Εμβιομηχανικές διαφοροποιήσεις στον άκρο πόδα μετά από ολική αρθροπλαστική γόνατος σε ασθενείς με ετερόπλευρη οστεοαρθρίτιδα γόνατος

Abstract

The musculoskeletal system functions as a single unit, where every joint, muscle group and bone are connected and interdependent, therefore, they should not be treated as single entities or pathologies. An excellent example, which is strongly related to the topic of this thesis, are the functional interactions between the knee joint and the biomechanical variations observed in the foot after total knee replacement. Since the human foot is the base of support of the human body, measurements of plantar pressures can assess dysfunctions that are not limited to the sole of the foot but also extend to higher joints such as the knee and hip. Correcting the axis of the lower extremity in the frontal plane after total knee replacement, appears to affect the biomechanics of the foot, and as a result these adaptive changes are reflected in the data collected by the Plantar Pressure Analysis Systems. In this sense, the measurement of plantar pressures could be a valuable tool to assess postural changes after total knee replacement. The aim of this PhD thesis was to investigate the biomechanical changes observed in the foot and recorded using baropodometry during standing and walking in patients with knee osteoarthritis before and after total knee replacement and to correlate these results with the change of the femoro-tibial angle and the clinical outcomes, as these were documented through functional self-assessment questionnaires. Radiographic measurements of the femoral-tibial angle were performed with the Roentgen Monographic Analysis (RoMAn) version V1.70 software, while the plantar measurements were evaluated using a multiplatform system by Comex. The system was consisted by four individual platforms connected to each other, with total dimensions of 2000×540×7 mm and 9216 individuals resistive pressure sensors, while for the functional self-assessment of the patients, the Greek version of the KOOS questionnaire was used. Thirty-five patients were initially enrolled in the study, during the six-month follow-up period, three patients were excluded. The final sample was consisted of 32 patients, with a mean age of 72.8 years (SD=6.6), of which 68.8% were women. Clinical, radiological and plantar pressure assessments were performed on average 2.13 days before and 198.25 days after the operation. After total knee replacement, a significant improvement in KOOS values was observed, a result that was in line with the findings of previous studies and according to our analysis patients' preoperative functional status was shown to be a strong predictor of short-term postoperative outcomes. The static plantar analysis revealed a redistribution of plantar pressures, with a significant transfer of the pressures to the operated lower limb and a reduction in the healthy one. In the dynamic analysis, there was a slight increase in mean plantar pressures of the affected limb followed by a decrease on the contralateral one, while peak pressures did not show statistically significant differences. Significant changes were found in the majority of spatiotemporal parameters, with an increase in single leg stance duration on the affected limb and stride time on the healthy limb. However, the improvement in the step length of the healthy limb and the absence of significant changes in the step length of the affected limb indicate a need for further rehabilitation. The results of our study show that changes in lower extremity axis as it was documented by femoro-tibial angle, was not directly correlated with functional outcomes or plantar pressures (static and dynamic), likely indicating that minor changes in axis may be compensated and not show a clear biomechanical imprint on the foot. Footprint analysis at any form, although an objective measurement tool, was not shown to be a significant predictor of short-term functional outcomes in our study population.

