膝关节髌周脂肪垫与脂肪垫撞击综合征的影像与临床研究

吕良靓， 姚伟武

膝关节髌周脂肪垫是关节囊内的滑膜外脂肪垫，可在运动过程中适应关节间隙形状和体积变化从而缓冲应力、减少摩擦。膝骨关系异常、关节稳定机制和/或功能的变化均可能导致脂肪垫撞击综合征[1]，国外[1]关于髌周脂肪垫撞击综合征的研究较少，国内缺乏相关的综述，仅有少量关于髌下脂肪垫水肿的新近研究[2]。随着近年来国内外学者[2，3]对髌股关系以及运动轨迹研究的深入，逐渐认识到与之密切相关的上外侧髌下脂肪垫撞击综合征。同时近年来国外关于膝骨关节炎机制的研究[4]发现膝骨关节炎的发生与脂肪具有密切关系，其重要因素除了肥胖之外，髌周脂肪垫也有一定协同作用，而脂肪垫的异常病理改变可引起MRI信号的异常得以识别，应加强对髌周脂肪垫及其功能解剖的认识。

膝关节髌周脂肪垫分类与解剖及功能

1.脂肪垫分类与解剖

膝关节髌周脂肪垫依据解剖部位不同[1]主要分为3类：位于髌骨下方髌腱后方的称为髌下脂肪垫(或Hoffa脂肪垫)，位于髌骨上方股四头肌腱后方的称为髌上脂肪垫(或股四头肌脂肪垫)，通常为三角形；位于股骨滑车前上方的称为股前脂肪垫(或滑车上脂肪垫)，与髌上脂肪垫以髌上囊相隔；文献[5]着力于上外侧髌下脂肪垫的研究，也是本文阐述的重点。

2.脂肪垫功能

脂肪垫生物力学功能及相关异常：膝关节脂肪垫是由位于关节囊内的脂肪组织堆积而成，衬以滑膜组织，填补了关节腔的潜在间隙，在膝关节运动过程中作为灵活、有弹性的保护垫，可发生形状和体积的变化从而保护关节缓冲受力，减少摩擦。在膝关节伸屈过程中，髌周脂肪垫[1]协助维护了关节在生物力学的稳定：髌上脂肪垫防止了股四头肌腱与股骨髁的摩擦，股前脂肪垫避免了髌骨与股骨滑车的直接接触，而髌下脂肪垫则斡旋于髌腱与股-胫关节之间，长期持续摩擦、重复微损伤将会导致这些脂肪垫发生撞击，导致一定病理改变。

引起髌股关节运动轨迹异常最主要原因[6]是高位髌骨和髌骨过度侧移。高位髌骨[3]的髌股关节接触面相对减少，关节面压力增大，膝关节屈曲时髌腱的张力也随之增加，因此脂肪垫在股骨外髁与髌腱外缘之间更易发生撞击。胫骨粗隆-滑车沟距离(tibial tubercle-trochlear groove distance，TT-TG)[7]代表髌骨相对于胫骨粗隆处髌骨肌腱止点的侧移，据报道[8]TT-TG值>20 mm提示髌股关节病理性不稳，而15～20 mm视为濒临状态[9]，说明髌骨过度侧移。髌骨高位和髌骨过度侧移都将[1]导致髌股关节运动轨迹的异常，使得施加在髌骨各向力的动态失衡，从而对周围脂肪垫产生超过阈值的压力，主要使髌下脂肪垫的上外侧角发生撞击引起水肿。尽管髌上脂肪垫在生物力学上改善了髌股关节在伸膝运动中的关系，但研究[10，7]认为其水肿与前膝痛并不一定相关，可能是由于膝关节过度屈曲时股骨滑车的重复摩擦造成,而非髌股运动轨迹异常，同时它与髌股关节退行性骨关节炎存在明显相关[11]。而股前脂肪垫的水肿与髌股关节活动轨迹异常的相关性有待进一步的研究证实。

脂肪垫的内分泌功能及与骨关节炎的关系：膝关节也是人体重要承重关节，研究[12]发现在肥胖人群中非承重关节的骨关节炎发生率明显升高，这提示骨关节炎除了肥胖带来的承重负荷增加之外，还有其他的机制。脂肪除了在能量代谢中发挥作用以外，还有内分泌脂肪因子的功能，作用于相应器官。瘦素是一种由白色脂肪分泌的脂肪因子，对骨关节炎有重要的诊断价值，与骨关节炎严重程度呈正相关，也因此作为常用的骨关节炎生物标记。研究表明[4]血液瘦素的含量随着身体质量指数(body mass index，BMI)的增加而增加,因此肥胖患者因体脂含量高能分泌更多的脂肪因子。以瘦素为代表的多种脂肪因子可不同程度的影响关节稳态[4]：如使得肥胖患者内细胞表型发生改变、影响软骨的退变、影响滑膜血管的生成等。膝关节周围脂肪垫同皮下脂肪和内脏脂肪一样是白色脂肪，因此同样具备内分泌脂肪因子的功能，但脂肪垫的大小或炎症反应与肥胖缺乏关联，说明[4]脂肪垫的功能同皮下脂肪或内脏脂肪存在一定区别。

