lower extremity arthrology guide

99
Lower Extremity Arthrology Guide Summer 2015 Derya Anderson Scott Bentley Bow Decker Ashley Haight Cynthia Hobbs Jennifer Rogers Jill Stephenson Andrew Trevino Table 18

Upload: performanceenhancingdrugs

Post on 11-Apr-2017

390 views

Category:

Health & Medicine


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Lower Extremity Arthrology Guide

         

             

                           

           

 

Lower  Extremity  Arthrology  Guide  Summer  2015  

Derya  Anderson    Scott  Bentley    Bow  Decker      Ashley  Haight    Cynthia  Hobbs    Jennifer  Rogers    Jill  Stephenson    Andrew  Trevino    

Table  18  

Page 2: Lower Extremity Arthrology Guide

2

Arthrology  Guide:  Table  of  Contents      Introduction  to  the  Pelvic  Region………………………………………………………….………..3     Femoroacetabular  Joint………………………………………………………………………..…7     Pubic  Sympyhsis  ………………………………………………………………………….............16     Sacroiliac  Joint…………………………………………………………………………………..….20    Introduction  to  the  Knee  Complex…………………………………………………………………25     Tibofemoral  Joint……………………………………………………………………………......…30     Patellofemoral  Joint………………………………………………………………….……...….…37    Introduction  to  the  Ankle  Joint………………………………………………………………………42     Proximal  Tibiofibular  Joint  …………………………………………………………...….……45     Distal  Tibiofibular  Joint  ……………………………………………………………….………...47     Talocrural  Joint……………………………………………………………………………………...50     Subtalar  Joint………………………………………………………………………………………...56    Introduction  to  the  Foot  Complex………………………………………………………….………62     Transverse  Tarsal  Joints  ………………………………………………………….…………….65     Distal  Intertarsal  Joints  ………………………………………………………………………….73     Tarsometarsal  Joints……………………………………………………..……………………….79     Intermetarsal  Joints……………………………………………………………………………….84     Metatarsophalangeal  Joints…………………………………………………………………….87     Interphalangeal  Joints…………………………………………………………………………….93    

                                     

 

Page 3: Lower Extremity Arthrology Guide

3

Introduction  to  the  Pelvic  Region    

The  pelvic  region  contains  three  major  joints.  It  includes  the  femoroacetabular  joint  (hip  joint),  the  sacroiliac  joint  (SI),  and  the  pubic  symphysis.  These  three  joints  work  together  for  the  purpose  of  weight  bearing,  stability,  and  shock  absorption/weight  distribution.  The  joint’s  second  but  equally  important  purpose  is  to  allow  dynamic  movement  such  as  walking,  running,  and  jumping.  These  joints  have  to  be  able  to  work  together  to  provide  the  stability  required  so  dynamic  movements  can  occur  effectively  and  pain  free.    

The  pelvis  is  comprised  of  the  sacrum  and  an  innominate  bone  on  each  side.  The  union  of  these  bones  creates  the  sacroiliac  joint  and  the  pubic  symphysis.  As  mentioned  above,  the  pelvis  serves  to  distribute  weight  from  the  upper  body  down  to  the  lower  extremities.  This  is  done  very  effectively  due  to  the  ring  that  is  created  from  the  joining  of  these  three  bones.  The  pelvis  is  also  important  due  to  the  many  muscle  attachment  sites  from  both  the  lower  extremity  and  the  trunk.    

The  last  component  of  the  pelvic  region  includes  the  femur  bone.  The  head  of  the  femur  articulates  with  the  acetabulum  to  create  the  femoroacetabular  joint.  The  innominate  is  comprised  of  three  parts:  the  ilium,  the  ischium,  and  the  pubis.  These  three  components  of  the  innominate  come  together  to  form  the  acetabulum  (Figure  1).  It  is  at  this  joint  that  most  of  the  weight  bearing  occurs.    

The  pelvic  region  receives  its  main  blood  supply  from  the  internal  and  external  iliac  arteries  which  ultimately  originate  from  the  split  of  the  abdominal  aorta.  The  internal  iliac  artery  supplies  blood  to  the  organs  of  the  pelvis  and  the  surrounding  muscles,  and  the  external  iliac  artery  travels  laterally  to  supply  blood  to  the  femoroacetabular  joint  and  the  lower  extremities.  The  pelvic  region  is  innervated  by  the  lumbosacral  plexus.  The  plexus  arises  from  the  ventral  root  of  T12-­‐S4  (Figure  2).  The  lumbar  portion  of  the  plexus  goes  to  innervate  the  anterior  and  lateral  aspect  of  the  pelvis  while  the  sacral  portion  innervates  the  posterior  and  lateral  aspect  of  the  pelvis.                

Figure  1.  Bones  of  the  acetabulum  

Figure  2.  Nervous  supply  of  pelvis  

Page 4: Lower Extremity Arthrology Guide

4

Table  1.  Muscles  Acting  on  the  Pelvic  Joints    

Muscle   Proximal  Attachment   Distal  Attachment   Segmental  Innervations  

Peripheral  Innervations  

Gluteus  max  

Aponeurosis  of  the  erector  spinae,  sacrum,  sacrotuberous  ligament  &  posterior  gluteal  line  (innominate)  

Greater  trochanter,  gluteal  tuberosity  of  the  femur  &  the  iliotibial  tract  

L5-­‐S1-­‐2   Inferior  Gluteal  Nerve  

Gluteus  medius   External  iliac  surface  

Oblique  ridge  on  the  lateral  aspect  of  the  greater  trochanter;  gluteal  aponeurosis  

L4-­‐5-­‐S1   Superior  Gluteal  Nerve  

Gluteus  minimis  

External  iliac  surface  and  margin  of  the  greater  sciatic  notch  

Anterolateral  aspect  of  the  greater  trochanter  

L4-­‐5-­‐S1   Superior  Gluteal  Nerve  

Piriformis  Anterolateral  sacrum  &  posterior  inferior  iliac  spine  

Upper  border  of  the  greater  trochanter   (L5)  S1-­‐2   Nerve  to  the  

piriformis  

Superior  gemellus  

Xternal  surface  spine  of  ischium  via  obturator    internus  tendon  to  greater  trochanter  

Greater  trochanter   L5-­‐S1-­‐S2   Sacral  Plexus  

Obturator  internus  

Anterolateral  wall  of  the  pelvis  &  obturator  membrane  

Medial  surface  of  the  greater  trochanter  

L5-­‐S1-­‐2  

Nerve  to  the  obturator  internus  (from  sacral  plexus)  

Obturator  externus  

Rami  of  pubis  and  ischium;  external  surface  obturator  membrane  

Trochanteric  fossa   L3-­‐4   Obturator  Nerve  

Inferior  gemellus  

Proximal  ischial  tuberosity  via  obturator  internus  tendon  

Greater  trochanter   L4-­‐5-­‐S1  (S2)   Sacral  Plexus  

Page 5: Lower Extremity Arthrology Guide

5

Quadratus  femoris   Ischial  tuberosity   Quadrate  tubercle  of  

the  femur   L4-­‐5-­‐S1,  (S2)  

Nerve  to  quadratus  femoris  from  sacral  plexus  

Hamstring  (Semimembran-­‐osus,  Semitendinosus,  Biceps  femoris)  

SM:  ischial  tuberosity  ST:  ischial  tuberosity  BF:  ischial  tuberosity    &  sacrotuberous  lig.  (long  head)  ;  lateral  lip  of  linea  aspera  &  lateral  supracondylar  line  (short  head)  

SM:  posterior  aspect  of  the  medial  tibial  condyle  ST:  proximal,  medial  tibia  BF:  the  lateral  side  of  fibular  head  

SM:  L4-­‐5-­S1-­‐2  ST:  L4-­‐5-­S1-­2  BF:  L5-­‐S1-­2-­‐3  to  long  head;  L5-­S1-­2  to  short  head  

SM:  tibial  division  of  the  sciatic  nerve  ST:  tibial  division  of  the  sciatic  nerve  BF:  tibial  branch  of  sciatic  (long  head)  &  fibular  branch  of  sciatic  nerve  (short  head)  

Adductor  magnus  

Inferior  pubic  ramus,  ischial  ramus  &  tuberosity  

Gluteal  tuberosity,  linea  aspera,  medial  supracondylar  ridge  &  adductor  tubercle  of  the  femur  

L2-­‐3-­‐4  &  L4-­‐5-­‐S1  

Obturator  nerve  (adductor  region)  &  tibial  division  of  the  sciatic  nerve  

Adductor  longus   Pubic  crest   Medial  lip  of  linea  

aspera   L2,  L3,  L4   Obturator  nerve  

Adductor  brevis   Inferior  pubic  ramus  

Distal  2/3  pectineal  line  and  medial  lip  linea  aspera  

L2,  L3,  L4   Obturator  nerve  

Adductor  minimus   Inferior  Rami   Linea  Aspera  of  the  

femur   L2,  L3,  L4   Obturator  and  Tibial  nerve  

TFL  Anterior  superior  iliac  spine  &  external  lip  iliac  crest  

Iliotibial  tract   L4,  L4,  S1   Superior  gluteal  nerve  

Quadriceps  (Vastus  Lateralis,  

VL:  intertrochanteric  line,  greater  trochanter,  gluteal  tuberosity  &  linea  

VL:  base  &  lateral  border  of  the  patella  VM:  medial  border  

L2,  L3,  L4   Femoral  nerve  

Page 6: Lower Extremity Arthrology Guide

6

Vastus  Medialis,  Vastus  intermedius)  

aspera  VM:  intertrochanteric  line,  spiral  line,  linea  aspera  &  medial  supracondylar  line  VI:  anterior  aspect  of  the  proximal  2/3rds  of  the  femoral  shaft  

of  the  patella  VI:  lateral  border  of  the  patella  

Rectus  femoris  

Anterior  inferior  Iliac  Spine   Base  of  the  patella   L2,  L3,  L4   Femoral  nerve  

Sartorius   Anterior  Superior  Iliac  Spine  

Medial  aspect  of  the  proximal  tibia   L2-­‐L3  (L4)   Femoral  nerve  

Pectineus   Superior  pubic  ramus  

Femur  between  the  lesser  trochanter  &  linea  aspera  (pectineal  line)  

L2-­‐3-­‐4  Femoral  nerve  &  obturator  nerve  

Gracilis   Body  of  the  pubis  &  inferior  pubic  ramus  

Medial  surface  of  tibia,  distal  to  condyle,  proximal  to  insertion  of  semitendinosus,  lateral  to  insertion  of  sartorius  

L2-­‐3-­‐4   Obturator  nerve  

Iliopsoas  ·            Iliacus  ·            Psoas  major  

Iliacus:  iliac  fossa,  iliac  crest,  sacral  ala  &  SI  ligaments  Psoas  Major:  anterior  transverse  processes,  vertebral  bodies  &  discs    

Iliacus:  femur  just  distal  to  lesser  trochanter  Psoas:  lesser  trochanter  

Iliacus:  (L1)  L2-­‐3-­‐4  Psoas:  L1-­‐2-­‐3-­‐4  

Iliacus:  Lumbar  plexus  

 

Page 7: Lower Extremity Arthrology Guide

7

Femoroacetabular  Joint    

The  femoroacetabular  joint  is  the  articulation  of  the  acetabulum  and  the  head  of  the  femur.  The  main  purpose  of  the  joint  is  to  bear  the  weight  of  the  trunk  and  upper  extremity  in  static  positions  as  well  as  with  dynamic  movements.  The  joint  must  be  stable  enough  to  bear  the  weight  of  the  body  as  well  as  mobile  enough  to  allow  dynamic  movement  to  occur.  Stability  is  achieved  through  the  many  ligaments  and  muscles  surrounding  the  joint.  Mobility  is  achieved  through  the  nature  of  the  joint  being  a  ball  and  socket  joint.      Neurovascular  Supply  (Figure  3)  

The  hip  joint  receives  its  arterial  supply  from  the  medial  circumflex  artery   and  the  lateral  circumflex  artery.  These  two  arteries  arise  from  the  profunda  femoris  artery  and  supply  the  head  and  neck  of  the  femur.  Specifically,  branches  off  the  medial  circumflex  artery  called  retinacular  arteries  are  the  most  abundant  and  its   main  supplier.  An  artery  call  the  ‘artery  to  the   head  of  the  femur’  is  located  inside  the  ligamentum  teres.  It  is  a  branch  from  the  obturator  artery  and  supplies  the  head  of   the  femur  as  well  but  very  minimally.  

Moore  mentions  that  a  nerve  innervating  any  muscles  that  crosses  a  joint  also  innervates  the  joint  itself.  This  is  known  as  Hilton’s  Law.  Taking  this  into  account,  the  hip  flexors  are  innervated  by  the  femoral  nerve,  lateral  rotators  by  the  obturator  nerve  and  the  nerve  to  quadratus  femoris,  and  abductors  by  superior  gluteal  nerve.  These  nerves  all  originate  from  the  ventral  rami  of  the  lumbosacral  plexus.      Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o epidermis  o dermis  o hypodermis  

• Neurovascular  o Nervous  Tissue  

! Femoral  nerve  ! Obturator  nerve  ! Sciatic  nerve  ! Superior  gluteal  nerve  ! Inferior  gluteal  nerve  

o Vascular  Tissue  ! Femoral  artery  ! Medial  femoral  circumflex  artery  

Figure  3.  Blood  supply  to  the  proximal  femur  

Page 8: Lower Extremity Arthrology Guide

8

! Superior  and  inferior  gluteal  (minor  contributions)  ! Lateral  femoral  circumflex  artery  ! Artery  of  ligamentum  teres  

• Muscle  o Hip  extensor  muscles  o Hip  adductor  muscles  o Hip  flexor  muscles  

• Ligaments  o Iliofemoral  ligament  o Ischiofemoral  ligament  o Pubofemoral  ligament  

• Joint  Capsule/Tissue  o Fibrous  capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  

• Articular  cartilage    • Labrum  • Bone  

o Head  of  the  femur  o Acetabulum  

 Biomechanics  of  the  Femoroacetabular  Joint    

The  hip  joint  is  a  classic  ball  and  socket  joint.  A  ball  and  socket  joint  is  known  to  allow  the  greatest  amount  of  movement.  Even  so,  the  number  one  priority  of  the  hip  joint  is  stability  followed  by  movement.  The  hip  receives  its  stability  from  the  large  amount  of  muscles  and  ligaments  that  surround  it.  Mobility  comes  from  the  three  degrees  of  freedom  of  the  joint.  Before  discussing  the  movements  in  each  plane,  one  must  look  at  the  kinematics  of  the  hip.  When  the  femur  is  moving  in  a  stable  pelvis,  it  is  described  as  femur-­‐on-­‐pelvis.  When  the  pelvis  is  moving  on  a  stable  femur,  it  is  known  as  pelvis-­‐on-­‐femur.  Different  motions  and  movements  occur  depending  on  which  scenario  one  considers.  Below  is  a  description  of  movements  in  each  plane:  

Pelvis-­‐on-­‐Femur:  Sagittal  plane:  Posterior  and  anterior  tilt  Transverse  Plane:  Internal  and  external  rotation  of  the  hip  Frontal  Plane:  Abduction  and  adduction  of  the  hip  

Femur-­‐on-­‐Pelvis  Sagittal  Plane:  Flexion  and  extension    Transverse  Plane:  Internal/external  rotation  of  femur  Frontal  Plane:  Abduction  and  adduction  of  hip  

 Joint  Configuration  of  the  Femoroacetabular  Joint  

As  mentioned  above,  the  hip  joint  is  a  ball  and  socket  joint.  A  ball  and  socket  joint  is  a  synovial  joint  that  allows  the  most  amount  of  freedom  as  it  has  movements  in  all  three  planes.  It  consists  of  a  convex  surface  moving  on  a  concave  surface  or  vice  versa.  The  table  below  summarizes  the  osteokinematics,  arthrokinematics,  and  planes  the  hip  joint  functions  in.  The  movements  are  described  in  open-­‐chain  position.  

Page 9: Lower Extremity Arthrology Guide

9

Table  2.  Movements  of  the  Femoroacetabular  Joint  Plane   Osteokinematics   Arthrokinematics  

Sagittal   Flexion  (120°)   Roll  anteriorly,  glide  posteriorly  

Sagittal   Extension  (20°)   Rolls  posteriorly  and  glides  anteriorly  

Transverse   Internal  Rotation  (45°)   Rolls  medially  and  glides  laterally  

Transverse   External  Rotation  (45°)   Rolls  laterally  and  glides  medially  

Frontal   Abduction  (45°)   Rolls  laterally  and  glides  medially  

Frontal   Adduction  (30°)   Rolls  medially  and  glides  laterally  

The  degrees  of  motion  are  according  to  the  AAOS  guideline      

The  roll  allows  for  the  joint  to  move  into  the  proper  position  while  the  glide  prevents  the  head  of  the  femur  from  falling  out  of  the  acetabulum.  The  table  below  lists  the  primary  and  secondary  movers  of  specific  motions.    Table  3.  Joint  Motions  of  the  Femoroacetabular  Joint    

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Flexion  iliopsoas,  sartorius,  TFL,  Rectus  femoris,  Adductor  Longus,  pectineus  

Adductor  Brevis,  Gracilis,  Gluteus  Minimus  (anterior  fibers)  

Extension  

Gluteus  Maximus,  Biceps  Femoris  (long  head),  Semitendinosus,  Semimembranosus,  Adductor  Magnus  (posterior  head)  

Gluteus  Medius  (posterior  fibers),  Adductor  Magnus  (anterior  head)  

Abduction   Gluteus  Medius,  Gluteus  Minimus,  TFL   Piriformis,  Sartorius  

Adduction  Pectineus,  Adductor  Longus,  Gracilis,  Adductor  Brevis,  Adductor  Magnus  

Biceps  Femoris  (long  head),  Gluteus  Maximus  (lower  fibers),  Quadratus  Femoris  

Page 10: Lower Extremity Arthrology Guide

10

Internal  Rotation   N/A  

Gluteus  Minimus  (anterior  fibers),  Gluteus  Medius  (anterior  fibers),  TFL,  Adductor  Longus,  Adductor  Brevis,  Pectineus  

External  Rotation  

Gluteus  Maximus,  Piriformis,  Obturator  Internus,  Gemellus  Superior,  Gemellus  Inferior,  Quadratus  Femoris  

Gluteus  Medius  (posterior  fibers),  Gluteus  Minimus  (posterior  fibers),  Obturator  Externus,  Sartorius,  Biceps  Femoris  (long  head)  

 Kinetics  of  the  Hip  

The  forces  going  through  the  hip  joint  vary  depending  on  the  activity.  In  bilateral  stance,  the  hips  are  in  an  extended  and  relatively  relaxed  position.  There  are  no  muscles  that  are  actively  working  to  keep  the  hips  extended.  This  is  due  to  the  fact  that  the  line  of  gravity  is  posterior  to  the  hip  joint,  thereby  putting  an  extension  moment  on  the  joint.  The  ligaments  located  anterior  to  the  joint  (iliofemoral,  ischiofemoral,  and  pubofemoral)  tighten  up  and  prevent  it  from  going  into  hyperextension.  In  reference  to  the  forces  at  the  hip,  there  is  an  equal  distribution  at  both  joints.  The  line  of  gravity  is  directed  downward  going  through  the  center  of  the  pelvis  (Figure  4).  Since  this  is  an  equal  distance  away  from  both  hip  joints,  the  moment  arms  are  identical,  thereby  distributing  equal  compression  forces  across  both  joints.    

  During  unilateral  stance,  the  forces  at  the  hip  joint  change.  As  one  leg  is  lifted  off  the  ground,  the  line  of  gravity  does  not  go  through  the  center  of  the  pelvis  anymore,  but  is  shifted  towards  the  stance  limb.  Because  of  this  shift,  the  pelvis  goes  into  an  adduction  moment  in  relation  to  the  stance  limb.  In  order  to  keep  the  pelvis  in  a  neutral  position,  the  hip  abductors  of  the  stance  limb  must  generate  enough  force  to  counterbalance  the  adduction  torque  moment.  This  puts  all  of  the  compression  force  on  the  joint,  which  amounts  to  approximately  3-­‐4  times  the  body  weight.  If  the  hip  abductors  are  incapable  of  producing  enough  force  to  counterbalance  the  adduction  moment  of  the  hip,  a  trendelenburg  gait  may  occur.  One  way  to  compensate  for  this  is  a  lateral  trunk  lean  towards  the  stance  limb.  The  moment  arm  

of  the  abductors  remains  the  same,  but  the  moment  arm  of  the  line  of  gravity  is  decreased.  This  decreases  the  gravitational  pull  of  the  pelvis  into  an  adduction  moment,  thereby  decreasing  the  amount  of  counterforce  needed  from  the  hip  abductors.            

Figure  4.  Weight  vector  through  the  pelvis  

Page 11: Lower Extremity Arthrology Guide

11

  The  biomechanics  of  the  hip  will  also  change  depending  on  the  amount  of  coxa  vara  or  coxa  valga  present.  In  a  normal  hip  joint,  the  angle  of  inclination  of  the  femoral  neck  is  approximately  125°.  With  coxa  vara,  the  angle  of  inclination  is  less  than  125°,  and  in  coxa  valga,  the  angle  is  greater  than  125°.  In  coxa  vara,  the  moment  arm  for  the  abductors  increases.  The  abductors  have  a  longer  lever  arm  to  work  with  and  can  create  more  torque.  However,  the  abductors  are  not  at  their  optimal  length  for  force  production  in  this  position,  

and  there  is  increased  torque  on  the  femoral  neck.  This  can  result  in  a  fracture.  In  coxa  valga,  the  moment  arm  of  the  abductors  decreases,  which  allows  the  muscles  to  be  at  a  more  optimal  length  for  force  production.  This  also  decreases  the  torque  on  the  femoral  

neck.  Since  the  moment  arm  is  decreased  in  this  position,  the  abductors  must  work  harder  to  produce  the  same  amount  of  force  needed  to  keep  the  pelvis  in  a  neutral  position  (Figure  5).      Muscular  Effects  on  Kinetics  

Muscles  play  a  large  role  in  the  biomechanics  of  the  hip.  How  they  influence  the  hip  depends  on  where  they  are  located  in  relation  to  the  joint  and  their  line  of  pull.  For  this  reason,  a  muscle  may  be  an  internal  rotator  in  one  position  but  an  external  rotator  in  a  different  position.      

 Hip  Flexors  

The  hip  flexors  are  located  anterior  to  the  joint.  Flexion  can  occur  in  a  pelvic-­‐on-­‐femur  situation  or  a  femur-­‐on-­‐pelvic  situation.  The  movement  in  pelvis-­‐on-­‐femur  is  an  anterior  tilt.  A  force-­‐couple  relationship  between  the  back  extensors  and  the  hip  flexors  create  the  pelvic  tilt.  The  hip  flexors  rotate  around  the  medial/lateral  axis  of  the  hip  while  the  back  extensors  extend  resulting  in  lumbar  lordosis.  In  a  femur-­‐on-­‐pelvis  situation,  the  muscles  contract  and  the  femur  is  brought  up  towards  the  trunk  while  the  abdominal  muscles  contract  to  stabilize  the  pelvis  and  counter  the  anterior  tilt.  The  primary  and  secondary  movers  of  hip  flexion  can  be  found  in  Table  3.  Iliopsoas  is  the  major  hip  flexor  and  is  a  combination  of  two  muscles.  It’s  position  along  with  its  cross  sectional  area  makes  it  a  strong  hip  flexor.  Iliopsoas  is  located  to  have  optimal  pull  to  flex  the  hip  both  in  an  anatomical  start  position  as  well  as  when  the  hip  is  flexed  to  90°.  When  the  hip  is  flexed  at  90°  (as  in  a  sitting  position),  all  other  primary  hip  flexors  are  insufficient  to  flex  the  hip  further.  Because  iliopsoas  has  many  points  of  origin,  and  it  has  a  large  cross  sectional  area,  it  is  able  to  flex  the  hip  past  90°  from  a  sitting  position.    

Hip  Extension  The  primary  hip  extensors  are  gluteus  maximus  and  the  hamstrings.  Gluteus  

maximus  has  the  most  hip  extension  power,  due  to  its  large  cross  sectional  area,  along  with  its  large  moment  arm.  The  optimal  position  for  it  to  be  able  to  produce  the  most  extension  force  is  starting  in  the  neutral  position,  and  peaks  at  70°.  Although  it  is  a  strong  hip  extensor,  it  is  activate  predominately  when  it  is  up  against  resistance  that  is  greater  than  the  weight  of  the  limb.  Unlike  gluteus  maximus,  the  hamstrings  have  a  smaller  moment  arm,  and  a  cross  sectional  area  that  is  significantly  smaller.  It  is  a  two-­‐joint  muscle  that  consists  of  three  muscle  bellies.  The  hamstrings  group  differs  from  gluteus  maximus  in  that  

Figure  5.  Decreased  moment  arm  due  to  coxa  valga  

Page 12: Lower Extremity Arthrology Guide

12

its  moment  arm  for  extension  increases  with  hip  flexion  up  until  35°,  and  then  decreases  thereafter.  Once  the  hip  flexes  past  90°,  the  hamstrings  contribute  very  little  to  hip  extension.      

Hip  Adductors  The  hip  adductors  function  in  three  different  planes,  but  they  do  not  adduct  within  

all  planes.  As  mentioned  earlier,  the  muscle’s  line  of  pull  along  with  joint  position  will  determine  the  motion  at  the  joint.  The  hip  adductors  move  in  the  frontal  plane,  the  sagittal  plane,  and  the  transverse  plane.  In  the  frontal  plane,  the  adductors  adduct  the  femur.    

In  the  sagittal  plane,  the  adductors  act  as  hip  flexors  and  extensors.  Which  movement  it  will  elicit  is  dependent  on  where  the  muscle’s  line  of  pull  is,  relative  to  the  joint  axis.  For  example,  when  the  hip  is  extended,  the  line  of  pull  falls  anterior  to  the  joint  axis,  which  gives  the  muscle  a  flexion  moment.  When  the  hip  is  flexed  to  approximately  100°,  the  line  of  pull  falls  posterior  to  the  joint  axis,  and  this  gives  the  muscle  an  extension  moment.  For  this  reason,  the  hip  adductors  are  considered  to  be  one  of  the  primary  and  secondary  movers  for  hip  flexion,  and  a  secondary  mover  for  hip  extension.      

Hip  Abductors  Hip  abductors  are  very  important,  as  they  are  the  primary  muscles  that  produce  the  

counterforce  necessary  to  keep  the  pelvis  in  a  neutral  position  during  single  limb  stance.  See  Table  3  for  a  list  of  primary  and  secondary  hip  abductors.  The  primary  hip  abductors  are  gluteus  medius  and  gluteus  minimis.  Along  with  abducting  the  femur,  they  work  to  stabilize  the  pelvis  a  mentioned  above  in  the  kinetics  section.      

Hip  External  Rotators  The  primary  external  rotators  are  mostly  all  short  muscles  and  are  listed  in  the  table  

above  in  Table  3.  These  muscles  are  predominately  used  in  a  closed-­‐chain  position  which  involves  cutting  and  pivoting.  Since  the  muscles  are  positioned  almost  perpendicular  to  the  shaft  of  the  femur,  their  optimal  position  to  perform  external  rotation  is  in  the  neutral  position.  When  the  hip  is  flexed,  obturator  internus  and  the  gluteus  muscles  external  moment  arm  decreases.  However,  due  to  the  origin  and  insertion  sites  of  piriformis,  hip  flexion  pass  90°  turns  piriformis  into  an  internal  rotator.    

Hip  Internal  Rotators  The  hip  joint  does  not  have  any  primary  internal  rotators.  The  secondary  rotators  

are  listed  in  Table  3,  which  is  mainly  comprised  of  the  adductors.  These  muscles  have  three  times  the  medial  rotation  torque  when  the  hip  is  flexed  compared  to  extended.    Joint  Configuration  of  the  Femoroacetabular  Joint  

The  femoroacetabular  joint  is  synovial  ball  and  socket  joint  that  consists  of  the  union  of  the  head  of  the  femur  and  the  acetabulum.  Synovial  joints  have  specific  characteristics.  The  joint  usually  includes  a  surrounding  joint  capsule,  a  joint  cavity  with  synovial  fluid,  and  articular  cartilage  covering  the  bone.  The  femoroacetabular  joint  has  a  thick  joint  capsule  that  includes  the  merging  of  the  iliofemoral  ligament,  ischiofemoral  ligament,  and  the  pubofemoral  ligament.  The  joint  also  contains  synovial  membranes  that  secrete  synovial  fluid  into  the  joint  cavity  and  act  as  lubrication.  Finally,  both  the  acetabulum  and  the  head  of  the  femur  are  covered  with  articular  cartilage.    

Page 13: Lower Extremity Arthrology Guide

13

The  lunate  surface  of  acetabulum  is  covered  in  hyaline  cartilage  that  creates  a  horseshoe  surface.  This  is  the  area  that  has  direct  contact  with  the  head  of  the  femur.  The  transverse  acetabular  ligament  attaches  to  both  ends  to  complete  the  circle.  Lastly,  in  order  to  deepen  the  acetabulum  and  to  create  more  surface  area,  the  acetabular  labrum  spans  the  entire  rim  of  the  socket.  It  also  helps  to  enhance  joint  stability  by  creating  a  sealing  effect,  maintaining  negative  intra-­‐capsular  pressure.       The  configuration  of  the  femur  also  impacts  the  joint  and  the  type  of  forces  that  act  upon  it.  The  angle  of  inclination  is  the  angle  between  the  head  of  the  femur  and  the  neck  of  

the  femur  in  the  frontal  plane.  Normally,  this  angle  is  approximately  125°.  When  the  angle  is  smaller  than  125°,  this  is  known  as  coxa  vara  while  an  angle  larger  than  125°is  known  as  coxa  valga  (Figure  6).  This  angle  difference  changes  the  amount  of  force  as  well  as  where  the  force  acts  upon  the  hip  (see  biomechanics  section).    

