účinek momentu addukce kolena na objem tibiální chrupavky a velikost kosti u zdravých žen

Abstrakt

cíle. Existují značné důkazy o tom, že abnormálně vysoký moment adduktoru kolena je charakteristickým rysem vzorů chůze u lidí s osteoartrózou kolene (OA). Cílem této studie bylo prozkoumat vztah mezi špičkovým momentem adukce kolena během časné a pozdní fáze chůze, a střední a laterální velikost tibiální kosti a objem chrupavky u zdravých žen.

metody. Trojrozměrné analýzy chůze Vicon a zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) byly provedeny na 20 zdravých ženách bez OA kolena. Vnější moment adukce kolena koreloval se střední a laterální velikostí tibiální kosti a objemem chrupavky pro dominantní nohu.

výsledek. Moment adukce kolena významně koreloval s velikostí kosti střední tibiální plošiny (r = 0, 63, P < 0, 005), ale nesouvisel s velikostí kosti laterální plošiny. Nebyl pozorován žádný vztah mezi momentem addukce kolena a mediálním nebo laterálním objemem tibiální chrupavky.

závěry. Ačkoli moment adukce kolena byl pozitivně spojen s velikostí kosti střední tibiální plošiny, zdálo se, že má malý vliv na objem chrupavky v tomto kompartmentu u zdravých žen. Je možné, že účinek momentu addukce kolena se u zdravých subjektů liší ve srovnání s těmi, kteří mají zavedenou OA kolena.

přestože je zvýšené regionální zatížení kloubní chrupavky považováno za důležitý faktor v patogenezi osteoartrózy kolene (OA) , vztah mezi biomechanickými faktory, objemem chrupavky a velikostí kosti u zdravých a artritických kolenních kloubů je nejasný. Zatímco zvýšené mechanické zatížení způsobuje adaptace v kortikální a spongiózní kosti, souvislost mezi zatížením a objemem chrupavky zůstává spekulativní.

úloha momentu adukce kolena v OA je stále lépe pochopena. Moment adukce kolena je generován kombinací reakční síly země, která prochází mediálně do středu kolenního kloubu během chůze, a kolmé vzdálenosti této síly od středu kloubu . Tento okamžik má tendenci addukovat tibiofemorální kloub, což způsobuje zvýšení tlaku mediálního kompartmentu a lidé s kolenním OA prokázali ve svých vzorcích chůze větší než normální vrcholové adukční momenty kolena. Kromě toho lidé se zavedenou tibiofemorální OA snížili objem tibiofemorální chrupavky ve srovnání s normálními subjekty a bylo prokázáno, že každoročně ztrácejí významnou kloubní kolenní chrupavku . Determinanty ztráty chrupavky však zůstávají nejasné, i když momenty adukce kolena během chůze mohou pomoci vysvětlit některé rozdíly v zdravém a artritickém objemu chrupavky kolenního kloubu. Dále je možné, že nadměrné momenty adukce kolena během chůze mohou částečně vysvětlit, proč má mediální tibiální plošina větší velikost kosti než laterální plošina.

ačkoli zvýšené momenty adukce kolena a snížené objemy chrupavky jsou spojeny se závažností OA kolena, žádná předchozí studie nepopisovala vztahy mezi momentem adukce kolena a objemem tibiální chrupavky u zdravých nebo artritických kolenních kloubů. Abychom prozkoumali vztahy mezi momentem adukce kolena, objemem tibiální chrupavky a velikostí kosti u normálních subjektů, zkoumali jsme pohybové vzorce 20 zdravých žen.

metody

subjekty

dvacet žen zapojených do stávající studie zdravého stárnutí bylo přijato prostřednictvím Centra Jean Hailes (klinika pro zdraví žen) a reklamy v místních médiích. Studie byla schválena Alfredovou nemocnicí, Caulfieldskou nemocnicí a etickými komisemi La Trobe University.

