Development and risk factors of chronic pain due to trauma to the anterior cruciate ligament and/or meniscus of the knee joint

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim – to evaluate the incidence and risk factors of chronic post-traumatic pain in patients who suffered an anterior cruciate ligament (ACL) and/or knee joint meniscus (CC) injury.

Material and methods. The study group consisted of 148 patients (48.0% women, 37.9 ± 13.1 years old) who had suffered an injury to the PC and/or meniscus of the CS, confirmed by magnetic resonance imaging (MRI). The inclusion criterion was moderate/severe pain (≥4 on the numerical rating scale, NRS 0-10) 1 month after the injury. Patients were examined after 3, 6, and 12 months with an assessment of pain (NRS) and the KOOS index, signs of neuropathic pain (painDETECT), anxiety and depression (HADS a and HADS d), central sensitization index (CSI), pain catastrophization (PCS), fibromyalgia symptoms (FiRST), fatigue (FACIT). An MRI scan was performed after 6 and 12 months. The plasma concentrations of a number of biomarkers (HCRP, NTX, ADAMTS-5, COMP, MMP3, MMP9, MMP13, substance P) were studied.

Results. After 3 months, pain with movement ≥4 NRS was observed in 58 (39.2%) patients. These patients formed the group with chronic post-traumatic pain (CPTP+), patients with lower pain intensity or absence (≤4 NRS) formed the control group (CPTP-). In patients with CPTP+, compared with the CPTP- group, pain at rest and at night was significantly higher (p <0.001). A significant difference in pain during movement, at rest, and at night, as well as all KOOS scales, remained between the CPTP+ and CPTP- groups after 6 and 12 months. In the CPTP+ group, there was a tendency to a higher frequency of signs of neuropathic pain, anxiety and depression, central sensitization index, pain catastrophization scale and fatigue, however, the difference with the CPTP- group was unreliable. The concentration of biomarkers in the CPTP+ and CPTP- groups did not differ. There was a significant association between CPTP and the female sex (odds ratio = 3.18; 95% confidence interval 1.606-6.297, p<0.001), meniscus injury (OR = 2.132; 95% CI 1.07-4.252, p=0.03), osteitis (OR = 5.734; 95% CI 2.106-15.609, p<0.001) and synovitis (OR = 2.35; 95% CI 1.186-4.656, p=0.013) according to MRI, surgery (reduced the risk of CPTP, OR = 0.385; 95% CI 0.195-0.759, p<0.005), initially severe pain (≥7 NRS, OR = 5.553; 95% CI 1.696-18.179, p=0.002), signs of highly probable CS (CSI ≥40, OR = 3.915; 95% CI 1.147-13.368, p=0.021) and severe depression (HADS ≥ 11, OR = 4.12; 95% CI 1.672-21.983, p=0.05).

Conclusion. CPTP occurs in almost 40% of patients after knee joint meniscus injury. Risk factors for CPTP are female gender, meniscus injury, osteitis and synovitis (MRI data), initially severe pain, central sensitization, and depression.

About the authors

Anastasiya A. Byalik

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology

Author for correspondence.
Email: nas36839729@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5256-7346

postgraduate student, traumatologist-orthopedist

Russian Federation, Moscow

Andrei E. Karateev

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: aekarat@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1391-0711

MD, Dr. Sci. (Medicine), Head of the Department of Inflammatory Joint Diseases

Russian Federation, Moscow

Sergei A. Makarov

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: smakarov59@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8563-0631

MD, Cand. Sci. (Medicine), Head of the Department of Traumatology and Orthopedics

Russian Federation, Moscow

Еvgenii I. Byalik

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: sklifbialik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7938-1536

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, leading researcher of the laboratory of rheumatoid orthopedics and rehabilitation, traumatologist-orthopedist

Russian Federation, Moscow; Moscow

Valerii Е. Byalik

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: DoctorBjalik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3745-0924

MD, Cand. Sci. (Medicine), traumatologist-orthopedist

Russian Federation, Moscow

Vadim A. Nesterenko

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: swimguy91@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7179-8174

