跗跖关节是中足的复杂结构,在步行时完成重力由中足向前足的传导,并在步态各期支持体重,由于法国医师Jacques Lisfranc首次经跗跖关节截肢,故该关节也称Lisfranc关节。跖跗关节是构成足弓的重要组成部分,位于足弓的最高点,在足的站立、行走、跳跃的过程中肩负的重要使命。其解剖结构复杂,一是由多关节构成,砌合紧密,形成了稳定的骨性结构,二是由众多坚强、复杂、纵横交错的韧带,加强诸关节,增加了足弓的稳定性,三是足部的肌肉不但是足运动的动力,也是维持跖跗关节稳定的重要结构。对于中跖跗关节这一复杂结构目前国内缺少必要的研究。跖跗关节损伤由于其发病率较低,且依靠常规X线片诊断有时较困难,因此误诊率较高。尤其在多发伤病人,误诊率可高达20 %。跖跗关节损伤治疗方法较多,哪种固定方法最佳一直存在争论,而不恰当的治疗常常导致严重的后遗症。鉴于跖跗关节损伤的早期诊断治疗存在很多问题,我们近年来对过去的治疗结果进行了总结分析,并就跖跗关节的局部解剖、生物力学、损伤机制、诊断和治疗进行了深入研究。本课题采用不同人群进行对照,进行了跖跗关节的影像学测量研究,探讨跖跗关节稳定的解剖学基础,通过对跖骨和楔状骨的相互关系的测量,寻找跖跗关节稳定的骨性原因,及各骨之间的匹配关系、易损因素,并得出国人跖骨和楔状骨及相互关系的数值。通过负重状态时跖跗关节在前足力学分布中的研究,得出第一二跖跗关节在正常人群的步态中起着至关重要的作用。并采用新鲜尸体作为标本,造成第一二跖跗关节(即内侧楔状骨和第二跖骨基底之间)不同程度韧带的损伤模型,探讨Lisfranc韧带对第一二跖跗关节稳定的重要性,为临床修复或重建Lisfranc韧带提供理论依据。通过跖跗关节AO螺钉(Lisfranc螺钉)、可吸收螺钉固定,石膏外固定,克氏针固定不同内固定方式的回顾性研究,为临床治疗跖跗关节脱位提供依据,本实验分以下四部分:第一部分跖跗关节的影像测量研究目的:探讨跖跗关节这一复合结构在前足稳定性中的起重要作用的解剖学基础。方法:分别测量正常成年人群34例,跖跗关节损伤患者34例进行X线的测量。使用500mA Siemens DR摄片机;X线球管向头侧倾斜28—32度时(X线平行于跖跗关节面),中心线对准第3跖骨基底,焦片距为90cm,分别拍摄足的正位和45斜位片。分别测量榫孔内侧缘的深度(第二跖骨基底内侧重叠内侧楔状骨的长度)、榫孔外侧缘的深度(第二跖骨基底外侧重叠外侧楔状骨的长度)和第二跖骨长度、第一二跖跗关节之间的距离。测量时以平行于第一跖骨水平放置的可透X线的10cm标准尺为校正标准。通过DR工作站软件完成。结果:测量国人正常榫孔内侧缘的平均深度为9.5mm,而男女又存在差别,男性10.4mm,女性8.5mm;榫孔外侧缘的平均深度为5.3mm,男性6.0mm,女性4.5mm,而骨折脱位组榫孔内、外侧缘的平均深度为为9.4mm,5.3mm;单纯脱位组榫孔内、外侧缘的平均深度为为8.3mm,3.9mm。第一二跖跗关节之间的距离四组没有差别,分别为1.58mm,1.49mm,1.47mm,1.48mm。结论:①跖跗关节的榫卯样结构(第二跖骨基底插于内侧楔状骨和外侧楔状骨之间),尤其是榫孔外侧缘的深度,是稳定的关键因素。②男性较女性的跖跗关节较为稳定,骨折脱位型较单纯脱位型的跖跗关节更为稳定。第二部分跖跗关节在前足负重分布中的研究目的:观察负重状态时跖跗关节在前足负重中的分布。方法:8具尸体足标本,生前均无足部疾患正常成人新鲜尸体标本,男6具,女2具。在踝关节以上20厘米处横行截断胫腓骨,小心剔除近段5厘米皮肤、肌肉等软组织,保留胫腓骨间膜,标本近端用聚甲基丙烯酸甲脂包埋处理,包埋盒与胫腓骨垂直,以保持垂直向下加载。并将尸体标本标号,便于以后实验和统计分析。实验中跖跗关节所承受的压应力采用压敏片技术来测试。测量所用的压敏片由日本富士公司生产的胶片,实验前预先将压敏片剪成和各跖跗关节关节面大致相吻合的形状,以聚乙烯膜封装,将做好的压敏片分别插入各跖跗关节面,将包埋好的标本置于万能生物力学机上,标本下方通过特制的模具固定,上方连接加载装置。加载时保持胫腓骨垂直,正位踝关节无内外翻,呈中立位;侧位踝关节分别位于跖屈90度、120度、150度。生物力学机以10N/秒的速度向标本顶端施加600N的压力,保持最大载荷5秒后卸载。结果:在踝关节负重600N逐渐跖屈的过程中,跖跗关节第1-5关节面的压强无明显差异(P>0.05,附表一);跖跗关节第1-5关节面的接触面积和压力发生明显的变化。在跖屈0度位时,第一跖跗关节面的接触面积为146.3±13.6mm2,传递的负荷为112.6±11.3N;第二跖跗关节面的接触面积为190.1±24.7 mm2,传递的负荷为150.5±15.9N;第三跖跗关节面的接触面积为171.2±23.6 mm2,传递的负荷为136.6±13.2N;第四跖跗关节面的接触面积为91.6±8.6 mm2,传递的负荷为63.2±6.1N;第五跖跗关节面的接触面积为62.5±5.8 mm2,传递的负荷为51.3±5.3 N。