Dejavniki vpliva na anteriorni odmik tibije Renata Vauhnik 1, Matthew C Morrissey 2 1 UNIVERZA V LJUBLJANI, Visoka šola za zdravstvo, Ljubljana 2 DIVISION OF APPLIED BIOMEDICAL RESEARCH, School of Biomedical and Health Sciences, King's College London, London, UK IZVLEČEK Namen raziskave je bil ugotoviti kateri od naslednjih dejavnikov je povezan z anteriornim odmikom tibije: antropometrični dejavniki, posturalni dejavniki, hormonski dejavniki in športni dejavniki. V raziskavi je sodelovalo 616 športnic. Obseg ekstenzije kolenskega sklepa in športna panoga sta bila dejavnika, ki sta bila statistično značilno povezana z anteriornim odmikom tibije (R² = 0.089; p < 0.05). Kljub statistično značilni povezanosti sta omenjena dejavnika razložila le 9 % variabilnosti anteriornega odmika tibije. Anteriorni odmik tibije je bil povečan pri tistih športnicah, ki so imele povečan obseg ekstenzije v kolenskem sklepu in pri tistih, ki so se ukvarjale z rokometom in odbojko. IZHODIŠČA Merjenje anteriornega odmika tibije je pomemben del kliničnega pregleda kolenskega sklepa in se uporablja za oceno potencialne nevarnosti za poškodbo, pri ugotavljanju poškodb sprednje križne vezi in oceni uspešnosti rekonstrukcije sprednje križne vezi. Za optimalno interpretacijo in razumevanje meritev anteriornega odmika tibije je potrebno poznavanje dejavnikov, ki vplivajo na anteriorni odmik tibije. Veliko dejavnikov lahko ima vpliv na anteriorni odmik tibije in ti dejavniki so razdeljeni na posturalne dejavnike, hormonske dejavnike in dejavnike, ki so povezano z vrsto aktivnosti. Jagodzinski in sodelavci (9) so ugotovili pozitivno povezanost med hiperekstenzijo kolena, ukleščenjem sprednje križne vezi in anteriornim odmikom tibije, pri čemer so imeli preiskovanci z hiperekstenzijo kolena tudi večji anteriorni odmik tibije. V letu 2002, so Trimble in sodelavci (17) raziskovali povezanost med pronacijo stopala, hiperekstenzijo kolena, stopnjo zunanje rotacije spodnjega uda in stopala ter anteriornim odmikom tibije in ugotovili statistično značilno povezanost le med pronacijo stopala in anteriornim odmikom tibije. Nekateri raziskovalci so se ukvarjali z vplivom posameznih hormonov na anteriorni odmik tibije pri nosečnicah (4, 14) in ženskah z normalnim menstruacijskih ciklusom (6, 8). Heitz in sodelavci (8])so poročali o značilnem povečanju anteriornega odmika tibije med 10 in 13 dnem menstruacijskega ciklusa. V tem obdobju pride do povečanja koncentracije hormonov estrogena in progesterona. Karageanes in sodelavci (10) v svoji raziskavi niso ugotovili statistično značilne povezanosti med posameznimi fazami menstruacijskega Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008 47
ciklusa in anteriornim odmikom tibije. Deie in sodelavci (6) so ugotovili statistično značilne razlike v anteriornem odmiku tibije med posameznimi fazami menstruacijskega ciklusa: folikularno, ovulacijsko in lutealno fazo. Najnovejše raziskave poročajo o kontradiktornih zaključkih, kjer vpliv posameznih faz menstruacijskega ciklusa na anteriorni odmik tibije ni bil statistično značilen (2, 16, 19). Študije poročajo tudi o vplivu posameznih aktivnostih na anteriorni odmik tibije. Leta 1997 je Kettunen s sodelavci (11) ugotavljal vpliv športnih aktivnosti na anteriorni odmik tibije. V raziskavo so bili vključeni bivši profesionalni športniki naslednjih športnih panog: strelstvo, dvigovanje uteži, tek in nogomet. Večji anteriorni odmiki tibije so bili