Patrones únicos de extrusión del menisco medial durante la marcha y su asociación con la cinemática de las extremidades en pacientes con osteoartritis de rodilla

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12513 (2023) Citar este artículo

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La extrusión del menisco medial (MME) se ve exacerbada por tensiones mecánicas repetidas. Varios factores afectarían al MME; sin embargo, existe información limitada sobre el comportamiento del menisco medial durante la marcha en pacientes con osteoartritis de rodilla (KOA). Este estudio tuvo como objetivo investigar el patrón de MME durante la marcha y su asociación con la biomecánica de las extremidades en pacientes con KOA. En este estudio participaron cincuenta y cinco pacientes con KOA y diez adultos mayores voluntarios como grupo de control. El MME y la biomecánica de las extremidades durante la marcha se evaluaron simultáneamente mediante ultrasonido y un sistema de análisis de movimiento, respectivamente. La forma de onda se construyó a partir de los valores de MME y se identificó el punto que mostraba el valor más alto de MME durante el ciclo de la marcha. Según la sincronización máxima de MME en la forma de onda, se evaluó el patrón de la forma de onda y se comparó con el grupo de control. El empuje lateral, el momento de aducción de la rodilla (KAM) y el momento de flexión se obtuvieron del análisis del movimiento y se evaluó su asociación con el MME. Los pacientes con KOA demostraron una sincronización máxima única al caminar. En comparación con el grupo de control, hubo tres grupos de formas de onda MME, tempranas (< 59%), normales (60–83%) y tardías (> 84%) desde el momento máximo del ciclo de la marcha. El patrón de la forma de onda MME en los grupos temprano, normal y tardío se correlacionó con el primer KAM y el empuje lateral, el segundo KAM y el momento de flexión de la rodilla, respectivamente. Se demostró un patrón único de MME durante la marcha, y estos patrones se asociaron con la biomecánica de las extremidades en pacientes con KOA.

Los meniscos funcionan como amortiguadores y distribuyen la tensión mecánica de la rodilla como una función de aro1. Sin embargo, la extrusión del menisco medial (MME) muestra disfunción meniscal y se expande gradualmente2,3,4. El mayor MME se asocia con la progresión acelerada de la osteoartritis de rodilla (KOA) y el dolor intenso de rodilla, lo que lleva a una mala calidad de vida5,6,7. Además, el mayor MME también es un factor de riesgo de puntuación clínica deficiente en pacientes posoperatorios8,9. Se requiere minimizar el MME con un manejo adecuado para prevenir la progresión de KOA en todas las etapas.

El MME aumenta temporalmente en situación de carga en comparación con la situación sin carga10,11. Se expande gradualmente por estrés mecánico repetitivo durante las actividades diarias2,3,4. Este aumento en MME da como resultado un comportamiento único durante la marcha, especialmente porque se produce una extrusión severa en la última fase de postura del ciclo de la marcha, lo que se asocia con estrés mecánico de las extremidades12,13. Sin embargo, el empuje lateral y el momento de aducción de la rodilla (KAM) provocan tensiones mecánicas repetitivas en el compartimento medial14,15,16. Aún no se ha dilucidado la asociación entre estas tensiones mecánicas y el comportamiento del MME durante el ciclo de la marcha.

Este estudio tuvo como objetivo investigar el patrón de comportamiento de los meniscos durante la marcha y su asociación con la biomecánica de las extremidades en pacientes con KOA.

El Comité de Ética de Epidemiología de la Universidad de Hiroshima aprobó este estudio (Número de aprobación: E449-4). Este estudio está de acuerdo con los principios de la Declaración de Helsinki. Todos los participantes dieron su consentimiento informado.

Desde abril de 2021 hasta mayo de 2023, 70 pacientes con KOA y diez voluntarios mayores sanos (grupo de control) participaron en este estudio transversal (edad media, KOA: 62,5 ± 10,6 años, hombres, n: 35; control: 61,4 ± 8,0 años , machos, n: 6), y todos podían caminar sin problemas. El paciente con KOA en el compartimento medial fue diagnosticado radiográficamente. La gravedad del KOA se evaluó con la puntuación de Kellgren-Lawrence (K/L) utilizando la vista de Rosenberg. La alineación de sus rodillas se evaluó mediante el ángulo cadera-rodilla-tobillo (HKAA) en las imágenes de la extremidad inferior completa. Los criterios de inclusión fueron (1): HKAA <0°, (2): dolor de rodilla y sensibilidad en el espacio articular medial, y (3): conciencia del dolor de rodilla durante las actividades de la vida diaria, especialmente las tareas de carga.

