Exercise and Functional Performance in Middle-aged Patients with Knee Osteoarthritis

Abstract

The overall purpose of this thesis was to explore the impact of exercise and functional performance on development and treatment of knee osteoarthritis in the middle aged.



In this thesis, I have studied a population based cohort of middle-aged subjects (35-54 years, 42 % women) with chronic knee pain at baseline, to evaluate the longitudinal effect of muscle weakness on knee osteoarthritis development, the relationship between muscle function and joint load and the effects of exercise on joint load. I have also studied the effect of exercise on pain and function in another middle-aged cohort (36-65 years, 51 % women) with moderate to severe knee osteoarthritis, and explored their conceptions of exercise as treatment.



In the first study, 148 subjects with chronic knee pain underwent radiographic examination and tests of functional performance at baseline. 94 of them had no radiographic signs of knee osteoarthritis. Five years later they had new radiographs taken and 41/94 (44 %) had developed incident knee osteoarthritis. I found that reduced functional performance, assessed by maximum number of one-leg rises from a stool, predicted knee osteoarthritis development. The result was controlled for the previously known risk factors of age, BMI and pain.



In the second study, I used 3-dimensional motion analysis to explore the possibility of altering joint load by exercise. The medial compartment joint load (peak adduction moment) during maximum number of one-leg rises was assessed in 13 subjects with early radiographic signs of knee osteoarthritis from the cohort in study one, before and after 8 weeks of exercise. Two subjects were lost to follow up for reasons not related to the knee. The peak adduction moment could be reduced by exercise, and a high maximum number of one-leg rises was associated with lower levels of peak adduction moment.



The third study included 61 subjects with moderate to severe radiographic knee osteoarthritis. They were randomized to 6 weeks of intensive exercise or to a control group. The effects of exercise were assessed using questionnaires. No effects were seen on pain or self estimated function, however, the quality of life improved. The individual response to exercise ranged from clinically significant improvement to clinically significant worsening.



As an attempt to understand this large inter individual response to exercise, I designed the fourth study, where I interviewed 16 of the 30 patients in the exercise group about their conceptions of exercise as treatment. The interviews were analysed using qualitative methodology, and it was revealed that all patients were aware of the general health benefits of exercise, but had doubts about exercise as treatment of osteoarthritis even if they had perceived pain relief and improvement in physical function from the exercise intervention. The pain experienced during exercise caused the patients to believe that exercise was harmful to their knees, and some of them would prefer not to exercise at all. They thought that exercise should be introduced early during the course of the disease, and all of them expressed the need of continuous encouragement and support to adhere to exercise.



From this thesis I conclude that reduced muscle function is a risk factor of knee osteoarthritis development among middle aged subjects with knee pain. Reduced muscle function is associated with increased joint load, which seem to be modifiable by exercise. Initial pain when starting exercise, or occasional pain from exercise, should be treated by combining exercise with pain relief such as analgesics or acupuncture. Pain contributes to the difficulty patients have determining the degree of benefit or damage related to exercise, and thus causes feelings of anxiety and helplessness (paper IV). Pain also seems to interfere with the possibility of achieving increased functional performance (paper II, III, IV).

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Artros i knäleden är en av de tio vanligaste orsakerna till smärta och funktionshinder hos vuxna. Ett av problemen med artros är att det är svårt att diagnosticera vid ett tidigt stadium. Det kan synas som förändringar på röntgen, men ofta inte förrän flera år efter att det utvecklats. Mina studier visar att det finns ett samband mellan muskelfunktion i benen och risken att senare utveckla artros. Jag har också i olika studier undersökt huruvida träning kan minska belastningen på knäleden, vilka effekter träning kan ha på smärta och funktion hos patienter med dokumenterad artros, samt hur patienterna ser på träning som behandling.



Artros är en sjukdom som drabbar hela leden, men där effekterna märks främst på ledbrosk och ben. Ledbrosket blir skört och tunnas ut, det bildas bennabbar på ledytans kanter och benvävnaden under ledbrosket förtätas. Ett tidigt och mycket vanligt symptom vid artros är smärta, som leder till svårigheter att belasta leden. En skada av knäleden ökar risken för artros på lång sikt, men även utan tidigare skada är det ungefär 1.5 % av befolkningen som drabbas. Alltför stor belastning på leden medför ökad risk för artrosutveckling. Svaga lårmuskler är vanligt vid knäartros och det har diskuterats om det är en riskfaktor eller en konsekvens av artros. Träning rekommenderas ofta som behandling och har i studier av äldre personer med knäartros visats kunna minska smärtan och förbättra funktionen.



I min första studie undersöktes muskelfunktion i benen hos ca 150 medelålders personer, som alla hade knäsmärta. Bland annat fick de fick resa sig och sätta sig så många gånger de kunde på ett ben från sittande. Deras knäleder röntgades och ungefär 1/3 hade förändringar som vid artros medan resten var ?knäfriska? enligt röntgen. Fem år senare togs nya röntgenbilder och då hade 44 % av de tidigare ?knäfriska? utvecklat artros. Jag fann att de som hade sämre förmåga att resa sig på ett ben från sittande i större utsträckning hade utvecklat artros, även om hänsyn togs till övervikt, ålder och kön. Det betyder att nedsatt muskelfunktion i benen ökar risken för att utveckla knäartros.



