髋关节概述与髋关节基本结构

一、基本知识

人工关节置换术（total joint replacement）是指用人工关节替代和置换病损或损伤的关节。近年来，世界范围内关节置换术的数量成倍增长。20世纪80年代，在美国约50　000病人接受膝关节置换手术，1997年，增长达约144　000例（增长近3倍）；髋关节置换术更增至259　000例。我国自20世纪80年代开始关节置换术的实践和探索，人工髋和膝关节置换手术临床上开展较多，目前尚无数据报道。手术增长的主要原因是因人口的老龄化、关节病和骨质疏松症的高发病率所致。关节疼痛，特别是接受关节置换术的患者术前因长期患有关节疾患出现关节的反复进展以及活动后慢性疼痛加重，药物和其他保守治疗效果不显；关节严重畸形；X线检查常见出现骨质结构破坏、对线问题，降低了关节稳定性等是施行关节置换术的适应证。临床研究证明，关节置换术能够增加患者的活动能力、减轻关节疼痛，短期和中期随访时的总优良率接近90%。其中关节置换术的康复治疗不容忽视，它是患者获得独立生活能力的关键，也是能提高手术术后效果的有效手段。关节置换术后康复的目的不仅最大程度增加病人的活动及日常生活功能，而且最大程度减少术后合并症，使病人回到家庭中过正常人的生活，并最终回归社会，重返工作。人工关节置换术康复包括康复评定和康复治疗。

二、关节置换术的基本类型

（一）全髋关节置换术

1．髋关节解剖结构

（1）髋臼：骨盆的髋骨主要由髂骨、坐骨和耻骨3个独立的骨化中心发育形成，同时次级骨化中心在此基础上形成髂嵴、髂前上棘、坐骨结节、耻骨联合以及在髂骨、坐骨和耻骨3个方向上形成髋臼的软骨结构。在13～14岁，髂骨、坐骨和耻骨的骨性结构已经构成髋臼大部，与此同时髋臼处覆盖有“Y”形的关节软骨，该软骨在15～16岁融合成完整的一块软骨。左右髋骨次级骨化中心基本在20～22岁完成联合和融合。

在发育中，髋臼的开口平面斜向前、向外和向下，形成大约45°的腹倾角和15°的前倾角。在髋臼的上方边际形成近圆形的轮廓，但是髋臼近半球形结构的深度仅仅能包绕股骨头170°的范围，股骨头剩余部分被髋臼周围的唇盂覆盖加固。髋臼借助前柱和后柱骨性支撑结构，支撑和传递躯干和下肢的力量，但在不同的位置髋臼支撑柱厚度不同。通常当髋臼被锉磨超过原髋臼直径的1／3（如直径54mm的髋臼在锉磨后直径超过72mm），将会削弱髋臼的支撑作用。在全髋置换中，过度锉磨髋臼会削弱被打入的压配型髋臼假体对周围骨组织的压力；同时因为骨量的过度丢失，造成髋臼周围骨质变薄，从而削弱髋臼固定螺钉的固定作用。有学者认为，在锉磨髋臼时，髋臼被扩大其直径1／4的情况是安全的（如直径56mm的髋臼在锉磨后直径达到70mm），可以保留横断面上前后柱近75%的骨量，以利于初始的髋臼假体固定。

（2）股骨：股骨是人体最长和强度最高的骨头，其长度的恢复是维持患者正常步态生物力学的基础，足够的强度是满足肌肉收缩和下肢承重所必需的。股骨中段为管状结构，股骨近端中轴会向前侧和外侧有轻度弧形突出，全髋置换中如该弧度过度突出时，应考虑术中无法使用正常尺寸的长直柄股骨侧假体。股骨颈和近端干骺端有15°的前倾角，在不选择小号假体或进行截骨的情况下，过度的前倾角会使安装股骨假体变得困难。为定量测量不正常的股骨的前倾角，可以进行术前CT的骨扫描作为全髋置换的术前评估，如果股骨侧前倾角过大，可以选择前外侧入路进行全髋置换手术，以利于术中髋关节向前脱位。同样骨骺滑脱症患者因其股骨前倾角过小，可以选择后外侧手术入路进行全髋置换。

股骨的颈干角为125°左右，股骨头的旋转中心基本与股骨大转子顶端在同一水平。当颈干角角度扩大，造成股骨头旋转中心高于大转子顶端。则会形成髋外翻；相反，颈干角角度下降会造成髋内翻。同样，股骨头旋转中心到大转子边缘的距离随颈干角的变化而变化，髋外翻因颈干角扩大而致该距离缩小，髋内翻则因颈干角缩小而致距离扩大。颈干角和股骨头旋转中心到大转子边缘的距离这2个参数对于全髋置换有重要意义，如果这2个参数正常，在全髋置换中需要维持相同的偏心距和颈干角；如果这2个参数不正常，在髋关节重建中则需要恢复到正常的偏心距和颈干角。

