半月板
半月板(menisci),又称半月软骨,是位于胫骨和股骨髁之间,由韧带和关节囊固定在胫骨平台上的纤维软骨盘。它们通过膝横韧带相互连接。半月板的边缘最厚,关节囊的纤维将半月板固定在胫骨上。半月板由内侧及外侧两个部分组成,内侧半月盘直接与内侧副韧带相连。在中间,两个半月板逐渐变得和纸一样薄,内侧边缘不与骨相连。
半月板的血供主要来自膝上、下外侧动脉及膝上、下内侧动脉;半月板的神经纤维随血管分布于半月板的角部及半月板体部的边缘表面。
半月板是稳定膝关节的结构中不可缺少的部分,但必须与相关联的韧带和肌形成一个整体,共同协助维持稳定,而不可能孤立地起作用,其主要功能有保护、填充、调节压力、润滑、限制活动等功能。膝关节半月板损伤(tears of menisci,diseases of menisci),是膝部最常见的损伤之一,另外,半月板常见疾病有囊肿和盘状软骨等。
形态结构
形态特征
半月板,是由两个半月形的楔状纤维软骨组织构成的,为半月形骨盘,切面呈三角形。内、外侧半月板位于股骨内、外侧髁间对应的胫骨平台中。
半月板主要由胶原蛋白纤维交织形成的网格(主要是I型胶原)组成,软骨细胞和蛋白聚糖、糖蛋白组成的细胞外基质(ECM)位于网格中。半月板仅外表覆以薄层纤维软骨,外侧胶原纤维以环形排列为主,内侧少量胶原纤维呈放射状排列。这种结构使半月板具有很强的抗拉伸应力,利于将垂直的纵向应力转化为横向环形的应力。其内部为混有大量弹性纤维的致密胶原纤维,比较脆弱,两端排列较松,其排列形式使半月板具有更大的弹性,以抵抗压迫。这种情况在儿童最为明显。
结构与组成
结构
半月板的外侧面借冠状韧带疏松附着于胫骨髁的边缘,冠状韧带周围与关节囊的纤维组织紧密相连。半月板外缘肥厚,与关节囊相接,外侧半月板与关节囊之间有肌腱相隔,内缘锐利,游离于关节腔内。两面最初均有滑膜覆盖,但自3岁以后,所有半月板非附着的部分均不再覆有滑膜。两半月板约遮盖胫骨上部关节面的2/3,其盖胫骨髁的面积与半月板的后部或侧部的相对宽度密切相关。
组成
1.内侧半月板
内侧半月板较大,呈C形或半圆形,其两端距离较远,前角薄而尖,附着于髁间前区,位于前交叉韧带及外侧半月板前角的前方。后角附着于髁间后区,位于外侧半月板后角及后交叉韧带的附着点之间。内侧半月板前窄后宽,边缘肥厚,愈接近中央凹缘愈薄,尤以前部显著。后部较前部为厚,中央甚薄,前角接近附着点时逐渐削平。大多数内侧半月板的前半一般较窄,而后半较宽。这种不同宽度及前角附着点的不同,在一定程度上不仅与损伤发生有关,而且与损伤部位及类型有关。半月板如较窄,股骨髁在其上旋转比较少,不仅半月板本身损伤机会较少,且周围关节囊附着点被牵扯的机会亦较少。
内侧半月板随着年龄增长略有变化。儿童内侧半月板后份的相对宽度随年龄增长而增大,中间份与后份宽度的比值逐渐降低,中间份与后份的夹角逐渐增大到90°,其形状由C形逐渐变为G形。内侧半月板前、后份之间所形成的夹角随年龄而增大。内侧半月板初生儿为C型者占47%,成人为C型者占70%。内侧半月板的开口亦随年龄而增大,初生儿以开放型为主(72%),成人以中间型(48%)为主,开放型次之(31%)。
2.外侧半月板
外侧半月板几乎为圆形,较内侧半月板小而略厚,覆盖胫骨平台约2/3。外侧半月板外侧有一条沟,腘肌腱将外侧半月板与腓侧副韧带隔开,故外侧半月板较内侧半月板具有更大的灵活性。外侧半月板与内侧半月板的另一不同点,即活动时为一整体,在活动部与固定部之间并不存在弱点。
外侧半月板两角距离甚近,附着于胫骨髁间前、后区。前角附着于胫骨髁间外侧结节的前方,适在前交叉韧带之后,可能有纤维终止其上;后角附着于胫骨髁间外侧结节的后方,位于内侧半月板后角附着点之前,从它的后端发出一坚强斜行的纤维束附着于股骨内侧髁,紧与后交叉韧带相贴,在其前或其后,称为板股前、后韧带。
