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    行業資訊

    足踝解剖活動的研究

    2020-06-01 17:18:37 baiye

    雙足的主要功能是作為一種半剛性基柱為軀干提供牢固的支撐。

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    踝關節解剖和活動

    1、結構特點

    踝關節包括脛距、脛腓、腓距三個關節面,距骨是頂點位于內側的圓錐截體,前寬后窄。


    Inman發現距骨和踝穴內外側匹配并不相同,踝穴外側弧度、直徑和距離差值<1mm,而內側平均差異為(2.1±1.1)mm。而且所有標本的踝穴曲率半徑都大于距骨,這樣就允許距骨在水平面內發生旋轉。


    2、踝關節軸向負荷

    步態周期中踝關節負重力最大可達體重的4.5—5.5倍。根據負荷和踝關節位置不同,接觸面積約為1.5c㎡至9.4c㎡。

    Calhoun等發現,當踝關節從跖屈到背伸時,接觸面積增加,而每單位面積受力相應減少;背伸時距骨內外側關節面與脛腓骨間的接觸面積最大。


    3、踝關節旋轉軸

    Inman發現踝關節軸從后下外指向前上內,基本與內外踝尖連線一致;在冠狀面上平均向外傾斜8°,橫斷面上平均向外旋轉6°。該軸線方向決定了踝關節的多維復合運動;背伸時伴有外旋、外翻;跖屈時伴有內旋、內翻。

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    近期研究發現:踝關節旋轉軸的方向和位置隨其活動改變,并非固定軸線。應用立體攝影技術,Lundberg測量發現踝關節旋轉軸在矢狀面、冠狀面和橫斷面的投影一直在變化。Sammarco也認為脛距間活動是圍繞多個瞬時旋轉中心發生的;而且被動跖屈踝關節時脛距關節分離,在“功能范圍”內活動時為平行滑動;在被動背伸時二者間有壓縮。

    4、踝關節活動

    踝關節的活動包括矢狀面、冠狀面和橫斷面三部分。矢狀面活動,即跖屈和背伸是踝關節最重要的功能。多位研究者報道,踝關節平均背伸13°到33°,跖屈23°到56°。

    Stauffer測量結果為24.4°。

    Sammarco發現行走時跖屈10°到15°,背伸10°。上樓梯需要37°,下樓梯需要56°。


    由于踝關節軸傾斜,所以在屈伸的同時伴有足或小腿水平面旋轉。小腿固定時,踝關節背伸時足外旋,跖屈時內旋。Lundberg報道,從中立位到背伸30°,距骨外旋8.9°;從中立位到跖屈10°時,有輕微的內旋。Michelson和Helgemo報道,背伸時足外旋角度平均(7.2±3.8)°,跖屈時平均內旋(1.9±4.12)°。


    脛骨水平面旋轉平均19°(13°—25°),但即使是最傾斜的踝關節軸和最大的踝關節活動度,所能形成的小腿旋轉也僅為11°。兩者之間的差值由距下關節來彌補。先天性距下關節融合患者球狀踝的成因就是距下關節旋轉喪失,踝關節所受扭轉力增加。

    距下關節解剖和活動

    1、結構特點


    距下關節包括關節囊獨立的前、后兩部分,二者間由跗骨竇和跗骨管分開。前距下關節由凹陷的跟骨前中關節面和凸出的距骨前中關節面組成;后距下關節由凸出的跟骨上關節面和凹陷的距骨下關節面組成。這種關節面凹陷或凸出的交叉變化使之能作復雜的扭轉活動;只有在前中關節面能做出與后關節面活動相反的活動時才能活動。


    2、距下關節軸向負荷


    人們對足標本施加不同的軸向負荷,通過Fuji照相技術測量、分析距下關節面總面積、關節接觸面積以及二者間比值,進行距下關節動力學的研究;結果顯示關節壓強為1MPa到3MPa。Wagner等發現,施加350N負荷時,后關節面平均壓強為0.93MPa,前中關節面為1.44MPa;當軸向負荷增大時,后關節面接觸比也逐漸增加,而前中關節面接觸比在1050N以上時不再增大。Wang等發現,施加600N外力時,約3/4由后關節面承受,壓強為3.13MPa;而前中關節面的壓強為3.23MPa。


