健康な女性の脛骨軟骨量および骨サイズに対する膝内転モーメントの影響

要約

目的。 異常に高い膝内転筋モーメントが変形性膝関節症（OA）を持つ人々の歩行パターンの特徴であるというかなりの証拠があります。 本研究の目的は、歩行の初期および後期スタンスフェーズ中のピーク膝内転モーメントと、健康な女性における内側および外側けい骨の骨の大きさおよび軟骨量との間の関係を調べることであった。

三次元Vicon歩行解析と磁気共鳴イメージング（MRI）は、膝OAのない20人の健康な女性に行われました。 外膝内転モーメントは，支配的な脚の内側および外側けい骨の骨の大きさおよび軟骨容積と相関していた。

膝内転モーメントが有意に内側脛骨高原（r=0.63、P<0.005）の骨の大きさと相関したが、側方高原の骨の大きさに関連していませんでした。 膝内転モーメントと内側または外側けい骨軟骨容積との間には関係は認められなかった。

膝内転モーメントは内側けい骨高原の骨サイズと正の関連があったが，健康な女性ではそのコンパートメントの軟骨体積にはほとんど影響しないようであった。 膝内転モーメントの効果は健常者では膝Ｏ Ａが確立されているものと比較して異なる可能性がある。

関節軟骨全体の局所負荷の増加は、変形性膝関節症（OA）の病因において重要な因子であると考えられているが、健康な関節炎の膝関節における生体力学的要因、軟骨量および骨サイズとの関係は不明である。 増加した機械的負荷が皮質および海綿骨の適応を引き起こすのに対し、負荷と軟骨量との関連は投機的なままである。

OAにおける膝内転モーメントの役割はよりよく理解されつつある。 膝内転モーメントは、歩行中に膝関節の中心に内側を通過する地面反力と、関節の中心からのこの力の垂直距離の組み合わせによって生成される。 この瞬間は脛骨大腿関節を内転させる傾向があり、内側コンパートメント圧の増加を引き起こし、膝OAを有する人々は、歩行パターンにおいて正常なピーク膝内転モーメントよりも大きいことを示している。 なお、確立されたtibiofemoral OAを持つ人々は正常な主題と比較されるtibiofemoral軟骨の容積を減らし、重要なarticular膝の軟骨を毎年失うために示されていました。 しかし、軟骨損失の決定要因は不明のままであるが、歩行中の膝内転モーメントは、健康および関節炎の膝関節軟骨量の変動の一部を説明するのに役立つ さらに，歩行中の過度の膝内転モーメントは，内側けい骨プラトーが外側プラトーよりも大きな骨サイズを有する理由を部分的に説明する可能性がある。

膝内転モーメントの増加と軟骨量の減少は膝OAの重症度と関連しているが、健康な膝関節または関節炎の膝関節における膝内転モーメントと脛骨軟骨量との関係はこれまでの研究では記載されていない。 正常な被験者における膝内転モーメント、脛骨軟骨量と骨の大きさとの関係を探索するために、我々は20健康な女性の歩行パターンを調べた。

方法

被験者

健康な老化の既存の研究に関与した20人の女性が、Jean Hailes Centre（女性保健診療所）と地元メディアの広告を通じて募集されました。 この研究は、Alfred Hospital、Caulfield Hospital、およびLa Trobe大学倫理委員会によって承認されました。

除外基準は、膝OAの病歴または治療を必要とする症状、検査前の月の1日以上の膝の痛み、oaのx線写真証拠、炎症性関節炎、計画または以前の膝関節置換、悪性腫瘍、過去10年の骨折、mriに対する禁忌（ペースメーカー、脳動脈瘤クリップ、人工内耳、戦略的な場所における破片の存在、眼の金属および閉所恐怖症）、補助器具を使用せずに15mを歩くことができないことであった。そして片麻痺。

