The effect of Anterior Cruciate Ligament deficiency and reconstruction on gait variability using non linear parameters

Μελέτη της επίδρασης της ρήξης και χειρουργικής αποκατάστασης του προσθίου χιαστού συνδέσμου με τη χρήση μη γραμμικών παραμέτρων

The effect of Anterior Cruciate Ligament deficiency and reconstruction on gait variability using non linear parameters

Moraiti, Constantina

Μωραΐτη, Κωνσταντίνα

PhD Thesis

2010

The sudy of variability using non-linear parameters has shown that healthy biological systems exhibit chaotic properties which provide them with flexibility and adaptability to the ever changing environmental demands. These systems are characterized by an optimal amount of variability and great complexity. Aging and diseased states lead in alterations in variability and decreased complexity which result in reduced flexibility and adaptability. We used this approach to examine the mechanisms that take place after Anterior Cruciate Ligament (ACL) rupture and reconstruction using either Bone-Patellar-Tendon-Bone (BPTB) or quadrupled semitendinosus/glacilis (ST/G) autograft. This was accomplished by examining gait variability. We hypothesized that ACL rupture will result in alterations in gait variability and decreased complexity and that these changes will be restored after ACL reconstruction using either BPTB or quadrupled ST/G autografts. METHODS: We examined ACL deficient patients, ACL reconstructed patients and healthy controls. Each individual walked on a treadmill at a self selected speed for 2 minutes while kinematic data were recorded using a 6- camera optoelectronic system. Gait variability was assessed though the calculation of Approximate Entropy (ApEn) and Lyapunov Exponent (LyE) values for the knee flexion extension time series. RESULTS: ACL deficiency results in decreased gait variability while ACL reconstruction is charecterised by increased gait variability when compared to healthy controls. No difference was found between the two autografts. DISCUSSION: Our results confirmed our first hypothesis but refuted our second one. Thus, ACL reconstruction does not restore gait variability. Both ACL deficiency and reconstruction 83 are characterized by decreased complexity, which is associated with decreased adapability to stimuli and stresses. These changes could be due to the mechanical or proprioceptive deficits, as demonstrated by alterations in the activity of the muscles around the knee in both situations. These findings exist regardless of the autograft used.

Η μελέτη της μεταβλητότητας με τη χρήση μη γραμμικών παραμέτρων έδειξε ότι τα υγιή συστήματα στον ανθρώπινο οργανισμό διέπονται από χαοτικές ιδιότητες που τους προσδίδουν πλαστικότητα καθιστώντας τα ικανά να προσαρμόζονται και να ανταπεξέρχονται στις αλλάγες του περιβάλλοντος. Τα συγκεκριμένα συστήματα χαρακτηρίζονται από μέγιστη πολυπλοκότητα και βέλτιστο επίπεδο μεταβλητότητας. Το γήρας αλλά και παθολογικές καταστάσεις μεταβάλουν την μεταβλητότητα και μειώνουν την πολυπλοκότητα, οδηγώντας σε περιορισμό της ευελιξίας και της προσαρμοστικότητας του συστήματος. Χρησμοποιήσαμε αυτή την προσέγγιση για να μελετήσουμε τις αλλάγες που επέρχονται μετά από ρηξη Πρόσθιου Χιαστού Συνδέσμου αλλά και μετά την πλαστική αποκατάσταση αυτού χρησιμοποιώντας είτε αυτομόσχευμα επιγονατιδικού (BPTB) είτε αυτομόσχευμα οπισθίων μηριαίων (ST/G). Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η μεταβλητότητα κατά τη βάδιση. Υποθέσαμε ότι η ρήξη ΠΧΣ θα συνεπάγεται αλλαγές στη μεταβλητότητα κατά τη βάδιση και μεέιση της πολυπλοκότητας. Επίσης, υποθέσαμε ότι οι αλλαγές αυτές θα αποκατασταθούν μετά την πλαστικη ΠΧΣ χρησιμοποιώντας είτε BPTB είτε ST/G αυτομοσχευμα. ΜΕΘΟΔΟΣ: Εξετάστηκαν ασθενείς με ρήξη ΠΧΣ, με πλαστική ΠΧΣ και υγιείς. Κάθε εξεταζόμενος περπετούσε σε κυλιόμενο τάπητα σε ταχύτητα που ο ίδιος είχε επιλέξει, ενώ γινόταν καταγραφή των κινηματικών δεδομένων με τρισδιάστατο οπτικό-ηλεκτρονικό σύστημα ανάλυσης βάδισης με 6 κάμερες. Η εκτίμηση της μεταβλητότητας έγινε μέσω των παραμέτρων Approximate Entropy (ApEn) και Lyapunov Exponent (LyE) για την κάμψη- έκταση στο γόνατο. 81 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Η ρήξη ΠΧΣ συνοδεύται από μειωμένη μεταβλητότητα κατά τη βάδιση ενώ η πλαστική ΠΧΣ χαρακτηρίζεται από αύξηση της μεταβλητότητας κατά τη βάδιση, συγκριτικά με ένα υγιές άκρο. Δε διαπιστώθηκαν διαφορές μεταξύ των δύο μοσχευμάτων. ΣΥΖΗΤΗΣΗ: Τα αποτελέσματά μας επιβεβαίωσαν την πρώτη μας υπόθεση αλλά απέρριψαν τη δεύτερη. Συνεπώς, η πλαστική ΠΧΣ, ανεξάρτητα από το αυτομόσχευμα που έχει χρησιμοποιηθεί δεν αποκαθιστά τη μεταβλητότητα κατά τη βάδιση. Και οι δύο καταστάσεις χαρακτηρίζονται από μειωμένη πολυπλοκότητα που συνεπάγεται περιορισμένη προσαμοστικότητα σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος. Το φαινόμενο αυτό ίσως είναι αποτέλεσμα εμβιομηχανικών αλλαγών ή ελλειμμάτων ιδιοδεκτικότητας, όπως προκύπτει από μελέτες που παριγράφουν αλλαγές στη δραστηριότητα των μυών πέριξ του γόνατος τόσο με πήξη όσο και με πλαστική ΠΧΣ.

Ιατρική και Επιστήμες Υγείας ➨ Κλινική Ιατρική

Chaos

Clinical Medicine

Μη γραμμικά δυναμικά

Ανάλυση βάδισης

Medical and Health Sciences

Κλινική Ιατρική

Non linear dynamics

Πρόσθιος χιαστός σύνδεσμος (ΠΧΣ)

Anterior cruciate ligament

Gait analysis

Ιατρική και Επιστήμες Υγείας

Χάος

Greek

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

University of Ioannina

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Ιατρικής. Τμήμα Ιατρικής. Τομέας Χειρουργικός. Κλινική Ορθοπαιδική Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Ιωαννίνων

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης και Ηλεκτρονικού Περιεχομένου (ΕΚΤ)

Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών

Συλλογή ΕΑΔΔ