L’effetto del momento di adduzione del ginocchio sul volume della cartilagine tibiale e sulle dimensioni dell’osso nelle donne sane

Abstract

Obiettivi. Ci sono prove considerevoli che un momento di adduttore del ginocchio anormalmente alto è una caratteristica dei modelli di andatura nelle persone con osteoartrite del ginocchio (OA). Lo scopo di questo studio era quello di esaminare la relazione tra il momento di adduzione del ginocchio di picco durante le fasi di postura precoce e tardiva dell’andatura, e la dimensione dell’osso tibiale mediale e laterale e il volume della cartilagine in donne sane.

Metodi. Le analisi tridimensionali dell’andatura di Vicon e la risonanza magnetica (MRI) sono state eseguite su 20 donne sane senza OA del ginocchio. Il momento di adduzione del ginocchio esterno era correlato con la dimensione dell’osso tibiale mediale e laterale e il volume della cartilagine per la gamba dominante.

Risultati. Il momento di adduzione del ginocchio era significativamente correlato alla dimensione ossea del plateau tibiale mediale (r = 0,63, P < 0,005), ma non era correlato alla dimensione ossea del plateau laterale. Non è stata osservata alcuna relazione tra il momento di adduzione del ginocchio e il volume mediale o laterale della cartilagine tibiale.

Conclusioni. Sebbene il momento di adduzione del ginocchio fosse associato positivamente alla dimensione ossea dell’altopiano tibiale mediale, sembrava avere scarso effetto sul volume della cartilagine in quel compartimento nelle donne sane. Può darsi che l’effetto del momento di adduzione del ginocchio differisca nei soggetti sani rispetto a quelli con OA del ginocchio stabilito.

Sebbene l’aumento del carico regionale attraverso la cartilagine articolare sia considerato un fattore importante nella patogenesi dell’osteoartrosi del ginocchio (OA) , la relazione tra fattori biomeccanici, volume della cartilagine e dimensione ossea nelle articolazioni del ginocchio sane e artritiche non è chiara. Mentre l’aumento del carico meccanico causa adattamenti nell’osso corticale e spongioso , l’associazione tra carico e volume della cartilagine rimane speculativa.

Il ruolo del momento di adduzione del ginocchio in OA sta diventando meglio compreso. Il momento di adduzione del ginocchio è generato dalla combinazione della forza di reazione del terreno, che passa mediale al centro dell’articolazione del ginocchio durante l’andatura, e la distanza perpendicolare di questa forza dal centro dell’articolazione . Questo momento tende ad addurre l’articolazione tibiofemorale, causando un aumento della pressione del compartimento mediale, e le persone con OA del ginocchio hanno dimostrato momenti di adduzione del ginocchio di picco più grandi del normale nei loro modelli di andatura. Inoltre, le persone con OA tibiofemorale stabilita hanno ridotto il volume della cartilagine tibiofemorale rispetto ai soggetti normali e hanno dimostrato di perdere annualmente una significativa cartilagine articolare del ginocchio . Tuttavia, i determinanti della perdita della cartilagine rimangono poco chiari, anche se i momenti di adduzione del ginocchio durante l’andatura possono aiutare a spiegare alcune delle varianze nel volume della cartilagine articolare del ginocchio sano e artritico. Inoltre, è possibile che eccessivi momenti di adduzione del ginocchio durante l’andatura possano in parte spiegare perché il plateau tibiale mediale ha una dimensione ossea maggiore rispetto al plateau laterale.

Sebbene l’aumento dei momenti di adduzione del ginocchio e la diminuzione dei volumi della cartilagine siano associati alla gravità dell’OA del ginocchio , nessuno studio precedente ha descritto le relazioni tra il momento di adduzione del ginocchio e il volume della cartilagine tibiale nelle articolazioni del ginocchio sane o artritiche. Per esplorare le relazioni tra il momento di adduzione del ginocchio, il volume della cartilagine tibiale e la dimensione dell’osso in soggetti normali, abbiamo esaminato i modelli locomotori di 20 donne sane.

Metodi

Soggetti

Venti donne coinvolte in uno studio esistente sull’invecchiamento in buona salute sono state reclutate attraverso il Centro Jean Hailes (una clinica per la salute delle donne) e la pubblicità sui media locali. Lo studio è stato approvato dai comitati etici Alfred Hospital, Caulfield Hospital e La Trobe University.