Another  angle  formed  by  the  head  and  neck  of  the  femur  is  the  angle  of  torsion.  The  normal  degree  for  an  

adult  is  approximately  10°-­‐15°.  When  the  angle  is  smaller,  it  is  called  femoral  retroversion,  and  when  the  angle  is  larger  it  is  called  anteversion.  (Figure  7).  Changes  in  this  angle  also  have  implications  on  biomechanics.  For  example,  femoral  anteversion  may  have  a  negative  effect  on  hip  biomechanics  by  decreasing  the  joint  stability.  The  head  of  the  femur  is  more  exposed  anteriorly  and  this  puts  the  abductors  in  a  less  than  optimal  position  for  force  production.       As  mentioned  previously,  the  femoroacetabular  joint  is  known  for  its  ability  to  provide  stability  while  being  able  to  perform  a  wide  range  of  motions.  The  arthrokinematics  and  osteokinematics  of  the  hip  joint  allow  for  this  wide  variety  of  movement.  This  is  described  in  the  biomechanics  section.      Ligaments  of  the  Femoroacetabular  Joint  

The  ligaments  of  the  hip  joint  are  the  strongest  in  the  body.  This  is  due  to  the  fact  that  the  hip  must  be  able  to  support  the  weight  of  the  body  and  not  dislocate.  One  of  the  strongest  ligaments  of  the  hip  is  the  iliofemoral  ligament,  also  known  as  the  Y  ligament.  The  Y  ligament,  along  with  the  other  ligaments,  spans  the  entire  joint.  The  thickest  areas  of  the  Y  ligament  are  located  anterior  to  the  hip  to  prevent  hyperextension  of  the  joint.    

   

Figure  7.  Femoral  anteversion  and  retroversion  

Figure  6.  Femoral  angle  of  inclination  

Page 14: Lower Extremity Arthrology Guide

14

Table  4.  Ligaments  of  the  Femoroacetabular  Joint  

 Along  with  the  ligaments  of  the  hip  joint,  there  are  other  structures  that  constrain  

the  joint.  The  acetabular  labrum  increases  the  surface  area  that  the  head  of  the  femur  has  direct  contact  with.  This  increase  in  surface  area  helps  decrease  a  possibility  of  dislocation.  The  joint  capsule  is  also  another  structure  that  constrains  the  joint  and  lies  under  the  ligaments.  The  three  main  ligaments  of  the  hip  joint  merge  together  to  help  contribute  to  the  joint  capsule.  The  joint  capsule  covers  the  head  and  neck  of  the  femur.  It  is  thickest  in  the  superior  anterior  portion  of  the  hip  and  thinnest  on  the  posterior  hip.  It  helps  constrain  the  joint  in  all  directions  but  is  most  effective  with  anterior  hip  dislocation.  Many  layers  of  large  muscles  also  surround  the  hip.  The  muscle  not  moves  the  hip  joint  but  serves  as  an  extra  barrier  to  contain  the  hip  within  the  joint.  The  most  muscle  bulk  around  the  hip  includes  the  gluteus  muscles  located  on  the  posterior  aspect  of  the  joint.  They  help  prevent  a  posterior  dislocation.    Common  Pathology  of  the  Femoroacetabular  Joint    Femoroacetabular  Impingement  (FAI)  

Femoroacetabular  Impingement  is  a  problem  with  the  acetabulum  and  the  femoral  head  not  fitting  properly.  It  may  lead  to  reduced  range  of  motion  and  hip  and  groin  pain.  There  are  two  types  of  FAI:  Cam  impingement  and  Pincer  Impingement.  Cam  impingement  

Ligament   Attachments   Function  

Iliofemoral  Ligament   Anterior  inferior  iliac  spine  to  intertrochanteric  line  of  the  femur   Prevents  hyperextension  of  hip    

Ischiofemoral  Ligament  

ischium  posterior  to  the  acetabulum  to  greater  trochanter  &  iliofemoral  ligament  

Helps  limit  extension  of  the  femur  

Pubofemoral  Ligament  

Iliopubic  eminence  and  superior  pubic  ramus  and  merges  in  with  the  joint  capsule/fibers  of  iliofemoral  ligament  

Limits  extension  and  abduction  of  the  hip.  Primary  role  is  to  prevent  over  abduction  of  the  hip.    

Ligamentum  Teres  Fovea  of  the  femoral  head  to  acetabular  notch  and  transverse  acetabular  ligament  

When  hip  flexed  10º,  tightens  with  lateral  rotation.  Conduit  for  blood  supply  to  head  of  femur.    

Transverse  ligament  

Lateral  inferior  boundary  of  the  acetabular  labrum  to  medial  inferior  boundary  of  the  acetabular  labrum  

Completes  acetabular  labrum  rim  and  prevents  inferior  displacement  of  the  head  of  the  femur  

Page 15: Lower Extremity Arthrology Guide

15

involves  the  abnormal  shape  of  the  femoral  head,  sometimes  called  a  “pistol-­‐grip”  deformity.  The  cause  is  unknown,  although  some  propose  that  it  has  to  do  with  a  recalcification  of  the  proximal  femoral  epiphysis.  Others  suggest  that  it  is  from  abnormal  stresses  on  the  femur.  This  extra  protuberance  on  the  head  of  the  femur  does  not  allow  for  good  clearance  of  the  acetabulum  when  flexion  or  abduction  occurs  at  the  joint.  If  this  is  repeated  over  long  periods  of  time,  wearing  of  the  articular  cartilage  and  labrum  may  occur.  Labral  tears  and  injury  usually  accompany  FAI  for  this  reason.  The  labrum  is  innervated,  so  as  a  result,  the  person  may  experience  pain  in  the  hip  and  groin  area.  

Pincer  impingement  occurs  when  the  acetabulum  is  too  large  for  the  femoral  head.  This  can  be  due  to  having  a  deeper  acetabular  fossa,  or  the  acetabulum  being  in  a  retroverted  position.  When  the  hip  is  flexed  or  abducted,  the  femoral  head  may  compress  surrounding  soft  tissue  or  the  superior  labrum,  causing  pain  in  the  hip  and  groin  area.  If  the  impingement  persists  for  longer  periods  of  time,  the  labrum  may  undergo  ossification  making  the  overhang  worse.      Osteoarthritis  (OA)  

Osteoarthritis  is  the  most  common  condition  of  the  hip.  It  occurs  when  the  articular  surfaces  of  the  joint  are  worn  down  and  there  is  a  rubbing  of  bone  on  bone  during  movements.  There  are  many  ways  OA  can  develop.  A  history  of  labral  tears  or  CAM  impingement  will  increase  the  likelihood  of  developing  OA.  Jaypee  mentions  that  two  predictive  factors  of  developing  OA  include  having  previous  musculoskeletal  injuries  and  a  work  history  that  is  physically  demanding  such  as  manual  labor.  It  is  also  mentioned  that  the  two  factors  related  to  idiopathic  hip  OA  is  aging  and  weight  gain.  OA  is  a  degeneration  of  the  cartilage  within  the  joint  and  it  is  commonly  thought  that  repetitive  weight  bearing  may  contribute  to  its  progression.  Jaypee  mentions  that  it  is  not  the  repetitive  weight  bearing  but  rather  the  lack  of  joint  forces  on  the  joint  that  may  play  a  role  in  developing  OA.  This  is  due  to  the  fact  that  compression  on  the  articular  cartilage  actually  nourishes  the  joint.  Symptoms  of  hip  OA  include  hip  stiffness,  anterior  groin  pain,  and  decreased  range  of  motion  in  extension  and  internal  rotation.    Fractures  of  the  Pelvis  

Hip  fractures  in  older  adults  are  very  common  and  occur  at  a  rate  of  98/100,000  people  a  year.  Older  adults  are  at  a  higher  risk  for  fractures  due  to  their  increase  in  fall  risk.  Hip  fractures  can  occur  for  a  variety  of  reasons.  As  mentioned  earlier  in  the  biomechanics  section,  the  hip  takes  on  a  compression  force  of  2-­‐3  times  the  body  weight  when  standing  on  one  limb,  which  occurs  during  walking.  The  femur  must  be  healthy  enough  to  withstad  the  force  on  the  neck  of  the  femur.  Unfortunately,  as  a  person  ages,  there  is  a  decrease  in  trabecular  density  as  well  as  cortical  bone  mass.  This  may  result  in  a  proximal  fracture  to  the  femur.  Also,  due  to  the  decreased  integrity  of  the  bone,  a  fall  could  easily  cause  a  fracture.  Another  factor  that  may  cause  a  fracture  is  loss  of  arterial  supply  to  the  head  of  the  femur  (avascular  necrosis).  The  head  of  the  femur  is  mainly  supplied  by  the  medial  circumflex  artery.  If  there  is  any  trauma  to  the  area  that  disrupts  the  blood  supply,  bone  death  may  occur  making  it  more  susceptible  to  injury.    

Page 16: Lower Extremity Arthrology Guide

16

The  Pubic  Symphysis  Joint    The  pubic  symphysis  (Figure  8)  is  located  

in  the  anterior  midline  of  the  pelvis  and  consists  of  the  medial  articulating  surfaces  of  the  right  and  left  pubic  bones  united  by  a  fibrocartilaginous  interpubic  disc.  In  addition  to  the  sacroiliac  joint,  the  pubic  symphysis  serves  as  an  articulation  site  of  the  right  and  left  innominates.    

The  pubic  symphysis  is  sometimes  referred  to  as  the  symphysis  pubis.  This  joint  is  relatively  immobile  and  is  classified  as  a  secondary  cartilaginous  joint.      The  pubic  symphysis  functions  to  resist  tension,  shearing,  and  compression  of  the  pelvis  during  weight  bearing  activities,  such  as  walking  and  during  childbirth  in  women.    

Research  regarding  the  precise  innervation  of  the  pubic  symphysis  is  lacking.  However,  in  a  systematic  review,  Becker  et  al  (2010)  found  the  innervation  described  as  coming  from  the  pudendal  and  genitofemoral  nerves,  and  branches  of  the  iliohypograstric,  ilioinguinal  nerves.  Becker  also  found  the  joint  to  be  supplied  by  the  pubic  branch  of  the  obturator  artery  and  branches  of  the  inferior  epigastric  artery  and  external  pudendal  artery.  As  most  fibrocartilaginous  tissues  depend  on  diffusion  of  nutrients  from  adjacent  blood  vessels  (Neumann  2010),  the  center  of  the  fibrocartilaginous  disc  will  rely  on  diffusion  from  the  obturator,  inferior  epigastric,  or  external  pudendal  arteries.      Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o Epidermis  o Dermis  

• Subcutaneous  o Fascia  o Adipose  

• Muscles  o Rectus  Abdominis  o External  Oblique  o Internal  Oblique  o Transversus  Abdominis  o Adductor  longus  o Adductor  Magnus  o Adductor  Brevis  

• Neurovascular  o Nervous  Tissue  

! Iliohypogastric  nerve  ! Ilioinguinal  nerve  ! Pudendal  nerve  ! Genitofemoral  nerve  

Figure  8.  The  Pubic  Symphysis  

Page 17: Lower Extremity Arthrology Guide

17

o Vascular  Tissue  ! Pubic  branches  of  obturator  artery  ! Inferior  epigastric  artery  ! External  pudendal  artery    

• Ligaments  o Superior  Pubic  Ligament  o Arcuate  Pubic  Ligament  o Anterior  Pubic  Ligament  o Posterior  Pubic  Ligament  

• Joint  Capsule/Tissue  o Hyaline  articular  cartilage  o Fibrocartilaginous  disc  

• Bone  o Pubis  bones  of  the  Innominates    

 Table  5.  Joint  Motions  at  the  Pubic  Symphysis  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Superior/Inferior  Translation  

Rectus  abdominis,  internal  oblique,  external  oblique,  transversus  abdominis,  adductor  longus  

N/A  

Rotation  Rectus  abdominis,  internal  oblique,  external  oblique,  transversus  abdominis,  adductor  longus  

N/A  

Compression/Traction  Rectus  abdominis,  internal  oblique,  external  oblique,  transversus  abdominis,  adductor  longus    

N/A  

****The  muscles  listed  act  indirectly  on  the  relatively  rigid  pubic  symphysis.  However,  the  muscles  included  in  the  table  reinforce  the  joint  via  attachment  of  the  aponeuroses  from  muscles  of  the  anterior  abdominal  wall  and  muscles  of  the  lower  extremities  to  the  pubic  bones.      Biomechanics  of  the  Pubic  Symphysis  

The  pubic  symphysis  is  a  relatively  immobile  cartilaginous  joint  that  is  subjected  to  a  variety  of  forces.  For  example,  during  standing  activities,  the  inferior  portion  of  the  symphysis  is  subjected  to  traction  forces  while  the  superior  region  is  subjected  to  compression  forces.  The  pubic  symphysis  withstands  compression  forces  with  sitting  and  simultaneous  compression  and  shearing  forces  during  single-­‐leg  stance  (Becker,  2010).  The  pubic  symphysis  can  experience  translation  in  the  sagittal  and  transverse  plane.  However,  Neumann  describes  the  joint  as  only  having  up  to  2  mm  of  translation.  Becker  et  al  describe  rotation  of  up  to  3°  at  the  pubic  symphysis  in  the  frontal  and  sagittal  planes.  The  pubic  symphysis  primary  function  is  stabilization  and  functions  to  transfer  forces  from  the  trunk  to  the  lower  extremities.  There  are  no  muscles  that  act  as  primary  movers  for  the  

Page 18: Lower Extremity Arthrology Guide

18

stable  pubic  symphysis.  The  anterior  surface  of  the  adjacent  pubic  bones  serve  as  an  attachment  site  for  the  rectus  abdominus,  internal  abdominal  oblique,  transversus  abdominus,  and  the  adductor  longus,  but  these  muscles  do  not  directly  initiate  movement  at  the  pubic  symphysis  joint.  Accessory  motions  and  open/closed  pack  positions  are  not  experienced  at  this  joint  due  to  the  high  degree  of  stability  offered  by  the  pubic  ligaments.      Joint  Configuration  of  the  Pubic  Symphysis  

The  articular  surfaces  of  the  right  and  left  pubic  bones  are  lined  with  hyaline  cartilage  and  are  joined  by  the  fibrocartilaginous  interpubic  disc.  The  surfaces  are  slight  convex  in  shape,  likely  designed  to  resist  shearing  forces.  Due  to  the  relative  immobility  of  the  joint,  the  motion  that  occurs  pubic  symphysis  is  not  dependent  on  the  convexity  of  the  articulating  surfaces  but  on  the  tensile,  shear  and  compressive  forces  experienced  at  the  joint.  Arthokinematic  movements  of  superior  or  inferior  glide  of  the  pubis  bones  up  to  2  mm  occur  in  relation  to  the  forces  experienced  at  the  joint.      Table  6.  Ligaments  of  the  Pubic  Symphysis  (Figures  9  &  10)  

Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  

Superior  pubic  ligament  

Lateral  pubic  crest  and  pubic  tubercle  to  contralateral  lateral  pubic  crest  and  tubercle,  bridging  superior  margin  of  symphysis  

Reinforce  superior  aspect  of  joint   N/A  

Arcuate  (inferior)  pubic  ligament    

Inferior  rami  of  pubis  to  contralateral  inferior  rami  of  pubis  

Reinforce  inferior  aspect  of  joint   N/A  

Anterior  pubic  ligament  

Joins  with  interpubic  disc  and  aponeurotic  expansions  of  rectus  abdominus,  transversus  abdominus,  internal  abdominal  oblique,  and  adductor  longus    

Reinforce  anterior  aspect  of  joint  

Adductor  longs,  rectus  abdominis  aponeurosis,  internal  oblique  aponeurosis,  and  transversus  abdominis  aponeurosis    

Posterior  pubic  ligament    

Continuous  with  periosteum  of  posterior  aspect  of  pubic  bones    

Reinforce  posterior  aspect  of  joint   N/A  

Page 19: Lower Extremity Arthrology Guide

19

                                                               

Common  Pathology  of  the  Pubic  Symphysis  Osteitis  Pubis  

Osteitis  pubis  is  a  common  pathology  of  the  pubic  symphysis  that  results  from  overuse  or  shear  injuries  and  subsequent  inflammation  around  the  joint.  This  injury  is  common  among  the  athlete  population.  Osteitis  pubis  often  needs  to  be  distinguished  between  an  inguinal  hernia  and  an  adductor  strain  as  these  injuries  present  similarly  and  tend  to  occur  in  similar  populations.  For  differential  diagnosis  purposes,  tenderness  directly  over  the  pubic  symphysis  may  be  the  best  indicator  of  osteitis  pubis.      Symphysis  Pubis  Dysfunction  

Symphysis  pubis  dysfunction  occurs  in  women  during  pregnancy.  Becker  describes  how  the  hormones  associated  with  pregnancy  can  increase  the  laxity  at  the  pubic  symphysis.  Resulting  pubic  instability  can  cause  pain  and  difficulty  with  weight-­‐bearing  activities  and  bed  mobility  for  pregnant  women.  The  joint  may  also  be  disrupted  and  widened  during  childbirth  leading  to  impaired  pelvic  stability  in  the  postpartum  period.    

Figure  10:  Superior  view  pubic  ligaments

Figure  9:  Anterior  view  of  pubic  symphysis  ligaments  

Page 20: Lower Extremity Arthrology Guide

20

The  Sacroiliac  Joint  The  sacroiliac  (SI)  joints  (Figure  11)  mark  the  transition  from  the  caudal  axial  

skeleton  to  the  lower  appendicular  skeleton.  The  SI  joint  is  located  anterior  to  the  posterior  superior  iliac  spine  of  the  ilium.         The  relatively  rigid  joint  is  formed  by  the  articulation  between  the  auricular    (ear-­‐shaped)  surface  on  the  lateral  aspect  of  the  sacrum  that  corresponds  with  sacral  levels  S1,  S2,  S3  (Vleeming  2012)  and  the  auricular  surface  of  the  medial  aspect  of  the  ilium.  Both  articulating  surfaces  are  covered  with  hyaline  cartilage.  The  articular  surface  of  the  SI  joint  has  been  described  as  having  a  boomerang  shape  with  the  open  angle  facing  posteriorly  (Figure  12).              

During  early  childhood,  the  SI  demonstrates  the  classical  characteristics  of  a  diarthrodial  synovial  joint  with  smooth  surfaces  and  considerable  mobility.  However,  over  time,  between  puberty  and  adulthood  the  joint  transforms  from  a  diarthrodial  joint  to  a  modified  synarthrodial  joint,  as  explained  by  Neumann.    The  articular  surfaces  become  rough  and  irregular,  embedding  the  subchondral  bone  within  the  articular  cartilage  of  the  joint  order  to  resist  excessive  movements  between  the  sacrum  and  ilium.  Several  ligaments,  some  of  which  are  the  strongest  in  the  body,  reinforce  the  rigidity  of  the  joint.  

The  SI  joint  is  primarily  designed  for  stability.  The  joints  transfer  loads  between  the  vertebral  column  and  the  lower  extremities.  The  SI  joints  relieve  the  stress  experienced  by  the  pelvic  ring  secondary  to  trunk  and  lower  extremity  movement  and  ground  reaction  forces.       Specific  innervation  of  the  sacroiliac  joint  has  not  been  verified  in  the  literature.  However,  Vleeming  (2012)  reports  dorsal  rami  L5-­‐S3  to  be  consistently  included  in  various  studies  of  SI  joint  innervation.    Nociceptive  axons  (C-­‐fibers  and  A-­‐delta  fibers)  have  been  found  in  the  joint,  responsible  for  pain  perception  from  the  SI  joint  (Vleeming  2012).  The  posterior  division  of  the  internal  iliac  artery,  namely  iliolumbar,  lateral  sacral,  and  superior  gluteal  arteries,  provide  blood  supply  to  the  sacroiliac  joint.      Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o Epidermis  o Dermis  

Figure  11.  Anterior  view  of  SI  joint

Figure  12.  Boomerang  shape  of  auricular  surfaces  of  ilium  and  sacrum  

Page 21: Lower Extremity Arthrology Guide

21

• Subcutaneous  o Adipose  o Thoracolumbar  fascia  

! Anterior  layer  ! Middle  layer  ! Posterior  layer  

• Muscles  o Latissimus  Dorsi  o Gluteus  Maximus  o External  Oblique  o Internal  Oblique  o Erector  Spinae  muscles  o Transversus  Abdominis    o Lumbar  Multifidus  o Quadratus  lumborum  o Gluteus  Medius  o Piriformis  o Iliacus  (covering  anterior  SI  joint)  

• Ligaments  o Anterior/Ventral  sacroiliac  ligament    o Posterior  Sacroiliac  ligament  o Interspinous  ligament  o Sacrotuberous  ligament  o Sacrospinous  ligament  o Iliolumbar  ligament  

• Joint  Capsule  o Fibrous  capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Hyaline  cartilage  

• Bone  o Tuberosity  and  auricular  surface  of  ilium  o Tuberosity  and  auricular  surface  of  the  sacrum  

 Table  7.  Joint  Motions  at  the  Sacroiliac  Joint  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Nutation  

(Gravity  creates  nutation  torque),  Latissimus  dorsi,  biceps  femoris,  rectus  abdominus,  internal  and  external  oblique,  transversus  abdominus  

N/A  

Counternutation   Iliopsoas,  rectus  femoris,  erector  spinae   N/A  

Stability   Erector  spinae,  quadratus  lumborum,  lumbar  multifidus,  rectus  

Muscle  activation  causes  tension  in  ligaments,  

Page 22: Lower Extremity Arthrology Guide

22

abdominus,  internal  oblique,  external  oblique,  transversus  abdominus,  biceps  femoris,  gluteus  maximus,  latissimus  dorsi,  iliacus,  piriformis  

compressing  surfaces  of  SI  joint  

**The  muscles  listed  act  indirectly  on  the  relatively  rigid  SI  joint.  However,  the  muscles  included  in  the  table  reinforce  and  stabilize  the  SI  joint  during  dynamic  activities  such  as  lifting,  running,  and  carrying  via  attachments  to  the  thoracolumbar  fascia  and  sacrospinous  and  sacrotuberous  ligaments.      Biomechanics  of  the  Sacroiliac  Joint  

The  sacroiliac  joint  has  relatively  limited  mobility,  and  unlike  most  joints  in  the  body,  there  are  no  muscles  acting  directly  across  the  SI  joint.    The  rotational  and  translational  movements  that  occur  at  the  SI  joint  are  complex.  The  motions  do  not  occur  about  a  fixed  axis,  but  rather  include  a  combination  of  parallel  and  angular  movements  (Gordon  1991).  The  motion  at  the  SI  joint  has  best  been  described  as  nutation  and  counternutation,  which  occur  in  a  near-­‐sagittal  plane  about  a  near  medial-­‐lateral  axis  of  rotation  that  traverses  the  interosseous  ligament.  Nutation  (sometimes  called  sacral  flexion)  refers  to  an  anterior,  inferior  motion  of  the  sacral  promontory  and  a  posterior,  superior  movement  of  the  sacral  apex.  Counternutation  (sacral  extension)  is  defined  as  a  posterior,  superior  movement  of  the  sacral  promontory  and  anterior,  superior  move  of  the  sacral  apex.    Nutation  and  counternutation  can  be  described  as  either  sacral-­‐on-­‐iliac  rotation,  by  iliac-­‐on-­‐sacral  rotation,  or  by  both  motions  simultaneously  (Figure  13).  For  example,  nutation  can  be  described  as  anterior  sacral-­‐on-­‐iliac  rotation  or  posterior  iliac-­‐on-­‐sacral  rotation  or  anterior  sacral  rotation  with  posterior  iliac  rotation.  

 Gordon  and  Alderink  describe  the  role  of  SI  

joint  motion  in  lumbopelvic  rhythm  during  functional  activities.  During  trunk  flexion,  the  lumbar  spine  moves  into  flexion,  the  pelvis  anteriorly  rotates,  and  the  sacrum  follows  with  nutation  or  sacral  flexion.  Upon  returning  to  stand,  the  sacrum  counternutates  (extends)  as  it  follows  the  lumbar  spine  and  pelvis.    

The  magnitude  movement  at  the  SI  joint  is  significantly  limited.  Translation  at  the  SI  joint  is  limited  to  1-­‐4  mm  and  Foley  (2006)  found  the  joint  motion  in  the  transverse  or  longitudinal  planes  does  not  exceed  2-­‐3  degrees.    Strong  

ligaments  surround  the  joint  to  limit  excessive  motion  and  reinforce  the  joint’s  stability.  Slight  motion  with  reinforced  stability  at  the  SI  joints  is  vital  for  attenuating  forces  between  the  axial  skeleton  and  the  lower  extremities.  

 

Figure  13.  Nutation  and  Counternutation  of  the  SI  joint  

Page 23: Lower Extremity Arthrology Guide

23

Joint  Configuration  of  the  Sacroiliac  Joint  The  articulation  between  the  sacrum  and  the  ilium  contains  elevations  and  

depressions  of  the  articulating  surfaces,  creating  an  interlocking  mechanism  between  the  two  bones.  Foley  (2006)  describes  the  ilium  to  have  a  relative  convex  surface  and  the  sacrum  to  have  a  more  concave  shape  at  the  SI  articulation  site.    Because  the  plane  of  articular  surfaces  is  mostly  vertical  in  orientation,  nutation  at  the  SI  joint  increases  compression  and  consequential  stability  between  the  joint  surfaces.  Therefore,  full  nutation  is  considered  to  be  the  close-­‐packed  position  of  the  SI  joint.  Gravity,  ligaments,  and  activation  of  surrounding  muscles  create  nutation  torque.  Load  transfer  through  the  pelvic  girdle  is  more  effective  when  the  sacrum  is  in  a  nutated  position.      Table  8.  Ligaments  of  the  Sacroiliac  Joint  (Figure  14)  

Ligament   Attachments   Function  

Anterior/Ventral  Sacroiliac  Ligament  

Anterior  and  inferior  borders  of  the  iliac  auricular  surface  to  anterolateral  sacrum  

Resists  anterior  movement  and  nutation  of  the  sacral  promontory  

Posterior/Dorsal  Sacroiliac  Ligament  

Posterolateral  border  of  3rd  and  4th  segment  of  sacrum  to  lateral  ilium  near  iliac  tuberosity  and  posterior-­‐superior  iliac  spine;  thoracolumbar  fascia,  erector  spinae  aponeurosis,  blends  with  sacrotuberous  ligament  to  attach  to  ischial  tuberosity  

Resists  counter-­‐nutation  of  sacrum  

Interosseous  Ligaments  

Fills  space  that  is  posterior  and  superior  to  joint  between  lateral  sacral  crest  and  iliac  tuberosity  

Considered  most  important  ligaments  directly  associated  with  SI  joint;  Resists  excessive  movement    

Iliolumbar  Ligament   Transverse  process  of  L5  to  medial  iliac  crest   Restricts  sagittal  plane  movement  

Sacrotuberous  Ligament  

Posterior-­‐superior  iliac  spine,  lateral  sacrum  and  coccyx,  blends  with  posterior  sacroiliac  ligament  to  attach  to  ischial  tuberosity  

Secondary  source  of  stability;  restricts  nutation  

Sacrospinous  Ligament  

Inferior  lateral  border  of  sacrum  and  coccyx  to  ischial  spine  

Secondary  source  of  stability;  restricts  nutation  

An  associated  constraint  to  the  SI  joint  is  the  thoracolumbar  fascia,  which  restricts  excessive  movement  in  all  directions  of  motion.    

Page 24: Lower Extremity Arthrology Guide

24

                     

         Common  Pathology  of  the  Sacroiliac  Joint    Low  Back  Pain  

The  sacroiliac  joints  have  been  found  to  the  source  of  pain  in  15%-­‐30%  of  the  population  of  people  who  experience  chronic  low  back  pain.    Pain  originating  from  the  SI  

joint  can  refer  to  multiple  areas  of  the  body  (Figure  15)  including  the  low  back  and  gluteal  region,  making  SI  joint  dysfunction  difficult  to  identify  and  to  treat.  �    SI  Dysfunction     SI  dysfunction  and  subsequent  pain  is  the  result  of  impaired  load  transfer  through  the  SI  joints.    Dysfunction  of  the  joint  can  be  secondary  to  trauma,  leg  length  discrepancies,  excessive  lumbar  lordosis,  joint  degeneration,  joint  stiffness,  or  displacement  such  as  an  upslip  or  downslip  of  the  joint.  The  SI  dysfunction  is  also  common  in  women  who  are  pregnant.  The  hormone  relaxin  is  released  in  pregnancy,  which  increases  laxity  of  

the  ligaments  that  support  and  reinforce  joint.  A  widening  effect  at  the  SI  joint  occurs  in  preparation  for  childbirth.  However,  the  excessive  motion  available  at  the  joint  is  often  a  source  of  pain  and  aberrant  movement  patterns  for  the  mother.  Also,  athletes  involved  in  sports  that  require  frequent  unilateral  loading  of  the  lower  extremities  (such  as  in  kicking)  are  at  increased  risk  for  SI  dysfunction  (Foley).    Physical  therapists  can  test  for  SI  dysfunction  using  a  battery  of  motion  palpation  tests  such  as  the  sacral  thrust  and  Gillet  test.  Strengthening  of  surrounding  muscles  (especially  muscles  attaching  to  the  thoracolumbar  fascia)  can  help  improve  the  stability  of  the  SI  joint  and  reduce  pain  related  to  SI  dysfunction.    

Figure  14.  Posterior  ligaments  of  the  SI  joint  (note:  interosseous  ligaments  are  deep  to  pictured  posterior  sacroiliac  ligament)  

Figure  15.  SI  joint  referred  pain  patterns  

Page 25: Lower Extremity Arthrology Guide

25

Introduction  to  the  Knee  Joint  Complex    

The  knee  joint  is  the  largest  joint  in  the  body.  It  is  subject  to  compression  and  torque  during  activities  such  as  walking,  running,  jumping,  bending  and  squatting.  Bony  articulation  at  the  knee  joint  complex  is  relatively  unstable  and  must  rely  on  several  muscles  and  ligaments  for  structural  support  (Figure  1).    Located  in  the  middle  of  the  chain,  the  knee  is  highly  impacted  by  the  motions  occurring  at  the  hip  and  ankle  joints.  Due  to  it’s  location  in  the  chain,  and  its  unstable  boney  articulation,  the  knee  joint  complex  is  the  most  frequently  injured  joint  in  the  body.    

The  knee  joint  complex  is  comprised  of  two  different  articulations,  the  tibiofemoral  joint  and  the  patellofemoral  joint.  These  two  joints  are  held  within  the  

joint  capsule,  forming  a  synovial  hinge  joint.  Although  the  proximal  aspect  of  the  fibula  articulates  with  the  tibia  just  lateral  the  knee  joint,  it  is  not  involved  in  movement  at  the  knee.      