从对内、外侧半月板的比较中可以看出,内侧半月板的环较大,前窄后宽;而外侧半月板的环较小,周围厚,常有中间部狭窄及前后加宽现象,畸形较内侧为多。内、外侧半月板不仅形状、大小、宽度及附着点不同,在与关节囊的关系上也有区别,内侧半月板与关节囊紧密相连,因此在外伤时更易破裂;外侧半月板与关节囊之间尚隔以腘肌腱,活动较自如。由内侧半月板所围绕的圆形区域较外侧半月板大约1倍,股骨内侧髁与胫骨内侧髁在邻近胫骨内侧髁间结节处的接触面较为宽大,而股骨外侧髁与胫骨外侧髁在邻近胫骨外侧髁髁间结节处的接触面则较为窄小。
变异形态
1.盘状半月板
内侧盘状半月板罕见,外侧较多。外侧盘状半月板常伴有小腿腓侧畸形,如腓骨头高位、腓骨肌腱滑脱、腓侧肌缺损等。内侧盘状半月板除胫骨内侧髁稍扁平外,甚少有其他胫侧异常。盘状半月板分为原始型、幼儿型及中间型。原始型呈完全盘状,股骨髁与胫骨髁的相对关节面完全被分开,不仅不直接接触,而且其间存在的纤维软骨盘可以厚达数毫米,原始型半月板的周围虽亦有较厚者,但其平均厚度与正常者无异。幼儿型在某些方面与足月胎儿的半月板相同,其结构与正常者最为接近中间型较原始型为小,近乎盘状,但不完全,中央部较薄,其中央游离缘有2个切迹,中央游离缘薄而透明。
2.环状半月板
偶尔半月板可显环形,半月板中空,周围宽度大致相等,其前、后角均止于髁间后区。
3.副半月板
Bailey(1974)曾报告1例双膝外侧副半月板,其附着点自股骨外侧髁外面中部至外侧半月板前角,在胫骨附着点之后,主要症状为疼痛、弹响及活动受限。
位置与毗邻
位置
半月板位于胫骨髁上,上面凹陷,与股骨髁相接;下面平坦,与胫骨髁相接。半月板通过膝横韧带相互连接,关节囊的纤维将半月板固定在胫骨上。内侧半月盘直接与内侧副韧带相连。在中间,两个半月板逐渐变得和纸一样薄,内侧边缘不与骨相连。
毗邻
韧带
膝关节周围有很多韧带,增强了膝关节的稳定性。侧副韧带(collateral ligament)经过膝关节内侧和外侧的主要韧带,内侧副韧带复合体的纤维与关节囊和内侧半月板合并,连接股骨内侧髁与胫骨内侧。附着点位于鹅足下方。另一个连接半月板的韧带为膝横韧带,在内侧连接两个半月板。膝关节韧带还有:前交叉韧带、后交叉韧带、腘斜韧带、腘弓状韧带等。
髌股关节
骨股关节由包裹在髌骨韧带里呈三角状的髌骨及股骨的滑车沟组成。髌骨后表面覆盖关节软骨,可减少髌骨与股骨之间的摩擦,髌骨具有多种生物力学功能,最明显的是增加胫骨四头肌的牵拉角度,从而提高股四头肌产生膝关节伸展的机械优势。
关节囊和滑膜囊
膝关节关节囊大而松弛,包裹着胫股关节和髌股关节。许多滑膜囊位于关节囊内和周围,以减少膝关节运动时的摩擦。髌上囊位于股骨和股四头肌腱膜之间,是人体最大的滑膜囊。
另外三个与膝关节相关但不包含在关节囊中的关键囊是髌前囊、髌下浅囊和髌下深囊。髌前囊位于皮肤和髌骨前表面之间,允许膝屈伸时皮肤在骸骨上自由运动。髌下浅囊提供皮肤和骸韧带之间的缓冲,髌下深囊减少胫骨粗隆和髌韧带之间的摩擦。
血管、淋巴与神经
血管
半月板的血供主要来自膝上、下外侧动脉及膝上、下内侧动脉,其分支在关节囊及滑膜组织内发出半月板周围毛细血管丛,呈树枝状网,分支分布于半月板外侧20%,内侧80%无血管供应,其营养来自滑液。少数内、外膝动脉的终支也经滑膜供应半月板前、后角附着部。半月板撕裂或退变后,其血供与正常者无差别。
根据半月板的血液供应特点对半月板进行了红白分区,红-红区指半月板滑膜缘1~3mm范围,有丰富的血液供应,具有完全愈合的潜力;红-白区指红-红区内侧35mm范围,由红-红区毛细血管的终末支供应血液,有愈合的潜力;白-白区指红-白区内侧部分,为无血液供应区,营养完全由滑液供应,愈合能力差。半月板特殊部位的血液供应如整个腘肌腱区的血液供应较差,而半月板根部的血液供应则非常丰富。
