于髋臼下缘的髋臼横韧带，连接髋臼下缘和股骨头。既往认为股骨头圆韧带是人体胚胎发育的残余，在成人髋关节中并不具有生物力学作用。骨科和放射学有关股骨头圆韧带的研究报道较少。随着髋关节镜的广泛应用，学者们逐渐关注股骨头圆韧带的病变，对其在髋关节疼痛和维持髋关节稳定性的作用方面进行了深入探讨，认为股骨头圆韧带是一种强韧的关节内韧带，其在髋关节中的解剖学和生物化学特点与膝关节中的前交叉韧带相似。本文围绕解剖学、组织学、生理学等方面，详细探讨股骨头圆韧带的生物学特点，并探究其临床应用。

1 股骨头圆韧带的解剖组织学特点

髋关节股骨头圆韧带呈扁平形或金字塔形，通过位于坐骨髋臼凹陷和耻骨边缘的两束纤维附着于股骨头中央凹骨膜，其总长通常为30～35 mm[1-5]。股骨头中央凹是股骨头中央局灶性凹陷，通常位于股骨头关节面中心偏后和偏下的位置。股骨头中央凹上并没有透明软骨的覆盖。中央凹呈卵圆形，从上后至下前倾斜，这种形状有助于在圆韧带紧张时调整其纤维张力[1,2]。在胚胎发育的第2 个月末，股骨头圆韧带逐渐从髋臼窝中的间充质干细胞发育而来，并在4个月内逐渐成为成熟的纤维组织[1]。Demange等[6]提出股骨头圆韧带由三束纤维（前束、后束、内侧束）构成，其中后束最强韧，内侧束最薄弱，但未获得广泛的支持。

股骨头圆韧带的表层由血管和脂肪组织构成，其深层由坚韧的、排列良好的，且相互平行并略带起伏的胶原蛋白构成。这些胶原蛋白主要为Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅴ型胶原蛋白[7]。然而，组织学认为这些纤维的排列并不如肌腱那样排列有序[1-3]。Bland和Ashhurst[8]应用免疫组化及原位杂交的方法研究家兔髋关节发育过程中圆韧带中胶原的分布及演变规律，可见17 d 的胎兔可分辨圆韧带，其中遍布Ⅰ型、Ⅴ型胶原，Ⅲ型胶原仅局限于韧带表面及止点处，韧带内细胞表达Ⅰ型胶原mRNA，出生后这种分布仍然保持，但Ⅲ型胶原也开始遍布圆韧带，而2岁成年兔的圆韧带已被含有Ⅲ型、Ⅴ型胶原的鞘所包被。

在圆韧带附着股骨头处，存在着由纤维组织到骨细胞的组织学变化。Shinohara 等[9]观察发现圆韧带与股骨头腱骨结合部存在典型的四个区域：纤维组织、未钙化的纤维软骨细胞、钙化的纤维软骨细胞和骨细胞，在未钙化的纤维软骨细胞和钙化的纤维软骨细胞之间存在一条波浪状的界线。

随着年龄增长，圆韧带可能出现退行性变，然而有关圆韧带随年龄变化情况的报道有限[10,11]。Tohno等[10]研究发现日本老年人圆韧带中7 种元素含量在不同年龄并无显著变化。Tohno等[12]研究发现各年龄段猴中P 元素存在显著下降的过程。幼年猴圆韧带中P含量随年龄增加显著下降，而Ca、S、Mg、Zn、Fe和Na 等6 种元素含量无不明显变化，在圆韧带中Ca、P、S和Mg含量之间存在显著的直接相关性。

1.1 股骨头圆韧带动脉

股骨头圆韧带动脉发自闭孔动脉后部，是闭孔动脉的前支，对股骨头中央凹附近供血[13,14]。有研究认为圆韧带动脉存在较大变异，1/3 的成年人中并不存在股骨头圆韧带动脉，有的仅在圆韧带内而并不进入股骨头，进入股骨头者大多仅限于供养股骨头小凹附近的骨质，极少数可通过骨内血管吻合供给整个股骨头，因此其对股骨头的血供作用可能存在个体差异[1,2,13-15]。此外，股骨头圆韧带血管进行临床病理解剖研究发现，仅61%患者的股骨头圆韧带动脉是完好的，有严重疾病的患者更容易出现不完整的股骨头圆韧带血管[16]。

