Military Medicine International Journal of amsus raising the bar: extremity trauma care guest editors



Yüklə 2,47 Mb.
Pdf görüntüsü
səhifə11/20
tarix14.01.2017
ölçüsü2,47 Mb.
#5396
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   20

–61.

23. Wren TA, Rethlefsen S, Kay RM: Prevalence of speci



fic gait abnor-

malities in children with cerebral palsy: in

fluence of cerebral palsy

subtype, age, and previous surgery. J Pediatr Orthop 2005; 25(1):

79

–83.


24. Vaughan CL, O

’Malley MJ: Froude and the contribution of naval archi-

tecture to our understanding of bipedal locomotion. Gait Posture 2005;

21(3): 350

–62.

25. Wilken JM, Rodriguez KM, Brawner M, Darter BJ: Reliability and



minimal detectible change values for gait kinematics and kinetics in

healthy adults. Gait Posture 2012; 35(2): 301

–7.

26. Holm S: A Simple sequentially rejective multiple test procedure. Scand



J Stat 1979; 6(2): 65

–70.


27. Winter DA: Kinematic and kinetic patterns in human gait: variability

and compensating effects. Hum Mov Sci 1984; 3: 51

–76.

28. Hansen AH, Meier MR, Sessoms PH, Childress DS: The effects of



prosthetic foot roll-over shape arc length on the gait of trans-tibial pros-

thesis users. Prosthet Orthot Int 2006; 30(3): 286

–99.

29. Norvell DC, Czerniecki JM, Reiber GE, Maynard C, Pecoraro JA,



Weiss NS: The prevalence of knee pain and symptomatic knee osteo-

arthritis among veteran traumatic amputees and nonamputees. Arch

Phys Med Rehabil 2005; 86(3): 487

–93.


30. Rueda FM, Diego IM, Sanchez AM, Tejada MC, Montero FM, Page JC:

Knee and hip internal moments and upper-body kinematics in the frontal

plane in unilateral transtibial amputees. Gait Posture 2013; 37(3): 436

–9.


31. Gard SA, Konz RJ: The effect of a shock-absorbing pylon on the gait

of persons with unilateral transtibial amputation. J Rehabil Res Dev

2003; 40(2): 109

–24.


32. Esposito ER, Rodriguez KM, Rabago CA, Wilken JM: Does unilateral

transtibial amputation lead to greater metabolic demand during walk-

ing? J Rehabil Res Dev 2014; 51(8): 1287

–96.


MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

37

The Prevalence of Gait Deviations in Individuals With Transtibial Amputation



MILITARY MEDICINE, 181, 11/12:38, 2016

A Narrative Review of the Prevalence and Risk Factors Associated

With Development of Knee Osteoarthritis After Traumatic

Unilateral Lower Limb Amputation

Shawn Farrokhi, PT, PhD*†; Brittney Mazzone, PT, DPT*†‡; Adam Yoder, MS*†;

Kristina Grant, BS*†; Marilynn Wyatt, PT, MA*

ABSTRACT Introduction: Young military Service Members with traumatic unilateral lower limb amputations may

be at a high risk for developing knee osteoarthritis (OA). There is growing evidence for potential in

fluence and predictive

value of nonsystemic risk factors on development and progression of primary knee OA in older adults. Proposed factors

include chronic knee pain, obesity, abnormal knee joint mechanics, muscle weakness, previous knee trauma, and altered

physical activity level. However, there is limited information available regarding whether such nonsystemic risk factors

could also be responsible for the increased risk of knee OA after traumatic, unilateral lower limb amputation in young

military Service Members. The purpose of this narrative review is to compile and present evidence regarding prevalence

of nonsystemic and potentially modi

fiable knee OA risk factors in Service Members with traumatic, unilateral lower limb

amputation, and to identify potential strategies for intervention. Materials and Methods: A comprehensive literature search

was performed in July 2015 using structured search terms related to nonsystemic risk factors for knee OA. Results: Current

collective evidence does suggest an elevated prevalence of the nonsystemic knee OA risk factors in young military

Service Members with unilateral lower limb amputation. In conclusion, the present state of the literature supports that

young military Service Members with traumatic unilateral lower limb amputations may be at increased risk for develop-

ing knee OA compared to nonamputees. Military Service Members injured at a young age have a long life expectancy,

and thus require comprehensive rehabilitation programs to prevent or delay progression of knee OA. Given the lack of

strong evidence, further clinical research is needed to determine whether early identi

fication and modification of

nonsystemic risk factors for knee OA could optimize long-term function and quality of life in young Service Members

after traumatic, unilateral, limb amputations.

