「运动康复科普」导致髌股关节疼痛综合征的解剖学与力学机制

髌股疼痛综合征（PFPS）是物理治疗中最常见的膝关节损伤情况。PFPS也通常被称为前膝疼痛、髌股软骨软化或跑步者膝盖。

PFPS的定义：

髌骨周围或后方出现疼痛，在进行膝关节屈曲活动时负重会引发疼痛（如：下蹲、爬楼梯、慢跑、长跑、跳跃）。

其他标准：膝关节屈曲时，髌股骨关节发出的擦伤或磨削感觉。髌骨面部触诊细长，且积液较小（关节肿胀）。坐着，坐着起来，坐着伸直膝盖疼痛。

·PFPS占骨科所有膝关节疾病的25%

·常见于跑步运动员和军人中，尤其在青少年快速成长时期

·每年有3.8%的男性和6.5%的男性容易出现PFPS

(1）主要在成年人中出现，尤其是身体快速成长的阶段。

（2）通常表现为膝关节前侧出现渐进性的疼痛。

（3）膝关节周围或髌骨下方感觉疼痛。

（4）在没有任何干预的情况下，症状会一直持续。换而言之，仅靠休息并不能使症状缓解，疼痛状态会一直保持。

（5）通常在活动时会增加髌股关节的压力（下蹲、爬楼梯、徒步、跑步、久坐）。

（6）75%的患者在触诊时会伴有髌骨压痛。

（7）髌骨面触诊压痛，伴随少量积液（关节肿胀）。

（8）坐立时、坐立起身、或伸直膝关节时都会感觉疼痛。

造成PFPS的潜在机制主要包括：活动过度、股四头肌薄弱、运动方式不合理、心理社会因素（焦虑、害怕运动、抑郁）、滑车形状、体重和恢复状态（睡眠、营养、压力）

关节表面积的可使用性、（膝关节屈曲程度）关节反应力、股四头肌的收缩能力、髌股骨关节压力与活动轨迹

（1）循序渐进地向髌骨股骨关节、髋关节进行适当的施压。

（2）针对上文中我们提到的损伤原因针对性地进行解决。

要了解髌股关节，首先要了解髌股关节的相关解剖结构。PFJ（Patellafemoral Joint）由髌骨(也称为膝盖骨)和股骨组成。

髌股关节是髌骨和股骨连接处。髌骨位于股骨的前部，沿着这块骨头在“滑车槽”上下滑动。髌骨沿着滑车滑动的过程通常被形容为一列火车（髌骨）沿着轨道（滑车槽）滑动。

当我们下蹲时（或者下楼梯、做弓箭步时），髌骨与滑车槽接合，并沿着股骨上下活动。当我们从蹲起姿势伸直膝盖时，髌骨沿着凹槽向上移动，我们称之为“髌骨跟踪活动”。

髌股关节内部覆盖着关节软骨，关节软骨是一种坚韧的结缔组织，旨在缓冲四头肌在关节中产生的应力。

PFPS的指导原则之一就是如果我们在滑车槽中没有保持适当的髌骨对齐排列，就会增加髌股关节的压力（主要是在关节的外部或外侧），并且出现疼痛，这就是所谓的“错误跟踪”。

补充说明：PFPS是多方面原因造成的，但这里提到的“跟踪活动”只是其中的一个方面。

髌股关节内有各种结构，都有可能会受到刺激，主要包括：

（1）滑膜皱襞

（2）髌下脂肪垫

（3）视网膜（内侧或外侧）

（4）关节囊

（5）髌股韧带

（6）软骨下骨（软骨下方的骨）

（7）对髌股关节的长期应激会导致软骨退变（磨损和撕裂）增加

在膝关节内也有各种结构，可以帮助髌股关节的对齐和髌骨跟踪。其中一些结构被称为“被动结构”，有些则被称为“主动结构”。主动结构是指能够主动收缩并帮助稳定髌股关节的肌肉。被动结构在本质上是不可收缩的，指的是韧带和骨骼结构。它们增加了关节的固有稳定性，但它们不能收缩，而且我们通常不能通过康复改变这些结构(尽管手术可以在这方面有所帮助）。

