Биомеханические аспекты долгосрочного лечения остеоартрита коленного сустава

Введение в остеоартрит коленного сустава

Остеоартрит коленного сустава (ОА), согласно Международному обществу по исследованию остеоартрита (OARSI), это заболевание, характеризующееся деградацией внеклеточного матрикса и стрессом клеток, возникающим в результате микро- и макротравм, которые инициируют несоответствующий процесс восстановления, включающий про-воспалительные пути врожденного иммунитета. Заболевание начинается с ненормального метаболизма тканей сустава, за которым следуют анатомические и/или физиологические изменения (деградация хряща, перестройка костей, образование остеофитов, воспаление суставов и потеря нормальной функции сустава), что может привести к нарушению работы сустава.^[1] Возникает трение и увеличивается контакт кость с костью. Синовиальный сустав колена стабилизируется связками и фиброзной капсулой, содержащей синовиальную мембрану, включающую синовиальную жидкость, которая помогает с амплитудой движений в колене. Суставной хрящ со временем изнашивается, и этот суставной промежуток сужается, что приводит к увеличению трения и, как следствие, боли.^[2]

Когда стоите или ходите, колено должно быть выровнено во фронтальной плоскости. Однако, если происходит сужение медиального пространства, это влияет на выравнивание во фронтальной плоскости. Это смещает выравнивание медиально и вызывает аномальную походку. Медиальная и латеральная стороны могут быть поражены. Выравнивание, которое находится медиально по отношению к центру коленного сустава, называется варусом (искривление ног колесом), и вальгусом (ноги иксом), если оно проходит латерально по отношению к центру коленного сустава, причем варусное выравнивание встречается чаще. Это также приводит к тому, что у людей развивается компенсаторная походка, то есть хромота, чтобы облегчить боль.^[3] Болевые ощущения появляются при повседневных движениях и упражнениях, наблюдается жесткость суставов, которая в некоторых случаях уменьшается только в покое.^[3][4]. В некоторых случаях может наблюдаться атрофия мышц.^[3] Наблюдается болезненность при пальпации суставов и снижение амплитуды движений суставов из-за жесткости.^[4]

Существует первичная и вторичная классификации остеоартрита коленного сустава. Первичный остеоартрит коленного сустава является идиопатическим и обычно связан с дегенерацией суставного хряща. Вторичный остеоартрит коленного сустава возникает, когда известно о предыдущей травме сустава, предрасполагающей к развитию остеоартрита колена.^[5] Факторы риска, которые делают человека более восприимчивым к развитию остеоартрита колена, включают возраст, ожирение, пол, генетику, этническую принадлежность, диету и метаболизм костей. Факторы, которые делают сустав более уязвимым, включают слабость мышц, повреждение колена в прошлом, неправильное выравнивание сустава и физическую активность с повторяющейся нагрузкой на сустав.^[5][6] Женщины также с большей вероятностью могут быть подвержены остеоартриту коленного сустава.^[5] Это может быть связано с дефицитом кальция у женщин в постменопаузе, а также предрасположенностью в строении таза. Женщины имеют более широкий лобковый угол и, следовательно, более широкие бедра, что может увеличивать механическое напряжение на латеральной стороне колена, аналогично вальгусу (ноги иксом), так как они подвержены большему Q углу^[7]. Другие факторы риска остеоартрита коленного сустава включают внешнюю травму и профессии, связанные с повторяющимися приседаниями и коленоприклонением.^{[5][6] [8]} Ожирение связано с тем, что увеличенная нагрузка на суставы отрицательно влияет на интраартикулярный хрящ, а метаболические нарушения в организме, связанные с ожирением, приводят к изменениям в развитии и ремоделировании суставного хряща.^[5][8]

Аномальная Биомеханика

Остеоартрит коленного сустава является многофакторным дегенеративным заболеванием, факторы которого варьируются от повышенной механической нагрузки, разрушения суставного хряща, формирования костей и нарушений мышц.^{[3][6] [9]} Варусная установка связана с повышенным риском развития тибиофеморального остеоартрита и усиленной прогрессией медиального ОА. ^[10]Из-за этой варусной направленности коленный сустав подвержен большей механической нагрузке на медиальный компартмент.^{[9] [10]} Это также способствует деградации внутрисуставного хряща.