vylučovacími kritérii byla anamnéza OA kolene nebo příznaky vyžadující lékařské ošetření, jakákoli bolest kolena po dobu delší než 1 den v měsíci před testováním, radiografický důkaz OA, zánětlivá artritida, plánovaná nebo předchozí náhrada kolenního kloubu, malignita, zlomenina v posledních 10 letech, kontraindikace MRI (např. kardiostimulátor, klip mozkové aneuryzmy, kochleární implantát, přítomnost šrapnelu na strategických místech, kov v oku a klaustrofobie), neschopnost chodit 15 m bez použití pomocných prostředků, a hemiparéza.

přístroje a postupy

analýzy chůze byly provedeny v laboratoři chůze v muskuloskeletálním výzkumném středisku La Trobe University v Austrálii. Šestikamerový systém Vicon motion analysis (Oxford Metrics Ltd, Oxford, UK) byl použit k zachycení trojrozměrných kinematických dat během čtyř pokusů o chůzi na dominantní noze. Preferovaná kopací noha každého subjektu byla nominována jako jejich dominantní noha. Pozemní reakční síly byly měřeny silovou plošinou Kistler 9281 (Kistler Instruments, Winterthur, Švýcarsko). Inverzní dynamické analýzy byly provedeny pomocí “ PlugInGait „(Oxford Metrics, Oxford, UK), který je založen na dříve navrženém modelu, aby se získaly společné momenty vypočtené kolem systému ortogonální osy umístěného v distálním segmentu kloubu. Inter-ASIS (anterior superior iliac spine) vzdálenost byla měřena pomocí třmenu, což způsobilo, že mediálně–laterální a proximálně–distální souřadnice centra kyčelního kloubu byly stanoveny dříve popsanou metodou . Měření ASIS k většímu trochanteru poskytlo přední a zadní koordinaci kyčelního kloubu. K výpočtu OS kolenního kloubu bylo použito zařízení pro vyrovnání kolen (KAD) a z klinického vyšetření bylo měřeno torze tibie. Koronální rovina stehna byla definována jako rovina obsahující střed kyčelního kloubu, značku kolenního kloubu a laterální značku KAD. Koronální rovina dříku obsahovala střed kolenního kloubu a laterální malleolus marker. Úhel tvořený osami kolenního a kotníkového kloubu měřil torzi tibie.

subjekty vyplnily dotazník, který zahrnoval demografické údaje a fyzickou aktivitu, jak bylo popsáno výše . Index tělesné hmotnosti (BMI) (hmotnost/výška2 v kg/m2) byl vypočítán měřením hmotnosti na nejbližší 0,1 kg (boty a objemné oděvy odstraněny) pomocí jediného páru elektronických vah a měřením výšky na nejbližší 0,1 cm (boty odstraněny) pomocí stadiometru.

MRI byla provedena na dominantním koleni každého subjektu. Objem kolenní chrupavky byl stanoven zpracováním obrazu na nezávislé pracovní stanici pomocí softwaru Osiris (Ženevská Univerzita), jak bylo popsáno výše . Kolena byla zobrazena v sagitální rovině dne 1.5-T celotělová magnetická rezonanční jednotka (Signa Advantage HiSpeed Ge Medical Systems Milwaukee, WI) pomocí komerční koncové cívky pouze pro příjem. Střední a laterální velikost kosti tibiální plošiny (povrchová plocha) byla stanovena vytvořením izotropního objemu ze vstupních obrazů přeformátovaných v axiální rovině a velikost kosti plošiny byla přímo měřena z těchto obrazů, jak bylo popsáno výše . Variační koeficienty pro velikost mediální a laterální tibiální plošiny byly 2,3 a 2.4% a variační koeficienty pro měření mediálního a laterálního objemu chrupavky byly 3,2 a 2,7%.