I criteri di esclusione sono stati una storia di OA del ginocchio o sintomi che richiedono un trattamento medico, qualsiasi dolore al ginocchio per più di 1 giorno nel mese prima del test, l’evidenza radiografica di OA, artrite infiammatoria, previste o precedente articolazione del ginocchio sostituzione, di malignità, di frattura negli ultimi 10 anni, controindicazione alla risonanza magnetica (es. pacemaker, clip di aneurisma cerebrale, impianto cocleare, la presenza di schegge in posizioni strategiche, metallo nell’occhio e di claustrofobia), incapacità di camminare 15 m senza l’uso di dispositivi di assistenza, ed emiparesi.

Apparato e procedura

Le analisi dell’andatura sono state condotte nel laboratorio di andatura del Musculoskeletal Research Centre, La Trobe University, Australia. Un sistema di analisi del movimento Vicon a sei telecamere (Oxford Metrics Ltd, Oxford, UK) è stato utilizzato per acquisire dati cinematici tridimensionali durante quattro prove di camminata sulla gamba dominante. Gamba calci preferito di ogni soggetto è stato nominato come la loro gamba dominante. Le forze di reazione al suolo sono state misurate da una piattaforma di forza Kistler 9281 (Kistler Instruments, Winterthur, Svizzera). Le analisi dinamiche inverse sono state eseguite utilizzando “PlugInGait” (Oxford Metrics, Oxford, UK), che si basa su un modello precedentemente proposto , per ottenere momenti articolari calcolati su un sistema di assi ortogonali situato nel segmento distale di un’articolazione. La distanza inter-ASIS (spina superioraca anteriore superiore) è stata misurata utilizzando una pinza, determinando le coordinate mediale–laterale e prossimale–distale del centro dell’articolazione dell’anca secondo il metodo precedentemente descritto . L’ASIS alla misura del trocantere maggiore ha fornito la coordinata anteriore-posteriore dell’articolazione dell’anca. Un dispositivo di allineamento del ginocchio (KAD) è stato utilizzato per calcolare gli assi articolari del ginocchio e la torsione tibiale è stata misurata dall’esame clinico. Il piano coronale della coscia è stato definito come il piano contenente il centro dell’articolazione dell’anca, il marcatore del ginocchio e il marcatore del KAD laterale. Il piano coronale del gambo conteneva il centro dell’articolazione del ginocchio e il marcatore malleolo laterale. L’angolo formato dagli assi articolari del ginocchio e della caviglia misurava la torsione tibiale.

I soggetti hanno completato un questionario che includeva dati demografici e attività fisica come descritto in precedenza . L’indice di massa corporea (BMI) (peso/altezza2 in kg/m2) è stato calcolato misurando il peso al più vicino 0,1 kg (scarpe e indumenti ingombranti rimossi) utilizzando una singola coppia di bilance elettroniche e misurando l’altezza al più vicino 0,1 cm (scarpe rimosse) utilizzando uno stadiometro.

La risonanza magnetica è stata eseguita sul ginocchio dominante di ciascun soggetto. Il volume della cartilagine del ginocchio è stato determinato dall’elaborazione delle immagini su una workstation indipendente utilizzando il software Osiris (Università di Ginevra) come descritto in precedenza . Le ginocchia sono state imaged nel piano sagittale sullo stesso 1.Unità di risonanza magnetica a tutto il corpo 5-T (Signa Advantage HiSpeed GE Medical Systems Milwaukee, WI) utilizzando una bobina di estremità di sola ricezione commerciale. Le dimensioni dell’osso del plateau tibiale mediale e laterale (area superficiale) sono state determinate creando un volume isotropico dalle immagini di input riformattate nel piano assiale e la dimensione dell’osso del plateau è stata misurata direttamente da queste immagini come descritto in precedenza . I coefficienti di variazione per la dimensione del plateau tibiale mediale e laterale erano 2.3 e 2.4%, rispettivamente, e i coefficienti di variazione per la misurazione delle misure del volume mediale e laterale della cartilagine erano rispettivamente 3,2 e 2,7%.

