effekten af knæadduktionsmomentet på tibial bruskvolumen og knoglestørrelse hos raske kvinder

abstrakt

mål. Der er betydelige beviser for, at et unormalt højt knæadduktormoment er et kendetegn ved gangmønstrene hos mennesker med knæartrose (OA). Formålet med denne undersøgelse var at undersøge forholdet mellem det maksimale knæadduktionsmoment i de tidlige og sene holdningsfaser af gangen og medial og lateral tibial knoglestørrelse og bruskvolumen hos raske kvinder.

metoder. Tredimensionelle Vicon ganganalyser og magnetisk resonansafbildning (MRI) blev udført på 20 raske kvinder uden knæ OA. Det ydre knæadduktionsmoment var korreleret med medial og lateral tibial knoglestørrelse og bruskvolumen for det dominerende ben.

resultater. Knæadduktionsmomentet korrelerede signifikant med knoglestørrelsen på det mediale tibiale plateau (r = 0,63, P < 0,005), men var ikke relateret til knoglestørrelsen på det laterale plateau. Der blev ikke observeret nogen sammenhæng mellem knæadduktionsmomentet og medial eller lateral tibial bruskvolumen.

konklusioner. Selvom knæadduktionsmomentet var positivt forbundet med knoglestørrelsen på det mediale tibiale plateau, så det ud til at have ringe effekt på bruskvolumen i dette rum hos raske kvinder. Det kan være, at effekten af knæadduktionsmomentet adskiller sig hos raske forsøgspersoner sammenlignet med dem med etableret knæ OA.

selvom øget regional belastning på tværs af ledbrusk menes at være en vigtig faktor i patogenesen af knæartrose (OA) , forholdet mellem biomekaniske faktorer, bruskvolumen og knoglestørrelse i sunde og arthritiske knæled er uklart. Mens øget mekanisk belastning forårsager tilpasninger i kortikal og cancelløs knogle, forbliver sammenhængen mellem belastning og bruskvolumen spekulativ.

knæadduktionsmomentets rolle i OA bliver bedre forstået. Knæadduktionsmomentet genereres af kombinationen af jordreaktionskraften, der passerer medialt til midten af knæleddet under gang, og den vinkelrette afstand af denne kraft fra midten af leddet . Dette øjeblik har en tendens til at adducere det tibiofemorale led, hvilket forårsager en stigning i medialt rumtryk, og mennesker med knæ OA har vist større end normale top knæadduktionsmomenter i deres gangmønstre. Desuden har mennesker med etableret tibiofemoral OA reduceret tibiofemoral bruskvolumen sammenlignet med normale forsøgspersoner og har vist sig at miste signifikant ledbrusk i knæet årligt . Imidlertid forbliver determinanterne for brusktab uklare, selvom knæadduktionsmomenterne under gangen kan hjælpe med at forklare noget af variansen i sundt og arthritisk knæledbruskvolumen. Desuden er det muligt, at overdreven knæadduktionsmomenter under gangen delvis kan forklare, hvorfor det mediale tibiale plateau har en større knoglestørrelse end det laterale plateau.

selvom øgede knæadduktionsmomenter og nedsatte bruskvolumener er forbundet med sværhedsgraden af knæ OA , har ingen tidligere undersøgelse beskrevet forholdet mellem knæadduktionsmomentet og tibial bruskvolumen i sunde eller arthritiske knæled. For at undersøge forholdet mellem knæadduktionsmomentet, tibial bruskvolumen og knoglestørrelse hos normale forsøgspersoner undersøgte vi lokomotoriske mønstre hos 20 raske kvinder.

metoder

emner

tyve kvinder involveret i en eksisterende undersøgelse af sund aldring blev rekrutteret gennem Jean Hailes center (en kvinders sundhedsklinik) og reklame i de lokale medier. Undersøgelsen blev godkendt af Alfred Hospital, Caulfield Hospital og La Trobe University ethics committees.