Statistická analýza

Pearsonovy korelace byly použity ke zkoumání vztahu mezi maximálním momentem adukce kolene během časného a pozdního postoje, střední a laterální velikostí tibiální kosti a objemem chrupavky. Před výpočtem koeficientu, rozptylové plochy asociací byly zkontrolovány na vlastnosti, které by bránily interpretaci, jako je nenormálnost obou proměnných, nelinearita asociace a odlehlá pozorování. Všechny analýzy byly provedeny pro dominantní nohu, protože kombinace pravé a levé nohy neuznává nezávislost mezi koleny a potenciál pro asymetrické zarovnání dolních končetin. Výběrem dominantní nohy, pokusili jsme se ovládat proměnné, které mohou být specifické pro kloub, spíše než specifické pro subjekt. Výsledky, kde byly hodnoty P menší než 0,05 (dvouocasé), byly považovány za statisticky významné. Všechny analýzy byly provedeny pomocí SPSS (verze 11.0.1, SPSS, Cary, NC).

výsledky

průměrný věk 20 zúčastněných žen byl 61,0 ± 5,3 roku. Průměrný BMI byl 25,3 ± 4,2 kg / m2. Průměrná úroveň současné fyzické aktivity byla 7,7 ± 2,4 (na stupnici 0-12, kde 0 nepředstavovala žádnou fyzickou aktivitu). Průměrné velikosti a standardní odchylky pro momenty adukce kolena, velikosti kostí a objemy chrupavky jsou uvedeny v tabulce 1.

moment adukce kolena a velikost tibiální kosti

vrcholový moment adukce kolena během pozdního postoje byl významně spojen s velikostí střední tibiální kosti (r = 0,63, P = 0,004). Tento vztah zůstal významný i po post – hoc Bonferonni úpravách (α = 0,006). Nebyla pozorována žádná významná korelace mezi momentem adukce kolena během pozdního postoje a velikostí laterální tibiální kosti. Vrcholový adukční moment během časného postoje nebyl významně spojen s velikostí střední nebo laterální tibiální kosti. Úprava podle věku, BMI a fyzické aktivity nezměnila výsledky uvedené v tabulce 2.

moment adukce kolene a objem tibiální chrupavky

nebyly pozorovány žádné významné korelace mezi maximálním momentem adukce vyskytujícím se během časného nebo pozdního postoje a mediálním nebo laterálním objemem tibiální chrupavky před a po úpravě podle věku, BMI a fyzické aktivity. Tyto výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.

diskuse

pokud je nám známo, jedná se o první studii popisující vztah mezi momentem addukce kolena, velikostí holenní kosti a objemem chrupavky u zdravých žen. Přestože moment adukce kolena významně přispívá k 70% celkové zátěže kolenního kloubu procházející mediálním tibiofemorálním kompartmentem během chůze, tyto výsledky naznačují, že moment ovlivňuje velikost kosti ve větší míře než objem chrupavky u zdravých kolen.

vrcholový moment adukce kolena během pozdního postoje koreloval s velikostí kosti střední tibiální plošiny, ale ne laterální plošinou. Čím větší je velikost momentu adukce kolena u normálních subjektů, tím větší je velikost kosti střední tibiální plošiny. To zdůvodňuje vliv momentu adukce kolena na zatížení mediálního kloubu a poskytuje důkazy podporující roli, kterou hraje mechanické zatížení při regulaci nového růstu kostí. Ačkoli vztah mezi momentem adukce kolena a velikostí kosti střední tibiální plošiny byl patrný během pozdního postoje, toto nebylo pozorováno během raného postoje. Je možné, že vnitřní aktivita měkkých tkání poskytovaná strukturami, jako jsou vazy a svaly, pomáhá lépe omezit tlakovou sílu uloženou na mediální tibiofemorální kompartment adukčním momentem během raného postoje, ve srovnání s pozdním postojem. Navíc může být, že zvýšené zatížení, které zažívá podpůrná končetina během pozdního postoje, zprostředkovalo souvislost mezi momentem adukce kolena a velikostí střední kosti. Další práce je nutná k doložení komplexní prostorové a časové interakce zahrnující moment adukce kolena během chůze .