（3）髋关节关节囊和韧带：髋关节有强度高和致密的关节囊结构，以增加髋关节确实的稳定性。在髋臼唇盂前方和后方有坚强的韧带。髋关节关节囊的前方止于股骨的粗隆间，但后方关节囊形成弧形末端，并不止于后方股骨的骨性结构，仅仅包裹股骨头头部结构；股骨颈的前方完全在关节囊内，但是其后方基线和后方粗隆间结构游离在关节囊之外。除了后下方髋关节关节囊纤维走向为环绕股骨头外，绝大多数关节囊的纤维走向为纵向且从骨盆指向股骨。同时，髂股韧带和耻股韧带在前方可进一步增加髋关节的稳定性，在后方有坐股韧带加强后方关节囊。髋关节关节囊和韧带结构，从解剖学方面使髋关节向前方有很大的屈曲活动度，同时可防止髋关节过度后伸，有利于股骨形成的前倾角，增加髋关节的活动度和稳定性。

倒置的“Y”形扇形纤维结构形成髂股韧带，髂股韧带的上极起自髂翼的前下方，“Y”形纤维止于股骨粗隆间线。髂股韧带当髋关节过度后伸时被拉紧，从而防止髋关节因过伸而前脱位，增加髋关节的前方稳定性；髂股韧带上方的纤维可以防止髋关节过度伸展。

耻骨韧带在关节囊的前内下方，起自隶属于耻骨髋臼的边缘，以及起自耻骨支上缘的部分闭孔肌，在股骨颈的下端近小转子处与髂股韧带共同止于股骨。髋关节过伸和外展时，耻股韧带被拉紧，当全髋置换手术需要纠正内收畸形时，则应对耻股韧带进行松解，从而恢复髋关节外展功能。

坐股韧带加强了髋关节后方的稳定性，起自坐骨髋臼的边缘。坐股韧带的纤维螺旋形地环绕在股骨颈的上方，下方与闭孔肌上方带状结构联合。螺旋形纤维在髋关节过伸时拉紧而在屈曲时松弛，另外的非螺旋纤维结构水平止于大转子的内侧面，从而限制髋关节过度内旋。

环绕髋关节的周围关节囊和韧带允许髋关节在充分后伸的情况下，为股骨头提供一个可以旋转的环境，周围关节囊和韧带的被拉伸或蜷曲，使髋关节在有限的环境中，充分确保髋关节的稳定。但髋关节在充分后伸的情况下，股骨头和髋臼软骨的接触不是最佳和最稳定的。屈曲、外旋和外展的髋关节为髋关节最充分的接触方式，在该体位下，髋关节周围的关节囊和韧带处于松弛状态。当髋关节的关节面既不充分接触，同时周围关节囊和韧带不被充分拉紧的情况下，髋关节在屈曲、内收、内旋位时易于造成髋关节损伤性脱位。

（4）髋关节周围肌肉：髋关节周围的肌肉使髋关节的活动构成完整的铰链式系统。因每块肌肉的起止、长度和跨过的区域不同，当髋关节在不同位置时，其所发挥的作用各异。

屈肌：髋关节主要屈肌由髂腰肌、股直肌和缝匠肌组成。髂腰肌又分为两块独立的肌肉：髂肌和腰大肌，两块肌肉互相重叠并汇集成同一韧带止于股骨小转子。髂肌起自髂嵴、髂窝、骶骨翼、髂腰和骶髂韧带；腰大肌起自T12至L5椎体、椎间盘。髂腰肌的肌腱紧贴髋关节关节囊并从下方跨过关节囊，当髋关节关节囊需要从下方切除时，髂腰肌肌腱是重要的标示，可以确定切除的深度。

股直肌跨过下肢的髋关节和膝关节。股直肌的直头起自髂骨的髂前下棘，另一头始于髋臼上缘和部分前下方的关节囊。两头向下汇合，在大腿远端和股四头肌的其他部分腱膜共同形成髌韧带，止于胫骨结节。膝关节的位置决定股直肌对髋关节屈曲力度的大小，当膝关节屈曲时，股直肌提供其最大的屈髋关节的肌力，因膝关节屈曲拉长股四头肌，从而增加前负荷，增强股直肌的屈髋肌力。相反，当屈髋和伸膝时缩短了股四头肌的长度，减少了前负荷，从而削弱了股直肌的屈髋肌力。

