Die Wirkung des Knie-Adduktionsmoments auf Tibiaknorpelvolumen und Knochengröße bei gesunden Frauen

Zusammenfassung

Ziele. Es gibt erhebliche Hinweise darauf, dass ein ungewöhnlich hohes Knie-Adduktorenmoment ein Merkmal der Gangmuster bei Menschen mit Kniearthrose (OA) ist. Ziel dieser Studie war es, die Beziehung zwischen dem maximalen Knieadduktionsmoment während der frühen und späten Standphase des Gangs zu untersuchen, und mediale und laterale Tibiaknochengröße und Knorpelvolumen bei gesunden Frauen.

Methoden. Dreidimensionale Vicon-Ganganalysen und Magnetresonanztomographie (MRT) wurden an 20 gesunden Frauen ohne Knie-OA durchgeführt. Das externe Knieadduktionsmoment korrelierte mit der medialen und lateralen Tibiaknochengröße und dem Knorpelvolumen für das dominante Bein.

Ergebnisse. Das Knie-Adduktionsmoment korrelierte signifikant mit der Knochengröße des medialen Tibiaplateaus (r = 0,63, P < 0,005), hing jedoch nicht mit der Knochengröße des lateralen Plateaus zusammen. Es wurde kein Zusammenhang zwischen dem Knieadduktionsmoment und dem medialen oder lateralen Tibiaknorpelvolumen beobachtet.

Schlussfolgerungen. Obwohl das Knieadduktionsmoment positiv mit der Knochengröße des medialen Tibiaplateaus assoziiert war, schien es bei gesunden Frauen wenig Einfluss auf das Knorpelvolumen in diesem Kompartiment zu haben. Es kann sein, dass sich die Wirkung des Knieadduktionsmoments bei gesunden Probanden unterscheidet im Vergleich zu denen mit etablierter Knie-OA.

Obwohl eine erhöhte regionale Belastung des Gelenkknorpels als wichtiger Faktor für die Pathogenese der Kniearthrose (OA) angesehen wird , ist der Zusammenhang zwischen biomechanischen Faktoren, Knorpelvolumen und Knochengröße bei gesunden und arthritischen Kniegelenken unklar. Während eine erhöhte mechanische Belastung Anpassungen im kortikalen und spongiösen Knochen verursacht , bleibt der Zusammenhang zwischen Belastung und Knorpelvolumen spekulativ.

Die Rolle des Knieadduktionsmoments bei OA wird immer besser verstanden. Das Knie-Adduktionsmoment wird durch die Kombination der Bodenreaktionskraft, die beim Gehen medial zur Mitte des Kniegelenks verläuft, und des senkrechten Abstands dieser Kraft von der Mitte des Gelenks erzeugt . Dieser Moment neigt dazu, das Tibiofemoralgelenk zu adduzieren, was zu einem Anstieg des medialen Kompartmentdrucks führt, und Menschen mit Knie-OA haben größere als normale Peak-Knie-Adduktionsmomente in ihren Gangmustern gezeigt. Darüber hinaus haben Menschen mit etablierter tibiofemoraler OA ein reduziertes tibiofemorales Knorpelvolumen im Vergleich zu normalen Probanden und es wurde gezeigt, dass sie jährlich signifikanten Gelenkknorpel verlieren . Die Determinanten des Knorpelverlusts bleiben jedoch unklar, obwohl die Knieadduktionsmomente während des Gangs dazu beitragen können, einen Teil der Varianz im gesunden und arthritischen Knorpelvolumen des Kniegelenks zu erklären. Darüber hinaus ist es möglich, dass übermäßige Knieadduktionsmomente während des Gangs teilweise erklären, warum das mediale Tibiaplateau eine größere Knochengröße aufweist als das laterale Plateau.

Obwohl erhöhte Knieadduktionsmomente und verringerte Knorpelvolumina mit dem Schweregrad der Knie-OA verbunden sind , hat keine frühere Studie die Beziehungen zwischen dem Knieadduktionsmoment und dem Tibiaknorpelvolumen bei gesunden oder arthritischen Kniegelenken beschrieben. Um die Beziehungen zwischen dem Knieadduktionsmoment, dem Tibiaknorpelvolumen und der Knochengröße bei normalen Probanden zu untersuchen, untersuchten wir die Bewegungsmuster von 20 gesunden Frauen.

Methoden

Probanden

Zwanzig Frauen, die an einer bestehenden Studie über gesundes Altern beteiligt waren, wurden über das Jean Hailes Centre (eine Frauenklinik) und Werbung in den lokalen Medien rekrutiert. Die Studie wurde von den Ethikkommissionen des Alfred Hospital, des Caulfield Hospital und der La Trobe University genehmigt.

