Foot and Ankle Structure and Function

Anatomia

Il piede e la caviglia formano un sistema complesso che consiste di 28 ossa, 33 articolazioni, 112 legamenti, controllati da 13 muscoli estrinseci e 21 intrinseci.

Il piede è suddiviso in retropiede, mesopiede e avampiede.

Funziona come una struttura rigida per portare il peso e può anche funzionare come una struttura flessibile per conformarsi al terreno irregolare. Il piede e la caviglia forniscono varie funzioni importanti che includono:

• Sostenere il peso del corpo.
• Fornire equilibrio.
• Assorbimento degli urti.
• Trasferire le forze di reazione al suolo.
• Compensare il disallineamento prossimale.
• Sostituzione della funzione della mano in individui con amputazione/paralisi dell’estremità superiore.

Struttura

La caviglia o articolazione tibiotale costituisce la giunzione della gamba inferiore e del piede. I componenti ossei dell’articolazione della caviglia includono la tibia distale, il perone distale e l’astragalo.

Le strutture anatomiche al di sotto dell’articolazione della caviglia comprendono il piede, che include:

1. Piede posteriore: Il retropiede, l’aspetto più posteriore del piede, è composto dall’astragalo e dal calcagno, due delle sette ossa tarsali. L’articolazione dell’astragalo e del calcagno è chiamata articolazione subtalare, che ha tre faccette su ciascun astragalo e calcagno.
2. Piede medio: Il mesopiede è composto da cinque delle sette ossa tarsali: navicolare, cuboide e cuneiformi mediale, medio e laterale. La giunzione tra il retropiede e il mesopiede è chiamata articolazione di Chopart, che comprende le articolazioni talonavicolare e calcaneocuboidea.
3. Piede anteriore: L’avampiede è l’aspetto più anteriore del piede. Comprende i metatarsi, le falangi (dita) e le ossa sesamoidi. Ci sono un metatarso e tre falangi per ogni dito a parte l’alluce, che ha solo due falangi. L’articolazione del mesopiede e dell’avampiede forma l’articolazione di Lisfranc.

Onnessione talocrurale (TC)

L’articolazione talocrurale si forma tra la tibia-fibula distale e l’astragalo, ed è comunemente nota come articolazione della caviglia. L’aspetto distale e inferiore della tibia – conosciuta come la placca – è collegata al perone tramite i legamenti tibiofibulari formando una forte mortasa che si articola con la cupola dell’astragalo distalmente. È un’articolazione a cerniera e permette i movimenti di dorsiflessione e plantare sul piano sagittale.

Immagine subtalare (ST) Articolazione subtalare

È conosciuta anche come articolazione talocalcaneare e si forma tra l’astragalo e il calcagno.

• Ci sono tre faccette su ciascun astragalo e calcagno.
• L’articolazione subtalare posteriore costituisce la componente più grande dell’articolazione subtalare.
• L’articolazione subtalare permette l’inversione e l’eversione della caviglia e del retropiede.

Articolazione Midtarsale (MT)

Conosciuta anche come articolazione trasversale del tarso o articolazione di Chopart. È un’articolazione a forma di S se vista dall’alto. Consiste di due articolazioni – l’articolazione talonavicolare e l’articolazione calcaneocuboide.

1. articolazione talonavicolare (TN) – Si forma tra la testa talare anteriore e la concavità dello scafoide. Non ha una propria capsula, ma ne condivide una con le due articolazioni talocalcaneari anteriori.
2. articolazione calcaneocuboide (CC) – Formata tra la faccetta anteriore del calcagno e il cuboide posteriore. Entrambe le superfici articolari presentano una superficie convessa e concava con l’articolazione che è convessa verticalmente e concava trasversalmente. Molto poco movimento si verifica in questa articolazione.

Complesso articolare tarso-metatarsale (TMT)

Conosciuto anche come articolazione di Lisfranc. Questo complesso divide il mesopiede dall’avampiede.