ugotovljeni med dvigovalci uteži in strelci v primerjavi z igralci nogometa in tekači (p = 0.0002). Ng in Maitland (13) sta prav tako ugotovila pozitivno povezanost med anteriornim odmikom tibije in športno aktivnostjo. V nasprotju, Brannan in sodelavci (3) v svoji raziskavi ne poročajo o razlikah v anteriornem odmiku tibije med športniki in ne športniki. Iz literature je razvidno, da dejavniki, ki vplivajo na anteriorni odmik tibije niso temeljito raziskani. Namen naše raziskave je bil ugotoviti vpliv antropometričnih dejavnikov, posturalnih dejavnikov, hormonskih dejavnikov in dejavnikov povezanih s športno aktivnostjo na anteriorni odmik tibije pri slovenskih športnicah. Poznavanje dejavnikov, ki vplivajo na anteriorni odmik tibije je izredno pomembno za optimalno in pravilno interpretacijo meritev testiranja anteriornega odmika tibije. METODE V času trajanje raziskave je bilo v Sloveniji registriranih 79 ženskih športnih klubov v rokometu, odbojki in košarki. Vsi klubi so bili povabljeni k sodelovanju, a le 55 klubov je sodelovanje tudi sprejelo. V teh 55 športnih klubih je bilo testiranih 616 športnic (235 v rokometu, 316 v odbojki in 65 v košarki). Samo športnice, ki so izpolnjevale naslednje vključitvene kriterije so bile vključene v raziskavo: 1. članice slovenskih registriranih klubov; 2. odsotnost poškodbe spodnjega uda v zadnjih 6 mesecih; 3. odsotnost poškodbe kolena. a b Slika 1. (a) shematski prikaz anteriornega odmika tibije in (b) shematski prikaz merjenja anteriornega odmika tibije z artrometer KT (CompuKT). 48 Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008
Študija je bila odobrena s strani Republiške Komisije za medicinsko etiko. Vse športnice, ki so sodelovale so podpisale pisno privolitev za testiranje oz. sodelovanje v raziskavi. Narejeni so bili naslednji testi:»navicular drop test«(test pronacije stopala; sprememba v položaju navikularne kosti med sedečim in stoječim položajem), meritev ekstenzije kolenskega sklepa in merjenje anteriornega odmika tibije z artrometrom KT 2000 CompuKT (slika1). Podroben opis testiranja najdete v članku Vauhnik in sodelavci (20). Statistična analiza je bila narejena s pomočjo linearne regresije z namenom ugotoviti povezanost med naslednjimi dejavniki in anteriornim odmikom tibije: antropometrični dejavniki (starost, telesna višina, telesna teža, indeks telesne mase), obseg ekstenzije kolenskega sklepa, obseg pronacije stopala, športna panoga (rokomet, odbojka, košarka), pričetek ukvarjanja s športom, uporaba oralnih kontracepcijskih sredstev, rednost menstruacijskega ciklusa in vpliv posameznih faz menstruacijskega ciklusa. Porazdelitev podatkov je bila analizirana s pomočjo histogramov in rezidualov premice linearne regresije. Univariatna linearna regresija je bila narejena z namenom ugotoviti kateri od dejavnikov je povezan z anteriornim odmikom tibije. Z namenom razvijanja modela je bila uporabljena metoda multivariatne linearne regresije vzvratnega izločanja (»backward elimination method), pri čemer so bili v analizo vključeni vsi dejavniki in nato so bili tisti, ki niso bili statistično značilni (p > 0.05) postopno odstranjeni iz modela (pri vsakem koraku je bil izključen tisti z največjo p vrednostjo). Analiza je bila narejena s pomočjo programa SPSS (SPSS 10, za program Windows). REZULTATI Deskriptivni podatki so prikazani v Tabeli 1. Rezultati univariatne linearne regresije so prikazani v Tabeli 2. Povečan obseg ekstenzije