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. 2019 Sep 23;55(5):509–517. doi: 10.1055/s-0039-1696681

The Effects of Physical Exercise on Pain Management in Patients with Knee Osteoarthritis: A Systematic Review with Metanalysis *

Thiago Casali Rocha 1,, Plínio dos Santos Ramos 1, Alessandra Germano Dias 2, Elaine Angélica Martins 2
PMCID: PMC7575366  PMID: 33093712

Abstract

Objective  The present study verified, through a systematic review with meta-analysis, the effects of a rehabilitation, physical training program for the treatment of pain and muscle strength in knee osteoarthritis (OA).

Methods  We analyzed studies published between 2008 and 2018 referenced at the Medline (National Library of Medicine) database, selecting 7 randomized controlled clinical trials about exercise programs to improve pain and muscle strength in patients with knee OA with Physiotherapy Evidence Database (PeDro) score higher than 8. The Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA) systematization was used to prepare this review, and a meta-analysis was carried out to obtain mathematical evidence the outcomes of physical exercise on pain.

Results  The studies included in the analysis contained a total of 934 participants aged 40 to 73 years-old, with 34.90% males. Most of the exercise sets offered in OA treatment had a significantly positive outcome result in both criteria, but mainly for pain relief (statistically significant difference, p  < 0.003).

Conclusion  We infer that there was an improvement of pain in all articles that performed muscle strengthening, but there is still an obstacle to the protocols used.

Keywords: pain, muscle strength, osteoarthritis of knee, exercise and movement techniques

Introduction

Population aging has grown all over the world, increasing the health challenges, especially with regard to the large number of conditions affecting the elderly. Among them, osteoarthritis (OA) stands out. 1 According to Framingham, OA is the second cause of work absenteeism and the main cause of disability in the elderly. 2

Osteoarthritis is as a degenerative and progressive non-inflammatory joint disease consisting of articular cartilage degradation and subchondral bone alterations. 3 This condition affects the normal synchronous movement of the joint, resulting in pain, stiffness, muscular strength deficit, and joint instability, which can reduce the individual's functional mobility and lead to functional loss. 4 However, it is believed that OA does not result from the aging process, but from biochemical changes and biomechanical stresses affecting joint cartilage. 5 6

As such, it is known that knee OA mostly affects females, since, anatomically, in females, the cartilage of this region is thinner, with smaller area and volume, resulting in an increased shear force at the site. 7

In a randomized controlled trial, Nguyen et al. 8 have shown that exercise therapy is successful in improving the physical performance of patients with knee OA and severe comorbidities. In line with this information, the updated 2014 guidelines from the Osteoarthritis Research Society International (OARSI) considered rehabilitation as the main treatment for OA. Through a meta-analysis, OARSI concluded that exercise therapy associated with strength training and aerobic activity reduced pain and improved the individual's physical function. 8 9

In a systematic review, Lange et al. 10 evaluated the efficacy of resistance training in the management of knee OA. They observed a general improvement in the symptoms and physical performance of the patients; in addition, these authors verified that more than half of the included studies reported success in the application of resistance training as physical function and muscular strength, which improved significantly when compared to the groups receiving standard care. 9 10

Tanakar et al., 11 in a systematic review with meta-analysis of randomized clinical trials, pointed out that aerobic exercises associated with non-weight-bearing strengthening exercises were more effective in relieving pain in short-term activities. However, the literature reports that balance exercises, endurance training and aerobic exercises are associated with pain reduction, stiffness relief, and physical function improvement in patients with knee OA. 12 13 14 15

As such, we need to understand the efficacy of physical training over knee OA impact factors. There are several evidences 12 13 16 17 on the benefits of some knee OA rehabilitation methods, but the ideal treatment regimen for each condition is still in question. These rehabilitation methods include physical training using methods or programs to promote, maintain or restore the physical and physiological well-being of an individual. 18

Thus, this study aims to verify controlled and randomized studies through a systematic review of the effects of a rehabilitation, physical training program for pain management and muscle strength in knee OA.

Methods

The most relevant studies originally published in English at the MEDLINE (National Library of Medicine), Scientific Electronic Library Online (SciELO), and Latin American and Caribbean Literature in Health Science database (LILACS) databases between January 2008 and December 2018 were included in our analysis. To select studies with the highest scientific evidence, only randomized controlled clinical trials (RCTs) were used for the bibliographic review. The search for scientific papers contained the following combinations of keywords: movement techniques exercise , knee osteoarthritis AND pain AND muscle strength AND proprioception training , as well as their variations at Medical Subject Headings (MeSH).

Inclusion and exclusion criteria are shown in Box 1 .

Box 1. Inclusion and exclusion criteria.

Inclusion criteria
Study design: randomized controlled clinical trials
Intervention: exercise programs for pain and muscular strength improvement in patients with knee osteoarthritis
Only in human subjects
Language: English
Studies performed at the last 10 years
Exclusion criteria
Intervention: unclear, poorly described or inadequate
Publication form: only abstracts
Main variables analyzed
Knee pain
Muscle strength

The studies were selected by two independent reviewers; those not related to the review subject or presenting some kind of bias were excluded. To verify the validity of eligible randomized trials, pairs of reviewers working independently and reliably determined the adequacy of randomization regarding exercise protocols performed by the control and intervention groups.