MD, Cand. Sci. (Medicine), Junior Researcher at the Laboratory of Pathophysiology of Pain and Polymorphism of Musculoskeletal Diseases

Russian Federation, Moscow

Daniil M. Kudinsky

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: Jet56@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1084-3920

MD, Cand. Sci. (Medicine), Junior researcher at the laboratory of instrumental diagnostics, radiologist

Russian Federation, Moscow

References

  1. GBD 2017 Causes of Death Collaborators. Global, regional, and national age-sex-specific mortality for 282 causes of death in 195 countries and territories, 1980–2017: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. 2018;392(10159):1736-1788. doi: 10.1016/S0140-6736(18)32203-7
  2. Federal State Statistics Service. Healthcare in Russia. 2021: Statistical collection. M., 2021. (In Russ.). [Росстат. Здравоохранение в России. 2021: Статистический сборник. М., 2021].
  3. Herzog MM, Kerr ZY, Marshall SW, Wikstrom EA. Epidemiology of ankle sprains and chronic ankle instability. J Athl Train. 2019;54(6):603-610. doi: 10.4085/1062-6050-447-17
  4. Swenson DM, Collins CL, Best TM, et al. Epidemiology of knee injuries among U.S. high school athletes, 2005/2006–2010/2011. Med Sci Sports Exerc. 2013;45(3):462-469. doi: 10.1249/MSS.0b013e318277acca
  5. Majewski M, Susanne H, Klaus S. Epidemiology of athletic knee injuries: A 10-year study. Knee. 2006;13(3):184-8. doi: 10.1016/j.knee.2006.01.005
  6. Chernikova AA, Karateev AE, Makarov MA, et al. Factors determining the development of post-traumatic pain and post-traumatic osteoarthritis. Rheumatology Science and Practice. 2023;61(3):377-384. [Черникова А.А., Каратеев А.Е., Макаров М.А., и др. Факторы, определяющие развитие посттравматической боли и посттравматического остеоартрита. Научно-практическая ревматология. 2023;61(3):377-384]. doi: 10.47360/1995-4484-2023-377-384
  7. Karateev AE, Lila AM, Zagorodnii NV, et al. Control of pain in the early post-traumatic period in the outpatient practice. Results of the multi-center observational study RAPTOR (Rational Analgesia Post Traumatic: an Observational Research). Therapeutic Archive. 2020;92(5):69-77. (In Russ.). [Каратеев А.Е., Лила А.М., Загородний Н.В., и др. Острая боль в раннем периоде после травм в амбулаторной практике: возможность медикаментозного контроля. Результаты многоцентрового наблюдательного исследования РАПТОР. Терапевтический архив. 2020;92(5):69-77]. doi: 10.26442/00403660.2020.05.000678
  8. Price AJ, Jones J, Allum R. Chronic traumatic anterior knee pain. Injury. 2000;31(5):373-378. doi: 10.1016/s0020-1383(00)00006-1
  9. Ventura M, Seabra P, Oliveira J, et al. Meniscal injuries in patients aged 40 years or older: A comparative study between meniscal repair and partial meniscectomy. Cureus. 2023;15(1):e33270. doi: 10.7759/cureus.33270
  10. Vogel R, Zdravkovic V, Badulescu M, et al. Comparing major joint injuries, interventions and late sequelae in elite male handball players with an age-matched control group. Sportverletz Sportschaden. 2021;35(3):136-141. doi: 10.1055/a-1143-7559
  11. Schug SA, Lavand’homme P, Barke A, et al. IASP taskforce for the classification of chronic pain. The IASP classification of chronic pain for ICD-11: chronic postsurgical or posttraumatic pain. Pain. 2019;160(1):45-52. doi: 10.1097/j.pain.0000000000001413
  12. Whittaker JL, Losciale JM, Juhl CB, et al. Risk factors for knee osteoarthritis after traumatic knee injury: a systematic review and meta-analysis of randomised controlled trials and cohort studies for the OPTIKNEE Consensus. Br J Sports Med. 2022;56(24):1406-1421. doi: 10.1136/bjsports-2022-105496