The  tibiofemoral  and  patellofemoral  joints  work  together  to  allow  movement  in  two  planes  of  motion:  flexion  and  extension  in  the  sagittal  plane,  and  internal  and  external  rotation  in  the  transverse  plane.  Superior  and  inferior  gliding  at  the  patellofemoral  joint  are  necessary  to  allow  flexion  and  extension  at  the  tibiofemoral  joint.  During  extension,  the  patella  functions  to  increase  force  produced  by  the  quadriceps  femoris.  Various  pathologies  or  lack  of  proper  functioning  of  the  joints  and  associated  structures  can  lead  to  impairments  and  decreased  participation.        Neurovascular  Supply  

Much  of  the  knee  joint  is  highly  vascularized  with  the  exception  of  a  portion  of  the  meniscus.    The  main  blood  supply  comes  from  branches  of  the  femoral  artery  which  then  becomes  the  popliteal  artery.  A  large  genicular  anastomosis  is  responsible  to  supply  blood  to  majority  of  the  knee  structures  and  surrounding  muscles.    However,  the  exception  is  the  inner  portion  of  the  menisci.    These  avascular  sections  then  have  inhibited  tissue  healing  after  an  injury  to  the  inner  portion  of  the  lateral  or  medial  meniscus.    The  femoral  artery  passes  down  the  posterior  aspect  of  the  thigh  and  transitions  into  the  popliteal  artery  to  supply  the  hamstring,  gastrocnemius,  soleus,  and  plantaris  musculature.    This  artery  runs  most  anterior  in  the  joint  before  splitting  into  

Figure  1.  The  knee  

Figure  2.  Anastomosis  around  the  knee  

Page 26: Lower Extremity Arthrology Guide

26

the  anterior  and  posterior  tibial  arteries  at  the  distal  aspect  of  the  joint  capsule.    The  capsule  and  ligaments  of  the  knee  joint  are  supplied  by  five  collateral  branches  originating  from  the  popliteal  artery.  These  branches  form  the  genicular  anastomosis  (Figure  2)  which  surrounds  the  knee  joint  and  provides  adequate  blood  supply.  The  branches  include  the  superior  medial  and  lateral  geniculars,  the  inferior  medial  and  lateral  geniculars,  and  the  middle  genicular  artery.    In  the  case  that  the  popliteal  artery  is  obstructed,  such  as  in  a  long  duration  of  knee  extension,  the  anastomotic  branches  will  continue  to  provide  sufficient  blood  supply  to  the  knee.         Venous  return  is  transported  by  the  posterior  tibial  vein,  which  transitions  into  the  popliteal  vein  in  the  popliteal  fossa.    The  popliteal  vein  traverses  the  knee  joint  alongside  the  popliteal  artery  before  becoming  the  femoral  vein.  The  small  saphenous  vein  is  also  a  tributary  into  the  popliteal  vein  and  transports  blood  from  the  posterior  aspect  of  the  

malleolus  superiorly  into  the  popliteal  fossa.  The  knee  and  surrounding  muscle  innervations  can  be  

broken  up  into  four  different  compartments  supplied  by  separate  nerves:  anterior,  posterior,  medial  and  lateral  (Figure  3).  The  anterior  aspect  of  the  knee  and  thigh  muscles  are  innervated  through  the  femoral  nerve  while  muscles  of  the  posterior  and  lateral  aspects  receive  innervation  from  branches  of  the  sciatic  nerve  known  as  the  common  fibular  branch  and  the  tibial  branch  respectively.    The  medial  aspect  is  innervated  via  the  obturator  nerve  with  cutaneous  innervation  from  the  saphenous  cutaneous  nerve.       The  posterior  aspect  of  the  knee,  the  popliteal  fossa,  is  the  point  where  the  sciatic  nerve  splits  into  the  tibial  division  and  the  common  fibular  division  (Figure  4).  The  tibial  nerve  supplies  

muscles  found  posterior  to  the  knee  joint  such  as  the  soleus,  gastrocnemius,  plantaris,  and  popliteus.    The  common  fibular  nerve  runs  on  the  lateral  aspect  of  the  joint,  following  the  medial  aspect  of  the  biceps  femoris,  and  wraps  closely  around  the  neck  of  the  fibular  where  it  is  subject  to  injury.    The  common  fibular  nerve  supplies  the  short  head  of  the  biceps  femoris.    The  posterior  cutaneous  nerve  of  the  thigh  provides  innervation  to  the  skin  posterior  to  the  knee  joint.                

Figure  3.  Nerve  supply  

Figure  4.  Popliteal  fossa  structures  

Page 27: Lower Extremity Arthrology Guide

27

Table  1.  Muscles  Acting  on  the  Tibiofemoral  and  Patellofemoral  Joints  (Figure  5  &  6)  

Muscle   Proximal  Attachment   Distal  Attachment   Segmental  

Innervation  Peripheral  Innervation  

Anterior  Region  

Rectus  femoris  

Anterior  inferior  iliac  spine  and  ilium  superior  to  acetabulum  

Vastus  lateralis  Greater  trochanter  and  lateral  lip  of  linea  aspera  of  femur  

Vastus  medialis  Intertrochanteric  line  and  medial  lip  of  linea  aspera  of  femur  

Vastus  intermedius  

Anterior  and  lateral  surfaces  of  shaft  of  femur  

Quadriceps  tendon  and  attachments  to  base  of  patella  forming  patellar  ligament  to  tibial  tuberosity;  medial  and  lateral  vasti  also  attach  tibia  and  patella  via  patellar  retinacula  

L2,  L3,  L4     Femoral  nerve  

Articularis  Genu   Distal  anterior  shaft  of  femur  

Proximal  portion  of  synovial  membrane  of  the  knee  

L2,  L3,  L4   Femoral  nerve  

Medial  Region  

Sartorius    

Anterior  superior  iliac  spine  and  superior  part  of  notch  inferior  to  it  

Superior  portion  of  medial  surface  of  tibia     L2,  L3   Femoral  

nerve  

Gracilis     Body  and  inferior  ramus  of  pubis    

Superior  portion  of  medial  surface  of  tibia   L2,  L3   Obturator  

nerve    Lateral  Region    

Tensor  fascia  latae  

Anterior  superior  iliac  spine  and  external  lip  of  iliac  crest  

Iliotibial  tract     L4,  L5,  S1   Superior  gluteal  nerve  

Posterior  region  

Semitendinosus   Medial  surface  of  superior  part  of  tibia  

Semimembrano-­‐sus  

Ischial  tuberosity  Posterior  part  of  medial  condyle  of  tibia  

L5,  S1,  S2  Tibial  division  of  sciatic  nerve  

Biceps  femoris:  Long  head  Short  head  

Long  head:  Ischial  tuberosity  Short  head:  linea  aspera  and  lateral    supracondylar  line  of  femur  

Lateral  side  of  head  of  fibula   L5,  S1,  S2  

Long  head:    Tibial  division  of  sciatic  nerve    Short  head:    Common  fibular  division  of  sciatic  nerve  

Page 28: Lower Extremity Arthrology Guide

28

     Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  (Figure  7)  

• Skin  o Epidermis  o Dermis  

• Adipose    • Fascia  

o Fascia  Latae  ! Iliotibial  tract  ! Intermuscular  septa  

o Patellar  retinaculum,  medial  and  lateral    • Muscles  and  tendons  

o Anteriorly  ! Quadriceps  tendon  ! Patellar  tendon  ! Articularis  Genu  

o Medially  ! Semitendinosus  ! Semimembranosus    ! Sartorius  ! Gracilis  

o Posteriorly  ! Gastrocnemius  ! Plantaris    ! Popliteus  

o Laterally  ! Biceps  femoris    

• Bursa    o Anteriorly    

! Suprapatellar    ! Prepatellar  ! Infrapatellar    

o Medially  ! Anserine    ! Semimembranosus    

o Laterally  ! Subtendinosus  of  biceps  femoris    ! Bursa  deep  to  Iliotibial  tract    

• Neurovasculature  

Gastrocnemius   Lateral  head:  lateral  aspect  of  lateral  condyle  of  femur  Medial  head:  popliteal  surface  of  femur  superior  to  medial  condyle  

Posterior  surface  of  calcaneus  via  Achilles  tendon  

Plantaris  

Inferior  end  of  lateral  supracondylar  line  of  femur,  oblique  popliteal  ligament  

Posterior  surface  of  calcaneus  via  Achilles  tendon  

S1,  S2      

Tibial  Nerve  

Figure  7.  Sagittal  cut  of  the  knee  

Page 29: Lower Extremity Arthrology Guide

29

o Common  fibular  nerve    o Tibial  nerve    o Sural  nerve    o Popliteal  artery    

! Superior  medial  genicular  artery    ! Superior  lateral  genicular  artery    ! Middle  genicular  artery    ! Inferior  medial  genicular  artery    ! Inferior  lateral  genicular  artery    

• Extracapsular  ligaments    o Anterolateral  ligament    o Lateral  collateral  ligament    o Medial  collateral  ligament    

• Joint  Capsule    • Intracapsular  ligaments  

o Posterior  cruciate  ligament  o Anterior  cruciate  ligament    

• Menisci:  medial  and  lateral    • Articular  cartilage  of  femur    • Articular  cartilage  of  tibia    • Bones  

o Patella  o Tibia  o Femur  

Page 30: Lower Extremity Arthrology Guide

30

The  Tibiofemoral  Joint    

The  tibiofemoral  joint  is  the  largest  of  the  knee  joint  complex  and  produces  most  of  the  movement  at  the  knee.    This  joint  undergoes  a  great  deal  of  impact  during  daily  activities.    Function  at  the  tibiofemoral  joint  is  vital  for  shock  absorption  in  closed-­‐chain  activities  such  as  walking,  running,  squatting,  and  jumping.    

The  tibiofemoral  joint  and  its  associated  structures  are  surrounded  by  a  thin  layer  of  fibrous  connective  tissue  called  the  joint  capsule.    This  capsule  is  lined  with  an  extensive,  thick  synovial  membrane  and  

synovial  fluid,  giving  the  joint  its  classification  as  the  largest  synovial  joint  in  the  body.    The  synovial  fluid  allows  for  very  low  friction  within  this  mobile  joint.    Deep  to  the  joint  capsule  are  as  many  as  14  bursae  (Figure  8).    These  are  found  at  areas  producing  high  friction  with  movement  where  tissues  articulate.      

The  tibiofemoral  articulation  forms  a  hinge  joint  with  the  distal  femur  and  the  proximal  aspect  of  the  tibia.    The  distal  end  of  the  femur  includes  two  major  projections  known  as  the  medial  and  lateral  femoral  condyles.    The  intercondylar  notch  separates  the  joint  into  the  medial  and  lateral  compartments.    The  medial  condyle  is  positioned  more  anteriorly  and  has  a  larger  articulation  with  thicker  articular  cartilage,  while  the  lateral  condyle  is  bigger  in  shape.    These  large,  asymmetrical  condyles  articulate  with  the  relatively  flat  and  shallow  medial  and  lateral  tibial  condyles.    This  creates  an  incongruent  articulation  at  the  joint  that  is  mechanically  weak  and  lacks  overall  structural  stability.    Therefore,  the  surrounding  muscles  and  ligaments  are  crucial  for  providing  stabilization  at  the  joint.      

Unlike  other  structures  in  the  lower  extremity,  these  surfaces  are  highly  unstable  in  effort  to  allow  a  large  range  of  motion  to  occur  at  the  joint.    Due  to  the  incongruent  surfaces,  much  of  the  stability  and  strength  of  the  knee  is  provided  less  by  bony  articulation  and  is  instead  provided  by  the  numerous  ligamentous  structures  and  the  muscles  and  tendons  acting  at  the  joint.    The  knee  joint  reaches  its  greatest  stability  in  a  position  of  full  extension  with  slight  external  rotation.    This  point  of  maximal  contact  and  congruency  is  the  close-­‐packed  position.      In  this  position,  the  ligaments  are  in  full  tension,  and  range  of  motion  is  limited  in  all  directions.    In  order  for  motion  to  occur  at  the  joint,  the  knee  must  be  in  some  degree  of  flexion.    The  joint  will  reach  its  greatest  amount  of  motion  in  25  degrees  of  flexion,  the  most  non-­‐congruent  position,  known  as  loose-­‐packed.  With  movement  into  flexion,  the  joint  will  rely  on  ligaments  and  tendons  to  provide  joint  stability.    Increasing  muscle  strength  also  provides  increased  stability  and  decreased  likeliness  of  injury.       In  order  to  achieve  maximal  articulation  at  this  incongruent  joint,  small  fibrocartilaginous  structures,  the  menisci,  are  attached  to  the  articular  surfaces  between  the  femoral  and  tibial  condyles  (Figure  9).    With  forces  at  the  tibiofemoral  joint  that  are  2-­‐4  times  the  amount  of  body  weight,  the  menisci  function  to  add  depth  to  this  shallow  

Figure  8.  Tibiofemoral  joint  

Page 31: Lower Extremity Arthrology Guide

31

articulation.  The  menisci  increase  the  surface  area,  shock  absorption,  and  stability,  while  decreasing  friction.    These  structures  also  function  to  provide  proprioception  at  the  joint  and  assist  with  accessory  motion.    The  lateral  meniscus  is  O-­‐shaped.    It  has  less  surface  area,  does  not  have  a  strong  attachment  to  the  tibia,  and  has  fewer  attaching  structures  than  the  medial  meniscus.    The  C-­‐shaped  medial  meniscus  attaches  to  the  anterior  cruciate  ligament,  posterior  cruciate  ligament,  medial  collateral  ligament,  and  the  semimembranosus.  With  stronger  attachments  to  the  tibial  plateau,  it  is  less  movable  within  the  joint,  placing  it  at  higher  risk  for  injury.    Table  2.  Joint  Motions  of  the  Tibiofemoral  Joint    Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Knee  flexion  

Hamstring  muscles:  Semimembranosus  Semitendinosus,    Long  head  of  biceps  femoris  

Sartorius  Gracilis  Popliteus  Gastrocnemius  Plantaris  

Knee  extension  

Quadriceps  femoris:  Rectus  femoris  Vastus  lateralis  Vastus  intermedius,  Vastus  medialis  

Tensor  fascia  latae  assists    in  maintaining  knee  extension  

Internal  rotation  

Semimembranosus  Semitendinosus  with  knee  flexed;  Popliteus  in  non-­‐weight  bearing  activity  with  knee  extended  

Gracilis,  Sartorius  Popliteus  (in  non-­‐weight  bearing)    

External  rotation  

Biceps  femoris:  short  &  long  head  when  knee  is  flexed   Popliteus  (in  weight  bearing)    

 Biomechanics  of  the  Tibiofemoral  Joint       The  tibiofemoral  joint  is  a  shallow,  hinge  joint  with  two  degrees  of  freedom.    The  primary  motions  are  flexion  and  extension,  with  some  rotational  movement  occurring  in  knee  flexion  (Figure  10).    The  surrounding  tendons  and  ligaments  restrict  these  motions.    

Muscles  are  referred  to  as  two  main  groups  acting  at  this  joint:  the  knee  

Figure  9.  Menisci  of  the  knee  

Figure  10.  Motions  of  the  knee  

Page 32: Lower Extremity Arthrology Guide

32

extensors  and  the  knee  flexor-­‐rotators.    The  quadriceps  femoris  muscles  are  solely  responsible  for  extension  at  the  knee.    They  are  able  to  produce  a  powerful  extensor  moment  at  the  joint  due  to  their  line  of  pull  around  the  patella  and  large  cross  sectional  area.    The  hamstring  muscles  are  antagonists  to  the  extensors  and  are  the  primary  flexors  at  the  joint.      

Typically,  the  knee  allows  for  140  degrees  of  passive  flexion,  limited  by  soft  tissue  structures,  and  0  to  10  degrees  of  hyperextension,  limited  by  bony  articulation  or  activation  of  the  hamstring  muscles.  During  a  walking  gait  cycle,  75  degrees  of  knee  flexion  and  0  degrees  of  knee  extension  are  necessary  for  typical  ambulation.    Rotational  movement  is  also  possible  but  is  more  limited.    External  rotation  reaches  45  degrees  of  passive  range  of  motion  while  internal  rotation  is  typically  30  degrees.    For  ambulation,  10  degrees  of  both  external  and  internal  rotation  are  required.      

A  rotational  component  is  essential  for  terminal  knee  extension  and  stability.    During  the  last  30  degrees  of  extension,  the  tibia  externally  rotates  6  to  30  degrees  under  the  femur  in  an  open-­‐chain  position  or  the  femur  internally  rotates  over  the  tibia  in  close-­‐chain  movements  in  order  to  accomplish  what  is  known  as  the  “screw  home”  mechanism.    This  is  a  conjunct  movement  at  the  tibiofemoral  joint  with  simultaneous  extension  and  rotation  providing  increased  stability.    This  articulation  allows  the  least  amount  of  movement,  creating  the  close-­‐packed  position.    To  return  to  a  flexed  position,  the  popliteus  provides  the  slight  internal  rotation  necessary  to  “unlock”  the  knee.      

The  tibiofemoral  joint  focuses  on  movements  of  the  femur  on  the  tibia,  as  this  joint  functions  primarily  in  weight  bearing,  closed-­‐chain  activities.    Due  to  its  mid-­‐position  in  the  lower  extremity,  the  knee  is  highly  affected  by  the  joint  mechanics  and  forces  occurring  at  both  the  foot  and  the  knee.    The  bony  alignment  of  these  structures  impacts  the  positioning  of  the  knee,  referred  to  as  the  Q-­‐angle  (Figure  11).    This  is  measured  by  forming  a  line  from  anterior  superior  iliac  spine  (ASIS)  to  middle  of  the  patella  and  a  line  extending  to  the  tibial  tuberosity.      Females  typically  have  a  greater  Q-­‐angle  with  normal  range  15-­‐17  degrees  while  males  typically  have  10-­‐14  degrees.  An  angle  greater  than  17  degrees  is  referred  to  as  “knock-­‐knee”  or  excessive  genu  valgum  and  a  small  or  negative  Q-­‐angle  is  called  “bow-­‐leg”  or  genu  varum.  During  weight  bearing,  this  angle  can  greatly  impact  the  musculature  line  of  pull  and  pressures  at  the  knee  joint,  lead  to  possible  pain  or  injury.      Joint  Configuration  of  the  Tibiofemoral  Joint  

The  tibiofemoral  joint  has  two  degrees  of  freedom;  movement  occurs  in  the  sagittal  and  the  transverse  plane.    The  majority  of  the  motion  at  the  tibiofemoral  joint  occurs  as  flexion  and  extension  in  a  sagittal  plane  about  a  mediolateral  axis.    When  the  knee  is  flexed,  movement  also  occurs  as  internal  and  external  rotation  in  the  transverse  plane  about  a  longitudinal  axis  about  the  tibiofemoral  joint.    

Figure  11.  Q-­angle  

Page 33: Lower Extremity Arthrology Guide

33

    The  arthrokinematic  movement  at  the  tibiofemoral  joint  is  dependent  on  the  position  of  the  joint  and  whether  it  is  in  a  closed-­‐chain  position  (weight  bearing)  or  open  chain  (non-­‐weight  bearing).    During  a  closed-­‐chain  event,  such  as  the  stance  phase  of  gait,  the  convex  surface  of  the  distal  femur  moves  about  the  stationary,  concave  surface  of  the  tibial  condyles.    In  order  to  maintain  the  congruency  of  the  joint,  the  femoral  condyles  rotate  anteriorly  while  simultaneously  gliding  posteriorly  on  the  tibia  (Figure  12).  However,  during  open  chain  position  in  the  swing  phase  of  gait,  the  concave  surface  of  the  tibial  condyles  moves  relative  to  the  convex  surface  of  the  femoral  condyles.    In  this  scenario,  the  articulation  of  the  joint  is  maintained  by  rotation  and  glide  of  the  tibial  condyles  both  in  the  anterior  direction  (Figure  13).        

  The  arthrokinematic  motion  for  axial  rotation  is  different.    This  motion  is  only  available  when  the  knee  is  in  a  flexed  position,  and  is  maximal  at  90  degrees  of  knee  flexion.    Here,  a  spin  movement  occurs  in  the  transverse  plane  about  a  longitudinal  axis  at  the  tibiofemoral  joint.    In  a  loaded  position,  each  single  point  on  the  femoral  condyles  rotates  around  a  single  point  on  the  meniscal  surface  of  the  tibial  condyles.    These  menisci  are  able  to  deform  slightly  to  accommodate  the  spin  while  remaining  in  place  due  to  stabilization  from  the  popliteus  and  semimembranosus.                

Figure  12.    Tibiofemoral  motion  

Figure  13.  Convex/Concave  rules  

Page 34: Lower Extremity Arthrology Guide

34

Table  3.  Ligaments  of  the  Tibiofemoral  Joint    (Figure  14)  Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  

Fibrous  capsule  of  the  knee  

Extensive  attachments  from  margins  of  femoral  condyles  to  margins  of  the  tibial  condyles    

Thickenings  that  communicate  with  the  suprapatellar  bursa  

Assists  to  prevent  friction    

Tibial/medial  collateral  (MCL)  

Medial  epicondyle  of  the  femur  to  medial  condyle  and  shaft  of  tibia  

Stabilize  medial  aspect  of  joint  (mainly  in  extension)  

Prevents  abduction  of  the  tibia/  genu  valgus,  lateral  rotation,  and  anterior  displacement  of  the  tibia  on  the  femur    

Fibular/lateral  collateral  (LCL)  

Lateral  epicondyle  of  femur  to  the  head  of  the  fibula  

Stabilizes  lateral  aspect  of  the  joint  

Prevents  adduction  of  the  tibia/  genu  varus  and  lateral  rotation  of  the  tibia  

Anterior  cruciate  (ACL)    Anteromedial  bundle    Posterolateral  bundle    

Medial  part  of  anterior  intercondylar  area  of  the  tibia  to  the  posterior  portion  of  the  medial  surface  of  the  lateral  condyle  of  the  femur  

Prevents  posterior  displacement  of  the  femur  on  the  tibia    Taut  in  flexion    The  larger  of  the  bundles,  taut  in  extension  

Prevents  hyperextension  of  knee,  medial  tibial  rotation,  and  limits  anterior  translation  of  tibia  on  femur    Limits  knee  flexion    Limits  extension  

Posterior  cruciate  (PCL)    Anterolateral  bundle      Posteromedial  bundle  

From  the  posterior  intercondylar  area  of  the  tibia  to  the  lateral  surface  of  the  medial  condyle  of  the  femur  

Prevents  anterior  displacement  of  the  femur  on  the  tibia    Taut  in  flexion  (most  at  80-­‐90  degrees)    Taut  in  extension  

Prevents  hyperflexion  of  the  knee,  medial  tibial  rotation,  and  limits  posterior  translation  of  tibia  on  femur  

Menisci:  Medial    Lateral  

Anterior  and  posterior  regions  of  the  intercondylar  area  of  the  tibia  and  fibrous  capsule  at  the  medial  collateral  ligament    Anterior  and  posterior  regions  of  the  intercondylar  area  of  the  tibia  

Increase  joint  depth  and  articulation,  provide  stability,  decrease  friction,  increase  shock  absorption  at  the  joint  

Assist  with  accessory  motion  

Page 35: Lower Extremity Arthrology Guide

35

   

         

Common  Pathology  of  the  Tibiofemoral  Joint  Meniscal  Injuries     The  medial  and  lateral  menisci  are  under  a  large  amount  of  load  at  the  knee  joint  and  are  susceptible  to  injury.    Injuries  can  occur  during  forced  rotation  or  in  conjunct  with  other  ligamentous  injuries  such  as  ACL  or  MCL  tears.    The  medial  meniscus  is  often  injured  with  forced  external  rotation,  while  the  lateral  meniscus  is  often  injured  during  internal  rotation.    Many  times  the  patient  may  hear  an  audible  “pop”,  feel  instability  or  locking  at  the  joint,  and  have  acute  swelling  that  develops  slowly.    Treatment  of  a  torn  meniscus  depends  on  the  section  that  was  damaged  (Figure  15).    The  outer  portion  is  known  as  the  red-­‐red  zone  and  has  a  good  blood  supply  for  healing.    A  tear  in  this  region  can  be  managed  conservatively.    The  middle  portion,  referred  to  as  the  red-­‐white  zone,  has  some  blood  flow  and  may  or  may  not  fully  heal  with  conservative  treatment.    The  inner  portion  is  referred  to  as  the  white-­‐white  zone,  due  to  its  lack  of  blood  supply.    This  portion  is  not  able  to  heal  on  its  own  and  requires  surgical  repair  or  removal.      Medial  Collateral  Ligament  (MCL)       Injuries  to  the  medial  collateral  ligament  (MCL)  occur  with  high  impact  forces  to  the  lateral  aspect  of  the  knee,  thus  forcing  it  into  a  valgus  position.  The  MCL  can  also  be  injured  through  rotational,  non-­‐contact  forces.    A  force  to  the  knee  in  full  extension  may  create  a  combination  injury  of  the  MCL,  joint  capsule,  and  tendons  attaching  at  the  pes  anserine  while  a  force  at  20  to  30  degrees  of  knee  flexion  will  produce  an  isolated  injury  to  the  MCL.  Generally,  MCL  injuries  are  managed  with  conservative  treatment  including  a  period  of  minimal  range  of  motion  or  immobilization.    Due  to  its  good  blood  supply,  surgical  repair  is  rarely  used  as  treatment.      

Figure  14.  Ligaments  of  the  knee  

Figure  15.  Meniscal  zones  

Page 36: Lower Extremity Arthrology Guide

36

Lateral  Collateral  Ligament  (LCL)       A  lateral  collateral  ligament  (LCL)  injury  is  almost  always  a  combination  injury  involving  the  cruciate  ligaments,  joint  capsule  and  possible  fibular  nerve  injury.    An  isolated  LCL  injury  is  rare.    Often,  injury  occurs  with  a  high  velocity  force  to  the  medial  aspect  of  the  knee  causing  a  varus  stress  at  the  joint.  This  may  happen  with  or  without  internal  rotation  of  the  tibia.    An  injury  sustained  to  the  LCL  will  most  often  require  surgical  repair  due  to  poor  blood  supply  in  the  area.        Anterior  Cruciate  Ligament  (ACL)       An  injury  to  the  anterior  cruciate  ligament  (ACL)  is  very  common  and  generally  occurs  within  a  sports  population.    Females  are  at  a  much  higher  risk  to  sustain  an  ACL  tear  than  males,  often  due  to  anatomical  differences  such  as  a  wider  Q-­‐angle.  The  mechanism  of  injury  can  be  due  to  contact,  non-­‐contact  with  rotational  forces,  or  hyperextension.    The  ACL  can  be  injured  by  itself  or  as  an  “unhappy  triad”  along  with  the  joint  capsule,  lateral  meniscus  (or  medial)  and  MCL.    The  initial  event  will  often  produce  an  audible  “pop”  and  immediate  swelling.    Partial  ACL  tears  are  also  possible  but  are  often  treated  the  same  as  a  complete  tear.    Surgical  repair  is  the  standard  protocol  but  is  not  necessary  in  all  cases  depending  on  the  patient’s  activity  level  and  functional  ability.    Posterior  Cruciate  Ligament  (PCL)       The  posterior  cruciate  ligament  (PCL)  is  rarely  injured.  It  is  much  wider  than  the  anterior  cruciate  ligament  and  is  one  of  the  strongest  ligaments  in  the  entire  body.    The  PCL  is  at  its  most  vulnerable  position  at  90  degrees  of  knee  flexion.  The  most  common  mechanism  of  injury  is  referred  to  as  a  dashboard  injury,  occurring  during  a  motor  vehicle  accident  where  the  tibia  contacts  the  dashboard  and  is  forced  posteriorly.    The  PCL  may  also  be  injured  with  a  “fall  on  bent  knee”,  hyperextension,  or  a  rotational  force.  The  signs  and  symptoms  of  a  PCL  tear  are  less  noticeable  as  the  patient  may  not  remember  the  injury  occurring,  may  or  may  not  feel  a  pop  in  the  back  of  the  knee,  and  will  have  minimal  swelling.    Management  is  generally  conservative,  with  a  more  severe  degree  of  injury  requiring  a  knee  brace.    Surgery  is  rarely  performed  to  repair  the  posterior  cruciate  ligament.        Osteoarthritis     Osteoarthritis  is  a  common  condition  at  the  knee  joint  and  occurs  as  a  result  of  degenerative  changes  over  time.    This  condition  is  often  present  in  people  over  the  age  of  50  but  can  be  seen  in  younger  individuals.    Osteoarthritis  presents  with  varying  levels  of  stiffness,  limited  range  of  motion,  crepitus,  and  can  become  very  painful  as  the  articular  cartilage  in  the  joint  is  worn  away  overtime.    This  condition  has  a  higher  rate  of  occurrence  in  people  who  have  a  prior  medical  history  of  a  total  menisectomy  procedure.    Osteoarthritis  can  be  managed  conservatively  through  weight  loss,  medication,  activity  modification,  cortisone  injections,  or  by  wearing  a  brace.    However,  once  the  osteoarthritis  becomes  severely  debilitating,  the  standard  treatment  is  either  a  joint  resurfacing  or  a  total  knee  replacement  surgery.    This  procedure  replaces  part  or  all  of  the  joint  in  order  to  decrease  pain  with  activity.    The  surgery  is  generally  very  effective  but  may  also  wear  out  overtime  and  often  people  will  not  regain  full  range  of  motion  or  strength  after  the  procedure.      

Page 37: Lower Extremity Arthrology Guide

37

Patellofemoral  Joint      

The  patellofemoral  joint,  which  is  located  within  the  joint  capsule,  is  the  articulation  between  the  patella,  and  the  femur.  Stabilization  of  this  joint  is  provided  by  the  joint  capsule,  medial  and  lateral  reticular  fibers,  quadriceps  femoris  muscle,  and  the  boney  alignment  of  the  joint  itself.  The  patella  is  classified  as  a  sesamoid  bone,  as  it  is  embedded  within  the  patellar  tendon.  The  patella  functions  to  protect  the  anterior  surface  of  the  knee  joint  and  also  to  increase  the  mechanical  advantage  of  the  quadriceps.      Table  4.  Joint  Motions  at  the  Patellofemoral  Joint      

Joint  motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Superior  Glide  Occurs  during  knee  extension  

Quadriceps  femoris    -­‐Rectus  femoris  -­‐Vastus  lateralis  -­‐Vastus  medialis  -­‐Vastus  intermedialis    

N/A  

Inferior  Glide  Occurs  during  knee  flexion    

Lengthening  of  quadriceps  femoris,  passive  elongation  or  eccentric  activation    

Hamstrings  flex  the  knee,  and  inferior  glide  occurs    

 Biomechanics  of  the  Patellofemoral  Joint  Function  of  the  Patella  for  Mechanical  Advantage    

The  knee  extension  torque  is  the  force  generated  by  the  quadriceps  femoris  multiplied  by  the  internal  moment  arm  (Figure  16).  The  knee  extensor  internal  moment  

arm  is  the  distance  between  the  medial-­‐lateral  axis  of  rotation  at  the  knee,  and  the  line  of  pull  of  the  quadriceps  femoris  muscles.    The  patella  functions  to  increase  the  mechanical  advantage  of  the  quadriceps  femoris  muscle  group  for  knee  extension  by  increasing  the  internal  moment  arm.  The  knee  extensor  moment  arm  is  the  greatest  between  20  and  60  

degrees  of  knee  flexion,  and  the  maximal  knee  extension  torque  is  in  a  similar  arch  of  motion,  between  30  and  75  degrees  of  knee  flexion.  In  addition  to  length  of  internal  moment  arm,  internal  torque  is  influenced  by  line  of  pull  of  muscle  as  well  as  muscle  length.    

