Articolo di ricerca

Riduzione della funzione polmonare associazione con attivazione muscolare anomala con osteoartrite al ginocchio e aumento del rischio di malattie cardiovascolari

DOI:

10.3791/68958

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6 marzo 2026

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1Key Laboratory of Orthopedics and Traumatology of Traditional Chinese Medicine and Rehabilitation, Ministry of Education, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, 2College of Rehabilitation Medicine, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, 3Yangzhi Affiliated Rehabilitation Hospital of Tongji University, 4The Third People's Hospital of Fujian Province, 5National-Local Joint Engineering Research Center of Rehabilitation Medicine Technology, 6Faculty of Sports Sciences, Research Academy of Grand Health, Ningbo University

In questo articolo

Sommario

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Questo studio esamina la funzione cardiopolmonare, l'attività fisica e l'attivazione dei muscoli degli arti inferiori in individui con osteoartrite del ginocchio (OA) con un aumento del rischio di malattie cardiovascolari (CVD). Abbiamo riscontrato una relazione negativa tra una ventilazione massima volontaria più bassa e una maggiore attivazione del femorito del bicipite nel gruppo a rischio di OA del ginocchio con le malattie cardiovascolari cardiovascolari.

Abstract

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Questo studio mirava a esplorare la funzione cardiopolmonare, l'attività fisica e l'attivazione dei principali muscoli degli arti inferiori in individui con osteoartrite del ginocchio (OA) con un aumento del rischio di malattie cardiovascolari (CVD). Un totale di 21 individui con OA al ginocchio e rischio aumentato di CVD e 29 individui con OA isolata del ginocchio hanno completato il questionario internazionale di attività fisica (IPAQ) in formato di intervista a lungo formato. La funzione polmonare è stata valutata misurando la Capacità Vitale Forzata (FVC) e la Massima Ventilazione Volontaria (MVV). La forma cardiorespiratoria è stata valutata utilizzando un test di esercizio cardiopolmonare (CPET) basato su tapis roulant e un protocollo Bruce modificato. Inoltre, sono stati raccolti dati di elettromiografia superficiale (sEMG) dai principali muscoli inferiori dell'arto sintomatico durante le operazioni di salita delle scale eseguite a una velocità auto-selezionata e abituale. Rispetto al gruppo OA del ginocchio, il gruppo a rischio OA del ginocchio con CVD ha mostrato riduzioni significative dell'attività fisica vigorosa, della massima ventilazione volontaria (MVV) e una minore diminuzione dell'assorbimento massimo di ossigeno. Inoltre, l'OA del ginocchio con aumento del gruppo CVD ha mostrato una maggiore attivazione muscolare del bicipite femorale (BF) durante la salita e discesa delle scale. Inoltre, è stata osservata una relazione negativa tra un minore MVV e una maggiore attivazione della grassa grassa nell'OA del ginocchio con il gruppo a rischio di CVD. Questi risultati suggeriscono due conclusioni principali. Innanzitutto, il sEMG funge da prezioso strumento non invasivo per identificare i segni clinici nei pazienti con OA al ginocchio a rischio di CVD, rilevando attivazioni muscolari aberranti durante la salita delle scale. In secondo luogo, tra questi individui a rischio, una funzione cardiovascolare superiore è collegata a un modello di coordinazione dei muscoli del ginocchio più equilibrato, come riflesso dalla relazione inversa tra MVV e attivazione del bicipite femorale.

Introduzione

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L'osteoartrite del ginocchio (OA) è una delle principali cause di disabilità della mobilità, colpendo il 15% delle persone di mezza età eanziane 1. Ci sono sempre più evidenze che collegano l'OA del ginocchio a un rischio aumentato di malattie cardiovascolari (CVD)2,3,4. Gli individui con OA al ginocchio spesso presentano molteplici fattori di rischio per le CVD, tra cui farmaci antinfiammatori non steroidei e infiammazionecronica 5. Inoltre, l'inattività fisica derivante dall'OA del ginocchio è una causa indiretta di un aumento del rischio diCVD 5.

La riduzione dell'attività fisica dovuta a disturbi dell'articolazione del ginocchio può aumentare la prevalenza della sindrome metabolica, inclusi obesità, dislipidemia, resistenza all'insulina eipertensione 6,7,8,9, e quindi aumenta il rischio di CVD 10,11. Inoltre, le limitazioni dell'attività fisica possono portare a una diminuzione della funzione cardiopolmonare (che comprende sia la funzione polmonare che la forma cardiorespiratoria), fortemente associata a un aumento del rischio diCVD 12,13. Pertanto, anche gli individui con OA al ginocchio che mostrano un aumento del rischio di CVD possono anche manifestare una riduzione della funzione cardiopolmonare.