eksklusionskriterierne var en historie med knæ-OA eller symptomer, der krævede medicinsk behandling, enhver knæsmerter i mere end 1 dag i måneden før testning, radiografisk bevis for OA, inflammatorisk arthritis, planlagt eller tidligere knæledsudskiftning, malignitet, brud i de sidste 10 år, kontraindikation til MR (f.eks. pacemaker, cerebral aneurismeklip, cochleaimplantat, tilstedeværelse af granatsplinter på strategiske steder, metal i øjet og klaustrofobi), manglende evne til at gå 15 m uden brug af hjælpemidler og hemiparesis.

apparat og procedure

Ganganalyser blev udført i ganglaboratoriet i Muskuloskeletalforskningscentret, La Trobe University, Australien. Et Vicon-bevægelsesanalysesystem med seks kameraer blev brugt til at fange tredimensionelle kinematiske data under fire gangforsøg på det dominerende ben. Hvert motivs foretrukne sparkeben blev nomineret som deres dominerende ben. Jorden reaktionskræfter blev målt ved en Kistler 9281 kraft-platform. Inverse dynamiske analyser blev udført ved hjælp af ‘PlugInGait’, som er baseret på en tidligere foreslået model for at opnå fælles øjeblikke beregnet om et ortogonalt aksesystem placeret i det distale segment af et led. Inter–ASIS (anterior superior iliac spine) afstand blev målt ved hjælp af en tykkelse, hvilket fik de mediale–laterale og proksimale distale koordinater i hofteledets centrum til at blive bestemt ved den tidligere beskrevne metode . Asis til større trochanter-måling tilvejebragte den forreste–bageste koordinering af hofteleddet. En knæjusteringsenhed (KAD) blev brugt til at beregne knæledsakser, og tibial torsion blev målt fra klinisk undersøgelse. Lårets koronale plan blev defineret som det plan, der indeholdt hofteledets centrum, knæmarkør og lateral KAD-markør. Det koronale plan af skaftet indeholdt knæleddet center og lateral malleolus markør. Vinklen dannet af knæ-og ankelledets akser målte tibial torsion.

emner udfyldte et spørgeskema, der omfattede demografiske data og fysisk aktivitet som tidligere beskrevet . Kropsmasseindeks (BMI) (vægt/højde2 i kg/m2) blev beregnet ved at måle vægten til nærmeste 0,1 kg (sko og omfangsrige tøj fjernet) ved hjælp af et enkelt par elektroniske vægte og måle højden til nærmeste 0,1 cm (sko fjernet) ved hjælp af et stadiometer.

MR blev udført på hvert fags dominerende knæ. Knæbruskvolumen blev bestemt ved billedbehandling på en uafhængig arbejdsstation ved hjælp af Osiris-programmet (University of Geneva) som tidligere beskrevet . Knæ blev afbildet i sagittalplanet på det samme 1.5-T helkropsmagnetisk resonansenhed (Signa Advantage HiSpeed ge Medical Systems Milvaukee, vi) ved hjælp af en kommerciel kun-ekstremitetsspole. Mediale og laterale tibiale plateaubenstørrelser (overfladeareal) blev bestemt ved at skabe et isotrop volumen fra inputbillederne, der blev omformateret i det aksiale plan, og plateaubenstørrelsen blev direkte målt ud fra disse billeder som tidligere beskrevet . Variationskoefficienterne for medial og lateral tibial plateau størrelse var 2,3 og 2.4%, og variationskoefficienterne for måling af mediale og laterale bruskvolumenmål var henholdsvis 3,2 og 2,7%.

statistisk analyse

Pearsons korrelationer blev brugt til at undersøge forholdet mellem det maksimale knæadduktionsmoment under tidlig og sen holdning, den mediale og laterale tibiale knoglestørrelse og bruskvolumen. Forud for beregning af en koefficient blev foreningernes scatterplots inspiceret for funktioner, der ville hindre fortolkning, såsom ikke-normalitet af de to variabler, foreningens ikke-linearitet og eksterne observationer. Alle analyser blev udført for det dominerende ben, da kombinationen af højre og venstre ben ikke anerkender uafhængighed mellem knæ og potentialet for asymmetrisk justering af underbenene. Ved at vælge det dominerende ben forsøgte vi at kontrollere for variabler, der kan være fællesspecifikke snarere end emnespecifikke. Resultater, hvor der var p-værdier på mindre end 0,05 (to-tailed) blev anset for at være statistisk signifikante. Alle analyser blev udført ved hjælp af SPSS (version 11.0.1, SPSS, Cary, NC).

