effekten av knäadduktionsmomentet på tibialbroskvolym och benstorlek hos friska kvinnor

Abstrakt

mål. Det finns betydande bevis för att ett onormalt högt knäadduktormoment är ett kännetecken för gångmönstren hos personer med knäartros (OA). Syftet med denna studie var att undersöka förhållandet mellan toppknäadduktionsmomentet under gångens tidiga och sena stansfaser och medial och lateral tibial benstorlek och broskvolym hos friska kvinnor.

metoder. Tredimensionella Vicon gånganalyser och magnetisk resonansavbildning (MRI) utfördes på 20 friska kvinnor utan knä OA. Det yttre knäadduktionsmomentet var korrelerat med medial och lateral tibial benstorlek och broskvolym för det dominerande benet.

resultat. Knäadduktionsmomentet korrelerade signifikant med benstorleken på den mediala tibialplatån (r = 0,63, P < 0,005), men var inte relaterad till benstorleken på sidoplatån. Inget samband observerades mellan knäadduktionsmomentet och medial eller lateral tibial broskvolym.

slutsatser. Även om knäadduktionsmomentet var positivt associerat med benstorleken på den mediala tibialplatån, verkade det ha liten effekt på broskvolymen i det facket hos friska kvinnor. Det kan vara så att effekten av knäadduktionsmomentet skiljer sig åt hos friska försökspersoner jämfört med de med etablerad knä OA.

även om ökad regional belastning över ledbrosk tros vara en viktig faktor i patogenesen av knäartros (OA) , är förhållandet mellan biomekaniska faktorer, broskvolym och benstorlek hos friska och artritiska knäleder oklart. Medan ökad mekanisk belastning orsakar anpassningar i kortikalt och cancellöst ben, förblir sambandet mellan belastning och broskvolym spekulativ.

knäadduktionsmomentets roll i OA blir bättre förstådd. Knäadduktionsmomentet genereras av kombinationen av markreaktionskraften, som passerar medial till knäledets centrum under gång och det vinkelräta avståndet för denna kraft från fogens centrum . Detta ögonblick tenderar att addera tibiofemoral led, vilket orsakar en ökning av medialt fack tryck, och personer med knä OA har visat större än normala toppknäadduktionsmoment i sina gångmönster. Dessutom har personer med etablerad tibiofemoral OA minskat tibiofemoral broskvolym jämfört med normala personer och har visat sig förlora betydande ledbrosk årligen . Determinanterna för broskförlust förblir dock oklara, även om knäadduktionsmomenten under gång kan hjälpa till att förklara en del av variansen i frisk och artritisk knäledsbroskvolym. Dessutom är det möjligt att överdrivna knäadduktionsmoment under gång kan delvis förklara varför den mediala tibialplatån har en större benstorlek än den laterala platån.

även om ökade knäadduktionsmoment och minskade broskvolymer är förknippade med svårighetsgraden av knä OA , har ingen tidigare studie beskrivit förhållandena mellan knäadduktionsmomentet och tibial broskvolym i friska eller artritiska knäleder. För att utforska relationerna mellan knäadduktionsmomentet, tibialbroskvolymen och benstorleken hos normala ämnen undersökte vi de lokomotoriska mönstren hos 20 friska kvinnor.

metoder

ämnen

tjugo kvinnor som deltog i en befintlig studie av hälsosamt åldrande rekryterades genom Jean Hailes Center (en kvinnoklinik) och reklam i lokala medier. Studien godkändes av Alfred Hospital, Caulfield Hospital och La Trobe University ethics committees.

uteslutningskriterierna var en historia av knä-OA eller symtom som krävde medicinsk behandling, knäsmärta i mer än 1 dag i månaden före testning, radiografiska bevis på OA, inflammatorisk artrit, planerad eller tidigare knäledsplastik, malignitet, fraktur under de senaste 10 åren, kontraindikation mot Mr (t.ex. pacemaker, cerebral aneurysmklämma, cochleaimplantat, förekomst av granatsplitter på strategiska platser, metall i ögat och klaustrofobi), oförmåga att gå 15 m utan användning av hjälpmedel, och hemipares.

apparat och procedur

Gånganalyser utfördes i gånglaboratoriet i muskuloskeletala forskningscentret, La Trobe University, Australien. Ett Vicon-rörelseanalyssystem med sex kameror (Oxford Metrics Ltd, Oxford, Storbritannien) användes för att fånga tredimensionella kinematiska data under fyra gångförsök på det dominerande benet. Varje ämnes föredragna sparkben nominerades som deras dominerande ben. Markreaktionskrafter mättes med en Kistler 9281 kraftplattform (Kistler Instruments, Winterthur, Schweiz). Inversa dynamiska analyser utfördes med hjälp av ’ PlugInGait ’(Oxford Metrics, Oxford, UK), som bygger på en tidigare föreslagen modell, för att erhålla gemensamma moment beräknade om ett ortogonalt axelsystem beläget i det distala segmentet av en LED. Inter-ASIS (anterior superior iliac spine) avstånd mättes med hjälp av en bromsok, vilket fick de mediala–laterala och proximala–distala koordinaterna i höftledscentret att bestämmas med den tidigare beskrivna metoden . ASIS till större trochanter mätning gav den främre–bakre koordinaten av höftleden. En knee alignment device (KAD) användes för att beräkna knäledsaxlar och tibial torsion mättes från klinisk undersökning. Lårets koronalplan definierades som planet som innehöll höftledets centrum, knämarkör och lateral KAD-markör. Det koronala planet på skaftet innehöll knäledscentret och den laterala malleolus-markören. Vinkeln som bildas av knä-och fotledsaxlarna mätt tibial vridning.