kolenskega sklepa je bil statistično značilno povezan (p < 0,001) s povečanim anteriornim odmikom tibije (R² = 0,080). Statistično značilna in pozitivna povezanost je bila prav tako ugotovljena med pronacijo stopala in anteriornim odmikom tibije (p = 0,038; R² = 0,007) ter med indeksom telesne mase in anteriornim odmikom tibije (p < 0,001; R² = 0,034). Statistično značilna in negativna povezanost je bila ugotovljena med telesno višino in anteriornim odmikom tibije (p = 0,001; R² = 0,020). Rezultati multivariatne linearne regresije so pokazali, da je anteriorni odmik tibije odvisen od obsega ekstenzije kolenskega sklepa in športne panoge. Nekateri dejavniki, ki so bili statistično značilni v univariatni linearni regresiji, v multivariatni linearni regresije niso bili (telesna višina, indeks telesne mase in pronacija stopala). Končni model je pokazal, da je anteriorni odmik tibije večji med tistimi športnicami, ki imajo povečano ekstenzijo kolenskega sklepa in se ukvarjajo z rokometom ali odbojko. Vrednost p je bila statistično značilna (p < 0,001) (Tabela 3). Kljub temu pa ima model relativno nizko vrednost R² (0,089), kar pomeni, da je veliko drugih dejavnikov, ki imajo vpliv na anteriorni odmik tibije, a v tej študiji niso bili raziskani. Narejen je bil prav tako test za ugotavljanje/preverjanje (kvalitete) prileganja modela (»goodness of fit«test), ki ni pokazal značilnih deviacij od predlagana modela kar potrjuje zanesljivost našega modela. Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008 49
Tabela 1. Deskriptivni podatki testiranih športnic (N = 616). Dejavniki Rokometašice (N = 235) Odbojkarice (N = 316) Košarkarice (N = 65) Skupaj (N = 616) Povp. SD Rang Povp. SD Rang Povp. SD Rang Povp. SD Rang Starost (leta) 17,6 3,7 11-41 18,2 3,6 12-38 18,7 3,6 13-32 18,0 3,6 11-41 Telesna višina (cm) 170 6 147-188 172 6 151-189 176 7 161-196 172 7 147-196 Telesna teža (kg) 63 8 40-88 62 8 44-105 66 8 45-101 63 8 40-105 Indeks telesne mase (kg/m²) Ukvarjanje s športom (leta) Anteriorni odmik tibije (mm) Ekst. kolenskega sklepa( ) Pronacija stopala (mm) Povp. povprečne vrednosti SD standardna deviacija 21,9 2,3 16-30,1 20,9 2,0 15,6-31,7 21,4 1,7 16,9-27,4 21,3 2,1 15,6-31,7 7,6 3,8 1-30 6,9 3,4 0,5-23 7,9 3,6 2-18 7,3 3,6 0.5-30 6,1 1,4 2,6-10,5 6,1 1,3 3-11,5 5,7 1,2 3,8-8,8 6,1 1,3 2,6-11,5 2 4 0-20 2 3 0-15 2 3 0-15 2 3 0-20 61 35 10-200 57 31 10-200 61 29 20-150 59 32 10-200 50 Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008
Tabela 2. Rezultati univariatne linearne regresije potencialnih dejavnikov vpliva na anteriorni odmik tibije. * (p < 0.05) Dejavniki Anteriorni odmik tibije R² p vrednost Starost (leta) <0,001 0,740 Telesna višina (cm) 0,034 <0,001* Telesna teža (kg) <0,001 0,947 Indeks telesne mase (kg/m²) 0,020 < 0,001* Ukvarjanje s športom (leta) <0,001 0,585 Ekstenzija kolenskega sklepa( ) 0,080 < 0,001* Pronacija stopala (mm) 0,007 0,038* Rednost menstruacijskega ciklusa 0,004 0,133 Uporaba oralnih kontracepcijskih 0,001 0,416 sredstev Odbojka/Rokomet 0,009 0,05* Tabela 3. Končni model linearne regresije za napoved obsega anteriornega odmika tibije med športnicami. Prediktorji Regresijski koeficient 95% CI p vrednost Ekstenzija kolenskega sklepa 0,11 [0,082, 0,142] <0,001 Rokomet 0,40 [0,051, 0,757] 0,025 Odbojka 0,43 [0,086, 0,772] 0,014 R²=0.089 (9 %) RAZPRAVA V raziskavi je bila ugotovljena statistično značilna povezanost med anteriornim odmikom tibije in kombinacijo