1、跟骰关节融合对距舟关节三维运动度影响的实验研究中国修复重建外科杂志 2007 年 3 月第 21 卷第 3 期跟骰关节融合对距舟关节三维运动度影响的实验研究陈雁西俞光荣丁祖泉周家钤?255?【摘要】目的探讨跟骰关节融合对距舟关节三维运动度的影响及其临床意义.方法 1O 只新鲜尸体足标本,通过建立非负重位尸体足模型,结合力偶矩,弯矩及平衡加载方法,应用三维坐标仪测量分析跟骰关节融合前,后距舟关节在大体足背屈,跖屈,内收,外展,内翻及外翻运动中的三维运动度变化.结果跟骰关节融合后,距舟关节三维运动度较融合前明显减小(PO.O1);其运动范围在矢状面减少 31.216.O8,冠状面减少 51.46%
2、_-4_-7.91,水平面减少 36.98%4.12,平均减少 41.256.02.结论跟骰关节融合对距舟关节三维运动度有较大的限制作用,临床应用时不可忽视此负面效应.【关键词】跗骨关节关节融合术三维运动生物力学中图分类号:R687.42R681.8 文献标识码:AEFFECTOFCALCANEOCUBOIDARTHRODESIS0NTHREEDIMENS10NALKINEMATICS0FTAL0NAVIcULARJOINT/CHEYanxi,y 【,Guangrong,DINGZhuquan,ela1.DepartmentofOrthopaedics,Ton-Hospital,TongJUn
3、iversity,Shanghai,200065,P.R.China.Email:kim06sina.cornCorrespondingauthor:Guangrong,Email:AbstractObjectiveTodiscusstheeffectofthecalcaneocuboidarthrodesisonthreedimensionalkinematicsoftalonavicularjointanditsclinicalsignificance.MethodsTenfreshfrozenfootspecimens,threedimensionalkinematicsoftalona
4、viculariointweredeterminedinthecaseofneutralposition,dorsiflexion,plantoflexion,adduction,abduction,inversionandeversionmotionbymeansofthreedimensionalcoordinateinstrument(ImmersionMicroScribeG2X)beforeandaftercalcaneocuboidarthrodesisundernonweightwithmomentofcouple,bendingmoment,equilibriumdynamic
5、loading.Calcaneocuboidarthrodesiswasperformedonthesefeetinneutralpositionandthelateralcolumnofnormallength.ResultsAsignificantdecreaseinthethreedimensionalkinematicsoftalonavicularjointwasobserved(PO.O1)incadavermodelfollowingcalcaneocuboidarthrodesis.Talonavicularjointmotionwasdiminishedby31.216.O8
6、insagittalplane;by51.467.91incoronalplane;by36.984-4.12intransverseplane;andaveragelyby41.25_-4-6.02.ConclusionCalcaneocuboidarthrodesiscouldlimitemotionofthetalonavicularjoints,andthedisadvantageofcalcaneocuboidarthrodesisshouldntbeneglected.KeywordsTarsaljointArthrodesisThreedimensionalkinematicsB