ämnen fyllde i ett frågeformulär som inkluderade demografiska data och fysisk aktivitet som tidigare beskrivits . Kroppsmassindex (BMI) (vikt/höjd2 i kg/m2) beräknades genom att mäta vikten till närmaste 0,1 kg (skor och skrymmande kläder borttagna) med ett enda par elektroniska vågar och mäta höjden till närmaste 0,1 cm (skor borttagna) med hjälp av en stadiometer.

Mr utfördes på varje ämnes dominerande knä. Knäbroskvolymen bestämdes genom bildbehandling på en oberoende arbetsstation med hjälp av Osiris-programvaran (University of Geneva) som tidigare beskrivits . Knän avbildades i sagittalplanet på samma 1.5-T helkropps magnetisk resonansenhet (Signa Advantage HiSpeed ge Medical Systems Milwaukee, WI) med användning av en kommersiell mottagnings endast extremitetsspole. Mediala och laterala tibiala platåbenstorlekar (ytarea) bestämdes genom att skapa en isotrop volym från ingångsbilderna omformaterade i axialplanet och platåbenstorleken mättes direkt från dessa bilder som tidigare beskrivits . Variationskoefficienterna för medial och lateral tibial platåstorlek var 2,3 och 2.4% respektive variationskoefficienterna för mätning av mediala och laterala broskvolymmått var 3,2 respektive 2,7%.

statistisk analys

Pearsons korrelationer användes för att undersöka förhållandet mellan toppknäadduktionsmomentet under tidig och sen hållning, medial och lateral tibial benstorlek och broskvolym. Före beräkningen av en koefficient inspekterades föreningarnas spridningsplaner för funktioner som skulle hindra Tolkning, såsom icke-normalitet av de två variablerna, föreningens icke-linjäritet och avlägsna observationer. Alla analyser utfördes för det dominerande benet eftersom kombinationen av höger och vänster ben misslyckas med att erkänna oberoende mellan knäna och potentialen för asymmetrisk inriktning av underbenen. Genom att välja det dominerande benet försökte vi kontrollera för variabler som kan vara gemensamma specifika snarare än ämnesspecifika. Resultat där det fanns p-värden på mindre än 0,05 (två-tailed) ansågs vara statistiskt signifikanta. Alla analyser utfördes med hjälp av SPSS (version 11.0.1, SPSS, Cary, NC).

resultat

medelåldern för de 20 deltagande kvinnorna var 61,0 5,3 år. Medelvärdet BMI var 25,3 4,2 kg/m2. Den genomsnittliga nivån av nuvarande fysisk aktivitet var 7,7 2,4 2,4 (på en skala från 0-12, där 0 representerade ingen fysisk aktivitet). De genomsnittliga magnituderna och standardavvikelserna för knäadduktionsmoment, benstorlekar och broskvolymer presenteras i Tabell 1.

Knäadduktionsmoment och tibialbenstorlek

toppknäadduktionsmomentet under sen hållning var signifikant associerat med den mediala tibialbenstorleken (r = 0,63, P = 0,004). Detta förhållande förblev betydande efter post-hoc Bonferonni-justeringar (GHz = 0,006). Ingen signifikant korrelation observerades mellan knäadduktionsmomentet under sen hållning och den laterala tibialbenstorleken. Toppadduktionsmomentet under tidig hållning var inte signifikant associerat med medial eller lateral tibial benstorlek. Justering för ålder, BMI och fysisk aktivitet förändrade inte resultaten i Tabell 2.