①稳定髌股关节的被动结构

（1）髌骨与滑车槽的骨的对齐排列（较浅的槽会增加髌股半脱位的风险）。

（2）髌腱

（3）关节囊

（4）髌骨内侧韧带

（5）内侧支持带

（6）内侧髌股韧带

（7）外侧髌股韧带

（8）髂胫束（IT带）

（9）外侧支持带

②稳定髌股关节的主动结构

（1）股四头肌（特别强调股内侧肌，肌纤维直接附着在髌骨上，直接帮助控制膝关节的内侧活动）。

（2）鹅足肌群：内收肌/股后肌群（半腱肌、股薄肌、缝匠肌）。

（3）股二头肌（腘绳肌群的一部分）。

所有这些结构都在髌股关节的跟踪活动中发挥作用，并且在康复时需要重点关注。

③支撑髌股关节的外周局部结构

接下来想讨论一下局部结构，关节周围的结构实际上对于进一步了解PFPS也非常重要。

膝关节会受到它周围上下关节的影响。膝关节（特别是髌骨轨迹）会受到足（距下和足中）关节、踝关节和髋关节的影响。简单地介绍一下这些结构的解剖学，它们的重要性将在我们讨论PFPS的生物力学时进一步突出。

髋关节

髋关节是一个非常大的关节，其周围有着重要的肌肉群可以间接地影响髌股关节。

·臀中肌 ·臀大肌 ·髋关节深层的外旋肌

髋关节周围的臀肌都直接附着于股骨，因此对于髌股关节的活动轨迹以及关节承受的压力中发挥着直接作用。加强这些肌肉群也有助于消除PFPS的疼痛。

足部和踝关节

（1）距骨关节

距骨关节负责背屈和足底屈曲。整个踝关节背屈之所以重要，是因为我们踝关节的背屈范围在一定程度上决定了我们在进行下蹲和跑步等运动时膝关节屈曲（弯曲）的程度。

我们在后文中也将看到，膝关节屈曲与我们的运动中髌股关节承受的应力有直接的关系。受限的踝关节活动也可能在髌骨跟踪不良中起作用。这个关节的运动范围受腓肠肌和比目鱼肌（小腿）以及关节本身的影响。这是一个重要的考虑因素，因为很可能是这一区域的僵硬影响髌股关节。

（2）距下关节和中足关节

这些关节直接影响我们的足弓的大小。这一点很重要，因为足弓会影响胫骨（胫骨）的旋转程度，胫骨直接连接到髌腱（与髌骨相连），距下关节的运动会影响髌骨的追踪活动。辅助控制足弓的主要结构包括：

·腓肠肌和比目鱼肌 ·胫骨后肌·长屈肌 ·距下和中足关节

（1）PFPS是物理治疗门诊中最常见的膝关节疼痛源。

（2）PFPS的定义是：髌骨周围或后面的疼痛，至少有一种活动会加重髌股关节的负荷（下蹲、爬楼梯、慢跑、跑步、跳跃）。

（3）膝盖弯曲时，髌骨沿着凹槽运动。

（4）髌骨在槽内的排列是很重要的，如果这一点改变，可能会导致髌股关节内和周围的几个组织受到刺激。

（5）有被动和主动结构控制髌股关节的稳定性和对齐排列。这些结构的控制对关节的健康至关重要。

（6）膝关节受到髋关节和足部的影响。髌股关节中的应力可以通过影响这些关节来增加或减少（稍后将对此进行详细说明）。

·生物力学考虑

当我们进行下蹲、跑步和爬楼梯等动作时，髌股关节会承受压力。理解这个概念很重要，无论我们的技术多么完美，无论我们多么强壮，髌股关节都会在这些动作中承受压力。同时还要记住，这个关节是用来处理压力的，并且需要有健康的软骨，以帮助应对我们活动的力量。

然而，有时当压力过大时，膝盖会变得疼痛，这是PFPS的核心概念。因此，我们应该意识到什么样的活动和动作会或多或少的造成膝关节压力。幸运的是，我们可以测量PF关节的应力大小，这样我们就可以知道关节承受的应力有多大，哪些运动对关节产生的应力最大（或最小）。

