Vliv osteotomie tibie na kinematiku chůze u pacientů s gonartrózou – pilotní studie

Souhrn

Cílem studie bylo pomocí 3D kinematické analýzy stanovit vliv osteotomie tibie na změnu kinematických parametrů chůze u pacientů s unilaterální artrózou kolenního kloubu. Výzkumný soubor tvořily 4 ženy a 4 muži (průměrný věk 52,3±7,3 let, hmotnost 99,1±14,8 kg, výška 174,3±10,8 cm). Měření proběhlo před operací a následně 6-10 měsíců po operaci s využitím optoelektronického systému Vicon MX. Pro označení bodů na dolních končetinách a pánvi byl použit model PlugInGait. Pro určení jednotlivých fází krokového cyklu byly použity tenzometrické plošiny Kistler 9286AA. Výsledky studie dokazují příznivý vliv osteotomie tibie na stereotyp a kvalitu chůze u pacientů s gonartrózou. Po operaci došlo k prodloužení délky kroku a dvojkroku. Dále se upravila míra rotace kolenního kloubu, kompenzační zvýšení rozsahu pohybu pánve do anteverze a retroverze se normalizovalo.

Klíčová slova:

kinematika – systém Vicon – analýza chůze – osteotomie – gonartróza

ÚVOD

Kolenní kloub je nejsložitějším a největším kloubem lidského těla, který plní dva v podstatě protichůdné požadavky: umožňuje stabilitu při současné mobilitě (10, 16). Za fyziologických podmínek probíhá mechanická osa dolní končetiny středem kolenního kloubu. Osové postavení kolenního kloubu hodnotíme zepředu, zezadu a z boční strany. Za normálních okolností svírá ve frontální rovině osa diafýzy femuru a tibie tupý úhel, který je otevřený zevně a jeho velikost je přibližně 174°. Je-li tento úhel menší, hovoříme o valgozitě kolenního kloubu. Naopak pokud velikost daného úhlu překročí hranici 174°, jedná se o varózní postavení v kloubu (2, 7). V případě zvyšující se osové odchylky dochází k nárůstu varózní nebo valgózní deformity a asymetrická zátěž na chrupavku kolena se zvyšuje (7).

Osteoartróza je klinický termín pro heterogenní skupinu nemocí synoviálního kloubu, jejichž nejnápadnějším morfologickým znakem je úbytek kloubní chrupavky doprovázený tvorbou kostních výrůstků (osteofytů), subchondrální sklerózou a přítomností kostních cyst (5). Jedním z hlavních příznaků artrózy kolena je bolest, proto u pacientů pozorujeme typický vzor antalgické chůze, kterým se snaží bolest zmírnit. Pro chůzi je typické snížení zatěžování končetiny, ať už nadlehčením nebo zkrácením stojné fáze na postižené končetině. Zdravá dolní končetina se pohybuje rychleji ve švihové fázi a stojná fáze je zde delší (1, 6). Dále na postižené končetině nacházíme zvýšení addukčního momentu a zvýšení antagonistické    kokontrakce svalů v oblasti kolena, které se s progresí artrózy stále zhoršují (4, 15).

Optimální léčba gonartrózy zahrnuje kombinaci nefarmakologické léčby a farmakoterapie (14). Pokud je konzervativní léčba nedostačující, volí se léčba chirurgická. Do této kategorie patří např. artroskopie, korekční osteotomie a v neposlední řadě také totální endoprotéza kolena. Osteotomie je název pro operační výkon (obr. 1), kdy se protne kost a kostní úlomky se poté sestaví do žádoucího postavení, které se zajišťuje osteosyntetickými prostředky (5). Dle osové deformity rozdělujeme osteotomii na dva základní typy – valgizační a varizační (3).

V předkládané studii nás zajímalo, zda se výše uvedené změny při osteotomii tibie projeví v kinematice chůze pacientů s artrózou kolenního kloubu.

METODIKA VÝZKUMU

Charakteristika testovaného souboru

Výzkumný soubor tvořilo 8 probandů (4 ženy a 4 muži). Průměrný věk byl 52,3±7,3 let, průměrná hmotnost 99,1±14,8 kg a průměrná výška 174,3±10,8 cm. U všech byla diagnostikována unilaterální gonartróza středního stupně (stadium II. – III. dle Kellgrena a Lawrence). Kritéria pro vyloučení byl sporný či těžký stupeň gonartrózy (tj. I. nebo IV. stadium), bilaterální artróza kolena a nutnost použití pomůcek při chůzi. Všichni probandi byli informování o účelu a průběhu měření a podepsali informovaný souhlas se zařazením do výzkumu a s anonymní publikací dat. Výzkum byl schválen Etickou komisí Fakulty tělesné kultury Univerzity Palackého v Olomouci.

