Effect of varus tibiofemoral malalignment on medial and lateral knee contact forces in patients with unicompartmental osteoarthritis during daily activities: a musculoskeletal modeling analysis

L'allineamento tibiofemorale del ginocchio gioca un ruolo importante nella progressione dell'osteoartrosi nel ginocchio, in particolare il varismo causa uno spostamento mediale dell'asse meccanico e un relativo aumento delle forze agenti nel compartimento mediale del ginocchio. L'osteotomia prossimale della tibia è un intervento che promette notevoli miglioramenti nella qualità della cartilagine e dell'osso, ciò attraverso una correzione del varismo mirata a ripristinare un allineamento tibiofemorale neutrale e una distribuzione dei carichi al ginocchio tale da rallentare la progressione della malattia. Per ottimizzare i risultati postoperatori è importante una accurata programmazione dell'intervento attraverso lo studio dei carichi articolari al ginocchio e la loro correlazione con l'allineamento tibiofemorale. I carichi interni al ginocchio non essendo direttamente misurabili possono essere stimati mediante modelli muscoloscheletrici e simulazioni del movimento. L'obiettivo di questa tesi è dunque quello di valutare l'effetto del varismo sulla distribuzione e intensità delle forze nel compartimento mediale e laterale del ginocchio in pazienti affetti da osteoartrosi monocompartimentale del ginocchio durante attività motorie quotidiane, mediante l'uso di questi modelli muscoloscheletrici altamente personalizzati. Questo studio è inserito all'interno di un progetto portato avanti dall'Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna, finalizzato alla valutazione dell'impatto avente l'osteotomia prossimale della tibia nel rallentare la progressione della malattia e preservare la qualità dell'osso e della cartilagine. I dati dei relativi pazienti includono RX anteroposteriori, cinematica (traiettorie dei marker e piattaforme di forza) e registrazioni EMG, misurate durante la camminata, la salita e la discesa delle scale. Un modello muscoloscheletrico generico capace di discriminare forze mediali e laterali nel ginocchio, è stato caratterizzato mediante parametri antropometrici derivati dall'imaging e usato per risolvere la dinamica inversa sulla base di un ottimizzazione statica, in modo da stimare separatamente le forze al ginocchio. Una validazione indiretta dei risultati è stata fatta mediante il confronto fra attivazioni muscolari predette dal modello e i corrispondenti segnali EMG. Per valutare il legame fra forze di contatto e allineamento femorale è stata valutata la correlazione lineare fra i picchi dei carichi mediali e laterali e l'angolo varo. La differenza fra carichi nell'arto target e controlaterale sono state analizzate e testate statisticamente mediante Mann-Whitney U-test e statistical parametric mapping (α=0.05) per evidenziare eventuali differenze significative nelle varie attività motorie. In generale abbiamo riscontrato come le forze di contatto mediali risltassero più elevate nell'arto controlaterale, con picchi differenziali di 0.7 BW, risultati statisticamente significativi nelle prove di salita e discesa delle scale. Nel compartimento laterale le forze risultano comparabili nei due compartimenti e più elevate nelle prove di salita e discesa. Non è stata rilevata una correlazione fra picchi di forza e angolo varo, tuttavia i carichi mediali sono risultati significativamente più elevati rispetto ai laterali, per un rapporto di 75%-25% rispettivamente. La presenza di carichi più elevati nell'arto controlaterale può essere giustificata da una sintomatologia dolorosa nell'arto target e un conseguente sbilanciamento sul controlaterale per ridurre il dolore.