Next, the abstracts of the selected papers were analyzed to identify those meeting the inclusion and exclusion criteria. Papers that did not have any of the study outcomes, did not address knee OA, did not have a specific group, or did not perform any type of exercise, in addition to those that were study protocols, were excluded.

The relevant papers were submitted to a final evaluation according to their score in the Physiotherapy Evidence Database (PEDro) scale to help researchers quickly identify which ones have internal validity and enough statistical information for results interpretation. To be eligible for this systematic review, a minimum PEDro score of eight was required. In addition, the scale proposed by Jadad et al. 19 was employed. This scale consists of 5 criteria, ranging from 0 to 5 points, and a score lower than 3 indicates that the study has low methodological quality and that its results will hardly be extrapolated for other scenarios.

Results

Based on the previously described keywords, 986 papers were selected from the MedLine, Lilacs, and ScieLo databases. After applying all inclusion and exclusion criteria, 35 papers were read and evaluated using the PEDro and the Jadad scales. Seven papers were considered relevant for our systematic review, as shown in Figure 1 .

Fig. 1.

Fig. 1

Flow chart.

Tables 1 and 2 show the PEDro and Jadad scores of the 7 studies included in this systematic review, with a minimum score of 8 points in 11 papers and 3 points in 5 papers, respectively.

Table 1. Physiotherapy Evidence Database scale.

PEDro Scale
Study C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 Score
Boon-Whatt Lim et al., 2008 33 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
K.L. Bennell et al., 2010 25 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
G. Kelley Fitzgerald et al., 2011 20 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 8/10
Saccomanno MF et al., 2016 21 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
Palmer S et al., 2014 22 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 8/10
Holsgaard-Larsen A et al., 2017 23 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
Jorge RT et al., 2015 24 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10

Abbreviation: PEDro, Physiotherapy Evidence Database.

Table 2. Jadad scale.

Items Boon-Whatt Lim et al., 2008 32 K.L. Bennell et al., 2010 24 G. Kelley Fitzgerald et al., 2011 19 Sacco manno MF et al., 2016 20 Palmer S et al., 2014 21 Holsgaard-Larsen A et al., 2017 22 Jorge RT et al., 2015 23
Was the study described as randomized? 1 1 1 1 1 1 1
Was there a description of randomization? Was it adequate? 1 1 1 1 1 1 1
Were there comparisons and results? 1 1 1 1 1 1 1
Was there a description of comparisons and results? Were they adequate? 1 1 1 1 1 1 1
Was there a description of withdrawals and dropouts? 1 1 1 1 1 1 1
TOTAL 5 5 5 5 5 5 5

The studies included in the analysis contained a total of 934 participants aged 40 to 73 years-old, with 34.90% of the subjects being male. The studies evaluated the effectiveness of an exercise set for knee OA management, and some compared the exercises with other treatment techniques, which took place over a mean period of 12 weeks. The analyzed variables were pain and muscle strength, and most exercises sets for OA treatment led to significantly positive outcomes for both variables, but mainly pain, as shown in Table 3 .

Table 3. Summary of studies and their main results on muscle strength and knee pain.

Study SAMPLE GI GC Duration Analyzed variables
SAMPLE MEN AGE GROUPS PAIN MUSCLE STRENGTH
Lim et al., 2008 33 107 48 53–73 years old GI: 54
GC: 53
Quadriceps strengthening with weighted shin sleeves and Theraband No intervention 12 weeks Significant pain improvement in the group with better knee alignment NA
K.L. Bennell et al., 2010 25 102 51 62–73 years old GI: 51
GC: 51
Hip strengthening l (quadriceps adduction, external rotation, extension and isometry) No intervention 12 weeks Pain improvement in GI compared to GC Significant hip and quadriceps strength improvement compared to the control group
G. Kelley Fitzgerald et al., 2011 20 183 61 63–73 years old GI:92
GC: 91
The agility and disturbance group received the same standard exercise program with the addition of training techniques on agility and disturbance Standard exercise program: an exercise program including muscle stretching, strengthening and walking on a treadmill 4 years and 2 months Both groups presented modest improvements, but with no significant differences between them NA
Saccomanno MF et al., 2016 21 165 44 40–70 years-old GI-1: 53
GI-2:53
GC: 51
GI-1: three hyaluronic acid (HA) injectionsGI- 2: HA injections + knee exercises Knee exercises 6 months At the 1 st month, GI-2 scores were significantly better compared to GI-1. GC and GI-2 presented a significant reduction at the 1 st and the 6 th month NA
Palmer S et al., 2014 22 224 83 60–72 years old GI:73
GC-1: 74
GC-2: 77
Active TENS (continuous mode, – 110 Hz, 50 µs) + knee exercises GC-1: fictional TENS + knee exercises GC-2: knee exercises (30 minutes of education + 30 minutes of exercises) 6 weeks Each score from each group significantly improved over time NA
Holsgaard-Larsen A et al., 2017 23 93 39 40–70 years old GI: 47
GC: 46
Warming up (10 minutes), functional, proprioceptive training, resistance strengthening and cooling down Information about analgesic and anti-inflammatory agents 8 weeks There were no significant differences between groups NA
Jorge RT et al., 2015 24 60 NA 40–70 years old GI: 29
GC:31
Warming up, 5 minutes at bike. Progressive resistance exercise (knee extension/flexion and hip adduction and abduction with light weights). No intervention 13 weeks Pain in the GI group was significantly lower in 45 and 90 days Significant differences for hip adduction between groups from T0 until the end of the study

Abbreviations: GC, control group; GI, intervention group; NA, not analyzed; TENS, transcutaneous electrical neural stimulation; T0, initial time.