Postup měření

Pro získání základních kinematických a časoprostorových parametrů chůze byl použit optoelektronický systém Vicon MX (Vicon Motion Systems, OxfordMetricsGroup, Londýn, Velká Británie). Pacient byl snímán pomocí sedmi infračervených kamer (typ T10, frekvence snímání 200 Hz při plném rozlišení 1000 x 1000 pixelů). Kamery snímaly reflexní značky umístěné na kostěných prominencích na těle měřené osoby podle modelu PlugInGait. V 10m chodníku, na kterém byli pacienti testováni, byly zabudovány dvě silové plošiny Kistler 9286AA (Kistler Instrumente AG, Winterthur, Švýcarsko). Záznam reakční síly z plošin sloužil pro určení jednotlivých fází krokového cyklu. Chůze probíhala naboso, subjektivně zvolenou rychlostí a každý proband prošel dráhu celkem 10x. Pro analýzu byly vybrány 3 platné pokusy od každého probanda. Před samotným měřením bylo na těle probanda označeno reflexními markery 16 bodů, kterými byly definovány segmenty pro následnou analýzu (přední a zadní spina iliaca, trochanter major, laterální kondyl femuru, laterální strana 1/3 lýtka, zevní kotník, patní kost, hlavička druhého metatarsu). Celkově proběhla u každého jedince dvě měření. První při zahájení výzkumu, které proběhlo před chirurgickým zákrokem, a druhé po šesti až desíti měsících po operaci. U každého probanda byly zaznamenány základní anamnestické a antropometrické údaje. 

Analýza a zpracování dat

Z kinematických parametrů byly hodnoceny časoprostorové a úhlové parametry pánve, kyčelního, kolenního a hlezenního kloubu obou končetin ve všech třech anatomických rovinách – sagitální, frontální a transverzální. Analýza dat proběhla v programu Vicon Polygon 3.5.1. (Oxford Metrics Group, Londýn, Velká Británie), kde byly zpracovány výstupní parametry ve formě reportů a grafů. Data byla exportována do softwaru Microsoft Office Excel pro následné statistické zpracování. Ke statistickému zpracování numerických dat byl použit program Statistica (13.3.0, TIBCO Software, Inc., Palo Alto, CA, USA). Z naměřených dat byly vypočítány základní statistické charakteristiky (průměr, medián, minimum, maximum, horní kvartil, dolní kvartil a směrodatná odchylka). K porovnání získaných hodnot kinematických parametrů byl použit Wilcoxonův párový test. Pro testování hypotéz byla stanovena hladina statistické významnosti α = 0,05.

VÝSLEDKY

U časoprostorových parametrů bylo zjištěno statisticky významné prodloužení délky dvojkroku. Délka dvojkroku na operované straně se po operaci prodloužila z 1,16 m na 1,23 m (p = 0,044). 

V kolenním kloubu operované končetiny (tab. 1) bylo zjištěno statisticky významné zmenšení rozsahu pohybu do vnitřní rotace (p = 0,025) a menší celkový rozsah pohybu v kloubu v transverzální rovině (p = 0,049). V úhlových parametrech neoperovaného kolena statisticky významné rozdíly nalezeny nebyly.

V oblasti pánve došlo k statisticky významnému zmenšení celkového rozsahu pohybu v sagitální rovině: na operované straně ze 7,1° na 2,6° (p = 0,012) a na neoperované straně z 6,7° na 2,7° (p = 0,017).

Pro hlezenní a kyčelní kloub jsme nenalezli statisticky významný rozdíl (p < 0,05) mezi úhlovými parametry chůze před a po operaci u obou končetin.

DISKUSE

Za fyziologických podmínek působí na mediální kompartment kolena 60 % a na laterální 40 % zátěže. U více než 90 % pacientů s gonartrózou se vyvine varózní deformita dolní končetiny a zatížení se dále stupňuje (4, 17). Jedním ze způsobů, jak varózní deformitu korigovat, je valgizační osteotomie. Tento operační výkon se běžně provádí u pacientů, kteří ještě nejsou vhodnými kandidáty pro totální endoprotézu kloubu (11, 12).

Naše studie se zabývala hodnocením kinematických parametrů kloubů dolní končetiny a pánve při chůzi u pacientů, kteří podstoupili osteotomii tibie. Výsledky výzkumu prokázaly statisticky významný rozdíl v délce dvojkroku o 0,07 m. Vzhledem k prodloužení délky dvojkroku, můžeme předpokládat, že stojná končetina po operaci poskytovala lepší oporu pro kontralaterální fázickou končetinu, a tudíž mohl pacient udělat delší krok. Lind a spol. srovnávali soubor 11 pacientů po osteotomii tibie s kontrolní skupinou podobného věku. Délka dvojkroku u jejich pacientů se také zvětšila (z 1,37 m na 1,48 m), a tím dosáhla stejné hodnoty jako u kontrolní skupiny. Mimo prodloužení dvojkroku pozorovali u časoprostorových parametrů zvýšení rychlosti chůze z 1,22 s na 1,43 s. Pooperační rychlost chůze se signifikantně nelišila od rychlosti kontrolní skupiny zdravých probandů (1,54 s) (12). U našich probandů jsme taktéž pozorovali zrychlení chůze po operaci, nicméně nebylo statisticky významné.