（1）接触面积

在讨论髌股关节压力时，有两点需要注意到。首先是关节中用于分散外力的总表面积。在这之前，我们要理解一下表面结和应力。

较大的表面积比较小的表面积更容易消散力。换言之，施加在较大表面积上的相同力比施加在较小表面积上的力小。换一个例子，我们可以比较用拳头击打和用刀攻击带来的伤害性。拳头的表面很大，当它碰到肩膀时，可能会造成损伤，但不会造成过度的伤害。相比而言，如果刀以同样的力量击中肩部，尖刀的表面积较小，带来的伤害就会更大。

较小的表面积=难以分散应力

较大的表面积=相对更易于分散应力

基于这一规律，膝关节表面有着较大接触面积更有利于消散应力。然而，在运动过程中，髌骨和股骨之间可用来消散力的表面积大小是可变的，这取决于膝关节屈曲的程度。

当膝关节完全伸直时，实际上髌骨和股骨之间表面是没有接触的。当我们开始屈曲膝关节时，在起始屈曲20度的过程中，髌骨开始与股骨接合。

最初，两个结构之间几乎没有骨性接触。然而，随着膝盖开始进一步屈曲，髌骨和股骨之间的接触面（表面积）越来越大。接触的表面积持续增加，直到约90-120度膝关节屈曲。从这一点开始，表面积实际上开始减少，因为我们接近全膝关节屈曲位。

这一点理解起来比较复杂，所以我们将详细描述：

·膝关节屈曲0°时=髌骨和股骨之间没有接触

·膝关节屈曲0°-90°时=接触面逐渐增大（70°时开始被包裹住）

·膝关节屈曲≈90°时=髌骨和股骨之间的最大表面积接触

·膝关节屈曲90-135°时=接触表面积减小

·>135度=表面接触继续减小，在屈膝末端范围内最低

注意：容易让人困惑的是，当膝盖弯曲超过70度时，股四头肌腱就会与股骨接触。这也有助于增加髌股关节内的接触面积，可能增加分散力的表面积。这就是所谓的“包裹效应”。当我们下蹲到70度以下的深度时，这种包裹效应可能会潜在地帮助驱散力量，然而，没有多少研究支持或反驳这一说法。

增加髌骨和股骨之间的表面积是一件好事。接触面积越大，关节内消散力的面积就越大。因此，膝关节弯曲90度左右时，应该有最少的应力通过膝关节对吗？我们是否都应该下蹲到膝盖弯曲90度，以尽量减少对膝盖的压力？

（2）关节反作用力与股四头肌收缩

另一点需要理解的就是关节的联合反作用力与股四头肌的收缩。通常来说，膝关节屈曲越多，股四头肌收缩得越厉害，髌股关节受到的力就越大。

因此，尽管随着膝关节屈曲下降至90°以下，关节接触的表面积增加，但髌股关节处产生的力却显著增加，并且不会被增加的关节表面积所抵消。

值得思考的是：从进化的角度来看，也许我们膝关节在90°左右屈曲时表面积更大，这是为了缓冲由于膝关节屈曲而增加的压力。

我们进行屈曲活动越多，往往会使膝关节承受越来越多的压力。有一些研究介绍了，当我们在进行不同的身体活动时，髌股关节会产生不同程度的压力。注意：需要膝关节屈曲更多的活动往往会通过髌股关节施加更大的应力：

·在水平行走时产生的压力是1.3倍体重

·在上下楼梯时产生的压力是3.3倍体重

·在保持深度屈膝或深蹲时产生的压力是7.8倍体重

现在，PFPS主要被认为是由于髌股关节的过度使用。从上面的数据可以很容易地看出，为什么过度使用膝关节或下蹲会造成膝关节疼痛，为什么爬楼梯也可能刺激PFPS。

在深蹲最低点髌股关节接触面减小+较强的股四头肌收缩=较大的髌股关节压力

这样说并不是让大家不再进行任何深蹲练习，只是能够解释为什么运动员容易出现膝关节疼痛，尤其是在深蹲时增加负重更会增加髌股关节的压力。

注意：在本次讨论中，我们是在描述在下蹲、跑步和爬楼梯等闭合链活动中，关节是如何受力的。当我们以开放链的方式对关节施加压力时（当膝盖固定并且脚自由摆动时，例如坐立伸膝运动），这些原则是不一样的。我们在生活中和健身房中进行的大多数髌股关节的负重动作都是以这种封闭链的方式进行的。

