髋关节撞击综合征与髋周运动链的相互影响

张浤洸 徐雁

北京大学第三医院运动医学研究所（北京 100191）

1 前言

髋关节撞击综合征（femoral-acetabular impingement syndrome，FAI）是一种由于髋臼缘与股骨头之间异常撞击所导致的髋关节疾病[1]，凸轮型撞击（Cam-Type）、钳夹型撞击（Pincer-Type）以及混合型撞击（Mix-Type）是目前FAI最常使用的3种临床分型。FAI的病因机制尚未完全明确，通常认为与机体先天性发育畸形或青春期骨骺未闭合前的获得性因素有关[2]。临床上FAI常引起髋周疼痛及关节屈曲、内旋、内收活动明显受限[3，4]，严重时可影响患者行走、上下楼梯或蹲起等日常运动。

近些年来，许多研究发现FAI 除了引起髋关节内组织（主要是前上方髋臼盂唇和关节软骨）损伤[5]和早期骨关节炎[6]外，还可能合并骨盆（包括骶髂关节和耻骨联合）、腰椎等髋周骨性结构以及膝关节或踝关节的异常不适。随着动态捕捉技术和三维有限元分析在关节外科和运动医学领域应用的日益增多，研究者们逐渐观察到FAI与髋周结构在形态学与动力学方面的联系。这提示，髋关节撞击可能并非是影响髋关节的单一的疾病，而是一组包含髋关节、骨盆、脊柱乃至下肢远端关节的临床症状的集合，即一种新型临床“综合征”的概念。

2 骨盆、下腰椎与FAI

2.1 骨盆与FAI

正常人群的髋关节在活动时为了避免生理性的股骨头与髋臼接触，需要借助矢状位上骨盆姿态和方位的变化[7，8]。尤其在由站立位转变为坐位或下蹲的屈髋过程中，骨盆缓慢后倾，一方面为髋关节屈曲时股骨头向前上方运动创造空间，另一方面增加髋臼后方覆盖[9]，防止关节后脱位。但对于FAI 人群，尤其是Cam型患者，因为头颈交界处异常隆起的存在，骨盆往往需要更大的后倾才能抵消这种病理性撞击。既往研究曾发现并非所有存在影像学证据的FAI患者都会出现临床症状[10-12]，骨盆在其中可能发挥着重要作用。Patel等[13]通过对Cam型FAI患者的髋关节尸体样本进行3D建模，并用MATLAB软件模拟关节运动，发现在屈髋状态下，骨盆后倾能使患髋获得额外的内旋，并且随着骨盆后倾角度的增加，Cam型FAI患者的患髋内旋活动度也会相应增加。例如，该研究提到，当骨盆后倾5°时，髋关节内旋（internal rotation，IR）平均增加4.6°（P=0.01），骨盆后倾10°时，IR 则平均增加8.6°（P＜0.01）。Kobayashi 等通过类似的计算机模拟技术发现，当骨盆前倾减小10°时，Cam 型FAI 患者术前髋关节活动度甚至可以获得与Cam 成型术（Cam resection）后相同的改善效果[14]。Ross 等[15]则提出骨盆前倾是FAI 早期发生的预测因素。因此，具有更大后倾活动度的骨盆可以被认为是减少FAI撞击的保护因素之一。