7、iomechanicsFoundationitem:ScienceandResearchFoundationofShanghai(034119933)足外侧柱延长术(1ateralcolumnlengthening,LCL)是治疗平足畸形的骨性手术之一,其临床疗效已得到较为广泛的认可.LCI 主要分为两种:Evans 外侧柱延长术,即跟骨前部截骨,植骨延长外侧柱,无需融合跟骰关节;跟骰关节撑开融合术,即于跟骰关节处撑开,植骨融合延长外侧柱.目前,有学者提出 Evans外侧柱延长术将增加跟骰关节压力,导致跟骰关节骨性关节炎发生;也有学者提出跟骰关节融合限制了距舟关节运动,导致跗横关节功能障碍等1
8、.因此,LCL手术方式的选择至今仍存在争议.我们的研究旨在为跟骰关节融合对距舟关节三维运动度的限制程度提供基金项目:上海市科学技术委员会科研计划项目(034119933)作者单位:1 同济大学附属同济医院骨科(上海,200065);2 同济大学生命科学与技术学院生物医学工程研究所通讯作者:俞光荣,教授,博士导师,研究方向:脊柱,四肢微创,显微外科,足踝外科及骨肿瘤,Email:yuguangr0ng2OO2yahoo.eom.en理论依据,从而为 LCI 手术方式的选择提供参考.1 材料与方法1.1 实验标本来源与制备膝关节以下新鲜尸体足标本 10 只,4 只来源于骨肿瘤截肢,2 只为车祸截肢
9、,4 只为同济大学医学院解剖教研室提供.男 6 只,女 4 只;左 3 只,右 7 只;供体年龄 1734 岁,平均 26 岁.标本外观均正常,X 线片示均无足踝部骨折,畸形,骨性关节炎及肿瘤等病变.为便于实验固定及加载,标本长度均保留 30cm(胫骨干截骨平面至足底水平面),剔除标本上段 5cm 的皮肤,皮下组织及肌肉组织,充分暴露胫,腓骨干,贮存于深低温冰箱,备用.实验前 6h 取出标本,解冻后预加载以消除韧带蠕变.1.2 实验方法1.2.1 足部跗骨标志物置入选用大头针作为标志物引 i】8nIn,f 乖 z5n1nl 直径【!llIlJ.预克=_=小拙l 堑符夺虹啦要求.骨骼驶洲世IIr
10、l? 尤阔服睫 ;肛骨 IF 段瑚舟 L“圳遗取,I 践的怀点.嚣柄物后摄 x 线片确认赶针址 r4 竹砸定J 勺 H 骨.片排辕大针进人蔓J22 舡定度巾,化确定将十物 j 学载颦 I 柄 l_f;1 芷颦水平 r 寅骑白标奉足小删 l段芏人闹定 ir.伸 U 目 l 纵轴平 fr 丁怂亚线.口与川蜒架臆雎 I 面; 旃 1,jJ 晰口头足底平 mI 迕线一点与付 lt 节址底 lf 口投影 L 连跛 (陵连线比线约通过柳趾端讣删缘)旺骨站 H,r 十嗡青的轴壹线 It.j.严擗制劫刳 r.然聍牺缸戟 r前址底部平帕钒饭 L 矫止 I)廿足困 fI 造战的州 l驰 IJ 将夫,卓耻处 rf.
11、进置叫定义 rI,化 n 却足川静力逛动帕蛐位 Pillt1I)123 怀 I】c_救度 lllj 父节三继运础度删吐 JH 址揶台运曲惯拟 jm 戴被谁.1l 非以述到隐患.寅验仪进怀足 f-1,-社纯运动的蛾.即背嗣,计 J 届,内姐,塍幢内外醐加鞍脓 JII 两个 n 川午压的,J1 禺一舟 Il1.使怀水足谜到平衡 JJ_栽 F 的稳怎:2枉簖足 I,I 庄 ,仃.泄过平蜘帅城爵弯疗法.虹前计胫伺 I.碰状轴硬 lj 达到背卸跖川,内牲,外艇的般动稳态,叫过政褒两个平衡力倘-大小 .陋前址疑 j 转到前足n 对肚骨 I 灾状删,外翻旧 睦运动稳态怀奉 J拽莳 f,川雉坐仪 Ifnker
12、i.Mir0r1l(,!x 剐燕)建=维坐杯彖轧?莳圯删定俪圮叶 1 怔婧幢备 h-盘点的维 l怀.然测吐怀水足处丁傲限功穗 l,箨点的 r 维怀(1!)怀水足毅柬.I 世川小蝶肜扎蚀俐报垃跟曝引(俅州 i_J 辫畦J公】)J 址巾他弁 I 定趴悭戈 1 升摄x 线片(“水 j 复术前加救流眨= 最删l3 数处理实验 rJll_削体运动定埋-将r 足州州 lhJ 的建运动定训体之川的刮运动通过删母砸骨,川竹怕,J傲羌融台简州种运动被下 n 勺审? 维札 h 怀川最小一乘法求解线性订程.坷过阵转按晒数求解 iI 葬舟关 K 状,冠状 IhJ 幔水呵的运动转角 L述|_谇上甲编制直 i 济大学利学