resultater

gennemsnitsalderen for de 20 deltagende kvinder var 61,0 liter 5,3 år. Den gennemsnitlige BMI var 25,3 liter 4,2 kg / m2. Det gennemsnitlige niveau for den nuværende fysiske aktivitet var 7,7 kr. 2,4 (på en skala fra 0-12, hvor 0 ikke repræsenterede nogen fysisk aktivitet). De gennemsnitlige størrelser og standardafvigelser for knæadduktionsmomenter, knoglestørrelser og bruskvolumener er vist i tabel 1.

Knæadduktionsmoment og tibialbenstørrelse

det maksimale knæadduktionsmoment under sen holdning var signifikant forbundet med den mediale tibiale knoglestørrelse (r = 0,63, P = 0,004). Dette forhold forblev signifikant efter post-hoc Bonferonni-justeringer (kr = 0,006). Der blev ikke observeret nogen signifikant sammenhæng mellem knæadduktionsmomentet under sen holdning og den laterale tibiale knoglestørrelse. Det maksimale adduktionsmoment under tidlig holdning var ikke signifikant forbundet med den mediale eller laterale tibiale knoglestørrelse. Justering for alder, BMI og fysisk aktivitet ændrede ikke resultaterne i tabel 2.

Knæadduktionsmoment og tibial bruskvolumen

der blev ikke observeret nogen signifikante korrelationer mellem det maksimale adduktionsmoment, der forekom under tidlig eller sen holdning, og det mediale eller laterale tibiale bruskvolumen før og efter justering for alder, BMI og fysisk aktivitet. Disse resultater fremgår af tabel 2.

Diskussion

så vidt vi ved, er dette den første undersøgelse, der beskriver forholdet mellem knæadduktionsmomentet, tibialbenstørrelse og bruskvolumen hos raske kvinder. Selvom knæadduktionsmomentet giver et stort bidrag til 70% af den samlede knæledsbelastning , der passerer gennem det mediale tibiofemorale rum under gang, antyder disse resultater, at øjeblikket påvirker knoglestørrelse i større grad end bruskvolumen i sunde knæ.

det maksimale knæadduktionsmoment under sen holdning var korreleret med den mediale tibiale plateau knoglestørrelse, men alligevel ikke det laterale plateau. Jo større størrelsen af knæadduktionsmomentet hos normale forsøgspersoner er, jo større er den mediale tibiale plateau knoglestørrelse. Dette underbygger knæadduktionsmomentets indflydelse på medial ledbelastning og giver bevis, der understøtter den rolle, mekanisk belastning spiller i reguleringen af ny knoglevækst . Selvom et forhold mellem knæadduktionsmoment og medial tibial plateau knoglestørrelse var tydelig under sen holdning, blev dette ikke observeret under tidlig holdning. Det kan være, at intern aktivitet af blødt væv leveret af strukturer såsom ledbånd og muskler hjælper med til bedre at begrænse den kompressionskraft, der pålægges det mediale tibiofemorale rum ved adduktionsmomentet under tidlig holdning sammenlignet med sen holdning. Desuden kan det være, at den øgede belastning, som det understøttende lem oplever under sen holdning, medierede sammenhængen mellem knæadduktionsmomentet og den mediale knoglestørrelse. Yderligere arbejde er påkrævet for at underbygge den komplekse rumlige og tidsmæssige interaktion, der involverer knæadduktionsmomentet under gang .