Discussion

The present study aimed to analyze the efficacy of an exercise program in the treatment of knee OA, with pain and muscle strength being the main outcomes addressed. Our results demonstrate that a rehabilitation program that includes strengthening of a particular muscle group has positive effects on pain.

The quadriceps femoris, ischium cruralis, psoas major, gluteus maximus and medius, gastrocnemius, fascia lata tensor, long adductor, short adductor, gracilis, adductor magnus, and sartorius are the most evidenced muscles in this systematic review. 20 21 22 23 24 25

Among the muscles cited in rehabilitation programs, the main focus is on the femoral quadriceps. Its strengthening is commonly indicated in the treatment and progression of OA because it has a static and dynamic chondroprotective effect on the knee joint, and its weakness can generate joint overload, resulting in pain and instability. 26 According to O'Reilly et al., 27 there is an inverse relationship between quadriceps muscle strength in OA patients and pain reports, that is, the higher the muscle strength, the lower the pain. 27 28 However, the muscle at its greatest power may increase the shear force, or the compressive force, within the joint, which may increase the pain in the knee affected by OA; as such, when the joint is in a more flexed position, the muscle becomes more relaxed and these forces decrease over the joint, increasing the patient's comfort and reducing muscle activation. 29 30 The literature still discusses the relationship between the femoral quadriceps muscle and knee OA, and it is controversial whether muscle weakness contributes to the pathology or the pathology causes muscle weakness. 31 32

The joint kinematic imbalance resulted from mechanical factors may also influence the cause and progression of knee OA because alignment plays an important role in determining articular loads distribution, minimizing the impact effect; so, it is postulated that increased muscle strength is a major cause of impact, pain reduction and disability. As such, one needs to understand the influence of poor joint alignment in the treatment of OA. Lim et al. 33 showed that quadriceps strengthening in a group of patients with severe knee misalignment caused worsening of pain compared to the control group, but not in the group presenting better joint alignment. In addition, these authors noted that quadriceps strengthening did not improve knee alignment, showing that a 3% increase in quadriceps strength worsened knee misalignment by 1 degree. This finding is not necessarily in line with our results, but it highlights the importance of observing the joint alignment before starting a strengthening program to obtain positive outcomes, especially regarding pain. 34

Range of motion is also an important issue in joint treatment success, since patients with chronic knee OA may be subjected to immobilization or inactivity due to pain, resulting in joint capsule contractures and adaptive shortening. 35 Assuming that more elongated muscles have greater torque, the benefits of stretching programs exceed alignment and muscle balance. Hence, stretching therapy as an adjunctive treatment would be a favorable technique to be included in an exercise program for OA management. Both proprioceptive neuromuscular facilitation (PNF) and static stretching show excellent results, but PNF stretching was more effective than static stretching exercises. 35 36 Only three of the papers included in the present review had stretching exercises in their programs. 21 23 33

Most studies included in this review address, in addition to strengthening, balance and proprioceptive techniques. However, only Fitzgerald et al. 20 evaluated these techniques separately, and found no significant evidence that these exercises improve pain and muscle strength in OA patients. This finding does not corroborate the study by Diracoglu et al., 37 who compared kinesthesia and balance exercises or only strengthening exercises in women with knee OA, obtaining positive outcomes on muscle strength, quality of life, and the physical function scale, according to the WOMAC questionnaire.

To measure each of these outcomes, all authors opted for evaluation tools such as the WOMAC questionnaire and the visual analogue scale (VAS). The WOMAC questionnaire is an easy-to-apply, low-cost and specific instrument for knee OA composed of three domains, namely, pain, stiffness, and functionality. 38 Meanwhile, the VAS is a numerical instrument, with scores ranging from 0 to 10, with 10 cm in length, to validate pain sensation; greater VAS scores reflect increased pain levels. 30

Confronting each evaluation instrument, we can observe that when the evaluation of a specific question is required, as in OA, the VAS scale and the WOMAC questionnaire become very subjective; however, since WOMAC specifies momentary pain only in knee OA, it is most satisfactory for this type of evaluation. 30 38

Based on common evidence aspects, we conclude that for a rehabilitation program to be beneficial in the treatment of OA, it should satisfactorily evaluate knee joint misalignment and subsequently develop a treatment plan tailored to the needs of each patient. This evaluation will guide the therapist in the formulation of a physical training program focusing on the appropriate muscular group.

Our results indicate that an ideal program would include isometric and quadriceps femoris and crural ischial muscles isotonic strengthening exercises, especially quadriceps isotonic strengthening, crural and gastrocnemius ischial muscles dynamic stretching and proprioception and balance exercises.

