клинично

Затлъстяването не само увеличава риска от артроза на коляното, но също така затруднява лечението, тъй като типичните препоръки за упражнения често не са практични. Изследователите на походката обаче работят за идентифициране на нови потенциални терапевтични подходи.

от Елизабет М. Ръсел, MS и д-р Джоузеф Хамил

Степента на затлъстяване нараства с епидемични размери. Затлъстяването може да се категоризира като затлъстяване 1 (индекс на телесна маса (ИТМ) = 30-34,9 kgm-2), затлъстяване 2 (BMI = 35-39,9 kgm-2) и затлъстяване 3, или болестно затлъстяване (BMI> 40 kg m- 2). 1 През последните 15 години нивата на затлъстяване са се увеличили два пъти, заболеваемостта от затлъстяване при стойности на ИТМ над 40 се е увеличила четири пъти, а степента на заболеваемост от затлъстяване при стойности на ИТМ над 50 се е увеличила пет пъти. 2-4 С нарастването на процента на затлъстяването редица свързани рискове за здравето (като коронарна болест на сърцето, захарен диабет, хипертония и хиперлипидемия) получават основно внимание. От особен интерес за биомеханистите са натоварващите сили, които ставите трябва да поддържат с всеки добавен килограм телесно тегло.

Хрущялът и други биологични тъкани не са конструирани така, че ефективно да амортизират ставите на затлъстели и болезнено затлъстели индивиди по време на движение. Повтарящите се натоварвания с голяма величина, които поддържа коляното, могат да доведат до артроза на коляното (ОА). Способността на хрущяла да се самовъзстановява е лоша и с течение на времето дегенеративният процес на влошаване на хрущяла излага субхондралната кост и може да доведе до болки в ставите и артроза. Болката и дискомфортът, свързани с ОА на коляното, довеждат проблема до пълния кръг, тъй като тези проблеми допълнително ограничават подвижността и възможността за упражнения за отслабване, което допълнително изостря проблема със затлъстяването 5-7 (Фигура 1). Въпреки че ОА на коляното може да се появи в медиалното, страничното и/или пателофеморалното отделение, този преглед се фокусира върху биомеханичната връзка между затлъстяването и ОА в медиалното отделение на коляното, най-често срещаното място, 8 и предоставя препоръки за намаляващи рискови фактори за заболяване начало и прогресия по време на ходене при затлъстели индивиди.

Свързване на затлъстяването и ОА

Фигура 1. Цикълът на затлъстяване и ОА на коляното.

Честотата на ОА на коляното нарасна с 22% от 1990 до 2005 г. 9 и нараства дори по-бързо от нивата на затлъстяване. 10 Въпреки че голям брой изследователски проучвания подкрепят напречната връзка между затлъстяването и ОА на коляното, 11-14, първоначално не беше ясно дали затлъстяването допринася за развитието на заболяването или е резултат от бездействие поради болки в ставите. Започвайки през 1948 г., Проучването на Фрамингам се стреми да осветли тази загадка с пиле и яйца. Изследователите са проследили кохортата на Framingham за период от 35 години, за да определят риска от ОА на коляното въз основа на първоначалното тегло на човек през 1948 г. 15 Те са установили, че затлъстелите лица в началото на проучването, по-специално затлъстелите жени, са имали четири пъти по-висока честота на ОА в коляното в сравнение със здравите им колеги. Тъй като затлъстяването започва в по-ранна възраст от всякога в предишната история, появата на ОА на коляното сега е налице при по-млади мъже и жени от всякога. 16 От световното население две трети са изложени на риск от развитие на ОА на коляното през целия си живот, с нарастващ риск с нарастването на индекса на телесна маса. 17

Биомеханика на затлъстелата походка

Фигура 2. Външният адукционен момент на коляното натоварва медиалното отделение. Натоварването зависи от величината на вектора на земната реакционна сила и перпендикулярния момент на рамото от неговата линия на действие до центъра на колянната става.