Modelli anomali di attivazione dei muscoli dell'arto inferiore possono spiegare parzialmente la riduzione dell'attivitàfisica 14. Ricerche precedenti hanno dimostrato che modelli anomali di attivazione neuromuscolare, come una maggiore attivazione del gastrocnemio laterale e del tendine femorale mediale, sono associati a un dolore al ginocchio piùgrave 15,16. Al contrario, la riduzione della contrazione del muscolo mediale del ginocchio è stata correlata con diminuzioni del dolore al ginocchio durante l'andatura in individui conOA del ginocchio 17. Inoltre, un dolore intenso al ginocchio può ridurre l'attività fisica, in particolare in attività fisica moderata ovigorosa 18,19, e poi influire negativamente sulla funzione cardiopolmonare e contribuire a un aumento del rischio di CVD.

La salita delle scale, un'attività quotidiana tipica, è l'attività spesso svolta negli individui con OA al ginocchio, e può essere un indicatore migliore di limitazione dell'attività fisica rispetto ad altreattività 20,21. Gli individui con OA al ginocchio modificherebbero l'attività muscolare per minimizzare il dolore al ginocchio e mantenere la stabilizzazione del ginocchio durante la salita delle scale22,23. Inoltre, il test di salita delle scale è un valido sostituto per valutare direttamente la funzione cardiopolmonare24. Pertanto, esaminare il modello di attivazione dei muscoli degli arti inferiori durante la camminata delle scale e la sua relazione con la funzione cardiopolmonare può fornire intuizioni uniche sul meccanismo patologico dell'aumento del rischio di CVD nei pazienti con OA al ginocchio.

Pertanto, abbiamo ipotizzato che, rispetto agli individui con OA del ginocchio isolato, i pazienti con OA al ginocchio con un rischio aumentato di CVD presentino una diminuzione dell'attività fisica, una diminuzione della funzione cardiopolmonare e modelli alterati di attivazione dei muscoli degli arti inferiori. Inoltre, l'ipotesi propone una correlazione tra il declino della funzione cardiopolmonare dei pazienti e i modelli di attivazione anomali nei muscoli degli arti inferiori.

Per quanto ne sappiamo, questo è il primo studio che indaga l'attivazione dei principali muscoli degli arti inferiori durante la salita delle scale in individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD, nonché la relazione tra funzione cardiopolmonare e attivazione muscolare durante la salita delle scale. I risultati di questo studio potrebbero fornire prove per progettare piani di riabilitazione più precisi per questa popolazione di pazienti.

Protocollo

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Secondo la Dichiarazione di Helsinki, il protocollo dello studio è stato approvato dal Consiglio di Revisione Etica Istituzionale del Terzo Ospedale del Popolo della Provincia di Fujian (# 2020KS-5-1) e registrato sul sito del Registro Cinese degli Studi Clinici il 18 novembre 2020 (numero identificativo ChiCTR2000041115). Tutti i partecipanti hanno fornito moduli scritti di consenso informato per partecipare allo studio.

Partecipanti
Qui, 29 partecipanti con OA al ginocchio e 21 con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD sono stati reclutati dal Third People's Hospital della provincia di Fujian e dalle comunità vicine. I criteri di inclusione per il gruppo OA del ginocchio erano una diagnosi clinica secondo la Diagnosi e il Trattamento 2019 dell'Osteoartrite25, Kellgren/Lawrence (K/L) di grado unilaterale o bilaterale ≥2, età 50-65 anni, e basso o nullo rischio di CVD come definito dalla Previsione del Rischio di Malattie Cardiovascolari Aterosclerose in Cina (China-PAR)26. Il gruppo a rischio di AVC al ginocchio con aumento del rischio di CVD presentava la stessa età e sintomi dell'OA del ginocchio del gruppo OA del ginocchio, ma aveva un rischio medio o alto di CVD secondo China-PAR. I partecipanti di entrambi i gruppi sono stati esclusi se presentavano forti dolori alla schiena, altri dolori articolari agli arti inferiori, artrite reumatoide, fratture, patologie del sistema neurologico, storia clinica di malattie cardiovascolari e/o malattie polmonari.

Raccolta dati
Questo studio ha valutato l'attività fisica, la funzione polmonare, la forma cardiopolmonare e l'attività muscolare dei soggetti somministrando il questionario internazionale di attività fisica (IPAQ)27 di forma lunga, il test di funzionalità polmonare, il test di sforzo cardiopolmonare e l'elettromiografia superficiale (sEMG; Figura 1).

Valutazione dell'attività fisica
I livelli di attività giornaliera dei partecipanti sono stati valutati utilizzando la versione cinese del Long Form International Physical Activity Questionnaire (IPAQ); esaminando la validità e l'affidabilità della versione cinese del International Physical Activity Questionnaire, long form (IPAQ-LC)27, somministrata in formato intervista. Questo studio ha raccolto e analizzato dati sull'attività fisica durante il tempo libero, la domestica e il giardinaggio (cortile), le attività legate al lavoro e ai trasporti nell'ultimo mese utilizzando l'IPAQ. I punteggi sono stati riportati in equivalente metabolico (MET)-min/settimana, calcolati moltiplicando il numero di min per settimana di attività svolte per i rispettivi valori MET. Infine, i punteggi sono stati classificati in camminata, moderata, vigorosa e attività fisica totale. I casi sono stati esclusi dall'analisi se le risposte riguardanti ora o frequenza sono state riportate come "non sa", rifiuto di rispondere o mancanti.

