足踝部解剖与生物力学

2009SynthesFoot&AnkleSeminar足踝部解剖与生物力学2009SynthesFoot&AnkleSeminar目录–足的演进–踝穴–足的结构–足的三柱模型–足踝在步态中的作用–总结2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进–约500万年前，人类开始逐渐由黑猩猩演变而来。–现代类人猿的没有较僵硬的足弓，为跟腱提供杠杆作用的力臂非常短，因此在步行中，推动力远不及人足。手or足？2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进现代人，以踝关节为旋转点，跟腱的牵拉力臂较短，通过僵硬的中足，传至跖骨头时，成倍放大，在步行中起到启动和助推作用。现代人类的第一跖列活动度非常小，由于第一跖楔关节比较僵硬，因此已不具有外展功能，内收功能由于纵弓的演变也受到了限制。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进－足跟的肥大站立时跟骨负担约50％体重，行走时可至约4倍体重。根据Wolf定律，长期行走使跟骨增大、骨小梁排列改变、钙质沉积、足跟皮肤增厚、皮下脂肪致密且受纤维隔约束，使之适应负重、行走、跑步等。但结构远不够完美，因此，跟骨是最易骨折部位之一。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进－第一跖骨的增厚、肥大–第1跖骨头是足底承重点之一–在足跟离地时，第1跖骨头和拇趾几乎承受全部体重–第1跖骨较第2跖骨短，因此，部分重力转移至2、3跖趾关节。关节往复运动是造成2、3跖骨疲劳骨折的原因之一。第一跖骨头负重区2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进－第一跖骨的增厚、肥大2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进－楔骨靠拢–正常负重使跗骨逐渐转位楔形，且由坚强韧带固定为拱形整体–但第1、2楔骨间存在微动，使第1跖骨不稳定，长期负重、超重行走会出现足弓肿胀、疼痛等。一些学者认为此结构与扁平足和拇外翻有关。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的演进－现代足的功能足的功能1.充当支撑的基础，它能以最小的肌力提供直立姿态必要的稳定性2.在站立行走时为胫骨和腓骨提供旋转结构3.提供灵活性以适应不平坦的路面4.提供弹性以减轻震荡5.在行走时充当杠杆2009SynthesFoot&AnkleSeminar踝穴–由骨和韧带组成，其稳定性由骨的形态和韧带的结构系统共同支撑–踝关节各骨的稳定性由两个韧带复合体提供，在行走或跑步时起到稳定踝关节的作用。2009SynthesFoot&AnkleSeminar踝穴－韧带复合体（下胫腓复合体）–下胫腓联合将胫腓骨远端联合在一起组成富有弹性的踝穴。–组成：胫腓前韧带连接胫骨前结节（Tillaux-Chaput结节）和外踝；胫腓后韧带连接于胫骨后结节（Wolkmann结节）和外踝，较强韧；骨间韧带在腓骨切迹处将腓胫骨联合起来，近端延续为骨间膜。2009SynthesFoot&AnkleSeminar踝穴－韧带复合体（副韧带）胫腓前联合胫腓后联合距腓后韧带跟腓韧带跟腓韧带距腓前韧带（最易损伤）胫距前韧带胫舟韧带胫跟韧带胫距后韧带踝关节背伸或跖屈，踝穴内各关节面均紧密接触，这对踝关节均衡承重具有重要意义，因此损伤必须修复。2009SynthesFoot&AnkleSeminar踝穴–踝关节非铰链关节：–背伸——距骨外旋和腓骨外移及外旋–跖屈——距骨的内旋–踝关节的软骨较薄，关节的匹配对于防止应力集中和继发变性非常重要。这种关节的正常状态一旦发生轻微的紊乱，即可降低接触面积而导致关节软骨的超负。2009SynthesFoot&AnkleSeminar踝穴–踝穴增宽1mm，踝关节的最大接触压力将增加50％。–很多生物力学研究指出，损伤后踝穴持续增宽将导致不良预后。–正常的踝关节可外翻至30，踝穴相对于膝关节为外旋200～300。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构–26块骨头和关节组成的复合体–分为前足、中足、后足三个部分，任一部分或关节都非独立体，而是共同参与足踝部的功能。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－纵弓纵弓的结构使人类更有利于长期行走，足弓可以减震，且为神经、血管提供安全的通道。更重要的是为跟腱提供较长的前足力臂，对于稳定的纵弓，跟骨至跖骨头之间的关节是较僵硬的，因此可以较好的提供杠杆力的传递。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－纵弓2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－纵弓纵弓由内外侧柱构成，内侧柱高且较重要，包括跟、距、舟、3块楔骨及内侧3块跖骨构成。外侧柱低而着地，由跟、骰及外侧2块跖骨构成。第一跖楔关节不稳定会导致拇外翻畸形，因为这种不稳定是三维的，因此拇外翻患者常伴有扁平足畸形。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－纵弓纵弓的高度异常会导致足底的正常压力分布发生变化，不利于长期行走。局部长期异常负重会导致骨关节炎的发生。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－横弓横弓由第2、3楔骨及2、3、4跖骨呈楔形排列而成。骨的宽面向上，窄面向下，构成弓形。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－足部关节的重要性关节名称重要性踝关节距下关节距舟关节跟骰关节舟楔关节跖楔关节跖骰关节跖趾关节趾间关节必要必要必要非必要非必要非必要必要必要非必要2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－距骨–距骨表面大部分为关节软骨覆盖，没有肌肉附着。–这些关节的功能与后足的活动紧密相关。–距骨在小腿与足之间起到力的传递和分散作用。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－距骨角度–根据三条线估计畸形：(1)在正位片上测定跟距角，正常小于30°；(2)测量第一跖骨纵轴和距骨纵轴所交叉的角，正常为0°—20°；(3)X线侧位片测量距骨纵轴和跟骨跖面所形成的角，正常35°—55°。