Si los participantes tenían lo siguiente, (1): dolor y sensibilidad en el compartimento lateral, (2): antecedentes de traumatismo, (3): un trastorno neurológico, (4): necesidad de apoyo debido a un dolor intenso en la rodilla, que afectaba la forma de marcha, fueron excluidos. El grupo final de KOA estuvo compuesto por 55 rodillas en 55 pacientes (Tabla 1).

Los datos cinemáticos se obtuvieron de un sistema de análisis de movimiento tridimensional (VICON612; Vicon Motion Systems, Oxford, Reino Unido) con dieciséis cámaras (Vicon Motion Systems) a 100 Hz. Además, se sincronizaron ocho plataformas de fuerza (AMTI, Watertown, Mass) a 1000 Hz con el sistema de análisis de movimiento y se obtuvieron los datos cinemáticos. Durante el proceso, se calibraron las cámaras y se colocaron dispositivos de reflejos pasivos en la parte inferior de la pierna del participante según el modelo del Plug-in-Gait Marker (Plug-in-Gait, Vicon® Peak; Vicon Motion Systems). Los participantes caminaron 5 m en línea recta a una velocidad cómoda. El ciclo de la marcha se identificó como el contacto del talón y el despegue utilizando el umbral de la fuerza de reacción vertical del suelo de 10 N y determinando la fase de postura en el ciclo de caminata desde el contacto del talón hasta el despegue. Los datos cinéticos, cinemáticos y espaciotemporales de la fase de postura fueron analizados por Vicon Nexus (Vicon® Peak; Vicon Motion Systems). El empuje lateral se calculó como la diferencia en el ángulo de la rodilla entre el varo y el valgo que se produce en la fase inicial de postura del ciclo de la marcha17.

La extrusión dinámica del menisco se obtuvo mediante ultrasonografía (SNiBLE, KONICA MINOLTA, Japón) y un prototipo de transductor de revestimiento específico de 3 a 11 MHz. El procedimiento está descrito en estudios previos12,18. Brevemente, el transductor longitudinal se colocó en el espacio articular medial donde se pueden observar el ligamento colateral medial y el menisco triangular en las imágenes ecográficas (Fig. 1). En segundo lugar, el transductor se fijó mediante una banda flexible que se adapta a la flexión de la rodilla durante la marcha y permite una marcha natural. Se pidió a los participantes que caminaran 5 m a una velocidad cómoda. El movimiento del menisco durante la marcha se registró utilizando el modo de vídeo en el ultrasonido con 30 Hz. Los dispositivos externos registraron la estimulación y la sincronizaron con el sistema de análisis de movimiento.

La evaluación de la extrusión de meniscos en ultrasonido. Menisco medial MM, ligamento colateral medial MCL. La línea discontinua muestra la corteza de la meseta tibial medial. El menisco medial extruido se muestra como la línea de flecha discontinua.

El menisco medial se identificó como “La distancia desde la corteza de la meseta tibial medial hasta el punto más remoto del menisco medial” según un estudio previo19, y el valor de MME se calculó utilizando el software Kinovea (v0.8.15; código abierto Kinovea). proyecto, www.kinovea.org) (Fig. 1). El ΔMME se calculó como la diferencia en MME entre el máximo y el mínimo. Se ha demostrado que estos procesos son altamente confiables en un estudio previo12. Continuaron hasta que se obtuvieron alrededor de 20 imágenes, se calculó el valor de MME en la fase de postura del ciclo de la marcha y se realizó una forma de onda de MME. Para comparar los diferentes conjuntos de datos sin procesar en una sola fase de postura, todos los datos se estandarizaron y normalizaron en el tiempo a los datos de 101 puntos (Fig. 2). El tiempo de comportamiento también se calculó como el MME máximo en una sola postura. Por último, estos procesos se repitieron tres veces y los promedios se utilizaron para el análisis estadístico.

Las imágenes de ultrasonido y la forma de onda de la extrusión del menisco en el ciclo de la marcha. Estas son cuatro imágenes representativas de 20, incluido el menisco extruido al caminar (A). La forma de onda construida a partir del valor en serie de la extrusión de menisco en 20 imágenes. La fase de postura se estandarizó y se normalizó en el tiempo a los datos de 101 puntos (B). La línea de flecha muestra la cantidad de cambio en la extrusión del menisco (∆MME).