Test della funzionalità polmonare
Prima del test, abbiamo effettuato una calibrazione strumentale. La calibrazione includeva la preparazione ambientale, la calibrazione del volume e la calibrazione dei sensori di flusso/volume. Ai partecipanti è stato istruito ad astenersi dal cibo per 2 ore prima dell'esperimento.

È stata applicata una clip per il naso per garantire un flusso d'aria orale esclusivo. Il soggetto poi sigillava le labbra attorno al bocchino per evitare perdite. Durante tutta la manovra è stato fornito un forte incoraggiamento verbale per massimizzare lo sforzo. I soggetti sono stati accompagnati da terapisti respiratori esperti utilizzando le linee guida dell'American Thoracic Society sul Pulmonary Function Test System (230 V, 50/60 Hz, 508 VA, IP20). La spirometria includeva misurazioni della capacità vitale forzata (FVC), del volume espiratorio forzato in 1 s (FEV 1), del volume espiratorio forzato in 1 s/capacità vitale forzata (FEV1/FVC) e della massima ventilazione volontaria (MVV). Ogni soggetto generava almeno tre manovre tecnicamente accettabili. Per la misurazione di FVC eFEV 1 è necessario un inizio brusco dell'espirazione, e l'espirazione deve durare almeno 6 secondi, con una variazione inferiore al 5% tra le manovre ripetute. Durante il test MVV, viene istruito al soggetto a eseguire le manovre di respirazione più profonde e rapide possibili per 12 secondi. I migliori risultati di test sono stati scelti dal tecnico come quelli con valori più alti di FVC,FEV 1, MVV e le migliori curve di volume di flusso.

Test di sforzo cardiopolmonare
Dopo aver eseguito il test di funzionalità polmonare per almeno 5 minuti, sono stati installati un elettrocardiografo (ECG) a 12 derivazioni, un bracciale automatico, una maschera respiratoria e un fotometro di ossigeno per monitorare frequenza cardiaca, elettrocardiografo, pressione sanguigna, scambio gassogeno e saturazione di ossigeno.

I partecipanti hanno effettuato un CPET massimo incrementale utilizzando il tapis roulant e il protocollo Bruce modificato (vedi Tabella 1). I valori cardiopolmonari di base sono stati valutati durante un periodo di riposo di 3 minuti mentre si era seduti sulla sedia; Successivamente, è stato effettuato un riscaldamento di 3 minuti su tapis roulant a una velocità di 2,7 km/h senza alcuna inclinazione. Dopo il riscaldamento, l'intensità dell'esercizio è aumentata ogni 3 minuti secondo il protocollo Bruce Modificato, con fasi sequenziali come segue: 2,7 km/h a pendenza 0%, 2,7 km/h a pendenza 5%, 2,7 km/h a pendenza 10%, 4,0 km/h a pendenza 12%, 5,4 km/h a pendenza 14% e 6,7 km/h a pendenza 16%, mirato a raggiungere il massimo sforzo. Aggrapparsi ai corrimano del tapis roulant era sconsigliato; tuttavia, alcuni pazienti necessitavano dei corrimano per mantenere l'equilibrio.

L'intero test è stato monitorato da cardiologi professionisti. Durante la fase di riposo, la pressione sanguigna (BP) è stata misurata una sola volta e monitorata continuamente con ECG a 12 derivazioni, frequenza cardiaca (FC) e saturazione di ossiemoglobina. Durante la fase di esercizio, ECG, frequenza cardiaca e saturazione di ossiemoglobina sono stati monitorati continuamente, mentre la pressione ambulatoriale, i sintomi e il livello di affaticamento sono stati monitorati ogni 3 minuti. L'esercizio è stato interrotto quando i partecipanti hanno raggiunto la frequenza cardiaca massima, o quando l'assorbimento di ossigeno non è aumentato mentre il carico di esercizio è aumentato, o il punteggio percepito (valutazione dello sforzo percepito (RPE) dei Borg (6-20)28) è stato superiore a 17. Durante il recupero, ECG, frequenza cardiaca e saturazione di ossiemoglobina sono state monitorate continuamente, e la pressione è stata misurata ogni 2 minuti. Il test è stato interrotto prematuramente per sintomi come mancanza respiratoria significativa, costrizione toracica o vertigini, ectopia ventricolare progressiva > 3 battiti, nuova fibrillazione atriale, diminuzione sostenuta della pressione sistolica > 20 mmHg rispetto allo stadio precedente, o depressione superiore a 5 mm del segmento ST.