Figure  16.  Internal  moment  arm  of  the  femur  

Figure  17.  Compressive  forces  on  the  patella  

Page 38: Lower Extremity Arthrology Guide

38

 Compression  at  the  Patellofemoral  Joint  

The  patella  functions  to  distribute  compressive  forces  on  the  femur  from  the  pull  of  the  quadriceps  femoris  muscle  group  by  increasing  the  contact  area  between  the  femur  and  patellar  tendon.  The  patellofemoral  joint  is  subject  to  large  amounts  of  compression  force  (Figure  17),  as  the  patella  is  compressed  into  the  intercondylar  groove  of  the  femur  by  the  pull  of  the  quadriceps  femoris  during  everyday  activity  such  as  walking,  stair  climbing,  and  running.  During  level  walking,  the  compression  on  the  patellofemoral  joint  is  1.3  times  body  weight.  During  stair  climbing,  the  compression  force  is  3.3  times  body  weight,  and  during  running  the  compression  force  can  raise  to  up  to  7  times  body  weight.    

Compression  force  at  the  patellofemoral  joint  is  determined  by  force  generated  by  quadriceps  femoris,  and  the  knee  flexion  angle.  During  a  closed  chain  squat,  the  compression  force  is  greatest  between  60  and  90  degrees  of  knee  flexion.  In  this  range,  the  force  generated  by  the  quadriceps  femoris  is  the  greatest,  and  the  horizontal  force  component  into  the  patella  is  the  greatest.  

Throughout  the  same  range  of  motion  that  the  compression  force  on  the  patellofemoral  joint  is  the  largest,  the  contact  area  between  the  patella  and  intercondylar  groove  of  the  femur  is  also  the  largest.  The  larger  contact  surface  through  this  range  functions  to  protect  the  joint  from  excessive  stress,  as  stress  =  force/contact  area.      Path  of  the  Patella  on  the  Femur    

Optimal  tracking  of  the  patella  on  the  femur  is  considered  to  be  movement  of  the  articular  surfaces  with  the  greatest  amount  of  surface  area  and  the  least  amount  of  stress.  This  section  will  discuss  the  factors  that  contribute  to  optimal  patellar  tracking.    During  knee  extension,  the  patella  tracks  superiorly  and  laterally  over  the  femur  in  the  intercondylar  groove  as  it  is  pulled  by  the  quadriceps  femoris.  The  lateral  tracking  of  the  patella  is  due  in  part  to  the  larger  pull  of  the  vastus  lateralis  relative  to  vastus  medialis,  and  also  due  to  boney  alignment.  Excessive  lateral  tracking  of  the  patella  is  associated  with  the  occurrence  of  patellofemoral  pain,  as  well  as  patella  subluxation.  The  Q-­‐Angle  is  a  clinical  measurement  intended  to  quantify  the  lateral  muscle  pull  on  the  patella.  The  Q-­‐Angle  (Figure  18)  is  the  angle  between  the  line  from  the  anterior  superior  iliac  spine  on  the  pelvis  to  the  midpoint  of  the  patella  (representing  the  line  of  force  of  the  quadriceps)  and  the  line  connecting  the  tibial  tuberosity  and  the  midpoint  of  patella  (representing  the  longitudinal  axis  of  patellar  tendon).  The  larger  the  angle,  the  larger  the  lateral  pull  on  the  patella.  Q-­‐Angle  values  for  typical  alignment  are  10-­‐14  degrees  for  males,  and  15-­‐17  degrees  for  females.  It  is  important  to  consider  the  limitations  of  the  Q-­‐Angle  measurement,  such  that  it  is  only  a  static  measurement,  and  that  it  has  a  poor  association  with  pathology  at  the  patellofemoral  joint.        

While  the  boney  alignment  and  increased  relative  pull  by  vastus  lateralis  muscle  pull  the  patella  laterally,  there  are  several  mechanisms  that  restrict  lateral  movement.  The  lateral  facet  of  the  intercondylar  groove  is  steeper  than  the  medial  facet,  which  works  

Figure  18.  The  Q-­angle  

Page 39: Lower Extremity Arthrology Guide

39

to  prevent  the  patella  from  shifting  too  far  laterally.  The  oblique  fibers  of  vastus  lateralis  work  to  counteract  the  lateral  pull  from  the  vastus  lateralis.  Additionally,  the  medial  patellar  retinaculum,  which  attaches  to  the  medial  patella,  femur,  tibia,  medial  meniscus,  and  deep  side  of  vastus  medialis,  restricts  excessive  lateral  shift  of  the  patella.      Joint  Configuration  of  the  Patellofemoral  Joint  

The  patellofemoral  joint  is  an  arthrodial  (planar  joint)  joint.  It  is  a  non-­‐axial  joint  but  has  several  accessory  motions,  including  superior  and  inferior  glides  in  the  frontal  plane,  medial  and  lateral  translation,  tilt  in  the  transverse  plane,  and  spin  in  the  frontal  plane.  Tilt  and  spin  of  the  patellofemoral  joint  are  difficult  to  study,  as  there  is  wide  variation  in  motion  among  individuals.  Superior  and  inferior  glide,  and  medial  and  lateral  translation  will  be  discussed  below.      

 Boney  articulation    

The  intricate  contours  of  the  boney  articulation  between  the  femur  and  the  patella  guide  the  accessory  motion  that  occurs  at  the  patellofemoral  joint.  The  distal  end  of  the  femur  encompasses  the  medial  and  lateral  condyles,  which  fuse  to  form  the  intercondylar  groove  on  the  anterior  surface  of  the  femur.  Within  this  groove,  the  patella  tracks  as  it  is  pulled  by  the  force  of  the  quadriceps  femoris  muscle  group.  As  mentioned  in  the  biomechanics  section,  the  lateral  facet  of  the  intercondylar  groove  is  steeper  than  the  medial  facet,  and  this  functions  to  prevent  excessive  lateral  displacement  of  the  patella.  The  patella  has  a  posterior  surface  that  was  built  for  articulation,  as  it  is  covered  in  approximately  5mm  of  articular  cartilage,  which  functions  to  disperse  large  compressive  forces  across  the  joint.  On  the  articular  surface  runs  a  convex  vertical  ridge,  which  sits  between  the  medial  and  lateral  facets  of  the  intercondylar  groove  of  the  femur.  Its  anterior  surface  is  convex.  The  shape  of  the  patella  is  somewhat  like  a  triangle,  with  the  apex  located  inferiorly,  and  the  base  located  superiorly.      Superior/Inferior  Glide  

During  knee  flexion,  the  patella  moves  inferiorly  on  the  femur  in  the  intercondylar  groove,  and  during  knee  extension,  the  patella  moves  superiorly  on  the  femur.    At  full  knee  flexion,  the  patella  contacts  the  femur  at  its  superior  pole,  and  lies  below  the  intercondylar  groove.  As  the  patella  moves  superiorly  during  the  arch  of  motion  into  full  extension,  the  contact  point  between  the  patella  and  femur  moves  from  the  superior  pole  of  the  patella  to  the  inferior  pole  of  the  patella,  with  the  greatest  contact  occurring  in  the  range  of  60-­‐90  degrees  of  knee  flexion.  Through  this  range,  the  patella  moves  within  the  intercondylar  groove,  and  this  is  considered  the  closed  packed  position  of  the  patellofemoral  joint,  as  the  patella  and  femur  

Figure  19.  Gliding  of  the  patella  

Page 40: Lower Extremity Arthrology Guide

40

are  in  greatest  congruency.  In  the  last  20  degrees  of  the  arch  of  motion  into  full  extension,  the  patella  moves  superior  to  the  intercondylar  groove  to  rest  on  top  of  the  suprapatellar  fat  pad  at  full  extension.  Full  knee  extension  is  the  open  pack  position  of  the  patellofemoral  joint,  as  the  patella  is  located  superior  to  the  intercondylar  groove,  and  is  least  stable  in  this  position.                Medial  and  Lateral  Patellar  Translation  

Medial  and  lateral  shifts,  or  translations,  occur  during  flexion  and  extension  of  the  knee,  but  to  a  lesser  extent  than  the  superior  and  inferior  glide  that  occurs.  Nha  et  al  (2007)  observed  that  during  a  lunge,  the  patella  shifted  medially  2.8mm  by  30  degrees  of  flexion,  and  then  shifted  laterally  2mm  by  90  degrees  of  flexion.    

During  open  chain  motion,  when  the  tibia  moves  on  the  femur  during  flexion  and  extension,  the  patella  glides  in  the  stationary  intercondylar  groove  of  the  femur.  During  closed  chain  motion,  the  intercondylar  groove  of  the  femur  glides  on  the  stationary  patella.        Table  5.  Ligaments  of  the  Patellofemoral  Joint  (Figure  20)  

Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  

Patellar  Ligament    Inferior  pole  of  patella  to  tibial  tuberosity    

Transmission  of  forces  from  quadriceps  femoris  tendon  across  patella  to  tibia  

Resists  excessive  superior  glide  of  patella  during  knee  extension    

Medial  Patellofemoral  Ligament  (medial  patellar  retinacular  fibers)  

Medial  epicondyle  of  femur  to  medial  boarder  of  patella  

Resists  lateral  displacement  of  patella  

   N/A  

Lateral  Patellofemoral  Ligament  (lateral  patellar  retinacular  fibers)  

Lateral  epicondyle  of  femur  to  lateral  boarder  of  patella    

Resists  medial  displacement  of  patella    

N/A  

Iliotibial  tract     Tensor  fascia  latae  to  fibular  head    

Resists  medial  displacement  of  patella    

N/A  

 Common  Pathology  of  the  Patellofemoral  Joint    Patellofemoral  Pain  Syndrome  

Patellofemoral  Pain  Syndrome  (PFPS),  which  is  defined  as  pain,  inflammation,  and  instability  of  the  extensor  mechanism  of  the  knee  from  stress,  is  a  common  pathology,  with  a  1  in  4  incidence  in  the  general  public.  The  area  of  pain  varies,  and  is  common  on  any  boarder  of  the  patella,  and  on  the  retro-­‐patellar  surface.  While  the  specific  physiological  cause  of  the  pain  is  not  always  well  understood,  there  are  several  risk  factors  associated  with  PFPS.  These  factors  include  large  Q-­‐Angle,  internal  rotation  of  the  femur,  patellar  hypermobility/hypomobility,  pronated  foot  posture,  decreased  strength  of  the  hip  

Figure  20.  Ligaments  of  the  

patellofemoral  joint  

Page 41: Lower Extremity Arthrology Guide

41

abductors,  hip  extensors,  hip  external  rotators,  and  decreased  flexibility  of  the  quadriceps,  hamstrings,  gastrocnemius,  and  iliotibial  tract.      Patellar  Tendinopathy  

Patellar  Tendinopathy  is  an  overuse  injury  with  inflammation  of  the  patellar  tendon  that  often  results  from  increased  running  or  jumping  activities.  The  site  of  pain  is  most  common  at  the  inferior  pole  of  the  patella  but  can  occur  at  other  points  along  the  tendon.  This  pathology  often  presents  with  decreased  quadriceps  flexibility,  pain  to  palpation  of  the  tendon,  and  pain  during  knee  extension.  Three  stages  of  tendinopathy  include  stage  one,  during  which  pain  occurs  only  after  physical  activity.  In  stage  two,  pain  occurs  during  and  after  activity.  Stage  three  consists  of  almost  constant  pain  that  is  debilitating.  Activity  modification  is  crucial  for  recovery.      Patellar  Subluxation/Dislocation  

A  patellar  subluxation  describes  a  situation  in  which  the  patella  comes  partially  out  of  place  but  goes  back  into  place.  Patellar  dislocation  describes  a  situation  in  which  the  patella  moves  completely  out  of  place  and  does  not  move  back  into  place  naturally.  Ninety-­‐five  percent  of  displacements  are  lateral  translations,  and  in  many  cases  the  medial  patellar  retinaculum  and  the  medial  patellofemoral  ligament  are  damaged  during  the  displacement,  and  in  some  situations  the  patella  fractures.  Displacements  occur  most  often  when  the  knee  joint  is  at  20-­‐30  degrees  of  flexion.  Predisposing  factors  for  patellar  subluxation  or  dislocation  include  patellar  hypermobility,  a  flattened  articular  surface  of  the  patella,  a  shallow  intercondylar  groove  on  the  femur,  a  large  Q-­‐Angle,  tibial  torsion,  and  faulty  movement  patterns.      Patellar  Bursitis  

A  bursitis  is  defined  as  inflammation  and  swelling  of  a  bursa.  The  bursas  relevant  to  the  patellofemoral  joint  include  the  prepatellar,  suprapatellar,  and  the  infrapatellar  bursa.  (Picture!)  Bursitis  can  occur  as  a  result  of  acute  trauma,  overuse  mechanisms  such  as  repetitive  compression,  or  infections.  Patellar  bursitis  often  presents  with  swelling  and  limited  range  of  motion,  and  normally  heals  with  conservative  management  such  as  activity  modification  and  modalities  for  pain  and  swelling.      Osgood-­‐Schlatter’s  Disease  and  Sinding-­‐Larsen-­‐Johansson  Syndrome  

An  apophysis  is  a  secondary  ossification  center  on  a  bone  at  the  insertion  point  for  a  tendon.  It  is  common  for  the  apophysis  to  become  inflamed  with  overuse  in  young,  skeletally  immature,  athletes,  and  this  pathology  is  called  an  apophysitis.  An  apophysitis  occurring  at  the  tibial  tuberosity  is  named  Osgood-­‐Schlatter’s  Disease,  and  at  the  inferior  pole  of  the  patella  it  is  named  Sinding-­‐Larsen-­‐Johansson  Syndrome.  Apophysitis  can  heal  with  rest  and  activity  modification,  as  well  as  correction  of  muscular  imbalances.    

Page 42: Lower Extremity Arthrology Guide

42

Introduction  to  the  Ankle  Region    

The  ankle  (Figure  1)  consists  of  the  talocrural  joint,  the  proximal  and  distal  tibiofibular  joints,  and  in  some  respects  the  subtalar  joint  as  well.  These  joints  provide  both  stability  and  an  ability  to  influence  surrounding  structures,  allowing  for  the  complex  mechanics  and  force  transmissions  of  gait  to  occur  efficiently.  The  stability  can  be  observed  in  the  sturdy,  mortise-­‐like  structure  of  the  talocrural  joint,  the  extensive  ligamentous  and  tendinous  support  of  the  region,  and  the  single  degree  of  freedom  about  which  the  motions  of  plantar  flexion  and  dorsiflexion  occur.  The  ankle’s  capacity  to  influence  nearby  structures  can  be  observed  by  the  communication  through  the  lower  leg  via  the  syndesmosis  to  the  proximal  tibiofibular  joint,  as  well  as  the  frontal  plane  motion  of  the  calcaneus  on  the  talus  via  the  subtalar  joint,  which  occurs  with  the  talus  remaining  relatively  stationary  within  the  tight-­‐fitting  talocrural  joint.      

The  ankle  joints  receive  blood  from  branches  of  the  popliteal  artery,  the  posterior  tibial  artery,  the  fibular  artery  and  the  anterior  tibial  artery.  Blood  supply  to  specific  joints  will  be  discussed  later  in  this  section.  Nerve  supply  to  the  joints  comes  from  the  common  fibular  nerve,  the  deep  fibular  nerve,  and  the  tibial  nerve.  The  tissue  layers  of  the  ankle  joints  have  many  components  in  common  with  a  few  structures  unique  to  specific  joints  such  as  the  retinaculum  in  the  distal  joints.  Tissue  layers  for  each  joint  will  be  discussed  later  in  this  section.    Table  1.  Muscles  Acting  on  the  Ankle    The  musculature  in  the  lower  limb  is  often  broken  into  compartments,  an  anterior  compartment,  lateral  compartment,  superficial  posterior  compartment  and  a  deep  posterior  compartment  (Figure  2).  In  the  table  below  are  the  muscles  in  the  compartments,  the  attachments  and  the  innervations.  

Figure  1.  The  ankle  

Figure  2.  Compartments  of  the  leg  

Page 43: Lower Extremity Arthrology Guide

43

Muscle   Proximal  Attachments  

Distal  Attachments  

Segmental  Innervations  

Peripheral  Innervations  

Anterior  Compartment  Muscles  Extensor  digitorum  longus  

From  the  lateral  tibial  condyle,  proximal  3/4th  of  the  fibula  and  interosseous  membrane  

To  the  dorsal  digital  expansions  of  toes  2-­‐5  

L4-­‐L5-­‐S1    

Deep  fibular  (fibular)  nerve  

Extensor  hallucis  longus  

From  the  middle  1/2  of  the  fibular  surface  &  interosseous  membrane  

To  the  distal  phalangeal  base  of  the  great  toe  

L4-­‐L5-­‐S1    

Deep  fibular  nerve  

Fibularis    tertius  

From  the  distal  fibula  and  interosseous  membrane  

To  the  base  of  the  5th  metatarsal  

L4-­‐L5-­‐S1    

Deep  fibular  nerve  

Tibialis  anterior  

From  the  lateral  condyle  and  superior  half  of  the  lateral  surface  of  the  tibia  &  interosseous  membrane  

To  the  medial  cuneiform  &  base  of  1st  metatarsal  

L4-­‐L5-­‐S1    

Deep  fibular  nerve  

Lateral  Compartment  Muscles    Fibularis  longus  

From  the  head  &  proximal  2/3rds  of  the  fibula  

To  the  lateral  aspects  of  the  1st  metatarsal  &  adjacent  medial  cuneiform  

L5-­‐S1  and  sometimes  L4  

Superficial  fibular  nerve  

Fibularis  brevis  

From  the  distal  2/3rds  of  the  fibula  

To  the  lateral  base  of  the  5th  metatarsal  

L5-­‐S1  and  sometimes  L4  

Superficial  fibular  nerve  

Superficial  Posterior  Compartment  Muscles  Gastrocnemius   From  the  posterior  

aspect  of  the  femoral  condyles  and  joint  capsule  

To  the  posterior  calcaneal  surface   S1-­‐2   Tibial  nerve  

Plantaris   From  the  lateral  supracondylar  line  

To  the  posterior  calcaneal  surface  

L5-­‐S1-­‐S2   Tibial  nerve  

Soleus   From  the  posterior  aspect  of  the  head  &  proximal  1/4th  of  the  fibula  &  tibial  soleal  line  

To  the  posterior  calcaneal  surface   L5-­‐S1-­‐2   Tibial  nerve  

Page 44: Lower Extremity Arthrology Guide

44

Deep  Posterior  Compartment  Muscles  Flexor  digitorum  longus  

From  the  posterior  tibia  distal  to  the  soleal  line  

To  the  plantar  surfaces  of  the  distal  phalangeal  bases  

L5-­‐S1-­‐S2   Tibial  nerve  

Flexor  hallucis  longus  

From  the  distal  2/3rds  of  the  posterior  fibular  surface  &  interosseous  membrane  

To  the  plantar  aspect  of  the  distal  phalangeal  base  of  the  1st  toe  

L5-­‐S1-­‐S2   Tibial  nerve  

Tibialis  posterior  

From  the  interosseous  membrane,  lateral  tibial  surface  &  medial  fibular  surface  

To  the  navicular,  intermediate  cuneiform  and  bases  of  metatarsals  2-­‐4  

L4-­‐L5-­‐S1   Tibial  nerve  

 

Page 45: Lower Extremity Arthrology Guide

45

The  Proximal  Tibiofibular  Joint  (PTFJ)  The  PTFJ  joint  (Figure  3)  is  considered  part  of  the  ankle  joint  despite  its  close  relation  to  the  knee  joint  as  it  has  no  effect  on  knee  motion  but  is  involved  in  motion  of  the  ankle.  The  PTFJ  is  classified  as  a  plane  joint  formed  by  the  head  of  the  fibula  and  the  lateral  condyle  of  the  tibia.  No  osteokinematic  motion  occurs  at  the  PTFJ  but  the  joint  surfaces  glide  superiorly  and  inferiorly  on  one  another,  influencing  and  responding  to  the  distal  tibiofibular  joint.  This  relationship  between  the  proximal  and  distal  tibiofibular  joints  in  due  to  the  connection  they  share  to  the  interosseous  membrane.  Since  gliding  motions  are  not  taken  into  consideration,  this  joint  has  0  degrees  of  freedom.  However,  the  PTFJ  is  essential  for  ankle  movement  and  can  disrupt  motion  if  injury  to  this  region  occurs.      The  blood  supply  to  the  PTFJ  comes  from  the  inferior  lateral  genicular  artery  branching  off  of  the  popliteal  artery  and  the  anterior  tibial  recurrent  artery  branching  off  of  the  anterior  

tibial  artery.  Nerve  supply  to  this  joint  comes  from  branches  of  the  common  fibular  nerve  as  well  as  branches  from  the  nerve  to  the  popliteus  muscle.      Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o Epidermis  o Dermis  o Hypodermis  

• Superficial  fascia  • Subcutaneous  tissue  

o Superficial  neurovascular  supply  o Loose  connective  tissue  

• Tendons  and  sheaths  o Biceps  femoris  tendon  o Popliteus  tendon  

• Joint  capsule  • Neurovascular  supply  

o Lateral  genicular  artery  and  anterior  tibial  recurrent  artery  o Common  fibular  nerve  and  branches  of  the  nerve  to  the  popliteus  

• Ligaments  o Lateral  collateral  ligament  o Anterior  tibiofibular  o Posterior  tibiofibular  

• Bones  o Fibular  head  of  the  fibula  o Proximal  lateral  surface  of  the  tibia  

 

Figure  3.  The  PTFJ  

Page 46: Lower Extremity Arthrology Guide

46

Table  2.  Joint  Motions  at  the  PTFJ  Joint  motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  No  true  motion  

occurs  at  this  joint   N/A   N/A  

 Table  3.  Ligaments  of  the  PTFJ  

Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  Anterior  tibiofibular  ligament  

From  the  anterior  lateral  surface  of  the  tibia  to  the  anterior  medial  surface  of  the  fibula  

Stabilizes  the  PTFJ  Resists  anterior  movement  of  the  fibular  head  

Posterior  tibiofibular  ligament  

From  the  posterior  lateral  surface  of  the  tibia  to  the  posterior  medial  surface  of  the  fibula  

Stabilizes  the  PTFJ  Resists  posterior  movement  of  the  fibular  head  

Interosseous  ligament   From  interosseous  border  of  the  tibia  to  the  interosseous  border  of  the  fibula  

Stabilizes  the  PTFJ  and  DTFJ  and  helps  disperse  load  during  weight  bearing  activities  

Resists  separation  of  the  tibia  and  fibula  

 Common  Pathology  of  the  PTFJ  The  PTFJ  is  rarely  injured  in  isolation  and  normally  occurs  secondarily  to  other  injuries.  Disruption  and  pain  the  PTFJ  is  common  after  a  high  ankle  sprain,  which  will  be  discussed  in  the  next  section.    

According  to  Milankov  et  al  in  2013,  dislocation  of  the  fibular  head  is  rare  and  tends  to  occur  with  twisting  motions  when  the  knee  is  bent  and  planted.  Milankov  et  al  discuss  the  importance  of  ruling  out  dislocation  when  seeing  a  patient  complaining  of  knee  pain  as  it  can  often  go  unnoticed.  Morrison  et  al  in  2011  found  that  after  traumatic  fibular  dislocations  or  other  injuries  to  the  knee,  the  fibular  head  is  likely  to  have  some  instability  due  to  laxity  in  the  ligaments.  Morrison  found  that  surgery  was  an  effective  means  of  stabilizing  the  joint  for  proper  function.    Due  to  the  location  of  the  common  fibular  nerve  wrapping  around  the  fibular  head,  after  a  fracture  or  trauma  to  the  fibular  head,  sensory  information  to  the  lateral  aspect  of  the  lower  leg  and  foot  may  be  compromised  (Figure  4).

Figure  4.  Common  fibular  nerve  injury  

Page 47: Lower Extremity Arthrology Guide

47

The  Distal  Tibiofibular  Joint  (DTFJ)    The  DTFJ  (Figure  5)  is  unique  since  it  is  a  fibrous  syndesmosis  joint,  not  a  synovial  joint,  and  does  not  have  a  joint  capsule.  This  joint  relies  on  the  interosseous  membrane  and  ligamentous  attachments  for  stability.  Little  motion  occurs  at  this  joint  and  its  main  function  is  to  keep  the  tibia  and  fibula  approximated  to  form  a  stable  mortise  for  the  talus  to  function  in  for  movement.  It  is  a  stiff  joint  with  0  degrees  of  freedom  but  still  allows  for  some  separation  during  certain  movements  like  dorsiflexion  when  the  talus  must  wedge  in  between  the  tibia  and  fibula.  This  wedging  makes  for  the  most  stable  position  of  the  ankle  allowing  for  push  off  during  gait.    The  blood  supply  to  the  DTFJ  comes  from  the  posterior  medial  malleolar  branch  of  the  fibular  artery  and  branches  of  the  anterior  and  posterior  tibial  arteries.  Nerve  supply  to  this  joint  comes  from  the  tibial  nerve  and  deep  fibular  nerve.    Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o Epidermis  o Dermis  o Hypodermis  

• Superficial  fascia  • Subcutaneous  tissue  

o Superficial  neurovascular  supply  o Loose  connective  tissue  

• Bursa  o Subcutaneous  bursa  of  the  

lateral  malleolus  • Retinaculum  (Figure  6)  

o Superior  extensor  retinaculum    o Superior  and  inferior  fibular  

retinacula    • Tendons  and  sheaths  

o Fibularis  longus  tendon  o Fibularis  brevis  tendon  o Fibularis  tertius  tendon  o Extensor  digitorum  longus  tendon  

• No  joint  capsule  present  • Neurovascular  supply  

o Posterior  medial  malleolar  branch  and  anterior  and  posterior  tibial  arteries  o Deep  fibular  nerve  and  tibial  nerve  

• Ligaments  

Figure  5.  DTFJ  

Figure  6.  Retinacula  of  the  lateral  ankle  

Page 48: Lower Extremity Arthrology Guide

48

o Anterior  tibiofibular  o Posterior  tibiofibular  

• Bones  o Distal  fibula  (lateral  malleolus)  o Distal  lateral  surface  of  the  tibia  

• Interosseous  membrane      Table  4.  Joint  Motions  at  the  DTFJ  Joint  motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  No  true  motion  

occurs  at  this  joint   N/A   N/A  

 Biomechanics  of  the  Proximal  and  Distal  Tibiofibular  Joints     The  main  function  of  both  the  proximal  and  distal  tibiofibular  joints  is  to  participate  in  the  mild  spreading  of  the  mortise  at  maximal  dorsiflexion.  These  two  joints  are  intimately  connected  in  function  due  to  the  shared  interosseous  membrane,  and  as  a  result  will  be  discussed  together.       During  dorsiflexion,  the  mortise  spreads  to  accommodate  the  larger,  anterior  portion  of  the  talus.  The  fibula  translates  superiorly  to  allow  this.  The  proximal  tibiofibular  joint  (PTFJ),  a  synovial  joint,  has  joint  surfaces  that  are  mostly  flat  and  covered  with  articular  cartilage.  In  response  to  ankle  dorsiflexion,  the  fibular  joint  surface  will  glide  superiorly.  The  PTFJ  occurs  between  the  head  of  the  fibula  and  the  posterolateral  aspect  of  the  lateral  condyle  of  the  tibia  and  has  anterior  and  posterior  ligaments  for  stability,  which  resist  motion  of  the  joints  in  the  anterior/posterior  direction  and  allows  slight  motion  in  

the  superior/inferior  direction.  There  are  also  connections  of  the  PTFJ  with  the  muscular  and  ligamentous  structures  of  the  knee,  such  as  the  popliteus  tendon,  which  stabilizes  the  joint  as  it  crosses  it  posteriorly.    The  biceps  femoris  and  lateral  collateral  ligament  of  the  knee  must  transmit  forces  from  the  fibula  to  the  tibia  across  the  PTFJ,  which  is  another  reason  why  this  joint  must  be  relatively  stable.    

Moving  distally,  the  DTFJ  is  a  syndesmosis  formed  by  the  articulation  of  the  medial  surface  of  the  distal  fibula  and  the  fibular  notch  of  the  tibia.  This  joint  is  classified  as  a  fibrous,  synarthrodial  joint  as  the  interosseous  membrane  closely  binds  it.  The  interosseous  ligament  and  the  anterior  and  posterior  tibiofibular  ligaments  enhance  this  stable  union.    

These  ligaments  strongly  resist  motion  of  the  tibia  and  fibula  in  the  anterior/posterior  directions,  while  allowing  some  movement  in  the  superior/inferior  directions.  This  mirrors  the  motions  that  are  

allowed/restricted  at  the  PTFJ.  As  a  result,  the  fibula  slides  superiorly  during  dorsiflexion,  which  allows  for  spreading  of  the  mortise.  By  spreading  this  small  motion  across  two  firm  joints,  the  necessity  for  mobility  with  significant  stability  is  well  balanced.  

The  interosseous  membrane  also  plays  a  key  role  in  this  mechanism  (Figure  7).  As  the  fibula  translates  superiorly  during  dorsiflexion,  the  interosseous  membrane  keeps  the  fibula  fixed  to  

Figure  7.  Relationship  of  tibia  and  fibula  to  the  interosseous  membrane  

Page 49: Lower Extremity Arthrology Guide

49

the  tibia  and  also  prevents  excessive  superior  translation  of  the  fibula,  which  also  maintains  the  integrity  of  the  PTFJ  and  DTFJ.    