装置および手順

歩行解析は、オーストラリアのラ-トローブ大学筋骨格系研究センターの歩行実験室で実施した。 ６カメラＶｉｃｏｎ運動解析システム（Ｏｘｆｏｒｄ Ｍｅｔｒｉｃｓ Ｌｔｄ，Ｏｘｆｏｒｄ，ＵＫ）を使用して、優性脚の４回の歩行試験中の３次元運動学的データを捕捉した。 各被験者の好ましい蹴る脚は、彼らの支配的な脚として指名された。 地上反力は、Ｋｉｓｔｌｅｒ９ ２ ８ １ｆｏｒｃｅ−ｐｌａｔｆｏｒｍ（Ｋｉｓｔｌｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｉｎｔｅｒｔｈｕｒ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）によって測定した。 関節の遠位セグメントに位置する直交軸系について計算された関節モーメントを得るために、以前に提案されたモデルに基づく’PlugInGait’（Oxford Metrics、Oxford、UK）を用いて逆動 間ASIS（前上腸骨脊椎）距離は、以前に記載された方法によって決定される股関節中心の内側–外側および近位–遠位座標を引き起こし、キャリパーを用いて測定 ＡＳＩＳから大転子への測定は股関節の前方–後方座標を提供した。 膝アライメント装置（ＫＡＤ）を用いて膝関節軸を計算し，臨床検査からけい骨ねじりを測定した。 大腿の冠状面は、股関節中心、膝マーカーおよび側方KADマーカーを含む平面として定義された。 シャンクの冠状面には膝関節中心と外側malleolusマーカーが含まれていた。 膝および足関節軸によって形成される角度は、脛骨ねじりを測定した。

被験者は、前述のように人口統計データと身体活動を含むアンケートを完了しました。 ボディマス指数（bmi）（重量/高さ2kg/m2）は、電子スケールの単一のペアを使用して最も近い0.1kg（靴とかさばる衣類を削除）に体重を測定し、スタジアムメーターを使用して最も近い0.1cm（靴を削除）に高さを測定することによって計算された。

MRIを各被験者の優性膝に実施した。 膝軟骨体積は、前述のようにＯｓｉｒｉｓソフトウェア（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏ ｆ Ｇｅｎｅｂｅ）を使用する独立したワークステーション上での画像処理によって決定された。 膝は、同じ1上の矢状面に撮像された。商用受信専用の四肢コイルを使用した5-T全身磁気共鳴ユニット（Signa Advantage HiSpeed GE Medical Systems Milwaukee、WI）。 内側および外側脛骨プラトー骨サイズ（表面積）は、軸面に再フォーマットされた入力画像から等方性体積を作成することによって決定され、プラトー骨サイズは、先に記載されているように、これらの画像から直接測定された。 内側および外側脛骨プラトーサイズの変動係数は2.3および2であった。それぞれ4％、および内側および外側軟骨体積測定の測定のための変動係数は、それぞれ3.2および2.7％であった。

統計分析

ピアソンの相関関係を用いて、初期および後期姿勢のピーク膝内転モーメント、内側および外側脛骨の骨の大きさ、および軟骨量との関係を調べた。 係数を計算する前に、関連付けの散布図は、2つの変数の非正規性、関連付けの非線形性、および外部観測値など、解釈を妨げる特徴について検査されま 右脚と左脚を組み合わせることは、膝と下肢の非対称的なアライメントの可能性との間の独立性を認識することができないので、すべての分析は、優 優性脚を選択することにより，被験者特異的ではなく関節特異的であり得る変数を制御しようとした。 0.05(両側)未満のP値があった結果は、統計的に有意であると考えられました。 すべての分析は、SPSS(バージョン11.0.1、SPSS、Cary、NC)を使用して行った。

結果

参加した20人の女性の平均年齢は61.0±5.3歳であった。 平均BMIは25.3±4.2kg/m2であった。 現在の身体活動の平均レベルは7.7±2.4であった（0-12のスケールで、0は身体活動を表していない）。 膝内転モーメント、骨の大きさおよび軟骨の体積の平均大きさおよび標準偏差を表1に示す。

膝内転モーメントと脛骨サイズ

後期姿勢中のピーク膝内転モーメントは、内側脛骨サイズ（r=0.63、P=0.004）と有意に関連していた。 この関係は、事後Bonferonni調整後に有意なままであった（α=0.006）。 後期姿勢時の膝内転モーメントと外側けい骨サイズとの間には有意な相関は認められなかった。 初期の姿勢中のピーク内転モーメントは内側または外側けい骨の大きさと有意に関連していなかった。 年齢、BMIおよび身体活動の調整は、表2に示された結果を変化させなかった。

膝内転モーメントと脛骨軟骨量

初期または後期の姿勢の間に発生するピーク内転モーメントと、年齢、BMIおよび身体活動の調整前および調整後の内側または外側の脛骨軟骨量との間に有意な相関は観察されなかった。 これらの結果を表２に示す。

ディスカッション

私たちの知る限り、これは健康な女性の膝内転モーメント、脛骨の骨の大きさと軟骨量との関係を記述する最初の研究です。 膝内転モーメントは、歩行中に内側tibiofemoralコンパートメントを通過する総膝関節負荷の70％に大きな貢献を提供していますが、これらの結果は、モーメントが健康な膝の軟骨量よりも大きな程度に骨の大きさに影響を与えることを示唆しています。