naslednjih dveh dejavnikov, ekstenzije kolenskega sklepa in športne panoge. Kljub statistično značilnih rezultatih je ta povezanost šibka, saj je s pomočjo teh dveh dejavnikov razloženih le 9 % variabilnosti anteriornega odmika tibije med posamezniki. Povečan anteriorni odmik tibije je bil ugotovljen med športnicami, ki so imele povečan obseg ekstenzije kolenskega sklepa in so se ukvarjale z rokometom in odbojko. Do podobnih rezultatov so prišli tudi nekatere drugi avtorji, ki so primerjale obseg anteriornega odmika tibije med športnikih v različnih športnih panogah. Ng in Maitland (13) sta primerjala anteriorni in posteriorni odmik tibije pri športnikih v različnih športih (košarka, plavanje in tek) in ne športniki. Njihovi rezultati so pokazali, da imajo plavalci in košarkarji signifikantno manjši obseg anteriornega odmika tibije v primerjavi z ne športniki. Kettunen in sodelavci (11) so ugotovili, da je bil anteriorni odmik tibije večji med strelci in dvigovalci uteži v primerjavi z nogometaši in tekači. V nasprotju z zgoraj omenjenimi rezultati, Brannan in sodelavci (3) niso ugotovili statistično značilnih razlik v anteriornem odmiku tibije med gimnastičarkami in ne športniki. Vzrok za razlike v Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008 51
rezultatih lahko leži v izbrani populaciji. Kettunen in sodelavci (11) so primerjali športnike, pri čemer so Brannan in sodelavci (3) primerjali športnike in ne športnike. Drug vzrok lahko leži v različnih obremenitvah na kolenskih sklep med posameznimi športnimi panogami. Ng s sodelavci (13) in Kettunen s sodelavci (11) sta v svojo raziskavo vključila športnike, pri čemer je Brannan s sodelavci (3) v raziskavo vključil športnice in tako lahko vzrok za različne rezultate leži v izbiri spola. V naši raziskavi je univariatna analiza pokazala značilno negativno povezanost med anteriornim odmikom tibije in telesno višino, pri čemer so višje športnice imele manjši anteriorni odmik tibije. Košarkarice so bile v primerjavi z rokometašicami in odbojkaricami signifikantno višje (p < 0,001) in to je lahko vzrok za manjši anteriorni odmik tibije med košarkaricami v primerjavi z odbojkaricami in rokometašicami. Obseg ekstenzije kolenskega sklepa je imel signifikantno povezavo z anterornim odmikom tibije. Sprednja križna vez ima nalogo da preprečuje prekomerni anteriorni odmik tibije in da preprečuje hiperekstenzijo kolenskega sklepa (1). Upoštevajoč ta dejstva je pozitivna povezanost med anteriornim odmikom tibije in obsegom ekstenzije kolenske sklepa pričakovana in logična. O podobnih rezultatih je poročal tudi Kettunen s sodelavci (11), kjer je obseg ekstenzije kolenskega sklepa razložil kar 3 % variabilnosti anteriornega odmika tibije. V nasprotju, z zgoraj omenjenimi rezultati, Trimble in sodelavci (17) niso ugotovili značilne povezanosti med anteriornim odmikom tibije in obsegom ekstenzije kolenskega sklepa. Vzrok za neznačilno povezanost lahko leži v izredno majhnem vzorcu preiskovancev (N = 43) v raziskavi narejeni s strani Trimble in sodelavcev (17). Anteriorni odmik tibije je eden od potencialnih rizičnih dejavnikov za poškodbo kolenskega sklepa (18, 20, 21). Zdravstveni delavci, ki nimajo možnosti uporabe artrometrov, lahko uporabijo oceno obsega ekstenzije kolenskega sklepa kot izhodišče za oceno predispozicije za poškodbo kolena. Rezultati raziskave so med drugim pokazali tudi značilno povezanost anteriornega odmika tibije in obsega