V kolenním kloubu operované dolní končetiny bylo v naší studii po operaci zjištěno významné zmenšení rozsahu pohybu do vnitřní rotace o 10,7°. Dále byl po operaci prokázán menší celkový rozsah pohybu v kloubu v transverzální rovině o 8,5°. V rovině sagitální a frontální nebyly u obou končetin zjištěny statisticky významné změny v úhlových parametrech. Na základě zjištění sníženého rozsahu pohybu v kolenním kloubu do vnitřní rotace, lze předpokládat větší stabilitu a koordinaci pohybu v kloubu během chůze. Také Marriott a spol. zjišťovali u 33 pacientů vliv osteotomie na úhlové parametry kolena. Kromě zmenšení varozity kolena došlo k redukci rozsahu pohybu v kolenním kloubu v sagitální rovině (flexe/extenze) a v rovině transverzální (vnitřní/zevní rotace) (13). Výsledky této studie se tedy shodují s naším zjištěním, že po operaci došlo k statisticky významnému omezení rozsahu pohybu kolena v transverzální rovině. Změny v sagitální a frontální rovině pozorovali i Lind a spol., přičemž se hodnoty přiblížily kontrolní skupině (12).

V oblasti pánve jsme zjistili statisticky významný rozdíl v rozsahu pohybu pánve v sagitální rovině. Na straně operované končetiny došlo k významnému zmenšení celkového rozsahu pohybu v sagitální rovině o 4,5° a na neoperované straně o 4°. Výsledky lze vysvětit tím, že u pacientů s artrózou kolena nacházíme omezenou extenzi kyčle. Dochází tedy ke kompenzačnímu zvýšení exkurze pohybu v oblasti pánve do anteverze a retroverze. Z výsledků naší studie vyplývá, že operace pozitivně ovlivnila kompenzační mechanismy v oblasti pánve.

Vzhledem k tomu, že se osteotomie provádí především u mladých jedinců, měli bychom se zaměřit na sledování dlouhodobého efektu operační korekce. Hui a spol. se zabývali dlouhodobým efektem osteotomie tibie s mediální artrózou kolena. Efekt operace byl zkoumán po 7 až 19 letech od operace. Výsledky ukázaly, že ostoetomie tibie má pozitivní efekt u většiny pacientů po dobu 15 let (8).

Osteotomie trvale nevyřeší problém degenerativních změn kolenního kloubu a později je třeba počítat s totální endoprotézou. Nicméně pokud se u pacientů mladších 60 let při mírných degenerativních změnách v kolenu provede osteotomie tibie, lze oddálit implantaci náhradního kloubu o více než 10 let (17).

Mezi limity této pilotní studie můžeme v prvé řadě uvést nízký počet probandů. Pro rozšíření výzkumu by bylo vhodné srovnání experimentální skupiny s kontrolní skupinou. Vhodným doplněním tohoto výzkumu by bylo také sledování dlouhodobého efektu operace.

ZÁVĚR

Po osteotomii tibie došlo ke zkvalitnění stojné a fázické funkce operované končetiny, které se projevilo v prodloužení délky dvojkroku. Díky zmenšení rozsahu pohybu do vnitřní rotace a celkového rozsahu pohybu kolenního kloubu v transverzální rovině, došlo ke zlepšení stability a koordinace pohybu v kloubu během chůze. Na pánvi se osteotomie tibie projevila zmenšením celkového rozsahu pohybu v sagitální rovině. Předpokládáme, že předoperační větší rozsah pánve do anteverze a retroverze byl kompenzací omezené extenze kyčelního kloubu, která se u osob s gonartrózou vyskytuje.

Z výsledků vyplývá, že osteotomie tibie pozitivně ovlivnila kinematické parametry chůze. Z tohoto hlediska ji lze považovat za vhodné operační řešení gonartrózy u mladých pacientů, u kterých není nutné v danou chvíli indikovat totální endoprotézu kolenního kloubu.

Adresa ke korespondenci:

Mgr. Michaela Lehnertová

Fakulta tělesné kultury

Univerzita Palackého v Olomouci

Třída Míru 117

771 11  Olomouc

e-mail: michaela.lehnertova@upol.cz