De acuerdo con el rango de sincronización del comportamiento en el grupo de control, los pacientes con KOA se dividieron en tres grupos, (1) el grupo normal, que era similar al control (2) el grupo temprano que mostró extrusión antes que los controles, y (3) el grupo tardío que demostró un tiempo pico posterior (Fig. 3).

Tres patrones de formas de onda basados en la dinámica de MME y su sincronización máxima. Las formas de onda individuales muestran los patrones representativos del menisco dinámico como grupos de control (A), temprano (B), normal (C) y tardío (D). Los tiempos máximos en cada grupo se indican mediante una flecha basada en el menisco extruido máximo en la fase de postura (E). La distribución del momento máximo en cada paciente de los grupos control, temprano, normal y tardío.

La calidad del menisco se evaluó mediante imágenes de resonancia magnética (MRI), obtenidas dentro de los tres meses posteriores a la primera consulta. Dos cirujanos ortopédicos (MI y GK), cada uno con más de diez años de experiencia, realizaron las evaluaciones. El tipo de desgarro de menisco se identificó por la anomalía de la señal globular o lineal dentro del menisco que se extendió a la superficie en más de dos imágenes consecutivas según estudios previos20,21,22,23 y luego se divide en horizontal, longitudinal, radial y compleja. y lágrimas degenerativas. El desgarro del menisco en el asta posterior de la raíz se clasificó como desgarro del menisco medial de la raíz posterior (MMPRT) y exhibió signos radiológicos específicos; el signo del fantasma o signo del cuello de jirafa24,25.

Para comparar los grupos, los datos demográficos, MME y ΔMME se analizaron mediante la prueba de rangos con signos de Wilcoxon. Los datos demográficos, MME, ΔMME y datos biomecánicos dentro de los grupos se compararon mediante un análisis de varianza unidireccional o la prueba de Kruskal-Wallis. La correlación entre ΔMME y los datos biomecánicos se realizó mediante el método de correlación de Pearson o Spearman. Se demostró la presencia de MMPRT mediante la prueba de Chi cuadrado y la comparación múltiple en cada grupo. Estos análisis estadísticos se realizaron utilizando SPSS (v23, IBM, EE. UU.). Se consideró significativo un valor de p <0,05.

El IMC en KOA fue mayor que en el grupo de control (p <0,01). Otros parámetros no fueron significativamente diferentes entre los grupos (Tabla 1).

En KOA, el MME y ΔMME mínimo y máximo fueron significativamente mayores que los del grupo de control. (ΔMME, KOA: 1,5 ± 0,6 mm, control: 1,0 ± 0,1 mm; p < 0,01). El momento del comportamiento en los pacientes con KOA varió en comparación con el del grupo de control (KOA: 69,4 ± 19,2%, rango: 18–99%, control: 71,3 ± 6,6%, rango: 60–83%).

Los pacientes con KOA estaban compuestos por 14 pacientes en el grupo temprano (25%), 25 en el normal (45%) y 16 en el tardío (29%) según el momento del comportamiento en el grupo de control (momento del comportamiento: temprano: < 59%, normal: 60-83% y tardía: > 84%) (Fig. 3E). El tiempo promedio de comportamiento en MME máximo fue de 41,8 ± 13,3%, 72,6 ± 5,1% y 88,4 ± 4,7% en los grupos temprano, normal y tardío, respectivamente.

Los pacientes con KOA tenían alineación en varo y casi todos los pacientes tenían enfermedad de leve a moderada (HKAA: -5,2 ± 3,3°) (KL I: 6, II: 28, III: 19, IV: 2). En el grupo, la rodilla enferma y la alineación de la rodilla se muestran en la Tabla 2. La HKAA en el grupo inicial fue menor que en el grupo tardío. El MME máximo en el grupo temprano fue mayor que en el grupo tardío. Sin embargo, otros parámetros no difirieron significativamente entre los grupos. Estos datos se resumen en la Tabla 2.

Las velocidades de marcha fueron 0,8 ± 0,1 m/s, 0,9 ± 0,2 m/s y 0,9 ± 0,1 m/s en los grupos temprano, normal y tardío, respectivamente. Los parámetros de la marcha no difirieron entre los grupos, incluida la velocidad de la marcha, el primer ángulo máximo de flexión y varo, y los momentos durante la marcha (Tabla 3).