I studie två ville jag undersöka om belastning på knäleden kan påverkas med träning. För att bestämma belastningen under rörelse användes tredimensionell rörelseanalys; försökspersonerna rör sig i ett laboratorium med reflexmarkörer fastsatta på huden över speciella landmärken. Speciella kameror registrerar markörerna och ett avancerat datorprogram beräknar belastningen på knäleden. 13 personer med tidiga tecken på artros fick utföra maximalt antal uppresningar på ett ben i laboratoriet och jag mätte ledbelastningen under uppresning före och efter åtta veckors träning. Belastningen på knäleden minskade efter träning och de som klarade flest antal uppresningar hade lägst ledbelastning. Knäsmärta påverkade inte möjligheten att förändra ledbelastningen, men minskade förmågan att förbättra muskelfunktionen. Studien är mycket liten och resultaten får därför tolkas med stor försiktighet.



Den tredje studien inkluderade drygt 60 personer som alla hade knäsmärta och måttliga till svåra artrosförändringar enligt röntgen. De lottades hälften till 6 veckors intensiv träning och hälften till en kontrollgrupp som levde som vanligt. Jag mätte effekten av träningen med frågeformulär och resultaten visade att träning inte påverkade vare sig smärta eller funktion i träningsgruppen, men att livskvaliteten förbättrades jämfört med kontrollgruppen. Resultatet på individnivå varierade från tydlig förbättring till tydlig försämring.



För att försöka förstå dessa variationer mellan individer genomförde jag i min fjärde studie intervjuer med hälften av de personer som varit med i träningsgruppen. Jag ville undersöka hur de såg på träning som behandling av artros. Resultaten visade att alla var medvetna om de positiva effekter som träning har på hälsan, men tvivlade på om träning var bra för artros även om de själva hade upplevt förbättring av träning. Att det gjorde ont att träna medförde att de kände sig osäkra på om träning kunde skada leden ytterligare och vissa av dem ville helst inte träna överhuvudtaget. Många ansåg att träning bör introduceras tidigt i sjukdomsförloppet och alla uttryckte att det krävs kontinuerligt stöd och uppmuntran för att fortsätta träna.



Baserat på resultaten av studierna drar jag följande slutsatser:



? Nedsatt muskelfunktion medför ökad ledbelastning och är en riskfaktor för att utveckla artros hos medelålders med knäsmärta.



? Träning kan förbättra lårmuskelfunktionen och tycks minska ledbelastningen i knäna och kan således kanske minska risken för såväl utveckling som progress av röntgenverifierad knäledsartros.



? Träning bör introduceras i ett så tidigt skede som möjligt innan smärtan har hunnit bli för svår, för att få bästa effekt på muskelfunktionen och minska oron hos patienterna.



? Träning kan i vissa fall minska smärtan och förbättra funktion även vid måttlig till svår artros, men hänsyn bör tas till individuella önskemål och kontinuerligt stöd och vägledning bör erbjudas under träningen.

• author: Thorstensson, Carina
• supervisor: Ewa Roos
• opponent: professor Dieppe, Paul, Department of Social Medicine, Bristol University, Bristol
• organization: Section III
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Rheumatology and Autoimmunity
• keywords: reumatologi, rheumatology locomotion, Skelett, muskelsystem, muscle system, Skeleton, Knee osteoarthritis, Functional performance, Exercise, Physical medicine, Rehabilitering (medicinsk och social), rehabilitation, revalidation, kinesitherapy
• pages: 104 pages
• defense location: Aulan, Centralblocket, Universitetssjukhuset Lund
• defense date: 2005-05-17 13:00:00
• ISBN: 91-85439-33-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: CA Thorstensson, IF Petersson, LT Jacobsson, TL Boegard and EM Roos. 2004. Reduced functional performance in the lower extremity predicted radiographic knee osteoarthritis five years later. Annals of the Rheumatic Diseases, vol 63 pp 402-407.; CA Thorstensson, M Henriksson, A von Porat, C Sjödahl and EM Roos. . The effect of exercise on knee adduction moment during one-leg rises in patients with early knee osteoarthritis. (manuscript); CA Thorstensson, EM Roos, IF Petersson and C Ekdahl. . Six-week high intensity exercise program for middle-aged patients with knee osteoarthritis - a prospective, randomized, and controlled study. (submitted); CA Thorstensson, EM Roos, IF Petersson and B Arvidsson. . How do middle-aged patients conceive exercise as a form of treatment for knee osteoarthritis? Disability and Rehabilitation,, (inpress)
• id: 8e800b38-474b-4b50-a318-6fd1c5765eda (old id 544710)
• date added to LUP: 2016-04-01 17:10:33
• date last changed: 2020-02-27 07:46:34