  13. Lohmander LS, Roemer FW, Frobell RB, Roos EM. Treatment for acute anterior cruciate ligament tear in young active adults. NEJM Evid. 2023;2(8):EVIDoa2200287. doi: 10.1056/EVIDoa2200287
  14. van der Graaff SJA, Meuffels DE, Bierma-Zeinstra SMA, et al. Why, when, and in which patients nonoperative treatment of anterior cruciate ligament injury fails: an exploratory analysis of the COMPARE trial. Am J Sports Med. 2022;50(3):645-651. doi: 10.1177/03635465211068532
  15. Anthony CA, Westermann RW, Bedard N, et al. Opioid demand before and after anterior cruciate ligament reconstruction. Am J Sports Med. 2017;45(13):3098-3103. doi: 10.1177/0363546517719226
  16. Andreoletti H, Dereu D, Combescure C, Rehberg B. A systematic review and meta-analysis of three risk factors for chronic postsurgical pain: age, sex and preoperative pain. Minerva Anestesiol. 2022;88(10):827-841. doi: 10.23736/S0375-9393.22.16489-8
  17. Mills SEE, Nicolson KP, Smith BH. Chronic pain: a review of its epidemiology and associated factors in population-based studies. Br J Anaesth. 2019;123(2):e273-e283. doi: 10.1016/j.bja.2019.03.023
  18. Maia CR, Annichino RF, de Azevedo E, et al. Post-traumatic osteoarthritis: the worst associated injuries and differences in patients’ profile when compared with primary osteoarthritis. BMC Musculoskelet Disord. 2023;24(1):568. doi: 10.1186/s12891-023-06663-9
  19. Lu Y, Reinholz AK, Till SE, et al. Predicting the risk of posttraumatic osteoarthritis after primary anterior cruciate ligament reconstruction: a machine learning time-to-event analysis. Am J Sports Med. 2023;51(7):1673-1685. doi: 10.1177/03635465231168139
  20. Perry TA, Yang X, van Santen J, et al. Quantitative and semi-quantitative assessment of synovitis on MRI and the relationship with symptoms in symptomatic knee osteoarthritis. Rheumatology (Oxford). 2021;60(4):1763-1773. doi: 10.1093/rheumatology/keaa619
  21. Wallace G, Cro S, Doré C, et al. Associations between clinical evidence of inflammation and synovitis in symptomatic knee osteoarthritis: a cross-sectional substudy. Arthritis Care Res (Hoboken). 2017;69(9):1340-1348. doi: 10.1002/acr.23162
  22. Alaia EF, Samim M, Khodarahmi I, et al. Utility of MRI for patients 45 years old and older with hip or knee pain: a systematic review. AJR Am J Roentgenol. 2024;222(6):e2430958. doi: 10.2214/AJR.24.30958
  23. Driban JB, Lohmander S, Frobell RB. Posttraumatic bone marrow lesion volume and knee pain within 4 weeks after anterior cruciate ligament injury. J Athl Train. 2017;52(6):575-580. doi: 10.4085/1062-6050-52.1.09
  24. Moradi K, Mohammadi S, Roemer FW, et al. Progression of bone marrow lesions and the development of knee osteoarthritis: osteoarthritis initiative data. Radiology. 2024;312(3):e240470. doi: 10.1148/radiol.240470
  25. Alkassabi O, Voogt L, Andrews P, et al. Risk factors to persistent pain following musculoskeletal injuries: a systematic literature review. Int J Environ Res Public Health. 2022;19(15):9318. doi: 10.3390/ijerph19159318
  26. Heijbel S, W-Dahl A, E-Naili J, Hedström M. Patient-reported anxiety or depression increased the risk of dissatisfaction despite improvement in pain or function following total knee arthroplasty: a swedish register-based observational study of 8,745 patients. J Arthroplasty. 2024:S0883-5403(24)00419-4. DOI: https://doi.org/10.1016/j.arth.2024.04.071