BACKGROUND

Young military Service Members who have sustained an

amputation have unique long-term health care and rehabilita-

tion needs. Traumatic limb amputations, in particular, represent

an important source of chronic impairments and functional

limitations that could signi

ficantly impact returning to active

duty, employment status and long-term quality of life (QOL)

in young military Service Members. Although a signi

ficant

amount of resources have been focused on the immediate



rehabilitation needs of young Service Members after amputa-

tion, an important consideration is the early identi

fication and

modi


fication of potential risk factors responsible for long-term

development of secondary health conditions such as knee

osteoarthritis (OA).

KNEE OA AFTER TRAUMATIC UNILATERAL

LOWER LIMB AMPUTATION

Individuals with traumatic, unilateral lower limb amputation

are at a greater risk of developing knee OA compared to

nonamputees. Melzer et al reported that the prevalence of

contralateral knee OA was 66% in 32 individuals with lower

limb amputation, which was signi

ficantly greater than a 38%

prevalence rate detected in an age- and body weight-

matched control group consisting of 24 individuals without

an amputation.

1

Similarly, Hungerford and Cockin



2

reported


knee OA prevalence rates of 63%, 41%, and 21% in trans-

femoral amputees, transtibial amputees, and matched controls,

respectively. Conversely, Norvel et al

3

reported that the prev-



alence of symptomatic knee OA was 16% among 62 older

amputees with no history of previous knee trauma as com-

pared to an 11% rate in 94 elderly nonamputees. Exclusion

of previous knee trauma, which is a strong risk factor for

knee OA, could be partially responsible for the reports of

lower contralateral knee OA by Norvel et al.

3

More recently,



Struyf et al

4

reported knee OA prevalence rates of 27% for



the intact limbs of 78 individuals with traumatic, unilateral

lower limb amputation (mean age 60 years) that were con-

siderably higher than the age- and gender-adjusted rates in

the general population. The much lower knee OA prevalence

rates after traumatic, unilateral limb amputation in this study

compared to previous publications may be associated with

advancements in prosthetic design and rehabilitation of indi-

viduals with lower limb amputation over the past decade.

Nevertheless, the current evidence suggests that the intact

limbs of individuals with traumatic, unilateral lower limb

amputation are at great risk for developing knee OA. Given

*The Department of Physical and Occupational Therapy, Naval Medical

Center San Diego, 34800 Bob Wilson Drive, San Diego, CA 92134.

†Extremity Trauma & Amputation Center of Excellence, 2748 Worth

Road, Suite 29, Fort Sam Houston, TX 78234.

‡BADER Consortium, University of Delaware, STAR Campus, 540

South College Avenue, Suite 102, Newark, DE 19713.

doi: 10.7205/MILMED-D-15-00510

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

38


the importance of the intact limb for preservation of mobil-

ity and functional independence in individuals with unilat-

eral lower limb amputation, risk factor identi

fication, and

early disease detection appear to be of high importance for

effective prevention and rehabilitation of knee OA in this

patient population.

KNEE OA PATHOMECHANICS AND RISK FACTORS

The knee is one of the joints most commonly affected by OA

with a 50% lifetime risk of developing symptomatic disease

in the general population.

5

As there is no cure, conservative



management of knee OA has traditionally focused on pain

management and improving overall mobility. However, due

to the degenerative nature of the disease, knee OA commonly

progresses to a stage where joint replacement surgery may

be the only viable option for alleviating symptoms and

improving function and QOL. However, joint replacement

surgery may not be a feasible option for some patients such

as those with lower limb amputation or other concomitant

comorbidities. Therefore, attempts are currently underway to

identify potentially modi

fiable risk factors and implement

joint protective strategies that can result in favorable long-

term outcomes.

Although knee OA has long been viewed as a non-

in

flammatory “wear and tear” of the articular cartilage in



older adults, this disease paradigm is rapidly changing. There

is now mounting evidence that although OA is a mechani-

cally driven condition, the disease process is chemically

mediated through a complex interplay between systemic and

nonsystemic factors.

6,7


Normal articular cartilage has a unique

load-bearing mechanism capable of tolerating customary daily

loads without sustaining injury that is determined through

contributions from genetics,

8

as well as mechanical



9

and age-


related factors.

10

However, long-term exposure to excessive



loads and other changes in joint mechanics, similar to those

observed after lower limb amputation,

11

–14


can lead to adap-

tive cellular responses and altered gene expressions that facili-

tate the onset and progression of the disease.