神经
半月板的神经纤维随血管分布于半月板的角部及半月板体部的边缘表面。半月板由胫神经的后关节支配,半月板的外2/3有神经分布,主要分布在前角和后角。半月板内也存在游离神经末梢(伤害性感受器)和机械刺激感受器。当游离神经末梢产生疼痛感觉,帕西尼小体感知关节的加速和减速运动,鲁菲尼小体则可将关节静态位置信息传递给中枢神经系统。本体感受器可将感受变化的物理刺激信号转化为神经冲动传入大脑,以调节对关节变化的反射保护反应。
淋巴
半月板内无淋巴。
生理功能
半月板是稳定膝关节的结构中不可缺少的部分,但必须与相关联的韧带和肌形成一个整体,共同协助维持稳定,而不可能孤立地起作用,其主要功能如下。
保护作用
半月板对股、胫骨髁的相对关节面起保护作用,能吸收向下传达的震荡,可视为缓冲装置,在过度屈曲及过度伸直时更是如此。半月板的衬垫作用,特别当承担较大力量时更为明显(自高处跳下)。在完全伸直时,除非关节面接触相互压迫,股骨髁不能整个落于半月板,因此不起直接衬垫作用,但能承担一部分重量。
充填作用
半月板可视为活动的楔状体,可以防止移位,特别是侧方移位。除非半月板紧嵌于骨骼之间或因某些膝部不正常运动(如膝关节屈曲并旋转时),半月板一般运动正常,半月板作为楔状体,正好弥补股骨与胫骨间的不相称,将股骨髁与胫骨髁周围的无效腔充填,可以防止关节囊及滑膜进入关节面之间,以增强股骨髁在胫骨平台上的稳定性。胫骨髁窝的加深使关节更为稳定并减少从膝关节侧方来的打击。
调节压力作用
半月板能使关节内压力保持平衡,压力减少时向内移动,而压力加大时则向外移动。
滚珠作用
半月板犹如一列滚珠,使膝部易于旋转,在伸直最后阶段扣锁。
润滑作用
半月板上分布有一层滑液,又因其上、下面分别与股骨髁及胫骨髁紧密接触,故具有使关节各部润滑的作用,以减少摩擦。
弹簧作用
半月板可由5mm厚度压缩至2.5mm,但依然保持弹性。当关节运动时,它被压缩,具有轻度刹车的作用;它犹如弹簧,能蓄积能量,当运动朝反方向进行时释放,因此使步态具有一定的弹性。当膝关节承受外力时,压力为半月板所吸收,分散至较大平面,并部分为其弹回力而释放。
限制活动
半月板能协助侧副韧带管制关节的侧方运动。膝关节屈曲时,半月板向后滑动,可保护关节的后缘。旋转时,2个半月板所起作用并不完全相同,胫骨内旋时,股骨外侧保对外侧半月板起约束作用;胫骨外旋时,情况相反。内侧半月板在内旋与外旋时滑动的方向相反,但由于附着点较固定,更位于中心部位,旋转轴线并非位于中心而是偏于内侧;再因膝横韧带连接其前角,对运动亦起限制作用,所有这些因素都必然影响其活动范围。内侧半月板的前、后角比较固定,滑动时正常的C形发生改变,如果其附着于骨骼或韧带的部分发生撕裂,其限制必然大为减少,活动度亦必然大为增加,可向关节中心移位。
这些功能中,最重要者为润滑关节、增强稳定性及负重时传导载荷。半月板切除后,X线片显示,仅6%正常,其他多有不同程度关节间隙变窄、股骨髁扁平及骨质增生等改变。
相关疾病
半月板损伤
半月板损伤(tears of menisci,diseases of menisci),是膝部最常见的损伤之一。半月板的破裂多发生于板的下面,旋转活动为造成半月板破裂的主要原因。另外,半月板常见疾病有囊肿和盘状软骨等。多见于青壮年,男性多于女性。
损伤机制
半月板承受膝关节的部分应力,具有一定的移动性,随着膝关节的运动而改变其位置与形态。最易受损伤的姿势是膝关节由屈曲位向伸直位运动,同时伴旋转。当膝关节交叉韧带断裂,特别是前交叉韧带断裂病人在运动时经常会出现膝关节的错动,其剪力应力作用于半月板,容易造成膝关节半月板损伤,特别是内侧半月板后角损伤。除外力之外,半月板自身的改变也是破裂的重要原因。半月板损伤可发生在外侧、内侧或内外两侧。
