L’effet du moment d’adduction du genou sur le volume du cartilage tibial et la taille des os chez les femmes en bonne santé

Résumé

Objectifs. Il existe des preuves considérables qu’un moment anormalement élevé des adducteurs du genou est une caractéristique des schémas de démarche chez les personnes souffrant d’arthrose du genou (arthrose). Le but de cette étude était d’examiner la relation entre le moment maximal d’adduction du genou pendant les phases de posture précoce et tardive de la démarche, et la taille de l’os tibial médial et latéral et le volume du cartilage chez les femmes en bonne santé.

Méthodes. Des analyses tridimensionnelles de la démarche au Vicon et une imagerie par résonance magnétique (IRM) ont été réalisées sur 20 femmes en bonne santé sans arthrose du genou. Le moment d’adduction externe du genou était corrélé avec la taille de l’os tibial médial et latéral et le volume cartilagineux de la jambe dominante.

Résultats. Le moment d’adduction du genou était significativement corrélé avec la taille osseuse du plateau tibial médial (r = 0,63, P < 0,005), mais n’était pas lié à la taille osseuse du plateau latéral. Aucune relation n’a été observée entre le moment d’adduction du genou et le volume du cartilage tibial médial ou latéral.

Conclusions. Bien que le moment de l’adduction du genou soit positivement associé à la taille osseuse du plateau tibial médial, il semble avoir peu d’effet sur le volume du cartilage dans ce compartiment chez les femmes en bonne santé. Il se peut que l’effet du moment d’adduction du genou diffère chez les sujets sains par rapport à ceux dont l’arthrose du genou est établie.

Bien que l’augmentation de la charge régionale dans le cartilage articulaire soit considérée comme un facteur important dans la pathogenèse de l’arthrose du genou (arthrose), la relation entre les facteurs biomécaniques, le volume du cartilage et la taille des os dans les articulations du genou saines et arthritiques n’est pas claire. Alors qu’une charge mécanique accrue provoque des adaptations dans l’os cortical et spongieux, l’association entre la charge et le volume cartilagineux reste spéculative.

Le rôle du moment d’adduction du genou dans l’arthrose est de mieux en mieux compris. Le moment d’adduction du genou est généré par la combinaison de la force de réaction au sol, qui passe médialement au centre de l’articulation du genou pendant la démarche, et de la distance perpendiculaire de cette force par rapport au centre de l’articulation. Ce moment a tendance à adduction de l’articulation tibiofémorale, provoquant une augmentation de la pression du compartiment médial, et les personnes atteintes d’arthrose du genou ont démontré des moments d’adduction du genou plus importants que la normale dans leurs schémas de démarche. De plus, les personnes atteintes d’arthrose tibiofémorale établie ont réduit le volume du cartilage tibiofémoral par rapport aux sujets normaux et il a été démontré qu’elles perdaient annuellement un cartilage articulaire important du genou. Cependant, les déterminants de la perte de cartilage restent peu clairs, bien que les moments d’adduction du genou pendant la démarche puissent aider à expliquer une partie de la variance du volume du cartilage de l’articulation du genou en bonne santé et arthritique. De plus, il est possible que des moments excessifs d’adduction du genou pendant la démarche expliquent en partie pourquoi le plateau tibial médial présente une taille osseuse plus importante que le plateau latéral.

Bien qu’une augmentation des moments d’adduction du genou et une diminution du volume du cartilage soient associées à la gravité de l’arthrose du genou, aucune étude antérieure n’a décrit les relations entre le moment d’adduction du genou et le volume du cartilage tibial dans des articulations du genou saines ou arthritiques. Pour explorer les relations entre le moment de l’adduction du genou, le volume du cartilage tibial et la taille de l’os chez des sujets normaux, nous avons examiné les schémas locomoteurs de 20 femmes en bonne santé.

Méthodes

Sujets

Vingt femmes impliquées dans une étude existante sur le vieillissement en bonne santé ont été recrutées par le biais du Centre Jean Hailes (une clinique de santé féminine) et de la publicité dans les médias locaux. L’étude a été approuvée par les comités d’éthique de l’Hôpital Alfred, de l’Hôpital Caulfield et de l’Université La Trobe.