The studies analyzed present some limitations, including the lack of a detailed description of the interventions, the load used, and the evolution of the exercises, mainly in relation to muscular stretches, thus hampering the final elaboration of an adequate physical training program. The duration of the intervention was very variable, not allowing us to reach a consensus about the ideal time to treat OA. The long-term benefits of therapy exercises and possible OA prevention are not yet known due to the lack of studies on these effects.

Another limitation observed is the absence of a gold standard instrument for muscle strength evaluation, such as the use of a dynamometer, compromising the quantitative analysis of this variable. We believed that the lack of such gold standard may be caused by reduced availability and high cost of evaluation devices.

Conclusion

This analysis shows that all papers examining the role of muscle strengthening in the treatment of OA reported pain improvement; however, the protocols used were not properly described, making it difficult to establish a specific physical exercise program for the treatment of knee OA. In addition, only two papers evaluated muscular strength, maybe due to the difficulty in measuring/using an appropriate instrument.

Conflicts of Interest The authors declare that there is no conflict of interest.

*

Trabalho desenvolvido na Faculdade de Ciências Médicas e da Saúde de Juiz de Fora, Hospital e Maternidade Therezinha de Jesus, Juiz de Fora, MG, Brasil.

*

Work developed at Faculdade de Ciências Médicas e da Saúde de Juiz de Fora, Hospital e Maternidade Therezinha de Jesus, Juiz de Fora, MG, Brazil.

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Os efeitos do exercício físico sobre o manejo da dor em pacientes com osteoartrose de joelho: Uma revisão sistemática com meta-análise *

Resumo

Objetivo  O presente estudo verificou por meio de uma revisão sistemática com metanálise os efeitos de um programa de reabilitação, através de um programa de treinamento físico, para o tratamento da dor e força muscular na osteoartrose (OA) de joelho.

Métodos  Foram analisados os estudos publicados entre 2008 e 2018, tendo como referência a base de dados Medline (National Library of Medicine), da qual foram selecionados 7 ensaios clínicos controlados randomizados que pontuaram acima de 8 na escala Physiotherapy Evidence Database (PeDro, na sigla em inglês), sobre programas de exercícios na melhora da dor e força muscular em paciente com OA de joelho. Foi usada a sistematização Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA, na sigla em inglês) para a elaboração desta revisão e a realização de uma metanálise com o objetivo de evidenciar matematicamente os resultados do exercício físico sobre a dor.

Resultados  Os estudos incluídos na análise continham um total de 934 participantes com idade entre 40 a 73 anos, sendo que 34,90% desses eram do sexo masculino. A maioria dos conjuntos de exercícios oferecidos no tratamento da OA tiveram resultado significativamente positivo em ambos os quesitos, mas principalmente para o alívio da dor (estatisticamente significativo p  < 0, 003).

Conclusão  Inferimos que houve uma melhora da dor em todos os artigos que realizaram fortalecimento muscular, porém ainda há um óbice sobre os protocolos utilizados.

Palavras-chave: dor, força muscular, osteoartrite de joelho, técnicas de exercício e de movimento

Introdução

O envelhecimento da população tem crescido em todo o mundo, e, com isso, os desafios da saúde também aumentam, principalmente, no que diz respeito à grande quantidade de doenças que acometem os idosos. Dentre elas, destaca-se a osteoartrose (OA). 1 Segundo dados de um estudo de Framingham, a OA é a segunda causa de afastamento do trabalho e a principal causa de incapacidade nos idosos. 2

A OA é descrita como uma doença articular degenerativa e progressiva, não-inflamatória, que consiste na degradação da cartilagem articular e alterações no osso subcondral. 3 Essa afecção afeta o movimento sincrônico normal da articulação, podendo gerar dor, rigidez, déficit de força muscular e instabilidade articular, sendo que essas condições podem reduzir a mobilidade funcional do indivíduo, levando a perda de função. 4 Porém, acredita-se que a doença não resulta do processo de envelhecimento, mas de mudanças bioquímicas e estresses biomecânicos que afetam a cartilagem articular. 5 6

Devido a este fato, sabe-se que a OA de joelho atinge em maior parte o sexo feminino, visto que, anatomicamente a cartilagem dessa região é menos espessa em indivíduos do sexo feminino, apresentando menor área e menor volume, resultando em um aumento da força de cisalhamento no local. 7

Nguyen et al. 8 evidenciaram, em um estudo controlado randomizado, que a terapia de exercícios é um tratamento eficaz na melhoria do desempenho físico de pacientes com OA de joelho e comorbidades severas. Em consonância com esta informação, podemos destacar a atualização das diretrizes de 2014 conduzida pela Sociedade Internacional de Osteoartrite (OARSI, na sigla em inglês), que considera a reabilitação o principal tratamento para OA. Através de um estudo de metanálise, concluíram que a terapia de exercícios associada ao treinamento de força e à atividade aeróbica reduzia a dor e melhorava a função física do indivíduo. 8 9

Lange et al. 10 avaliaram em uma revisão sistemática a eficácia de um treinamento de resistência para tratar a OA de joelho. Foi observada melhora geral dos sintomas e do desempenho físico dos pacientes, e puderam verificar que mais da metade dos estudos incluídos relataram sucesso na aplicação do treinamento de resistência como: a função física e a força muscular, que melhoraram significativamente quando comparados aos grupos que receberam apenas os cuidados habituais. 9 10