缝匠肌起自髂前上棘，跨过髋关节和膝关节后止于胫骨体上端的内侧面。缝匠肌收缩可以屈髋和外展髋关节，并屈曲膝关节。尽管缝匠肌跨过2个关节，但是其对髋关节的作用力大小和膝关节位置之间的关系不大，因为在屈膝的情况下，缝匠肌的长度变化不大。

阔筋膜张肌起自髂前上棘后外方的髂嵴，其肌腹在阔筋膜两层之间，向下移形于髂胫束。阔筋膜张肌收缩可以屈髋和外展髋关节，并可造成髋关节轻度内旋，但是阔筋膜张肌外展髋关节的前提必须为髋关节已经位于屈曲位。阔筋膜张肌的主要作用为保持髂胫束的张力，当站立时维持膝关节的伸直，防止屈膝跌倒。

其他辅助屈髋的肌肉有：耻骨肌、长收肌、短收肌和大收肌；股薄肌；臀中肌和臀小肌的部分前侧肌群。上述肌肉造成屈髋与否取决于髋关节的位置。股薄肌跨过髋关节和膝关节，当膝关节处于伸直位时可以屈髋，反之不能促成屈髋动作的完成。

伸肌：臀大肌和腘绳肌是伸髋的主要结构，同时起自坐骨结节的大收肌部分肌肉对伸髋也有辅助作用。臀大肌是四角形肌肉，起自骶骨的背面、尾骨、骶结节韧带和覆盖在臀中肌表面的臀筋膜。最上方的肌肉进入髂筋束，下方的肌纤维止于臀肌粗隆和股骨外侧嵴。当下肢处于站立位，臀大肌因对抗躯干重力而引起髋关节屈曲，从而使髋关节保持伸直位，还会造成股骨外旋，同时通过髂筋束增加膝关节的稳定。

腘绳肌腱同样也使髋关节处于伸直位，这些肌肉包括股二头肌、半腱肌和半膜肌，所有这些肌肉均起自坐骨结节，肌肉收缩可以伸髋和屈膝。尽管股骨后群肌肉合力仍然小于臀大肌的肌力，但是后群肌肉可以增强后伸髋关节的肌力。当髋关节不处于中立位时，上述肌肉所提供的最大肌力会减少。

外展肌：尽管髂筋束仅在髋关节屈曲时，有外展髋关节功能，但是臀中肌和臀小肌是促使髋关节外展的主要肌肉群。臀中肌由前、中、后三部分组成，当髋关节运动时三部分肌纤维不同步收缩。臀中肌前部肌纤维收缩可以屈髋和内旋髋关节；后部肌纤维收缩可以伸髋和外旋膝关节；所有的肌纤维都有使髋关节外展功能。臀小肌位于臀中肌下方，起自髂骨的外侧，止于大转子的前上角。

在站立时，臀中肌和臀小肌的功能为共同拮抗由人体重力造成的内收肌力。根据力矩相等公式，为维持人体静止站立，外展肌肌力和力矩的乘积等于重力和内收力矩的乘积，故外展肌的肌力，维持髋关节的静止稳定为b／a×5W／6，其中a为外展肌的力矩，b为重心距股骨头中心的水平距离，W为体重，于是FAB≈2．5W。在全髋置换术后，外展肌除非提供2．5W的肌力，否则会造成Trendelenburg征和Trendelenburg跛行。Trendelenburg跛行是人体试图代偿外展肌的无力，在行走中使重心移向患侧的股骨旋转中心，进而缩短重力的力矩以期达到平衡。患者重心移向患侧的股骨旋转中心的距离，与外展肌的肌力下降程度成正比。

内收肌：髋关节内收肌群包括短收肌、长收肌、大收肌、耻骨肌和股薄肌。短收肌、长收肌、大收肌起自耻骨支下方外侧表面和坐骨支扇形外侧，止于股骨嵴。股薄肌、其耻骨支下方和耻骨联合边缘，止于胫自骨上端内侧的鹅足。所有内收肌肌肉的力量大于外展肌的肌力，故内收挛缩是髋关节常见的病理改变。