（3）髌股关节的应力

另一个会增加髌股关节压力的因素就是股四头肌过紧。也可以被认为是髌股关节被压缩的问题。股四头肌直接附着于髌骨，髌骨直接附着于胫骨，这就形成了一条链条。随着膝关节进一步屈曲，这条链条就会收紧并将髌骨压入滑车槽，从而导致跖骨关节内受压。这可能是PFPS患者久坐也会疼痛的原因，他们只是坐在一个位置上，长时间压迫关节，最终会导致疼痛。

PFPS患者还会表现为股四头肌和屈髋肌的紧绷度增加（通过Thomas测试），以及髂胫束的紧张（Ober测试）。这些区域恢复正常的柔韧性已被证明是PFPS康复的预测指标。

（4）髌骨“跟踪”活动

在本文的第一部分中，我们讨论了股骨的滑车槽以及髌骨如何在其中保持适应。当膝盖弯曲时，髌骨沿着股骨的凹槽向下移动。就像我们之前说的，在髌骨凹槽中保持最佳的排列对关节的健康很重要。这种对齐排列能够使关节获得更大的接触表面积，分散压力，并确保力量均匀分布在整个关节。有几个因素会影响这种“跟踪活动”，我们将在下面讨论这些因素。

膝关节的问题

在前文中，我们谈到了膝关节的被动稳定器之一是髌骨与滑车槽的骨性配合。拟合度越高，“跟踪活动”就越容易。但是需要知道的是，这种配合状态是会发生改变的。并且这不是我们通过手术就能解决的问题，有的人会存在髌骨脱位的问题（另一个讨论的问题）。

髌骨活动较多的人，发展PFPS的风险就增加。在髌股关节中，髌股关节外侧力应力通常会增加。发生这种情况的原因有很多，但其中一个潜在原因就是腿外侧的松紧程度，其中容易紧绷的结构包括：髌股外侧韧带、髂胫束、外侧支持带。

紧绷的髂胫束通过外侧支持带直接拉紧髌骨。从理论上讲，这是将髌骨向外侧拉，从而导致了错位，这增加了关节外侧的压力。但是在后文中我们将介绍到，这种柔韧性恢复正常已被证明是PFPS康复的一个预测因素。

记住，不仅仅是腿外侧的紧绷会产生问题。我们也可能会出现中间稳定器的松动、薄弱或者时间的问题。这些结构的松弛或薄弱会导致膝关节在运动过程中在其凹槽内横向运动。其中包括一些结构:

·关节囊、内侧半月板髌韧带、内侧支持带、髌股内侧韧带、股四头肌、鹅掌肌、股二头肌

另外，股内侧斜肌是膝关节的主动的内侧结构稳定器。有PFPS的个体往往延迟了股四头肌的启动。这种肌肉缺乏控制，可能会改变髌骨的跟踪轨迹。也有一些研究表明，改变股四头肌的激活时间可以预测继续发展为PFPS的人。

记住，这只是影响髌股关节应力的众多变量中的一个。由于对有疼痛和没有疼痛的人的股四头肌激活的混合研究，无法通过运动来实现股四头肌的目标，并且不可能真正地拉伸和放松髂胫束，目前针对PFPS的病理理论仍存在争议。

髋关节的问题

正如我们之前所讨论的，髋关节的肌肉有助于控制股骨的运动。他们帮助控制的一项活动就是股骨的内旋，如果我们不能控制髋部，股骨就会内旋。

一些研究表明PFPS患者增加了股骨内旋。这种现象并不理想的原因是它会改变髌骨对齐排列，导致髌骨向侧偏，增加关节外侧的应力。

股骨内旋也减少了髌股关节的接触面积。还记得较大的表面积通常是好的，较小的接触表面积会增加应力吗?如果我们对股骨旋转缺乏控制，我们就会通过减少关节表面积和增加关节外侧的应力来增加髌股关节的应力。这种情况可能发生在蹲、跑、弓步和爬楼梯等动作中。下面你会看到我做一个单腿下蹲，首先用最佳的姿势。

