膝关节髌周脂肪垫水肿的解剖学基础、病理机制与临床研究进展

Progress in anatomical basis， pathological mechanism and clinical study of peripatellar fat pad oedema of the knee joint

摘要

髌周脂肪垫是位于关节囊内、滑膜外的动态脂肪结构，通过形变适应膝关节运动中的腔隙变化。骨性结构异常（如髌股对位不良）、生物力学紊乱及运动负荷增加，均可导致髌周脂肪垫机械性损伤。尽管滑膜炎、肿瘤或纤维化等病理过程可影响髌周脂肪垫，但机械性病因尚未被充分阐释。放射学文献中，“撞击”作为关键术语描述3类髌周脂肪垫结构异常：上外侧髌下脂肪垫（Superolateral Hoffa's fat pad， SHFP）水肿、髌上脂肪垫（Suprapatellar fat pad，SFP）水肿及股前脂肪垫（Prefemoral fat pad，PFP）水肿，三者共同病理基础为异常机械应力。本文基于膝关节伸肌装置的解剖与生物力学特性，探讨了髌股关节移位（含静态对位异常与动态轨迹不良）与上述髌周脂肪垫水肿的因果关联。文献分析表明：SHFP水肿与髌骨高位及滑车发育不良显著相关；SFP水肿多由髌骨上极骨赘直接撞击引发；PFP水肿与髌股轨迹不良导致的慢性摩擦密切相关。未来研究需整合动态影像与计算机力学模拟，构建机械性髌周脂肪垫损伤的预测模型，为精准诊疗提供新视角。

Abstract

The peripatellar fat pad is a dynamic fatty structure located inside the joint capsule and outside the synovial membrane that adapts to changes in the luminal space during knee motion through deformation. Bony structural abnormalities （e.g.， patellofemoral malalignment）， biomechanical disturbances， and increased sport loading can lead to mechanical injury to the peripatellar fat pad. Although pathological processes such as synovitis， tumours or fibrosis can affect the peripatellar fat pad， the mechanical etiology has not been fully elucidated. In the radiological literature， "impingement" is used as a key term to describe three types of structural abnormalities of the peripatellar fat pad： oedema of the superiorolateral Hoffa's fat pad （SHFP）， oedema of the suprapatellar fat pad （SFP）， and oedema of the prefemoral fat pad （PFP） oedema， which share a common pathological basis of abnormal mechanical stress. Based on the anatomical and biomechanical properties of the knee extensor apparatus， this paper systematically investigates the causal association between patellofemoral joint displacement （including static alignment abnormality and dynamic trajectory malposition） and the above mentioned peripatellar fat pad oedema. Literature analysis showed that SHFP oedema was significantly associated with patellar elevation and glide dysplasia； SFP oedema was mostly triggered by direct impingement of the superior pole of the patella； and PFP oedema was closely associated with chronic friction due to patellofemoral mal-tracking. Future studies need to integrate dynamic imaging and computer mechanics simulation to construct a prediction model for mechanical peripatellar fat pad injury，aiming to provide a new perspective for accurate diagnosis and treatment.

关键词

膝关节 / 脂肪垫 / 撞击 / 髌骨偏移

Key words

Knee joint / Fat pad / Hit / Patellar displacement

关节腔内脂肪组织的堆积组成关节脂肪垫。关节脂肪垫由关节囊包裹，内衬滑膜，填充潜在的空间和轮廓，是适应性强、有弹性且具有移动性的垫子，可以通过改变其形状和大小来适应不同的运动情况。关节脂肪垫扩大了滑膜区域，并增强了润滑液在关节表面的作用。

髌周脂肪垫包括髌上脂肪垫（Suprapatellar fat pad，SFP）、股前脂肪垫（Prefemoral fat pad，PFP）和髌下脂肪垫（Hoffa's fat pad， HFP）。移除HFP后，髌骨生物力学发生了变化，这证明了HFP对膝关节正常运动的重要性^［1］。在膝关节正常弯曲和伸直运动中，SFP减少了股四头肌腱和股骨髁之间的摩擦，PFP避免了髌骨和股骨远端之间的直接接触，HFP位于胫骨上缘与滑车关节面的后方和髌腱的前方，它充当了胫骨上端、滑车关节面以及髌腱间的缓冲器。持续摩擦和反复轻伤会导致撞击的临床表现，通常被描述为膝关节前部的持续疼痛，并与磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）检测到的结构变化有关，如水肿样改变、纤维化征象及形态学异常等^［2］。

