Bewertung der Muskeloxygenierung und Erholungsdynamik bei Personen mit Kniearthrose

Kniearthrose (OA) ist eine degenerative Gelenkerkrankung, die mit Schmerzen, Muskelschwäche und funktionellen Einschränkungen verbunden ist, die die Leistungsfähigkeit der unteren Extremitäten negativ beeinflussen. Frühere Studien haben strukturelle und physiologische Veränderungen des Quadrizepsmuskels bei Personen mit Knie-OA berichtet, insbesondere im Musculus vastus medialis obliquus (VMO). Diese Veränderungen umfassen eine verringerte Muskelquerschnittsfläche, erhöhte intramuskuläre Fettinfiltration, vaskuläre Veränderungen und beeinträchtigte neuromuskuläre Aktivierung, die zur verminderten Kniegelenkstabilität und zum Fortschreiten der Erkrankung beitragen können.

Die Muskeloxygenierung (SmO₂) ist ein wichtiger physiologischer Parameter, der das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffzufuhr und -verbrauch im Skelettmuskel widerspiegelt und objektive Informationen über die muskuläre Stoffwechsel- und Kreislauffunktion liefert. Trotz der potenziellen Relevanz von SmO₂ für das Verständnis der Quadrizepsdysfunktion bei Knie-OA sind Studien, die belastungsinduzierte Oxygenierungsreaktionen und Erholungsdynamiken in dieser Population untersuchen, nach wie vor begrenzt.

Diese beobachtende, vergleichende Querschnittsstudie zielt darauf ab, die VMO-SmO₂-Dynamik bei Personen mit Knie-OA zu bewerten und diese Parameter mit gesunden Kontrollpersonen vergleichbaren Alters und Geschlechts zu vergleichen. Die Studie wird auch die Zusammenhänge zwischen SmO₂-Parametern, Muskelkraft, funktioneller Leistung und Schmerzintensität untersuchen.

Personen, bei denen eine Knie-OA von einem Facharzt für Physikalische und Rehabilitative Medizin diagnostiziert wurde, sowie gesunde Freiwillige, die die Teilnahmekriterien erfüllen, werden zur Teilnahme eingeladen. Von allen Teilnehmern wird vor der Teilnahme eine schriftliche Einwilligungserklärung eingeholt. Teilnehmer, die die Einschlusskriterien erfüllen, werden in zwei Gruppen eingeteilt: eine Knie-OA-Gruppe und eine gesunde Kontrollgruppe. Alle Teilnehmer durchlaufen während einer einzigen Evaluierungssitzung dieselben Bewertungsverfahren.

Gemäß den Empfehlungen der Osteoarthritis Research Society International (OARSI) wird bei Teilnehmern mit beidseitiger Knie-OA das Zielknie für die Analyse nach einer vordefinierten Strategie bestimmt: (1) Es wird das Knie mit stärkeren Schmerzen in Ruhe oder bei Aktivität ausgewählt; (2) bei gleichen Schmerzniveaus wird das Knie mit größerem radiologischem Schweregrad (Kellgren-Lawrence-Grad) ausgewählt; (3) wenn sowohl Schmerz als auch radiologischer Schweregrad gleich sind, wird das dominante Bein (die zum Balltreten bevorzugte Extremität) als Zielknie festgelegt. Das Zielknie dient als Referenzknie für Folgeuntersuchungen, einschließlich SmO₂ und kniespezifischer klinischer Bewertungen.