så vidt vi ved, har kun to andre undersøgelser undersøgt indflydelsen af knæadduktionsmomentet på knogletilpasning ved knæet. Disse viste, at knæadduktionsmomentet var den bedste bedste forudsigelse for det mediale til laterale forhold mellem proksimalt knoglemineralindhold hos normale og arthritiske forsøgspersoner . Mens knæadduktionsmomentet ser ud til at være en vigtig faktor, der regulerer knoglestørrelse og mineralindhold hos raske og arthritiske forsøgspersoner, om adduktionsmomentets forhold til knogleændringer ved den proksimale skinneben påvirker risikoen for at udvikle OA skal undersøges ved langsgående undersøgelser.

der blev ikke observeret nogen sammenhæng mellem knæadduktionsmomentet og medial eller lateral tibial bruskvolumen. Ingen tidligere undersøgelse har undersøgt forholdet mellem adduktionsmomentet og bruskvolumen hos raske eller arthritiske forsøgspersoner. Tidligere undersøgelser, der undersøgte mennesker med knæ-OA, viste, at et større adduktionsmoment var forbundet med større medial ledrumsindsnævring . Men fordi knæledsrummet består af andre strukturer, såsom menisci, er indsnævring af ledrummet ikke altid en gyldig indikator for ledbruskvolumen . Der er imidlertid nye beviser for, at bruskvolumen vil være et nyttigt mål i undersøgelser af patogenesen af OA . En nylig undersøgelse, der undersøgte forsøgspersoner med tidlig radiografisk OA, viste, at indsnævring af medialt ledrum var forbundet med betydelige reduktioner i bruskvolumen ved både mediale og laterale tibiale og patella-rum . Desuden var osteophytose forbundet med betydelige stigninger i lateral og medial tibial fælles overfladeareal, men ikke med en ændring i bruskvolumen . Dette kan udlede, at ændringerne i brusk og knoglemorfologi i den tidlige OA er uafhængige af hinanden. I betragtning af at denne undersøgelse viste, at knæadduktionsmomentet var forbundet med en ændring i den mediale tibiale plateau knoglestørrelse hos raske mennesker, kan det være, at knoglestørrelse spiller en rolle i indledningen af sygdom, mens ændringer i bruskvolumen kan formidle sygdomsprogression. Yderligere arbejde er nødvendigt for at belyse brusk og knogles reaktion på mekanisk belastning før og efter sygdomsudbrud.

resultaterne af denne undersøgelse er begrænset af den relativt lille prøvestørrelse, selvom vi havde tilstrækkelig kraft til at vise effekten af adduktormoment på knoglestørrelse. Imidlertid antyder vores resultater, at effekten på brusk, hvis nogen, er signifikant mindre end effekten på knogler. I hvilket omfang disse fund generaliseres til mænd, vil det kræve yderligere undersøgelse.

selvom denne undersøgelse har vist en positiv sammenhæng mellem knæadduktionsmomentet og størrelsen på det mediale tibiale plateau hos raske kvinder, var der ingen sammenhæng mellem adduktionsmomentet og det mediale bruskvolumen. Det kan være, at knæadduktormomentet har en anden effekt på ledbrusk hos raske forsøgspersoner sammenlignet med dem med etableret knæ OA. Der kræves yderligere arbejde for at belyse bruskens typiske respons på mekanisk belastning og undersøge, om ændringer i knoglestørrelse forud for sygdomsbegyndelsen.

forfatterne har erklæret ingen interessekonflikter.

vi vil gerne anerkende Colonial Foundation, Shepherd Foundation, CCRE (Therapeutics) og Musculoskeletal Research Center La Trobe University for støtte. Vi er taknemmelige for T. Bach, J. Chen, J. Hankin og J. Hankin for deres værdifulde hjælp til Projektledelse. Vi er også meget taknemmelige for de emner, der gav så frit af deres tid til at deltage i undersøgelsen.

forfatter noter

Institut for Epidemiologi og forebyggende medicin, Monash University, Alfred Hospital, Prahran, Victoria, 3181, 1LA Trobe University, Victoria, 3086 og 2jean Hailes Foundation, Clayton, Victoria, Australien.