7,15


Although systemic risk factors such as genetic predisposi-

tion


16

may increase the risk of knee OA development after

traumatic limb amputation through gene-speci

fic and time-

dependent alterations in gene expression, e.g., these factors

are permanent and nonmodi

fiable, which makes them unlikely

as direct preventative or therapeutic targets. Conversely, pre-

viously identi

fied nonsystemic and potentially modifiable risk

factors such as chronic knee pain,

17,18


obesity,

19,20


abnormal

knee joint mechanics,

6,7

lower limb muscle weakness,



6,21

pre-


vious joint trauma,

22

and altered physical activity levels



23,24

are all modi

fiable through preventative and rehabilitative strat-

egies that could be applied to individuals with lower limb

amputation. Therefore, the purpose of this narrative review is

to organize the pertinent literature in an effort to identify

nonsystemic, potentially modi

fiable risk factors related to the

development and progression of knee OA in the sound limbs

of Service Members with traumatic amputations and identify

possible prevention and treatment solutions.

REVIEW CRITERIA

Electronic searches of PubMed and EMBASE databases were

performed in July 2015. MeSH terms for the initial search

included

“knee,” “OA,” “amputation,” and “trauma.” A com-

prehensive search was performed for each nonsystemic,

OA-related risk factor by combining the initial search strat-

egy with the combination of the following keyword search

terms:


“pain,” “obesity or body mass index or BMI,” “bio-

mechanics or load or force or moment or rate,

” “muscle and

(weakness or strength or symmetry),

” “acute joint injury or

trauma,


” and “physical activity or sports participation.” All

titles and abstracts were screened for content and pertinence

to the purpose of the review. In cases where direct evidence

was lacking, additional supplemental manual searches were

performed for relevant articles based on reference lists of the

retrieved articles or relevant published literature related to

knee OA and its risk factors in the general population.

CHRONIC KNEE PAIN

Presence of chronic knee pain has been deemed as an early

indicator of degenerative joint changes that may appear

before evidence of radiographic knee OA in nonamputees.

17

The commonly used conventional radiographs are known to



be insensitive to detecting early OA structural changes and

are often only useful in measuring late-stage disease.

25

More


recently it has been suggested that symptoms often precede

the appearance of radiographic abnormalities, implying the

existence of a potentially detectable

“prodromal phase” in

the transition from preradiographic to radiographic stages

of OA.


18

As such, knee pain with activities associated with

higher dynamic knee loading such as climbing stairs has been

suggested to help identify individuals with preclinical knee

OA suitable for early intervention strategies.

17,18


Furthermore,

presence of chronic knee pain has been identi

fied as an early

sign of future OA-related risk of functional decline.

26

After lower limb amputation, high knee pain prevalence



rates of 50 to 55% and 36 to 38% have been reported in

the intact limbs of individuals with unilateral transfemoral

and transtibial amputations, respectively, compared to only a

20% prevalence rate among nonamputees.

3,27,28

Conversely,



the residual knee on the side of a transtibial amputation

has been reported to be

five times less likely to be painful

compared to matched knees in nonamputees.

3

Furthermore,



Burke et al

29

reported a knee pain prevalence rate of 52% in



the intact limbs of individuals with unilateral transtibial

amputations as compared to no reports of pain in the resid-

ual side knee. The higher prevalence of knee pain on the

side of the intact lower limb in individuals with unilateral

amputation is consistent with the patterns of knee OA

reported in this patient population and may be a sign of

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

39

Development of Knee Osteoarthritis After Unilateral Lower Limb Amputation



underlying disease that could be used for initiation of early

prevention and intervention strategies.

OBESITY

Obesity is a well-documented individual risk factor for pri-



mary knee OA in older adults. To this end, a three-fold

increase in risk of future knee OA development has been

previously reported for young men between the ages of 20

and 29 years with BMI values between 24.7 and 37.6 kg/m

2

compared to their leaner counterparts with BMI values



between 15.6 and 22.8 kg/m

2

.



19

Epidemiologic studies have

previously demonstrated that obesity is linked to both the

development and progression of knee OA

20

; however, there



is considerable debate about how obesity contributes to the

onset and progression of the disease. Potential mechanisms

for the contribution of obesity to knee OA include (1) a gen-

eralized negative metabolic environment re

flecting a sys-

temic in


flammatory response to the products secreted by the

adipose tissues;

30,31

(2) increased cumulative compressive



loads experienced by the joint due to a greater body mass;

32

or (3) a combination of both metabolic and biomechanical



factors. Currently, evidence in support of the metabolic

explanation of the link between obesity and knee OA are

mixed. Although some authors have suggested that meta-

bolic factors associated with obesity contribute to the patho-

genesis of knee OA,

30,31


others have not supported this

premise.