以髌下脂肪垫为例[13]，它不仅促进滑膜液的分布，对髌腱和半月板前角有一定的保护作用，同时对髌韧带有一定的营养作用，在关节运动过程中可作为减震器缓冲压力，同时髌下脂肪垫分泌前列腺素[14]可诱导成纤维细胞样的滑膜细胞发生纤维化和炎症反应，这表明髌下脂肪垫和滑膜在内分泌功能上具协同关系。

髌下脂肪垫包含许多敏感的神经纤维[15]，因此髌下脂肪垫的纤维化和炎症是大多数前膝痛的原因，在这些纤维化区域内可观察到丰富的血管化和降钙素阳性神经纤维增加[16]。在骨关节炎的单碘乙酸模型中[17-18]也得到了类似的观察结果，其中髌下脂肪垫的变化发生在软骨退化之前甚至先于滑膜炎的改变，这也和关节内脂肪的内分泌影响相关[18]。早期骨关节炎中关节内脂肪组织发生纤维化和炎症可引起MRI中质子密度加权像(proton density weighted image，PDWI)序列信号增高，因此髌下脂肪垫的MRI信号改变可用于预测膝骨关节炎的进展。关节内脂肪成分包括脂肪细胞、白细胞、内皮细胞和间充质细胞。研究认为[19]骨关节炎患者髌下脂肪垫来源的间充质干细胞具有抗炎活性，也有学者认为[20]髌下脂肪垫来源的间充质干细胞可能通过其炎症因子的分泌、招募单核细胞的能力以及对炎症刺激反应的加剧使得关节炎进展。此外，细胞追踪实验发现[21-22]在创伤后骨关节炎模型中，髌下脂肪垫周围血管间充质干细胞能够转化成肌成纤维细胞并诱导脂肪垫纤维化，同时[23]参与炎症反应引起疼痛。

髌周脂肪垫撞击临床与影像

1.髌下脂肪垫撞击综合征

髌下脂肪垫疾病最早于1904年[24]被Hoffa发现髌下脂肪垫的炎症反应及纤维化可引起前膝痛因而命名为Hoffa病，髌下脂肪垫骨化病，髌腱-外侧股骨髁摩擦综合征，或髌下脂肪垫撞击综合征等，长期以来一直被疏于认识。临床上表现为髌骨下方、髌腱后方区域的疼痛，膝关节负重或活动时加剧。

影像与病理基础：一项小型研究显示髌下脂肪垫的撞击会带来一些特征性的MRI表现：PDWI上局限性的高信号(由髌下脂肪垫炎性水肿引起)以及髌下囊积液(可能是由于髌下脂肪垫水肿带来的肿块效应以及对髌下囊的刺激所致)。而髌下滑膜皱襞的显示与髌下脂肪垫撞击呈明显负相关[25]，推测是由于滑膜皱襞与关节腔存在微小的交通，而髌下脂肪垫撞击后的肿块效应造成滑膜皱襞的压迫因此难以显示。

由于髌下脂肪垫撞击综合征的机制为重复微损伤导致的脂肪垫炎症反应、纤维化：急性期时[26]脂肪垫绒毛延伸至半月板前角上方发生挫伤，血管扩张，滑膜组织增生肥大，因此MRI表现为髌下脂肪垫PDWI信号增高，增强后可见强化，可合并周围髌下囊积液信号；慢性期病理可见成纤维细胞增殖和胶原纤维的形成，在一定条件下[27]会向软骨组织转化，甚至钙化，因此纤维组织或钙化组织在MRI中PDWI都表现为低信号，不失为髌下脂肪垫撞击有特征的MRI表现。关节旁软骨瘤被认为[24]是Hoffa病的终末期。