Tanakar et al., 11 em uma revisão sistemática com metanálise de ensaios clínicos randomizados, apontam que exercícios aeróbicos associados a exercícios de fortalecimento sem descarga de peso são mais eficazes no alívio da dor em atividades a curto prazo. No entanto, encontra-se na literatura evidência de exercícios de equilíbrio, treinamentos de resistência e exercícios aeróbicos associados à uma redução do quadro álgico, alívio da rigidez e melhoria da função física em pacientes com OA de joelho. 12 13 14 15

Diante dessas circunstâncias surge a necessidade de entender a eficácia do treinamento de exercícios sobre os fatores impactantes da OA de joelho. Há muitas evidências 12 13 16 17 sobre os benefícios de alguns métodos de reabilitação da OA de joelho, porém o regime ideal de tratamento específico para cada umas das condições ainda é uma dúvida. Dentre esses métodos de reabilitação, encontra-se o treinamento físico, que consiste em um método ou programas de exercício físico que podem ser usadas para promover, manter ou restaurar o bem-estar físico e fisiológico de um indivíduo. 18

Desta forma, o objetivo desse estudo é verificar estudos controlados e randomizados, por meio de uma revisão sistemática dos efeitos de um programa de reabilitação, através de um programa de treinamento físico, para o tratamento da dor e força muscular na OA de joelho.

Métodos

Foram incluídos em nossa análise os mais relevantes estudos publicados originalmente na língua inglesa nas bases de dados National Library of Medicine (MEDLINE) , Scientific Electronic Library Online (SciELO) e Literatura Latino-Americana e do Caribe em Ciência da Saúde (LILACS), entre janeiro de 2008 e dezembro 2018. Com o objetivo de selecionar os estudos de maior evidência científica, utilizamos para a revisão bibliográfica, somente ensaios clínicos controlados e randomizados (ECCR). Para a busca dos artigos científicos, empregamos as seguintes combinações de palavras-chave: “ movement techniques exercise ”, knee osteoarthritis AND pain AND “ muscle strength ”, AND proprioception training bem como suas variações consultadas no Medical Subject Headings (MeSH).

Os critérios de inclusão e exclusão aplicados estão expostos no Quadro 1 .

Quadro 1. Critérios de inclusão e exclusão.

Critérios de inclusão
Delineamento: ensaios clínicos controlados e randomizados
Intervenção: programas de exercícios para melhora da dor e força muscular em paciente com osteoartrose de joelho
Somente em humanos
Idioma: língua inglesa
Estudos realizados nos últimos 10 anos.
Critérios de exclusão
Intervenção: pouco claras, mal descritas ou inadequadas.
Forma de publicação: somente resumos
Principais variáveis analisadas
Dor no joelho
Força muscular

Os estudos foram selecionados por dois revisores independentes, excluindo aqueles que não estavam relacionados com o tema da revisão e os que pudessem apresentar algum tipo de viés. Para verificar a validade de estudos randomizados elegíveis, pares de revisores trabalhando independentemente e com confiabilidade adequada determinaram a adequação da randomização em relação às condutas de exercícios adotados para os grupos controle e intervenção.

Posteriormente, os resumos dos títulos selecionados foram analisados para identificar aqueles que atendiam aos critérios de inclusão e exclusão. Foram excluídos artigos que não possuíam nenhum dos desfechos do estudo, que não abordam a OA de joelho, que não possuem um grupo específico ou não realizam nenhum tipo de exercício, e aqueles que eram protocolos de estudo.

Os artigos relevantes foram para avaliação final por meio da pontuação atingida na escala PEDro, com o objetivo de auxiliar os pesquisadores a identificarem rapidamente quais dos estudos selecionados poderão ter validade interna e conter suficiente informação estatística para que os seus resultados possam ser interpretados. Para elegibilidade do estudo selecionado para esta revisão sistemática foi necessário pontuar, no mínimo, oito na escala Physiotherapy Evidence Database (PEDro). Além desta escala, utilizamos a escala proposta por Jadad et al. 19 Esta escala consiste em 5 critérios, e varia de 0 a 5 pontos, na qual o escore menor que 3 indica que o estudo possui baixa qualidade metodológica e, dificilmente, seus resultados poderão ser extrapolados para outros cenários.

Análise estatística

Para os dados encontrados referentes aos programas de exercício e ao sintoma de dor no joelho, foi realizada a meta-análise com o programa Medcalc 15.8 (BVBA, Ostend, Belgium). A estatística g de Hedges foi utilizada como uma formulação para a diferença média padronizada sob o modelo de efeitos fixos. Em seguida, a estatística de heterogeneidade é incorporada para calcular a diferença média padronizada resumida sob o modelo de efeitos aleatórios utilizando a análise estatística de efeito aleatório e efeito fixo, considerando a heterogeneidade dos estudos. O intervalo de confiança de 95% (IC 95%) foi calculado para cada estudo individualmente e em seguida, para a combinação dos estudos selecionados. Foram identificados a média e o desvio-padrão de cada estudo e adotados somente os valores de p  < 0,05 como significantes.