Shinohara 等[9]研究股骨头圆韧带腱骨结合部组织学变化发现，92%患者中股骨头圆韧带结缔组织中的血管通过软骨下骨侵入骨髓。Tucker[17]通过注射放射性物质观察24 名儿童和20 名成人的股骨头血液供应情况发现，股骨头圆韧带动脉为股骨近端（如股骨骨骺）提供更多的血供，并穿透了33%儿童和70%成人的软骨或股骨头，且血管大小与年龄呈正比。相反，Kalhor等[18]对35具尸体的髋关节进行彩色硅胶注射发现，圆韧带动脉对任何患者均无重要作用。王华和梅炯[19]对10 个股骨头圆韧带标本进行墨水灌注发现，6个股骨头未见任何血液供应区域，2个股骨头小凹区域得到灌注，1 个股骨头中心区域得到灌注，1 个股骨头得到了全部灌注。可见，股骨头圆韧带的血液供应存在很大变异。

股骨头圆韧带动脉的解剖学变异可能与其胚胎发育有关。胚胎学研究表明，股骨头圆韧带主要由中央密集的规则纤维结缔组织构成。韧带血管在出生后即被一层疏松结缔组织包绕。新生儿中圆韧带圆周的结缔组织最丰富，推测新生儿时期圆韧带动脉的功能特别强大。Fritsch 等[11]研究认为股骨头圆韧带动脉在9周龄胎儿中已存在，13周龄胎儿中股骨头圆韧带的分支通过软骨通道进入股骨头，并在进一步发育期间持续保持在股骨头内，随着胎龄的增加，股骨头圆韧带动脉分支数量逐渐增加。然而，股骨头圆韧带动脉的软骨通道与股内外侧股动脉之间的吻合在产前或产后均未发现，表明随着胎龄的增长，股骨头圆韧带动脉逐渐发生退化，进而产生不同的解剖学变异[20]。

综上，髋关节韧带中心凹脉管系统的基本解剖描述变化很大，关于圆韧带血管在成人髋关节中是否完好存在较大争议。

1.2 股骨头圆韧带神经

有学者认为正常个体或髋关节发育不良（devel⁃opmental dysplasia of the hip,DDH）患者中股骨头圆韧带存在传导本体感觉和伤害感受作用的神经组织。Leunig 等[20]报道DDH 患者的股骨头圆韧带标本中发现Ⅳ型游离神经末梢，且与年龄无关。Sarban等[21]认为DDH 患者的圆韧带中不包含Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型游离神经末梢，因而在髋关节中没有本体感觉作用，并认为圆韧带中只包含Ⅳa 型游离神经末梢，可以对关节和疼痛刺激的炎症做出反应，因而可能有助于防止导致关节软骨损伤的过度关节运动。然而，Muratli 等[22]对DDH 患者的圆韧带和髋关节囊标本进行HE 染色和S-100 组织化学染色，并未找到任何机械感受器。

目前关于圆韧带中神经组织的研究主要集中在DDH 患者，有待针对正常人圆韧带中神经组织类型的更多研究。

2 股骨头圆韧带的生理功能

目前，有关股骨头圆韧带的确切功能尚不清楚，一般认为其具有抵抗半脱位、血液供应、伤害感受和本体感受以及雨刷样作用。

2.1 抵抗半脱位

股骨头圆韧带在髋关节中的作用类似膝关节中的前交叉韧带，即提供一种强大而稳固的抵抗关节半脱位的功能[2,6,23]。Wenger 等[24]在动物模型中发现，圆韧带撕裂后的髋关节脱位发生率明显增加。进一步研究指出，股骨头圆韧带在人髋关节中起稳定关节的作用[25]，当髋关节外翻、内收及外旋时，其常处于被拉伸紧张的状态，而当髋关节外展及内旋时，其通常较松弛[1,2]。然而，尚未证实股骨头圆韧带的撕裂会增加人髋关节的脱位风险。