後期姿勢のピーク膝内転モーメントは内側脛骨高原の骨サイズと相関していたが、外側高原では相関していなかった。 健常者では膝内転モーメントの大きさが大きいほど，内側けい骨プラトー骨の大きさが大きくなった。 これは、内側関節負荷に対する膝内転モーメントの影響を実証し、機械的負荷が新しい骨成長の調節に果たす役割を支持する証拠を提供する。 膝内転モーメントと内側けい骨プラトー骨サイズとの間の関係は後期スタンス中に明らかであったが、これは初期スタンス中には観察されなかった。 靭帯や筋肉のような構造によって提供される軟部組織の内部活動は、後期の姿勢と比較して、初期の姿勢の間に内転モーメントによって内側のtibiofemoralコンパートメントに課される圧縮力をよりよく抑制するのに役立つと考えられる。 さらに，後期姿勢の間に支持肢が経験する負荷の増加は，膝内転モーメントと内側骨サイズとの関連を媒介している可能性がある。 歩行中の膝内転モーメントを含む複雑な空間的および時間的相互作用を実証するためには、さらなる研究が必要である。

我々の知る限りでは、膝の内転モーメントが膝の骨適応に及ぼす影響を調べたのは他の2つの研究のみである。 これらは、膝内転モーメントが、正常および関節炎の被験者における近位骨ミネラル含量の内側と外側の比の単一の最良の予測因子であることを示した。 膝内転モーメントは健康な関節炎の被験者における骨の大きさとミネラル含有量を調節する重要な因子であると思われるが，近位けい骨における骨の変化との内転モーメントの関係がｏ Ａ発症リスクに影響するかどうかは縦断研究によって検討する必要がある。

膝内転モーメントと内側または外側脛骨軟骨体積との間には関係は認められなかった。 以前の研究では、健康なまたは関節炎の被験者における内転モーメントと軟骨量との関係を検討していない。 膝OAを持つ人々を調べる以前の研究は、より大きな内転モーメントがより大きな内側関節空間の狭小化と関連していたことを示した。 しかし、膝関節腔は半月板などの他の構造からなるため、関節腔の狭小化は必ずしも関節軟骨量の有効な指標ではない。 しかし、軟骨容積がOAの病因の研究において有用な尺度であるという新たな証拠がある。 初期のx線撮影OAを持つ被験者を検討した最近の研究は、内側の関節腔の狭小化は、内側と外側の脛骨と膝蓋骨のコンパートメントの両方で軟骨体積の さらに，骨増殖症は外側および内側けい骨関節表面積の実質的な増加と関連していたが，軟骨体積の変化とは関連していなかった。 これは、初期のOAにおける軟骨および骨形態の変化が互いに独立していることを推測することができる。 本研究では、膝内転モーメントが健康な人々の内側けい骨高原の骨サイズの変化に関連していることを示したことを考えると、骨のサイズが疾患の開始に役割を果たし、軟骨体積の変化が疾患の進行を媒介する可能性がある。 疾患発症前後の機械的負荷に対する軟骨および骨の応答を解明するためには、さらなる研究が必要である。

この研究の結果は、比較的小さなサンプルサイズによって制限されていますが、骨のサイズに対する内転筋モーメントの効果を示すのに十分な力 しかし、我々の結果は、もしあれば軟骨への影響が骨への影響よりも有意に小さいことを示唆している。 これらの知見が男性に一般化される程度には、さらなる調査が必要である。

本研究では、健康な女性の膝内転モーメントと内側脛骨高原の大きさとの間に正の関連性が示されているが、内転モーメントと内側軟骨体積との間に 膝内転筋モーメントは健常者の関節軟骨に対して確立された膝Ｏ Ａと比較して異なる効果を有する可能性がある。 機械的負荷に対する軟骨の典型的な応答を解明し、骨の大きさの変化が疾患の発症前にあるかどうかを調べるためには、さらなる研究が必要である。

著者らは利益相反を宣言していない。

Colonial Foundation、Shepherd Foundation、CCRE（Therapeutics）、およびMusculoskeletal Research Centre La Trobe Universityの支援に感謝したいと思います。 私たちはT.Bach、J.Wittwer、Dに感謝しています。 プロジェクト管理の貴重な援助のためのChen、K.WebsterおよびJ.Hankin。 我々はまた、調査に参加するために自分の時間のように自由に与えた被験者に非常に感謝しています。

著者ノート

疫学と予防医学の部門,モナッシュ大学,アルフレッド病院,Prahran,ビクトリア,3181,1la Trobe大学,ビクトリア,3086と2jean Hailes Foundation,クレイトン,ビクトリア,オーストラリア.