Il personale di test era esperto nelle procedure di emergenza, con attrezzature essenziali (inclusi defibrillatore, ossigeno e maschere respiratorie) e farmaci (ad esempio epinefrina, atropina, lidocaina, nitroglicerina e glucosio) disponibili in loco. In ogni caso critico, il test veniva immediatamente interrotto. La gestione prevedeva la manutenzione delle vie aeree brevettate, la somministrazione di ossigeno e l'istituzione di accesso endovenoso. Le successive interventi di rianimazione e farmacologia hanno rispettato i protocolli di Advanced Cardiac Life Support (ACLS), in concomitanza con l'attivazione del team di intervento d'emergenza per il trasferimento del paziente.

Sono state effettuate misurazioni respiro per respiro dell'assorbimento di ossigeno (VO 2), dell'emissione di anidride carbonica (VCO 2), della ventilazione minuta (VE), della pressione parziale di ossigeno a fine marea (PETO 2) e dell'anidride carbonica (PETCO2). La frequenza cardiaca (FC) è stata registrata a intervalli di 1 seconda. Il valore più alto negli ultimi 60 secondi di esercizio è stato definito come VO2peak, VCO2peak,VE peak,HR peak e il picco dell'impulso di ossigeno (VO 2 /HR peak), PETO2peak, PETCO2peak. La soglia anaerobica (AT) è stata definita dall'approccio modificato a V-slope29. La riserva della frequenza cardiaca (HRR) è stata definita come 220 - a -HR Max durante la fase di esercizio, in cui si nota a per l'età e HRMax rappresenta la frequenza cardiaca massima.

segnali sEMG degli arti inferiori durante la salita delle scale
Prima del posizionamento degli elettrodi, i partecipanti indossavano scarpe sportive Anta acquistate in modo uniforme e eseguivano cinque prove di negoziazione delle scale. Queste prove venivano eseguite a una velocità di camminata giornaliera auto-scelta e senza l'uso di corrimano. Ogni gradino era fissato a una larghezza di 100 cm, un'altezza di 20 cm e una profondità di 30 cm. Le velocità di salita e discesa delle scale venivano registrate da sistemi di temporizzazione a infrarossi posizionati sia al primo che al gradino superiore. La velocità media ±10% delle prove di negoziazione delle cinque scale è stata definita come la velocità normale. Le prove ufficiali con velocità che si discostavano dalla velocità normale sono state escluse dall'analisi successiva.

La pelle sopra i muscoli bersaglio viene poi preparata radendola, facendo una leggera abrasione con carta vetrata a grana fine e puliscando con alcol al 70% per ridurre l'impedenza e garantire un contatto ottimale. Dopo la preparazione della pelle, sono stati posizionati elettrodi EMG superficiali sulla pancia dei muscoli bersaglio. Lo studio ha utilizzato un sistema wireless sEMG per misurare le attività muscolari durante la fase di posizione a una frequenza di campionamento di 2000 Hz. Elettrodi Ag/AgCl adesivi pre-gelificati (distanza inter-elettrodi fissa di 10 mm) sono stati posizionati bilateralmente sulla tibiale anteriore (TA), sulla testa mediale del muscolo gastrocnemio (MG), sul bicipite femorale (BF), sul retto femorale (RF), sul vasto mediale (VM), sul vasto laterale (VL), muscoli gluteo massimo (GMAX) e gluteo medio (GMED) (vedi Tabella 2). I partecipanti hanno poi eseguito la contrazione isometrica massima volontaria (MVIC) per ciascun muscolo indeterminato, utilizzata nei test di normalizzazione dell'ampiezza ( vedi Tabella 3). Ai partecipanti è stato istruito a eseguire l'azione di prova con il massimo sforzo per 4-5 secondi. Durante ogni processo è stato fornito un forte incoraggiamento verbale. Questa procedura è stata ripetuta 3 volte con un intervallo di riposo di 2 minuti tra un test e l'altro per prevenire la fatica. Dopo il test MVIC, ai partecipanti è stato chiesto di eseguire cinque prove di successo di salita e discesa delle scale a velocità normale. I dati sEMG durante la fase di posizione sono stati selezionati nel terzo e quarto gradino della scala personalizzata a otto gradini del laboratorio.

I segnali sEMG della fase di posizione delle scale e del MVIC sono stati elaborati nel software Visual3D. I dati grezzi venivano prima filtrati passa-banda (20-450 Hz), raddrizzati a onda intera, smussati con una finestra di 50 ms di quadrato medio (RMS) e infine filtrati passa-basso a 6 Hz per creare un inviluppo lineare. La fase di posizione è stata identificata dalla forza di reazione verticale del terreno (soglia >10 N). L'inviluppo lineare per ogni fase della posizione è stato normalizzato temporalmente a 101 punti e normalizzato in ampiezza al corrispondente valore massimo di MVIC. Infine, la RMS di ciascun dato sEMG normalizzato durante la fase di posizione è stata calcolata per riflettere l'entità dell'attività muscolare. L'analisi si è concentrata sul ginocchio più sintomatico nei soggetti dei due gruppi. Se i sintomi di entrambi i ginocchi erano simili, sono stati selezionati i dati per l'arto dominante dalla tecnologia.