在跖屈30度位时,第一跖跗关节面的接触面积为190.4±20.3 mm2,传递的负荷为150.2±14.7N;第二跖跗关节面的接触面积为198.7±18.6mm2,传递的负荷为164.3±15.4N;第三跖跗关节面的接触面积为165.8±15.3 mm2,传递的负荷为140.5±13.7N;第四跖跗关节面的接触面积为66.5±6.1 mm2,传递的负荷为48.1±5.2N;第五跖跗关节面的接触面积为31.3±3.6 mm2,传递的负荷为24.3±2.3 N。在跖屈60度位时,第一跖跗关节面的接触面积为229.3±23.2 mm2,传递的负荷为186.7±17.9N;第二跖跗关节面的接触面积为200.2±21.4mm2,传递的负荷为169.9±17.1N;第三跖跗关节面的接触面积为149.4±13.6mm2,传递的负荷为124.3±12.3N;第四跖跗关节面的接触面积为45.3±4.7mm2,传递的负荷为36.3±3.8N;第五跖跗关节面的接触面积为20.4±2.9mm2,传递的负荷为15.1±2.1N(附表二、三)。在踝关节逐渐跖屈的过程中,第一跖跗关节面的接触面积和传递负荷呈现增加的趋势,有显著差异(P<0.01);第二跖跗关节面的接触面积和传递负荷无显著差异(P<0.05);第三、四、五跖跗关节面的接触面积和传递负荷呈现减少的趋势,有显著差异(P<0.01)。结论:中立位第二三跖跗关节传递的负荷最大,是跖跗关节主要的负重部分。随着踝关节跖屈角度的增加,第四五跖跗关节的负荷逐渐变小,而第一跖跗关节的负荷逐渐增加,内侧两柱承担主要的负荷。其负荷的改变是通过改变接触面积来实现的。第三部分Lisfranc韧带对前足稳定性的研究目的:生理状态下,Lisfranc韧带的损伤对前足稳定的影响。方法:试验标本准备:6具尸体足标本,生前均无足部疾患正常成人新鲜尸体标本,男4具,女2具,标本近端用聚甲基丙烯酸甲脂包埋处理,包埋盒与胫腓骨垂直,以保持向下加载时踝关节位于中立位,自制胫腓骨夹具,用以固定小腿。将包埋好的标本置于万能生物力学机上,标本下方通过特制的防滑界面,上方连接加载装置。暴露第一二跖跗关节及其间隙,依次切断背侧韧带、Lisfranc韧带和跖侧韧带分别加载。加载时保持胫腓骨垂直,外固定架固定踝关节于跖屈30度位(正位踝关节无内外翻,呈中立位;侧位踝关节分别位于跖屈30度)。生物力学机以10N/秒的速度向标本顶端施加100N的压力,保持最大载荷5秒后卸载。距第一跖骨关节1cm处,在第一跖背侧打入一枚细克氏针,在第二跖背侧对应位置打入另一枚细克氏针,之间连接引伸器(见图四)。第一二跖骨基底之间距离轻微的增加都可通过克氏针传递给引伸器,使机械信号变形转变为电信号,通过电脑记录下不同负荷对应的位移值。结果:①四个实验组在不同负荷下产生的位移不等或不完全相等。韧带完整组位移均值为0.00058±0.00013mm/N,切断背侧韧带组位移均值为0.00072±0.00015mm/N ,切断背侧和lisfranc韧带组位移均值为0.00216±0.00053mm/N,韧带全切断组位移均值为0.00214±0.00062mm/N。两两比较结果显示:切断背侧和lisfranc韧带组和韧带全切断组在相同负荷下产生的位移明显大于韧带完整组和背侧韧带切断组,而切断背侧和lisfranc韧带组和韧带全切断组,韧带完整组和背侧韧带切断组之间在相同负荷下产生的位移的显著性无差别。结论:单纯背侧韧带的断裂对于内侧柱和中间柱之间的稳定影响不大,可以保守治疗;Lisfranc韧带对于维持第二跖骨和内侧楔状骨之间的稳定至关重要;随着负荷的增加,位移有增大的趋势,也许当足部剧烈下落时,足横弓下陷,跖侧韧带就发挥其强大的维持内侧柱和中间柱之间的稳定的作用,这有待于我们进一步的研究。第四部分跖跗关节不同固定方式的临床回顾性研究目的:探讨跖跗关节脱位及骨折脱位的治疗方法及临床疗效。方法:对85例跖跗关节患者进行回顾性分析,74例获得随访,其中单纯脱位型21例,骨折脱位型53例。复位后分别采用石膏外固定24例,克氏针内固定22例,螺钉内固定28例。术后采用AOFAS足功能标准评价功能,并对骨折分型及固定方式与疗效的相关性进行统计学分析。结果:74例患者获得随访,其中:优23例,良24例,可17例,差10例,优良率为63.5 %。按照不同的分组进行比较:单纯脱位型优良率为38.1%,骨折脱位型优良率为73.6%,两组间差异有显著的统计学意义( P <0.005);石膏外固定组优良率为33.3%,克氏针内固定组优良率为63.6%,螺钉内固定组优良率为89.3%,三组间差异有显著的统计学意义( P <0.005)。结论:解剖复位螺钉内固定可使跖跗关节得到长期有效的固定,可取得较好的治疗效果,但是单纯脱位型较骨折脱位型预后较差。