Le file tarsali distali che includono le tre ossa cuneiformi e il cuboide si articolano con la base di ogni metatarso per formare il complesso TMT. È un’articolazione a forma di S ed è divisa in 3 colonne distinte:

• Mediale – composta dal 1° metatarso e dal cuneiforme mediale.
• Mediale – composto dal 2° e 3° metatarso, cuneiforme intermedio e laterale rispettivamente.
• Laterale – composto dal 4° e 5° metatarso e dal cuboide.

Orti metatarso-falangee (MTP) e interfalangee (IP)

Le articolazioni MTP sono formate tra le teste metatarsali e le basi corrispondenti della falange prossimale. Le articolazioni interfalangee delle dita dei piedi si formano tra le falangi delle dita. Ogni dito del piede ha articolazioni IP prossimali e distali, tranne l’alluce che ha solo un’articolazione IP.

Articolazione	Tipo di articolazione	Piano di movimento	Movimento
Articolazione TC	Cerniera	Sagittale	Dorsiflessione & Flessione plantare
Articolazione ST	Condyloid	Principalmente trasversale Alcuni sagittali	Inversione & Eversione Dorsiflessione & Flessione
Articolazione MT	Articolazione TN – Articolazione sferica CC – Sella modificata	Largamente in trasversale Alcuni sagittali	Inversione &Eversione Flessione &Estensione
Articolazione TMT	Planare
Articolazione MTP	Condyloid	Sagittale Alcune trasversali	Flessione &Estensione Abduzione &Adduzione
Articolazione IP	Cerniera	Sagittale	Flessione & Estensione

Cinematica

Onnessione talocrurale

La punta dei malleoli mediali è anteriore e superiore ai malleoli laterali, il che rende il suo asse obliquo a entrambi i piani sagittale e frontale. L’asse di rotazione è approssimativamente 13°-18° lateralmente dal piano frontale e con un angolo di 8°-10° dal piano trasversale. Il movimento in altri piani è necessario (come il piano orizzontale e frontale) per ottenere un movimento completo per la plantare e la dorsiflessione. L’intervallo normale disponibile per la dorsiflessione varia in letteratura tra 0°-16,5° e 0°-25°, e questo cambia con il portare il peso. Il range normale di flessione plantare è stato riportato essere intorno a 0°- 50°.

Onnessione subtalare

L’asse dell’articolazione subtalare si trova circa 42° superiormente al piano sagittale e circa 16° a 23° medialmente al piano trasversale. La letteratura presenta vaste gamme di movimento subtalare che vanno da 5° a 65°. Il ROM medio per la pronazione è di 5° e di 20° per la supinazione. Il ROM di inversione ed eversione è stato identificato come 30° e 18°, rispettivamente. Il movimento totale di inversione-eversione è di circa 2:1 e un rapporto di 3:2 del movimento di inversione-eversione.

articolazione midtarsale

L’articolazione midtarsale ruota su due assi a causa della sua anatomia, rendendo il suo movimento complesso. L’asse longitudinale (immagine ‘A’ sotto) si trova circa 15° superiore al piano orizzontale e circa 10° mediale al piano longitudinale. L’asse obliquo (immagine ‘B’ sotto) si trova a circa 52° superiore al piano orizzontale e a 57° dalla linea mediana. L’asse longitudinale è vicino all’asse dell’articolazione subtalare e l’asse obliquo è simile all’asse dell’articolazione talocrurale.

Il bloccaggio dell’articolazione MT

Un’importante funzione del piede è la propulsione del peso durante la fase di stance. Questa funzione è resa possibile dal blocco e dallo sblocco dell’articolazione MT. Durante il colpo di tacco, il piede deve essere flessibile per adattarsi alla superficie e l’articolazione MT si sblocca per fornire questa flessibilità. Più tardi nel ciclo del passo, il piede deve agire come una leva rigida per spingere il peso del corpo in avanti, il che è reso possibile dal blocco dell’articolazione MT. Durante la pronazione/eversione del piede, gli assi delle articolazioni TN e CC sono paralleli tra loro, rendendo più facile il loro movimento indipendente e lo sblocco dell’articolazione MT. Gli assi si incrociano durante la supinazione/inversione e bloccano l’articolazione MT rendendone difficile il movimento. Blackwood et al hanno concluso che c’è un maggiore movimento dell’avampiede quando il calcagno è estroflesso. Questo è coerente con il meccanismo di blocco dell’articolazione MT.