  27. Li J, Guan T, Zhai Y, Zhang Y. Risk factors of chronic postoperative pain after total knee arthroplasty: a systematic review. J Orthop Surg Res. 2024;19(1):320. doi: 10.1186/s13018-024-04778-w
  28. Olsen U, Lindberg MF, Rose C, et al. Factors correlated with pain after total knee arthroplasty: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2023;18(3):e0283446. doi: 10.1371/journal.pone.0283446
  29. Fernández-de-Las-Peñas C, Florencio LL, de-la-Llave-Rincón AI, et al. Prognostic factors for postoperative chronic pain after knee or hip replacement in patients with knee or hip osteoarthritis: an umbrella review. J Clin Med. 2023;12(20):6624. doi: 10.3390/jcm12206624
  30. Minhas D. Pain mechanisms for the practicing rheumatologist. Best Pract Res Clin Rheumatol. 2024:101942. doi: 10.1016/j.berh.2024.101942
  31. Cheng H, Hao B, Sun J, Yin M. C-terminal cross-linked telopeptides of type II collagen as biomarker for radiological knee osteoarthritis: a meta-analysis. Cartilage. 2020;11(4):512-520. doi: 10.1177/1947603518798884
  32. Bi X. Correlation of serum cartilage oligomeric matrix protein with knee osteoarthritis diagnosis: a meta-analysis. J Orthop Surg Res. 2018;13(1):262. doi: 10.1186/s13018-018-0959-y
  33. Khella CM, Asgarian R, Horvath JM, et al. An evidence-based systematic review of human knee post-traumatic osteoarthritis (PTOA): timeline of clinical presentation and disease markers, comparison of knee joint PTOA models and early disease implications. Int J Mol Sci. 2021;22(4):1996. doi: 10.3390/ijms22041996
  34. Batty LM, Mackenzie C, Landwehr C, et l. The role of biomarkers in predicting outcomes of anterior cruciate ligament reconstruction: a systematic review. Orthop J Sports Med. 2024;12(10):23259671241275072. doi: 10.1177/23259671241275072
  35. Higuchi H, Shirakura K, Kimura M, et al. Changes in biochemical parameters after anterior cruciate ligament injury. Int Orthop. 2006;30(1):43-7. doi: 10.1007/s00264-005-0023-5
  36. Elsaid KA, Fleming BC, Oksendahl HL, et al. Decreased lubricin concentrations and markers of joint inflammation in the synovial fluid of patients with anterior cruciate ligament injury. Arthritis Rheum. 2008;58(6):1707-15. doi: 10.1002/art.23495
  37. Zhu Z, Otahal P, Wang B, et al. Cross-sectional and longitudinal associations between serum inflammatory cytokines and knee bone marrow lesions in patients with knee osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2017;25(4):499-505. doi: 10.1016/j.joca.2016.10.024
  38. Lisee C, Obudzinski S, Pietrosimone BG, et al. Association of serum biochemical biomarker profiles of joint tissue inflammation and cartilage metabolism with posttraumatic osteoarthritis-related symptoms at 12 months after ACLR. Am J Sports Med. 2024;52(10):2503-2511. doi: 10.1177/03635465241262797
  39. O’Sullivan O, Ladlow P, Steiner K, et al. Current status of catabolic, anabolic and inflammatory biomarkers associated with structural and symptomatic changes in the chronic phase of post-traumatic knee osteoarthritis- a systematic review. Osteoarthr Cartil Open. 2023;5(4):100412. doi: 10.1016/j.ocarto.2023.100412

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Pain dynamics in patients with and without CPTP from 3 to 12 months of follow-up.

Download (894KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Dynamics of synovitis and osteitis according to MRI data depending on the presence or absence of CPTP.

Download (863KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Byalik A.A., Karateev A.E., Makarov S.A., Byalik Е.I., Byalik V.Е., Nesterenko V.A., Kudinsky D.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».