Много от биомеханичните рискови фактори за ОА на коляното вече присъстват в походката на асимптоматични индивиди със затлъстяване, които проявяват кинетика и кинематика, които са изключително сходни с тези на пациентите с ОА на коляното. При индивиди с ОА на коляното пиковите моменти на аддукция на тазобедрената става и коляното са значително по-високи, а пиковите моменти на външно огъване на коляното и разтягане на бедрото и ъглите на огъване на коляното са значително по-ниски, отколкото при здравите им колеги. 18 Характеристиките на походката при затлъстели индивиди показват сходни резултати за ъгъла на огъване на коляното и външния момент на аддукция на коляното. 19,20 При сравняване на лица със затлъстяване и с наднормено тегло с ОА на коляното, има малко разлики по отношение на кинематиката на глезена и тазобедрената става, но по-високите стойности на ИТМ са свързани с по-ниските стойности на сгъване на коляното, дължината на крачката и скоростта на ходене. 21 Затлъстяването е основният рисков фактор за прогресия на ОА на коляното и с влошаване на влошаването на хрущяла отличителните характеристики на походката стават още по-изразени. Въпреки това, клиничното значение на затлъстяването върху кинематичните параметри на походката може да бъде незначително в сравнение с влиянието на ОА на коляното. 21.

Предвиждане на вътрешно натоварване

Колянната става е изложена на висока сила на натиск и срязване по време на носене на тежести. Компресивните натоварвания могат да надвишават три пъти телесно тегло по време на ходене и шест пъти телесно тегло по време на изкачване на стълби 22 при индивиди със здраво тегло. С увеличаване на телесното тегло се увеличават и натоварванията, на които е подложена колянната става. Това натоварване се случва непропорционално през медиалния отдел на тибиалното плато 23-25 ​​и следователно ОА на коляното засяга тази област на ставата почти пет пъти по-често от страничното отделение. 26 Външният момент на аддукция на коляното (Фигура 2) е биомеханичната променлива, най-често изследвана с ОА на коляното въз основа на неговата корелация с медиалното натоварване и способността да се различава делът на натоварването, понасяно от медиалния отдел. 23,27-29

Редица проучвания подкрепят констатацията, че по-високи пикови моменти на външна аддукция на коляното са налице при индивиди с медикаментозно отделение на ОА на коляното спрямо асимптоматични, здрави популации. 30-36 Адукционният момент също корелира с тежестта на заболяването. 36 В допълнение, този по-висок пиков момент е една от най-често срещаните характеристики на походката на затлъстелите индивиди. По този начин при затлъстели индивиди с ОА на коляното пиковите стойности са непропорционално по-високи и болестта прогресира по-бързо. Мащабът на пиковия момент на външна аддукция на коляното също се влияе от подравняването на колянната става, което може да се усложни от затлъстяването. 32,33,38

Ролята на подравняването на коляното

Фигура 3. Когато подравняването на варус подчертава и претоварва хрущяла в медиалното отделение, хрущялът тук може да се влоши и да се развие медиален ОА на коляното.

Когато е налице варусно или носово изравняване на ставите, медиалното отделение е натоварено значително повече от страничното отделение 39 (Фигура 3). Варусното подравняване на колянната става е медииращ фактор, който може да предразположи човек към медиално отделение на ОА на коляното. 40-44 При затлъстели индивиди с ОА на коляното, добавеното телесно тегло, поддържано от костната система, може да доведе до варусно подравняване на колянната става и ИТМ е корелиран с тежестта на неравновесието в тази популация. 44 До 76% от затлъстелите индивиди имат съществуващо варусно подравняване в началото на ОА на коляното или ще развият варусно подравняване с прогресия на заболяването. 45 Дори само след период от само 18 месеца, хората с варусно подравнени колене изпитват значително по-голяма прогресия на заболяването и функционален спад, отколкото коленете с валгусно подравняване. 44 Освен това затлъстяването ще влоши прогресията на заболяването значително по-бързо при пациенти с ОА на коляното с варусно подравняване спрямо валгусно подравняване, последните от които са по-способни да издържат натоварванията. 40,46 Тази констатация обяснява отчасти непропорционално силната връзка между затлъстяването и остеоартрита на коляното спрямо остеоартрита на други стави в тялото. 47

