踝足的关节结构、运动十分复杂,且临床上很多症状都与足部的异常密切相关,因此理解掌握这部分内容非常重要,接下来这几篇继续深入学习一下踝足的相关解剖,先前已回顾了踝关节,本篇继续距下关节部分;如果各位小伙伴们有很好的书籍、文献推荐欢迎在评论区留言,同时小编会把推荐的书籍、网站以及参考的文献都放在文章末尾。

注意,本篇仅仅涉及距下关节的骨性运动轨迹部分,相关的韧带、肌肉的解剖和功能将不会在本篇阐述,大致内容分为以下部分:
1.关节构造
2.窦道结构
3.几何结构和关节运动方式
4.距下关节的“螺丝旋进”运动(screw-like motion)


V.1  左侧距下关节  距骨相对跟骨运动;


1.关节构造
距下关节(subtalar joint)由距骨跖侧面、跟骨背侧面的三个关节面(前、中、后关节面)相接组成;这个关节大而复杂,其中后关节面是最大的一个关节面(Abb.1), 距骨的凹的关节面与跟骨中部凸形的关节面相接,呈马鞍状,如Abb.2。
中间关节面和前关节面共同构成距下关节的前部,这两个关节面较小且平坦。从解剖学的角度来看,前、中关节独立于后关节,通常被视为一个整体;尽管它们拥有独立的滑膜腔,但是它们共享一个功能运动轴,彼此之间并没有独立的运动,就好比一扇门上装有两个铰链——看似分开,其实并不能独立运动;
此外,关节面的形状和大小在个体间的差异很大,例如前两个关节面在结构上也可能是连续的,前关节面的形状也变异较大,根据Basmajian、Testtut和Latarjet的描述,前距下关节面可分为卵圆形(ovoid) 、豆形 (bean-shaped)、完全分开型 (completely divided);
Abb.1 距下关节 上面观


Abb.2 距下关节 上面观 (Pfannenband-跖侧跟舟韧带或弹簧韧带)

距下关节的后关节面约占了整个关节面的70%,有一些解剖书籍对于距下关节的描述仅限于主要的后关节面,也称其为距跟关节;尽管这三个关节面均参与距下关节的运动,但在临床上治疗师们通常在进行关节松动术等手法治疗时只着眼于主要的后关节面。

Abb.3 跟骨 背面观

Abb.4 距骨 跖侧观

值得注意的是,临床上一般也不会对前距跟关节单独进行分析,它与中距跟关节、距舟关节共同组成前复合体(anterior complex),也称距跟舟关节(talocalcaneonavicular joint)或是“足髋结构”(coxa pedis);除此之外,跟舟韧带(calcaneonavicular ligament, 又称弹簧韧带 spring ligament)、舟骨后表面、舟骨纤维软骨也参与构成该结构;

Abb. 5.6 距跟舟关节 外、内侧面观

“足髋”结构顾名思义,它的解剖结构与髋关节非常相似,类似一个球窝关节,舟骨的后关节表面、跟骨的上的前、中关节面以及弹簧韧带复合体构成球窝关节的”凹“面,正好容纳距骨头的”凸“面,足髋结构参与构成足内侧纵弓的稳定和弹性部分;

Abb.7 踝足 侧面观

Abb.8 距跟舟关节 跖侧观


2. 窦道与其他关节面结构;

跟骨内侧部分还有一个重要的突起——载距突(Sustentaculum tali, Abb.9),距骨的内侧部分正是“倚靠”其上;此外载距突还提供了一个滑动面,供胫骨后肌肌腱、𧿹长屈肌肌腱和趾长屈肌肌腱滑过,如Abb.7;
Abb.9  载距突 sustentaculum tali;

跟骨与距骨的前后关节面之间由一个骨沟(sulcus)分隔,当距骨与跟骨相结合时,这个区域就形成了一个窦道结构——跗骨窦(sinus tarsi)和跗骨管(canal tarsi);跗骨窦在外侧,张口较宽,向内逐渐变窄,最终形成跗骨管的结构,在内侧开口较小;从Abb.2、Abb.10右侧图可以看出,跗骨窦是个锥形结构,其内含有脂肪组织、血管以及距跟骨间韧带(talocalcaneal interosseous ligament)。

Abb.10 左侧上图为跟骨背侧观,下图为距骨跖侧观;2为跗骨管(tarsal canal),1为跗骨窦(sinus tarsi),4为载距突(sustentculum);右侧图为距下关节侧面观,1为跗骨窦;


3. 几何结构和关节运动方式

为了更好理解距下关节的运动,可以简化距下关节为一个简单的机械模型,即其关节面为圆柱体的切面;它包含两个圆柱形关节部分,也即前后部分:
后关节面中距骨是凹面,跟骨是凸面;前中关节面中构成跟骨的凹面部分,具体如Abb.11所示;       
当移动标本时,可以观察到在整个运动的范围内,关节面之间始终保持接触,因此可知距下关节的关节接触方式属于滑动接触 (gliding contact),它与滚动式接触(rolling contact)正好相反;在滚动式接触中,一侧关节面接触,另一侧则会打开;