评价矢状位上骨盆活动的常用影像学参数一般有三个，分别为骨盆入射角（pelvis incidence，PI）、骨盆倾斜角（pelvis tilt，PT）以及骶骨倾斜角（sacral slope，SS）[16]（图1）。目前对PI 的公认定义是骶骨终板中点垂线与股骨头中心连线的夹角，反映了矢状面上骶骨终板与股骨头的相对位置。PT的定义是股骨头中心到骶骨终板中点的连线与垂直面的夹角，SS 的定义则是骶骨终板平面与水平面的夹角。PI是一个稳定的骨盆形态学参数，通常在机体10 岁以后这个角度便基本固定，PT 和SS 的角度则会随骨盆位移而发生变化[17]。PI 大的骨盆拥有更宽的髂骨翼，前后径更长，骨盆整体更加水平。与之相反的是，PI小的骨盆前后径短，整体更偏垂直狭长[18]。这种骨盆发育性的差异最终决定了骨盆在矢状位上的倾斜能力。在腰椎活动度不受限的情况下，PI大的骨盆有更强的后倾代偿能力，PI小的骨盆则相反。Gebhart等[19]较早通过研究FAI患者的骨盆大体标本发现FAI 患者的PI 值均较正常人群要小（Camtype：43.1° vs 47.7°，P=0.02；Pincer-type：42.5° vs 47.0°，P=0.04），此后，越来越多的类似研究都在不断揭示PI与FAI发生的相关性[20-22]。

图1 PI、PT及SS示意图[52]

2.2 下腰椎与FAI

随着对髋-脊柱综合征（Hip-Spine syndrome）研究的逐渐深入，Roussouly等最早发现了矢状位上骨盆倾斜与腰椎前凸之间的联动关系[18]，PI大、骨盆前倾程度重时，腰椎前凸也会相应增加，而PI 小的骨盆，对应的下腰椎曲线更加扁平。在Vaswani 等的一篇高质量综述中，结合Roussouly对脊柱+骨盆复合形态的分类，提出了“Hip-user”和“Spine user”的新颖观点[23]（图2）。该文章作者认为，“Hip user”指的是PI小、骨盆代偿性后倾能力不足的骨盆，这一类人群的骨盆和下腰椎在完成坐或下蹲动作时需要更多地依赖髋关节本身的屈曲，这对于FAI 患者无疑将增加撞击的发生率，而“Spine user”则恰恰相反。但需要注意的是，虽然“Spine user”可能与无症状性FAI 患者的出现有关，但是过大的骶骨倾斜角、腰椎前凸会使腰椎后柱的应力增加，影响小关节如关节突关节或棘突的稳定性，同时还可能导致腰椎滑脱的发生，而对于“Hip user”，扁平的下腰椎则会增加椎间盘的压力[18]。既往部分研究曾发现FAI患者合并下腰部疼痛[24，25]，当前的一些观点认为FAI 增加了腰椎的负荷，比如Khoury 的一项有限元分析研究发现，存在Cam 畸形的髋关节在屈曲内收时会增加腰5-骶1 椎间盘的压力[26]。这在PI 小、腰椎曲度直的患者中可能更加明显[27]，最终同时导致髋和下腰部的疼痛。

图2 Hip user&Spine user示意图[23]

除了静态的影像学相关性外，动态捕捉技术的应用也从动态的角度有效地验证了以上观点（图3）。Kennedy 和Lamontagne 通过传统的光学动态捕捉技术研究了人体活动状态下骨盆在矢状位的变化，发现FAI患者在完成蹲起动作时，矢状位骨盆活动度更小，尤其是下蹲至最大深度时骨盆后倾更差，这可能与FAI 患者本身的发育因素有关[28，29]。当然，一些研究者也对此持有不同观点，Bagwell 等认为这可能是FAI 患者伸髋肌群弱化所致[30]，其研究发现骨盆活动度减小的同时伴随有伸髋力矩的下降，这与Spiker 观察到的症状性FAI患者臀中肌及腘绳肌肌电活动减弱现象相一致[31]。不过，这一变化更像是机体的适应性调整，因为过伸的股骨对骨盆后倾是一种限制。Spiker 还在自己的动态捕捉研究成果中观察到FAI 患者在行走、上下楼梯时呈现更大的屈髋角度[31]，这虽与我们对FAI患者髋关节屈曲受限的传统认识相悖，但如果结合前文中对“Hip user”的理解，我们的确有理由相信这一概念的合理性。

图3 传统穿戴式光学动态捕捉示意图[31]