Ограничения на мускулната сила

Затлъстелите индивиди проявяват по-ниски нива на сила на силите и силите на крайниците, отколкото индивидите с наднормено тегло, за единица телесно тегло. Нарушената сила, особено на четириглавия мускул, е рисков фактор за развитието на ОА на коляното. 48,49 Проучвания, изследващи изометрична и изокинетична сила на екстензора на коляното, са установили по-ниски стойности на въртящия момент при индивиди със затлъстяване, когато се нормализират до телесна маса, 50-52, но силата на огъване на коляното е непроменена или по-ниска в сравнение с индивидите със здраво тегло. 50,51 Въпреки че общата сила на мускулите на разгъвачите на коляното се е увеличила с течение на времето, за да се адаптират към увеличената маса, която те трябва да поддържат и ускоряват, затлъстелите индивиди все още избягват силна зависимост от тях по време на походка. Приетият модел на походка ограничава флексията на коляното 20, за да намали нуждата от ексцентрично свиване на квадрицепсните мускули по време на ранна стойка, когато те са най-активни в поемането на неблагоприятното натоварване на ставата.

Тази походка с твърди крака, „избягване на квадрицепс“, присъства и при лица с ОА на коляното и е най-очевидна при затлъстели индивиди с ОА на коляното. 21 Тази походка ограничава контрола на квадрицепсите върху флексията на коляното чрез ексцентрично свиване и води до значително по-големи количества ударен удар, предавани през ставата. 53 Тъй като обемът и дебелината на хрущяла се влошават и ставното пространство се стеснява, връзките стават по-отпуснати. Отпуснатостта на връзките трябва да се стабилизира от мускулите, обхващащи колянната става, а слабите квадрицепси и подколенни сухожилия могат да доведат до 21% по-високи нива на натоварване, отколкото при лица с по-силни мускули. 54

Не е изненадващо, че укрепването на мускулите чрез упражнения със съпротива с ниско въздействие често се препоръчва при пациенти с ОА на коляното, 55 особено ако са със затлъстяване. Затлъстелите индивиди прогресират през поднивата на ОА на коляното по-бързо от индивидите с наднормено тегло и биха могли да се възползват най-много от увеличените дейности за укрепване на квадрицепсите.

Упражнение и отслабване

Фигура 4. Моделът на походка на пръстите е една стратегия, която се насърчава за намаляване на натоварването на колянната става при пациенти със затлъстяване с ОА на коляното. Диаграма A показва вектора на силата на земната реакция по време на нормална походка спрямо B, където походката с пръсти намалява моментното рамо от вектора на земната реакционна сила към центъра на колянната става. Този външен момент адуктира коляното и натоварва медиалното отделение.

Въпреки че не всички доклади се съгласяват, че загубата на тегло осигурява ползи при затлъстели хора с ОА на коляното, 56, има много други проучвания, които показват дълбоки ползи от загубата на тегло за предотвратяване на появата на заболяване 57 и облекчаване на редица свързани симптоми. 57-62 По този начин отслабването силно се насърчава от Европейската лига срещу ревматизма за пациенти със затлъстяване с ОА на коляното. 63

Загубата на тегло е ефективен начин за намаляване на неблагоприятното натоварване на ставите, 58 облекчаване на болката, изпитвана от ставите, 57 и подобряване на функцията и мобилността 62 при лица със затлъстяване и наднормено тегло с ОА на коляното. Намаляването на излишните телесни мазнини спрямо теглото като цяло може да е най-добрият начин за подобряване на симптомите на ОА в коляното. 64

Въпреки всички тези предимства, значителната загуба на тегло и мазнини все още е трудна и плашеща задача. Физическата активност и тренировките могат неволно да имат неблагоприятни ефекти върху колянната става, 65 ускорявайки разрушаването на ставите чрез увеличаване на износването на ставата. В допълнение, много пациенти с ОА на коляното не се опитват да програми за отслабване 66, а тези, които са с наднормено тегло, може да се окаже дори ходенето твърде изтощително, за да спазват препоръките на практикуващ за дейността. 67

Редица нехирургични стратегии могат да бъдат приложени за намаляване на натоварването на колянната става при затлъстели лица с ОА на коляното. Една от насърчаваните стратегии е модел на походка (фигура 4). Ъгълът навън, образуван от дългата ос на стъпалото и предната линия на прогресия на тялото, измества вектора на силата на земната реакция по-близо до оста на въртене на колянната става и намалява моментното рамо на външно приложената адукция на коляното момент. 38,68,69