    Reeck等研究分析生理負荷下步態周期不同時段,即足跟觸地、足放平和足趾離地時關節的受力情況。結果發現,足跟觸地時后關節面接觸面積(477m㎡)比站立或足趾離地時(約610m㎡)小。后關節面受力從足跟觸地時的685N增加到站立中期的932N、足趾離地時的1492N。后關節面壓強從足跟觸地和足放平時的1.5MPa增加到足趾離地時的2.40MPa。前中關節面接觸面積或接觸壓沒有顯著變化,關節受力從足跟觸地(391N)到站立中期(538N)有所增加。


    3、距下關節旋轉軸


    1941年,Manter通過16例尸體雙足研究確定了距下關節軸線:矢狀面上向背側傾斜42°(29°—47°),橫斷面上向內傾斜16°(8°—24°),其中矢狀面定義是跟骨中點到一二趾中點間平面。


    Isman和Inman以及Root都進行了類似研究,都發現存在巨大的標本間差異。但在對不同足中線參照標準校正后,發現這三個研究的關節軸驚人地相似,傾斜軸差異平均在1°以內(41°—42°),內斜軸差異平均在3°以內(17°—20°)。

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    2a:橫斷面上距下關節軸與足長軸向內成角約為23°,變化范圍在4°到47°。

    2b:水平面上該軸約為41°,變化范圍在21°到69°。

    4、距下關節活動


    距下關節軸指向內、前、上方,其活動主要是內翻和外翻(額狀面),內收和外展(橫斷面),以及跖屈和背伸(矢狀面,較?。?,而且是三平面活動同時發生,即內翻、跖屈和內收同時出現,外翻、背伸和外展同時出現,距下關節平均活動度是內翻20°—30°,外翻5°—10°,步行所需活動范圍10°—15°。

    Manter通過16例尸體研究發現距下關節呈螺釘樣活動,即距骨在跟骨上扭轉的同時有橫向移位;螺旋角為12°,即距骨每旋轉10°前移1.5mm。

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    跗橫關節解剖和活動


    1、結構特點


    跗橫關節又稱為中跗關節或Chopart關節,包括距舟關節和跟骰關節,二者雖各有其獨立活動,但需要共同完成其功能活動。足作為彈性結構,在其觸地時能化解沖擊力;作為堅固結構,在足趾離地時能有效地推動身體前移;在這種彈性結構與堅固結構的轉變中,跗橫關節起著關鍵作用。


    距舟關節:由突出的距骨頭、凹陷的舟骨端面和韌帶組成。彈簧韌帶位于內側,分跟舟下方韌帶和跟舟上內韌帶,后者呈致密的吊帶結構、支撐足縱弓跗橫關節節段;其功能喪失會造成前足進行性外展或縱弓塌陷。外側韌帶結構是分歧韌帶內側束(跟舟外側韌帶)。背側由距舟關節囊這個厚實結構形成距舟韌帶。


    有學者將距舟關節稱為“足臼”,距骨頭與由距下關節前中關節面、分歧韌帶內側束、彈簧韌帶和舟骨組成的臼碗相關節。足臼能引起距骨頭活動,使其除屈伸活動外還能滑動、滾動和回旋。除韌帶靜力結構外,脛后肌、足內外屈肌動力作用也提供一定的關節穩定作用。


    2、跗橫關節軸向負荷


    有關跗橫關節動力學的研究甚少,研究發現從足跟觸地到站立中期,距舟關節接觸面積沒有變化;從站立中期到足趾離地時大約從382m㎡增加到441m㎡;接觸壓力從站立中期(655N)到足趾離地(887N)期間顯著增加;整個步態周期中接觸面壓強沒有變化,一直維持在2MPa左右。


    3、跗橫關節旋轉軸


    由于距舟關節和跟骰關節功能關系密切,所以多以舟骨、骰骨相對于距骨、跟骨的復合活動進行研究。Manter報道跗橫關節有兩個軸線:縱軸與地面成15°角,矢狀面上向內側傾斜9°,描述的是額狀面內的活動;斜軸與地面成52°角,矢狀面上向內側傾斜57°,描述的是矢狀面和橫斷面內的活動。距舟關節的活動度要遠大于跟骰關節。