En los pacientes con KOA, el segundo KAM tendió a correlacionarse positivamente con ΔMME, pero no hubo correlación significativa (r = 0,21, p = 0,124).

En el grupo inicial, el ΔMME se correlacionó significativamente con el empuje lateral, primero el KAM y su impulso. Además, el ΔMME se correlacionó significativamente con el segundo KAM en el grupo normal, y hubo correlaciones significativas con el momento de flexión y su impulso en el grupo tardío (Tabla 4).

La patología meniscal más frecuente incluyó el desgarro degenerativo (42%) en pacientes con KOA, y se encontró un desgarro de la raíz posterior del menisco medial (MMPRT) en 17 pacientes (31%). En los grupos, la tasa de MMPRT fue del 12 %, 36 % y 56 % en los grupos normal, temprano y tardío. La presencia con y sin MMPRT fue significativamente diferente sólo en el grupo normal y tardío (p <0,05). Sin embargo, no hubo diferencias entre los grupos para otras tasas de tipo de menisco (Tabla 5).

Nuestros hallazgos muestran que los pacientes con KOA tienen varios patrones de comportamiento meniscal asociados individualmente con la biomecánica de las extremidades.

La extrusión de menisco es un factor de riesgo para la progresión de KOA, dolor de rodilla y mal resultado clínico postoperatorio6,7,8,9. Se cree que el aumento en la extrusión se debe a que el mayor ΔMME se ve afectado por una tensión mecánica anormal. Sin embargo, cada individuo con KOA tiene una patología compleja y el abordaje adecuado debe basarse en la patología de la rodilla26. El comportamiento del menisco medial se muestra como un efecto del estrés mecánico y el factor clave asociado con la mecanopatología de la progresión del KOA12,18. Nuestros hallazgos indicaron que el patrón de comportamiento meniscal variaba durante la marcha y los grupos diferían con respecto a la incidencia de MMPRT. Además, los factores biomecánicos asociados con el ΔMME cambiaron según la gravedad de la patología de la porción posterior del menisco medial. Por lo tanto, es importante evaluar la mecanopatología del KOA, enfatizando el patrón de comportamiento meniscal. Por lo tanto, nuestros hallazgos proporcionan información sobre los mecanismos de ΔMME por estrés mecánico en individuos con KOA con patología meniscal del segmento posterior y conducen al desarrollo del enfoque apropiado para los pacientes con KOA.

En pacientes con KOA, se confirmó una variación en el momento del comportamiento de MME en comparación con el grupo de control. Además, el cambio en la extrusión (ΔMME) no mostró correlación significativa con las tensiones mecánicas. Por otro lado, en tres grupos formados por sujetos con diferentes tiempos de comportamiento, el primer KAM y el empuje lateral en el grupo temprano, el segundo KAM en el grupo normal y el momento de flexión en el grupo tardío se correlacionaron significativamente con el ΔMME. Por lo tanto, estos resultados podrían mostrar que KOA da como resultado un comportamiento variable de MME con tensiones biomecánicas específicas. Un estudio previo mostró que sólo el segundo KAM se correlacionaba con el ΔMME; sin embargo, estos datos provienen de una muestra pequeña y presumiblemente no investigaron la variedad de patrones de MME en los sujetos12. Hasta la fecha, el empuje lateral y el primer KAM se conocen como las principales tensiones mecánicas en el compartimento medial y se sabe que causan la progresión del KOA14,16,27,28. El momento de flexión de la rodilla es una tensión mecánica sobre el compartimento anterior de la rodilla29. Sin embargo, un estudio previo informó el efecto de la combinación de KAM y KFM en la predicción de la fuerza de contacto medial y mostró un alto valor predictivo en comparación con solo KAM30. Además, se investigó el patrón de lesión que ocurre en la MMPRT traumática y se ocupó el movimiento con flexión baja de la rodilla en condiciones de carga, como caminar y acciones de descenso, como el evento principal31. Estos hechos podrían respaldar que el grupo tardío mostró la asociación entre ∆MME y KFM y la mayor incidencia de MMPRT. Por lo tanto, estos estudios previos indican que los pacientes con KOA tienen una patología mecánica compleja, lo que puede explicar la posible relevancia de la carga mecánica según la dinámica del menisco en este estudio.