Les critères d’exclusion étaient les antécédents d’arthrose du genou ou les symptômes nécessitant un traitement médical, toute douleur au genou pendant plus de 1 jour dans le mois précédant le test, preuve radiographique d’arthrose, arthrite inflammatoire, remplacement planifié ou antérieur de l’articulation du genou, malignité, fracture au cours des 10 dernières années, contre-indication à l’IRM (par exemple stimulateur cardiaque, pince d’anévrisme cérébral, implant cochléaire, présence d’éclats d’obus à des endroits stratégiques, métal dans l’œil et claustrophobie), incapacité de marcher 15 m sans l’utilisation des appareils fonctionnels et de l’hémiparésie.

Appareil et procédure

Des analyses de la marche ont été effectuées dans le laboratoire de la marche du Centre de recherche Musculo-squelettique de l’Université de La Trobe, en Australie. Un système d’analyse de mouvement Vicon à six caméras (Oxford Metrics Ltd, Oxford, Royaume-Uni) a été utilisé pour capturer des données cinématiques tridimensionnelles au cours de quatre essais de marche sur la jambe dominante. La jambe de frappe préférée de chaque sujet a été désignée comme jambe dominante. Les forces de réaction au sol ont été mesurées par une plate-forme de force Kistler 9281 (Kistler Instruments, Winterthur, Suisse). Des analyses dynamiques inverses ont été effectuées à l’aide de « PlugInGait » (Oxford Metrics, Oxford, Royaume-Uni), basé sur un modèle précédemment proposé, pour obtenir des moments articulaires calculés autour d’un système d’axes orthogonaux situé dans le segment distal d’une articulation. La distance inter-ASIS (colonne iliaque antérieure supérieure) a été mesurée à l’aide d’un étrier, ce qui a entraîné la détermination des coordonnées médiale–latérale et proximale–distale du centre de l’articulation de la hanche par la méthode décrite précédemment. La mesure ASIS à grand-trochanter a fourni la coordonnée antérieure–postérieure de l’articulation de la hanche. Un dispositif d’alignement du genou (KAD) a été utilisé pour calculer les axes de l’articulation du genou et la torsion tibiale a été mesurée à partir d’un examen clinique. Le plan coronal de la cuisse a été défini comme le plan contenant le centre de l’articulation de la hanche, le marqueur du genou et le marqueur latéral KAD. Le plan coronal de la tige contenait le centre de l’articulation du genou et le marqueur de la malléole latérale. L’angle formé par les axes articulaires du genou et de la cheville mesurait la torsion tibiale.

Les sujets ont rempli un questionnaire qui comprenait des données démographiques et de l’activité physique comme décrit précédemment. L’indice de masse corporelle (IMC) (poids / hauteur2 en kg / m2) a été calculé en mesurant le poids au 0,1 kg le plus proche (chaussures et vêtements volumineux enlevés) à l’aide d’une seule paire de balances électroniques et en mesurant la hauteur au 0,1 cm le plus proche (chaussures enlevées) à l’aide d’un stadiomètre.

Une IRM a été réalisée sur le genou dominant de chaque sujet. Le volume du cartilage du genou a été déterminé par traitement d’images sur un poste de travail indépendant utilisant le logiciel Osiris (Université de Genève) comme décrit précédemment. Les genoux ont été imagés dans le plan sagittal sur le même 1.Unité de résonance magnétique du corps entier 5-T (Signa Advantage HiSpeed GE Medical Systems Milwaukee, WI) utilisant une bobine d’extrémité commerciale réservée à la réception. La taille des os du plateau tibial médial et latéral (surface) a été déterminée en créant un volume isotrope à partir des images d’entrée reformatées dans le plan axial et la taille des os du plateau a été directement mesurée à partir de ces images comme décrit précédemment. Les coefficients de variation pour la taille du plateau tibial médial et latéral étaient de 2,3 et 2.4%, respectivement, et les coefficients de variation pour la mesure des mesures du volume du cartilage médial et latéral étaient de 3,2 et 2,7%, respectivement.