 Table  5.  Ligaments  of  the  DTFJ  

Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  

Anterior  tibiofibular  ligament  

Flat  band  between  margins  on  the  anterior  surface  of  the  tibia  and  fibula  

Stabilize  DTFJ   Resists  movement  of  fibula  on  tibia  

Posterior  tibiofibular  ligament  

From  the  posterior  surface  of  the  tibia  to  the  posterior  surface  of  the  fibula  

Stabilize  DTFJ   Resists  movement  of  fibula  on  tibia  

Interosseous  ligament   From  interosseous  

border  of  the  tibia  to  the  interosseous  border  of  the  fibula  

Stabilizes  the  PTFJ  and  DTFJ  and  helps  disperse  load  during  weight  bearing  activities  

Resists  separation  of  the  tibia  and  fibula  

 Common  Pathology  of  the  DTFJ  Norkus  and  Floyd  in  2001  discussed  the  etiology  of  syndesmotic  ankle  sprains  or  “high  ankle  sprains”  being  a  result  of  the  talus  forcing  the  tibia  and  fibula  apart  most  often  during  hyperdorsiflexion  and  external  rotation.  This  force  can  damage  the  ligaments  or  the  interosseous  membrane  in  the  process  (Figure  8).  While  syndesmotic  ankle  sprains  are  less  common  than  other  ankle  sprains,  they  often  have  a  longer  period  of  recovery  and  are  more  difficult  to  detect  in  examination.    Walsh  and  DiGiovanni  in  2004  studied  fractures  of  the  distal  fibula  often  sustained  during  a  lateral  ankle  sprain  and  found  many  of  these  fractures  were  at  risk  for  nonunion  due  to  changes  in  gait  pattern  and  lack  of  diagnosis.      

Figure  8.  High  ankle  sprain  injury  

Page 50: Lower Extremity Arthrology Guide

50

The  Talocrural  Joint    

The  talocrural  joint  (Figure  9)  includes  to  the  articulation  between  the  distal  tibia  and  fibula  proximally  and  the  body  of  the  talus  distally.  It  is  a  synovial  joint  with  a  joint  capsule  and  associated  ligaments  for  structural  stability.  The  motions  about  this  hinge  joint  are  primarily  dorsiflexion  and  plantar  flexion  (Figure  10).      The  blood  supply  to  the  talocrural  joint  comes  from  the  anterior  and  posterior  tibial  arteries  and  the  malleolar  branches  of  the  fibular  artery.  The  nerve  supply  to  the  talocrural  comes  from  tibial  nerve  and  the  deep  fibular  nerve.    

Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  • Integumentary  

o Epidermis  o Dermis  o Hypodermis  

• Superficial  fascia  • Subcutaneous  tissue  

o Superficial  neurovascular  supply  o Loose  connective  tissue  

• Bursa  o Subcutaneous  bursa  of  the  medial  malleolus  o Subcutaneous  bursa  of  the  lateral  malleolus  

• Retinaculum  o Superior  extensor  retinaculum    o Inferior  extensor  retinaculum  

• Tendons  and  sheaths  o Anterior  

! Fibularis  tertius  tendon  ! Extensor  digitorum  longus  tendon  ! Extensor  hallucis  longus  tendon  ! Tibialis  anterior  tendon  

o Medial  ! Tibialis  posterior  tendon  ! Flexor  digitorum  longus  tendon  ! Flexor  hallucis  longus  tendon  

o Posterior  ! Calcaneal  tendon  

• Joint  capsule  

Figure  9.  The  talocrural  joint  

Figure  10.  Dorsiflexion  and  plantarflexion  

Page 51: Lower Extremity Arthrology Guide

51

• Neurovascular  supply  o Anterior  and  posterior  tibial  arteries  and  the  fibular  artery    o Deep  fibular  nerve  and  tibial  nerve  

• Ligaments  o Medial  

! Deltoid  ligament  o Lateral  

! Posterior  talofibular  ! Calcaneofibular  ! Anterior  talofibular  

• Bones  o Distal  fibula  (lateral  malleolus)  o Distal  tibia  (medial  malleolus)    o Talus  

 Table  6.  Joint  Motions  at  the  Talocrural  Joint  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Dorsiflexion  of  the  ankle  

Tibialis  anterior   Extensor  digitorum  longus,  Extensor  hallucis  longus,  Fibularis  tertius  

Plantarflexion  of  the  ankle  

Gastrocnemius,  Soleus   Fibularis  longus,  Fibularis  brevis,  Flexor  digitorum  longus,  Flexor  hallucis  longus,  Plantaris,  Tibialis  posterior  

*  Inversion  and  eversion  are  negligible  at  the  talocrural  joint  and  will  be  discussed  with  the  subtalar  joint  

 Biomechanics  of  the  Talocrural  Joint  

The  talocrural  joint  is  a  synovial,  hinge  type  joint  with  a  fibrous  capsule  as  well  as  ligamentous  structures  for  further  stability.  It  is  a  critical  structure  for  ambulation  and  must  be  stable  enough  to  effectively  transmit  forces  from  the  foot  to  the  leg  while  still  allowing  sufficient  range  of  motion  for  sagittal  plane  motions.  As  a  result,  the  talocrural  joint  has  a  variety  of  factors  that  increase  its  stability  while  maintaining  sagittal  mobility.    

The  talocrural  joint  is  often  described  as  resembling  a  mortise  (Figure  11),  with  the  medial  and  lateral  malleoli  minimizing  the  frontal  plane  motions  of  inversion  and  eversion  of  the  talus,  while  maximizing  the  sagittal  plane  motions  of  plantar  flexion  and  dorsiflexion.  Unlike  the  rigid  mortise  of  a  carpenter,  however,  the  talocrural  joint  is  afforded  greater  functionality  due  to  its   Figure  11.  Bones  of  the  

talocrural  joint  

Page 52: Lower Extremity Arthrology Guide

52

ability  to  adjust  via  the  mobility  of  the  proximal  and  distal  tibiofibular  joints.  The  body  of  the  talus  articulates  with  the  mortise  at  three  surfaces,  which  share  a  

continuous  layer  of  articular  cartilage.  There  is  a  large  (fibular)  facet  laterally,  a  smaller  medial  (tibial)  facet,  and  a  dome-­‐shaped  (convex)  trochlear  facet  on  the  superior  aspect.    Since  the  size  and  orientation  of  the  lateral  and  medial  facets  of  the  talocrural  joint  are  asymmetrical,  the  distal  fibula  moving  on  the  larger  lateral  facet  must  undergo  a  greater  displacement  than  the  medial  malleolus  of  the  tibia  during  the  motions  of  dorsiflexion  and  plantar  flexion  (Figure  12).  This  is  achieved  by  superior  and  inferior  motion  of  the  fibula  at  both  the  proximal  and  distal  tibiofibular  joints.  

The  concave  articular  surface  created  by  the  distal  tibia  and  fibula  and  the  superior  articular  surface  of  the  talus  allow  for  the  sagittal  plane  motions  of  plantar  flexion  and  dorsiflexion.  The  anterior  portion  of  the  trochlear  facet  of  the  talus  is  wider  than  the  posterior  surface,  necessitating  a  spreading  of  the  distal  tibia  and  fibula  to  accommodate  the  motion  of  dorsiflexion.    When  the  talocrural  joint  is  in  maximal  dorsiflexion,  it  is  considered  to  be  most  stable  since  it  in  its  closed  pack  orientation.  During  dorsiflexion  in  open  chain,  the  talus  must  glide  posteriorly  and  roll  anteriorly.  This  is  clinically  

relevant  in  the  event  that  a  patient  is  lacking  dorsiflexion  ROM,  which  would  indicate  that  mobilizations  in  the  anterior  to  posterior  direction  would  facilitate  the  desired  motion.    

It  is  critical  that  the  tibia  and  fibula  be  able  to  spread  to  allow  dorsiflexion  to  occur,  but  it  is  also  critical  that  these  bones  maintain  a  certain  degree  of  congruence  so  that  the  ankle  mortise  can  maintain  its  hold  on  the  talus.  The  interosseous  membrane  and  distal  tibiofibular  ligaments  stabilize  the  separation.  In  very  high  amplitude  forced  dorsiflexion  events  the  interosseous  membrane  can  be  disrupted,  resulting  in  a  syndesmotic  sprain  (See  pathology  of  the  DTFJ).    

Conversely,  the  talocrural  joint  is  much  less  stable  in  plantar  flexion,  10°  of  plantar  flexion  being  the  open  packed  position  of  the  joint.  In  plantar  flexion,  the  talus  must  glide  anteriorly  and  rolls  posteriorly.  This  reduces  the  approximation  of  the  talus  in  the  mortise  of  the  tibia  and  fibula  since  the  narrower  (posterior)  portion  of  the  talus  is  now  articulating  with  the  mortise  of  the  ankle.  This  instability  coupled  with  the  increased  stability  of  the  inferior  lateral  malleolus  preventing  eversion  has  implications  clinically  as  there  is  a  much  greater  occurrence  of  ankle  sprains  in  the  plantar-­‐flexed,  inverted  position  (See  pathology  of  the  talocrural  joint.)  

Another  unique  feature  of  the  talocrural  joint  is  its  oblique  axis  of  rotation.  Since  the  lateral  malleolus  sits  slightly  inferior  and  posterior  to  the  medial  malleolus,  the  axis  of  rotation  passing  through  the  body  of  the  talus  and  the  tips  of  both  malleoli  sits  at  an  angle.  The  axis  deviates  from  purely  mediolateral  by  approximately  10-­‐25°  in  the  frontal  plane  and  6-­‐15°  in  the  horizontal  plane  (Figure  13).    This  creates  a  unique  set  of  motions  about  the  talocrural  joint,  influencing  motions  of  supination  and  pronation  in  the  foot.  The  motion  

Figure  12.  Facets  of  the  talus  

Page 53: Lower Extremity Arthrology Guide

53

of  dorsiflexion  occurs  in  conjunction  with  slight  abduction  and  eversion  of  the  foot,  and  plantar  flexion  in  conjunction  with  slight  adduction  and  inversion.    This  being  said,  it  should  be  noted  that  the  primary  motions  about  the  talocrural  axis  is  plantar  flexion  and  dorsiflexion,  with  the  eversion  and  inversion  components  being  much  more  prominent  at  the  subtalar  joint.    

The  necessary  range  of  motion  for  functional  gait  is  10°  of  dorsiflexion  and  20°  of  plantar  flexion.    During  gait,  there  is  eccentrically  controlled  plantar  flexion  immediately  after  the  foot  makes  contact  with  the  ground  and  the  foot  must  be  controlled.  The  muscle  bellies  of  the  muscles  that  create  plantar  flexion  of  the  ankle  are  located  on  the  posterior  aspect  of  the  lower  leg  and  knee  and  insert  either  on  the  calcaneus  or  more  distally  on  the  foot.  The  primary  movers  for  ankle  plantar  flexion  are  the  gastrocnemius  muscle,  which  has  a  proximal  attachment  at  the  posterior  aspect  of  the  femoral  condyles,  and  soleus  muscle,  which  has  a  proximal  attachment  on  the  proximal  fibula  and  tibia  (as  noted  on  muscle  table).  These  two  muscles  have  a  common  distal  attachment  of  the  posterior  calcaneus,  affording  them  an  optimal  line  of  pull  into  plantar  flexion.  They  also  have  a  large  cross  sectional  area,  necessary  for  the  strong  concentric  contraction  in  the  push-­‐off  phase  of  gait.  In  push-­‐off,  the  plantar  flexion  of  the  ankle  must  propel  the  leg  off  the  ground  and  forward  into  swing  phase.    

Other  muscles  that  assist  in  plantar  flexion  are  the  plantaris,  tibialis  posterior,  fibularis  longus  and  brevis,  flexor  digitorum  longus  and  flexor  hallucis  longus  muscles.  However,  these  muscles  have  a  less  direct  line  of  pull  and  a  smaller  cross  sectional  area  as  compared  to  the  gastrocnemius  and  soleus  muscles  and  for  that  reason  are  not  considered  primary  movers  of  the  ankle  into  plantar  flexion.  During  plantar  flexion,  the  anterior  capsule  and  anterior  talofibular  ligament  (ATFL)  become  taught,  providing  resistance  to  excessive  motion.  The  achilles  tendon,  which  attaches  the  soleus  and  gastrocnemius  muscle  bellies  to  the  calcaneus,  is  broad  and  thick  to  accommodate  the  large  forces  required  for  the  push  off  phase  of  gait  and  also  to  provide  passive  resistance  to  dorsiflexion.  Other  structures,  such  as  the  calcaneofibular  ligament,  have  similar  passive  tensioning  properties.  

For  dorsiflexion  to  occur  in  open  chain,  the  convex  talus  must  glide  posteriorly  and  roll  anteriorly  in  the  concave  mortise  of  the  ankle.  As  a  result,  any  structure  that  becomes  taut  during  posterior  translation  of  the  talus  will  provide  passive  tension  against  dorsiflexion,  creating  an  additional  degree  of  stability  to  the  position  of  dorsiflexion.  This  includes  the  gastrocnemius  and  soleus  muscles  and  the  achilles  tendon.    

Dorsiflexion  is  achieved  by  primarily  the  tibialis  anterior  muscle,  and  is  assisted  by  the  extensor  digitorum  longus  and  extensor  hallucis  longus  muscles.  The  greatest  degree  of  dorsiflexion  occurs  during  stance  phase  of  gait,  where  the  concave  mortise  of  the  tibia  and  fibula  must  move  anteriorly  over  a  stabilized,  convex  talus  in  a  closed  chain  fashion.  In  this  orientation,  the  mortise  must  both  glide  and  roll  anteriorly.    At  the  maximum  point  of  

Figure  13.  Axis  of  rotation  of  the  talocrural  joint    

 

Page 54: Lower Extremity Arthrology Guide

54

dorsiflexion,  stability  is  key  in  order  to  accept  compressive  forces  during  the  push  off  phase  of  gait,  which  can  amount  to  over  four  times  body  weight.        Table  7.  Ligaments  of  the  Talocrural  Joint  

Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  

Medial  Ligaments  of  the  Ankle  Posterior  tibiotalar  (Deltoid  ligament)  

From  medial  malleolus  to  medial  tubercle  of  talus  

Anterior  tibiotalar  (Deltoid  ligament)  

From  medial  malleolus  to  medial  talar  surface  

Tibiocalcaneal  (Deltoid  ligament)  

From  medial  malleolus  to  sustentaculum  tali  

Tibionavicular  (Deltoid  ligament)  

From  medial  malleolus  to  navicular  tuberosity  and  plantar  calcaneonavicular  ligament  

Stabilizes  joint  &  limits  talar  abduction  

Resists  eversion  of  the  ankle  

Lateral  Ligaments  of  the  Ankle  Posterior  talofibular   From  lateral  malleolus  

to  the  posterior  tubercle  of  the  talus    

Calcaneofibular   From  lateral  malleolus  to  tubercle  of  lateral  calcaneus    

Anterior  talofibular   From  lateral  malleolus  to  posterior  tubercle  of  the  talus    

Stabilize  joint  &  limits  talar  adduction  

Resists  inversion  of  the  ankle  

 Common  Pathology  of  the  Talocrural  Joint  Inversion  Ankle  Sprains  

The  anterior  talofibular  ligament  (ATFL)  is  the  most  frequently  injured  ligament  in  the  body.  When  fibers  of  a  ligament  of  the  ankle  are  torn  it  is  known  as  an  ankle  sprain.  The  ATFL  is  usually  the  first  of  the  lateral  ankle  ligaments  to  be  injured  during  forcible  inversion  of  the  plantar  flexed,  weight  bearing  foot  (Figure  14).  Sprains  of  the  ankle  are  almost  always  in  the  inversion  direction,  due  to  the  strong,  broad  deltoid  ligament  on  the  medial  side  of  the  ankle  coupled  with  the  distally  projecting  lateral  malleolus,  which  both  limit  eversion.  The  joint  is  also  more  vulnerable  in  plantar  flexion,  which  is  the  open  

Figure  14.  Inversion  ankle  sprain    

 

Page 55: Lower Extremity Arthrology Guide

55

packed  position  and  allows  for  more  mobility  and  less  stability.    Other  lateral  ligaments  involved  in  inversion  sprains  are  the  calcaneofibular  ligament  

(CFL)  and  the  posterior  talofibular  ligament  (PTFL).  The  ATFL  may  tear  completely,  resulting  in  chronic  instability  of  the  ankle  joint.  In  severe  sprains,  the  CFL  is  also  torn,  followed  by  the  PTFL.     Inversion  ankle  sprains  have  a  high  incidence  in  sports  that  require  running  and  jumping.  They  often  result  from  landing  from  a  jump  onto  another  player’s  foot,  resulting  in  rolling  into  inversion.  Basketball  is  particularly  notorious  for  ankle  sprains,  with  70-­‐80%  of  players  having  had  at  least  one  ankle  sprain.     This  is  clinically  significant  because  patients  who  have  a  history  of  ankle  sprains  have  an  increased  likelihood  of  subsequent  sprains,  according  to  Smith  and  Reischel  in  1986,  as  well  as  long  lasting  strength  and  balance  deficits  according  to  Lin  et  al  in  2010.      

Page 56: Lower Extremity Arthrology Guide

56

The  Subtalar  Joint    The  subtalar  joint  refers  to  the  articulation  between  the  talus  and  the  calcaneus.  There  are  three  articulations  between  these  two  bones,  allowing  for  the  triplanar  motions  of  supination  and  pronation.  Since  there  is  appreciable  side-­‐to-­‐side  and  rotary  motion  at  this  joint,  the  foot  is  able  to  move  independent  of  the  ankle  or  leg.  This  allows  the  weight  bearing  subtalar  joint  to  act  as  a  buffer  for  rotational  forces  transmitted  by  the  body  weight  while  keeping  the  foot  stabilized  on  the  ground,  and  makes  it  possible  to  perform  functional  tasks  such  as  walking  on  uneven  terrain,  balancing,  quickly  changing  directions,  or  standing  with  feet  wide  apart.      Blood  supply  to  the  subtalar  joint  comes  from  the  posterior  tibial  artery  and  fibular  arteries.  The  posterior  tibial  nerve,  the  medial  plantar  nerve,  and  the  sural  nerves  give  nerve  supply  to  the  subtalar  joint.      Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o Epidermis  o Dermis  o Hypodermis  

• Superficial  fascia  • Subcutaneous  tissue  

o Superficial  neurovascular  supply  o Loose  connective  tissue  

• Bursa  o Subcutaneous  calcaneal  burse  

• Retinaculum  o Flexor  retinaculum  o Inferior  extensor  retinaculum  

• Tendons  and  sheaths  o Anterior  

! Fibularis  tertius  tendon  ! Extensor  digitorum  longus  tendon  ! Extensor  hallucis  longus  tendon  ! Tibialis  anterior  tendon  

o Medial  ! Tibialis  posterior  tendon  ! Flexor  digitorum  longus  tendon  ! Flexor  hallucis  longus  tendon  

o Posterior  ! Calcaneal  tendon  

• Joint  capsule  • Neurovascular  supply  

o Posterior  tibial  artery  and  fibular  arteries    o Posterior  tibial  nerve,  medial  plantar  nerve,  and  sural  nerves  

• Ligaments  

Page 57: Lower Extremity Arthrology Guide

57

o Lateral  talocalcaneal  ligament    o Calcaneofibular  o Interosseous  talocalcaneal  ligament    o Cervical  ligament  

• Bones  o Talus  o Calcaneus  

 Table  8.  Joint  Motions  at  the  Subtalar  Joint  

 Biomechanics  of  the  Subtalar  Joint  

The  large,  complex  articular  structure  of  the  subtalar  joint  has  unique  impacts  on  the  function  of  the  subtalar  joint.    The  articular  surface  consists  of  three  sets  of  facets  that  articulate  between  the  inferior  talus  and  the  superior  calcaneus,  consisting  of  posterior  facets,  middle  facets,  and  anterior  facets,  one  of  each  on  the  talus  and  one  of  each  on  the  calcaneus.    The  posterior  facets  are  the  largest  articulation,  covering  70%  of  total  articular  surface  area,  and  50-­‐75%  of  weight  bearing  is  through  this  joint.    The  posterior  facet  of  talus  is  concave,  and  the  posterior  facet  of  calcaneus  is  largely  convex  with  slight  concavity  posteriorly  (Figure  15).  It  is  held  tightly  in  place  by  this  interlocking  concave/convex  relationship,  as  well  as  ligaments,  the  forces  of  body  weight,  and  activated  muscles  surrounding  the  ankle  joint.           The  middle  facets  and  anterior  facets  are  significantly  small  in  comparison  with  the  posterior  facet.  The  anterior  and  middle  facets  of  the  calcaneus  are  very  mildly  concave  on  the  calcaneus  and  convex  on  the  talus.  The  middle  facet  on  the  superior  surface  of  calcaneus  is  just  anterior  to  the  sustentaculum  tali,  a  bony  outcropping  on  the  calcaneus  under  which  the  flexor  hallucis  longus  tendon  courses.  The  tarsal  canal  is  a  funnel-­‐shaped  bony  tunnel  that  runs  obliquely  in  the  inferior  talus  and  superior  calcaneus.  It  separates  the  posterior  facets  from  the  anterior  and  middle  facets  into  two  separate  joint  cavities.  It’s  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  Inversion  of  the  ankle  

Tibialis  posterior   Tibialis  anterior  

Eversion  of  the  ankle    

Fibularis  longus,  Fibularis  brevis  

Fibularis  tertius  

Figure  15.  Joint  surfaces  of  the  subtalar  joint  

Page 58: Lower Extremity Arthrology Guide

58

large  end  is  known  as  the  sinus  tarsi,  which  is  located  just  anterior  to  the  lateral  malleolus,  and  the  small  end  is  posterior  and  below  the  medial  malleolus,  above  sustentaculum  tali.    

Even  though  all  three  articulations  all  contribute  to  motion  at  the  subtalar  joint,  the  posterior  facet  has  significantly  more  motion  and  as  a  result  is  the  primary  focus  clinically  in  regards  to  increasing  rearfoot  mobility  via  mobilizations.  

The  ligamentous  structures  of  the  subtalar  joint  are  located  both  intrinsically  between  the  calcaneus  and  the  talus  as  well  as  extrinsically  surrounding  the  ankle  complex  (Figure  16).  As  a  result  the  subtalar  joint  is  largely  supported  and  rarely  dislocates.    The  intrinsic  ligaments  of  the  joint  occur  within  the  tarsal  sinus  and  are  recognized  as  primary  stabilizers  of  the  joint,  further  supported  by  extrinsic  ligaments  of  the  ankle  region.     The  interosseous  talocalcaneal  and  cervical  ligaments  attach  directly  between  the  talus  and  calcaneus,  both  providing  stability  by  limiting  motion  in  all  directions,  especially  inversion  (See  ligaments  of  the  subtalar  joint).  There  is  also  a  lateral  talocalcaneal  ligament,  but  it  is  not  always  present.  The  interosseous  ligament  is  more  medial  in  the  canal.  The  cervical  is  the  strongest  of  the  intrinsic  ligaments  of  the  subtalar  joint.  It  is  in  the  anterior  portion  of  the  tarsal  sinus,  where  it  joins  the  neck  of  the  talus  to  the  neck  of  the  calcaneus  (hence  the  name,  “cervical”).    

External  ligaments  of  the  ankle  do  not  attach  directly  between  the  talus  and  calcaneus,  but  are  relevant  in  that  they  limit  the  motions  of  inversion  and  eversion  that  occur  mainly  at  the  subtalar  joint.  The  lateral  ligaments  that  prevent  inversion  are  the  anterior  talofibular  ligament,  the  posterior  talofibular  ligament,  and  the  calcaneofibular  ligament  (Figure  17).  The  strong,  broad  deltoid  ligament  limits  eversion.    

The  range  of  motion  (ROM)  

at  the  subtalar  joint  varies  depending  on  whether  it  is  active  or  passive.  Inversion  is  usually  almost  double  that  for  eversion  during  active  ROM,  and  is  3:1  inversion  to  eversion  in  passive  ROM.  The  reasons  for  the  much  larger  range  into  inversion  is  due  to  the  distally  projecting  lateral  malleolus  and  the  strong,  broad  deltoid  ligament  medially,  which  act  on  both  sides  of  the  joint  to  limit  calcaneal  eversion.  In  comparison,  the  lateral  ligaments  of  the  ankle  are  smaller  and  cover  much  less  surface  area  in  comparison  to  the  deltoid  ligament.    

Figure  18.  Axis  of  rotation  about  the  subtalar  joint  

Figure  16.  Ligaments  of  subtalar  joint  

Figure  17.  Ligaments  of  lateral  ankle  

Page 59: Lower Extremity Arthrology Guide

59

 The  arthrokinematics  of  the  subtalar  joint  involves  the  sliding  motion  among  three  sets  

of  facets.  This  creates  a  curvilinear  arc  of  movement  about  an  oblique  axis.    The  axis  of  rotation  begins  from  the  lateral-­‐posterior  heel,  and  travels  superiorly,  

medially  and  anteriorly  through  the  subtalar  joint  (Figure  18).  The  axis  is  42°from  horizontal  plane  and  16°  from  the  sagittal  plane.  The  alternating  convex-­‐concave  facets  create  a  screw-­‐like,  rotatory  motion  at  the  subtalar  joint.  This  allows  for  the  triplanar  motions  of  supination  and  pronation  to  occur  in  an  arc  about  this  axis  (Figure  19).  This  joint  is  interesting  in  that  since  the  concave  surface  of  the  talus  moves  on  the  convex  posterior  facet  of  the  talus,  one  would  expect  it  to  glide  in  the  same  direction  as  it  is  rolling  (this  is  what  one  would  theoretically  expect  in  a  concave  moving  on  convex  relationship).  However,  if  this  were  to  happen  it  would  counteract  the  action  one  would  expect  of  the  mildly  convex  anterior  and  middle  facets  of  the  talus  moving  on  the  mildly  concave  surface  of  the  calcaneus,  which  would  be  to  roll  and  glide  in  opposite  directions  (a  convex  surface  moving  on  a  concave  surface).  This  results  in  a  twisting  motion  that  requires  the  facets  to  move  simultaneously  in  opposite  motions  across  their  articular  surfaces.  

Therefore,  the  triplanar  motions  involved  in  supination  and  pronation  cannot  occur  individually  but  must  occur  in  concordance  with  one  another  as  the  talus  (or  calcaneus  in  non-­‐weight  bearing)  twists  across  the  three  articular  surfaces.  

The  motions  of  supination  are  adduction,  plantar  flexion  and  inversion.  The  motions  of  pronation  are  abduction,  dorsiflexion  and  eversion.  Adduction/abduction  and  inversion/  eversion  are  most  prevalent  at  the  subtalar  joint,  whereas  dorsiflexion  and  plantar  flexion  at  the  subtalar  joint  is  very  slight  and  usually  ignored  clinically.  In  supination,  the  subtalar  joint  surfaces  are  held  tightly  together  by  ligamentous  tension  in  their  close  packed  position.  During  gait,  the  foot  is  supinated  as  it  pushes  off  to  provide  a  rigid  lever  with  which  to  transmit  maximal  force.  However,  this  supination  rapidly  changes  to  pronation  when  the  foot  hits  the  ground,  allowing  for  shock  absorption.  This  alternating  between  supination  and  pronation  is  important  for  proper  force  delivery  and  shock  absorption  during  gait.  

  The  pitch  of  the  oblique  axis  of  rotation  can  explain  the  motions  prevalent  at  the  subtalar  joint.  Since  the  axis  is  42°  from  the  horizontal  plane  and  16°  from  the  sagittal,  it  has  both  anterior  to  posterior  and  superior  to  inferior  directionality,  but  minimal  medial  to  lateral  directionality  (Figure  20).  This  creates  motion  in  a  combination  of  the  frontal  and  transverse  planes,  with  little  motion  in  the  sagittal  plane.  What  manifests  as  a  result  is  a  combination  of  abduction  and  eversion  or  adduction  and  inversion,  with  

Figure  19.  Pronation  and  supination  about  the  oblique  axis  of  rotation.  Posterior  view  of  right  foot.  

Figure  20.  Pitch  of  oblique  axis  of  rotation  of  the  subtalar  joint  in  the  horizontal  (left)  and  sagittal  (right)  planes

Page 60: Lower Extremity Arthrology Guide

60

minimal  dorsiflexion  and  plantar  flexion  contribution.  Since  the  subtalar  joint  is  weight  bearing,  let  us  consider  the  effects  of  open  kinetic  

chain  and  closed  kinetic  chain  motion  and  how  it  affects  motion  at  this  joint.  Motion  in  open  chain  is  relatively  simple,  with  the  calcaneus  moving  about  the  oblique  axis  in  relation  to  a  talus  stabilized  in  the  talocrural  mortise.    

Motion  in  closed  chain  is  more  complex;  the  calcaneus  is  immobile  due  to  the  load  of  body  weight.    Consequently,  pronation  and  supination  occur  by  rotation  in  the  transverse  plane  of  the  talus  and,  since  the  talocrural  joint  can  only  accommodate  dorsiflexion  and  plantar  flexion,  the  rotatory  component  is  transmitted  up  the  tibia.  As  a  result,  when  supination  occurs  in  weight  bearing,  the  inversion  moment  of  the  calcaneus  under  the  talus  results  in  external  rotation  of  the  leg  (Figure  21).  Without  the  rotation  of  the  subtalar  joint,  the  foot  would  spin  on  the  ground  or  there  would  be  damage  to  the  mortise  of  the  talocrural  joint.  As  the  foot  is  pronated  in  weight  bearing,  the  motion  of  the  talus  will  cause  a  medial  rotation  of  the  tibia,  since  the  calcaneal  eversion  moment  is  coupled  with  internal  rotation  of  the  tibia  (Figure  21).  One  can  infer  that  these  resulting  rotational  forces  will  have  implications  at  both  the  knee  and  hip  joints.      Table  9.  Ligaments  of  the  Subtalar  Joint  

Ligament   Attachments   Function   Associated  Constraints  

Calcaneofibular  ligament  

From  lateral  malleolus  to  tubercle  of  lateral  calcaneus    

Lateral  talocalcaneal  ligament  

From  the  lateral  process  of  the  talus  to  the  lateral  calcaneus  

Stabilizes  subtalar  joint  

Resist  inversion  of  the  ankle  

Interosseous  talocalcaneal  ligament  

From  the  calcaneal  sulcus  to  the  talar  sulcus  

Limit  all  excessive  motions,  mainly  inversion    

Resists  supination  and  inversion  of  the  ankle  

Cervical  ligament   From  the  anterior  sinus  tarsi  to  the  inferior  and  medial  neck  of  the  talus  

Limit  all  excessive  motions,  mainly  inversion    

Resists  supination  of  the  subtalar  joint  

Tibiocalcaneal  (Deltoid  ligament)  

From  medial  malleolus  to  sustentaculum  tali  

Stabilizes  joint  &  limits  talar  abduction  

Resist  eversion  of  the  ankle  

       

Figure  21.  Closed  kinetic  chain  motions  of  the  subtalar  joint  

Page 61: Lower Extremity Arthrology Guide

61

Common  Pathology  of  the  Subtalar  Joint  Clubfoot  

Clubfoot  is  a  congenital  condition  in  which  the  foot  is  held  in  an  abnormal,  twisted  position.  There  are  multiple  types  of  clubfoot,  and  it  can  occur  due  to  neurological  or  musculoskeletal  causes.       In  talipes  equinovarus  (clubfoot),  the  foot  is  in  an  inverted,  plantar  flexed  position,  with  the  forefoot  adducted  and  curved  medially    (Figure  22).  The  calcaneus  is  

small  and  in  the  varus  position.  The  incidence  is  1-­‐2/1000  live  births  and  affects  males  more  often  than  females,  and  in  half  of  the  cases  there  are  bilateral  malformations.  There  is  also  calf  atrophy  and  the  anterior  tibial  artery  and  dorsalis  pedis  are  often  absent  or  small.  The  affected  foot  exhibits  shortness  and  tightness  of  surrounding  musculature,  tendons  and  ligaments,  and  also  in  the  posterior  foot  and  ankle  and  medial  joint  capsule.    With  this  pathology,  one  cannot  put  the  foot  flat  on  the  floor.  Rather,  they  must  walk  on  the  lateral  surface  of  the  foot,  which  is  painful.  The  most  common  and  effective  treatment  is  currently  

the  Ponseti  method  (Figure  23),  which  involves  a  series  of  casts  to  realign  the  tissue,  followed  by  bracing.    