分型
依据半月板损伤的形状、部位、大小和稳定性,分为退变型、水平型、放射型、纵型(垂直型)、横型、前后角撕裂型、边缘型和混合型。
临床表现
多见于青壮年、运动员和矿工。详细了解病史与认真的临床检查对半月板损伤的诊断有同等重要意义。
1.症状
半数以上的病例有膝关节扭伤史,伴有膝关节肿胀、疼痛和功能障碍。疼痛是常见的表现,通常局限于膝关节半月板损伤侧,个别外侧半月板撕裂可伴内侧疼痛,有的病人自觉关节内有响声和撕裂感,膝关节不能完全伸直。肿胀见于绝大多数病人,损伤初期肿胀严重,随时间的推移肿胀逐渐消退,以后发作肿胀减轻。即使没有积液和没有肿胀史,也应慎重考虑诊断半月板损伤有的病人。
2.体征
肿胀、压痛和股四头肌萎缩是常见的现象。患者常有轻度活动受限,膝关节不能完全伸直,被动伸展时可引起疼痛。(1)被动过伸和过屈痛,做过伸试验时,一手托足跟,一手置胫骨上端前方向后压。做过屈试验时一手持部,用力后推,使足跟尽量靠近臀部;此试验还可将足控制在外或内旋位检查,如出现疼痛提示可能分别为半月板前角或后角损伤;(2)麦氏试验,是检查半月板有无损伤最常用的方法,如检查过程中将膝关节充分屈曲,外展外旋小腿或内收内旋小腿,出现疼痛、弹动感或咔嗒声,分别提示外侧和内侧半月板有损伤的可能,若发生在膝近全屈位为后角损伤,发生在接近伸直位为前角损伤。试验阳性弹响位于间隙是半月板撕裂的辅助证据,但该试验阴性也不能排除半月板撕裂;(3)研磨试验,病人俯卧屈膝90°,通过胫骨长轴保持压力下,左右旋转胫骨,如病人有研磨感,有时引起疼痛,表明为膝关节半月板损伤;(4)侧方挤压试验,嘱病人患膝伸直,检查者站在病人患侧,将两手分别置病人患肢膝、小腿下端相对侧,向相反方向加压,如被挤压关节间隙有疼痛,可能有半月板损伤。
3.辅助检查
包括X线片,对半月板损伤很少有肯定性的意义;关节造影,是一种有创性检查,其阳性率较现在的核磁共振(MRI)检查低,这种方法在临床上应用越来越少;MRI检查,MRI的诊断价值已被公认,半月板损伤的确诊率可达 90%~95%;膝关节镜,是一种检查及治疗膝关节某些疾病的有效方法,尤其是对膝关节半月板损伤有着较高的准确率,可直观地了解半月板损伤的类型,同时在关节镜下进行半月板缝合、成形等治疗。
4.治疗
对于半月板损伤,应该早期手术,尽量保全半月板,半月板成形优于切除。可以采用非手术治疗和手术治疗。
非手术治疗,一般应用于不伴有其他病变的不完全半月板撕裂或小的(5mm)稳定的边缘撕裂,发生于半月板边缘有血管供应部分的稳定的垂直纵裂常可自然愈合。应用长腿石膏或膝关节固定器固定伸膝位4~6周,当病人恢复对石膏(或固定器)内肢体的主动控制时,允许病人扶拐杖负重,多能治愈。在固定期间嘱病人行股四头肌锻炼,有助于病人康复,促进关节积液的吸收。
手术治疗,适应于非手术治疗无效,包括改变运动方式和习惯,药物和康复治疗;膝关节半月板损伤的症状影响日常生活、工作或运动;阳性的临床体征,包括McMurray test阳性,关节线压痛等;呈交锁状态或经常发生交锁;合并有交叉韧带损伤病人。手术方式有半月板全切除术、部分半月板切除术、半月板修复、异体半月板移植等。
半月板疾病
1.半月板囊肿
半月板囊肿实质为半月板内的囊性改变,多见于半月板边缘,也可见于半月板内。好发于男性青壮年。一般是创伤造成半月板组织内的挫伤和积血,从而导致黏液样退变;随年龄发生的退变造成局部坏死和黏液退变成为囊肿;半月板组织内形成的滑膜细胞包液体或组织化生细胞分泌黏液导致囊肿形成;滑膜细胞经纤维软骨的微小撕裂移位到半月板内,导致酸性黏多糖蛋白分泌,形成半月板囊肿的内容物等因素引起。主要症状是慢性关节疼痛,有的像牙咬样疼痛,活动时加重,有的夜间疼痛。