pokud je nám známo, pouze dvě další studie zkoumaly vliv momentu addukce kolena na adaptaci kosti v koleni. Ty ukázaly, že moment adukce kolena byl jediným nejlepším prediktorem mediálního a laterálního poměru obsahu minerálů proximální kosti u normálních a artritických subjektů . Zatímco moment adukce kolene se jeví jako důležitý faktor regulující velikost kosti a obsah minerálů u zdravých a artritických subjektů, zda vztah adukčního momentu s kostními změnami v proximální holenní kosti ovlivňuje riziko vzniku OA, je třeba vyšetřit longitudinálními studiemi.

nebyl pozorován žádný vztah mezi momentem addukce kolena a mediálním nebo laterálním objemem tibiální chrupavky. Žádná předchozí studie nezkoumala vztah mezi momentem addukce a objemem chrupavky u zdravých nebo artritických subjektů. Předchozí studie zkoumající lidi s kolenním OA ukázaly, že větší adukční moment byl spojen s větším zúžením mediálního kloubního prostoru . Protože však prostor kolenního kloubu sestává z jiných struktur, jako jsou menisky, zúžení kloubního prostoru není vždy platným ukazatelem objemu kloubní chrupavky . Existují však objevující se důkazy, že objem chrupavky bude užitečným měřítkem ve studiích patogeneze OA . Nedávná studie, která zkoumala subjekty s časným radiografickým OA, prokázala, že zúžení mediálního kloubního prostoru bylo spojeno s podstatným snížením objemu chrupavky v mediálním i laterálním tibiálním a patelárním kompartmentu . Kromě toho byla osteofytóza spojena s podstatným zvýšením povrchové plochy laterálního a mediálního tibiálního kloubu, ale ne se změnou objemu chrupavky . To může odvodit, že změny morfologie chrupavky a kosti na počátku OA jsou na sobě nezávislé. Vzhledem k tomu, že tato studie prokázala, že moment addukce kolena byl spojen se změnou velikosti kosti střední tibiální plošiny u zdravých lidí, může se stát, že velikost kosti hraje roli při zahájení onemocnění, zatímco změny objemu chrupavky mohou zprostředkovat progresi onemocnění. Další práce je nutná k objasnění reakce chrupavky a kosti na mechanické zatížení před a po nástupu onemocnění.

výsledky této studie jsou omezeny relativně malou velikostí vzorku, i když jsme měli dostatečnou sílu ukázat účinek aduktorového momentu na velikost kosti. Naše výsledky však naznačují, že účinek na chrupavku, pokud existuje, je výrazně menší než účinek na kost. Rozsah, v jakém se tato zjištění zobecňují na muže, bude vyžadovat další vyšetřování.

ačkoli tato studie prokázala pozitivní souvislost mezi momentem adukce kolena a velikostí mediální tibiální plošiny u zdravých žen, nebyl patrný žádný vztah mezi momentem adukce a objemem mediální chrupavky. Je možné, že moment aduktoru kolena má u zdravých jedinců odlišný účinek na kloubní chrupavku ve srovnání s těmi, kteří mají zavedenou OA kolena. Další práce je nutná k objasnění typické reakce chrupavky na mechanické zatížení a ke zkoumání, zda změny velikosti kosti předcházejí nástupu onemocnění.

autoři nevyhlásili žádný střet zájmů.

rádi bychom ocenili Colonial Foundation, Shepherd Foundation, CCRE (Therapeutics) a muskuloskeletální výzkumné centrum La Trobe University za podporu. Jsme vděční T. Bachovi, J. Wittwerovi, D. Chen, k. Webster a J. Hankin za jejich cennou pomoc při řízení projektů. Jsme také velmi vděční subjektům, kteří tak svobodně věnovali svůj čas účasti na vyšetřování.

autor poznámky

oddělení epidemiologie a preventivní medicíny, Monash University, Alfred Hospital, Prahran, Victoria, 3181, 1LA Trobe University, Victoria, 3086 a 2jean Hailes Foundation, Clayton, Victoria, Austrálie.