Die Ausschlusskriterien waren eine Vorgeschichte von Knie-OA oder Symptome, die eine medizinische Behandlung erfordern, Knieschmerzen für mehr als 1 Tag im Monat vor dem Test, radiologische Hinweise auf OA, entzündliche Arthritis, geplanter oder früherer Kniegelenkersatz, Malignität, Fraktur in den letzten 10 Jahren, Kontraindikation für MRT (z. B. Schrittmacher, zerebraler Aneurysma-Clip, Cochlea-Implantat, Vorhandensein von Schrapnell an strategischen Stellen, Metall im Auge und Klaustrophobie), Unfähigkeit, 15 m ohne die Verwendung von zu gehen hilfsmittel und Hemiparese.

Vorrichtung und Verfahren

Ganganalysen wurden im Ganglabor des Musculoskeletal Research Centre der La Trobe University, Australien, durchgeführt. Ein Vicon-Bewegungsanalysesystem mit sechs Kameras (Oxford Metrics Ltd, Oxford, UK) wurde verwendet, um dreidimensionale kinematische Daten während vier Gehversuchen am dominanten Bein zu erfassen. Das bevorzugte Trittbein jedes Probanden wurde als dominantes Bein nominiert. Bodenreaktionskräfte wurden mit einer Kistler 9281 Force-Plattform (Kistler Instruments, Winterthur, Schweiz) gemessen. Inverse dynamische Analysen wurden unter Verwendung von ‚PlugInGait‘ (Oxford Metrics, Oxford, UK) durchgeführt, das auf einem zuvor vorgeschlagenen Modell basiert , um Gelenkmomente zu erhalten, die um ein orthogonales Achssystem berechnet wurden, das sich im distalen Segment eines Gelenks befindet. Der Abstand zwischen den ASIS (anterior superior iliaca spine) wurde mit einem Messschieber gemessen, wodurch die medial–lateralen und proximal–distalen Koordinaten des Hüftgelenkzentrums nach dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt wurden . Die ASIS-zu-Trochanter-Messung lieferte die anterior-posteriore Koordinate des Hüftgelenks. Ein Knieausrichtgerät (KAD) wurde verwendet, um Kniegelenkachsen zu berechnen, und die Tibiatorsion wurde aus der klinischen Untersuchung gemessen. Die koronale Ebene des Oberschenkels wurde als die Ebene definiert, die das Hüftgelenkzentrum, den Kniemarker und den lateralen KAD-Marker enthielt. Die koronale Ebene des Schaftes enthielt die Kniegelenksmitte und den lateralen Malleolusmarker. Der Winkel, der durch die Knie- und Sprunggelenksachsen gebildet wird, misst die Tibiatorsion.

Die Probanden füllten einen Fragebogen aus, der demografische Daten und körperliche Aktivität wie zuvor beschrieben enthielt . Der Body-Mass-Index (BMI) (Gewicht / Größe2 in kg / m2) wurde berechnet, indem das Gewicht mit einer einzigen elektronischen Waage auf 0,1 kg (Schuhe und sperrige Kleidung entfernt) und die Höhe mit einem Stadiometer auf 0,1 cm (Schuhe entfernt) gemessen wurde.

MRT wurde am dominanten Knie jedes Probanden durchgeführt. Das Knieknorpelvolumen wurde durch Bildverarbeitung an einer unabhängigen Workstation unter Verwendung der Osiris-Software (Universität Genf) wie zuvor beschrieben bestimmt . Knie wurden in der Sagittalebene auf dem gleichen abgebildet 1.5-T-Ganzkörper-Magnetresonanzgerät (Signa Advantage HiSpeed GE Medical Systems Milwaukee, WI) unter Verwendung einer kommerziellen Nur-Empfangs-Extremitätsspule. Mediale und laterale Tibiaplateau-Knochengrößen (Oberfläche) wurden bestimmt, indem aus den in der Axialebene neu formatierten Eingabebildern ein isotropes Volumen erzeugt wurde, und die Plateau-Knochengröße wurde direkt aus diesen Bildern gemessen, wie zuvor beschrieben . Die Variationskoeffizienten für die mediale und laterale Tibiaplateaugröße betrugen 2,3 und 2.4% und die Variationskoeffizienten für die Messung des medialen und lateralen Knorpelvolumens betrugen 3,2 bzw. 2,7%.