Abb.11 距下关节的简单机械模型:两个刚性的结构以一对圆柱体方式,一凹一凸相互铰接;图中轴线从前到后穿过前中距下关节、后距下关节;

根据一般的定义,滑动型关节若其中的一侧为凸面,那么运动轴应穿过该凸面的几何中心,那么距下关节的旋转中心则穿过距骨头的几何中心以及跟骨后方关节面的几何中心,这条运动轴线在解剖体位下的倾斜方向为背侧、内侧、前方——倾向跖侧、外侧、后方,它与矢状面呈23度夹角,与水平横截面呈41度夹角向上倾斜;
Abb.12 距下关节的关节轴线 
但是不同人之间的解剖结构差异较大,不同研究中测得的角度也差异很大,早期这些角度是通过尸体标本的静态研究测得,后来又有体内的被动实验,以及近些年来使用动态MRI的研究进行进一步研究,越来越多的证据显示,实际的生理运动轴线要更复杂,并不能被简单描述为一条直线轴。

当我们想象或者简化距下关节为前面所提到的机械模型,那么这种一凹一凸的结构则可能存在三种运动机制:
1. 围绕关节面轴线旋转(rotation about an axis on the joint surface)
2.沿着轴线的方向平移(translation along an axis)
3.旋转与平移的组合

大多数文献认为距骨和跟骨之间的运动主要是旋转为主。历史上,距骨与跟骨的运动最早由von Meyer进行阐述,他认为距骨围绕一条固定的、斜向的轴线在跟骨上进行旋转运动;Henke认为这种旋转伴随着沿着轴线方向的平移一起发生,类似于螺丝旋进,之后Manter进一步研究了这个概念(下文将详细阐述);但是Inman对这些发现提出质疑,他认为如果距骨真的向前推进平移,那么由于三角韧带、距腓韧带、跟腓韧带等被动结构的连接和限制,踝关节下方的结构也必然受到影响向前移动。为此,他做了更详细的研究,结果发现大约一半的标本显示螺旋运动(旋转+平移),其他标本也发生不同方向的平移,还有一些只是纯粹的旋转运动,这些结果也提示运动机制在不同的个体之间存在着显著的差异,这在临床上是真正重要和值得注意的。


4. 距下关节的“螺丝旋进”运动(screw-like motion)

JohnT. Manter在其1941年发布的文章中阐述,在其实验测量中发现距下关节的旋转平面并不垂直于其运动轴,而是倾斜的,如Abb.13; 为了保持关节面的贴合,除了软组织如韧带、肌肉的支持限制和引导外,“旋转+平移”的螺丝旋进运动是较为理想的运动方式;另外,他将距骨这一关节面调整后,垂直于距下关节轴线并进行连续等距解剖切片,发现表面线条更像阿基米德螺旋线的横截面而非圆弧结构,因此Manter认为这个关节面是“倾斜螺旋面(oblique helicoid)“,也就是螺丝状的表面,如Abb.14;
Abb.13 粉色图层为跟骨后关节面,tt’垂直于运动轴的平面,hh’为距下关节实际的旋转平面,s’为螺距角,约为12度;
Abb.14 右手螺旋和左手螺旋螺丝钉

现在具体以螺丝钉为例子,关节面上的某一点沿着螺旋面在hh’上移动,这个平面hh’与垂直于运动轴的tt’呈夹角s,这个夹角称为螺距角(helix angle),实际上s’=s,也就是垂直于跟骨后关节面的垂直线于距下关节运动轴的夹角,约为12度。距下关节的其余关节面(中、前跟骨关节面)呈浅浅的凹槽,也支持这种滑动与旋转的复合运动,其中在右脚中,距下关节的旋转方向像右螺旋螺丝,左脚则像左旋螺丝;

了解了这个运动的机制,我们最终回到距下关节具体的运动表现上;就总体而言,距下关节是表现为一个“斜接铰链”的单轴关节,拥有一个三维运动轴线,其运动在三个解剖平面同时发生并产生复合运动,一个方向为背屈+外展+外翻(这个复合运动通常称为旋前-Pronation),另一个方向为跖屈+内收+内翻 (旋后-Supination)。

距下关节的螺丝旋进式(screw-like motion)运动


V.2.3 右跟骨固定,距骨做相对旋前、后运动(pronation-supination);

例如,在下图左脚中,将跟骨固定不动,距骨将围绕着关节轴线顺时针旋转并向前推进,由Abb.15可看出旋后位置的距骨后侧边缘超出跟骨后侧边缘,旋前则相反;但是距骨前向位移的幅度很小,大约每旋转10度降前向位移10mm左右;这样的旋后复合运动同时包含了横截面的内收、矢状面的跖屈及冠状面的内翻(inversion)。

Abb.15 左侧距下关节侧面观,跟骨固定,距骨距骨将围绕着关节轴线顺时针旋转并向前推进;

Abb.16 左侧距下关节侧面观,跟骨固定,距骨旋后(supination);