У большинства пациентов с остеоартритом коленного сустава наблюдается слабость суставов, это потеря стабилизации сустава из-за неспособности связок противодействовать внешним механическим силам ^[9]. У лиц с остеоартритом коленного сустава наблюдается сниженная сила мышц-сгибателей/разгибателей колена ^[11]. Это показывают исследования походки, где у людей с остеоартритом колена меньшее сгибание колена и большее аддукция колена ^[9][10]. Мышцы-разгибатели колена жизненно важны для стабилизации колена во время нагрузки на сустав и последующего движения.^[9] Аномальная механическая нагрузка на сустав вызывает более быстрое разрушение суставного хряща, а слабые разгибательные мышцы еще больше увеличивают симптомы остеоартрита коленного сустава.^[8]. Недавние исследования показали большее медиальное варусное расслабление, чем латеральное вальгусное расслабление, где колени более выдвинуты медиально, чем латерально, в экспериментах по нагрузке на сустав.^[3]. Это влияет на неправильное выравнивание колена и стопы, также влияя на распределение давления и ухудшая симптомы остеоартрита коленного сустава.^[3][9]. Наблюдается потеря суставной проприоцепции, где проприоцепция — это осознание или бессознательное осознание пространства суставов. В колене с остеоартритом дегенерация суставного хряща приводит к неисправности механорецепторов. Это связано со слабостью суставов, поскольку более слабые мышцы имеют сниженную чувствительность мышечных веретен. Это может привести к общему снижению точности проприоцепции колена.^[12]

Коленный сустав может выполнять такие движения, как скольжение, катание, скольжение и вращение^[13]. Потеря хряща и уменьшение мениска изменяют выравнивание сустава и способствуют развитию остеоартрита коленного сустава. В процессе остеоартрита коленного сустава суставной хрящ может претерпеть метаболические нарушения, при которых дегенеративные ферменты могут быть чрезмерно экспрессированы. Хондроциты выделяют протеогликаны для поддержания равновесия и поддержания поверхности суставного хряща. Внешние травмы, возникающие вблизи коленного сустава, также могут вызвать внутрисуставные переломы, которые могут привести к несогласованному выравниванию сустава.^[5] Это приводит к неравномерному распределению нагрузки и общей нестабильности коленного сустава. У людей со слабыми четырехглавыми мышцами увеличивается нагрузка на нижнюю конечность при нормальной ходьбе.^[14] У людей с профессиями, требующими повторяющихся нагрузок на сустав, может происходить дегенерация суставного хряща и хондроцитов, что увеличивает прогрессию ОА коленного сустава.^[5][8] . Наконец, повреждения мениска коленного хряща и изменения в выравнивании с помощью упражнений могут вызвать дегенерацию хряща.^[5]

Клиническое понимание пато-механизмов

Коленные связки жизненно важны для стабильности сустава. В этом случае слабые мышцы-разгибатели колена известны как способствующие развитию ОА коленного сустава. Из-за слабости связок возникает больше чем обычно сдвиговых сил. Это также приводит к неправильному выравниванию колен (варусные колени, ноги-с-поварюха). Поскольку пространство в коленном суставе сужается, более слабые мышцы-разгибатели, такие как медиальная, латеральная и промежуточная, под нагрузкой выходят из строя. Как упоминалось, медиальная слабость является распространенной, и медиальный аспект теряет проприоцепцию.^[12][15]. Момент аддукции колена более вреден из-за отсутствия мышечного контроля.^[13]

В нормальных условиях суставной хрящ поддерживается и балансируется в отношении дегенерации и регенерации хондроцитов.^[5][8]Однако при повышенной нагрузке она вызывает стресс на суставной хрящ и вызывает повреждения. Повреждения в внеклеточном матриксе из-за перегрузки могут способствовать ремоделированию сустава. Именно здесь воспаление вызывает биохимические реакции (провоспалительные медиаторы), которые работают на разрушение коллагенового матрикса и способствуют воспалению синовии.^[5]

Комбинация повреждения хряща и увеличения нагрузки на сустав вместе с уменьшением пространства в суставе способствуют повреждению костей.^[10] Кости могут быть еще больше смещены, если подвергнуться ремоделированию костной оболочки, так как узкие области пространства в суставе будут подвержены повреждениям костного мозга, что приведет к дальнейшему некрозу костного мозга.^[5][10]