2.盘状软骨
盘状软骨是指半月板的形态发生异常不同地区或种族之间盘状软骨发病率差异很大,在世界上报道中发病率很低,不到1%。但在中国、韩国和日本则发生率很高,占半月板手术数的26%~50%。男性多于女性,为2~7:1。发病多为青壮年,左右两膝发病率相近,不少双侧同时发病多见于外侧,内侧罕见。盘状软骨的病因尚不清楚。
历史
半月板曾被认为是“无功能残留物”,在过去,认为半月板与膝关节的关功能、软骨营养和稳定性方面的关系不大。通过细致研究,对半月板认识发生了变化,意识到半月板的重要性。膝关节解剖的形成可以追溯到3亿年前,真骨类肉鳍鱼总纲的骨盆附件。塔迪厄(Tardieu)描述了3种不同的人类胫股关节特征,以适应双足直立的步态,其中与软组织相关的特征就是外侧半月板前角、后角在胫骨平台均存在止点。海恩斯(Haines)研究了四足动物膝关节的结构,并于1942年报道了多种动物的解剖学研究结果。莫斯曼(Mossman)和塞尔让(Sargeant)报道了不同种群四足动物的相关性。在哺乳动物中,髌骨关节形状高度分化以适应复杂的运动形式。泰德(Tardieu)和都彭(Dupont)指出解剖结构的不同取决于四足动物的运动形式。
由扬(Young)于1889年第一次报道了盘状半月板,是半月板发育中出现的一种异常形态,根据关节镜检查后的报道,其发病率在0~20%之间。1940年,报道种出现了半月板囊肿这种疾病。20世纪80年代前后,人们研究最多的是半月板荷载传导机制。根据沃克(Walker)的研究报道,外侧半月板传导大部分是外侧间室受到的应力,而内侧间室应力则通过裸露的软骨和相对应的内侧半月板传递。1978年由渡边(Watanabe)提出的盘状半月板的最常采用分类,在1998年,蒙劳(Monllau)提出第4种类型的盘状半月板,即环形盘状半月板。20世纪70、80年代分别出现了2项革命性的技术进步,即关节镜手术和后期磁共振成像(magnetic 共振 imaging,MRI)技术,这2项突破有助于提高对半月板病理、诊断技术及治疗原则的认知,并降低并发症的发生率,从而认识到半月板在膝关节生物力学中的重要作用。20世纪 80年代以来,盘状软骨改形术已渐推广普及,即将盘状软骨修改为近似正常半月板形态。
移植
部分或完整的半月板切除术会导致膝关节生物力学改变,从而对其功能产生负面影响。由于接触压力的改变及退行性病变,患者常在半月板切除术后出现疼痛、反复的关节积液和功能障碍。在半月板无法存留的情况下,半月板同种异体移植(MAT)可恢复接近正常膝关节的功能和解剖结构,从而缓解疼痛并改善症状。
半月板移植技术仍处于不断发展中,常用的几种技术都通过骨性固定、缝合或二者结合的方法完成。同种异体移植物可在前后角之间用骨桥固定,也可在前后角分别使用骨栓。对于外侧半月板移植,通常使用骨桥固定,因为使用骨栓会由于前后角之间的距离较短而使隧道连通,而内侧半月板则两种方法均可。
对于年龄不超过50岁,半月板切除手术史,受累间室的持续性疼痛,同时伴随内外翻(可适当纠正,纠正至中立位或稍矫枉过正),韧带不稳、局限性软骨缺损(ICRS等级Ⅲ或以上)等情况均可进行同种异体移植。
自1984年以来,这种手术一直在临床上用于解决关节镜下半月板切除术后综合征的不良反应,在过去的几十年中,有文献表明,这是一个安全可靠的手术,大约85%的效果良好。在2015年对35项研究进行分析,平均随访5.1年,共1332例( 1374膝 )患者,Lysholm、IKDC、Tegner结果评分与术前值相比较均显示明显效果。此外,平均失败率在4.8年时为10.6%,在4.7年时并发症发生率为13.9%。