Wie Muskel- und Sehneneigenschaften zu funktionellen Veränderungen vor und nach einem Kniegelenkersatz beitragen

Osteoarthritis führt zu einer Degeneration der artikulierenden Oberflächen des Femurs und der Tibia, wobei der Eingriff im Endstadium der Ersatz dieser artikulierenden Oberflächen unter Verwendung eines chirurgischen Eingriffs einer totalen Kniearthroplastik (TKA) ist. Bei Patienten, die sich einer TKA unterziehen, kommt es während der Wartezeit von der chirurgischen Überweisung bis zum Operationsdatum zu einem signifikanten Rückgang der funktionellen Fähigkeiten. Nach der Operation verbessert sich die Funktion dieser Patienten, aber sie erreichen nicht das gleiche Funktionsniveau wie gesunde Personen, die sich keiner TKA unterzogen haben. Um die funktionellen Fähigkeiten objektiv zu messen, können verschiedene Kraft-, Beweglichkeits- und Gleichgewichtstests ausgewertet werden. Bis heute wurde keine Studie durchgeführt, um zu bewerten, wie sich diese objektiven Maße der Funktionsfähigkeit während der Wartezeit vor der Operation verändern und wie sich dies im Vergleich zu den Werten nach der Operation verhält. Um die Mechanismen hinter diesen Funktionsänderungen besser zu verstehen, können physiologische Messungen von Muskeln und Sehnen mittels elektrischer Tests und Ultraschallbildgebung durchgeführt werden. Durch die Bewertung von Veränderungen in der Physiologie neben Funktionsveränderungen bei TKA-Patienten und gesunden Kontrollpersonen können wir ein besseres Verständnis der Mechanismen gewinnen, die den beobachtbaren Funktionsveränderungen von Patienten zugrunde liegen, die sich einer TKA unterziehen, und wie dies im Vergleich zu normalen physiologischen Veränderungen bei gesunden Kontrollpersonen abschneidet.

Patienten, die sich einer Knie-Totalendoprothese unterziehen, werden das Labor zu 5 verschiedenen Testterminen aufsuchen (1, unmittelbar nach der Überweisung für TKA; 2, in der Mitte zwischen Überweisung und Operation; 3, 2 Wochen vor der Operation; 4, 6 Wochen nach der Operation; 5, 6 Monate nach der Operation. Bei jeder Testsitzung beginnen die Teilnehmer mit dem Ausfüllen von Fragebögen zur allgemeinen Funktionsfähigkeit. Anschließend führen sie Funktionstests des Ober- und Unterkörpers durch, um Messungen der von den Gliedmaßen abhängigen Funktionsfähigkeit zu erhalten. Nach funktionellen Messungen werden Ruhemessungen von Muskeln und Sehnen, die das Knie und die Quadrizeps-Muskelgruppe umgeben, durch eine Kombination aus Ultraschallbildgebung und Messungen an der Hautoberfläche erhalten. Die Teilnehmer werden dann mit Oberflächen-Elektromyographie (sEMG)-Elektroden auf den Muskeln ausgestattet, die die Muskelgruppen des Quadrizeps und der Kniesehnen bilden, um die Muskelaktivität während der anschließenden Maßnahmen zu messen. Die Muskelreflexaktivität wird durch submaximale und maximale elektrische Stimulation des Femoralnervs über auf der Hautoberfläche platzierte Kohlenstoff-Stimulationselektroden bewertet. Die Teilnehmer führen dann drei maximale freiwillige Kontraktionen (MVC) durch, bei denen sie ihr Bein so stark wie möglich gegen den Kraftaufnehmer strecken müssen. Die Stimulation wird vor, während und nach den MVCs angewendet, um das Ausmaß der Muskelaktivierung zu beurteilen. Aus den MVCs werden submaximale Verfolgungsaufgaben von 5, 10, 25, 50 und 75 % MVC erstellt. Unter Verwendung der Kraft, die auf einem Bildschirm vor den Teilnehmern angezeigt wird, müssen sie Kontraktionen bis zu diesem Kraftniveau erzeugen und das Kraftniveau 5 Sekunden lang beibehalten, um die Kraftkonstanz zu quantifizieren. Während dieser submaximalen Verfolgungsaufgaben wird die Ultraschallsonde an der Verbindung zwischen Quadrizepsmuskel und Sehne platziert, um die Sehnendehnung zur Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften der Sehne aufzuzeichnen.

Diese Verfahren werden für das chirurgische Bein von 30 Patienten durchgeführt, die sich einer TKA unterziehen, um die Unterschiede zwischen den Beinen über die Zeitpunkte hinweg zu vergleichen, und 30 gesunde Kontrollteilnehmer, die sich keiner TKA unterziehen, die in Alter und Geschlecht mit der Patientengruppe übereinstimmen, werden diese Maßnahmen ebenfalls durchführen ihr nicht dominantes Bein mit dem gleichen Abstand zwischen den Testsitzungen. Die Messungen werden zwischen den chirurgischen Patienten und dem nicht dominanten Bein gesunder Kontrollen verglichen, um die zeitlichen Unterschiede in der Patientengruppe zu bewerten und wie sich diese im Vergleich zu normalen Veränderungen in einer gesunden Population im gleichen Zeitraum verhalten. Diese Studie wird versuchen und bestimmen, welche Maße der physiologischen Veränderung vor der Operation die Optimierung der Patientenfunktion und die Verbesserung nach der Operation am besten vorhersagen.