圆韧带断裂患者常发生轻微的髋关节不稳定，即髋关节微不稳定。跑步、踢足球和打网球等体育活动可以加剧髋关节的微不稳定性，并导致盂唇和软骨损伤，从而解释了圆韧带断裂与盂唇撕裂及软骨损伤之间的高度相关性[27,28]。研究认为在从事高强度运动的人群中，髋关节半脱位反复发作是导致股骨头坏死的原因，而圆韧带断裂易导致该损伤[16]。然而，尚需更多科学依据证实圆韧带撕裂是髋关节半脱位的原因或仅为一种结果。

2.2 血液供应

股骨头圆韧带为发育中的股骨头提供血液供应，而这一功能在成人中通常忽略不计[18]。

2.3 伤害感受和本体感受

股骨头圆韧带可能与运动的伤害感受和本体感受有关。研究认为髋关节的圆韧带中存在Ⅳa 型游离神经末梢，并可以传导本体感觉信号[20]。Leunig等[20]提出假设，认为圆韧带的本体感觉作用可能在DDH 中起重要作用，即一种防止过度运动的稳定器作用。然而，Sarban 等[21]研究认为圆韧带中的Ⅳa 型游离神经末梢可能对关节和疼痛刺激的炎症做出反应，从而有助于防止可能导致关节软骨损伤的过度关节运动。

2.4 雨刷样作用

股骨头圆韧带和前交叉韧带之间有一些相似的的特征，故有学者将两者进行类比研究[2]。两者均强壮，在关节内成束状，与体内大多数关节外代表关节囊增厚的其他韧带不同。组织病理学分析认为，股骨头圆韧带和前交叉韧带具有相似的胶原分布和成纤维细胞特征，并且都包含游离神经末梢。同时，两者具有相似的生物力学特性和极限载荷与破坏比。临床上，两者均具有较差的自愈能力，并可能在某些特定病因中变得僵硬。然而，股骨头圆韧带的愈合能力相比前交叉韧带更好。基于以上特点，Gray等[28]认为股骨头圆韧带通过类似“挡风玻璃雨刷”作用在髋关节内促进滑膜液的分布，进而在股骨头圆韧带损伤后的愈合过程中发挥重要作用。但这一假说缺乏其他实验证据。

有关股骨头圆韧带功能的研究还有待更多人体实验证实，也可以通过与前交叉韧带类比进一步研究其功能特征。

3 股骨头圆韧带与DDH

目前，股骨头圆韧带的临床应用主要局限于儿童常见疾病DDH。研究表明，圆韧带发育与DDH 发生关系密切。普遍认为髋关节松弛是导致髋关节脱位的主要因素之一。髋关节的关节囊及圆韧带可以保持股骨头固定于正常位置。人出生时髋臼较浅，股骨头表面为平滑弧线，出生后髋臼不断加深，股骨头弧度加大，髋关节逐渐稳定，这需要头臼同心的相互作用，而圆韧带就具有保持头臼同心位置的重要作用。Howe 等[29]提出圆韧带可能具有抵抗脱位的能力。Smith 等[30]在动物研究中证实圆韧带完整髋关节的脱位率较低。有学者认为，在DDH 的早期阶段，圆韧带可能通过球-链机制自发减少股骨头脱位[31]。圆韧带可通过引起髋臼唇局部外翻来减轻疼痛，同时也可以通过其内的游离神经末梢神经末梢对关节和疼痛刺激的炎症做出反应，从而防止可能导致关节软骨损伤的过度关节运动。然而，上述相关机制的报道甚少，且研究圆韧带在髋关节机械功能和生物力学意义的文献亦较少。

3.1 股骨头圆韧带缺失与DDH

Scaglietti 和Calandriello[32]总结DDH 患者中圆韧带的变异性，发现19.8%的DDH 手术患者缺乏圆韧带，认为圆韧带可能先天不存在或最初存在但后来在脱位期间和之后撕裂或磨损。Li 等[33]观察显示DDH 中存在圆韧带缺失的状况，特别是在高位错位的髋关节中发现18.67%需要切开复位的DDH 伴随圆韧带缺失，其中78.57%为Ⅳ级髋关节。同时研究还揭示脱位等级是圆韧带缺失的危险因素，证实圆韧带的病理改变与DDH 程度相关，并推测患有圆韧带缺失的髋关节在妊娠早期因某些原因脱位。在那个阶段，圆韧带最初存在但相对较弱，因此在脱位期间容易被破坏并随后消失。相反，晚期DDH 中圆韧带由于接触应力本身而变得肥大。对于伴有圆韧带缺失的DDH 患者，其股骨头表现为极小但呈圆形，表面软骨非常薄且粗糙，软骨下骨几乎暴露。发育不良的股骨头可能是由圆韧带缺失引起的血液或营养缺乏所致。因此，治疗时应保留圆韧带，以保持股骨头的血液供应，同时可以提高复位的稳定性。