Το μυοσκελετικό σύστημα λειτουργεί ως ένα ενιαίο σύνολο, στο οποίο κάθε άρθρωση, κάθε μυϊκή ομάδα και κάθε οστό είναι συνδεδεμένα και αλληλεξαρτώμενα. Συνεπώς, δεν πρέπει να αντιμετωπίζονται ως μεμονωμένες οντότητες ή παθολογίες. Ένα ενδεικτικό παράδειγμα, που αποτελεί το κεντρικό θέμα αυτής της διατριβής, είναι οι λειτουργικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της άρθρωσης του γόνατος και του άκρου πόδα και οι εμβιομηχανικές διαφοροποιήσεις που παρατηρούνται στον άκρο πόδα, μετά από την ολική αρθροπλαστική γόνατος. Δεδομένου ότι το ανθρώπινο πόδι αποτελεί τη βάση στήριξης του σώματος, οι μετρήσεις των πιέσεων στο πέλμα μπορούν να αξιολογήσουν δυσλειτουργίες, που δεν περιορίζονται μόνο στον άκρο πόδα αλλά επεκτείνονται και στις ανώτερες αρθρώσεις, όπως το γόνατο και το ισχίο. Η διόρθωση του άξονα του κάτω άκρου στο μετωπιαίο επίπεδο, μετά την ολική αρθροπλαστική γόνατος, φαίνεται να επηρεάζει την εμβιομηχανική του άκρου πόδα, με αποτέλεσμα αυτές οι προσαρμοστικές αλλαγές να αντανακλώνται στα δεδομένα που συλλέγονται από τα Συστήματα Ανάλυσης Πελματιαίων Πιέσεων. Υπό αυτή την έννοια, η μέτρηση των πελματιαίων πιέσεων θα μπορούσε να αποτελέσει ένα πολύτιμο εργαλείο για την αξιολόγηση της στάσης και των αλλαγών, μετά την ολική αρθροπλαστική γόνατος. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση των εμβιομηχανικών διαφοροποιήσεων που παρατηρούνται στον άκρο πόδα και καταγράφονται με τη χρήση της πελματογραφίας, κατά την όρθια θέση και κατά την βάδιση, σε ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα γόνατος, πριν και μετά την ολική αρθροπλαστική γόνατος, καθώς και η συσχέτιση αυτών των διαφοροποιήσεων με τη μεταβολή του μηροκνημιαίου άξονα του γόνατος και με τα κλινικά αποτελέσματα, όπως αυτά διατυπώνονται από τους ίδιους τους ασθενείς, μέσω ερωτηματολογίων λειτουργικής αυτοαξιολόγησης. Οι ακτινολογικές μετρήσεις του μηροκνημιαίου άξονα πραγματοποιήθηκαν με το πρόγραμμα Roentgen Monographic Analysis (RoMAn) έκδοσης V1.70, ενώ για τις πελματογραφικές μετρήσεις χρησιμοποιήθηκε το σύστημα πολλαπλών πλατφορμών (Multiplatform System, MPS) της εταιρείας Comex, το οποίο αποτελείται από τέσσερις πλατφόρμες συνδεδεμένες μεταξύ τους, με συνολικές διαστάσεις 2000×540×7 mm και 9216 αισθητήρες πίεσης, βασισμένους στην αρχή της ωμικής αντίστασης (resistive pressure sensors), ενώ για τη λειτουργική αυτοαξιολόγηση των ασθενών χρησιμοποιήθηκε η Ελληνική έκδοση του ερωτηματολογίου KOOS. Στη μελέτη εντάχθηκαν αρχικά 35 ασθενείς, κατά τη διάρκεια της εξάμηνης παρακολούθησης εξαιρέθηκαν τρείς. Επομένως, το τελικό δείγμα αποτελούνταν από 32 ασθενείς, με μέση ηλικία 72,8 έτη (SD=6,6), εκ των οποίων το 68,8% ήταν γυναίκες. Οι αξιολογήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά μέσο όρο 2,13 ημέρες πριν και 198,25 ημέρες μετά την TKR. Μετά την ολική αρθροπλαστική γόνατος, παρατηρήθηκε σημαντική βελτίωση στις τιμές του KOOS, γεγονός που επιβεβαιώνει τα ευρήματα προηγούμενων μελετών για την αποκατάσταση της λειτουργικότητας των ασθενών, μετά την ολική αρθροπλαστική γόνατος και η προεγχειρητική λειτουργική κατάσταση των ασθενών αποδείχθηκε σημαντικός προγνωστικός παράγοντας για τα βραχυπρόθεσμα μετεγχειρητικά αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα της στατικής πελματογραφικής ανάλυσης ανέδειξαν ανακατανομή των πελματιαίων πιέσεων, με σημαντική μετατόπιση τους προς το χειρουργηθέν κάτω άκρο και μείωση στο υγιές. Στη δυναμική ανάλυση, παρατηρήθηκε μικρή αύξηση στις μέσες πελματιαίες πιέσεις στο πάσχον άκρο και μείωση στο υγιές άκρο, ενώ οι μέγιστες πιέσεις δεν παρουσίασαν στατιστικά σημαντικές διαφορές. Αξιοσημείωτες αλλαγές εντοπίστηκαν στους χρόνους στήριξης, με αύξηση της διάρκειας μονοποδικής στήριξης στο πάσχον άκρο και του χρόνου βήματος στο υγιές άκρο. Ωστόσο, η βελτίωση στο μήκος βήματος του υγιούς άκρου και η απουσία σημαντικών αλλαγών στο μήκος του βήματος του πάσχοντος άκρου υποδεικνύουν ανάγκη για περαιτέρω αποκατάσταση.Τα αποτελέσματα της μελέτης μας δείχνουν ότι οι αλλαγές στον άξονα του κάτω άκρου, όπως μετρήθηκαν με την FTA, δε συσχετίζονται άμεσα με τα λειτουργικά αποτελέσματα ή τις πελματιαίες πιέσεις (στατικές και δυναμικές), υποδεικνύοντας ότι οι μικρές αλλαγές στον άξονα ενδέχεται να αντιρροπούνται και να μην δεν εμφανίζουν σαφές εμβιομηχανικό αποτύπωμα στον άκρο πόδα. Η πελματογραφική ανάλυση, αν και αντικειμενικό εργαλείο μέτρησης, δεν αποδείχθηκε σημαντικός προγνωστικός παράγοντας για τα βραχυπρόθεσμα λειτουργικά αποτελέσματα στον πληθυσμό της μελέτης μας.