Complesso articolare di Lisfranc

Il grado di movimento sagittale per ogni articolazione TMT è presentato qui sotto

Articolazione TMT	Grado di movimento
1°	1.6o
2°	0.6o
3°	3.5o
4°	9.6o
5°	10.2o

Le articolazioni MTP e IP

Le articolazioni MTP sono bi-assiali e si muovono nei piani sagittale e trasversale. Le articolazioni MTP hanno un maggior movimento sul piano sagittale e pochissimo sul piano trasversale. Nelle articolazioni MTP, l’iperestensione è di circa 90° e la flessione è di circa 30°-50°. Le articolazioni IP sono articolazioni a cerniera che limitano il movimento in una direzione.

Arthrokinematics

Arthrokinematics si riferisce al movimento delle superfici articolari.

1. Articolazione Talocrurale – L’astragalo rotola all’interno della mortasa durante la dorsiflessione e la plantare. Durante la dorsiflessione, l’astragalo rotola anteriormente e scivola posteriormente. Mentre con la plantare, l’astragalo rotola posteriormente e scivola anteriormente.
2. Articolazione subtalare – Secondariamente all’anatomia dell’articolazione subtalare, il movimento accoppiato di dorsiflessione, abduzione ed eversione produce la pronazione, mentre il movimento accoppiato di flessione plantare, adduzione e inversione produce la supinazione. Presenta due punti di articolazione – articolazione talocalcaneale anteriore e articolazione talocalcaneale posteriore. Durante l’inversione a catena cinetica aperta, il calcagno rotola in inversione e scivola lateralmente. E durante l’eversione, il calcagno rotola in eversione e scivola/slitta medialmente.
3. Articolazione mediotarsale – Per l’articolazione talonavicolare, lo scafoide concavo si muove sull’astragalo convesso e quindi il rotolamento e lo scorrimento sono nella stessa direzione del movimento. L’articolazione calcaneocuboide è un’articolazione a sella quindi la direzione cambia a seconda del movimento. Durante la flesso-estensione, il cuboide è concavo e il calcagno è convesso; quindi, il rotolamento e lo scorrimento avvengono nella stessa direzione dell’articolazione talonavicolare. Durante l’abduzione-adduzione, tuttavia, il cuboide è convesso e il calcagno è concavo, e quindi il rotolamento e lo scorrimento avviene nella direzione opposta.
4. Articolazione di Lisfranc – Secondariamente all’anatomia ossea e legamentosa del complesso, il ruolo primario è la stabilità del mesopiede poiché ha pochissimo movimento. Ha tre archi distinti e la principale struttura stabilizzatrice dell’articolazione TMT è un legamento a forma di Y noto come legamento di Lisfranc.
5. Articolazioni MTP e IP – Lo scorrimento e il rotolamento avvengono nella stessa direzione del movimento per le articolazioni MTP, poiché la base concava della falange si muove sulla testa convessa del metatarso. Lo stesso vale per le articolazioni IP, dove lo scorrimento e la rotazione sono nella stessa direzione, poiché la falange distale concava si muove sulla falange prossimale convessa.