Analisi statistica
Tutte le analisi statistiche sono state condotte utilizzando SPSS Statistics 25.0. Tutte le variabili sono state presentate come media ±deviazione standard. Il test di Shapiro-Wilk è stato utilizzato per verificare la normalità di tutte le variabili quantitative. La differenza di variabili normalmente distribuite di due campioni indipendenti in termini di demografia, parametri di funzione cardiopolmonare e RMS è stata valutata utilizzando test t a campioni indipendenti; la differenza delle variabili di distribuzione atimetrica è stata valutata utilizzando il test di Kruskal-Wallis. I punteggi IPAQ e le differenze K/L sono stati valutati utilizzando il test Kruskal-Wallis. Il test del chi-quadrato è stato utilizzato per confrontare la differenza di genere. Correlazioni tra diversi e potenti parametri della funzione cardiopolmonare (picco di assorbimento di ossigeno (VO 2peak), massima ventilazione volontaria (MVV) e RMS (bicipite femorale (BF)) nel gruppo a rischio di OA del ginocchio con CVD sono state rilevate tramite correlazioni di Spearman.

Risultati

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Caratteristiche dei partecipanti
Dei 50 partecipanti totali inclusi in questo studio, 29 erano nel gruppo OA del ginocchio e 21 nel gruppo OA del ginocchio con rischio aumentato di CVD. Non sono state riscontrate differenze significative tra i due gruppi in termini di età, altezza, massa, BMI, distribuzione di genere, circonferenza vita, circonferenza dell'anca, rapporto vita-anca o grado K/L. Inoltre, il gruppo OA del ginocchio e il gruppo OA del ginocchio con rischio aumentato di CVD non differivano significativamente nei punteggi Knee Osteoarthritis Outcome Score (KOOS) 30 (vedi Tabella 4).

Valutazione dell'attività fisica
Rispetto al gruppo OA del ginocchio, il gruppo a rischio OA del ginocchio con CVD ha mostrato livelli più bassi di attività a intensità vigorosa (p = 0,044; vedi Tabella 5). Questo livello più basso di attività vigorosa supporta l'ipotesi che vi sia una riduzione dell'attività fisica giornaliera tra i pazienti con OA al ginocchio e a rischio di CVD.

Test della funzionalità polmonare
Rispetto al gruppo OA del ginocchio, il gruppo di rischio OA e CVD ha mostrato una ventilazione massima volontaria più bassa (MVV; p = 0,004; vedi Tabella 6). Questa minore MVV supporta l'ipotesi che i pazienti con OA al ginocchio e rischio elevato di CVD abbiano una funzione polmonare compromessa.

Test di sforzo cardiopolmonare
Tuttavia, non sono state osservate differenze significative tra i due gruppi nella fitness cardiopolmonare (vedi Tabella 6). In contrasto con l'ipotesi attuale, l'aumento del rischio cardiovascolare non è stato associato a una riduzione significativa della forma cardiorespiratoria tra i pazienti con osteoartrite al ginocchio.

segnali sEMG degli arti inferiori durante la salita delle scale
In termini di parametri di attivazione muscolare, rispetto al gruppo OA del ginocchio, il gruppo a rischio OA del ginocchio con CVD ha mostrato una maggiore attivazione della BF sia durante la salita delle scale (p = 0,013) che durante la discesa (p = 0,001; vedi Tabella 7). L'aumento dell'attivazione della BF fornisce supporto all'ipotesi di modelli alterati di attivazione dei muscoli degli arti inferiori durante la salita delle scale nei pazienti con osteoartrite al ginocchio con rischio cardiovascolare elevato. Inoltre, la RMS della BF durante la salita delle scale è risultata significativamente correlata con la MVV nell'OA del ginocchio con gruppo di rischio CVD (r = −0,452, p = 0,040; vedi Tabella 8). Questa correlazione supporta l'ipotesi che modelli anomali di attivazione dei muscoli degli arti siano associati a un calo della funzione polmonare nei pazienti con osteoartrite al ginocchio e rischio di CVD.

Rispetto al gruppo ginocchio, l'OA del ginocchio con il gruppo a rischio CVD presenta livelli significativamente più bassi di attività vigorose, minore MVV e maggiore attivazione del BF durante la salita delle scale. Inoltre, esiste una correlazione negativa tra il minor MVV e una maggiore attivazione della grassa grassa nell'OA del ginocchio con il gruppo di rischio per le CVD.