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    4、跗橫關節活動


    應用X線立體攝影測量技術,Lundberg研究了足背伸跖屈、內外翻時舟骨與距骨的相對活動,發現當足從跖屈30°到中立位時,舟骨相對于距骨背伸并外翻。從中立位到背伸30°時,舟骨相對于距骨內翻,而在其他平面內基本不存在活動。當足從外翻20°到中立位時,舟骨在距骨上平均內翻7.5°,在其他平面內的活動很小。當足從中立位到內翻20°時,舟骨相對于距骨發生跖屈(4.4°)、內收(6.6°)并內翻(12.8°)。當下肢從內旋20°旋轉到中立位時,跖屈、內收、內翻活動較?。ň∮?°)。從中立位到外旋10°時,舟骨跖屈(7.8°)、內收(12°)和內翻(11.5°)。


    這些數據說明距舟關節沿向內傾斜的軸線活動:當足從外翻位向中立位、內翻位活動時,舟骨相對于距骨出現跖屈、內收和內翻。當下肢從內旋向外旋位活動時,舟骨相對于距骨也會出現跖屈、內收、內翻。


    跗橫關節的重要性不在于非負重時活動軸的位置,而在于步態周期各時段的活動變化。Elftman發現距舟關節和跟骰關節軸線關系的變化會引起跗橫關節復合體的鎖定和解鎖。距下關節外翻使兩關節軸平行,關節間解鎖允許之間產生相對活動,使足富有彈性能適應不平地面,分散負重受力;距下關節內翻使兩關節軸交叉,關節間鎖定,限制其活動,作為堅固結構有效傳導外力。


    站立相第一階段(足跟觸地到足放平于地面)的特點包括脛骨內旋、踝關節背伸和距下關節持續外翻。此時距舟關節和跟骰關節軸平行,中足活動度增加、吸收沖擊力。第二階段(足放平于地面到身體超過負重足)脛骨內旋、踝關節背伸、跖筋膜拉緊;脛骨內旋拉緊彈簧韌帶和跟骰足底韌帶,脛后肌和跟腱的收縮使距下關節逐漸內翻,距舟關節和跟骰關節軸線交叉,鎖定并穩定中足。第三階段(踝關節開始跖屈到足趾離地),通過跖屈肌和脛后肌的收縮,以及卷揚機機制引起的跖筋膜拉緊和足弓抬高,使距下關節內翻進一步穩定中足關節,為推進期能量的有效轉移創造一個堅固的杠桿。


    其他關節和內側縱弓


    1、跖跗關節


    前中足(遠端的跖骨基底和近端的骰骨楔骨)之間的關節連接稱為跖跗關節或Lisfranc關節。第二跖骨較長,坐落在近排楔骨形成的凹陷內,形成穩定的Roman弓結構。結實的Lisfranc韌帶起自內側楔骨基底、止于第二跖骨基底內側。內側三列跖跗關節周圍有結實的足底韌帶、骨間和背側韌帶將其固定,起著穩定足縱弓、維持跖骨頭位置、均勻分配體重的作用,并使內側三列跖跗關節形成基本沒有活動的平面關節。當第一跖跗關節背側活動度過大時會造成第一跖骨負重功能受限、繼發拇外翻畸形。第四、五跖跗關節韌帶連接不牢固,活動度較大,使足外側更能適應不平地面、緩解前足承重。在平地行走時整個第五列全長都于地面接觸,而不僅是跖骨頭。


    2、內側縱弓


    內側縱弓從跟骨結節負重點向上經載距突、距下關節至距骨,再向下經距骨頭、舟骨、楔骨、第一列至籽骨到地面。骨性結構包括跟骨及其載距突、距骨、舟骨、三塊楔骨及相對應的跖骨(第一跖骨尤為重要)。韌帶結構以支撐距骨頭的跖筋膜和足底跟舟韌帶的作用最為重要。


    有學者將內側縱弓比作橫梁和桁架結構或倒立的板簧片,能吸收行走和跑動時的負重沖擊。足弓下方結構(足底韌帶、腓骨長肌、跖筋膜)能防止負重增加時足弓塌陷,提供板簧片作用。三頭肌張力增加和脛距關節受力增加都會造成足弓變平。


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