Tarsal  Tunnel  Syndrome  Tarsal  tunnel  syndrome  is  caused  by  compression  and  

irritation  of  the  tibial  nerve  as  it  passes  around  the  talus  (Figure  24).  The  symptoms  mirror  that  of  carpal  tunnel  syndrome  in  the  wrist  and  hand  with  numbness  and  tingling  and  often  pain.  Due  

to  the  vague  nature  of  symptoms,  this  syndrome  is  often  misdiagnosed  as  other  foot  and  ankle  pathologies.  According  to  Hudes  in  2010,  it  is  unclear  what  causes  tarsal  tunnel  but  those  who  overpronate  or  have  a  history  of  ankle  sprains  are  more  likely  to  develop  this  syndrome  due  to  stressed  on  the  medial  aspect  of  the  ankle.  If  left  untreated,  tarsal  tunnel  can  lead  to  permanent  nerve  damage  and  

loss  of  sensation.

Figure  22.  Talipes  equinovarus  presentation  

 

Figure  24.  Tarsal  tunnel  location  

 

Figure  23.  Ponseti  method  of  serial  casting  

Page 62: Lower Extremity Arthrology Guide

62

Introduction  to  the  Foot       The  ankle  and  foot  complex  is  comparable  to  the  

wrist  and  hand  complex  of  the  upper  extremity.    While  the  foot  structure  is  remarkable  in  that  it  can  bear  the  weight  of  a  human  being,  what  truly  makes  the  foot  extraordinary  is  its  ability  to  provide  mobility  as  well  as  stability.    The  foot  works  with  the  ankle  to  produce  stability  in  weight-­‐bearing  by  providing  a  stable  base  of  support  and  creating  a  rigid  lever  for  the  push-­‐off  stage  in  bipedal  gait.    On  the  other  hand,  the  foot  can  reduce  or  redirect  forces  imposed  by  proximal  lower  extremity  joints,  absorb  weight-­‐bearing  forces,  and  adapt  its  structure  to  conform  to  uneven  surfaces.  

  All  of  these  amazing  feats  are  accomplished  by  a  total  of  25  joint  articulations  and  over  28  bones  (Figure  1).    For  the  purposes  of  this  guide,  the  ankle  complex  will  consist  of  the  following  joints:  the  proximal  and  distal  tibiofibular  joints,  the  talocrural  joint,  and  the  subtalar  joint.    The  foot  will  consist  of  the  transverse  tarsal  joint,  the  distal  intertarsal  joint,  the  intercuneiform  and  cuneocuboid  complex,  the  five  tarsometatarsal  joints,  the  five  metatarsophalangeal  joints,  the  four  intermetatarsal  joints,  and  the  nine  interphalangeal  joints.    The  foot  can  be  divided  into  three  distinct  regions:  hindfoot,  midfoot,  and  forefoot.    The  hindfoot  is  composed  of  the  talus  and  calcaneus;  the  midfoot  is  composed  of  the  navicular,  cuboid,  and  three  cuneiform  bones;  the  forefoot  is  composed  of  the  metatarsals  and  the  phalanges.  

  The  foot  receives  blood  from  the  dorsal  artery  of  the  foot  and  its  tributaries  on  the  dorsal  surface  and  the  posterior  tibial  artery  and  its  tributaries  on  the  plantar  surface.    The  blood  supply  to  specific  joints  will  be  discussed  later  in  this  section.    Branches  of  the  sciatic  nerve  innervate  the  foot.    The  sciatic  nerve  arises  from  the  ventral  root  of  spinal  segments  L4-­‐L5.    The  tibial  branch  of  the  sciatic  nerve  and  its  branches  innervate  the  plantar  surface  of  the  foot:  the  medial  and  lateral  plantar  nerves.    The  deep  fibular  branch  of  the  common  fibular  nerve  innervates  the  dorsal  surface  of  the  foot.    Specific  innervations  for  each  joint  will  be  discussed  later  in  this  guide.    Muscles  Acting  on  the  Foot  The  musculature  acting  on  the  foot  is  commonly  broken  into  extrinsic  muscles  and  intrinsic  muscles.  The  extrinsic  muscles  have  origins  outside  of  the  foot  but  play  a  role  in  joint  motion  at  the  foot.  These  muscles  are  shown  in  the  muscle  table  of  the  ankle  joint.  The  intrinsic  muscles  of  the  foot  originate  and  insert  in  the  foot,  causing  motion  solely  at  the  joints  of  the  foot,  shown  below.              

Figure  1.  Bones  of  the  foot  

 

Page 63: Lower Extremity Arthrology Guide

63

Table  1.  Intrinsic  Muscles  of  the  Foot  

Muscle   Proximal  Attachment  

Distal  Attachment  

Segmental  Innervation  

Peripheral  Innervation  

1st  Layer  

Abductor  Hallucis  

Medial  tubercle  of  the  calcaneal  tuberosity;  flexor  retinaculum;  plantar  aponeurosis  

Medial  aspect  of  the  base  of  the  proximal  phalanx  of  the  1st  digit  

S2,  S3   Medial  Plantar  Nerve  

Flexor  Digitorum  Brevis  

Medial  tubercle  of  the  calcaneal  tuberosity;  plantar  aponeurosis;  intermuscular  septa  

Both  sides  of  the  middle  phalanges  of  the  lateral  four  digits  

S2,  S3   Medial  Plantar  Nerve  

Abductor  Digiti  Minimi  

Medial  and  lateral  tubercles  of  the  calcaneal  tuberosity;  plantar  aponeurosis;  intermuscular  septa  

Lateral  aspect  of  the  base  of  the  proximal  phalanx  of  the  5th  digit  

S2,  S3   Lateral  Plantar  Nerve  

2nd  Layer  

Quadratus  Plantae  

Medial  surface  and  lateral  margin  of  the  plantar  surface  of  the  calcaneus  

Posterolateral  margin  of  the  tendon  of  flexor  digitorum  longus  

S2,  S3   Lateral  Plantar  Nerve  

S2,  S3  Medial  one:  Medial  Plantar  Nerve  Lumbricals   Tendons  of  flexor  

digitorum  longus  

Medial  aspect  of  the  expansion  over  the  lateral  four  digits   S2,  S3  

Lateral  three:  Lateral  Plantar  Nerve  

3rd  Layer  

Flexor  Hallucis  Brevis  

Plantar  surfaces  of  the  cuboid  and  lateral  cuneiform  

Both  sides  of  the  base  of  the  proximal  phalanx  of  the  1st  digit  

S2,  S3   Medial  Plantar  Nerve  

Oblique  head;  bases  of  metatarsals  2-­‐4  

Adductor  Hallucis  

Transverse  head;  plantar  ligaments  of  metatarsophalangeal  joints  

Lateral  aspect  of  the  base  of  the  proximal  phalanx  of  1st  digit  

S2,  S3  Deep  branch  of  Lateral  Plantar  Nerve  

Flexor  Digiti  Minimi  Brevis  

Base  of  5th  metatarsal  Base  of  the  proximal  phalanx  of  5th  digit  

S2,  S3  Superficial  branch  of  Lateral  Plantar  Nerve  

4th  Layer  

Page 64: Lower Extremity Arthrology Guide

64

Plantar  Interossei  (3)  

Bases  and  medial  aspects  of  the  3rd  –  5th  metatarsals  

Medial  aspect  of  bases  of  the  phalanges  of  3rd-­‐5th  digits  

S2,  S3   Lateral  Plantar  Nerve  

1st:  medial  aspect  of  the  proximal  end  of  phalanx  of  2nd  digit  Dorsal  

Interossei  (4)  Sides  of  the  1st  –  5th  metatarsals  

2nd  –  4th:  lateral  aspects  of  2nd  –  4th  digits  

S2,  S3   Lateral  Plantar  Nerve  

Dorsum  of  the  Foot  Extensor  Digitorum  Brevis  

Long  extensor  tendons  of  the  2nd  –  4th  medial  digits  

Extensor  Hallucis  Brevis  

Calcaneus;  interosseous  talocalcaneal  ligament;  inferior  extensor  retinaculum  

Dorsal  aspect  of  the  base  of  the  proximal  phalanx  of  the  1st  digit  

L5  or  S1,  or  L5  and  S1  

Deep  Fibular  Nerve  

 

Page 65: Lower Extremity Arthrology Guide

65

The  Transverse  Tarsal  Joints:  Talonavicular  and  Calcaneocuboid      The  transverse  tarsal  joint  (Figure  2),  also  referred  to  as  the  

midtarsal  joint,  involves  two  separate  articulations.    The  talonavicular  joint  makes  up  the  medial  articulation,  while  the  calcaneocuboid  joint  makes  up  the  lateral  articulation.    Together  these  joints  form  an  S-­‐shaped  joint  line  that  demarcates  the  midfoot  and  forefoot  from  the  hindfoot.    The  image  to  the  right  depicts  this  relationship.    Both  the  talonavicular  joint  and  the  calcaneocuboid  joint  are  synovial  joints  and  the  biomechanics  of  these  articulations  allow  for  the  transverse  tarsal  joint  to  move  in  the  transverse  plane  to  produce  inversion  and  eversion  of  the  midfoot.      Talonavicular  Joint     The  talonavicular  joint  can  be  considered  a  ball  and  socket  joint  based  on  some  of  its  structural  relationships.    The  convex  head  of  the  talus  creates  the  proximal  aspect  of  the  talonavicular  joint,  while  the  concave,  posterior  aspect  of  the  navicular  makes  up  the  distal  portion.    These  joint  surfaces,  as  well  as  the  articulation  of  the  inferior  talus  with  the  anterior  and  medial  facets  of  the  calcaneus,  are  surrounded  by  one  joint  capsule.    The  capsule  itself  is  maintained  or  reinforced  by  a  series  of  ligaments.    The  dorsal  talonavicular  ligament  provides  support  dorsally.    The  interosseous  ligament  provides  support  posteriorly.  The  bifurcated  ligament  supports  the  joint  laterally.    Finally,  the  deltoid  ligament  reinforces  the  capsule  medially.          Calcaneocuboid  Joint     The  calcaneocuboid  joint  has  less  of  an  ability  to  move  than  the  talonavicular  joint  because  of  its  joint  surfaces.    The  articulation  is  created  by  the  anterior  surface  of  the  calcaneus  proximally  and  the  posterior  surface  of  the  cuboid  distally.    Every  articular  surface  of  the  calcaneocuboid  has  a  concave  and  convex  configuration  and  thus  forms,  as  Neumann  put  it,  an  interlocking  wedge  that  resists  sliding  and  provides  stability  to  the  lateral  column  of  the  foot.    The  calcaneocuboid  is  also  a  synovial  joint  surrounded  by  a  capsule.    A  separate  set  of  ligaments  reinforces  this  joint.    The  bifurcated  ligament  supports  the  capsule  distally.    The  long  and  short  plantar  ligaments  support  the  plantar  side  of  the  capsule.    Finally,  the  dorsal  calcaneocuboid  ligament  reinforces  the  capsule  dorsal-­‐laterally.     The  transverse  tarsal  joint  receives  its  blood  supply  from  the  medial  and  lateral  plantar  arteries  that  originate  from  the  posterior  tibial  artery  (Figure  3).    These  joints  are  innervated  by  the  medial  and  lateral  plantar  

Figure  2.  Transverse  tarsal  joint  

Figure  3.  Blood  supply  

Page 66: Lower Extremity Arthrology Guide

66

nerves,  which  are  branches  of  the  tibial  nerve,  originating  from  the  sciatic  nerve.    They  also  receive  innervation  from  the  deep  fibular  nerve  on  the  dorsal  aspect.    Tissue  Layers  from  Superficial  to  Deep  

• Integumentary  o Epidermis  o Dermis  o Hypodermis  

• Superficial  Fascia  o Subcutaneous  Tissue    

! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Dorsal  Fascia  o Inferior  Extensor  Retinaculum  

• Dorsal  Muscles  o Dorsum  of  the  Foot    

! Tendon  of  Tibialis  Anterior  ! Tendon  of  Extensor  Hallucis  Longus  ! Extensor  Hallucis  Brevis  Muscle  ! Tendons  of  Extensor  Digitorum  Longus  ! Extensor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Tendon  of  Fibularis  Tertius  ! Tendon  of  Fibularis  Brevis  

• Neurovasculature  o Deep  Fibular  Nerve  o Dorsalis  Pedis  

• Ligaments  o Deltoid  Ligament  o Dorsal  Talonavicular  Ligament  o Bifurcate  Ligament  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Bones  o Talus  o Navicular  o Cuboid  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Ligaments  o Long  and  Short  Plantar  Ligaments  o Plantar  Calcaneocuboid  Ligament  

Page 67: Lower Extremity Arthrology Guide

67

o Plant  Cuboideonavicular  Ligament  • Neurovasculature  

o Medial  Plantar  Nerve  o Lateral  Plantar  Nerve  o Medial  Plantar  Artery  o Lateral  Plantar  Artery  

• Plantar  Muscles  o First  Layer    

! Abductor  Hallucis  Muscle  ! Flexor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Abductor  Digiti  Minimi  Muscle  

o Second  Layer  ! Quadratus  Plantae  Muscle  

o Third  Layer  o Fourth  Layer  

• Plantar  Fascia  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Hypodermis  • Dermis  • Epidermis  

 Table  2.  Joint  Motions  at  Talonavicular  and  Calcaneocuboid  Joints  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Inversion   Tibialis  Posterior  Tibialis  Anterior  

Extensor  Hallucis  Longus  Flexor  Digitorum  Longus  Flexor  Hallucis  Longus  

Eversion  Fibularis  Longus  Fibularis  Brevis    

Extensor  Digitorum  Longus  Fibularis  Tertius  

 Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Talonavicular  Joint     The  two  transverse  tarsal  joints  (the  lateral  will  be  described  in  more  detail  later)  move  in  synergy.  In  an  open  kinetic  chain  position,  these  joints,  together  with  the  subtalar  joint,  move  to  create  the  combined  motions  called  supination  and  pronation.  Both  of  these  motions  can  occur  in  a  closed  kinetic  chain  position  as  well  where  the  subtalar  joint  is  fixed.  These  unique  movements  are  made  up  of  three  other,  smaller,  contributing  movements  that  happen  together  to  create  the  aforementioned  combined  motions.  One  other  important  piece  of  information  is  that  the  ability  of  this  joint  to  stabilize  the  mid-­‐foot  depends  upon  the  relative  position  of  the  subtalar  joint.  Thus,  dysfunction  of  the  subtalar  joint  affects  the  biomechanical  efficiency  of  the  transverse  tarsal  joints.  

Page 68: Lower Extremity Arthrology Guide

68

  For  supination  (Figure  4),  adduction  and  plantar  flexion  occur  at  these  joints  about  the  oblique  axis  (described  below)  while  inversion  occurs  about  the  longitudinal  axis  (also  described  below).  In  the  other  direction,  pronation  (Figure  5)  is  made  up  of  dorsiflexion  and  abduction  about  the  oblique  axis,  and  eversion  about  the  longitudinal  axis.  Each  of  these  motions  may,  to  some  small  degree,  occur  by  themselves  at  the  transverse  tarsal  joints,  but  are  more  likely  to  occur  together.  In  open  kinetic  chain  scenarios,  the  arthrokinematic  motions  occurring  at  this  joint  will  happen  in  the  same  direction  since  the  concave  navicular  will  be  moving  on  the  convex  talus.  When  closed  chain  situations  arise,  the  same  arthrokinematic  motions  will  move  in  the  opposite  direction,  with  the  convex  talus  moving  on  the  fixed,  concave  navicular.  The  ability  for  this  joint  to  move  about  these  axes  and  in  three  different  directions  is  a  crucial  part  of  gait.  It  gives  

the  foot  the  ability  to  adapt  to  uneven  terrain,  providing  the  most  biomechanically  advantageous  position  for  the  foot  to  distribute  the  forces  transmitted  through  it,  and  prepare  for  stability  through  the  stance  phases  of  gait  ending  with  push-­‐off  (rapid  ankle  plantar  flexion).  Since  the  motions  of  plantar  flexion  and  dorsiflexion,  eversion  and  inversion,  and  abduction  and  adduction  are  so  difficult  to  isolate  at  this  joint,  it  is  hard  to  measure  the  exact  degree  or  normative  values  for  range  of  motion.  However,  there  should  be  about  twice  as  much  supination  range  of  motion  available  than  pronation  range  of  motion.  This  is  similar  to  the  motion  available  at  the  subtalar  joint  where  20-­‐25  degrees  of  inversion,  and  10-­‐15  degrees  of  eversion,  are  available.  Pronation  will  be  primarily  accomplished  with  the  contraction  of  the  fibularis  longus  muscle  due  to  its  cross-­‐sectional  area  and  line  of  pull.  The  fibularis  brevis  and  tertius  muscles  will  each  

contribute  to  this  combined  motion,  but  play  smaller  roles.  Supination,  on  the  other  hand,  calls  upon  the  tibialis  posterior  with  its  optimal  cross-­‐sectional  area  and  line  of  pull.  It  is  aided  by  the  tibialis  anterior,  flexor  digitorum  longus,  and  triceps  surae  to  smaller  degrees.      Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     The  convex  talar  head,  plantar  calcaneonavicular  ligament,  and  concave  proximal  navicular  articulate  to  form  a  ball-­‐and-­‐socket  joint.  The  support  of  the  plantar  calcaneonavicular  ligament,  also  commonly  known  as  the  spring  ligament,  is  crucial  for  the  integrity  of  this  joint  by  maintaining  the  position  of  the  talar  head  in  weight  bearing.  It  lies  along  the  plantar  and  medial  aspects  of  the  joint.    

Figure  6.  Transverse  tarsal  axes  of  motion  

Figure  4.  Supination

Figure  5.  Pronation

Page 69: Lower Extremity Arthrology Guide

69

  There  is  also  a  joint  capsule  of  uneven  shape  surrounding  the  talonavicular  joint.  This  capsule  receives  reinforcement  posteriorly,  dorsally,  laterally,  and  medially  from  the  subtalar  interosseous  ligament,  dorsal  talonavicular  ligament,  the  calcaneonavicular  fibers  of  the  bifurcated  ligament,  and  the  anterior  (or  tibionavicular)  fibers  of  the  deltoid  ligament  respectively.  There  are  two  planes  of  motion  that  are  unique  to  the  medial  and  lateral  transverse  tarsal  joints.  Eversion  and  inversion  occur  about  the  longitudinal  axis  (Figure  6).  About  the  oblique  axis,  combined  movements  of  abduction  and  dorsiflexion,  and  adduction  and  plantar  flexion  happen  when  movement  occurs  in  the  opposite  direction.    Table  3.  Ligaments  of  the  Talonavicular  Joint  (Figure  7)  

Ligament   Attachments   Function  

Plantar  calcaneonavicular  or  “Spring”  

Talar  shelf  to  the  inferior  margin  of  the  posterior  articular  surface  of  the  navicular  

Supports  the  head  of  the  talus,  transfers  weight  from  the  talus,  and  helps  maintain  the  longitudinal  arch  of  the  foot  

Dorsal  Talonavicular  

From  the  anterior  surface  of  the  talus  to  the  superior  and  anterolateral  surface  of  the  navicular  

Helps  maintain  the  navicular  in  its  position  superiorly  and  helps  keep  the  joint  approximated  

Tibionavicular  part  of  the  Deltoid  

From  the  inferior  surface  of  the  medial  malleolus  to  the  posteromedial  surface  of  the  navicular  

Helps  maintain  the  navicular  in  its  position  superomedially  and  helps  keep  the  joint  approximated  

Bifurcated  Anterolateral  surface  of  the  talus  to  the  dorsolateral  surface  of  the  navicular  

Helps  maintain  the  navicular  in  its  position  superomedially  and  helps  keep  the  joint  approximated  

   Common  Joint  Pathologies  of  the  Talonavicular  Joint  Stress  fractures  

These  can  occur  at  any  of  the  bones  in  the  foot,  but  will  be  listed  here  only,  to  avoid  repetition.  Stress  fractures  happen  in  a  variety  of  populations  for  reasons  such  as  poor  biomechanics,  over-­‐pronation,  poor  or  old  shoes,  overuse  or  over-­‐training,  an  increase  or  change  in  training  level,  inadequate  rest  between  stressful  events,  and  high  impact  exercise  like  repetitive  

Figure  7.  Medial  view  of  talonavicular  ligaments  

Page 70: Lower Extremity Arthrology Guide

70

running  or  jumping.  Symptoms  generally  present  as  pain  with  standing  or  activity,  swelling,  and  tenderness  to  palpation.  Symptoms  should  decrease  with  rest  and  cessation  of  the  aggravating  activity.  

Typical  treatment  for  this  condition  is  cessation  of  the  aggravating  activity.  Non-­‐weight  bearing  activities,  such  as  swimming,  can  be  done  since  force  isn’t  distributed  through  the  injured  bone  so  long  as  they  are  pain-­‐free.  Most  patients  are  given  a  walking  boot  for  6-­‐8  weeks  or  more  and,  if  that  doesn’t  work,  may  be  placed  in  a  cast.  Surgery  to  fix  the  bone  with  a  screw  is  a  last  resort.    Pes  Planus  A.K.A.  Flat  Feet  

This  condition  occurs  due  to  a  laxity  of  the  ligamentous  structures  that  normally  provide  structure  and  form  to  the  mid-­‐tarsal  joints.  The  laxity,  along  with  gravity,  leads  to  a  position  of  relative  pronation  (Figure  8).  Symptoms  in  adults  can  present  as  tiredness  or  soreness  in  the  feet  after  prolonged  periods  of  activity  or  standing.  This  position  is  not  biomechanically  advantageous,  as  it  doesn’t  provide  the  appropriate  structure  or  transmission  of  forces  needed  during  gait  and  other  impact  activities.    

Treatment  for  this  condition  includes  triceps  surae  stretching,  modalities,  balance  and  neuromuscular  re-­‐training  activities,  strengthening  of  the  ankle  stabilizing  muscles  and  the  hip  abductors,  and  functional  retraining.  Orthotics  can  also  provide  a  great  deal  of  relief  and  allow  patients  to  participate  with  little  to  no  symptoms.      Pes  Cavus  

Pes  cavus  (Figure  9)  is,  as  described  in  a  study  by  Piazza  et.  al.  in  2010,  “characterized  by  a  high  arch  of  the  foot  that  does  not  flatten  with  weight  bearing”  that  “can  be  located  in  the  forefoot,  midfoot,  hindfoot,  or  in  a  combination  of  all  these  sites…  with  [a]  prevalence  [in  the  general  population]  of  approximately  10%”.  It  is  a  common  condition  that  suggests  a  neurological  disorder,  like  Charcot-­‐Marie-­‐Tooth  disease,  may  exist.  Symptoms  include  pain,  frequent  ankle  sprains,  calluses,  hammertoes  or  claw  toes,  and  foot  drop.  

Non-­‐surgical  treatment  includes  bracing,  orthotics,  manual  therapy,  strengthening  of  surrounding  weak  musculature,  modalities,  and  shoe  modifications.  As  a  last  resort,  surgery  may  be  considered  to  increase  range  of  motion,  decrease  pain,  and  increase  functionality.        

Figure  8.  Pes  planus

Figure  9.  Pes  cavus

Figure  15.  Pes  Cavus  

Page 71: Lower Extremity Arthrology Guide

71

Calcaneocuboid  (Lateral  Transverse  Tarsal)  Joint  (Figure  10)    Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Calcaneocuboid  Joint     The  biomechanics/  kinematics  of  the  lateral  transverse  tarsal,  or  calcaneocuboid,  joint  are  the  same  as  described  in  the  section  about  the  biomechanics  of  the  medial  transverse  tarsal  joint.  Briefly,  the  motion  about  this  joint  works  harmoniously  with  both  the  talonavicular  and  subtalar  joints.  Supination  (made  up  of  plantar  flexion,  inversion,  and  adduction)  and  pronation  (made  up  of  abduction,  dorsiflexion,  and  eversion)  are  the  

motions  produced  at  this  joint.  Mobility  at  this  joint  is  crucial  to  the  ability  of  the  foot  to  adapt  to  uneven  terrain,  appropriately  distribute  forces  through  the  foot  throughout  stance  phases  of  gait,  and  provide  stability.  The  biomechanics  related  to  muscles  that  create  supination  and  pronation  movements  were  described  previously  in  the  biomechanics/kinematics  section  with  the  talonavicular  joint  and  should  be  regarded  as  the  same.  

 Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     Like  the  talonavicular  joint,  the  calcaneocuboid  joint  works  around  two,  unique  axes  of  rotation:  the  oblique  and  longitudinal.  Eversion  or  inversion  occurs  about  the  longitudinal  axis.  Both  abduction  or  adduction,  and  plantar  flexion  or  dorsiflexion,  occur  about  the  oblique  axis.  These  motions  rarely  occur  independent  of  each  other,  but  summate  to  form  the  motions  called  supination  and  pronation.  Pronation  consists  of  the  dorsiflexion,  abduction,  and  eversion  components,  and  supination  the  motions  of  plantar  flexion,  inversion,  and  adduction.     In  contrast  to  the  talonavicular  joint,  the  calcaneocuboid  joint  allows  less  motion  to  occur  in  the  frontal  and  horizontal  planes.  This  occurs  because  of  the  nature  of  the  articulation  between  the  anterior  surface  of  the  calcaneus  and  the  proximal  portion  of  the  cuboid.  The  calcaneus  and  cuboid  each  have  a  convex  and  concave  curvature  that  creates  an  interlocking  wedge  resistant  to  sliding  motions.  The  stability  and  relative  inflexibility  created  by  this  juncture  assists  the  lateral  column  of  the  foot.  Some  sources  list  this  joint  as  a  synovial,  saddle  joint,  while  others  mention  that  it  is  a  planar,  synovial  joint.  These  differences  may  be  due  to  differences  in  bony  structure  from  person  to  person.     The  lateral  transverse  tarsal  joint  receives  support  from  a  joint  capsule.  The  capsule  is  further  strengthened  by  its  connection  dorsally  and  laterally  to  the  dorsal  calcaneocuboid  ligament.  Additional  stabilization  comes  from  the  bifurcated  ligament,  the  long  plantar  ligament,  and  the  short  plantar,  or  plantar  calcaneocuboid,  ligament.  These  ligaments  are  described  in  more  detail  in  the  table  below.      

Figure  10.  Transverse  tarsal  joints  

Page 72: Lower Extremity Arthrology Guide

72

           

Table  4.  Ligaments  of  the  Calcaneocuboid  Joint  (Figure  11)  Ligament   Attachments   Function  

Dorsal  calcaneocuboid  

From  the  anterolateral  surface  of  the  calcaneus  to  the  superior  surface  of  the  cuboid  

Reinforcement  of  the  joint  capsule  dorsally  and  laterally  

Bifurcated  Anterolateral  surface  of  the  talus  to  the  posterior  dorso-­‐medial  surface  of  the  cuboid  

Reinforcement  of  the  calcaneocuboid  joint  dorsally  

Long  plantar  Plantar  surfaces  of  the  calcaneus  and  cuboid  to  the  metatarsal  bases  

Reinforcement  of  the  plantar  surface  of  the  joint  and  helps  maintain  the  longitudinal  arch  of  the  foot  

Short  plantar  or  Calcaneocuboid  

Anterior  aspect  of  the  plantar  surface  of  the  calcaneus  to  the  plantar  surface  of  the  cuboid  

Reinforcement  of  the  plantar  surface  of  the  joint  and  helps  maintain  the  longitudinal  arch  of  the  foot  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Calcaneocuboid  Joint  Talipes  Equinovarus  

Talipes  equinovarus  is  a  condition  that  presents  at  birth  and  is  more  common  in  males  than  females.  A  more  common  term  for  this  condition  is  clubfoot  deformity.  Patients  will  present  with  an  adducted  and  supinated  midfoot,  ankle  plantar  flexion,  and  calcaneal  internal  rotation  and  inversion.  In  a  study  by  Simons  (1995),  the  deformity  was  described  as  “a  combination  of  medial  angulation  of  the  calcaneocuboid  joint  with  medial  subluxation  of  the  cuboid  on  the  calcaneus”.    

Outcomes  for  recovery  from  this  condition  are  very  good  when  treatment  begins  within  the  first  two  weeks  of  birth,  and  not  later  than  9  months  of  life.  Standard  treatment  in  the  U.S.  follows  the  Ponsetti  method,  which  involves  casting,  taping,  splinting,  and  surgery  when  conservative  management  fails.  Casting  is  followed  by  weekly  manipulation  and  another  cast.  Further  bracing  after  the  serial  casting  occurs  for  3-­‐4  months  full-­‐time,  and  at  night  for  2-­‐4  years.    