外旋肌：外旋肌群包括闭孔内肌、闭孔外肌、上孖肌、下孖肌、股方肌和梨状肌。前倾的股骨颈和后凸的转子嵴，为外旋肌提供了良好的动力学条件。闭孔内肌起自闭孔内膜内面和其周围的骨面，肌束向后集中成为肌腱，由坐骨小孔出骨盆转折向外，止于转子窝。上、下孖肌起自坐骨小切迹附近骨面，分别包绕在闭孔内肌上下，并和闭孔肌肌腱混合后共同止于转子间窝。梨状肌起自S2～S4骶前孔外侧，也有部分肌纤维起自髂后下嵴附近臀侧骶骨和骶髂关节囊处，外出坐骨大孔达臀部，止于股骨大粗隆内侧上方。梨状肌周围组织以出梨状肌上口或下口为参照，10%的个体坐骨神经中的腓总神经会在梨状肌处已经和坐骨神经分开。通常坐骨神经出梨状肌下口，下行于外旋肌表面。闭孔外肌起自闭孔膜外面和周围骨面，外出坐骨大孔达臀部，止于股骨大粗隆内侧转子窝。该肌腱正好位于髋关节后下方表面，可以起到加强后下方封闭髋关节组织的作用。股方肌是一块厚四角形肌肉，起自坐骨结节，止于转子间嵴。

内旋肌肉：髋关节内旋为肌肉的辅助功能，这些肌肉都有其各自的主要功能。在髋关节屈曲时，这些肌肉的收缩可实现髋关节内旋。主要内旋肌肉为臀中肌、臀小肌和阔筋膜张肌，其他有内旋髋关节的肌肉。

2．全髋关节置换的手术入路　手术入路的主要目标是获得充分的暴露并减少并发症。除了近年来兴起的微创切口置换入路外，目前常用的入路有前方入路（Smith-Peterson）、前外侧入路（Watson-Jone）、直外侧入路（Hardinge）、外侧经转子入路（Charnley）和后外侧入路（Moore，Gibson）。

前方入路（Smith-Peterson）：前方入路经肌肉和神经间隙，浅层走行在缝匠肌（股神经）和阔筋膜张肌（臀上神经）之间，深层走行在股直肌（股神经）和臀中肌（臀上神经）之间，到达髋关节。这种入路的髋关节和髋臼的上方显示有助于进展期髋关节发育不良的患者切开复位，以及髋关节截骨术、髋关节固定术、髋关节骨折的复位和固定。

前外侧入路（Watson-Jone）：前外侧入路在臀中肌和阔筋膜张肌之间进入。这种切口常用于活检、骨折复位和关节截骨术，可以减少在肌间的解剖。

直外侧入路（Hardinge）：直外侧切口两分大粗隆上增厚的骨膜并保护近端臀中肌、臀小肌和远端股外侧肌联合肌腱附着点的连续性。这一切后的优点在于当需要从前和后进入髋关节时，由于是外侧的中线切口不需要做大粗隆截骨。

外侧经转子入路（Charnley）：Charnley在1962年开始推广转子截骨入路，他强调通过转子的远端移位可以获得极好的暴露，并能改善外展机制的生物力学。采用这一入路方法，医师可以完全暴露髋关节和髋臼的前后方。

后外侧入路（Moore，Glbson）：后外侧入路为目前最常用的手术入路，对于后方关节囊，以及髋臼与臀大肌的分离提供了良好视野。这种入路需要松解外旋肌、后关节囊切除，易造成后脱位及臀中肌、臀小肌的力弱；其优点是易于暴露，恢复迅速，缩短手术时间，而且异位性骨化率低。

3．髋关节生物学假体设计

（1）骨水泥固定的假体设计：目前此型假体有钛金属，因其能将更多的负荷传递至骨上，另外可以选择的是强度更高的金属。不锈钢-钴钛金，它能减少骨水泥应力而且更加耐磨。假体的形状是以内缘较宽、无钝角和外缘更宽设计而成，主要减少骨水泥张力，增加股骨假体强度。在绝大多数设计中都包括一个内在的颈领。从实用性来看，颈领能压缩近端内侧的骨水泥，在骨水泥变硬过程中稳定假体，还能作为置入髓腔深度的标志。髋臼的假体设计使用全聚乙烯，文献报道此种材料磨损率和松动率均较低。

（2）非骨水泥固定的假体设计：早期的非骨水泥固定假体具有光滑的金属表面，有或无明显的纹路或几何特征（如孔洞），以提供可靠的长期骨性固定和生物学固定。目前的假体大多具有某种形式的表面增强措施，以促进骨长入、活骨生长。这些增强方式包括钛金属的粗糙化、钴铬或钛株制成的多孔涂层、钛丝网、等离子喷涂的钛金，以及加入生物活性的非金属材料。股骨柄上生物活性涂层范围可以从近端1／3到整个柄不等。非骨水泥固定的假体具有较好的骨长入率，较低的髋部疼痛发生率，提高良好的中期耐久性。