Statistische Analyse

Pearsons Korrelationen wurden verwendet, um die Beziehung zwischen dem maximalen Knie-Adduktionsmoment während der frühen und späten Haltung, der medialen und lateralen Tibiaknochengröße und dem Knorpelvolumen zu untersuchen. Vor der Berechnung eines Koeffizienten wurden die Streudiagramme der Assoziationen auf Merkmale untersucht, die die Interpretation behindern würden, wie z. B. Nichtnormalität der beiden Variablen, Nichtlinearität der Assoziation und abgelegene Beobachtungen. Alle Analysen wurden für das dominante Bein durchgeführt, da die Kombination von rechtem und linkem Bein die Unabhängigkeit zwischen den Knien und das Potenzial für eine asymmetrische Ausrichtung der unteren Extremitäten nicht anerkennt. Durch die Auswahl des dominanten Beins haben wir versucht, Variablen zu kontrollieren, die eher gelenkspezifisch als fachspezifisch sein können. Ergebnisse mit P-Werten von weniger als 0,05 (zweischwänzig) wurden als statistisch signifikant angesehen. Alle Analysen wurden mit SPSS (Version 11.0.1, SPSS, Cary, NC) durchgeführt.

Ergebnisse

Das Durchschnittsalter der 20 teilnehmenden Frauen betrug 61,0 ± 5,3 Jahre. Der mittlere BMI betrug 25,3 ± 4,2 kg/m2. Das mittlere Niveau der aktuellen körperlichen Aktivität betrug 7,7 ± 2,4 (auf einer Skala von 0-12, wobei 0 keine körperliche Aktivität darstellte). Die mittleren Größen und Standardabweichungen für die Knieadduktionsmomente, Knochengrößen und Knorpelvolumina sind in Tabelle 1 dargestellt.

Knieadduktionsmoment und Tibiaknochengröße

Das maximale Knieadduktionsmoment während der späten Haltung war signifikant mit der medialen Tibiaknochengröße assoziiert (r = 0,63, P = 0,004). Diese Beziehung blieb nach Post-hoc-Bonferonni-Anpassungen signifikant (α = 0, 006). Es wurde keine signifikante Korrelation zwischen dem Knieadduktionsmoment während der späten Haltung und der lateralen Tibiaknochengröße beobachtet. Das maximale Adduktionsmoment während der frühen Haltung war nicht signifikant mit der medialen oder lateralen Tibiaknochengröße assoziiert. Die Anpassung an Alter, BMI und körperliche Aktivität änderte nichts an den in Tabelle 2 dargestellten Ergebnissen.

Knieadduktionsmoment und Tibiaknorpelvolumen

Es wurden keine signifikanten Korrelationen zwischen dem während der frühen oder späten Haltung auftretenden Spitzenadduktionsmoment und dem medialen oder lateralen Tibiaknorpelvolumen vor und nach Anpassung an Alter, BMI und körperliche Aktivität beobachtet. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Diskussion

Unseres Wissens ist dies die erste Studie, die den Zusammenhang zwischen dem Knieadduktionsmoment, der Tibiaknochengröße und dem Knorpelvolumen bei gesunden Frauen beschreibt. Obwohl das Knieadduktionsmoment einen wesentlichen Beitrag zu 70% der gesamten Kniegelenksbelastung leistet, die während des Gehens durch das mediale tibiofemorale Kompartiment fließt , deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass das Moment die Knochengröße stärker beeinflusst als das Knorpelvolumen in gesunden Knien.

Das maximale Knie-Adduktionsmoment während der späten Haltung korrelierte mit der Knochengröße des medialen Tibiaplateaus, jedoch nicht mit dem lateralen Plateau. Je größer das Knieadduktionsmoment bei normalen Probanden ist, desto größer ist die Knochengröße des medialen Tibiaplateaus. Dies belegt den Einfluss des Knieadduktionsmoments auf die mediale Gelenkbelastung und belegt die Rolle der mechanischen Belastung bei der Regulation des Knochenneuwachstums . Obwohl eine Beziehung zwischen dem Knieadduktionsmoment und der Knochengröße des medialen Tibiaplateaus während der späten Haltung offensichtlich war, wurde dies während der frühen Haltung nicht beobachtet. Es kann sein, dass die innere Aktivität von Weichteilen, die durch Strukturen wie Bänder und Muskeln bereitgestellt wird, dazu beiträgt, die Druckkraft, die dem medialen tibiofemoralen Kompartiment durch das Adduktionsmoment während der frühen Haltung im Vergleich zur späten Haltung auferlegt wird, besser zurückzuhalten. Darüber hinaus kann es sein, dass die erhöhte Belastung des Stützglieds während der späten Haltung den Zusammenhang zwischen dem Knieadduktionsmoment und der medialen Knochengröße vermittelte. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die komplexe räumliche und zeitliche Interaktion des Knieadduktionsmoments während des Gehens zu belegen .