Unseres Wissens hat keine frühere Studie SmO₂-Parameter direkt zwischen Personen mit Knie-OA und gesunden Kontrollpersonen verglichen. Daher wurde eine Studie, die SmO₂-Veränderungen in einer ähnlichen Muskelgruppe und mit derselben Messtechnik bei Personen untersuchte, die sich einer vorderen Kreuzbandrekonstruktion unterzogen, als Referenz verwendet. Die Stichprobengröße wurde mit der Software G*Power (Version 3.1) basierend auf einem zweiseitigen t-Test-Modell für unabhängige Stichproben zur Vergleich des Mittelwertunterschieds zwischen zwei Gruppen geschätzt. Für die Berechnung wurde die für VMO-SmO₂ in der Referenzstudie angegebene Effektgröße (Cohen's d = 1,02) verwendet. Mit einem Alpha-Niveau von 0,05, einer statistischen Power von 0,80 und einem Gruppenverteilungsverhältnis von 1:1 wurde die erforderliche Stichprobengröße auf 17 Teilnehmer pro Gruppe berechnet, was insgesamt 34 Teilnehmer ergibt.

Vor den Messungen ruhen die Teilnehmer 10 Minuten in sitzender Position. Die Schmerzintensität wird anhand der Visuellen Analogskala (VAS) bewertet. Nach der Ruhephase werden SmO₂-Messungen mit einem Nahinfrarotspektroskopiegerät (Moxy Monitor) durchgeführt, das über dem VMO-Muskel platziert wird. Die Basis-SmO₂-Werte werden während eines 60-Sekunden-Messzeitraums aufgezeichnet.

Nach der Basisuntersuchung führen die Teilnehmer eine standardisierte Mini-Kniebeuge-Aufgabe durch. Die Mini-Kniebeuge wurde als sichere und funktionelle geschlossene Kette Übung ausgewählt, die häufig bei Personen mit Kniearthrose verwendet wird, um die Muskulatur der unteren Extremitäten zu aktivieren, und sie wurde mit isometrischer Hüftadduktion unter Verwendung eines zwischen den Knien platzierten Balls kombiniert, um die Aktivierung des Musculus vastus medialis obliquus und die mediale Kniestabilisierung zu verstärken. Unmittelbar nach der Übung wird die VMO-Muskeloxygenierung überwacht und der Erholungsprozess aufgezeichnet. Die Erholungszeit wird als die Dauer definiert, die erforderlich ist, damit der SmO₂-Wert auf sein Basisniveau zurückkehrt, während der Teilnehmer in sitzender Position ruht.

Nach Abschluss der Erholungsmessungen ruhen die Teilnehmer 10 Minuten, um die Auswirkungen von Ermüdung zu minimieren. Anschließend wird die Muskelkraft mit einem isokinetischen Dynamometer durch maximale willkürliche isometrische Kniestreckkontraktionen bei 15° Knieflexion bewertet. Dieser Gelenkwinkel wurde gewählt, weil der Musculus vastus medialis obliquus in der Nähe der terminalen Kniestreckung eine größere Aktivierung zeigt. Darüber hinaus versetzt das Testen bei 15° den Quadrizeps in eine biomechanisch vorteilhafte Position für die Drehmomenterzeugung, während die Gelenkbelastung minimiert wird. Die Teilnehmer führen drei maximale Kontraktionen durch, die jeweils etwa 6 Sekunden dauern, mit standardisierter verbaler Ermutigung und 60-Sekunden-Ruhepausen; der mittlere Spitzendrehmomentwert wird für die Analyse verwendet. Anschließend wird die funktionelle Leistung mit dem 30-Sekunden-Sit-to-Stand-Test bewertet. Alle Messungen werden während einer einzigen Sitzung durchgeführt, und die Teilnehmer werden nicht longitudinal nachverfolgt.

Die statistischen Analysen werden mit SPSS durchgeführt. Die Datenverteilung wird mit Normalitätstests bewertet. Deskriptive Statistiken werden als Mittelwert ± Standardabweichung oder Median, je nach Angemessenheit, dargestellt. Gruppenunterschiede zwischen Personen mit Knie-OA und gesunden Kontrollpersonen werden mit dem t-Test für unabhängige Stichproben oder dem Mann-Whitney-U-Test analysiert. Zusammenhänge zwischen Muskeloxygenierungsparametern, Muskelkraft, funktioneller Leistung und Schmerz werden mit Pearson- oder Spearman-Korrelationsanalysen untersucht. Ein p-Wert < 0,05 wird als statistisch signifikant angesehen.