髌周脂肪垫的病理改变可由滑膜增生、肿瘤及纤维化等疾病引发，但本文聚焦于机械性病因相关的3类脂肪垫水肿：上外侧髌下脂肪垫（Superolateral Hoffa's fat pad， SHFP）水肿、SFP水肿及PFP水肿。需在髌周脂肪垫病理的背景下明确以下关键术语：髌股对位：指髌骨与股骨滑车沟的静态解剖关系，异常对位称为髌股错位，常见于滑车发育不良或髌骨高位；髌股轨迹：描述膝关节屈伸过程中髌骨相对于滑车沟的动态运动，异常轨迹（即轨迹不良）多表现为髌骨外侧偏移或倾斜；髌周脂肪垫撞击：由髌股对位异常或轨迹不良引发的机械性压迫综合征，其诊断需结合影像学特征（如脂肪垫水肿、纤维化）与临床症状（前膝痛、活动受限）^［2］。

本文主要阐述膝关节伸肌装置的正常解剖结构与生物力学特性，并探讨髌股关节损伤（如髌骨不稳、软骨磨损）与SHFP、SFP、PFP水肿的病理关联及其分子机制。

1 膝关节伸肌装置的正常解剖结构、相关测量指标及其与髌股关节稳定性的关系

髌骨是人体最大的籽骨，上端由股四头肌腱固定，下端由髌腱连接。髌骨在膝关节的伸肌机制中起关键作用，充当向前移动股四头肌的杠杆，增强伸展膝关节的力学效能。当股四头肌收缩以伸直膝关节时，由于股四头肌的排列与股骨的解剖轴一致，而非与下肢的解剖轴一致，髌骨会受到外翻平移力（一种远离身体中心的侧向力）的作用^［3］。Q角是从骨盆的髂前上棘到髌骨中心画一条线，从髌骨中心到胫骨结节画另一条线来确定的，它是外翻平移力的间接指标。在一般情况下，男性Q角为11°，女性为16°^［4］。在髌骨移位的情况下，Q角会增加。

根据髌腱的长度（从髌骨最底部到胫骨结节的距离）与髌骨的主要对角线直径的比值，计算出高位髌骨的比值超过1.2，这个比率也被称为Insall-Salavati指数^［5］。Insall-Servati指数的修订版，即从髌骨关节面的远端到胫骨结节的距离与髌骨关节面的长度之比，受髌骨形状变化的影响较小，与传统指数相比，结果更具可重复性，髌骨高位的特征是修正后的Insall-Salvati指数超过2^［6］。通过轴位图像评估的胫骨结节-滑车沟（Tibial tuberosity-trochlear groove，TT-TG）距离表明了相对于髌腱与胫骨结节连接点的髌骨侧向位移的程度，滑车沟是最佳显示完整软骨滑车方图像中最深的软骨点，胫骨结节的中心是髌腱连接的地方^［7］。TT-TG距离的典型值范围为10～13 mm^［8-10］。TT-TG距离超过20 mm与髌骨的病理不稳定有关^［10］。15～20 mm的测量值被认为在边界线上^［11］。

当膝关节完全伸展时，髌骨与股骨槽最浅的部分和股骨滑车上方的区域接触，该区域被股前脂肪垫和滑膜覆盖^［12］。在这种姿势下，股骨为髌骨提供了最小的骨稳定性。膝关节弯曲时，髌骨向下移动，进入滑车的较深部分。因此，髌骨半脱位的倾向在完全伸展时会增加，而在屈曲中，髌骨通过在滑车沟内的紧密关节获得更大的稳定性。滑车发育不良，通常以平坦、浅槽为特征，导致髌股关节不协调。这就需要依靠软组织的支持来维持髌骨的稳定性并防止外侧脱位。除了滑车发育不良外，髌股关节排列不规则也会导致畸形。髌股关节的错位可能发生在轴向（胫骨结节过度偏侧导致髌骨侧向移位，用TT-TG距离来量化）或矢状方向（如高位髌骨）。研究表明，Q角与TT-TG间距呈正相关^［13］。