3 骶髂关节与FAI

既往许多文献都曾探讨过骶髂关节痛的发病机制，但其与FAI 之间的联系却较少有文献提及。Morgan 等[32]曾观察到存在骶髂关节痛的患者中有较大比例（＞70%）至少合并有一种FAI 的影像学证据，并提出髋臼与股骨头的异常接触可能会导致骶髂关节的反常运动。Tonosu 等[33]通过Logistic 回归分析发现PI 和SS更大的人群更容易出现骶髂关节痛（sacroiliac joint pain，SIJP），SIJP 阳性患者的PI 与SS 均值分别为53.5°和36.7°，显著高于SIJP阴性对照（49.2°、32.7°）。Prather 等[34]的一项回顾性队列研究发现57%的存在骶髂关节痛的患者合并有影像学上的髋臼后倾表现，与之对应的，在无骶髂关节痛的人群中髋臼后倾的发生率仅为5%～15%，而髋臼后倾往往代表了骨盆前倾的存在。由此可见，前倾的骨盆增加了骶髂关节的应力，进而造成骶髂关节退变产生疼痛。Lee 及其同事[35]对有骶髂关节痛的患者使用运动贴布外源性辅助增加骨盆后倾，发现该措施能有效改善SIJP。结合上述研究发现，FAI或许会通过影响骨盆姿态对骶髂关节的稳定性形成干扰，但其中的个体化机制仍有待进一步研究。

有趣的是，Ferguson[36]发现在因盂唇骨化所致的Pincer型FAI患者群体中，骶髂关节出现强直硬化的比例更高，并指出这一关联可能来源于某些自身免疫性机制，提示我们FAI与骶髂关节的实际关联是多样的。

4 耻骨联合与FAI

现有研究认为FAI 导致的髋关节活动度减小会增加耻骨联合的运动，导致耻骨炎和腹股沟区疼痛[37]，MRI图像上主要表现为耻骨联合裂隙征和骨髓水肿[38]，并且该现象在运动员群体中更加常见，故而被认为是引起“运动员耻骨痛”（athletic pubalgia）的原因之一[39]。

Verrall 及其同事[40]观察到髋关节活动受限与橄榄球运动员的慢性腹股沟区疼痛有关（P=0.03），且进一步回归分析发现前者是后者的危险因素（IRR=0.90）。Birmingham 等[41]开展的一项尸体研究对比了Cam 型FAI和正常人群的耻骨联合活动度，通过施加外力不断使标本髋内旋，并在该过程中连续记录两组研究对象的耻骨联合在矢状、冠状和横断面上的活动情况，发现当股骨头与髋臼发生骨性接触后，继续增加外力，Cam型FAI患者耻骨联合的总体旋转角度较正常人群至少增加35%（以横断面上的旋转为主）。最终，该研究文献总结道，任何影响髋关节内旋的因素（包括Cam 型FAI、股骨颈后倾或髋内翻）都有可能增加耻骨联合在活动时的负荷。综上所述，FAI能通过骨盆动力学的传导引起耻骨联合损伤。

5 膝关节、踝关节与FAI

除了髋周结构，髋关节撞击对膝关节、踝关节的影响同样值得重视，尤其是膝关节。本所的一项研究曾发现以不典型症状为表现的FAI患者中有9%（7/78）主要表现为膝关节疼痛[42]，对于此现象，目前的主流猜测有三点：