Unseres Wissens haben nur zwei weitere Studien den Einfluss des Knieadduktionsmoments auf die Knochenanpassung am Knie untersucht. Diese zeigten, dass das Knie-Adduktionsmoment der beste Prädiktor für das mediale zu laterale Verhältnis des proximalen Knochenmineralgehalts bei normalen und arthritischen Probanden . Während der Knieadduktionsmoment scheint ein wichtiger Faktor zu sein, der die Knochengröße und den Mineralstoffgehalt bei gesunden und arthritischen Probanden reguliert, ob Der Zusammenhang des Adduktionsmoments mit knöchernen Veränderungen an der proximalen Tibia beeinflusst Das Risiko der Entwicklung von OA muss durch Längsschnittstudien untersucht werden.

Es wurde kein Zusammenhang zwischen dem Knieadduktionsmoment und dem medialen oder lateralen Tibiaknorpelvolumen beobachtet. Keine frühere Studie hat die Beziehung zwischen dem Adduktionsmoment und dem Knorpelvolumen bei gesunden oder arthritischen Probanden untersucht. Frühere Studien, die Menschen mit Knie-OA untersuchten, zeigten, dass ein größeres Adduktionsmoment mit einer größeren Verengung des medialen Gelenkraums verbunden war . Da der Kniegelenkraum jedoch aus anderen Strukturen wie Menisken besteht, ist die Verengung des Gelenkraums nicht immer ein gültiger Indikator für das Gelenkknorpelvolumen . Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass das Knorpelvolumen ein nützliches Maß in Studien zur Pathogenese von OA sein wird . Eine kürzlich durchgeführte Studie, die Probanden mit früher radiologischer OA untersuchte, zeigte, dass eine Verengung des medialen Gelenkraums mit einer erheblichen Verringerung des Knorpelvolumens sowohl im medialen als auch im lateralen Tibia- und Patella-Kompartiment verbunden war . Darüber hinaus war die Osteophytose mit einer erheblichen Zunahme der lateralen und medialen Oberfläche des Tibiagelenks verbunden, jedoch nicht mit einer Veränderung des Knorpelvolumens . Dies kann darauf schließen, dass die Veränderungen der Knorpel- und Knochenmorphologie in der frühen OA unabhängig voneinander sind. Angesichts der Tatsache, dass diese Studie zeigte, dass das Knie-Adduktionsmoment bei gesunden Menschen mit einer Veränderung der Knochengröße des medialen Tibiaplateaus verbunden war, kann es sein, dass die Knochengröße eine Rolle bei der Einleitung der Krankheit spielt, während Veränderungen des Knorpelvolumens das Fortschreiten der Krankheit vermitteln können. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Reaktion von Knorpel und Knochen auf mechanische Belastung vor und nach Ausbruch der Krankheit aufzuklären.

Die Ergebnisse dieser Studie sind durch die relativ kleine Stichprobengröße begrenzt, obwohl wir genügend Kraft hatten, um die Wirkung des Adduktorenmoments auf die Knochengröße zu zeigen. Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass die Wirkung auf Knorpel, wenn überhaupt, signifikant geringer ist als die Wirkung auf Knochen. Inwieweit sich diese Ergebnisse auf Männer verallgemeinern lassen, bedarf weiterer Untersuchungen.

Obwohl diese Studie einen positiven Zusammenhang zwischen dem Knie-Adduktionsmoment und der Größe des medialen Tibiaplateaus bei gesunden Frauen gezeigt hat, war kein Zusammenhang zwischen dem Adduktionsmoment und dem medialen Knorpelvolumen ersichtlich. Es kann sein, dass das Knie-Adduktorenmoment bei gesunden Probanden eine andere Wirkung auf den Gelenkknorpel hat als bei Patienten mit etablierter Knie-OA. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die typische Reaktion des Knorpels auf mechanische Belastung aufzuklären und zu untersuchen, ob Veränderungen der Knochengröße vor dem Ausbruch der Krankheit auftreten.

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte erklärt.

Wir danken der Colonial Foundation, Shepherd Foundation, CCRE (Therapeutics) und Musculoskeletal Research Centre La Trobe University für ihre Unterstützung. Wir danken T. Bach, J. Wittwer, D. Chen, K. Webster und J. Hankin für ihre wertvolle Unterstützung im Projektmanagement. Wir sind auch den Probanden sehr dankbar, die so frei von ihrer Zeit gaben, um an der Untersuchung teilzunehmen.

Anmerkungen des Autors

Abteilung für Epidemiologie und Präventivmedizin, Monash University, Alfred Hospital, Prahran, Victoria, 3181, 1La Trobe University, Victoria, 3086 und 2Jean Hailes Foundation, Clayton, Victoria, Australien.