Fatigue fractures in military conscripts : A study on risk factors, diagnostics and long-term consequences

Abstract

Fatigue fracture is an overuse injury commonly encountered in military and sports medicine, and known to relate to intensive or recently intensified physical activity. Bone responds to increased stress by enhanced remodeling. If physical stress exceeds bone’s capability to remodel, accumulation of microfractures can lead to bone fatigue and stress fracture. Clinical diagnosis of stress fractures is complex and based on patient’s anamnesis and radiological imaging. Bone stress fractures are mostly low-risk injuries, healing well after non-operative management, yet, occurring in high-risk areas, stress fractures can progress to displacement, often necessitating surgical treatment and resulting in prolonged morbidity.

In the current study, the role of vitamin D as a predisposing factor for fatigue fractures was assessed using serum 25OHD level as the index. The average serum 25OHD concentration was significantly lower in conscripts with fatigue fracture than in controls. Evaluating TRACP-5b bone resorption marker as indicator of fatigue fractures, patients with elevated serum TRACP-5b levels had eight times higher probability of sustaining a stress fracture than controls. Among the 154 patients with exercise induced anterior lower leg pain and no previous findings on plain radiography, MRI revealed a total of 143 bone stress injuries in 86 patients. In 99% of the cases, injuries were in the tibia, 57% in the distal third of the tibial shaft. In patients with injury, forty-nine (57%) patients exhibited bilateral stress injuries. In a 20-year follow-up, the incidence of femoral neck fatigue fractures prior to the Finnish Defence Forces new regimen in 1986 addressing prevention of these fractures was 20.8/100,000, but rose to 53.2/100,000 afterwards, a significant 2.6-fold increase. In nineteen subjects with displaced femoral neck fatigue fractures, ten early local complications (in first postoperative year) were evident, and after the first postoperative year, osteonecrosis of the femoral head in six and osteoarthritis of the hip in thirteen patients were found.

It seems likely that low vitamin D levels are related to fatigue fractures, and that an increasing trend exists between TRACP-5b bone resorption marker elevation and fatigue fracture incidence. Though seldom detected by plain radiography, fatigue fractures often underlie unclear lower leg stress-related pain occurring in the distal parts of the tibia. Femoral neck fatigue fractures, when displaced, lead to long-term morbidity in a high percentage of patients, whereas, when non-displaced, they do not predispose patients to subsequent adverse complications. Importantly, an educational intervention can diminish the incidence of fracture displacement by enhancing awareness and providing instructions for earlier diagnosis of fatigue fractures.

Pääsääntöisesti urheilijoilla ja sotilaskoulutuksessa olevilla henkilöillä esiintyvä rasitusmurtuma syntyy, kun luun kuormituksen kesto ylittyy varsinkin jyrkässä nousujohteisessa ja liian nopeatahtisessa harjoittelussa. Luun vaurioituessa muodostuu mikromurtumia, joiden paranemista rasitus saattaa estää. Rasituksen seurauksena vaurio voi myös laajentua ja lopulta johtaa varsinaiseen luun murtumaan. Yleensä rasitusmurtumat paranevat hyvin riittävällä levolla ja kuormituksen vähentämisellä. Kuitenkin tiettyihin rasitusmurtumiin, kuten reisiluunkaulan murtumiin, liittyy riski murtuman dislokaatiosta, mikä pahimmillaan voi johtaa pysyvään invaliditeettiin. Täten rasitusmurtumien ennaltaehkäisy ja varhaisdiagnostiikka ovatkin ensisijaisen tärkeitä. Rasitusmurtumien diagnostiikka perustuu pääasiassa potilaan taustatietoihin sekä erilaisiin radiologisiin kuvantamismenetelmiin - kliiniset tutkimukset ovat epävarmoja ja laboratoriodiagnostiikka puuttuu.

Koska D-vitamiinilla on selkeä rooli luuston terveydessä, selvitimme onko sillä yhteyttä rasitusmurtumiin. Keskimääräiset D-vitamiinitasot olivat murtumapotilailla merkitsevästi alhaisemmat kuin verrokeilla. TRACP5b-entsyymi, kuvaten luun hajotuksen määrää elimistössä, on toiminut hyvin osteoporoosin diagnostiikassa, joten selvitimme soveltuuko se myös rasitusmurtumien osoittamiseen. Kohonnut seerumin TRACP5b arvo nosti murtuman todennäköisyyden kahdeksankertaiseksi verrokkeihin nähden. Selvitimme magneettikuvauksen avulla minkälaisia luumuutoksia tai muita syitä löytyi 154 potilaan kliinisesti epäselvän rasitusperäisen sääri-/pohjekivun taustalta. Magneettitutkimus paljasti 86 potilaalla yhteensä 143 rasitusmurtumaa, joista 99% sijoittui sääriluuhun ja 57% sen alimpaan kolmannekseen. Pitkällä 20-vuoden seuranta-ajalla selvitimme reisiluun kaulan rasitusmurtumien esiintyvyyden varusmiesten palvelusaikana sekä näiden murtumien johdosta hoidettujen potilaiden pitkäaikaisseurantatulokset.

Tutkimus osoitti, että alhainen D-vitamiinin saanti altistaa rasitusmurtumien syntymiselle. Rasitusmurtumapotilaiden TRACP5b arvoissa on nähtävissä nousevaa trendiä. Epäselvien säären alueen rasituskipujen syynä ovat usein luun rasitusmuutokset, jotka varsinkin esiintyessään sääriluun alaosissa jäävät usein näkymättä tavallisessa röntgenkuvauksessa. Dislokoituneet reisiluun kaulan rasitusmurtumat johtavat useimmilla potilailla komplikaatioihin, kun taas dislokoitumattomat murtumat paranevat lähes poikkeuksetta oireettomiksi. Tehokkaalla ohjeistuksella on selkeästi mahdollisuus vaikuttaa näiden murtumien varhaiseen diagnosointiin ja siten komplikaatioiden onnistuneeseen välttämiseen.