По-големият ъгъл на излизане на пръстите е свързан с по-ниска вероятност за прогресия на ОА в медиалното отделение при пациенти без затлъстяване. 70 Въпреки това, едно скорошно проучване in vivo установи, че макар общото аксиално натоварване да намалява, натоварването на медиалното отделение не се променя спрямо нормалното ходене при пациент с ОА на коляното. 29 По съвпадение, хората със затлъстяване вече са склонни да ходят с изпъстрена походка, а също и с широка ширина на стъпките. Предприемането на широки стъпки има малко влияние върху общото компресивно натоварване, но всъщност увеличава натоварването върху медиалното отделение на коляното, тъй като ефективно преориентира ъгъла на фронталната равнина на пищяла и бедрената кост така, че моментът на рамото да се увеличи и медиалният отдел да стане по-компресиран отколкото страничното отделение. 70 Следователно, фитнес ходенето с преувеличена походка на пръстите може да не е от полза за затлъстели индивиди с ОА на коляното.

Походка „медиална тяга“, 71-73, при която коляното на стойката е приведено към средната линия на тялото чрез увеличаване на флексията на коляното и вътрешната ротация на тазобедрената става при удар на петата, 71 или медиално-странично люлеене на багажника 74,75 също може да се използва за намалете натоварването на медиалното отделение. Тези походки са ефективни, когато пациентите с ОА на коляното са помолени да ги извършват в лабораторни условия, но не е известно дали тези видове преквалификация на походката имат трайни ефекти или дали те могат да предотвратят прогресията на ОА на коляното.

Затлъстели индивиди 37,76,77 и лица с ОА 78-80 на коляното ходят по-бавно от здрави и асимптоматични индивиди. Ходенето по-бавно се постига отчасти чрез намаляване на дължината на крачката, което е доказано, че намалява величината на външно приложения момент при индивиди с ОА 34 на коляното и затлъстели индивиди. 37 Бавното ходене обаче не се препоръчва за отслабване. Нашата лаборатория от Университета в Масачузетс прилага стратегия за походка, насочена към намаляване на външната аддукция на коляното, като същевременно увеличава метаболитните разходи за активност.

По време на ходене скоростта може да остане постоянна чрез увеличаване на дължината на крачката, като същевременно намалява честотата на крачките (кратки, бързи крачки) или заместник на везата (дълги, бавни крачки). Доказано е, че и двата модела увеличават метаболитните разходи при ходене, 81 но походката, която използва кратки, бързи стъпки, има предимството да намали променливите на въздействието. 82,83 Чрез ходене с кратки, бързи стъпки с постоянна предпочитана скорост на ходене, асимптоматичните индивиди със затлъстяване успяха значително да увеличат метаболитната активност и да намалят ъгловия импулс на външния адукционен момент (което отчита натоварването на медиалното отделение в хода на крачка, вместо в дискретен момент, както прави пиковият момент). По отношение на индивидите със здраво тегло, ъгловият импулс на адукционния момент е по-висок при лица с наднормено тегло и затлъстяване с 84 и без 77 леки ОА на коляното, дори когато стойностите на пиковите моменти не са.

Заключения

Неблагоприятното натоварване по време на движение може да е инициатор на вредния цикъл на затлъстяване и ОА на коляното, но настоящите биомеханични стратегии могат да бъдат в състояние да предотвратят по-нататъшни увреждания или прогресия на заболяването. Резултатите от тези проучвания дават представа за потенциалните механизми, чрез които хората със затлъстяване могат да се справят с ОА на коляното, като същевременно поддържат активен начин на живот или упражняват за отслабване.

Елизабет Ръсел, MS, е докторант в катедрата по кинезиология в Университета на Масачузетс в Американ, Масачузетс, която изследва превенцията на наранявания и загубата на тегло при жени със затлъстяване. Доктор Джоузеф Хамил е професор в същия отдел, чиито изследвания са фокусирани върху предотвратяването на наранявания на долните крайници.

Препратки