Figure  11.  Lateral  view  of  calcaneocuboid  ligaments  

Page 73: Lower Extremity Arthrology Guide

73

The  Distal  Intertarsal  Joints:  Cuneonavicular,  Cuboideonavicular,  Intercuneiform,  and  Cuneocuboid  Joints     The  distal  intertarsal  joint  (Figure  12)  is  distal  in  relation  to  the  previously  mentioned  transverse  tarsal  joint.    Three  unique  joint  complexes  make  up  the  articulations  associated  with  the  distal  intertarsal  joints.    These  articulations  include  the  cuneonavicular  joint,  the  cuboideonavicular  joint,  and  the  intercuneiform  and  cuneocuboid  joint  complex.    It  has  been  stated  that  the  functions  of  this  group  of  joints  includes  assisting  the  transverse  tarsal  joint  in  creating  the  combined  motions  of  pronation  and  supination  of  the  midfoot.    By  creating  the  boney  structure  of  the  transverse  arch  of  the  foot,  the  distal  intertarsal  joint  also  provides  significant  structure  to  the  midfoot  during  weight  bearing.        Cuneonavicular  Joint     The  most  medial  element  of  the  distal  intertarsal  joint,  the  joining  of  the  distal,  anterior  surface  of  the  navicular  bone  with  the  proximal,  posterior  surfaces  of  the  three  cuneiform  bones  creates  the  cuneonavicular  joint.    Each  of  the  cuneiforms  (medial,  intermediate,  and  lateral)  has  slightly  concave  facets  that  articulate  with  three  slightly  convex  facets  on  the  navicular  bone.    The  stability  of  this  joint  is  created  by  these  “locking”  articulations,  but  is  also  reinforced  by  plantar  and  dorsal  ligaments.    Overall,  the  cuneonavicular  joint  helps  to  connect  and  transmit  the  movement  of  the  midfoot  to  the  forefoot.    Cuboideonavicular  Joint     The  most  lateral  component  of  the  distal  intertarsal  joint  is  the  cuboideonavicular  joint.    This  synovial  joint  can  be  described  as  the  articulation  between  the  lateral  aspect  of  the  navicular  bone  and  the  medial  aspect  of  the  cuboid  bone.    The  joint  surfaces  move  against  each  other  during  inversion  and  eversion  of  the  midfoot.    Intercuneiform  and  Cuneocuboid  Joint  Complex     The  intercuneiform  and  cuneocuboid  joint  complex  form  the  middle  portion  of  the  distal  intertarsal  joint.    A  total  of  three  articulations  make  up  this  complex.    There  are  two  articulations  between  the  three  cuneiform  bones  and  one  articulation  created  between  the  lateral  cuneiform  and  the  medial  surface  of  the  cuboid  bone.    The  interacting  joint  surfaces  in  all  three  articulations  can  be  seen  as  essentially  flat.    Neumann  notes  that  they  are  fundamentally  aligned  in  parallel  with  the  long  axis  of  the  metatarsals.      As  depicted  on  the  previous  page,  the  intercuneiform  and  cuneocuboid  complex  creates  the  transverse  arch  of  the  foot.    During  weight  bearing,  the  transverse  arch  (Figure  13)  can  depress  or  bow  to  help  distribute  the  weight  of  the  body  over  the  five  metatarsal  bones  

Figure  12.  Distal  intertarsal  joints  

Figure  13.  Transverse  arch  

Page 74: Lower Extremity Arthrology Guide

74

distally.    The  intermediate  cuneiform  acts  as  a  wedge-­‐shaped  keystone  to  hold  the  entire  structure  together.    Beyond  its  boney  structure,  connective  tissue  and  the  intrinsic  and  extrinsic  muscles  of  the  foot  support  the  arch.     The  distal  intertarsal  joints  receive  blood  supply  from  the  medial  and  lateral  tarsal  arteries  that  originate  from  the  anterior  tibial  artery.    The  plantar  surface  receives  blood  from  the  medial  and  lateral  plantar  arteries.    These  joints  are  innervated  by  the  lateral  branch  of  the  deep  fibular  nerve,  which  originates  from  the  common  fibular  nerve  off  of  the  sciatic  nerve  on  the  dorsal  surface.    The  joint  also  receives  innervation  from  the  medial  and  lateral  plantar  nerves  on  the  plantar  surface.    Tissue  Layers  Superficial  to  Deep  

• Epidermis  • Dermis  • Hypodermis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Dorsal  Fascia  o Inferior  Extensor  Retinaculum  

• Dorsal  Muscles  o Dorsum  of  the  Foot    

! Tendon  of  Tibialis  Anterior  ! Tendon  of  Extensor  Hallucis  Longus  ! Extensor  Hallucis  Brevis  Muscle  ! Tendons  of  Extensor  Digitorum  Longus  ! Extensor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Tendon  of  Fibularis  Tertius  

• Neurovasculature  o Lateral  branch  of  Deep  Fibular  Nerve  o Dorsalis  Pedis  o Medial  Tarsal  Artery  o Lateral  Tarsal  Artery  

• Ligaments  o Dorsal  Cuboideonavicular  o Dorsal  Cuneonavicular  Ligaments  o Dorsal  Intercuneiform  Ligaments  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Bones  o Medial  Cuneiform  o Intermediate  Cuneiform  o Lateral  Cuneiform  

Page 75: Lower Extremity Arthrology Guide

75

o Navicular  o Cuboid  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Ligaments  o Long  and  Short  Plantar  Ligaments  o Plantar  Cuneonavicular  Ligament  o Plantar  Cuboideonavicular  Ligament  

• Neurovasculature  o Medial  Plantar  Nerve  o Lateral  Plantar  Nerve  o Medial  Plantar  Artery  o Lateral  Plantar  Artery  

• Plantar  Muscles  o First  Layer    

! Abductor  Hallucis  Muscle  ! Flexor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Abductor  Digiti  Minimi  Muscle  

o Second  Layer  ! Quadratus  Plantae  Muscle  

o Third  Layer  o Fourth  Layer  

• Plantar  Aponeurosis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Hypodermis  • Dermis  • Epidermis  

   Table  5.  Joint  Motions  at  the  Cuneonavicular  and  Cuboideonavicular  Joints  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  Pronation   Fibularis  Longus   Fibularis  Brevis,  Fibularis  Tertius  Supination   Tibialis  Posterior   Tibialis  Anterior    Table  6.  Joint  Motions  at  the  Intercuneiform  and  Cuneocuboid  Joint  Complex  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  Glide  (Muscles  provide  stability  to  the  complex)  

Tibialis  Posterior   Fibularis  Longus,  Fibularis  Brevis,  Fibularis  Tertius  

Page 76: Lower Extremity Arthrology Guide

76

Cuneonavicular  Joint    

 Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Cuneonavicular  Joint  (Figure  14)     Motion  occurring  at  this  joint  assists  in  transferring  pronation  and  supination  movements  from  the  transverse  tarsal  joint  to  the  forefoot.  Another  function  of  this  joint  is  to  provide  stability  for  the  foot  during  activity.  The  muscles  responsible  for  these  motions  and  their  biomechanics  have  been  described  previously,  but,  in  brief,  are  primarily  the  tibialis  posterior  for  supination  and  fibularis  longus  for  pronation.  The  associated  secondary  movers  were  also  described  previously.  

 Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     Very  little  motion  occurs  at  the  

cuneonavicular  joint.  The  articulation  of  the  slightly  convex  navicular  facets  proximally  and  the  distal,  concave  cuneiforms  allow  for  minimal,  gliding  motions  in  this  planar,  synovial  joint.  Inconsequential  for  movement,  but  not  for  stability,  motion  may  occur  superiorly  and  inferiorly,  and  medially  and  laterally.  Although  most  motion  at  these  joints  can  be  insignificant,  one  study  by  Phillips  et.  al.  found  that  “plantar  flexion  motion  between  the  first  [medial]  cuneiform  and  the  navicular  is  significant  and  comprises  most  of  the  plantar  flexion  motion  of  the  first  ray  during  propulsion”.  Reinforcement  of  the  joint  comes  via  plantar  and  dorsal  ligaments  and  a  general,  fibrous,  joint  capsule.    Table  7.  Ligaments  of  the  Cuneonavicular  Joint  

Ligament   Attachment   Function  

Plantar  Cuneonavicular/Tarsal  

From  the  plantar  surface  of  the  navicular  to  the  cuneiforms  and  from  one  cuneiform  to  another  

Restrict  motion  inferiorly  and  provide  support  to  the  cuneonavicular  joint  

Dorsal  Cuneonavicular/Tarsal  

From  the  dorsal  surface  of  the  navicular  to  the  cuneiforms  and  from  one  cuneiform  to  another  

Restrict  motion  superiorly  and  provide  support  to  the  cuneonavicular  joint  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Cuneonavicular  Joint     No  significant  pathologies  commonly  occur  at  this  joint.  Other  conditions  mentioned  throughout  this  work,  that  may  also  occur  here,  have  been  described  in  detail  elsewhere.          

Figure  14.  Cuneonavicular  Joint  

Page 77: Lower Extremity Arthrology Guide

77

Cuboideonavicular  Joint      Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Cuboideonavicular  Joint  

Given  that  this  joint  can  be  either  synarthrodial  or  synovial  tells  us  that  there  is  little  motion  at  this  joint.  Thus,  there  are  no  significant  arthrokinematic  motions  that  occur  at  this  joint.  Gliding  motions  of  this  joint  are  most  noticeable  during  inversion  and  eversion  movements  of  the  mid-­‐foot.    Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     The  convex  cuboid  laterally  and  concave  navicular  medially  form  a  synarthrodial  or  synovial  (varies  from  person  to  person)  joint  with  slight,  gliding  motions  that  occur  during  eversion  and  inversion  of  the  foot.  Significant  motion  happens  only  in  the  coronal  plane.    Table  8.  Ligaments  of  the  Cuboideonavicular  Joint  

Ligament   Attachments   Function  

Plantar  cubonavicular  Plantar  surfaces  of  the  medial  portion  of  the  cuboid  and  lateral  portion  of  the  navicular  

Resist  distraction  forces  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Cuboideonavicular  Joint     No  significant  pathologies  commonly  occur  at  this  joint.  Other  conditions  mentioned  throughout  this  work,  that  may  also  occur  here,  have  been  described  in  detail  elsewhere.      Intercuneiform  and  Cuneocuboid  Complex    Biomechanics/Kinematics     These  articulations  form  the  transverse  arch,  which  stabilizes  the  mid-­‐foot  in  a  transverse  plane.  Along  with  the  ligamentous  support  described  below,  the  transverse  arch  also  receives  support  from  the  shape  of  the  bones  cuneiform  and  cuboid  bones,  intrinsic  foot  muscles,  and  the  tibialis  posterior  and  fibularis  longus  muscles.  Under  a  load,  the  transverse  arch  will  depress.  This  gives  the  foot  the  ability  to  distribute  body  weight  along  the  five  metatarsal  heads.  The  cuneiform  region  plays  a  role  in  important  phases  of  gait  at  the  1st  tarsometatarsal  joint,  lending  to  both  dispersion  of  forces  and  movement  during  walking.  The  tibialis  posterior  muscle  will  provide  stability,  with  help  from  the  fibularis  muscles,  during  gliding  motions  of  this  joint.  

   Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     The  intercuneiform  and  cuneocuboid  complex  consists  of  the  articulation  between  the  cuneiforms  (lateral  and  intermediate,  and  intermediate  and  medial)  Figure  15.  Transverse  Arch  

Page 78: Lower Extremity Arthrology Guide

78

and  between  the  lateral  cuneiform  and  cuboid  forming  a  planar,  synovial  joint.  Thus,  only  gliding  motions  occur  at  this  joint.  No  significant  convexity  or  concavity  exists  between  any  of  these  joints,  which  are  supported  by  plantar,  dorsal,  and  interosseous  ligaments.  As  was  mentioned  above,  this  complex  forms  the  transverse  arch  of  the  foot  (Figure  15),  with  the  intermediate  cuneiform  being  the  keystone.    Table  9.  Ligaments  of  the  Intercuneiform  and  Cuneocuboid  Complex  

Ligament   Attachment   Function  

Dorsal  tarsals  Between  each  cuneiform  and  between  the  cuboid  and  lateral  cuneiform.  

Resist  distraction  forces  at  each  joint.  

Plantar  tarsals  Between  each  cuneiform  and  between  the  cuboid  and  lateral  cuneiform.  

Resist  distraction  forces  at  each  joint.  

Interosseous   Between  each  cuneiform.   Resist  distraction  forces  between  the  cuneiforms.  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Intercuneiform  and  Cuneocuboid  Complex  Transverse  arch  sprain  

An  activity  or  weight-­‐related  injury  distressing  the  transverse  arch  that  is  treated  with  rest,  ice,  activity  modification,  weight  loss,  arch  support,  or  taping.  

Page 79: Lower Extremity Arthrology Guide

79

The  Tarsometatarsal  Joints       The  tarsometatarsal  joints  (Figure  16)  are  collectively  referred  to  as  the  Lisfranc’s  joints.    Named  after  a  French  surgeon  named  Jacques  Lisfranc,  the  joints  are  created  by  the  articulations  between  the  bases  of  the  five  metatarsals  and  the  distal  articular  surfaces  of  all  three  cuneiforms,  as  well  as  the  cuboid  bone.    The  most  medial  joint  is  an  articulation  between  the  distal  aspect  of  the  medial  cuneiform  and  the  base  of  the  first  metatarsal.    The  distal  aspect  of  the  intermediate  cuneiform  articulates  with  the  base  of  the  second  metatarsal.    The  distal  aspect  of  the  lateral  cuneiform  articulates  with  the  base  of  the  third  metatarsal  bone.    The  distal  surface  of  the  cuboid  bone  actually  articulates  with  both  the  fourth  and  fifth  metatarsal  bases.         All  five  of  these  joints  have  flat  articulating  surfaces  in  general.    The  dorsal,  plantar,  and  interosseous  ligaments  add  support.    The  first  tarsometatarsal  joint  also  receives  support  from  its  own  synovial  joint  capsule.    In  general,  the  Lisfranc’s  joints  produce  dorsiflexion  and  plantar  flexion.    The  second  and  third  tarsometatarsal  joints  are  the  least  mobile  of  the  group  and  this  actually  provides  longitudinal  stability  during  weight  bearing.     The  tarsometatarsal  joints  receive  their  blood  supply  from  the  medial  and  lateral  tarsal  arteries  originating  from  the  anterior  tibial  artery.    They  may  also  receive  blood  from  the  arcuate  artery  on  the  dorsum  of  the  foot.    The  plantar  surface  of  these  joints  receives  blood  from  the  medial  and  lateral  plantar  arteries,  originating  from  the  posterior  tibial  artery.    The  Lisfranc  joints  are  innervated  by  the  medial  and  lateral  branches  of  the  deep  fibular  nerve  on  the  dorsum  of  the  foot.    They  receive  innervation  from  medial  and  lateral  plantar  nerves  on  the  sole  of  the  foot.      Tissue  Layers  Superficial  to  Deep  

• Epidermis  • Dermis  • Hypodermis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Dorsal  Fascia  • Dorsal  Muscles  

o Dorsum  of  the  Foot    ! Tendon  of  Tibialis  Anterior  

Figure  16.  Tarsometatarsal  joints  

Page 80: Lower Extremity Arthrology Guide

80

! Tendon  of  Extensor  Hallucis  Longus  ! Extensor  Hallucis  Brevis  Muscle  ! Tendons  of  Extensor  Digitorum  Longus  ! Extensor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Tendon  of  Fibularis  Tertius  

• Neurovasculature  o Arcuate  Artery  o Posterior  Perforating  Branches    o Medial  Branches  of  Deep  Fibular  Nerve  

• Ligaments  o Dorsal  Tarsometatarsal  Ligaments  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Bones  o Medial  Cuneiform  o Intermediate  Cuneiform  o Lateral  Cuneiform  o Five  Metatarsals  o Cuboid  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Ligaments  o Long  Plantar  Ligament  o Plantar  Metatarsal  Ligaments  

• Neurovasculature  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Lateral  Plantar  Nerve  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Lateral  Plantar  Artery  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Medial  Plantar  Nerve  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Medial  Plantar  Artery  

• Plantar  Muscles  o First  Layer    

! Abductor  Hallucis  Muscle  ! Flexor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Abductor  Digiti  Minimi  Muscle  

o Second  Layer  ! Quadratus  Plantae  Muscle  ! Lumbricals  

o Third  Layer  ! Flexor  Hallucis  Longus  Tendon  ! Flexor  Digitorum  Longus  Tendon  ! Fibularis  Longus  Tendon  

o Fourth  Layer  

Page 81: Lower Extremity Arthrology Guide

81

• Plantar  Aponeurosis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Hypodermis  • Dermis  • Epidermis  

 Table  10.  Joint  Motions  of  the  Tarsometatarsal  Joints  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Dorsiflexion     Extensor  Digitorum  Longus   Extensor  Digitorum  Brevis  

Plantar  Flexion   Flexor  Digitorum  Longus   Flexor  Digitorum  Brevis,  Quadratus  Plantae  

Abduction   Tibialis  Anterior     Fibularis  Longus  Inversion  (1st  Metatarsal)   Occurs  passively  with  dorsiflexion  Eversion  (1st  Metatarsal)   Occurs  passively  with  plantar  flexion    Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Tarsometatarsal  Joints     These  joints  tell  very  different  stories  across  each  of  them  as  far  as  mobility  and  support  go.  The  greatest  mobility  is  found  in  the  1st  tarsometatarsal  joint,  with  relatively  good  mobility  also  in  the  4th  and  5th  tarsometatarsal  joints.  The  1st  metatarsal  has  10  degrees  of  sagittal  plane  movement,  with  little  other  motion  in  other  directions.  This  10  degrees  expresses  itself  as  5  degrees  of  motion  into  dorsiflexion  during  the  loading  response  and  mid-­‐stance  phases  of  gait.  Dorsiflexion  at  this  joint  happens  when  forces  due  to  body  weight  depress  the  relatively  immobile  cuneiforms.  This  movement  also  acts  as  a  force  re-­‐distributor  across  the  medial  longitudinal  arch,  allowing  the  body  to  disperse  body  weight  forces.  During  terminal  stance,  the  opposite  motion  occurs.  Rapid  plantar  flexion  of  about  5  degrees  (so  a  10  degree  shift  counting  the  starting  point  at  5  degrees  dorsiflexion)  of  the  1st  tarsometatarsal  joint  occurs  due  to  the  effects  of  the  fibularis  longus  muscle.  This  action  also  provides  stability  to  the  medial  longitudinal  arch  by  “shortening”  it.  The  stability  provided  is  necessary  due  to  the  high  loads  being  borne  by  the  midfoot  and  forefoot  during  these  phases  in  the  gait  cycle.  An  important  note  to  add  is  that  the  plantar  flexion  and  dorsiflexion  motions  don’t  occur  in  isolation.  In  both  open  and  closed  kinetic  chain  situations,  the  1st  tarsometatarsal  joint  will  demonstrate  eversion  with  plantar  flexion  and  inversion  with  dorsiflexion.  These  motions  are  unique  and  different  from  supination  and  pronation  at  the  subtalar  and  transverse  tarsal  joints.  The  inclusion  of  these  motions  are  heretofore  unclear  as  to  their  functionality,  but  the  plantar  flexion  and  eversion  component  may  help  the  foot  adjust  to  irregular  walking  surfaces.  Plantar  flexion  accomplished  via  the  efforts  of  the  flexor  digitorum  longus  muscle,  due  to  its  cross-­‐sectional  area  and  line  of  pull,  with  help  from  the  flexor  digitorum  brevis  and  quadratus  plantae  muscles.  Eversion,  which  accompanies  plantar  flexion  at  this  joint,  happens  passively  as  plantar  flexion  occurs.  Inversion  happens  in  the  same  way  with  dorsiflexion,  

Page 82: Lower Extremity Arthrology Guide

82

but  the  prime  mover  for  dorsiflexion  is  the  extensor  digitorum  longus  muscle,  with  help  from  the  extensor  digitorum  brevis  and  extensor  hallucis  longus  muscles.  

  As  was  mentioned  previously,  the  2nd  and  3rd  tarsometatarsal  joints  are  relatively  immobile  (Figure  17).  This  position  proves  to  be  advantageous  in  increasing  stability  in  a  longitudinal  fashion  across  the  foot  that  is  useful  during  the  terminal  phases  of  gait  before  forefoot  push-­‐off.  Thus,  it  can  be  said  that  both  stability  and  mobility  at  the  tarsometatarsal  joints  play  important  roles  throughout  all  stance  phases  of  gait.    Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     The  medial,  intermediate,  and  lateral  cuneiforms  articulate  with  the  bases  of  the  first  three  metatarsals  respectively  forming  planar,  synovial  joints.  The  4th  and  5th  metatarsal  bases  articulate  with  the  cuboid.  Out  of  the  5,  tarsometatarsal  joints,  only  the  articulation  of  the  1st  metatarsal  base  and  the  medial  cuneiform  has  a  well-­‐developed  capsule.  The  articulating  surfaces  of  the  bones,  both  proximal  and  distal,  are  flat.  This  being  said,  only  planar,  gliding  motions  occur  at  these  joints.  But,  as  was  mentioned  in  the  biomechanics  section,  movement  varies  at  each  individual  joint  from  very  little  to  about  10  degrees  of  total  motion.      

Table  11.  Ligaments  of  the  Tarsometatarsal  Joints  Ligament   Attachments   Function  

Dorsal  tarsometatarsals  

From  the  dorsal  surface  of  the  cuneiforms  or  cuboid  to  the  base  of  their  corresponding  distal  metatarsal  base  

Prevent  excessive  motion  superiorly  of  the  metatarsal  bases  

Plantar  tarsometatarsals  

From  the  plantar  surface  of  the  cuneiforms  or  cuboid  to  the  base  of  their  corresponding  distal  metatarsal  base  

Prevent  excessive  motion  inferiorly  of  the  metatarsal  bases  

Interosseous  tarsometatarsals  

Between  adjacent  metatarsal  bases  with  some  fibers  connecting  to  the  cuneiforms  or  cuboid  

Provides  support  and  stability,  resisting  separation  of  the  metatarsal  bases  laterally  or  medially  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Tarsometatarsal  Joints  Lisfranc  Injuries  

This  condition  involves  rupture  of  the  ligaments  supporting  the  tarsometatarsal  joints  (also  called  the  Lisfranc  region)  leading  to  dislocation  and/or  a  fracture  to  one  of  the  bones.  This  can  happen  at  one  location  (Figure  18)  or  at  multiple  sites  (middle  and  right  

Figure  17.  Tarsometatarsal  Joints  

Page 83: Lower Extremity Arthrology Guide

83

pictures  in  figure  above).  A  patient  who  has  sustained  a  Lisfranc  injury  may  present  with  pain  that  is  worsened  with  activity,  hypermobility,  or  crepitus  with  accessory  motion  testing,  swelling  and  tenderness  to  palpation  on  the  dorsum  of  the  foot,  and  bruising  on  the  top  or  bottom  of  the  foot.  Bruising  on  the  bottom  of  the  foot  is  highly  indicative  of  a  Lisfranc  injury  and  suggests  that  a  fracture  or  complete  ligamentous  tear  (or  both)  has  occurred.    

Conservative  treatment  of  this  condition  consists  of  a  non-­‐weight  bearing  cast  and  crutches  for  6  weeks  if  the  injury  doesn’t  include  dislocation  or  fracture.  Surgical  treatment  is  indicated  if  any  bony  displacement  or  fracture  has  occurred.    Jones  Fracture  

Stress  fractures  to  components  of  the  tarsometatarsal  joints  are  common,  and  treatment  varies  based  on  severity.  The  most  serious  case  is  called  a  Jones  fracture.  A  Jones  fracture  involves  a  fracture  at  the  base  of  the  5th  metatarsal  (an  important  attachment  site  for  many  muscles)  between  the  diaphysis  and  metaphysis.    

This  area  has  poor  blood  supply  and  intervention  to  treat  this  condition  is  surgical  in  nature  (Figure  19).                                                        

Figure  18.  Lisfranc  Injuries  

Figure  19.  Surgical  fixation  of  Jones  fracture

Page 84: Lower Extremity Arthrology Guide

84

The  Intermetatarsal  Joints       The  intermetatarsal  joints  (Figure  20)  are  created  by  the  close  relationship  of  the  four  lateral  metatarsals.    Much  like  some  of  the  previous  joints  in  the  foot,  the  intermetatarsal  joints  receive  reinforcement  from  the  planter,  dorsal  and  interosseous  ligaments.    However,  the  first  and  second  metatarsals  do  not  exhibit  the  same  amount  of  proximity,  which  allows  the  first  digit  to  have  a  greater  range  of  motion.    The  first  metatarsal  has  a  structural  relationship  with  the  lateral  four  through  the  support  of  the  deep  transverse  metatarsal  ligament.    These  articulations  do  not  produce  any  true  movement,  but  they  provide  flexibility  to  the  joints  just  proximal,  the  tarsometatarsal  joints.     The  intermetatarsal  joints  receive  their  blood  supply  from  the  arcuate  artery  on  the  dorsum  of  the  foot.    The  plantar  surface  of  these  joints  receives  blood  from  the  medial  and  lateral  plantar  arteries,  originating  from  the  posterior  tibial  artery.    These  joints  are  innervated  by  the  digital  nerves.    Tissue  Layers  Superficial  to  Deep  

• Epidermis  • Dermis  • Hypodermis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Dorsal  Fascia  • Dorsal  Muscles  

o Dorsum  of  the  Foot    ! Tendon  of  Tibialis  Anterior  ! Tendon  of  Extensor  Hallucis  Longus  ! Extensor  Hallucis  Brevis  Muscle  ! Tendons  of  Extensor  Digitorum  Longus  ! Extensor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Tendon  of  Fibularis  Tertius  

• Neurovasculature  o Arcuate  Artery  o Posterior  Perforating  Branches    

Figure  20.  Intermetatarsal  joints  

Page 85: Lower Extremity Arthrology Guide

85

o Medial  Branches  of  Deep  Fibular  Nerve  • Ligaments  

o Dorsal  Tarsometatarsal  Ligaments  • Joint  Capsule  

o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Bones  o Medial  Cuneiform  o Intermediate  Cuneiform  o Lateral  Cuneiform  o Five  Metatarsals  o Cuboid  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Ligaments  o Long  Plantar  Ligament  o Plantar  Metatarsal  Ligaments  

• Neurovasculature  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Lateral  Plantar  Nerve  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Lateral  Plantar  Artery  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Medial  Plantar  Nerve  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Medial  Plantar  Artery  

• Plantar  Muscles  o First  Layer    

! Abductor  Hallucis  Muscle  ! Flexor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Abductor  Digiti  Minimi  Muscle  

o Second  Layer  ! Quadratus  Plantae  Muscle  ! Lumbricals  

o Third  Layer  ! Flexor  Hallucis  Longus  Tendon  ! Flexor  Digitorum  Longus  Tendon  ! Fibularis  Longus  Tendon  

o Fourth  Layer  • Plantar  Aponeurosis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Hypodermis  • Dermis  

Page 86: Lower Extremity Arthrology Guide

86

• Epidermis    Table  12.  Joint  Motions  of  the  Intermetatarsal  Joints  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Glide  

Flexor  Digitorum  Longus,  Flexor  Digitorum  Brevis,  Quadratus  Plantae,  Extensor  Digitorum  Longus,  Extensor  Digitorum  Brevis,  Tibialis  Anterior,  Fibularis  Longus  

N/A  

 Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Intermetatarsal  Joint     Since  little  motion  occurs  at  these  joints,  the  actions  of  any  muscle  that  crosses  them  could  have  an  effect  on  their  motion.  Motion  at  these  joints  may  also  come  from  distribution  of  forces  during  activity  and  static  weight  bearing,  as  well  as  from  motions  at  other  joints  creating  small  glides  at  the  intermetatarsal  joints.  Muscles  that  may  have  an  affect  are  the  flexor  digitorum  longus  and  brevis,  quadratus  plantae,  extensor  digitorum  longus  and  brevis,  tibialis  anterior,  and  fibularis  longus.  There  is  no  one  muscle  that  has  been  identified  as  the  primary  muscle  responsible  for  motion  at  these  joints.    Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     The  intermetatarsal  joints  are  formed  by  the  articulation  of  the  bases  of  the  2nd  through  5th  metatarsal  bases  creating  small,  planar,  synovial  joints.  They  are  interconnected  via  plantar,  dorsal,  and  interosseous  ligaments.  These  ligaments  also  span  the  gap  between  the  1st  and  2nd  metatarsal  bases,  but  there  is  no  articulation  between  them.  Thus,  no  joint  is  present  at  this  location.  Only  small,  gliding  motions  occur  at  these  joints.    Table  13.Ligaments  of  the  Intermetatarsal  Joints  

Ligament   Attachments   Function  

Plantar  intermetatarsals  Along  the  plantar  surface  of  the  base  of  the  metatarsals  

Inhibit  inferior  motion  of  the  intermetatarsal  joints  

Dorsal  intermetatarsals  Along  the  dorsal  surface  of  the  base  of  the  metatarsals  

Inhibit  superior  motion  of  the  intermetatarsal  joints  

Interosseous  intermetatarsals  

Spanning  between  each  adjacent  metatarsal  base  

Prevent  distraction  forces  from  separating  the  adjacent  metatarsal  bones  from  each  other  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Intermetatarsal  Joints  No  significant  pathologies  commonly  occur  at  these  joints.  Other  conditions  mentioned  throughout  this  work,  that  may  also  occur  at  the  intermetatarsal  joints,  have  been  described  in  detail  elsewhere.    