Articolazione	Posizione chiusa	Posizione aperta	Modello capsulare	Superficie concava	Superficie convessa	Concavo-regola convessa Rullo & scivolamento
Articolazione talocrurale	Dorsiflessione completa	10o di plantare e a metà tra pronazione e supinazione	Limitazione della plantare, anche se clinicamente dorsiflessione. La limitazione è più comune.	Proximal – Mortise formato da Tibia, legamento tibiofibulare e perone	Distale – Superficie trocleare della cupola talare	Direzione opposta
Articolazione subtalare	Inversione completa	Inversione/plantarflexion	Limitazione dell’inversione nell’artrite cronica. Limitazione dell’eversione nel traumatico.	Prossimale – Faccetta anteriore, media e posteriore dell’astragalo	Distale – Calcagno anteriore, media e posteriore della superficie articolare dell’astragalo	Direzione opposta
Articolazione talonavicolare	Piena supinazione	A metà strada tra i ROM estremi	Limitazione della dorsiflessione, plantarflessione, adduzione e rotazione interna.	Prossimale – Testa dell’astragalo	Distale – Concavità sull’osso navicolare per l’astragalo	Stessa direzione
Articolazione calcaneocuboide	Supinazione completa	A metà strada tra ROM estremo	Limitazione di dorsiflessione, plantare, adduzione e rotazione interna.	Distale – Il cuboide è concavo durante la flesso-estensione. Il calcagno è concavo in adduzione-abduzione.	Prossimale – Il calcagno è convesso in flesso-estensione. Il cuboide è convesso in adduzione-abduzione.	Flessione-estensione = Stessa direzione Adduzione-abduzione = direzione opposta
Articolazione Lisfranc	Supinazione completa	A metà strada tra supinazione e pronazione
1° articolazione MTP	Iperestensione	Leggera (10o) estensione	Perdita di movimento più in estensione che in flessione.	Distale – Base della falange	Proxmial – Testa del metatarso	Stessa direzione
Dalla seconda alla quinta articolazione MTP	Flessione massima	Leggera (10o) estensione	Perdita di flessione.	Distale – Base delle falangi	Prossimale – Testa dei metatarsi	Stessa direzione
Articolazione interfalangea	Piena estensione	Leggera flessione	Limitazione in tutte le direzioni con maggiore estensione.	Falange distale	Falange prossimale	Stessa direzione

Il passo e il piede

Il passo è costituito da cicli ripetitivi della fase di stance quando il piede è a terra (foot strike, mid stance, e terminal stance) e la fase di swing quando il piede è in aria. Quando si corre, c’è un’ulteriore fase: la fase di galleggiamento quando entrambi i piedi sono fuori dal terreno.

• Durante la camminata, nell’impatto del piede, il piede è supinato, e l’articolazione Chopart è bloccata, rendendo il piede rigido quando il tallone atterra per la prima volta.
• Il piede si prona e si appiattisce durante il mid-stance quando entra in pieno contatto con la superficie.
• La posizione terminale è poi caratterizzata da una propulsione attraverso il tacco e la puntata.
• L’articolazione di Lisfranc permette una leggera dorsiflessione e plantare.
• La forza viene quindi trasferita alla colonna centrale dell’avampiede durante la fase di stacco della punta, e l’avampiede si appoggia.
• La colonna laterale agisce durante la fase finale del push-off durante il passo, fornendo principalmente un input sensoriale.
• La base del quinto metatarso assorbe da sola una forza e un peso significativi.

La combinazione di mesopiede fisso, articolazione di Lisfranc leggermente flessibile e articolazioni metatarso-falangee flessibili crea una leva per la propulsione durante l’andatura.

Influenza sulla catena cinetica/andatura

Come discusso sopra con il blocco dell’articolazione MT, la transizione del piede dalla pronazione alla supinazione è una funzione importante che assiste l’adattamento al terreno irregolare e agisce come una leva rigida durante la spinta.

• Durante la pronazione, l’articolazione MT si sblocca, fornendo flessibilità al piede e aiutando a mantenere l’equilibrio.
• Durante la supinazione, l’articolazione MT si blocca, fornendo rigidità al piede e massimizzando la stabilità.