上外侧髌下脂肪垫撞击综合征：需要特别说明的是上外侧髌下脂肪垫撞击综合征，报道说[3]中年人发生率约13%，但并不为人熟知，临床上查体可扪及髌骨下极的压痛(伸膝时更为明显)，由髌股关节异常摩擦引起[5]。MRI特征性表现[1，5-6]是矢状面及横断面的PDWI显示上外侧髌下脂肪垫局限性高信号的水肿(图1)，增强后可见强化，同时常伴发髌骨高位以及TT-TG值的异常增加。已有多项研究[1，3，5-6]证实髌骨上外侧脂肪垫水肿灵敏的提示了髌股关节活动轨迹的异常。除了髌骨高位与TT-TG值增加与上外侧髌下脂肪垫水肿明显相关以外，还有其他几个髌骨相关参数[5]被认为可能存在一定相关性：髌骨外侧位移、外侧髌股角以及髌骨倾斜度，这些都能在MRI矢状面及横断面上进行测量。而关于滑车形态的几个参数如外侧滑车倾斜度、滑车沟角、滑车深度、滑车沟深度等虽能说明滑车发育不良，但与上外侧髌下脂肪垫水肿并不相关。

2.髌上脂肪垫撞击综合征

髌上脂肪垫填补了股四头肌腱止点后段与后上段之间的间隙,股四头肌腱与脂肪垫相延续，髌骨附着处纤维之间含有腱内脂肪[28]，使得肌腱纤维彼此疏离从而增加了肌腱附着在髌骨上的表面积用来转移负荷，分散应力，因此髌上脂肪垫水肿有时[28]会延伸至髌腱附着处的腱内脂肪。MRI上也是矢状面观察最清楚(图2)，髌上脂肪垫水肿病理上也是以炎症反应和纤维化为主，类似髌下脂肪垫水肿，除了在PDWI表现为高信号、T1WI低信号以外，也会有占位效应，形态增大，后缘见向髌上囊后凸的轮廓[10]，可能是由于反复过度屈膝造成的脂肪垫与滑车的摩擦损伤[10]，与髌股轨迹异常并不相关[1]。髌上脂肪垫撞击这个术语虽然在部分文献中[7，28]被使用，但其具体机制目前并未能被研究证实。

图1 a) 上外侧髌下脂肪垫撞击综合征。患者，49岁，女，反复前膝痛，髌骨下外缘明显压痛，活动后加剧。MRI质子加权矢状面图示紧邻髌腱的髌下脂肪垫上极水肿呈稍高信号(箭)，同时患者髌骨高位，髌股关节接触面较小; b) MRI质子加权横断面图示位于髌腱与股骨之间的髌下脂肪垫上外角水肿呈稍高信号(箭)。 图2 a) 髌上脂肪垫撞击综合征。患者，40岁，男，轻度前膝痛，髌骨上缘轻度压痛。MRI质子加权矢状面图示髌上脂肪垫水肿呈稍高信号(箭)，后缘轮廓轻微后凸; b) T1加权矢状面图示髌上脂肪垫水肿呈稍低信号(箭)，后缘轮廓轻微后凸。 图3 a) 上外侧髌下脂肪垫撞击综合征合并股前脂肪垫撞击综合征。患者，42岁，女，前膝疼痛，髌骨上下极压痛，活动后加剧。MRI质子加权矢状面图示股前脂肪垫水肿呈稍高信号(白箭)，同时髌下脂肪垫上外侧区域水肿呈稍高信号(黑箭); b) T1WI矢状面图示股前脂肪垫水肿呈稍低信号(白箭)，同时髌下脂肪垫上外侧区域水肿呈稍低信号(黑箭)。

3.股前脂肪垫撞击综合征

股前脂肪垫撞击文献[1，7]非常少，说明临床上对其认识严重不足。病理上以脂肪垫的炎症反应为主，MRI表现为股前脂肪垫的增大和水肿，矢状面及横断面显示最为清楚(图3)。主要有两种模式[1]：① 脂肪垫偏上中区域的水肿由髌骨上极骨赘在伸曲膝的运动中发生撞击造成；②脂肪垫偏下外侧区域水肿则由髌股关节的异常摩擦引起，同时也有小型研究[29]显示68%的上外侧髌下脂肪垫水肿伴有股前脂肪垫偏下区域的水肿也支持了这一模式，但其与髌股运动轨迹的相关性仍有待大数据研究。

4.前景与展望

研究[1，2]显示上外侧髌下脂肪垫水肿有逐渐成为研究热点的趋势，也证实其不仅与髌股异常的活动轨迹有关，而且与髌股骨关节炎的发生有关，然而这种关联在股前脂肪垫水肿以及髌上脂肪垫水肿中存疑，其关联性有待大规模数据探索，具备一定研究前景。另有小型研究[30]显示髌下脂肪垫MRI信号强度的改变可能预测膝骨关节炎病程进展。值得注意的是因髌下脂肪垫体积与髌股骨关节炎疼痛相关,Bonakdari等[31]开发了一种预测髌下脂肪垫体积的方法可用于早期发现骨关节炎进展，其预测价值有待进一步研究的证实。同时髌周脂肪垫除了物理缓冲以外的内分泌作用[4]也逐渐引起重视，将可能成为骨关节炎领域的一大新兴热点。