总之，外翻平移力会导致髌股关节外侧的剪切力增加，而正确的髌股追踪会抵消这些剪切力。失衡可能由多种因素造成，包括骨骼结构的变化、主动和被动软组织的约束作用以及功能需求的综合作用^［3］。髌周脂肪垫被认为是保护性缓冲垫，因此，可能会因髌股关节的损伤而发生病理改变。

2 SHFP水肿的临床特征、病理关联及诊疗策略

在常规的膝关节MRI扫描中，常观察到SHFP水肿^［14-15］。SHFP水肿在里约热内卢奥运会女性运动员中比男性运动员更常见^［16］。关于普通人群的患病率，目前数据不足。SHFP被认为是髌股摩擦综合征的影像学表现，以膝前部的疼痛和压痛为特征，通常在髌骨底部感觉到。这种不适在过度伸展时通常会加剧，体检可能会在髌骨下端发现特定的压痛点^［17］。

SHFP水肿被认为是髌骨轻微错位的敏感标志，多项研究已突出显示了其发生与形态变异（如高位髌骨和外侧髌骨移位）之间的显著相关性，如髌骨位置比通常高（髌骨高位）以及髌骨向侧面移动，可通过增大的TT-TG距离来识别^［18-20］。TT-TG距离增大及髌骨位置比正常高都会导致膝关节弯曲时瓦尔古斯平移力增加，这反过来又增加了HFP在外侧股骨髁和髌腱侧面摩擦的风险。SHFP水肿也与髌股关节外侧隔室的软骨退化和骨关节炎有关^［14］。

在MRI扫描中，对液体敏感的矢状面和轴向图像显示HFP上外侧部分位于外侧股骨髁和髌腱之间的区域，信号强度局部增加，表明有水肿。注射钆螯合对比剂可能会在成像中显示出增强的对比度^［7］。此外，CAMPAGNA R等^［20］还观察到，SHFP水肿与髌腱外侧局部肌腱性病变存在相关性，该病变多位于外侧滑车对应区域，并伴有外侧股骨髁与髌腱间距缩小。

SHFP撞击常可以通过非侵入性方法有效治疗，如纠正髌骨追踪生物力学的物理治疗和使用贴带技术以减轻下方脂肪垫的压力^［21］。

3 PFP水肿的研究现状、分型及干预措施

目前，学界对PFP水肿的研究尚不够充分，其具体病理机制、诊断标准及治疗方案仍缺乏统一共识。仅有少数研究认为PFP水肿与“脂肪垫撞击”可能存在关联。膝关节前部疼痛是最常见的初始症状，多表现为髌骨上方区域的剧烈疼痛。当脂肪垫在股骨髁表面发生急性移位时，患者常主诉存在关节卡压感^［22］。MRI检查显示，PFP存在水肿和体积增大，这一特征在矢状位及轴位图像中显示尤为清晰^［7］。根据MRI表现，目前已识别出2种类型的PFP水肿：第一种类型位于脂肪垫的上部中央区域（在轴向图像中更靠近中线），由显著突出的髌骨上极骨赘撞击所致；第二种类型累及脂肪垫下外侧部分（轴位图像中更靠近中线），与髌股摩擦综合征具有显著相关性^［23］。研究发现，68%的膝关节疼痛和SHFP水肿患者显示出股前脂肪垫有水肿^［14］。但尚未有报道显示股前脂肪垫水肿与髌骨错位的测量值之间存在相关性。

初始治疗以保守疗法为主，包括止痛、抗炎药物和物理治疗。物理治疗具体包括伸展股四头肌与腘绳肌拉伸训练，以减轻髌骨对脂肪垫的向下压力。KIM Y M等^［22］报道，通过关节镜手术移除部分纤维化的PFP后，患者膝关节疼痛症状完全消失，且1年随访未见复发。