Resultados

Baseados nas palavras-chave descritas anteriormente, foram selecionados 986 artigos nas bases de dados MedLine, Lilacs e ScieLo. Após a aplicação de todos os critérios de inclusão e exclusão, restaram 35 artigos que foram lidos na íntegra e avaliados utilizando a escala PEDro e a escala Jadad, sendo 7 desses os que foram considerados relevantes para revisão sistemática, como é possível observar no fluxograma abaixo ( Figura 1 ).

Fig. 1.

Fig. 1

Fluxograma.

As Tabelas 1 e 2 apresentam a pontuação dos 7 estudos utilizados nesta revisão sistemática avaliados pelas escalas PEDro e Jadad, sendo a pontuação mínima de 8 pontos em 11 e 3 pontos em 5 respectivamente.

Tabela 1. Escala Physiotherapy Evidence Database .

Escala PEDro
Estudo C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 Score
Boon-Whatt Lim et al., 2008 33 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
K.L. Bennell et al., 2010 25 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
G. Kelley Fitzgerald et al., 2011 20 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 8/10
Saccomanno MF et al., 2016 21 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
Palmer S et al., 2014 22 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 8/10
Holsgaard-Larsen A et al., 2017 23 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10
Jorge RT et al., 2015 24 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 8/10

Abreviatura: PEDro, Physiotherapy Evidence Database .

Tabela 2. Escala de Jadad.

Itens Boon-Whatt Lim et al., 2008 32 K.L. Bennell et al., 2010 24 G. Kelley Fitzgerald et al., 2011 19 Sacco manno MF et al., 2016 20 Palmer S et al., 2014 21 Holsgaard-Larsen A et al., 2017 22 Jorge RT et al., 2015 23
O estudo foi descrito como randomizado? 1 1 1 1 1 1 1
A randomização foi descrita e é adequada? 1 1 1 1 1 1 1
Houve comparações e resultados? 1 1 1 1 1 1 1
As comparações e resultados foram descritos e são adequados? 1 1 1 1 1 1 1
Foram descritas perdas e exclusões? 1 1 1 1 1 1 1
TOTAL 5 5 5 5 5 5 5

Os estudos incluídos na análise continham um total de 934 participantes com idades entre 40 e 73 anos, sendo que 34,90% desses eram do sexo masculino. Os estudos avaliaram a eficácia de um conjunto de exercícios para tratamento da OA de joelho, sendo que alguns compararam ainda os exercícios com outras técnicas de tratamento, que aconteceram em um período médio de 12 semanas. As variáveis analisadas foram dor e força muscular, sendo possível observar que a maioria dos conjuntos de exercícios oferecidos no tratamento da OA tiveram resultado significativamente positivo em ambos os quesitos, mas principalmente no manejo da dor, como mostra a Tabela 3 .

Tabela 3. Sumário dos estudos e seus principais resultados para a força muscular e dor na região do joelho.

Estudo AMOSTRA GI GC Duração Variáveis analisadas
AMOSTRA HOMENS IDADE GRUPOS DOR FM
Lim et al., 2008 33 107 48 53–73 anos GI: 54
GC: 53
Fortalecimento do quadríceps com caneleiras e Theraband Nenhuma intervenção 12 semanas Melhora significativa da dor no grupo com joelho mais alinhado NA
K.L. Bennell et al., 2010 25 102 51 62–73 anos GI: 51
GC: 51
Fortalecimento de quadril (adução, rotação externa, extensão e isometria de quadriceps) Nenhuma intervenção 12 semanas GI melhorou a dor em relação ao GC Aumento significativo na força do quadril e do quadríceps em relação ao grupo controle
G. Kelley Fitzgerald et al., 2011 20 183 61 63–73 anos GI:92
GC: 91
O grupo de agilidade e perturbação recebeu o mesmo programa de exercícios padrão com a adição de técnicas de treinamento de agilidade e perturbação Grupo de exercício padrão: um programa de exercícios que incluía alongamentos musculares, fortalecimento e caminhar na esteira 4 anos e 2 meses Ambos os grupos apresentaram modestas melhorias, mas não houve diferenças significativas entre os grupos NA
Saccomanno MF et al.,2016 21 165 44 40–70 anos GI-1: 53
GI-2:53
GC: 51
GI-1: administração de três injeções de ácido hialurônico (AH)GI- 2: injeções de AH + exercício de joelho Exercício de joelho 6 meses No 1° mês, o grupo GI-2 apresentou pontuação significativamente melhor do que o GI-1. GC e GI-2 apresentaram redução significativa no 1° mês e 6°mês NA
Palmer S et al., 2014 22 224 83 60–72 anos GI:73
GC-1: 74
GC-2: 77
TENS ativo (modo contínuo – 110 Hz, 50 µs) + exercício joelho GC-1: TENS fictício + exercício de joelho GC-2: exercício de joelho (30 minutos de educação + 30 minutos de exercício) 6 semanas Ao longo do tempo houve melhora significativa para cada escore dentro de cada grupo NA
Holsgaard-Larsen A et al., 2017 23 93 39 40–70 anos GI: 47
GC: 46
Aquecimento (10 minutos), funcional, proprioceptivo, fortalecimento de resistência e resfriamento Informações sobre uso de analgésico e anti-inflamatório 8 semanas Não houve diferença significativa entre os grupos NA
Jorge RT et al., 2015 24 60 NA 40–70 anos GI: 29
GC:31
Aquecimento 5 minutos de bicicleta. Exercício resistido progressivo (extensão/flexão de joelho e adução e abdução de quadril com pesos leves). Nenhuma intervenção 13 semanas No grupo GI a dor foi significativamente menor em 45 e 90 dias Diferenças significativas para adutores de quadril entre os grupos, de T0 até o final do estudo