Disponibilità dati:
I dataset grezzi e processati generati durante questo studio contengono informazioni sensibili sui pazienti e non sono disponibili pubblicamente in un formato completo e non elaborato per proteggere la privacy del paziente. I dati deidentificati e processati sono disponibili su richiesta ragionevole da parte dell'autore corrispondente. Tutte le richieste richiedono l'approvazione del Comitato Etico del Terzo Ospedale Popolare della provincia del Fujian. I dati grezzi sono archiviati sui server sicuri del Third People's Hospital della provincia di Fujian e saranno conservati per almeno 10 anni dopo la pubblicazione.

Figura 1
Figura 1: Diagramma di flusso dell'esperimento totale. Abbreviazioni: K/L = Kellgren / Lawrence, CVD = malattie cardiovascolari, China-PAR = Previsione del rischio di malattie cardiovascolari da aterosclerosi in Cina, OA = osteoartrite, IPAQ = International Physical Activity Questionnaire, sEMG = elettromiografia superficiale Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tabella 1: Protocollo Bruce modificato del programma specifico per il test sul tapis roulant. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 2: posizionamento sEMG. Abbreviazioni: GMAX = gluteo massimo, GMED = muscoli gluteo medi, BF = bicipite femori, VM = vasto mediale, VL = vasto laterale, RF = retto femorale, TA = tibiale anteriore, MG = testa mediale del muscolo gastrocnemio, ASIS = colonna vertebrale anteriore superiore, PSIS = colonna vertebrale posteriore superiore. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 3: Test MVIC muscolare. Abbreviazioni: MVIC = contrazione isometrica massima volontaria, GMAX = gluteo massimo, GMED = muscoli gluteo medio, BF = bicipite femori, VM = vasto mediale, VL = vasto laterale, RF = retto femorale, TA = tibiale anteriore, MG = testa mediale del muscolo gastrocnemico. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 4: Caratteristiche di due gruppi. #: dati distribuiti distorsivi, *: dati normalmente distribuiti, &: dati categorici. Abbreviazioni: BMI = indice di massa corporea, grado K/L = grado Kellgren/Lawrence, KOOS = punteggio di esiti per l'osteoartrite al ginocchio. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 5: L'attività fisica è stata valutata da IPAQ in due gruppi. #: dati distribuiti distorti. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 6: Funzione cardiopolmonare dei due gruppi. #: dati distribuiti distorsivi, *: dati normalmente distribuiti. Abbreviazioni: VC = capacità vitale, FVC = capacità vitale forzata, FEV1 = volume espiratorio forzato in 1 s, FEV1/FVC = volume espiratorio forzato in un secondo/capacità vitale forzata, MVV: ventilazione volontaria massima, VO2picco = picco di assorbimento di ossigeno, RER = tasso di scambio respiratorio, VCO2picco = picco di anidride carbonica emersa,VE picco = picco della ventilazione minuta, piccoHR = picco della frequenza cardiaca, HRR = riserva di frequenza cardiaca, VO2/HR picco = picco dell'impulso di ossigeno, PETO2 picco = picco della pressione parziale dell'ossigeno a fine marea, PETCO2picco = picco di pressione di anidride carbonica a fine marea, AT = soglia anaerobica. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 7: Attivazione dei muscoli degli arti inferiori durante la salita delle scale dei due gruppi. #: dati distribuiti distorsivi, *: dati normalmente distribuiti. Abbreviazioni: GMAX = gluteo massimo, GMED = gluteo medio, RF = retto femorale, VL = vasto laterale, VM = vasto mediale, BF = bicipite femorale, TA = tibiale anteriore, MG = testa mediale del muscolo gastrocneneo. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 8: Coefficienti di correlazione di Pearson tra RMS della BF e funzione cardiopolmonare. Abbreviazioni: BF = bicipite femori, VO2peak = picco di assorbimento di ossigeno, MVV = massima ventilazione volontaria. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Discussione

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Questo è il primo studio che indaga la funzione cardiopolmonare, l'attivazione muscolare e la loro relazione in individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD. In linea con l'ipotesi, abbiamo osservato che le persone con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD presentano una ventilazione massima volontaria (MVV) significativamente più bassa, una maggiore attivazione del bicipite femorale (BF) durante la salita delle scale e livelli più bassi di attività vigorose. Inoltre, questo studio ha riscontrato una relazione negativa tra MVV e attivazione della grassa corporea durante la salita delle scale.

Con un aumento del rischio di CVD, le persone con OA al ginocchio sono limitate nell'attività fisica, in particolare in attività vigorosa. La mancanza di attività fisica è il quartofattore di rischio per la mortalità globale e ha un'influenza significativa sulla prevalenza delle malattie, tra cui OA eCVD 5. La relazione tra attività vigorosa, OA al ginocchio e rischio di CVD è variabile e dinamica: uno studio precedente ha dimostrato che, sebbene l'attività vigorosa offra benefici più forti all'OA rispetto all'attivitàleggera 31, periodi prolungati di attività vigorosa possono avere effetti negativi sui difetti della cartilagine mediale del ginocchio e aggravare il dolore, che può influenzare le persone con OA al ginocchio a evitare un'attività fisicavigorosa 32, 33. Per le persone con un rischio aumentato di CVD, la partecipazione a qualsiasi attività fisica è associata a un rischio minore di CVD, ma l'attività vigorosa porta il maggior beneficio per il rischiocardiovascolare 34. Tuttavia, le persone con un rischio aumentato di CVD temono comunemente che un'attività vigorosa sia intollerabile e possa portare a eventicardiovascolari 35. Pertanto, suggeriamo che le persone con aumento del rischio di AVC al ginocchio possano evitare l'attività fisica vigorosa a causa dei sintomi di OA del ginocchio combinati con la paura di eventi cardiovascolari.