当髋部和骨盆之间的角度是中立的(如上所示为90°)，我们就为髌股关节的最佳排列做好了准备。

在这个过程中，我们可以看到髋部如何朝向中线（内收）以及进行股骨内旋。当髋关节向中线（内收）或相反的髋关节下降（相同的运动除了现在是骨盆在移动，而不是股骨）时，我们也会在膝关节处遇到一些问题。观察下图：

当对侧髋关节下降时，它会拉伸阔筋膜张肌和臀大肌，这两个肌肉都附着在髂胫束上。髂胫束带附着在外侧支持带上，再次向外侧拉动髌骨。髋关节内旋和内收增加是PFPS的危险因素。患PFPS的女性髋关节伸肌、外展肌、外旋力量较弱。薄弱问题还与髋内收和股骨内旋活动（下楼梯、跑步、急停、跳跃）有关。

如果我们既不能控制股骨内收也不能控制内旋，我们就有可能面临膝关节的问题。现在可以明白为什么髋关节如此重要了。

足部/踝关节的问题

膝关节下方是胫股关节、踝关节和足部。在详细讨论之前，我们先从理解这些关节的运动开始。

主要包括足的内旋和外旋、胫骨的旋转（膝关节也有一定程度的旋转）。当胫骨进行闭链旋转时，与之前的动作很相似，只是脚固定在地面，而髋部进行旋转。闭合链的胫骨旋转更为重要，因为我们在生活和训练中进行的大多数动作都是闭合链（爬楼梯、下蹲、弓箭步等）。

如前所述，胫骨通过髌腱直接附着在髌骨上。当我们从外部旋转胫骨时，髌腱的附着点会侧向移动。现在当我们股四头肌屈曲时，拉力的角度将指向侧面。

我们判断一个人在深蹲、跑步或跳跃时是否伴随过度的胫骨旋转的方法就是观察他的髌骨相对于脚的位置。如果我们在做屈膝任务时坐在外旋位置，会将压力侧向到髌股关节。同样，这减少了髌股接头内的表面积，并增加了接头侧面部分的应力。

足部也会影响到其周围的关节。更重要的是，足内旋会引起股骨内旋，股骨内旋会改变髌骨运动轨迹。下图就能够清晰地说明这一点。

当足内旋时，整个动力链都会随之改变。足内旋-胫骨外旋-股骨内旋是关节排列的错位，它对膝关节影响较大。这样我们就能理解足部和踝关节活动过度是会对膝关节产生多大的影响了。

接下来我们来看踝关节。踝关节处实际上有两个允许运动的主要关节。第一个被称为距下关节，控制足的内旋。如果内旋过度，会导致髋关节股骨内旋。另一个关节叫做距骨关节，它是负责足背屈和跖屈的关节。

像下蹲、弓步甚至跑步这样的活动都需要一定程度的背屈。问题是，并不是每个人都有足够的踝关节背屈活动范围来完成这些动作。然而，如果需要的话，身体会找到一种方式来执行这些任务。在这种情况下，当距骨距骨的活动范围不够时，我们将开始通过距下关节(旋前)和胫骨外旋来进行代偿。当我们在做深蹲动作时，最后会脚尖朝外伸出、膝关节内扣。

如果我们仔细观察其他人做下蹲动作的话，可能见过过这种情形。因为在负重下蹲的最低点时，髌股关节处产生的力已经非常大了，所以足部或髋关节的运动能力不佳的话会产生不利影响。

深蹲内旋时，胫骨旋转和髋内旋是导致这种动作模式的主要因素，内收肌灵活性的缺乏也会潜在地引起这一问题。

注意：我们目前为止只是证明髋关节、胫骨和踝关节不良的运动模式是引起髌股疼痛综合征的重要因素。并不是所有PFPS患者运动时的方式都不正确。我们在后面的文章中还会讨论其他引起疼痛的潜在因素以及康复方法。

（1）髌股疼痛综合征很大程度上是一种过度使用的情况

（2）不良的髌骨活动轨迹会增加髌股关节内的应力

（3）增加膝关节屈曲的活动增加了髌股关节的压力

（4）负荷的增加以及股四头肌收缩会增加髌股关节内的压力

（5）膝关节内侧(内侧)结构的松弛或无力会影响髌骨的轨迹

（6）膝关节外侧(侧)或前部(前方)结构的紧密性会增加髌股关节的应力

（7）髌股疼痛综合征会受到膝关节上下关节的影响