pronacije stopala (p = 0,038; R² = 0,007). O podobnih rezultatih poroča tudi Trimble s sodelavci (17). Pri povečanem obsegu pronacije stopala je tibia izpostavljena povečani notranji rotaciji, ki lahko poveča obremenitev sprednje križne vezi in tako posredno vpliva na spremembe v anteriornem odmiku tibije. Če povečana pronacija stopala vodi do povečanega anteriornega odmika tibije in povečan anterioni odmik tibije povečuje nevarnost poškodbe kolenskega sklepa, so potrebni preventivni ukrepi za zmanjšanje obsega pronacije stopala. Starost ni imela signifikantnega vpliva na anteriorni odmik tibije. Do podobnih zaključkov je prišel tudi Daniel s sodelavci (5), ki prav tako ni našel značilne povezanosti med starostjo in anteriornim odmikom tibije. Rezultati predstavljene raziskave niso pokazali statistično značilne povezanosti posameznih faz menstruacijskega ciklusa in anteriornega odmika tibije. Prav tako ni bilo značilnih razlik v anteriornem odmiku tibije med športnicami, ki so uporabljale oralna kontracepcijska sredstva in tistimi, ki teh sredstev niso uporabljale. Do nasprotnih zaključkov so prišli Shultz in sodelavcev (16), ki so poročali o signifikantnem vplivu nihanja nivoja hormonov: estradiola, progesterona in testesterona med fazami menstruacijskega ciklusa. V naši raziskavi nivoji hormonov niso bili merjeni in tako lahko leži vzrok razlike v rezultatih prav v merjenju nivoja hormonov. Po drugi strani so nekateri 52 Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008
drugi avtorji prišli do podobnih zaključkov kot poročajo rezultati naše raziskave (10, 19) kjer ni bila ugotovljena razlika v anteriornem odmiku tibije in posameznimi fazami menstruacijskega ciklusa. V literaturi so opisani še nekateri drugi dejavniki kot so interkondilarni premer (15), velikost sprednje križne vezi (12) in Q kot (7), ki imajo potencialni vpliv na anteriorni odmik tibije, a v predstavljeno raziskavo niso bili vključeni, zaradi velikega števila testirancev (N = 616) in dejstva, da se je testiranje izvajalo v športnih klubih in tako je lahko bil uporabljen le inštrumentar, ki je prenosljiv in enostaven za uporabo. SKLEP Rezultati raziskave so pokazali, da je anteriorni odmik tibije povečan pri tistih športnicah, ki imajo povečano ekstenzijo kolenskega sklepa in se ukvarjajo z rokometom in odbojko. Anteriorni odmik tibije je pomemben dejavniki v biomehaniki kolenskega sklepa. Poznavanje dejavnikov, ki vplivajo na obseg anteriornega odmika tibije nam tako omogoča boljšo interpretacijo rezultatov testiranja anteriornega odmika tibije in boljše razumevanje anteriornega odmika tibije kot rizičnega dejavnika za poškodbe kolenskega sklepa. LITERATURA 1. Arms SW, Pope MH, Johnson RJ, Fischer RA, Arvidsson I, Eriksson E (1984). Biomechanics of anterior cruciate ligament rehabilitation and reconstruction. Am Sports Med 12: 8-18. 2. Arnold C, van Bell C, Rogers V, Cooney T. (2002). The relationship between serum relaxin and knee joint laxity in female athletes. Orthopaedics 25: 669-673. 3. Brannan TL, Schulthies SS, Myrer JW, Durrant E (1995). A comparison of anterior knee laxity in female intercollegiate gymnasts to a normal population. J Athl Train 30: 298-301. 4. Charlton WPH, Coslett-Charlton LM, Ciccotti MG (2001). Correlation of estradiol in pregnancy and anterior cruciate ligament laxity. Clin Orthop Relat Res 387: 165-170. 5. Daniel DM, Malcom LL, Losse G, Stone ML, Sachs R, Burks R (1985). Instrumented measurements of anterior knee laxity of the knee. J Bone Joint Surg Am 67-A : 720-726. 