Inoltre, questo studio ha rilevato che gli individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD presentavano un MVV più basso rispetto a quelli con OA isolata al ginocchio. Un MVV più basso indica una diminuzione della resistenza muscolare respiratoria negli individui con OA al ginocchio e un aumento del rischio diCVD 36. Il declino della MVV può essere influenzato da comorbidità come il diabete mellito e l'ipertensione, che possono portare a complicazioni microvascolari che alla fine influenzano la resistenza muscolarerespiratoria 36,37,38. In questo studio, la maggior parte dei partecipanti nel gruppo OA del ginocchio e nel gruppo a rischio aumentato di CVD presentava diabete mellito e ipertensione, che potrebbero aver contribuito alla minore MVV osservata. Un MVV più basso può limitare la capacità di un individuo di mantenere una ventilazione maggiore e prolungata per soddisfare le esigenze dello scambio gassoso durante l'esercizio, portando infine a una riduzione dell'attività fisica da moderata avigorosa 36,39,40. Pertanto, gli individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD hanno evitato un'attività fisica vigorosa, che può essere anche associata a una diminuzione della funzione polmonare.

Tuttavia, questo risultato è incoerente con la nostra ipotesi, poiché gli individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD non hanno mostrato una diminuzione significativa della fitness cardiopolmonare. Tradizionalmente, ilVO 2peak è un indicatore potente della fitness cardiopolmonare, con unVO 2peak più basso associato a una maggiore tendenza a sviluppare un rischio futurodi CVD 41. In questo studio, gli individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD hanno mostrato solo una leggera riduzione delVO 2peak. Ipotizziamo che ciò possa essere dovuto al fatto che il volume totale di attività fisica giornaliera non è stato ridotto in questi individui. Uno studio precedente ha rilevato che, rispetto all'attività di intensità moderata, l'attività vigorosa ha un effetto superiore sulVO 2peak, ma anche il volume di allenamento è un fattoreimportante 42. In questo studio, sebbene gli individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD abbiano mostrato un evitamento dell'attività vigorosa, la quantità di attività vigorosa è limitata negli individui con OA del ginocchio isolato. Inoltre, non è stata rilevante differenza significativa nel volume totale di attività tra i due gruppi. Questi risultati possono aiutare a spiegare i risultati ottenuti.

Difficoltà e dolore nella navigazione delle scale, spesso i primi sintomi dell'osteoartrite del ginocchio (OA), possono derivare da comportamenti anomali di attivazione dei muscoli inferiori, che modificano il carico articolare delginocchio. In questo studio, le persone con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD hanno mostrato una maggiore attivazione del muscolo bicipite femorale (BF) durante la salita e la discesa delle scale rispetto a coloro con OA isolata del ginocchio. Il BF è anatomicamente collegato sia all'anca che a quello del ginocchio, e la sua attivazione gioca un ruolo nella flessione del ginocchio così come nell'estensione43 dell'anca. Come documentato in precedenza, la debolezza del quadricipite è comune nell'OA del ginocchio, e l'aumento dell'attivazione del quadricipite compensa questa disfunzione spostando il carico sull'articolazione dell'ancanon colpita 43,44. Inoltre, l'aumento dell'attivazione della BF aiuta a stabilizzare l'articolazione del ginocchio aumentando la produzione di forza compressiva e riducendo la traslazione anteriore dellatibia 43,45. Tuttavia, cambiamenti nell'attivazione della grassa corporea possono alterare la normale distribuzione del carico al ginocchio, potenzialmente aggravando la progressionedell'OA 43 del ginocchio.

In linea con l'ipotesi, nel presente studio, gli individui con OA al ginocchio e aumento del rischio di CVD hanno mostrato una correlazione negativa moderata tra un'attivazione più alta della BF e una minore MVV. Simile a questo studio, uno studio precedente ha rilevato che la MVV era associata al muscolo periferico in individui con anemiafalciforme 46. La diminuzione della forza e della forma fisica dei muscoli respiratori è correlata a una diminuzione della forza della presadelle mani 46. Nel presente studio, la strategia di compensare la debolezza del quadricipite con una maggiore attivazione della grassa corporea può portare all'aprassia motoria del quadricipite e aggravare l'OA in individui con rischio di OA al ginocchio e CVD. Una grave disfunzione del quadricipite influisce negativamente sull'attività fisica moderata-vigorosa47, che può essere associata a disfunzione dei muscoli respiratori e portare infine a una diminuzione diMVV 48,49.