13、挂水院瞳力学究所脓舟缃 t 川)拌接 MAI,1l7i)轼什世,_iI 蚜:144 艘是融合衙后.拌舟装乖f1 个掀运动状志竹维丝动转角.f 爰杜冠状面 1,(水下 iIiI】;lJ 般懿几 iI 最小姐 fil【.I 弹 llj陵荚维动转珀范I4 统计方法采川 SAS统汁转什世分析数槲以均毁=i 扯犟表,.州 li+JIL:4果川埘 ,骑.i_fll_c】1 灯J!圮 1 酋望将千 i 缆汁意义 i1 勺 1l 算抖舟趋一维运础 fl 汁 r 的圣一年嚏维运动媳受率2 结果只杯乖址均 j 拉州 1Jill 娥删母 H 址标奉白l 常址】敏,r 琏融舟【it+【定求他求 nfl【_哉,均耗忖
14、5h 跟避节融 I1 订舟美 n 凡体址“个方豫 j 帷动 II-Ib 一维运动蠢 I.术.r 川是维区瑚范较术 ni4 雅 Jl 城,堆件均自统|_学也卫 f ,-n()lj 世一 l诈删咒一维运动IfiI 碰状咖幢水,rInI 们譬缸舒圳斯11I.“s-,II“.=7J_-眨:5t】!-.r 均 I】15.上 ll目 l目#目目 2 口特目目 j标*,#,fh f1IealJr,?rlHtLJIdnhpr_mH1ml1h】JlIl 洲IhmdinthiIlelllrllimsilinll#:RealvlI【lIllrlhrcdimIil?r Htr 【lnFj23rhx HvLLm?lr,
15、“rlnilhmkrl lIH ltrurlhrndcskI,cwh I 一【J,|1,Y中国修复重建外科杂志 2007 年 3 旦笙鲞笙塑表 1 跟骰关节融合前后距舟关节的三维运动度(n 一 10,.,)Tab.1Three-dimensionaImotionrangeoftalonavicularjointpreoperativelyandpostoperatively(n 一10,.,土)与术前比较 P 值0.O1Comparedwithpreoperation,P0.013 讨论3.1 非限制性生物力学足踝模型的建立既往足踝生物力学实验中,新鲜尸体足标本常被固定于实验支架上,或应用克氏
16、针穿透足的部分构成骨将其固定于测试台上.生理状态下,即使人站立不动,足部微动关节也存在轻微滑动和旋转,以平衡人体自身负荷口.因此,上述操作易造成在加载外力之前,关节的自由活动度已被部分制动,且在加载时产生对抗性阻力,影响实验的准确性.生物力学模型只有最大程度做到非限制性,才能更接近人的生理状态,提高实验的精确度.我们的实验严格遵照非限制性原则,将工程力学中的力偶矩,弯矩及平衡加载方法综合应用于足踝外科生物力学研究中,使中后足跗骨在无任何特殊制动装置下完成近似生理状态的三维运动.但在加载过程中需注意以下两点:应用平衡加载原理,加载中调整各方向力矩大小,确保前足无明显附加运动;应用极限加载原理,通
17、过分级加载使前足单一方向的运动达到极限运动平台期后观察 10rain,再结合三维坐标仪检测任一标志点三维坐标无变化时,确认达到该方向运动的极限稳态.此时去除载荷,绘制载荷一变形曲线图.为避免在极限加载中对标本足内部结构造成破坏,需重复上述操作,若在两次相同的分级加载下,足的载荷一变形曲线图分布基本一致,即认为此次极限加载有效,极限负荷未达到极限破坏性负荷.3.2 中后足跗骨关节活动度测量方法对中后足微动关节的运动进行准确测量和描述一直是足踝运动学研究的难点,主要原因在于组成中后足关节的骨骼小且不规则,形态复杂,关节面隐匿,无恒定明确的标志点等.Cornwall 等采用固定跟骨,在距骨上垂直插入
18、 2 枚斯氏针,牵拉后用重叠摄影法观测距骨活动度;用量角器测量距下关节的活动范围 .Taylor 等用量角器测量横穿跟骨的骨钉与水平面间的角度变化,结合 X 线片测量距下关节冠状面上的内,外翻活动范围.Deland 等应用核磁轨迹追踪系统,测量中后足跗骨关节的三维运动.上述测量方法中,量角器精确度欠佳,测量平面单一;核磁轨迹系统不但需对实验环境进行电磁场屏蔽,且传感器的空间运动范围和在磁场中的距离必须加以限定,以减少空间距离增大磁场指数级衰减产生的误差,故实验设备,实验环境要求甚高.我们在实验中通过建立非限制性生物力学足踝模型结合力偶矩,弯矩及平衡加载方法,应用工程力学中刚体运动学定理,用三维