6. Deie M, Sakamaki Y, Sumen Y, Urabe Y, Ikuta Y (2002). Anterior knee laxity in young women varies with their menstrual cycle. Int Orthop 26: 154-156. 7. Gray J, Taunton JE, McKenzie DC, Clement DB, McConkey JP, Davidson RG (1985). A survey of injuries to the anterior cruciate ligament of the knee in female basketball players. Int J Sports Med 6: 314-316. 8. Heitz NA, Eisenman PA, Beck CL, Walker JA (1999). Hormonal changes throughout the menstrual cycle and increased anterior cruciate ligament laxity in females. J Athl Train 34: 144-149. Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008 53
9. Jagodzinski M, Richter GM, Pässler HH (2000). Biomechanical analysis of knee hyperextension and of the impingement of the anterior cruciate ligament : a cinematographic MRI study with impact on tibial tunnel positioning in anterior cruciate ligament reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 8: 11-19. 10. Karageanes SJ, Blackburn K, Vangelos ZA (2000). The association of the menstrual cycle with the laxity of the anterior crucaite ligament in adolescent female athletes. Clin J Sport Med 10: 162-168. 11. Kettunen JA, Kujala UM, Räty H, Videman T, Sarna S, Impivaara O (1997). Determinants of sagittal knee laxity in former elite athletes. Sports Ex Inj 3: 164-167. 12. Muneta T, Takakuda K, Yamamoto H (1985). Intercondylar notch width and its relation to the configuration and cross-sectional area of the anterior cruciate ligament. Am J Sports Med 25, 69-72. 13. Ng GYF, Maitland ME (2001). Relationship of kinetic demands of athletic training and knee joint laxity. Phys Ther in Sport 2: 66-70. 14. Schauberger CW, Rooney BL, Goldsmith L, Shenton D, Silva PD, Schaper A (1996). Peripheral joint laxity increases in pregnancy but does not correlate with serum relaxin levels. Am J Obstet Gynecol 174: 667-671. 15. Shelbourne KD, Davis TJ, Klootwyk T (1998). The relationship between intercondylar notch width of the femur and the incidence of anterior cruciate ligament tears. A prospective study. Am J Sports Med 26, 402-408. 16. Shultz SJ, Kirk SE, Johnson ML, Sander TC, Perrin DH (2004). Relationship between sex hormones and anterior knee laxity across the menstrual cycle. Med Sci Sports Exerc 36: 1165-1174. 17. Trimble MH, Bishop M, Buckley BD, Fields LC, Rozea GD (2002). The relationship between clinical measurements of lower extremity postures and tibial translation. Clin. Biomech. (Bristol, Avon) 17: 286-290. 18. Uhorchak JM, Scoville CR, Williams GN, Arciero RA, St Pierre P, Taylor DC (2003). Risk factors associated with noncontact injury of the anterior cruciate ligament: a prospective four-year evaluation of 859 West Point cadets. Am J Sports Med 31: 831-842. 1. 19 Van Lunen BL, Roberts J, Branch JD, Dowling EA (2003). Association of menstrual cycle hormones changes with anterior cruciate ligament laxity measurements. J Athl Train 38: 298-303. 19. Vauhnik R, Morrissey MC, Rutherford O, Turk Z, Pilih IA, Pohar M (2008). Knee anterior laxity: a risk factor for traumatic knee injury among sportswomen? Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, accepted for publication April 2008; 20. Woodford-Rogers B, Cyphert L, Denegar CR (1994). Risk factors for anterior cruciate ligament injury in high school and college athletes. J Athl Train 29: 343-346. 54 Posvetovanje: Biomehanika v zdravstvu, 1. december 2008