（1）髋关节撞击所致牵涉痛，可能来源为股神经与闭孔神经对髋膝关节的共同支配。

（2）FAI合并膝关节结构性损伤，不过，由于膝关节磁共振成像尚未成为FAI患者的常规评估手段，FAI患者膝关节结构性病变的患病率仍是未知的。

（3）FAI通过改变下肢力线对远端的同侧或对侧膝关节稳定性施加影响。

其中，FAI 所致膝关节应力异常具有较多证据支持，Sanchis-Alfonso 等[43]报道了7 例合并难治性膝前痛的Cam型FAI患者，7名患者的膝关节影像学检查均无阳性发现，但接受髋关节镜手术治疗后膝前痛均获得了完全缓解。此外，既往许多研究都曾发现FAI 与膝关节前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）撕裂的关联，并提出髋关节内旋活动受限可能增加ACL 的张力，并被认为是ACL损伤的危险因素[44]。Sanchis-Alfonso等的另一项研究[45]提出股骨外旋步态可以有效避免撞击位，但过度外旋的股骨同时会诱发髌股关节受力失衡，这可能与无症状性FAI 患者出现不明原因膝痛有关。除了直接干扰膝关节内外结构的平衡，FAI患者髋周肌群的弱化还会影响人体站立及行走时膝关节的压力分布。Chang 等[46]研究发现更强的髋外展肌力可以延缓膝关节内侧骨关节炎的进展（OR=0.52），由此推断FAI患者弱化的髋周肌群可能加速了远端同侧膝关节的退变，进而引起疼痛，但该推测仍有待进一步研究验证。

对于FAI与踝关节的研究，目前相关的文献不多，研究重心同样在于步态异常及下肢肌力失衡所致的力线不稳。慢性踝关节不稳患者常伴随有髋部肌肉力量下降，这已是目前研究的基本共识[47]，可见髋踝关节虽然在解剖结构上相距较远，二者间仍有不可忽视的联动关系。Samaan等[48]通过动态捕捉技术和步态分析发现FAI 患者自由行走时踝关节背屈力矩增加，但该现象对踝关节的影响，以及对髋关节的代偿作用尚无合理解释。

6 研究FAI与髋周动力链的实际临床意义

目前FAI 的临床诊断有赖于临床表现及影像学结果的支持，髋关节正位、Dunn 位X 线平片下获得的α角、外侧中央边缘角（LCE 角）等数据是FAI 分型的依据，借助MRI 图像能够获得撞击所致髋臼盂唇损伤的直接证据，那么通过观察分析髋周骨性结构的形态能否对不同的FAI患者实行撞击的个体化预测？对于因FAI 就诊，或以下腰部疼痛、骶髂关节痛、耻骨联合疼痛、膝痛甚至是踝关节不稳为任一主诉的患者，临床诊断时除了关注原部位的结构损伤，还应该额外关注相邻部位是否同样存在异常。最后，既往一些研究曾发现骨盆因素会影响关节镜术后的患者报告评分（Patient Reported Outcome，PRO），如日本的一项研究发现髋-骨盆-腰椎复合活动（hip-pelvis-Lumber mobility）差的FAI 患者关节镜术后的改良Harrison 评分更低（P=0.003）[49]。Krishnamoorthy 等[50]发现合并耻骨炎的FAI患者与不合并耻骨炎的FAI患者相比，不仅术后关节功能评分更低（HOS-ADL 90.6 vs. 95.4，P=0.001；HOS-SS 77.5 vs. 91.1，P＜0.001；mHHS 84.5 vs. 91.3，P＜0.001），而且其术后VAS 评分也较不合并耻骨炎的FAI 患者更高（25.7 vs. 10.9，P＜0.001）。Horner 等[51]研究者则发现合并骶髂关节痛的FAI患者接受髋关节手术后至少2年随访的髋关节功能评分较不合并骶髂关节痛的对照组更低（HOS-ADL 80.2 vs. 88.0，P=0.006；mHHS 73.2 vs. 80.0，P＜0.001；iHot-12 61.7 vs. 73.7）。这种明显的差异提示我们，不良的骨盆因素的确对髋关节镜手术疗效造成了不利影响，无论是术前评估还是术后随访都不应忽略该影响。

7 总结

髋关节撞击综合征与髋周骨性结构及下肢远端关节之间存在相互影响，其中的具体原理尚有待后续研究进行阐述，动态捕捉技术结合三维有限元分析是未来该领域研究的核心方法。认识FAI与上述结构的关联有助于丰富FAI的临床诊断思路，指导FAI临床治疗策略的选择，同时有助于预测髋关节镜术后疗效。将来的研究应着重分析其中的动力学机制，寻找更多的理论支持。