Лечение и эффективность лечения

Консервативные биомеханические методы лечения более востребованы, чем инвазивные хирургические вмешательства для лечения симптомов остеоартрита коленного сустава. Некоторые из этих методов включают модифицированную обувь, наколенники, физические упражнения, которые изменяют индивидуальную походку, укрепление мышц колена и потерю веса. Физические упражнения могут включать хождение босиком, чтобы уменьшить моменты приведения колена и облегчить симптомы остеоартрита коленного сустава. С точки зрения модификаций походки, пострадавшие лица могут использовать походку с выворотом носка в своей повседневной жизни. Походка с выворотом носка вызывает наружную ротацию в колене, которая превращает момент приведения колена в момент внешнего сгибания, тем самым минимизируя ненормальную нагрузку на суставы. Вектор силы от земли проходит позади, вызывая увеличение сгибания колена, одновременно снижая медиальный момент приведения колена.^[14]

Укрепление мышц

Упражнения для укрепления квадрицепса использовались для облегчения симптомов остеоартрита коленного сустава. У людей с болями в колене отмечается недостаточная активация квадрицепса, что ведет к сниженной стабильности суставов. Изокинетическое укрепление мышц на различных скоростях используется для укрепления квадрицепса, увеличения силы и снижения боли. ^[16] Физиотерапевты могут диагностировать пациентов и вводить упражнения на укрепление квадрицепса с заданными скоростями для снижения симптомов остеоартрита коленного сустава. Это также поможет увеличить стабильность суставов, увеличить диапазон движения у пожилых людей. Также улучшится поглощение силы, что снижает механическое напряжение на коленный сустав.^[16][17] Укрепление приводящих мышц бедра через наземные упражнения является популярным лечением для людей с остеоартритом коленного сустава. Укрепление подколенных сухожилий в сочетании с квадрицепсом улучшает общую медиальную стабильность суставов ^{[17][18] [19][20]}. Увеличение силы бедра приводит к снижению пикового момента приведения колена за счет уменьшения контралатерального опускания таза и стабилизации медиальной нагрузки на коленный сустав.^[18]

Стельки с боковым клином

Стельки с боковым клином – это еще один метод лечения, где подошва, размещенная сбоку, может уменьшить боль при движении.^[14] Боковая часть стопы поднимается под углом наклона в 5, 10 и 15 градусов в зависимости от толщины клина.^[14][21][22] Это смещает центр давления стопы в сторону.^[14] Это приводит к эверсии голеностопного сустава и снижению момента приведения колена.^{[14] [21]}. Это эффективная стратегия для людей с легкими симптомами остеоартрита коленного сустава, так как такие стельки с боковым клином могут уменьшить варусный крутящий момент и обеспечить комфорт при ходьбе.^[22]. Людям, использующим такие стельки, рекомендуется поддерживать постоянную ширину шага с помощью специальной медиальной арки, так как увеличение ширины шага может увеличить силы реакции опоры, увеличивая момент приведения колена и усугубляя симптомы остеоартрита коленного сустава.^[14]

Обувь и брейсы

Специализированная обувь, имитирующая хождение босиком на открытом воздухе, может использоваться для улучшения гибкости стопы и снижения моментов приведения колена.^{[14] [23][21]} Обувь с более тонкими подошвами снижает нагрузки на суставы колена, так как подошвенная поверхность стопы подвержена нагрузке на суставы.^[14][24] Люди с более тонкими подошвами или ходящие босиком склонны делать более короткие шаги. Это эффективно снижает разгибание колена и дорсифлексию при начальном контакте с землей, более напоминает приземление на среднюю часть стопы, что значительно снижает пиковые моменты приведения колена ^[14]. Вальгусные ортезы колена (брейсы) – это еще один метод лечения, который может уравновесить внешний момент приведения.^{[14] [25]} Это достигается путем применения давления для создания вальгусного момента и снижения медиальных моментов приведения колена при ежедневной ходьбе.^[14] В конечном итоге, эти вмешательства будут особенно полезны для разгрузки чрезмерной нагрузки на медиальный сустав и создания пространства в медиальном тибиофеморальном суставе, облегчения боли и симптомов остеоартрита коленного сустава.^[25]

Заключение

Остеоартрит коленного сустава – это заболевание, пока не поддающееся лечению. Как было подведено итог, остеоартрит коленного сустава вызван различными факторами, начиная от перегрузки, механического стресса, травмы сустава, воспаления сустава, биохимических реакций и метаболических изменений.^{[1] [5]} Консервативные биомеханические вмешательства показывают, что это действенный метод лечения людей, страдающих от симптомов остеоартрита коленного сустава. В будущих исследованиях следует сосредоточиться на изучении остеоартритных коленей в долгосрочных исследованиях, изучении биомеханики и определении новых вмешательств, которые могут улучшить качество жизни людей с остеоартритом коленного сустава.

Ссылки