Analyse statistique

Les corrélations de Pearson ont été utilisées pour examiner la relation entre le moment d’adduction maximale du genou au début et à la fin de la posture, la taille de l’os tibial médial et latéral et le volume du cartilage. Avant de calculer un coefficient, les diagrammes de dispersion des associations ont été inspectés pour détecter les caractéristiques qui entraveraient l’interprétation, telles que la non-normalité des deux variables, la non-linéarité de l’association et les observations périphériques. Toutes les analyses ont été effectuées pour la jambe dominante, car la combinaison de la jambe droite et de la jambe gauche ne permet pas de reconnaître l’indépendance entre les genoux et le potentiel d’alignement asymétrique des membres inférieurs. En sélectionnant la jambe dominante, nous avons tenté de contrôler les variables qui peuvent être spécifiques à l’articulation plutôt que spécifiques au sujet. Les résultats où il y avait des valeurs de P inférieures à 0,05 (à deux queues) ont été considérés comme statistiquement significatifs. Toutes les analyses ont été effectuées à l’aide de SPSS (version 11.0.1, SPSS, Cary, NC).

Résultats

L’âge moyen des 20 femmes participantes était de 61,0 ± 5,3 ans. L’IMC moyen était de 25,3 ± 4,2 kg/m2. Le niveau moyen d’activité physique actuelle était de 7,7 ± 2,4 (sur une échelle de 0 à 12, où 0 représentait aucune activité physique). Les grandeurs moyennes et les écarts types pour les moments d’adduction du genou, la taille des os et les volumes de cartilage sont présentés dans le tableau 1.

Moment d’adduction du genou et taille de l’os tibial

Le moment d’adduction maximale du genou lors d’une posture tardive était significativement associé à la taille de l’os tibial médial (r = 0,63, P = 0,004). Cette relation est restée significative après les ajustements de Bonferonni post-hoc (α = 0,006). Aucune corrélation significative n’a été observée entre le moment d’adduction du genou en position tardive et la taille de l’os tibial latéral. Le moment d’adduction maximal au début de la posture n’était pas significativement associé à la taille de l’os tibial médial ou latéral. L’ajustement en fonction de l’âge, de l’IMC et de l’activité physique n’a pas modifié les résultats présentés au tableau 2.

Moment d’adduction du genou et volume du cartilage tibial

Aucune corrélation significative n’a été observée entre le moment d’adduction maximal survenant au début ou à la fin de la posture et le volume du cartilage tibial médial ou latéral avant et après ajustement en fonction de l’âge, de l’IMC et de l’activité physique. Ces résultats sont présentés dans le tableau 2.

Discussion

À notre connaissance, il s’agit de la première étude décrivant la relation entre le moment d’adduction du genou, la taille de l’os tibial et le volume du cartilage chez les femmes en bonne santé. Bien que le moment de l’adduction du genou apporte une contribution majeure aux 70% de la charge totale de l’articulation du genou passant par le compartiment tibio-fémoral médial pendant la marche, ces résultats suggèrent que le moment influence la taille de l’os dans une plus grande mesure que le volume du cartilage dans des genoux sains.

Le moment d’adduction maximale du genou pendant la position tardive était corrélé à la taille de l’os du plateau tibial médial, mais pas au plateau latéral. Plus l’amplitude du moment d’adduction du genou est grande chez les sujets normaux, plus la taille de l’os du plateau tibial médial est grande. Cela corrobore l’influence du moment d’adduction du genou sur la charge articulaire médiale et fournit des preuves à l’appui du rôle de la charge mécanique dans la régulation de la nouvelle croissance osseuse. Bien qu’une relation entre le moment de l’adduction du genou et la taille de l’os du plateau tibial médial ait été apparente lors d’une posture tardive, cela n’a pas été observé lors d’une posture précoce. Il se peut que l’activité interne des tissus mous fournie par des structures telles que les ligaments et les muscles aide à mieux retenir la force de compression imposée au compartiment tibio-fémoral médial par le moment d’adduction lors d’une position précoce, par rapport à une position tardive. De plus, il se peut que l’augmentation de la charge subie par le membre de soutien lors d’une posture tardive ait médié l’association entre le moment d’adduction du genou et la taille de l’os médial. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour justifier l’interaction spatiale et temporelle complexe impliquant le moment d’adduction du genou pendant la marche.