Per confermare ulteriormente la nostra ipotesi, potrebbero essere adottati diversi approcci alternativi. Ad esempio, gli studi di imaging (fMRI o radiografia) potrebbero visualizzare direttamente i cambiamenti strutturali associati a muscoli e articolazioni nel ginocchio, fornendo una corroborazione anatomica dei risultati comportamentali/fisiologici di questo studio. Inoltre, il follow-up longitudinale della coorte sarebbe prezioso per determinare la traiettoria a lungo termine e gli esiti clinici del fenomeno che abbiamo osservato, stabilendo la causalità oltre le associazioni identificate nell'attuale disegno trasversale attraversale.

La correlazione negativa tra un'attivazione più elevata della grassa corporea e una minore MVV suggerisce anche il valore della sEMG come metodo non invasivo per identificare schemi di attività muscolare aberranti durante la camminata delle scale, il che può aiutare a caratterizzare i tratti clinici in individui con osteoartrite al ginocchio (OA) e aumento del rischio di malattie cardiovascolari (CVD).

Limitazioni
Dovrebbero essere considerate diverse limitazioni nell'interpretazione dei risultati di questo studio. Innanzitutto, il punteggio di rischio per le malattie cardiovascolari calcolati utilizzando il China-PAR è influenzato da diversi fattori, tra cui diabete, iperlipidemia, ipertensione e circonferenza vitare. Tuttavia, lo studio è uno studio caso-controllo con un campione di dimensioni ridotte, il che può introdurre bias statistici. Le ricerche future dovrebbero ampliare la dimensione del campione e stratificare i partecipanti per livello di rischio (basso, medio, alto). Gli studi successivi dovrebbero includere studi di intervento, coorti multicentriche o indagini meccanicistiche per verificare le associazioni osservate. Inoltre, la maggior parte degli individui nel gruppo a rischio di OA del ginocchio e di CVD aumentato presentava solo il rischio di CVD, piuttosto che una diagnosi certa di malattia cardiovascolare, il che potrebbe limitare la generalizzazione dei risultati. Sono necessari ulteriori studi per indagare la biomeccanica e la funzione cardiopolmonare di individui con OA e CVD al ginocchio.

Conclusioni
Questo studio ha rivelato che gli individui con rischio di OA al ginocchio e CVD hanno sperimentato un calo relativamente minore della forma cardiopolmonare rispetto a quelli con OA isolata del ginocchio. Tuttavia, hanno anche mostrato una tendenza a evitare l'attività fisica vigorosa, insieme a una diminuzione della funzione polmonare e a una maggiore attivazione del muscolo bicipite femorale. Inoltre, è stata osservata una correlazione negativa tra la riduzione della MVV e l'elevata attivazione della BF.

Questi risultati suggeriscono due implicazioni chiave: innanzitutto, la sEMG rappresenta uno strumento non invasivo prezioso per caratterizzare i segni clinici nei pazienti a rischio con artrosi al ginocchio, rilevando schemi di attivazione muscolare aberranti durante la camminata delle scale. In secondo luogo, gli interventi di esercizio su misura per questa popolazione dovrebbero inizialmente concentrarsi sul ripristino dell'equilibrio muscolare intorno al ginocchio, seguiti dall'incorporazione progressiva di attività vigorose per migliorare la forma cardiopolmonare e la funzione polmonare.

Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano di non avere conflitto di interessi.

Ringraziamenti

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Gli autori sono grati a tutti i partecipanti. Gli autori riconoscono inoltre il Centro di Esame Fisico e il Dipartimento di Imaging del Terzo Ospedale Popolare della Provincia di Fujian, per lo screening dei partecipanti. Questo studio è finanziato dal Dipartimento Provinciale di Scienza e Tecnologia del Fujian (Progetto Grant numero 2020Y0053), dal Progetto Nazionale di Costruzione di Discipline Cliniche Chiave della Cina (Z155080000004), dal Shanghai Research Center of Rehabilitation Medicine (Centro di Ricerca Prioritario di Shanghai) (2023ZZ02027), dalla Natural Science Foundation della Provincia di Fujian (Grant 2025-P-005, 2025E3005), Key Laboratory Open Subject (Project Grant Number ZD2020-4-1), e la National Natural Science Foundation of China (Project Grant Number 82074515).

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
elettrocardioscanner dinamicoGE Healthcare2019001977monitoraggio in tempo reale, riutilizzabile
Sistema di test della funzione polmonareCarefusion Germany 234 GmbHV-919016monitoraggio in tempo reale, riutilizzabile
Tapis roulantTapis roulant HLP/Cosmos180409cinghia cingolata, velocità e pendenza possono essere regolate
Sistema di Biofeedback WirelessDelsysSP-W02C-1096Wireless, biofeedback EMG, riutilizzabile

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