3.2 股骨头圆韧带松弛与DDH

DDH患儿多伴有关节松弛,手术中也可见松弛薄弱的关节囊与圆韧带。因此关节囊与韧带松弛是导致DDH 的主要因素之一。圆韧带中存在多种胶原，是维持髋关节稳定的重要因素之一[34]。Ipplito 等[35]发现脱位患者胶原纤维的直径比正常人细，随着年龄的增加，髋关节发育正常和DDH 关节囊、圆韧带的胶原含量均存在Ⅰ型胶原减少、Ⅲ型胶原增加、Ⅰ/Ⅲ比例降低。DDH 患者的这种变化更加明显，大龄患者中Ⅰ型胶原极度减少甚至消失。圆韧带组织结构上的这种变化决定其维持关节稳定的强度明显减弱，认为圆韧带同关节内其他韧带一样是防止关节脱位的结构基础。王恩波等[36]有关DDH 关节囊免疫组化的研究发现，有阳性表达的成纤维细胞数与年龄呈负相关，即年龄越小百分比越大，合成能力越强；随着年龄增大，合成能力降低。进一步使用RT-PCR 的方法检测DDH 患者圆韧带中胶原水平情况，结果显示DDH 组圆韧带的成纤维细胞Ⅰ型胶原mRNA 表达量降低，表明DDH 组圆韧带成纤维细胞表达Ⅰ型胶原水平降低[37]。

目前认为圆韧带中胶原成分的下降可能与以下因素有关：雌激素受体、前列腺素F-2α 受体（prosta⁃glandin F-2α receptor,PTGFR）、血小板源生长因子（platelet derived growth factor-A,PDGF-A）。Desteli等[38]分析DDH 患者和正常人圆韧带中雌激素受体水平发现，正常对照组中圆韧带和髋臼囊的雌激素受体阳性染色显著低于DDH 组，认为雌激素通过转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）对胶原蛋白产生影响，使胶原蛋白收缩减少，从而增加髋部周围组织和圆韧带的松弛。赵利华等[39]通过检测mRNA 和蛋白水平确定PTGFR 在DDH 患者髋关节关节囊和圆韧带中的表达水平，发现DDH 患者髋关节关节囊和圆韧带中PTGFR 的表达明显低于对照组，提示PTGFR 可能参与DDH 发病。PDGF-A 与胶原蛋白合成过程和降解过程密切相关，是关节囊和圆韧带的重要生长成分。史立伟等[40]发现DDH 患者圆韧带中PDGF-A 的分布和表达水平比正常人明显减少。

3.3 股骨头圆韧带重建与DDH治疗

股骨头圆韧带的强度表明其在髋关节重建中具有提供早期稳定性的潜力。在发育异常的情况下，圆韧带对髋关节的保护以及增强稳定性作用应被视为一种治疗的辅助手段。范新宇等[41]采用联合术式合并异体肌腱重建圆韧带治疗2 例小儿发育性髋关节脱位患者，尽管末次随访时有轻度跛行及下蹲受限，可能与术中圆韧带重建过紧有关，但已从解剖上恢复了髋臼的稳定结构，可以保持头臼同心位置，改善了髋关节稳定性。

4 展望

本文总结了股骨头圆韧带解剖组织学特点及其生理学作用，发现其并非传统意义上的毫无作用，而是一种较为强韧的关节内韧带，其内包含丰富的胶原组织以及神经、血管，存在很多潜在且重要的生理作用。既往有关圆韧带的研究甚少，其解剖学、组织学、生理学等方面的特点有待进一步研究与证实，而其在临床上的研究也主要与DDH 有关。相信随着圆韧带生物学特性的不断发掘，其临床应用将越来越广。