Stair Descent Kinematics and Leg Strength in People with Knee Osteoarthritis – A Cross-Sectional Study

Abstract

SAMMENDRAG

Bakgrunn: Problemer med å gå ned trapper rapporteres hyppig blant personer med kneartrose. Det er tidligere funnet redusert styrke i benmuskulatur i denne populasjonen. Hensikt: Målsettingene for denne oppgaven var 1) å studere forskjeller i kinematikk under nedovergange i trapp, samt forskjeller i benstyrke, mellom personer med kneartrose og friske kontroller, 2) å få innsikt i om benstyrke bidrar til variasjon i leddvinkler under nedovergange i trapp hos personer med kneartrose, og 3) å finne ut om det er noen sammenheng mellom selvrapporterte vanskeligheter og kinematiske variabler under nedovergange i trapp. Materiale og metode: Dette er en tverrsnittstudie som sammenlikner 28 personer med kneartrose (alder 61.7 ± 6.4 år) med 31 friske kontroller (alder 55.3 ± 8.0 år). Deltakerne utførte en trappetest, som ble filmet med åtte kameraer (Oqus Capture system) og analysert i Visual3D. Konsentrisk og eksentrisk knestyrke ble målt ved bruk av et Biodex dynamometer (60°/ sec). Isometrisk hofteabduksjon ble målt med et håndholdt dynamometer plassert under et fiksasjonsbelte. Alle styrkemål ble normalisert for kroppsvekt. Spørreskjemaet KOOS (item A1) ble brukt for å registrere selvrapporterte vanskeligheter med å gå ned trapper. Hovedfunn: Sammenliknet med friske kontroller, hadde personene med kneartrose lengre standfaser (≈ +0.2 sek., p< 0.001), og de brukte relativt mer tid i dobbel standfase. Videre hadde de mindre knefleksjon (-7.2°, p< 0.001) og mer hofteadduksjon (+4.5°, p= 0.005) i standbenet ved slutten av singel standfase, når det mest affiserte benet ble sammenliknet med friske kontroller. Gruppeforskjellene var fremdeles fremtredende etter å ha justert for benlengde og varighet av singel standfase. Kneartrosegruppen var generelt svakere, spesielt i det mest affiserte benet. (Ujustert) eksentrisk quadricepsstyrke var særlig redusert (-0.84 N/kg, p< 0.001). Benstyrke forklarte ikke varians i kne- eller hoftevinkler i kneartrosegruppen. Selvrapporterte vanskeligheter med å gå nedover trapp viste en svak korrelasjon med relativ tid brukt i dobbel standfase (Spearman’s Rho 0.335, p= 0.010), men ingen tydelig sammenheng med andre kinematiske variabler. Konklusjon: Personer med kneartrose har endret kinematikk under trappegange og redusert benstyrke sammenliknet med friske kontroller. Benstyrke ser ikke ut til å forklare varians i kne- eller hoftevinkler i denne pasientgruppen. Det er ingen klar sammenheng mellom selvrapporterte vanskeligheter og leddvinkler under trappegange.

ABSTRACT

Background: Difficulties descending stairs is commonly reported in people with knee osteoarthritis (OA). Further, strength deficits in leg muscles have been identified in this population. Objectives: The aims of this thesis were 1) to examine differences in stair descent kinematics and leg strength between people with knee OA and healthy controls, 2) to gain insight into the contribution of leg strength to variance in joint angles during stair descent in people with knee OA, and 3) to explore whether there is an association between self-reported difficulties and kinematics during stair descent in people with knee OA. Material and methods: The study has a cross-sectional design, comparing 28 knee OA cases (age 61.7 ± 6.4 years) to 31 healthy controls (age 55.3 ± 8.0 years). The subjects performed a stair task, which was recorded using eight cameras (Oqus Capture system) and analysed in Visual3D. Concentric and eccentric knee strength was measured at 60°/ sec. using a Biodex dynamometer. Isometric hip abduction was measured using a hand-held dynamometer placed under a fixation belt. All strength measures were normalised to body weight. Self-reported difficulties descending stairs were derived from the KOOS questionnaire (item A1). Main Results: Compared to healthy controls, knee OA cases had longer total stance phases (≈ +0.2 sec., p< 0.001), and they spent relatively more time in double support. Further, they displayed smaller knee flexion angles (-7.2°, p< 0.001) and larger hip adduction angles (+4.5°, p= 0.005) in their supporting leg at contralateral toe-down, when their most affected leg was compared to healthy controls. Group differences were still present after adjusting for leg length and single stance duration. Knee OA cases were generally weaker, especially in their most affected leg. (Unadjusted) eccentric quadriceps strength was particularly reduced (-0.84 N/kg, p< 0.001). Leg strength did not explain variance in knee- or hip angles within the OA group. Self-reported difficulties descending stairs were weakly correlated with relative time spent in double support (Spearman’s Rho 0.335, p= 0.010), but no clear associations could be found with other kinematic variables. Conclusion: People with knee OA display altered kinematics during stair descent and reduced leg strength compared to healthy controls. Leg strength does not seem to explain variance in knee- or hip angles in this population. There is no clear association between self-reported difficulties descending stairs and joint angles.