Abbreviations: FM, força muscular; GC, grupo controle; GI, grupo intervenção; NA, não analisado; TENS, estimulação elétrica transcutânea; TO, tempo inicial.

Meta-análise

Apenas cinco dos sete estudos incluídos nesta revisão forneceram dados suficientes para analisar a dor no joelho após o programa de exercícios. A meta-análise foi realizada com base nos cinco artigos referidos, totalizando uma amostra com 520 voluntários. Entre os resultados relacionados, cinco dos sete artigos utilizaram como método de avaliação da dor o questionário Western Ontario and McMaster Universities Arthritis Index (WOMAC), e, dentre eles, dois demostraram que o exercício é efetivo quando comparado com outras técnicas de tratamento da OA de joelho, como é possível observar na Figura 2 e na Tabela 4 . O gráfico em florest-plot evidencia a análise do efeito do programa de exercícios sobre a dor na região do joelho. Os resultados da esquerda indicam os valores favoráveis à influência do programa de exercícios para a diminuição do quadro álgico quando comparado com o grupo controle, sendo o efeito combinado representado pelo losango, que evidenciou uma diferença estatisticamente significativa ( p  = 0,0031).

Fig. 2.

Fig. 2

Gráfico Forest Plot dos estudos incluídos na análise do efeito fixo e aleatório, diferença da média padronizada adotando intervalo de confiança 95%.

Tabela 4. Dados da metanálise.

Estudo N1 N2 TOTAL SMD 95% IC
Lim et al., 2008 54 53 107 -0,165 -0,549 to 0,219
Bennell et al., 2010 51 51 102 -0,481 -0,880 to -0,0824
Jorge et al., 2015 29 31 60 -0,122 -1,788 to -0,655
Saccomanno et al., 2016 51 53 104 -0,126 -0,516 to 0,263
Palmer et al., 2014 73 74 147 0,000 -0,326 to 0,326
Total (Efeito fixo) 258 262 520 -0,275 -0,450 to -0,101
Total (Efeito randomizado) 258 262 520 -0,357 -0,712 to -0,00181
Nível de significância P  = 0,0031

Abbreviations: IC, intervalo de confiança; N1, amostra do grupo intervenção; N2, amostra do grupo controle; SMD, diferença entre as medias.

Discussão

Este estudo teve como objetivo analisar a eficácia de um grupo de exercícios no tratamento da OA de joelho, sendo a dor e a força muscular os principais desfechos abordados. Nossos resultados demonstram que um programa de reabilitação que inclua o fortalecimento de um determinado grupamento muscular tem efeitos positivos sobre a dor.

Os músculos quadríceps femoral, ísquio crural, psoas maior, glúteo máximo e médio, gastrocnêmios, tensor da fáscia lata, adutor longo, adutor curto, grácil, adutor magno, e sartório são os mais evidenciados nesta revisão sistemática. 20 21 22 23 24 25

Dentre os músculos citados nos programas de reabilitação, o foco principal está no quadríceps femoral. O fortalecimento deste é comumente indicado no tratamento e progressão da OA, visto que esse possui efeito condroprotetor estático e dinâmico da articulação do joelho, e sua fraqueza pode gerar sobrecarga articular causando dor e instabilidade. 26 Segundo O'Reilly et al., 27 existe uma relação inversa entre a força muscular do quadríceps, em pacientes com OA, e o relato de dor, ou seja, quanto maior a força muscular menor a dor. 27 28 Porém, o músculo em sua maior potência, pode aumentar a força de cisalhamento, ou a força compressiva, dentro da articulação podendo aumentar a dor no joelho acometido pela OA, com isso, quando a articulação está em um posição mais fletida o músculo fica mais relaxado e essas forças diminuem sobre a articulação gerando um maior conforto ao paciente, reduzindo assim, a ativação muscular. 29 30 Na literatura ainda há discussões quanto à relação entre quadríceps femoral e OA de joelho, pois existem controvérsias se a fraqueza muscular contribui para a patologia ou a patologia causa a fraqueza muscular. 31 32