19、坐标仪测量跗骨上不共线的3 个标志点的三维坐标值,计算出距舟关节在大体足部分极限运动中的三维运动度.与其他测量方法比较,该测量法具有以下优势:初始位置(基点)及终末位置的确定客观精确,三维坐标仪测量的标定点三维坐标值精确度高达 0.1ttm;通过转换计算出的运动度是描述关节的三维运动;实验环境要求较低,操作简便,快捷.但在三维坐标测量过程中需注意以下几点:为保持三维坐标系的有效性,应严格防止胫骨干,标本固定架及三维坐标仪移动;每次测量前应首先测量胫骨干下段标志点的三维坐标是否发生变化,若出现明显位移(0.5mm),需重新制动胫骨干;应用坐标仪采集头接触标志点时注意防止用力过大,影响采集数据的精
20、确度.3.3 跟骰关节融合对距舟关节三维运动的影响程度及其临床意义足的运动是由足部构成骨三维六自由度的复合运动整合,而成为一个统一功能单元协调运动,所以足部任何一个关节的运动均必需依赖于其他关节的运动程度_9.解剖学上,跟骰关节和距舟关节为两个独立的关节,有各自的关节囊及运动轴,且两关节腔之间因距,跟骨间韧带隔断而互不相通.但由于中后足背侧强大的分歧韧带将跟骨,舟骨,骰骨连接起来,所以跟骰关节和距舟关节组成一个联合关节,即跗横关节.故跟骰关节融合在一定程度上限制了距舟关节的运动.Deland 等报道跟骰关节融合后距舟关节活动范围减少 52.Astion 等报道跟骰关节融合后距舟关节活动范围减少
21、 339/5.我们的实验中,跟骰关节融合术使非负重状态下的距舟关节三维运动在矢状面减少约31,冠状面减少约 51,水平面减少约 37,平均减少约 41.因此,我们认为跟骰关节融合术对非负重位下的距舟关节三维运动度存在较大的限制作用.由于距舟关节为非负重关节,Savory 等提出在非负重位下,距舟关节才能真实反映其活动范围,所以实验结果具有一定的临床意义.距舟关节属于足内侧柱组成部分之一,在负重期具有适应功能,在起步推进期发挥稳定装置的作用.很多学者指出在整个中后足关节运动中,距舟关节是三关节复合体中最重要的关节,在三个关节中距舟关节运动范围最大,所起作用最大口.因此,跟骰关节的融合固定,较大程
22、度限制距舟关节活动后,可造成以下负面效应:影响前足与后足运动的协调统一及代偿. 跗横关节作为联系前足和后足的枢纽,可使前足相对后足发生旋转扭曲.跟骰关节的融合固定及距舟关节功能的障碍可使跗横关节运动大部丧失,较为严重地影响足部运动的统一协调,使前足旋转功能,如内收,外展,内翻及外翻运动受限.影响前足跖屈背屈运动.Hunt 等口 3报道,在足的跖屈,背屈运动中,前足的跖屈,背屈分别占足跖屈,背屈运动的 25 和 45,这主要发生在距舟关节.影响后足内外翻运动.距舟关节常与距下关节共同形成联合关节,沿共同的运动轴,参与后足的内翻与外翻运动口.距舟关节运动受限,将导致距下关节功能不同程度障碍,影响后
23、足内,外翻.影响胫后肌腱功能.舟骨粗隆是胫后肌腱在足部跗骨的主要止点.胫后肌腱移行于胫骨后肌,主要作用是促使足的内翻,跖屈运动,防止距骨头下陷及内倾,加强弹簧韧带,协助维持内侧纵弓.该肌腱是足弓稳定的重要动力装置,胫后肌腱功能障碍是引起成人获得性平足症最常见的原因.距舟关节活动受限可减少胫后肌腱的滑动范围,影响其功能.Astion 等口.报道跟骰关节融合后胫后肌腱移动范围减少 27.增加邻近关节骨性关节炎的发生率.关节运动受限易引起关节退行性改变,导致骨性关节炎发生16,17J.综上,跟骰关节融合对距舟关节活动存在限制作用,造成的负面影响是不可忽视的;Momberger 等 n.提出 Evan
24、s 外侧柱延长术并未使跟骰关节压力在平足症基础上进一步增加,部分患者还出现压力减小的情况.我们认为在平足症外科治疗中,应慎用跟骰关节撑开融合术.4 参考文献1 陈雁西,俞光荣.关节融合术在平足症外科治疗中的应用.中国矫形外科杂志,2004,12(21-22):1718 1720.2 李俊峰,主编.理论力学.北京:清华大学出版社,2002:2245.3NesterCJ,HutchinsS,BowkerP.Shankrotation:ameasureofrearfootmotionduringnormalwalking.FootAnkleInt.2000,21(7):578583.4 陈雁西,俞光荣,丁祖泉,等.跟骰关节融合对足部运动影响的实验研究.中国矫形外科杂志,2006,14(12):915-917.5LewisG.Biomechanicsasabasisformanagementofintraarticularfracturesofthecalcaneus.JAmPodiatrMedASSOC,