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－距骨的血供–至跗骨窦的动脉——自足背动脉及腓动脉–至跗管的动脉——自胫后动脉–三角动脉——自胫后动脉，供应距骨体–至关节囊及韧带的血管——来源众多–骨间吻合支——广泛交通2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－距骨的血供–骨折或脱位很容易损伤距骨部分或全部的血供，导致缺血性坏死。–手术过程同样可能损伤距骨血供，虽然较少出现缺血性坏死，但可因缺血而导致骨不连。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－跟骨–相比于距骨，跟骨有充足的血供和软组织附着。–跟骨骨折常愈合良好，“Thatiswhyitiscalledtheheal(heel)bone!”2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－跟骨–载距突部皮质较厚，与跟骨内侧壁构成内侧承重柱。–载距突上有弹簧韧带、跟距骨间韧带附着。–足垂直内翻损伤时，长致载距突劈裂骨折。载距突2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－跟骨–Bǒhler角：正常为270～330，跟骨骨折时此角可减小、消失或为负，影响足弓后壁，从而减少小腿三头肌的力量。–Gissane角：国外统计数据为1200～1450，国内数据为123.8±8.70，跟骨骨折时此角常增大，临床用于判断骨折程度和评估疗效。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－跗三角骨附三角骨只出现在不足7％的人群中，位于拇长屈肌腱的深、外侧，可与跟骨后壁相关节。在长期跖屈的人（如芭蕾舞者）可出现激惹症候。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－后足关节–距下关节有前、中、后三个关节面，后关节面为鞍状，与前后关节面相对分开。–生物力学研究指出，距下关节并没有固定的活动轴，而是类似于锯齿状活动。在跟骨外翻时，也存在后移；内翻时则伴随前移。跗管跟距后关节载距突跟距前关节2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－后足关节距舟关节和距下关节的活动具有高度的相关性。融合距舟关节，距下关节的活动度将全部消失；融合距下关节，距舟关节的活动度将减少75％。跟骰关节对于后足关节并不重要，单独融合跟骰关节，不影响距下关节的活动度；而距舟关节的活动度仍可保留67％。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－后足关节后足生物力学机制后足外翻（旋前）时，距舟关节和跟骰关节轴相平行。这种对线关节使得这些关节处于非限制状态。后足内翻时，距舟和跟骰关节轴呈发散状，这会“锁住”Chopart关节，使足弓僵硬。步态周期中，在足跟抬高阶段，胫后肌腱翻转后足使足弓僵硬，因此跟腱的力量便可以通过足弓传至跖骨头。尽管后足的所有关节都没有单独的运动轴，但后足的生物力学模型仍然假设这些轴的存在。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－后足韧带–距下关节周围韧带较多，外侧韧带主要对抗内翻力量。–弹簧韧带由跟骨载距突至舟骨，是维持纵弓最重要的结构。–跖长韧带由跟骨至骰骨，也是足弓的稳定结构之一。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－中足韧带Lisfanc韧带自内侧楔骨至第2跖骨基底部，对中足的稳定有非常重要的作用。跖足底韧带自楔骨至跖骨基底部。跖背侧相对薄弱，对中足稳定性也相对次要。LisfrancLigament2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－中足关节–舟楔关节活动度很小；跖楔关节也非常稳定。–但骰骨和第4、5跖骨间的关节存在一定的活动度，这使得足的外侧柱可有一定的屈伸幅度，使步行比较舒服。应尽量避免融合此关节。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－前足关节–MTP关节在步行中非常重要，而跖骨头对于负重也是必要的。–站立时，第一跖骨承受40％的体重。–趾间关节对足底功能影响不大，因此融合或切除尚可忍受。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－前足关节–第一跖趾关节下的2颗籽骨位于拇短屈肌腱内，如果切除2籽骨后不修复拇短屈肌腱，将导致MTP关节的内外翻畸形。–只切除1个籽骨对足的功能影响尚可忍受。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－跖筋膜–跖筋膜连接于跟骨和前足。–跖筋膜对足弓起到稳定作用，完全断裂将导致足弓高度丧失。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－第一跖列–第一跖列在人足的活动度受到限制。–1935年，哥伦比亚大学解剖学医生Morton提出：第一跖列不稳定可能是足部一些畸形的原始因素。尽管此假设不被很多专家认同，但无疑拇外翻是由于跖楔关节和MTP关节畸形所引起。因为楔骨和跖骨的外形不会随着年龄而改变，而拇外翻多为获得性疾病，因此必然和关节不稳定密切相关。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的结构－第一跖列–第一跖列跖楔关节的不稳定不只导致拇外翻畸形，也可能引起第1跖骨的抬高，负重便会向第2跖骨头转移，这常是转移性跖痛的原因。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的三柱模型–三柱分别为：足跟、第1跖骨头、第5跖骨头，此三柱的平衡对足的稳定很重要。–第1跖骨的升高或降低会使此结构倾斜。Talus2009SynthesFoot&AnkleSeminar足的三柱模型–一些第1跖楔关节脱位或凹陷的患者，会导致内侧柱塌陷，三柱缺乏一柱支撑，后足会受力异常导致外翻。最终导致平足畸形。（舟楔关节或距舟关节失稳也会导致同样的结果：后足外翻畸形）–同样，第1跖骨跖屈畸形会导致后足内翻，最终结果将是高弓内翻畸形。2009SynthesFoot&AnkleSeminar足踝在步态中的作用–正常成人步调为101～122步/min，女人和小孩的频率稍快。