À notre connaissance, seules deux autres études ont examiné l’influence du moment d’adduction du genou sur l’adaptation osseuse au niveau du genou. Ceux-ci ont montré que le moment d’adduction du genou était le meilleur prédicteur unique du rapport médial / latéral de la teneur en minéraux osseux proximaux chez les sujets normaux et arthritiques. Alors que le moment de l’adduction du genou semble être un facteur important régulant la taille de l’os et la teneur en minéraux chez les sujets sains et arthritiques, la relation entre le moment de l’adduction et les modifications osseuses au niveau du tibia proximal influence le risque de développer une arthrose doit être examinée par des études longitudinales.

Aucune relation n’a été observée entre le moment d’adduction du genou et le volume du cartilage tibial médial ou latéral. Aucune étude antérieure n’a examiné la relation entre le moment d’adduction et le volume cartilagineux chez des sujets sains ou arthritiques. Des études antérieures portant sur des personnes atteintes d’arthrose du genou ont montré qu’un moment d’adduction plus important était associé à un rétrécissement plus important de l’espace articulaire médial. Cependant, comme l’espace articulaire du genou est constitué d’autres structures telles que les ménisques, le rétrécissement de l’espace articulaire n’est pas toujours un indicateur valide du volume du cartilage articulaire. Il existe cependant des preuves émergentes que le volume du cartilage sera une mesure utile dans les études de la pathogenèse de l’arthrose. Une étude récente qui a examiné des sujets présentant une arthrose radiographique précoce a démontré que le rétrécissement de l’espace articulaire médial était associé à une réduction substantielle du volume du cartilage au niveau des compartiments tibial et rotulien médial et latéral. De plus, l’ostéophytose était associée à une augmentation substantielle de la surface de l’articulation tibiale latérale et médiale, mais pas à une modification du volume cartilagineux. Cela peut en déduire que les changements dans la morphologie du cartilage et de l’os au début de l’arthrose sont indépendants les uns des autres. Étant donné que cette étude a démontré que le moment d’adduction du genou était associé à un changement de la taille osseuse du plateau tibial médial chez les personnes en bonne santé, il se peut que la taille osseuse joue un rôle dans l’initiation de la maladie, tandis que des modifications du volume du cartilage peuvent médier la progression de la maladie. D’autres travaux sont nécessaires pour élucider la réponse du cartilage et de l’os à la charge mécanique avant et après l’apparition de la maladie.

Les résultats de cette étude sont limités par la taille relativement petite de l’échantillon, bien que nous ayons suffisamment de puissance pour montrer l’effet du moment adducteur sur la taille de l’os. Cependant, nos résultats suggèrent que l’effet sur le cartilage, le cas échéant, est nettement inférieur à l’effet sur l’os. La mesure dans laquelle ces résultats se généralisent aux hommes nécessitera une enquête plus approfondie.

Bien que cette étude ait démontré une association positive entre le moment d’adduction du genou et la taille du plateau tibial médial chez les femmes en bonne santé, aucune relation entre le moment d’adduction et le volume du cartilage médial n’était apparente. Il se peut que le moment de l’adducteur du genou ait un effet différent sur le cartilage articulaire chez les sujets sains par rapport à ceux dont l’arthrose du genou est établie. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour élucider la réponse typique du cartilage à la charge mécanique et examiner si les changements de taille osseuse sont antérieurs à l’apparition de la maladie.

Les auteurs n’ont déclaré aucun conflit d’intérêts.

Nous tenons à remercier la Fondation Coloniale, la Fondation Shepherd, le CCRE (Thérapeutique) et le Centre de Recherche Musculo-squelettique de l’Université La Trobe pour leur soutien. Nous sommes reconnaissants à T. Bach, J. Wittwer, D. Chen, K. Webster et J. Hankin pour leur aide précieuse dans la gestion de projet. Nous sommes également très reconnaissants aux sujets qui ont donné si librement de leur temps pour participer à l’enquête.

Notes de l’auteur

Département d’épidémiologie et de médecine préventive, Université Monash, Hôpital Alfred, Prahran, Victoria, 3181, Université 1La Trobe, Victoria, 3086 et Fondation 2Jean Hailes, Clayton, Victoria, Australie.