La función del aro meniscal requiere la fijación fija del segmento de la raíz posterior32. Sin embargo, estos suelen mostrar cambios patológicos como estiramiento y desgarro en el segmento posterior del menisco medial, lo que lleva a la pérdida de la función del aro33,34. Nuestros hallazgos demuestran que la incidencia de MMPRT fue mayor en los grupos tardíos y tempranos que en el grupo normal. Además, estos grupos se dividieron según la dinámica del menisco. Por lo tanto, la diferencia en la forma de onda de la dinámica del menisco podría reflejarse en la condición patológica progresiva de la sección posterior del menisco. Normalmente, el movimiento meniscal durante la flexión de la rodilla se traslada no sólo hacia la parte posterior sino también dentro de la articulación de la placa tibial, mientras que la MMPRT muestra destrucción de la traslación general35,36,37,38. Caminar incluye los dos puntos de flexión en las fases temprana y tardía de un solo ciclo de marcha en la fase de postura. La forma de onda en el grupo normal estaba en línea con este movimiento, que ocurre en la fase media a tardía, excluyendo las fases temprana y tardía. Por otro lado, los grupos temprano y tardío no tenían movimiento meniscal normal. Por lo tanto, estos resultados y estudios previos podrían explicar la correlación entre la dinámica del menisco y la ausencia de función de aro asociada con la inserción del menisco.

Este estudio tiene algunas limitaciones. Primero, el estudio fue transversal, por lo que nuestro hallazgo no puede determinar si el factor biomecánico ocurre debido al ΔMME. En segundo lugar, el tamaño de la muestra fue pequeño, por lo que no podemos comparar con sesgo el estadio K/L y las alineaciones de las rodillas en los grupos. En tercer lugar, la MMPRT se evaluó únicamente con las imágenes de resonancia magnética. Sin embargo, MMPRT tiene varios tipos con desgarros parciales o completos. Por lo tanto, se necesitan estudios futuros para agregar la información de artroscopia MMPRT y evaluar la correlación entre K/L emparejado y la alineación de la rodilla en un estudio de cohorte.

En pacientes con KOA se demostraron patrones únicos de MME durante la marcha y sus asociaciones con el estrés mecánico. La evaluación de las características de la dinámica del menisco podría contribuir a la comprensión de la mecanopatología del KOA (Información complementaria S1, S2).

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Este estudio fue apoyado por Subvenciones para la Investigación Científica de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) (Números de premio: 21K21218, 21K11191, 23k16541).

Departamento de Biomecánica, Escuela de Graduados en Ciencias Biomédicas y de la Salud, Universidad de Hiroshima, 1-2-3 Kasumi, Minami-ku, Hiroshima, 734-8553, Japón

Yosuke Ishii, Takato Hashizume, Saeko Okamoto y Makoto Takahashi

Departamento de Cirugía Ortopédica, Facultad de Medicina, Universidad de Kagawa, Kagawa, Japón

Masakazu Ishikawa

Departamento de Cirugía Ortopédica, Escuela de Graduados en Ciencias Biomédicas y de la Salud, Universidad de Hiroshima, Hiroshima, Japón

Yuko Nakashima, Goki Kamei y Nobuo Adachi

Operaciones comerciales de ultrasonido, sede comercial de atención médica, KONICA MINOLTA, INC, Tokio, Japón

Kaoru Okada y Kazuya Takagi

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YI: adquisición y análisis de datos, concepción y diseño, y redacción del artículo, YN, KO y KT: reconstrucción de imágenes, MI y GK: reclutamiento de participantes e interpretación de datos, TH y SO: adquisición y análisis de datos, MT: interpretación de datos y redacción del artículo, NA: aprobación final del manuscrito.

Correspondencia a Yosuke Ishii.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Ishii, Y., Ishikawa, M., Nakashima, Y. et al. Patrones únicos de extrusión del menisco medial durante la marcha y su asociación con la cinemática de las extremidades en pacientes con osteoartritis de rodilla. Informe científico 13, 12513 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39715-0

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Recibido: 23 de mayo de 2023

Aceptado: 29 de julio de 2023

Publicado: 02 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39715-0

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Patrones únicos de extrusión del menisco medial durante la marcha y su asociación con la cinemática de las extremidades en pacientes con osteoartritis de rodilla