Se il piede rimanesse in pronazione, porterebbe ad una ipermobilità del mesopiede e metterebbe a dura prova le strutture neuromuscolari che stabilizzano il piede e mantengono la posizione eretta. Mentre se il piede rimane supinato, il mesopiede sarebbe ipomobile, il che comprometterebbe la capacità del piede di adattarsi al terreno e aumenterebbe la domanda sulle strutture circostanti per mantenere la stabilità posturale e l’equilibrio. Cote et al. hanno concluso che la stabilità posturale è influenzata dalla posizione del piede sia in condizioni statiche che dinamiche. Le reazioni a catena sono secondarie al posizionamento del piede.

Nei movimenti a catena chiusa, la seguente reazione cinetica a catena ha luogo in un piede sovrapronato:

• Eversione calcaneare
• Adduzione e plantare dell’astragalo
• Rotazione mediale dell’astragalo
• Rotazione mediale di tibia e perone
• Valutazione del ginocchio
• Rotazione mediale del femore
• Inclinazione anteriore del bacino

Nel movimento a catena chiusa la seguente reazione cinetica a catena ha luogo in un piede sovra-piede supinato:

• Inversione calcaneare
• Abduzione e dorsiflessione dell’astragalo
• Rotazione laterale dell’astragalo
• Rotazione laterale di tibia e perone
• Varus al ginocchio
• Rotazione laterale del femore
• Inclinazione posteriore del bacino

Archi del piede

Gli archi del piede svolgono funzioni di assorbimento delle forze, base di sostegno e agisce come una leva rigida durante la propulsione dell’andatura.

L’arco longitudinale mediale, l’arco longitudinale laterale e l’arco trasversale sono i 3 archi che compromettono le arcate del piede.

Arco longitudinale mediale (MLA)

È l’arco più lungo e più alto di tutti gli archi. I componenti ossei del MLA includono il calcagno, l’astragalo, il navicolare, le tre ossa cuneiformi e i primi 3 metatarsi. L’arco è composto da due pilastri: quello anteriore e quello posteriore. Il pilastro anteriore è costituito dalla testa delle prime 3 teste metatarsali e il pilastro posteriore è costituito dalla tuberosità del calcagno. L’aponeurosi plantare forma la trave di sostegno che collega i due pilastri. L’apice del MLA è la superficie articolare superiore dell’astragalo. Oltre all’aponeurosi plantare, il MLA è sostenuto anche dal legamento molle e dal legamento deltoide. I muscoli tibiale anteriore e posteriore giocano un ruolo importante nel sollevare il bordo mediale dell’arco, mentre il flessore hallucis longus agisce come tenditore.

Arco Longitudinale Laterale (LLA)

È l’arco più basso e comprende il calcagno, il cuboide, il quarto & quinto metatarso come sua componente ossea. Come l’arco longitudinale mediale (MLA), il pilastro posteriore è costituito dalla tuberosità del calcagno. Il pilastro anteriore è formato dalle teste metatarsali del 4° e 5° metatarso. L’aponeurosi plantare, i legamenti plantari lunghi &corti forniscono supporto al LLA. Il tendine Peroneus longus gioca un ruolo importante nel mantenere il bordo laterale dell’arco.

Arco trasversale

E’ concavo in assenza di carico e corre da mediale a laterale nell’area mediotarsale e tarsometatarsale. La componente ossea dell’arco è costituita dalle teste metatarsali, dai cuboidi e da 3 ossa cuneiformi. I pilastri mediale e laterale dell’arco sono formati rispettivamente dall’arco longitudinale mediale e laterale. L’arco è mantenuto dal tendine del tibiale posteriore e dal tendine del Peroneus longus che attraversano la superficie plantare rispettivamente da mediale a laterale e da laterale a mediale.

Meccanismo a verricello del piede

L’aponeurosi plantare agisce come un meccanismo a verricello. Un verricello è tipicamente un cilindro orizzontale che ruota con una manovella o una cinghia su una catena o una corda per tirare oggetti pesanti. L’uso comune di un verricello è nel tirare l’ancora della nave noto come verricello dell’ancora. Questo meccanismo può essere visto nel piede. Quando le articolazioni MTP sono iperestese, l’aponeurosi plantare diventa tesa mentre è avvolta intorno alle articolazioni MTP. Questa azione porta le ossa metatarsali e tarsali insieme convertendole in una struttura rigida e infine sollevando gli archi longitudinali. Questa funzione è importante nel fornire una leva rigida per la propulsione dell’andatura durante il push off.