4 SFP水肿的解剖基础、临床争议及治疗进展

SFP呈三角形，是膝前脂肪垫中体积最小的结构，其平均厚度通常小于7～8 mm^［24］。该脂肪垫填充于股四头肌肌腱远端附着点后表面与股骨滑车上方区域之间的间隙。关节隐窝作为解剖屏障，将SFP与PFP后部分隔开。SFP直接连接到股四头肌腱，股四头肌肌腱在附着点的纤维中含有高密度的脂肪组织，称为内筋膜脂肪^［25］。在股四头肌肌腱的远端附着点，内筋膜脂肪分布更为显著，该脂肪组织可以增加肌腱与骨骼的接触面积，从而促进载荷传递和应力分散^［25］。从生物力学角度来看，SFP可增强伸肌装置中髌骨与股骨之间的相互作用效率。在接受膝关节MRI扫描的患者中，有12%～14%患者检测到SFP水肿^［26］。也有学者^［27］认为在膝关节MRI中看到的SFP水肿样改变可能与其自身解剖结构相关，但与膝前疼痛的关联性较低。因此，SFP水肿与膝前疼痛的临床相关性尚有争议。值得注意的是，SFP水肿在组织学改变上可能与Hoffa病具有相似性^［28］。尽管如此，有一种观点认为，在大角度膝关节屈曲的情况下，滑车对SFP的反复摩擦可能是诱发其水肿的潜在机制^［29］。

尽管“撞击”这一术语在描述SFP水肿时使用日益广泛，但目前尚无证据支持其机械性致病机制。研究表明，SFP水肿与髌骨损伤量化评估之间无显著相关性^{［26，29］}。然而，一项为期48个月的随访研究发现，SFP水肿与髌股关节退行性变之间存在动态关联^［30］。MRI扫描可见，SFP呈现占位效应，表现为向髌上关节隐窝突出的凸面改变。脂肪垫在液体敏感序列呈高信号，T1加权信号强度低于皮下脂肪组织^［28-29］。要注意的是，当脂肪垫的信号强度趋近于液体信号时，其存在占位效应的可能性显著增加，此外，水肿可累及邻近股四头肌肌腱内脂肪组织^［25］。

目前关于SFP水肿治疗的文献报道较少。超声引导下局部注射糖皮质激素联合局部麻醉药配合物理治疗SFP水肿具有安全性，但长期随访显示，该疗法并不优于单纯物理治疗方案^［31］。

5 小结与展望

膝关节髌周脂肪垫作为关节内重要的缓冲结构，通过适应性形变协调膝关节运动，其解剖功能与生物力学特性直接影响髌股关节稳定性。髌周脂肪垫的3类机械性水肿病变（SHFP、PFP、SFP）与髌股对位异常（如滑车发育不良、髌骨高位）及轨迹不良（如髌骨侧移）密切相关。SHFP水肿与髌骨高位、TT-TG距离增大显著相关，是髌股摩擦综合征的关键影像学表现，常伴随外侧软骨退变，非侵入性物理治疗为首选方案。髌周脂肪垫水肿在临床实践中仍存在认知不足，其典型临床表现为髌骨上方区域疼痛伴关节活动时的机械性卡压感。根据MRI特征可分为2种亚型：①骨赘撞击型：由髌骨上极骨赘机械性刺激所致；②髌股摩擦型：与髌股关节运动轨迹异常相关的慢性摩擦损伤。髌周脂肪垫治疗策略以保守治疗（如物理治疗、药物干预）为首选方案，但对于进展至纤维化阶段的病变，建议采用关节镜下脂肪垫部分切除术以改善症状。SFP水肿与膝前痛相关性存疑，但长期随访提示其与髌股关节退变动态关联，治疗以超声引导下局部注射糖皮质激素联合局部麻醉药配合物理治疗为主，但远期疗效有限。

当前研究已初步揭示脂肪垫水肿的解剖病理基础，但在发病机制、临床转归及精准诊疗层面仍存在显著空白。未来需要开展大样本多中心研究，明确SHFP在普通人群中的患病率及性别差异（如女性运动员高发趋势的普遍性），建立PFP/SFP水肿的运动负荷-损伤阈值模型，解析脂肪垫从水肿到纤维化的病理进展规律，为早期干预提供时间窗依据。

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