Analisi statistica

Le correlazioni di Pearson sono state utilizzate per esaminare la relazione tra il momento di adduzione del ginocchio di picco durante la posizione precoce e tardiva, la dimensione dell’osso tibiale mediale e laterale e il volume della cartilagine. Prima di calcolare un coefficiente, i grafici a dispersione delle associazioni sono stati ispezionati per caratteristiche che impedirebbero l’interpretazione, come la non normalità delle due variabili, la non linearità dell’associazione e le osservazioni periferiche. Tutte le analisi sono state eseguite per la gamba dominante poiché la combinazione della gamba destra e sinistra non riconosce l’indipendenza tra le ginocchia e il potenziale di allineamento asimmetrico degli arti inferiori. Selezionando la gamba dominante, abbiamo tentato di controllare le variabili che possono essere specifiche delle articolazioni piuttosto che specifiche del soggetto. I risultati in cui vi erano valori P inferiori a 0,05 (a due code) sono stati considerati statisticamente significativi. Tutte le analisi sono state eseguite utilizzando SPSS (versione 11.0.1, SPSS, Cary, NC).

Risultati

L’età media delle 20 donne partecipanti era di 61,0 ± 5,3 anni. Il BMI medio era di 25,3 ± 4,2 kg/m2. Il livello medio di attività fisica corrente era 7,7 ± 2,4 (su una scala di 0-12, dove 0 non rappresentava alcuna attività fisica). Le grandezze medie e le deviazioni standard per i momenti di adduzione del ginocchio, le dimensioni delle ossa e i volumi della cartilagine sono presentate nella Tabella 1.

Momento di adduzione del ginocchio e dimensione dell’osso tibiale

Il momento di adduzione del ginocchio di picco durante la posizione tardiva è stato significativamente associato alla dimensione dell’osso tibiale mediale (r = 0,63, P = 0,004). Questa relazione è rimasta significativa dopo aggiustamenti post-hoc di Bonferonni (α = 0,006). Non è stata osservata alcuna correlazione significativa tra il momento di adduzione del ginocchio durante la posizione tardiva e la dimensione dell’osso tibiale laterale. Il momento di adduzione di picco durante la posizione iniziale non era significativamente associato alla dimensione dell’osso tibiale mediale o laterale. L’aggiustamento per età, IMC e attività fisica non ha modificato i risultati presentati nella Tabella 2.

Momento di adduzione del ginocchio e volume della cartilagine tibiale

Non sono state osservate correlazioni significative tra il momento di adduzione di picco che si verifica durante la posizione precoce o tardiva e il volume mediale o laterale della cartilagine tibiale prima e dopo l’aggiustamento per età, IMC e attività fisica. Questi risultati sono presentati nella Tabella 2.

Discussione

A nostra conoscenza, questo è il primo studio che descrive la relazione tra il momento di adduzione del ginocchio, la dimensione dell’osso tibiale e il volume della cartilagine nelle donne sane. Sebbene il momento di adduzione del ginocchio fornisca un contributo importante al 70% del carico totale dell’articolazione del ginocchio che passa attraverso il compartimento tibiofemorale mediale durante la deambulazione , questi risultati suggeriscono che il momento influenza la dimensione ossea in misura maggiore del volume della cartilagine nelle ginocchia sane.

Il momento di adduzione del ginocchio di picco durante la posizione tardiva era correlato con la dimensione dell’osso del plateau tibiale mediale, ma non con il plateau laterale. Maggiore è la grandezza del momento di adduzione del ginocchio nei soggetti normali, maggiore è la dimensione mediale dell’osso dell’altopiano tibiale. Ciò conferma l’influenza del momento di adduzione del ginocchio sul carico articolare mediale e fornisce prove a sostegno del ruolo svolto dal carico meccanico nella regolazione della nuova crescita ossea . Sebbene una relazione tra il momento di adduzione del ginocchio e la dimensione mediale dell’osso dell’altopiano tibiale fosse evidente durante la posizione tardiva, ciò non è stato osservato durante la posizione iniziale. Può darsi che l’attività interna dei tessuti molli fornita da strutture come legamenti e muscoli aiuti a trattenere meglio la forza di compressione imposta sul compartimento tibiofemorale mediale dal momento di adduzione durante la posizione iniziale, rispetto alla posizione tardiva. Inoltre, può essere che l’aumento del carico sperimentato dall’arto di supporto durante la posizione tardiva abbia mediato l’associazione tra il momento di adduzione del ginocchio e la dimensione dell’osso mediale. Sono necessari ulteriori lavori per dimostrare la complessa interazione spaziale e temporale che coinvolge il momento di adduzione del ginocchio durante la deambulazione .