33

On the other hand, the biomechanical theory

explaining the potential link between knee OA and obesity

is well supported by the contention that excessive body mass

increases the loads placed on the knee joint.

32

For example,



it has been reported that a weight increase of 1 kg can result

in a four-fold (4 kg) increase in compressive knee joint loads

per step during activities of daily living.

32

However, the



potentially deleterious effects of greater joint loads due to an

increase in body mass may be countered by the lower activity

level, slower preferred walking speed, and less number of

steps taken per day by individuals with higher body mass,

therefore reducing the total knee joint loading exposure.

Clinical observations suggest that individuals with traumatic

lower limb amputation are at increased risk for weight gain

and obesity. Kurdibaylo

34

reported higher fat content in body



mass for individuals with transtibial (21%) and transfemoral

amputations (23%) compared to age-matched controls (13%).

Norvell et al

3

also reported signi



ficantly higher average body

weight and BMI for individuals with unilateral transtibial and

transfemoral amputations compared to control subjects greater

than 40 years of age. Younger individuals with amputations,

in particular, are at high risk of obesity progression within

their


first year status post amputation, mostly as a result of a

sedentary lifestyle immediately after amputation but before

prosthesis

fitting.


34

Given that military standards for recruit-

ment commonly exclude overweight volunteers, increased

risk of obesity after lower limb amputation is most likely a

consequence of the limb loss, which provides a great oppor-

tunity for initiation of early weight management strategies.

ABNORMAL KNEE JOINT MECHANICS

Knee joint mechanics experienced over time create a cus-

tomary joint loading history that helps to precondition the

tissue to withstand repeated mechanical demands without

sustaining injury.

35

However, joint damage may occur when



the mechanical environment is signi

ficantly altered, such that

new patterns of cartilage stresses\strains outside a habituated

envelope result.

35

This may be a concern after a traumatic,



unilateral lower limb amputation, where the intact limb is

challenged by increased demands for body support and for-

ward progression. Several key reviews within the past

decade have summarized the speci

fic mechanical factors

which in


fluence the onset and progression of compartment

knee OA in the general population

9,36,37

and after lower



limb amputations.

38,39


In both populations, the external knee

adduction moment (KAM) has been the most frequently

used surrogate measure for medial knee joint loading related

to knee OA. The KAM may be roughly estimated by multi-

plying the magnitude of the ground reaction force (GRF) in

the frontal plane with the lever arm distance between the

line of action of the GRF and the knee joint axis of rotation

(Fig. 1). Individuals with knee OA characteristically demon-

strate elevated peak KAM during walking that are strongly

associated with severity of medial compartment knee OA,

which is 10 times more prevalent in the general nonamputee

population than lateral compartment knee OA.

9,36

Further-


more, for patients with existing medial knee OA, KAM

magnitude at baseline has strong associations with baseline

knee pain severity, and was shown to be longitudinally

FIGURE 1.

Schematic representation of intact limb knee adduction

moment (KAM) during initial limb loading. Ground reaction force (GRF)

magnitude, along with the perpendicular distance (white dotted line)

between the GRF line of action and the frontal plane knee center of rotation

approximates KAM magnitude, which is highly determinate of compressive

load within the medial knee compartment.

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

40

Development of Knee Osteoarthritis After Unilateral Lower Limb Amputation



predictive of OA radiographic progression.

40

However, mea-



sures useful in predicting progression of existing OA may dif-

fer from those associated with initiation of OA.

40

Previous investigations of walking in individuals with



transtibial amputations (mean age ranging 41.2

–56.3 years old)

have reported 33 to 56% greater peak KAM on the intact

limb than on the prosthetic limb, depending on walking speed

and the type of prosthetic foot used in the study.

13,41


–44

While


this is greater relative to an asymmetry of ~10% in non-

amputees,

45

the intact limb may not necessarily be overloaded



in direct comparison to the limb of a speed-matched non-

amputee. For example, Royer et al

44

found a 56% greater



peak KAM on the intact limb relative to the prosthetic side in

individuals with unilateral transtibial amputations, associated

with a 45% greater tibial plateau bone mineral density on the

intact limb, relative to the prosthetic side. However, neither

peak KAM magnitude nor the bone mineral density for the

intact limb were signi

ficantly different from speed- and age-

matched nonamputees.

44

In contrast, a number of other studies



have instead found mechanical differences in the sagittal

plane, reporting 48% greater peak external knee extension

moments on the intact limb, relative to the prosthetic side.

12

–14



Higher-level analysis of net GRFs can also lend insight


Yüklə 2,47 Mb.

Dostları ilə paylaş:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   20




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

gir | qeydiyyatdan keç
    Ana səhifə


yükləyin