我们来看看在距骨与跖骨位置的相对变化;当足部旋后时,距骨的外侧突后移,跗骨窦打开,而在旋前时则关闭,如Abb.17所示;在临床上,当患者处于仰卧位无法判断后足排列时,闭合的跗骨窦提示距下关节载旋前位置,反之则在旋后的位置;

Abb.17 左侧距下关节侧面观,跟骨固定,距骨做相对的旋前运动;


下图Abb.18 展示了左侧距下关节旋后、中立位、旋前的3D重建图,从左到右依次为侧面观、上面观和后面观;最上一行图片展示了关节旋后到旋前时骨骼之间的相对变化,可看到距骨窦(红箭头)由打开到关闭、距骨的外侧结节会朝向载距突旋转(黄箭头),而距骨的外踝面则逐渐接近跗骨窦口(蓝箭头),最终使其关闭;Abb.19则展示了这三个不同的位置时,距骨和跟骨的相对位置;对于距骨固定、跟骨活动的位置变化的部分将在接下来的推文中阐述。

Abb.18 左侧距下关节旋后、中立位、旋前的3D重建图

Abb.19 距下关节前侧观 旋后、中立及旋前位时距骨及跟骨的相对位置;

我们必须注意的是,关节的骨性运动轨迹除了受其本身几何形状的影响,更主要由韧带、肌肉的引导和限制。踝足作为一个功能整体,其局部的任一关节活动必然牵动周围关节的的协同或附属运动,例如距骨、跟骨的位置变化将改变跖跗关节的位置、进而改变足内侧纵弓的高度,引起周围软组织的张力变化。因此,我们在分析足踝关节功能时,最终目的是回归整个足踝关节运动链的整体视角,理解各个关节作为整体中的一部分如何发挥其作用,影响整个身体的结构和功能。

如有错误,恳请指出!


参考内容、图片来源:

1.参考文献及书籍

1)Peña Fernández, M., Hoxha, D., Chan, O. et al. Centre of Rotation of the Human Subtalar Joint Using Weight-Bearing Clinical Computed Tomography. Sci Rep 10, 1035 (2020). 

2)<Functional Anatomy of the Foot and Ankle> Shahan K. Sarrafian, Armen S. Kelikian;

https:///functional-anatomy-of-the-foot-and-ankle/

3) <Foot Orthoses And Other Forms Of Conservative Foot Care Paperback > – September 24, 2018 by Dr. Thomas C. Michaud 

4) Jastifer JR, Gustafson PA. The subtalar joint: biomechanics and functional representations in the literature. Foot (Edinb). 2014;24(4):203-209.

5) Maceira E, Monteagudo M. Subtalar anatomy and mechanics. Foot Ankle Clin. 2015;20(2):195-221. 

6)Manter JT. Movements of the subtalar and transverse tarsal joints. The anatomical record. 1941 Aug;80(4):397-410.

7) 3.Neumann DA. Kinesiology of the Musculoskeletal System: Foundations for Rehabilitation. 3rd ed. St. Louis: Elsevier; 2017.

8)Guelfi M, Dalmau-Pastor M, Mirapeix RM, Vega J. Gross anatomy of the subtalar joint. Ankle Joint Arthroscopy: A Step-by-Step Guide. 2020:11-6.

2. 图片来源

Abb.1.3.4.9 
https://www./ossa-et-juncturae/extremitas-inferior/ossa-tarsi.html

Abb.2.7.8
<Allgemeine Anatomie und Bewegungssystem> Michael Schünke, Erik Schulte, Udo Schumacher; Illustrationen von Markus Voll, Karl Wesker
Abb.5.6 https:///glossary/subtalar-joint/
Abb.11 Maceira E, Monteagudo M. Subtalar anatomy and mechanics. Foot Ankle Clin. 2015;20(2):195-221.

Abb.12 Jastifer JR, Gustafson PA. The subtalar joint: biomechanics and functional representations in the literature. Foot (Edinb). 2014;24(4):203-209.

Abb.13 Manter JT. Movements of the subtalar and transverse tarsal joints. The anatomical record. 1941 Aug;80(4):397-410.

Abb.14 https:///functional-anatomy-of-the-foot-and-ankle/

V.2.3/Abb.18 Peña Fernández, M., Hoxha, D., Chan, O. et al. Centre of Rotation of the Human Subtalar Joint Using Weight-Bearing Clinical Computed Tomography. Sci Rep 10, 1035 (2020).

Abb.19 <Foot Orthoses And Other Forms Of Conservative Foot Care Paperback > – September 24, 2018 by Dr. Thomas C. Michaud 

3. 视频来源
Abb. 15.16.17 / V.1  https:///HYKPjFniolE

推荐网站:
小编推荐的这些网站是在自己找资料的过程中发现的,并不是一些非常权威的大网站,小伙伴需要自己辨别是否对自己有用;

1.足部疾病及解剖的论坛       https:///index.php
2. 解剖结构的3D模型  https:///

3.高清解剖模型网站 
https://www./ossa-et-juncturae/extremitas-inferior/ossa-tarsi.html




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