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

PREVIOUS KNEE INJURY OR TRAUMA

High-impact loading knee injuries such as tears of the

meniscus, ligaments, or capsule; joint dislocations; and intra-

articular fractures in young individuals has been previously

linked with a 5.2-fold increased relative risk of developing

subsequent knee OA.

22

The energy initially absorbed by the

joint surfaces at the time of injury has been suggested as an

important predictor of development of knee post-traumatic

OA (PTOA).

64

This PTOA has fundamentally different etiol-

ogy than the primary degenerative OA discussed previously

in this review. The emerging hypothesis related to PTOA is

that the severity of the initial trauma and the subsequent cas-

cade of pathophysiological events such as in

flammation and

chondrocyte senescence, along with any residual joint insta-

bility, incongruity, or alteration in biomechanics, contribute

substantially to the onset and progression of knee OA.

65

The risk of knee PTOA is most likely even higher in

young military Service Members due to the high-energy

nature of most battle

field injuries. In fact, in a recent report

in combat-injured warriors who could not return to duty,

injuries to the knee resulted in post-traumatic knee OA in

every case at an average of 19 ± 10 months after injury.

66

This trajectory of knee PTOA development after combat

injuries appears to be much steeper than the 10 to 15 year

rate previously reported after anterior cruciate ligament rup-

tures or meniscal damage in the general population.

67

–69

Given that most combat-related injuries resulting from high-

energy explosions involve multiple limbs and joints,

66

it is

likely that the concurrent injury to the knee of the intact

limb along with altered joint biomechanics after amputation

could lead to a greater risk of developing PTOA in individ-

uals with traumatic unilateral lower limb amputation. Addi-

tional research to better understand the involvement of

multiple joint tissues and the critical cellular and molecular

events after trauma and injury is needed to develop strate-

gies (e.g., surgical, pharmaceutical, rehabilitative, etc.) to

slow or halt the onset or progression of knee PTOA after

lower limb amputation.

PHYSICAL ACTIVITY LEVEL

Previous

findings concerning the association between exer-

cise, sports participation, and risk of knee OA have been

somewhat perplexing. For instance, regular exercise has

been suggested as a favorable option for maintaining articu-

lar cartilage health.

35

Experimental studies in animals have

also shown that loading of healthy joints through moderate

bouts of running is associated with increased articular carti-

lage thickness, proteoglycan content, and mechanical stiff-

ness of the tissue.

23,24

In addition, recreational- or even

elite-athlete level long-distance running have shown to be

unrelated to accelerated incidence or severity of radiographic

knee OA in the absence of underlying joint disease.

70,71

In

contrast, other studies have associated participation in spe-

ci

fic sports that involve running, jumping, and heavy lifting

with higher incidents of knee OA and an increased rate of

disease progression.

72,73

In general, individuals with unilateral transtibial amputa-

tion, regardless of traumatic or nontraumatic origin of the

initial injury, demonstrate decreased activity levels when

compared to nonamputees.

74

In previous literature, it has

been reported that individuals with lower limb amputation

on average take 1,540 to 3,163 steps per day,

75,76

as com-

pared to healthy adults who ambulate anywhere between

4,000 and 18,000 steps per day.

77

Given that mechanical

loading of the knee joint is inherently linked to mainte-

nance of the articular cartilage, adequate levels of mechani-

cal stimulation are essential for maintaining articular

cartilage tissue homeostasis through balancing solid matrix

synthesis and degeneration.

78

Therefore, lower frequency

of knee joint loading due to diminished activity levels can

lead to the reduction in cartilage tissue resiliency

35

needed

to meet the requirements of higher demanding activities,

such as sports participation or returning to active duty

that may be desired by young Service Members with lower

limb amputations.

It has been suggested that individuals with amputations

who participate in sports and/or regular physical activity report

signi

ficant benefits both physically and psychologically, such

as improved strength, endurance, balance, and improved self-

esteem and QOL.

79

Previous studies have shown that 32 to

60% of individuals with lower limb amputation participate in

some form of sports, whether recreationally or competi-

tively.

80

Currently, whether sports participation in individuals

with lower limb amputation could be a risk factor for onset

and progression of knee OA remains unknown. In a small

study, Melzer et al

1

found no differences in the intact limb

knee OA incidence between individuals with amputations

who did and did not play volleyball. Additional longitudinal

data are needed to better understand how early return to high-

demanding sports activities may contribute to the onset and

progression of knee OA. Additionally, Service Members are

anticipated to perform physical activities beyond level walk-

ing and running, which warrants further investigation of

such activities.

CONCLUSIONS

Available scienti

fic evidence to date supports that young

military Service Members with traumatic, unilateral lower

limb amputations may be at increased risk for developing

knee OA compared to nonamputees. Given the high life

expectancy of young injured military Service Members, devel-

opment of effective rehabilitative programs to prevent or delay

knee OA through early risk factor identi

fication and modifica-

tion is a crucial step in optimizing long-term function and

QOL after traumatic, unilateral limb amputations. Future

development of such programs should span a comprehensive

range. Components should include screening of the intact limb

for prior high-energy trauma and joint pain, managing body

weight, further study of intact side knee joint mechanics, and

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

42

Development of Knee Osteoarthritis After Unilateral Lower Limb Amputation

---