Funzione del piede

Il piede richiede sufficiente mobilità e stabilità per tutte le sue funzioni. La mobilità è necessaria per assorbire la forza di reazione al suolo del corpo. La pronazione subtalare ha un effetto di assorbimento degli urti durante il contatto iniziale con il tallone. La pronazione è anche necessaria per permettere la rotazione della gamba e per assorbire l’impatto di questa rotazione. La pronazione subtalare gioca un ruolo nell’assorbimento degli urti attraverso il controllo eccentrico dei supinatori. Dall’altro lato, l’articolazione di Chopart si sblocca in modo che l’avampiede possa rimanere sciolto e flessibile. In midstance, il piede ha bisogno di mobilità per adattarsi alla variazione delle superfici.

La stabilità del piede è necessaria per fornire una base stabile al corpo. Il piede deve avere la capacità di sopportare il peso del corpo e agire come una leva stabile per spingere il corpo in avanti. Questa funzione richiede il controllo della pronazione dell’articolazione subtalare.

La funzione normale del piede fornisce al piede la capacità di trasformarsi al momento giusto da adattatore mobile a leva rigida. Il piede ha bisogno di una mobilità sufficiente per muoversi in tutte le posizioni del ciclo dell’andatura mantenendo mobilità e stabilità. La mobilità fisiologica è essenziale; se la mobilità fosse troppo grande, il piede non avrebbe la capacità di essere stabile. Quando questa condizione è soddisfatta, l’articolazione può supportare la posizione in piedi nella posizione stabile di massima chiusura. Quando la transizione normale delle due funzioni non è normale, si possono osservare molte lesioni da sovraccarico nel piede, nella gamba ma anche nella parte bassa della schiena. Quindi le tre fasi di contatto con il suolo devono rientrare nell’intervallo di tempo normale, altrimenti si useranno alcuni meccanismi di compensazione (esempio: genu recurvatum in caso di dorsiflessione ridotta) che causano sindromi da sovraccarico. (Esempio: condromalacia, shin-splints)

Nella transizione dalla fase di midstance a quella di propulsione, i meccanismi spesso falliscono. Il passaggio dall’eversione all’inversione è facilitato dal muscolo tibiale posteriore. Il muscolo è teso come una molla e l’energia potenziale è immagazzinata. Alla fine del midstance, il muscolo passa dal lavoro eccentrico a quello concentrico e l’energia viene rilasciata. Il muscolo tibiale posteriore provoca allora l’abduzione e la dorsiflessione del caput tali in cui il quarto posteriore è estroflesso. Allo stesso tempo, il muscolo peroneus longus, alla fine del midstance, disegnerà l’avampiede con una flessione plantare del primo dito del piede. È così che l’avampiede diventa stabile.

Quando l’avampiede si muove nella fase di propulsione, inizia il fenomeno della salpa. Quando inizia la dorsiflessione delle articolazioni metatarso-falangee, la fascia plantare subisce uno stress, il calcagno diventa verticale e si strappa in inversione. In questo modo, il quarto posteriore riposa in inversione nello svolgimento dell’avampiede.

Quando ci sono alcune anomalie nel normale ciclo del cammino delle funzioni del corpo, alcune ortesi funzionali possono essere utilizzate. Queste ortesi hanno la capacità di correggere la funzione biomeccanica del piede. Al contrario, i plantari supportano solo l’arco del piede. La mobilità ridotta o limitata degli arti inferiori può essere causata da una limitazione articolare. In questi casi si possono applicare alcune mobilizzazioni classiche o mobilizzazioni secondo la terapia manuale. Quando la causa è un accorciamento muscolare si può prescrivere dello stretching. Inoltre, sono indicate buone scarpe (da corsa).