A nostra conoscenza, solo altri due studi hanno esaminato l’influenza del momento di adduzione del ginocchio sull’adattamento osseo al ginocchio. Questi hanno mostrato che il momento di adduzione del ginocchio era il singolo miglior predittore del rapporto mediale-laterale del contenuto minerale osseo prossimale in soggetti normali e artritici . Mentre il momento di adduzione del ginocchio sembra essere un fattore importante che regola la dimensione ossea e il contenuto di minerali in soggetti sani e artritici, se il rapporto del momento di adduzione con i cambiamenti ossei alla tibia prossimale influenza il rischio di sviluppare OA deve essere esaminato da studi longitudinali.

Non è stata osservata alcuna relazione tra il momento di adduzione del ginocchio e il volume mediale o laterale della cartilagine tibiale. Nessuno studio precedente ha esaminato la relazione tra il momento di adduzione e il volume della cartilagine in soggetti sani o artritici. Studi precedenti che esaminavano le persone con OA del ginocchio hanno dimostrato che un momento di adduzione più ampio era associato a un maggiore restringimento dello spazio articolare mediale . Tuttavia, poiché lo spazio articolare del ginocchio è costituito da altre strutture come i menischi, il restringimento dello spazio articolare non è sempre un valido indicatore del volume della cartilagine articolare . Vi sono, tuttavia, prove emergenti che il volume della cartilagine sarà una misura utile negli studi sulla patogenesi dell’OA . Un recente studio che ha esaminato soggetti con OA radiografica precoce ha dimostrato che il restringimento dello spazio articolare mediale era associato a sostanziali riduzioni del volume della cartilagine sia nei compartimenti tibiale e rotuleo mediale che laterale . Inoltre, l’osteofitosi è stata associata ad aumenti sostanziali della superficie articolare tibiale laterale e mediale, ma non ad una variazione del volume della cartilagine . Ciò può dedurre che i cambiamenti nella morfologia della cartilagine e dell’osso nei primi OA sono indipendenti l’uno dall’altro. Dato che questo studio ha dimostrato che il momento di adduzione del ginocchio è stato associato a un cambiamento nella dimensione mediale dell’osso del plateau tibiale in persone sane, può essere che la dimensione dell’osso giochi un ruolo nell’inizio della malattia, mentre le alterazioni nel volume della cartilagine possono mediare la progressione della malattia. Sono necessari ulteriori lavori per chiarire la risposta della cartilagine e dell’osso al carico meccanico prima e dopo l’insorgenza della malattia.

I risultati di questo studio sono limitati dalla dimensione del campione relativamente piccola, sebbene avessimo una potenza sufficiente per mostrare l’effetto del momento adduttore sulla dimensione ossea. Tuttavia, i nostri risultati suggeriscono che l’effetto sulla cartilagine, se presente, è significativamente inferiore all’effetto sull’osso. La misura in cui questi risultati generalizzano agli uomini richiederà ulteriori indagini.

Sebbene questo studio abbia dimostrato un’associazione positiva tra il momento di adduzione del ginocchio e la dimensione del plateau tibiale mediale in donne sane, nessuna relazione tra il momento di adduzione e il volume della cartilagine mediale era evidente. Può essere che il momento dell’adduttore del ginocchio abbia un effetto diverso sulla cartilagine articolare in soggetti sani rispetto a quelli con OA del ginocchio stabilito. Sono necessari ulteriori lavori per chiarire la tipica risposta della cartilagine al carico meccanico ed esaminare se i cambiamenti nelle dimensioni ossee precedono l’insorgenza della malattia.

Gli autori non hanno dichiarato conflitti di interesse.

Vorremmo riconoscere il Colonial Foundation, Shepherd Foundation, CCRE (Therapeutics) e Musculoskeletal Research Centre La Trobe University per il supporto. Siamo grati a T. Bach, J. Wittwer, D. Chen, K. Webster e J. Hankin per la loro preziosa assistenza nella gestione del progetto. Siamo anche molto grati ai soggetti che hanno dato così liberamente del loro tempo per partecipare alle indagini.

Note dell’autore

Dipartimento di Epidemiologia e Medicina Preventiva, Monash University, Alfred Hospital, Prahran, Victoria, 3181, 1La Trobe University, Victoria, 3086 e 2Jean Hailes Foundation, Clayton, Victoria, Australia.