O desequilíbrio artrocinemático causado por fatores mecânicos pode também ter influência na causa e na progressão da OA do joelho, pois o alinhamento desempenha um papel importante que determina a distribuição da carga através dessa articulação, minimizando o efeito do impacto, de modo que pode ser hipotetizado que o aumento da força muscular é uma das principais causas de impacto, redução da dor e incapacidade. Surge então, a necessidade de se entender sobre a influência do mau alinhamento articular para tratar a OA. O estudo de Lim et al., 33 mostrou que o fortalecimento do quadríceps em um grupo de pacientes com desalinhamento grave no joelho originou a piora da dor em relação ao grupo controle, ao contrário do grupo que apresentava um alinhamento melhor. Além disso, ele verifica que o fortalecimento do quadríceps não melhora o alinhamento do joelho, mostrando que com um aumento de 3% na força do quadríceps o desalinhamento no joelho piora em 1 grau. Este achado não necessariamente vai de encontro com os nossos resultados, porém ressalta a importância de se observar o alinhamento articular antes de se iniciar um trabalho de fortalecimento, para que de fato se tenha resultados positivos sobre os desfechos, principalmente em relação à dor. 34

A amplitude de movimento também é um quesito importante sobre a eficácia de um tratamento articular, pois pacientes com OA crônica do joelho podem apresentar encurtamento quando submetidos à imobilização ou inatividade devido à dor, resultando em contraturas de cápsulas articulares e encurtamento adaptativo. 35 Partindo do pressuposto que músculos mais alongados possuem maior torque, os benefícios dos programas de alongamento estão além do alinhamento e equilíbrio muscular. Com isso a terapia de alongamento como um tratamento adjuvante se tornaria uma técnica favorável de se incluir em um programa de exercícios para o tratamento de OA. Tanto a facilitação neuromuscular proprioceptiva (FNP) como o alongamento estático mostram ótimos resultados, porém o estiramento do FNP foi mais efetivo que o exercício de alongamento estático. 35 36 Apenas três dos artigos incluídos na presente revisão apresentam em seu programa exercícios de alongamento/estiramento. 21 23 33

A maioria dos estudos incluídos nessa revisão aborda além do fortalecimento a adição de técnicas de equilíbrio e propriocepção. Porém, apenas o estudo de Fitzgerald et al. 20 avaliou separadamente essas técnicas, não encontrando evidências significativas de que esses exercícios melhoram a dor e força muscular em pacientes com OA, esse achado não corrobora com o estudo de Diracoglu et al., 37 que aplicou exercícios de cinestesia e equilíbrio em um grupo de mulheres com OA de joelho em comparação com um grupo que recebeu apenas fortalecimento, obtendo resultado positivo na força muscular , na qualidade de vida e a escala de função física do questionário de WOMAC.

Para mensurar cada um desses desfechos que escolhemos, os artigos optaram em sua totalidade por usar instrumentos de avaliação como o questionário WOMAC e a escala visual analógica (EVA). O questionário WOMAC é um instrumento de fácil aplicação, com baixo custo e específico para OA de joelho, composto por três domínios, dor, rigidez e funcionalidade. 38 Já a EVA é um instrumento numérico, de 0 a 10, com 10 cm de comprimento, onde a sensação dolorosa é validada, quanto maior a numeração maior o nível da dor. 30

Confrontando os pontos de cada instrumento de avaliação podemos observar que dentro da necessidade de avaliar um quesito especifico, como no caso da OA, a escala EVA e o questionário WOMAC se tornam muito subjetivos, porém este tem como finalidade especificar a dor momentânea somente na OA de joelho, sendo o mais satisfatório nesse tipo de avaliação. 30 38

Com base no que há em comum nas evidências utilizadas, concluímos que, para que um programa de reabilitação seja benéfico no tratamento da OA ele deve avaliar satisfatoriamente o desalinhamento articular do joelho, e posteriormente desenvolver um plano de tratamento adequado às necessidades de cada paciente. Baseado nessa avaliação, o terapeuta se guiará para formular um programa de treinamento físico com enfoque no grupamento muscular adequado.

O ideal, segundo os nossos resultados, seriam programas que possuíssem exercícios com enfoque no fortalecimento isométrico e isotônico dos músculos quadríceps femoral e ísquios crurais, sendo o isotônico de quadríceps mais importante, alongamento dinâmico (PNF) dos músculos ísquios crurais e gastrocnêmios, além de exercícios de propriocepção e equilíbrio.

Os estudos analisados apresentam algumas limitações, dentre elas a falta de descrição detalhada das intervenções, assim como a falta de descrição da carga utilizada e a evolução dos exercícios, principalmente em relação aos alongamentos musculares, prejudicando na elaboração final de um programa de treinamento físico adequado. A duração da intervenção possuiu uma grande variação não os permitindo alcançar um consenso sobre o tempo ideal de tratamento da OA. Os benefícios a longo prazo de exercícios para terapia e possível prevenção de OA ainda não são conhecidos, devido à escassez de estudos sobre esses efeitos.

Outra limitação observada é a ausência de um instrumento padrão-ouro para a avaliação da força muscular, como o uso de um dinamômetro, comprometendo a análise quantitativa desta variável. A hipótese de que possa ser o pela disponibilidade reduzida e custo elevado dos aparelhos para a avaliação.

Conclusão

Frente aos resultados encontrados nessa análise, inferimos que houve uma melhora da dor em todos os artigos que realizaram fortalecimento muscular; porém, os protocolos utilizados não foram devidamente descritos, dificultando um padrão para elaborar um programa de exercícios físicos específicos para o tratamento da OA de joelho. Em adendo, apenas dois artigos avaliaram a força muscular, provavelmente pela dificuldade de medida/utilização do instrumento adequado.


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