Military Medicine International Journal of amsus raising the bar: extremity trauma care guest editors

underlying disease that could be used for initiation of early

prevention and intervention strategies.

OBESITY

Obesity is a well-documented individual risk factor for pri-

mary knee OA in older adults. To this end, a three-fold

increase in risk of future knee OA development has been

previously reported for young men between the ages of 20

and 29 years with BMI values between 24.7 and 37.6 kg/m

2

compared to their leaner counterparts with BMI values

between 15.6 and 22.8 kg/m

2

.

19

Epidemiologic studies have

previously demonstrated that obesity is linked to both the

development and progression of knee OA

20

; however, there

is considerable debate about how obesity contributes to the

onset and progression of the disease. Potential mechanisms

for the contribution of obesity to knee OA include (1) a gen-

eralized negative metabolic environment re

flecting a sys-

temic in

flammatory response to the products secreted by the

adipose tissues;

30,31

(2) increased cumulative compressive

loads experienced by the joint due to a greater body mass;

32

or (3) a combination of both metabolic and biomechanical

factors. Currently, evidence in support of the metabolic

explanation of the link between obesity and knee OA are

mixed. Although some authors have suggested that meta-

bolic factors associated with obesity contribute to the patho-

genesis of knee OA,

30,31

others have not supported this

premise.

33

On the other hand, the biomechanical theory

explaining the potential link between knee OA and obesity

is well supported by the contention that excessive body mass

increases the loads placed on the knee joint.

32

For example,

it has been reported that a weight increase of 1 kg can result

in a four-fold (4 kg) increase in compressive knee joint loads

per step during activities of daily living.

32

However, the

potentially deleterious effects of greater joint loads due to an

increase in body mass may be countered by the lower activity

level, slower preferred walking speed, and less number of

steps taken per day by individuals with higher body mass,

therefore reducing the total knee joint loading exposure.

Clinical observations suggest that individuals with traumatic

lower limb amputation are at increased risk for weight gain

and obesity. Kurdibaylo

34

reported higher fat content in body

mass for individuals with transtibial (21%) and transfemoral

amputations (23%) compared to age-matched controls (13%).

Norvell et al

3

also reported signi

ficantly higher average body

weight and BMI for individuals with unilateral transtibial and

transfemoral amputations compared to control subjects greater

than 40 years of age. Younger individuals with amputations,

in particular, are at high risk of obesity progression within

their

first year status post amputation, mostly as a result of a

sedentary lifestyle immediately after amputation but before

prosthesis

fitting.

34

Given that military standards for recruit-

ment commonly exclude overweight volunteers, increased

risk of obesity after lower limb amputation is most likely a

consequence of the limb loss, which provides a great oppor-

tunity for initiation of early weight management strategies.

ABNORMAL KNEE JOINT MECHANICS

Knee joint mechanics experienced over time create a cus-

tomary joint loading history that helps to precondition the

tissue to withstand repeated mechanical demands without

sustaining injury.

35

However, joint damage may occur when

the mechanical environment is signi

ficantly altered, such that

new patterns of cartilage stresses\strains outside a habituated

envelope result.

35

This may be a concern after a traumatic,

unilateral lower limb amputation, where the intact limb is

challenged by increased demands for body support and for-

ward progression. Several key reviews within the past

decade have summarized the speci

fic mechanical factors

which in

fluence the onset and progression of compartment

knee OA in the general population

9,36,37

and after lower

limb amputations.

38,39

In both populations, the external knee

adduction moment (KAM) has been the most frequently

used surrogate measure for medial knee joint loading related

to knee OA. The KAM may be roughly estimated by multi-

plying the magnitude of the ground reaction force (GRF) in

the frontal plane with the lever arm distance between the

line of action of the GRF and the knee joint axis of rotation

(Fig. 1). Individuals with knee OA characteristically demon-

strate elevated peak KAM during walking that are strongly

associated with severity of medial compartment knee OA,

which is 10 times more prevalent in the general nonamputee

population than lateral compartment knee OA.

9,36

Further-

more, for patients with existing medial knee OA, KAM

magnitude at baseline has strong associations with baseline

knee pain severity, and was shown to be longitudinally

FIGURE 1.

Schematic representation of intact limb knee adduction

moment (KAM) during initial limb loading. Ground reaction force (GRF)

magnitude, along with the perpendicular distance (white dotted line)

between the GRF line of action and the frontal plane knee center of rotation

approximates KAM magnitude, which is highly determinate of compressive

load within the medial knee compartment.

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

40

Development of Knee Osteoarthritis After Unilateral Lower Limb Amputation

---