Page 87: Lower Extremity Arthrology Guide

87

The  Metatarsophalangeal  Joints       The  metatarsophalangeal  joints,  five  in  all,  are  the  interaction  of  the  distal  heads  of  every  metatarsal  bone  and  the  proximal  bases  of  each  proximal  phalanx  (Figure  21).    The  head  of  every  metatarsal  has  a  convex  structure;  in  contrast,  the  bases  of  each  proximal  phalanx  have  a  concave  structure.    The  joints  of  each  digit  are  surrounded  by  articular  cartilage,  along  with  paired  collateral  ligaments.    The  figure  to  the  right  shows  the  relationship  of  the  joint  capsule  with  the  collateral  ligaments.    The  dorsal  digital  expansion  covers  the  dorsal  aspect  of  every  metatarsophalangeal  joint  and  houses  the  joint  capsule  and  the  extensor  tendons.     Movement  at  the  metatarsophalangeal  joints  occurs  in  two  planes  of  motion,  about  two  axes.    The  joints  are  capable  of  dorsiflexion  and  plantar  flexion  in  the  sagittal  plane,  on  the  medial-­‐lateral  axis.    The  other  movements  are  abduction  and  adduction  in  the  transverse  plane  about  the  vertical  axis.     The  dorsal  aspects  of  these  joints  receive  blood  from  the  dorsal  metatarsal  arteries  that  originate  from  the  arcuate  artery.    The  common  plantar  digital  arteries  that  are  derived  from  the  deep  plantar  arterial  arch  nourish  the  plantar  aspects  of  these  joints.    The  dorsal  digital  branches  of  the  deep  fibular  nerve  innervate  the  dorsal  aspect  of  these  joints.    Additionally,  the  common  plantar  digital  nerves  innervate  the  plantar  side  of  the  metatarsophalangeal  joints.    Tissue  Layers  Superficial  to  Deep  

• Epidermis  • Dermis  • Hypodermis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Dorsal  Fascia  o Inferior  Extensor  Retinaculum  

• Dorsal  Muscles  o Dorsum  of  the  Foot    

! Tendon  of  Extensor  Hallucis  Longus  ! Tendon  of  Extensor  Hallucis  Brevis  Muscle  ! Tendons  of  Extensor  Digitorum  Longus  ! Extensor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Tendon  of  Fibularis  Tertius  

• Neurovasculature  o Dorsal  Metatarsal  Arteries  

Figure  21.  Metatarsophalangeal  joints  

Page 88: Lower Extremity Arthrology Guide

88

o Dorsal  Digital  branches  of  the  Deep  Fibular  Nerve  o Lateral  Dorsal  Cutaneous  Nerve  

• Ligaments  o Dorsal  Tarsometatarsal  Ligaments  o Collateral  Ligaments  

• Joint  Capsule  o Extensor  Expansions  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Bones  o Five  Metatarsals  o Five  Proximal  Phalanges  o Sesamoid  Bones  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Ligaments  o Deep  Transverse  Metatarsal  Ligament  o Plantar  Ligaments  

• Neurovasculature  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Lateral  Plantar  Nerve  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Lateral  Plantar  Artery  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Medial  Plantar  Nerve  o Superficial  and  Deep  branches  of  the  Medial  Plantar  Artery  

• Plantar  Muscles  o First  Layer    

! Abductor  Hallucis  Muscle  ! Flexor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Abductor  Digiti  Minimi  Muscle  

o Second  Layer  ! Quadratus  Plantae  Muscle  ! Lumbricals  

o Third  Layer  ! Flexor  Hallucis  Longus  Tendon  ! Flexor  Digitorum  Longus  Tendon  ! Fibularis  Longus  Tendon  ! Adductor  Hallucis  (Oblique  and  Transverse  Heads)  

o Fourth  Layer  ! Plantar  Interossei  ! Dorsal  Interossei  

• Plantar  Aponeurosis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    

Page 89: Lower Extremity Arthrology Guide

89

! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Hypodermis  • Dermis  • Epidermis  

 Table  14.  Joint  Motions  of  the  Metatarsophalangeal  Joints  

Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Flexion  Flexor  Digitorum  Longus,  Flexor  Hallucis  Longus,  Flexor  Digiti  Minimi  Brevis  

Flexor  Digitorum  Brevis,  Flexor  Hallucis  Brevis,  Interossei,  Lumbricals  

Extension   Extensor  Hallucis  Longus,  Extensor  Digitorum  Longus  

Extensor  Hallucis  Brevis,  Extensor  Digitorum  Brevis  

Abduction  Abductor  Hallucis,  Abductor  Digiti  Minimi,  Dorsal  Interossei  

N/A  

Adduction   Adductor  Hallucis,  Plantar  Interossei   N/A  

 Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Metatarsophalangeal  Joints     Each  joint  can  move  with  two  degrees  of  freedom  into  either  extension  or  flexion,  and  abduction  or  adduction.  The  movement  of  these  digits  is  described  in  relation  to  the  2nd  ray.  So,  if  the  3rd  metatarsophalangeal  joint  moves  toward  midline,  it  has  adducted.  However,  if  the  1st  metatarsophalangeal  joint  moves  in  the  same  direction,  the  resultant  motion  is  abduction.  Passive  range  of  motion  in  the  sagittal  plane  for  these  joints  can  reach  65  degrees  of  extension  and  30-­‐40  degrees  of  flexion.  The  1st  metatarsophalangeal  joint,  however,  can  attain  85  degrees  of  extension,  which  may  contribute  to  its  susceptibility  to  the  condition  described  below  as  “turf  toe”.  This  increase  in  motion  is  due,  in  part  to  the  fact  that  there  isn’t  a  true  articulation  between  the  first  and  second  metatarsals  as  was  described  previously.  Not  having  this  restriction,  like  is  present  in  the  other  four  metatarsals,  allows  for  greater  flexibility  and  motion.  Extension  range  of  motion  at  the  metatarsophalangeal  joints  is  critical,  however,  for  the  “windlass  effect”  to  take  place.  The  windlass  effect  is  described  as  the  mechanism  by  which  the  arch  of  the  foot  raises  off  the  ground  during  the  terminal  phases  of  gait.  Increased  tension,  which  can  reach  up  to  100%  of  body  weight,  along  the  arch  increases  the  stability  necessary  for  push  off  during  rapid  

ankle  plantar  flexion.  Without  this  necessary,  tensile  stress,  even  very  strong  muscles  would  not  be  able  to  lift  the  heel  in  the  same  manner  and  produce  a  desirable  effect  during  gait.  

Flexion  for  the  1st  metatarsophalangeal  joint  (Figure  22)  is  accomplished  with  the  flexor  hallucis  longus  muscle  due  to  its  cross-­‐sectional  area,  with  help  from  the  flexor  hallucis  

Figure  22.  Metatarsophalangeal  Joint

Page 90: Lower Extremity Arthrology Guide

90

brevis  muscle,  even  though  it  has  a  more  direct  line  of  action.  Flexion  for  the  rest  of  the  metatarsophalangeal  joints  requires  use  of  the  flexor  digitorum  longus  muscle  because  of  its  cross-­‐sectional  area,  with  help  from  the  flexor  digitorum  brevis  muscle,  even  though  this  muscle  also  has  a  better  line  of  pull,  as  well  as  the  lumbrical  and  interossei  muscles.  Abduction  for  all  of  the  joints  calls  upon  the  dorsal  interossei  muscles,  with  the  abductor  hallucis  muscle  aiding  great  toe  abduction,  and  the  abductor  digiti  minimi  aiding  with  5th  metatarsophalangeal  joint  abduction.  Extension  for  joints  2-­‐5  uses  the  extensor  digitorum  longus  muscle,  because  of  its  cross-­‐sectional  area,  with  help  from  the  extensor  digitorum  brevis  muscle.  Extension  of  the  1st  metatarsophalangeal  joint  calls  upon  the  extensor  hallucis  longus  as  its  primary  mover  due  to  its  cross-­‐sectional  area,  with  aid  from  the  extensor  hallucis  brevis  muscle.  Both  of  these  extensor  brevis  muscles  (digitorum  and  hallucis)  have  better  lines  of  pull  than  their  larger  counterparts,  but  have  smaller  cross-­‐sectional  area,  so  they  are  minor  players.    Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     Each  metatarsophalangeal  joint  is  surrounded  by  a  fibrous  capsule  that  receives  reinforcement  from  collateral  ligaments  and  plantar  plates.    These  joints  are  synovial,  condyloid  joints.  The  collateral  ligaments  mesh  with  the  capsule.  Dorsally,  the  joints  are  covered  by  the  dorsal  digital  expansions,  which  also  blend  with  the  capsule.     The  articulating  surfaces  themselves  are  covered  articular  cartilage.  Five,  convex,  metatarsal  heads  articulate  with  five,  concave,  proximal  phalanges.  This  means  that,  in  open  chain  scenarios,  the  roll  and  the  glide  of  the  proximal  phalanx  on  its  corresponding  metatarsal  head  happen  in  the  same  direction.  In  contrast,  closed  chain  arthrokinematics  (something  you  may  see  in  ballerinas  or  gymnasts)  follows  the  rule  that  the  convex  metatarsal  head  roll  and  glide  happen  in  opposite  direction  (roll  towards  the  plantar  surface  and  glide  towards  the  dorsum  of  the  foot).  Motion  at  these  joints  can  occur  in  the  sagittal  plane  about  the  mediolateral  axis,  or  about  the  vertical  axis  in  the  horizontal  plane.    Table  15.  Ligaments  of  the  Metatarsophalangeal  Joints  Ligament   Attachments   Function  

Collaterals  

Cord:  From  the  proximal  metatarsal  head  both  laterally  and  medially  to  the  proximal  portion  of  the  medial  and  lateral  proximal  phalanges  (1-­‐5).  Accessory:  From  the  proximal  metatarsal  head  both  laterally  and  medially  to  the  plantar  plate  of  the  proximal  phalanges  (1-­‐5)  and  sesamoids  (in  the  1st  metatarsophalangeal  joint)  

Provide  restraint  to  medial  and  lateral  movements  at  the  metatarsophalangeal  joint  and  maintain  joint  congruity    

Deep  transverse  metatarsals  

Horizontal  connection  between  all  of  the  plantar  plates  and,  at  the  1st  metatarsophalangeal  joint,  sesamoid  bones  

Maintains  all  five  of  the  metatarsophalangeal  joints  in  the  same  plane  of  motion  for  functional  use  during  weight  bearing  and  gait  

Superficial   To  the  distal,  plantar  aponeurosis  running   Maintains  all  five  of  the  

Page 91: Lower Extremity Arthrology Guide

91

transverse  metatarsals  

horizontally  across  the  width  of  the  foot  at  the  metatarsophalangeal  joints  

metatarsophalangeal  joints  in  the  same  plane  of  motion  for  functional  use  during  weight  bearing  and  gait  

Dorsal  digital  expansion  

At  the  metatarsophalangeal  joints  to  the  distal  phalanx  of  each  toe  

Prevents  hyperflexion  of  the  MTP,  PIP,  IP,  and  DIP  joints  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Metatarsophalangeal  Joints  Morton’s  Neuroma  

This  condition  may  present  as  tingling  or  numbness  in  the  tarsal  phalanges  (commonly  between  the  3rd  and  4th),  cramp-­‐like  pains  in  the  distal  foot  during  prolonged  

walking  or  running,  and/or  a  callus  over  the  affected  area  that  is  more  prominent  than  at  the  same  site  along  other  metatarsophalangeal  joints  (Figure  23).  The  physical  examination  will  be  remarkable  for  a  positive  sensation  test  (lack  or  diminished  sensation  distal  to  the  neuroma),  a  positive  compression  test  reproducing  an  audible  click,  decreased  sensation,  or  both,  pain  relief  with  removal  of  shoes  or  the  pressure,  and,  possibly,  tight  triceps  surae.      

  Surgical  treatment  would  involve  excision  of  the  neuroma,  which  can  lead  to  re-­‐growth  (30%)  and  permanent  loss  of  sensation  distal  to  the  excision.  Non-­‐surgical  

treatment  includes  orthotics,  cutouts,  triceps  surae  stretching,  cortisone  injections,  and  education  on  footwear.    1st  Metatarsophalangeal  Joint  Sprain  or  Turf  Toe  

This  injury  is  common  in  athletes  and  can  be  caused  by  repetitive  hyperextension  of  the  joint,  poor  footwear,  or  forceful  hyperextension  of  the  joint  (like  during  a  tackle).  The  patient  will  have  pain  with  palpation  of  the  joint  and,  possibly,  the  flexor  hallucis  longus  or  brevis  tendons,  inappropriate  footwear,  and  tight  triceps  surae.  Pain  may  also  be  reproduced  with  passive  extension  of  the  1st  metatarsophalangeal  joint  or  with  active  flexion  of  the  same.      Hallux  rigidus  

Any  trauma  to  the  hallux  can  lead  to  hallux  rigidus.  But,  the  common  mechanism  of  injury  is  forceful  hyperextension,  like  in  “turf  toe”,  that  can  include  gradual  restriction  of  motion,  degeneration  of  the  articular  surfaces,  pain,  tears  of  varying  degrees  to  ligaments  and  tendons,  as  well  as  fractures  to  surrounding  bones.  

Treatment  includes  management  of  pain  with  modalities,  rest,  activity  modification,  footwear  change  and/or  education,  strengthening  and  neuromuscular  re-­‐education  of  muscular  imbalances  and  impairments,  and  stretching  of  tight  musculature.  

Figure  23.  Morton’s  neuroma  

Page 92: Lower Extremity Arthrology Guide

92

 Hallux  Abductovalgus  or  Bunions  

Hallux  abductovalgus  presents  as  excessive  abduction  at  the  1st  metatarsophalangeal  joint  (Figure  24).  The  valgus  angle  is  further  increased  by  a  deviation  of  the  1st  metatarsal  bone  towards  midline  at  its  distal  component.  This  can  be  caused  by  external  forces  (tight  shoes  or  other  external  irritations)  stressing  the  region  initiating  an  increase  in  osteoblastic  activity  of  the  bony  structures,  over-­‐pronation  (which  has  the  same  effect  as  the  external  forces),  and  genetics.  The  patient  may  present  with  an  avoidance  during  gait  to  put  pressure  through  the  1st  ray,  over-­‐pronation,  weak  musculature  at  the  knee  and/or  hips,  bony  genetic  abnormalities,  and  tight  triceps  surae.  

Conservative  treatment  consists  of  ice  for  pain,  orthotics,  wider  shoes,  education  on  shoe  tightness  when  lacing,  and  bunion  pads.  Surgery  can  be  an  option  if  the  condition  hasn’t  responded  to  conservative  options  and/or  the  patient’s  pain  level  is  intolerable.  

Figure  24.  Hallux  abductovalgus

Page 93: Lower Extremity Arthrology Guide

93

The  Interphalangeal  Joints       There  are  a  total  of  nine  interphalangeal  joints.    This  is  accomplished  because  of  the  structural  difference  that  exists  between  the  lateral  four  digits  and  the  first  digit.    The  great  toe  contains  only  two  phalanges,  thus  producing  one  interphalangeal  joint.    However,  the  lateral  four  digits  have  a  total  of  three  phalanges  each.    The  proximal  phalanx  articulates  with  the  middle  phalanx  via  the  proximal  interphalangeal  joint  (Figure  25).    Subsequently,  the  middle  phalanx  articulates  with  the  distal  phalanx  through  the  distal  interphalangeal  joint.    A  general  rule  is  that  the  more  proximal  phalanx  consists  of  a  convex  head  that  meets  up  with  the  concave  base  of  the  more  distal  phalanx.    Much  like  the  metatarsophalangeal  joints,  each  interphalangeal  joint  has  a  joint  capsule  that  is  reinforced  by  a  pair  of  collateral  ligaments.     The  interphalangeal  joint  structure  allows  the  movement  to  occur  in  the  sagittal  plane,  about  the  medial-­‐lateral  axis.    This  arrangement  allows  for  flexion  and  extension.    Neumann  describes  the  amplitude  of  flexion  as  being  greater  than  extension.    It  is  also  stated  that  the  motion  seems  to  be  larger  at  the  more  proximal  joint  in  comparison  to  the  distal  counterpart.     The  interphalangeal  joints  receive  blood  supply  from  the  dorsal  digital  arteries  and  the  plantar  digital  arteries.    The  plantar  and  dorsal  digital  nerves  generate  the  innervation.    The  dorsal  nerves  originate  from  the  superficial  fibular  nerve,  while  the  plantar  nerves  come  from  the  posterior  tibial  nerve.    Tissue  Layers  of  the  Interphalangeal  Joints  –  Superficial  to  Deep  

• Epidermis  • Dermis  • Hypodermis  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Dorsal  Fascia  • Dorsal  Muscles  

o Dorsum  of  the  Foot    ! Tendons  of  Extensor  Digitorum  Longus  

• Neurovasculature  o Dorsal  Digital  Arteries  o Dorsal  Digital  branches  of  the  Deep  Fibular  Nerve  o Lateral  Dorsal  Cutaneous  Nerve  

• Ligaments  o Collateral  Ligaments  

Figure  25.  PIP  and  DIP  joints  

Page 94: Lower Extremity Arthrology Guide

94

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Bones  o Phalanges  

• Joint  Capsule  o Synovial  membrane  o Synovial  fluid  o Articular  cartilage  

• Ligaments  o Plantar  Ligaments  

• Neurovasculature  o Plantar  Digital  Arteries  o Plantar  Digital  Nerves  

• Plantar  Muscles  o First  Layer    

! Abductor  Hallucis  Muscle  ! Flexor  Digitorum  Brevis  Muscle  ! Abductor  Digiti  Minimi  Muscle  

o Second  Layer  ! Quadratus  Plantae  Muscle  ! Lumbricals  

o Third  Layer  ! Flexor  Hallucis  Longus  Tendon  ! Flexor  Digitorum  Longus  Tendon  ! Fibularis  Longus  Tendon  ! Adductor  Hallucis  (Oblique  and  Transverse  Heads)  

o Fourth  Layer  ! Plantar  Interossei  ! Dorsal  Interossei  

• Fibrous  Sheath  of  Flexor  Tendons  • Superficial  Fascia  

o Subcutaneous  Tissue    ! Adipose    ! Neurovasculature  ! Loose  Connective  Tissue  

• Hypodermis  • Dermis  • Epidermis  

           

Page 95: Lower Extremity Arthrology Guide

95

Table  16.  Joint  Motions  of  the  Interphalangeal  Joints  Joint  Motion   Primary  Movers   Secondary  Movers  

Flexion  Flexor  Hallucis  Longus,  Flexor  Digitorum  Longus,  Flexor  Digitorum  Brevis    

Flexor  Hallucis  Brevis,  Abductor  Hallucis,  Quadratus  Plantae  

Extension  Extensor  Hallucis  Longus,  Extensor  Digitorum  Longus,  Extensor  Digitorum  Brevis  

Lumbricals  

 Biomechanics  and  Kinematics  of  the  Interphalangeal  Joints     At  the  interphalangeal  joints,  more  flexion  than  extension  range  of  motion  is  available,  and  more  motion  exists  at  the  PIP’s  than  the  DIP’s.  In  open  chain  circumstances,  the  concave,  distal  articulating  surface  will  roll  and  glide  in  the  same  direction  on  the  convex,  proximal  articulating  surface.  In  contrast,  roll  and  glide  will  move  in  the  opposite  direction  when  the  convex  surface  moves  on  the  concave  surface  present  in  closed  chain  situations.     The  primary  drivers  for  flexion  at  the  interphalangeal  joints  are  the  flexor  digitorum  longus  (for  digits  2-­‐5)  and  the  flexor  hallucis  longus  (for  the  great  toe)  muscles.  These  have  the  greatest  cross-­‐sectional  area  by  far,  even  though  their  counterparts  have  a  more  direct  line  of  pull.  Assisting  the  flexor  digitorum  longus  are  the  flexor  digitorum  brevis,  lumbricals,  and  quadratus  plantae.  Helping  the  flexor  hallucis  longus  are  the  flexor  hallucis  brevis  and  abductor  hallucis.  For  extension,  the  extensor  digitorum  longus  is  the  primary  mover  for  digits  2-­‐5.  It  is  assisted  by  the  extensor  digitorum  brevis,  which  has  a  better  line  of  pull.  Great  toe  extension  is  primarily  accomplished  by  the  extensor  hallucis  longus  due  to  its  biomechanically  advantageous  cross-­‐sectional  area.  This  is  superior  to  the  more  biomechanically  advantageous  line  of  pull  from  the  extensor  hallucis  brevis,  which  aids  in  great  toe  extension.    Joint  Configuration  and  Planes  of  Motion     Each  digit,  with  the  exception  of  the  1st,  consists  of  a  proximal,  middle,  and  distal  phalanx,  with  an  articulation  between  each.  The  articulation  between  the  proximal  and  middle  is  called  the  proximal  interphalangeal  joint  (or  PIP),  and  between  the  middle  and  distal  phalanges  is  the  distal  interphalangeal  joint  (or  DIP).  The  great  toe  only  has  a  proximal  and  distal  phalanx,  so  their  articulation  is  referred  to  as  an  interphalangeal  joint  (or  IP).  Each  joint  also  has  a  synovial,  joint  capsule.  The  most  proximal  articulating  surface  is  convex  and  the  distal  surface  is  concave.  So,  for  example,  the  2nd  PIP  consists  of  a  convex  proximal  phalanx  articulating  with  a  concave  middle  phalanx.  Along  the  same  digit,  the  2nd  DIP  will  have  a  convex  middle  phalanx  and  concave  distal  phalanx.  These  joints  are  synovial,  hinge  joints.  This  means  that  they  move  in  flexion  and  extension  about  the  mediolateral  axis.              

Page 96: Lower Extremity Arthrology Guide

96

Table  17.  Ligaments  of  the  Interphalangeal  Joints  Ligament   Attachments   Function  

Dorsal  aponeurosis  Wraps  around  the  dorsum  of  the  MTP,  PIP,  IP,  and  DIP’s  of  each  joint.  

Resist  hyperflexion  and  hold  the  extensor  tendons  in  place.  

Cruciforms  

Between  the  annular  ligaments  crossing  from  one  side  of  the  plantar  surface  of  a  phalanx  to  the  other  side.  

Resists  hyperextension  and  torsional  movements  

Annulars  At  the  IP,  PIP,  and  DIP’s  of  each  joint  running  horizontally  around  the  joint.  

Resists  medial  and  lateral  movements  at  each  joint.  

 Common  Joint  Pathologies  of  the  Interphalangeal  Joints  Plantar  fasciitis  

Although  this  condition  isn’t  specific  to  this  joint,  the  plantar  fascia  attaches  to  the  anterior  plantar  surface  of  the  phalanges,  and  is  extremely  common.  Patients  with  plantar  fasciitis  will  report  pain  in  their  heel  (Figure  26),  especially  right  along  the  anteroplantar  surface  of  the  foot,  that  is  worse  when  they  get  up  in  the  morning  and  after  any  prolonged  period  of  rest.  The  pain  will  gradually  get  better  as  the  day  goes  on,  but  can  return  with  prolonged  activities  such  as  standing,  walking,  running,  or  jumping.  This  can  lead  to  compensations  presenting  as  decreased  push  off  during  terminal  phases  of  gait.  Plantar  fasciitis  can  occur  because  of  excessive  pronation  (due  to  either  immobility  at  the  ankle  or  weak  ankle  inverters),  micro-­‐trauma  or  inflammation  near  the  point  at  which  this  tissue  connects  to  the  calcaneus,  poor  or  old  footwear,  tight  triceps  surae,  or  high  arches.  With  these  patients,  resistive  tests  should  be  negative  however;  active  and  passive  range  of  motion  of  the  great  toe  will  reproduce  their  symptoms  as  will  palpation  at  the  calcaneal  

insertion  point.  Another  pathology  associated  with  this  condition  is  the  formation  of  heel  spurs.  It  is  common  in  30%  of  patients,  but  removal  of  the  spur  doesn’t  correct  the  primary  issue  of  tight  plantar  fascia.  

Treatment  of  this  condition  includes  stretching  the  triceps  surae,  ankle  stabilizing  muscle  strengthening  and  neuromuscular  re-­‐education,  foot  intrinsic  muscle  strengthening  and  neuromuscular  re-­‐education,  modalities  as  needed,  rolling  out  or  stretching  the  arch  of  the  foot  after  prolonged  periods  of  rest  (like  sitting  or  sleeping),  rest,  activity  modification,  patient  education  on  footwear,  orthotics,  and  addressing  other  imbalances  or  issues  at  the  knee  and  hip  as  needed.    

   

Figure  26.  Plantar  fasciitis  

Page 97: Lower Extremity Arthrology Guide

97

Gout  Gout  occurs  when  an  excess  of  uric  acid  builds  up  in  the  body  and  forms  crystals.  

The  great  toe  is  a  common  location  for  this  to  occur.  Patients  will  present  with  sore,  red,  warm,  stiff,  or  swollen  joints  that  can  be  painful  enough  to  arouse  someone  from  sleep.  This  condition  can  be  exacerbated  by  stress,  alcohol,  drugs,  or  other  illnesses.  

Gout  is  treated  with  NSAID’s,  prescribed  medications,  or  cortisone  shots.    Hammertoe  

Hammertoe  (Figure  27)  is  a  condition  affecting  the  2nd,  3rd,  or  4th  toe.  This  can  be  caused  by  improper  footwear,  muscular  imbalances,  or  an  injury  to  the  dorsal  digital  expansion.  

Conservative  treatment  includes  intrinsic  and  extrinsic  foot  exercises,  stretching,  pads  or  braces,  and  footwear  changes  and  education.  It  can  also  be  treated  surgically,  but  may  lead  to  hallux  rigidus.    

Figure  27.  Hammertoe

Page 98: Lower Extremity Arthrology Guide

98

References    1. Becker  I,  Woodley  S,  Stringer  M.  The  adult  human  pubic  symphysis:  a  systematic  

review.  J  Anat.  2010;  217(5):475-­‐87.      2. Vleeming  A,  Schuenke  MD,  Masi  AT,  Carreiro  JE,  Danneels  L,  Willard  FH.  The  sacroiliac  

joint:  an  overview  of  its  anatomy,  function  and  potential  clinical  implications.  J  Anat.  2012;  221(6):537-­‐567.    

 3. Foley  B,  Buschbacher  R.  Sacroiliac  Joint  Pain.  Am  J  Phys  Med  Rehabil.  2006;  85:997-­‐  

1006.      4. Gordon  A.  The  Sacroiliac  Joint:  Review  of  Anatomy,  Mechanics,  and  Function.  J  Phys  

Ther.  199;  13(2):  71-­‐84.      5. Jordan  SS,  DeFrate  LE,  Nha  KW,  et  al:  The  in  vivo  kinematics  of  the    

 anteromedial  and  posterolateral  bundles  of  the  anterior  cruciate  ligament  during  weightbearing  knee  flexion,  Am  J  Sports  Med  35:547-­‐554,  2007.      

 6. Milankov  M,  Kecojević  V,  Gvozdenović  N,  Obradović  M.  Dislocation  of  the  proximal  

tibiofibular  joint.  Med  Pregl.  2013  Sep-­‐Oct;66(9-­‐10):387-­‐91.  PubMed  PMID:  24245447.    7. Morrison  TD,  Shaer  JA,  Little  JE.  Bilateral,  atraumatic,  proximal  tibiofibular  joint  

instability.  Orthopedics.  2011  Jan  1;34(2):133.  doi:  10.3928/01477447-­‐20101221-­‐28.  PubMed  PMID:  21323280.  

 8. Norkus  SA,  Floyd  RT.  The  Anatomy  and  Mechanisms  of  Syndesmotic  Ankle  Sprains.  

Journal  of  Athletic  Training.  2001;36(1):68-­‐73.    9. Neumann,  D.  A.  (2010).  Kinesiology  of  the  musculoskeletal  system:  Foundations  for  

rehabilitation.  St.  Louis,  Mo:  Mosby/Elsevier.    10. Moore,  KL,  &  Dalley,  AF.  (1999).  Clinically  oriented  anatomy.  Philadelphia:  

Lippincott  Williams  &  Wilkins.    11. Levangie,  Pamela  K.,  and  Cynthia  C.  Norkin.  Joint  structure  and  function:  a  

comprehensive  analysis.  5th  ed.  Philadelphia,  PA:  F.A.  Davis  Co.,  2011.      12. Nyska,  M,  Mann,  G.  (2002).  The  Unstable  Ankle.  Champaign,  IL:  Human  Kinetics  

Publishers,  Inc.      13. Campbell  S,  Palisano  R,  Orlin  M,  Physical  Therapy  for  Children,  4th  ed.    St.  Louis,  MO:  

Saunders  Elsevier,  2012.    

Page 99: Lower Extremity Arthrology Guide

99

14. Lin  C-­‐WC,  Hiller  CE,  de  Bie  RA.  Evidence-­‐based  treatment  for  ankle  injuries:  a  clinical  perspective.  The  Journal  of  Manual  &  Manipulative  Therapy.  2010;18(1):22-­‐28.  doi:10.1179/106698110X12595770849524.  

 15. Smith  RW,  Reischl  SF.  Treatment  of  ankle  sprains  in  young  athletes.  Am  J  Sports  Med.  

1986  Nov-­‐Dec;14(6):465-­‐71.  PubMed  PMID:  3099587.    16. Walsh  EF,  DiGiovanni  C.  Fibular  nonunion  after  closed  rotational  ankle  fracture.  

Foot  Ankle  Int.  2004  Jul;25(7):488-­‐95.  PubMed  PMID:  15319107.    17. Hudes  K.  Conservative  management  of  a  case  of  tarsal  tunnel  syndrome.  The  

Journal  of  the  Canadian  Chiropractic  Association.  2010;54(2):100-­‐106.    18. Mintken  P.  Musculoskeletal  Conditions  I  DPTR  5401.  Lower  Extremity  Course  Packet:  

University  of  Colorado,  Denver.  Doctor  of  Physical  Therapy  Program.  2013.    19. Moore  KL,  Dalley  AF,  Agur  AMR.  Clinically  Oriented  Anatomy.  6th  ed.  Baltimore,  MD:  

Lippincott  Williams  &  Wilkins;  2010.    20. Neumann  DA.  Kinesiology  of  the  musculoskeletal  system:  foundations  for  rehabilitation.  

2nd  ed.  St.  Louis,  Mo.:  Mosby/Elsevier;  2010.      21. Oatis  C.  Biomechanics  of  the  Foot  and  Ankle  Under  Static  Conditions.  Physical  Therapy.  

1988;  68:  1815-­‐1821    22. Riegger  C.  Anatomy  of  the  Ankle  and  Foot.  Physical  Therapy.  1988;68(12):1802-­‐1814.    23. Sammarco  J.  The  Talonavicular  and  Calcaneocuboid  Joints:  Anatomy,  Biomechanics,  and  

Clinical  Management  of  the  Transverse  Tarsal  Joint.  Foot  Ankle  Clin  N  Am.  2004;  9:  127–145  

 24. Treatment  Options  for  Osteoarthritis  in  the  knee.  Sutter  Health  Palo  Alto  Medical  

Foundation  website  http://www.pamf.org/sports/king/osteoarthritis.html.    Updated  2015.  Accessed  July  21,  2015  

 25. Piazza  S,  Ricci  G,  Caldarazzo  Ienco  E,  et  al.  Pes  cavus  and  hereditary  neuropathies:  when  

a  relationship  should  be  suspected.  Journal  of  Orthopaedics  and  Traumatology  :  Official  Journal  of  the  Italian  Society  of  Orthopaedics  and  Traumatology.  2010;11(4):195-­‐201.  doi:10.1007/s10195-­‐010-­‐0114-­‐y.  

 26. Simons  GW.  Calcaneocuboid  joint  deformity  in  talipes  equinovarus:  an  overview  and  

update.  J  Pediatr  Orthop  B.  1995;4(1):25-­‐35.  PubMed  PMID:  7719831.    27. Phillips  RD,  Law  EA,  Ward  ED.  Functional  motion  of  the  medial  column  joints  of  the  foot  

during  propulsion.  J  Am  Podiatr  Med  Assoc.  1996  Oct;86(10):474-­‐86.  PubMed  PMID:  8918025.