Knäadduktionsmoment och tibialbroskvolym

inga signifikanta korrelationer observerades mellan toppadduktionsmomentet som inträffade under tidig eller sen hållning och medial eller lateral tibialbroskvolym före och efter justering för ålder, BMI och fysisk aktivitet. Dessa resultat presenteras i Tabell 2.

diskussion

så vitt vi vet är detta den första studien som beskriver förhållandet mellan knäadduktionsmomentet, tibialbenstorlek och broskvolym hos friska kvinnor. Även om knäadduktionsmomentet ger ett stort bidrag till 70% av den totala knäledsbelastningen som passerar genom det mediala tibiofemorala facket under gång , tyder dessa resultat på att ögonblicket påverkar benstorleken i större utsträckning än broskvolymen hos friska knän.

toppknäadduktionsmomentet under sen hållning var korrelerat med den mediala tibiala platån benstorlek, men inte den laterala platån. Ju större storleken på knäadduktionsmomentet i normala ämnen, desto större är den mediala tibiala platåbenstorleken. Detta underbygger knäadduktionsmomentets inflytande på medial ledbelastning och ger bevis som stöder den roll mekaniska belastningen spelar i regleringen av ny bentillväxt . Även om ett förhållande mellan knäadduktionsmomentet och medial tibialplatå benstorlek var uppenbart under sen hållning, observerades detta inte under tidig hållning. Det kan vara så att den inre aktiviteten hos mjuka vävnader som tillhandahålls av strukturer som ligament och muskler hjälper till att bättre begränsa den tryckkraft som påförs det mediala tibiofemorala facket vid adduktionsmomentet under tidig hållning jämfört med sen hållning. Dessutom kan det vara så att den ökade belastningen som upplevs av stödbenet under sen hållning medierade sambandet mellan knäadduktionsmomentet och den mediala benstorleken. Ytterligare arbete krävs för att underbygga den komplexa rumsliga och tidsmässiga interaktionen som involverar knäadduktionsmomentet under gång .

så vitt vi vet har endast två andra studier undersökt påverkan av knäadduktionsmomentet på benanpassning vid knäet. Dessa visade att knäadduktionsmomentet var den enskilt bästa prediktorn för det mediala till laterala förhållandet mellan proximal benmineralinnehåll i normala och artritiska ämnen . Medan knäadduktionsmomentet verkar vara en viktig faktor som reglerar benstorlek och mineralinnehåll hos friska och artritiska ämnen, huruvida adduktionsmomentets förhållande till benförändringar vid proximal tibia påverkar risken för att utveckla OA måste undersökas genom longitudinella studier.

inget samband observerades mellan knäadduktionsmomentet och medial eller lateral tibial broskvolym. Ingen tidigare studie har undersökt förhållandet mellan adduktionsmomentet och broskvolymen hos friska eller artritiska personer. Tidigare studier som undersökte personer med knä OA visade att ett större adduktionsmoment var förknippat med större medial ledutrymme . Men eftersom knäledsutrymmet består av andra strukturer som menisci, är det inte alltid en giltig indikator på ledbroskvolymen . Det finns emellertid framväxande bevis för att broskvolymen kommer att vara en användbar åtgärd i studier av patogenesen av OA . En ny studie som undersökte försökspersoner med tidig radiografisk OA visade att medial gemensam rymdminskning var associerad med betydande minskningar av broskvolymen vid både mediala och laterala tibiala och patellafack . Dessutom var osteofytos associerad med betydande ökningar i lateral och medial tibial ledyta, men inte med en förändring i broskvolymen . Detta kan dra slutsatsen att förändringarna i brosk och benmorfologi i början av OA är oberoende av varandra. Med tanke på att denna studie visade att knäadduktionsmomentet var förknippat med en förändring i den mediala tibiala platån benstorlek hos friska människor, kan det vara så att benstorlek spelar en roll vid initiering av sjukdom, medan förändringar i broskvolymen kan förmedla sjukdomsprogression. Ytterligare arbete krävs för att belysa broskets och benets svar på mekanisk belastning före och efter sjukdomsdebut.

resultaten av denna studie begränsas av den relativt lilla provstorleken, även om vi hade tillräcklig kraft för att visa effekten av adduktormoment på benstorlek. Våra resultat tyder dock på att effekten på brosk, om någon, är betydligt mindre än effekten på benet. I vilken utsträckning dessa resultat generaliseras till män kommer att kräva ytterligare utredning.

även om denna studie har visat en positiv koppling mellan knäadduktionsmomentet och storleken på den mediala tibialplatån hos friska kvinnor, var inget samband mellan adduktionsmomentet och den mediala broskvolymen uppenbar. Det kan vara så att knäadduktormomentet har en annan effekt på ledbrosk hos friska försökspersoner jämfört med de med etablerad knä OA. Ytterligare arbete krävs för att belysa bruskets typiska respons på mekanisk belastning och undersöka om förändringar i benstorlek föregår sjukdomsuppkomsten.

författarna har inte förklarat några intressekonflikter.

vi vill erkänna Colonial Foundation, Shepherd Foundation, CCRE (Therapeutics) och Musculoskeletal Research Center La Trobe University för stöd. Vi är tacksamma för T. Bach, J. Wittwer, D. Chen, K. Webster och J. Hankin för deras värdefulla hjälp i projektledning. Vi är också mycket tacksamma för de ämnen som gav så fritt av sin tid att delta i utredningen.

författare noterar

Institutionen för epidemiologi och förebyggande medicin, Monash University, Alfred Hospital, Prahran, Victoria, 3181, 1LA Trobe University, Victoria, 3086 och 2jean Hailes Foundation, Clayton, Victoria, Australien.