Association of post-traumatic pain and knee joint changes according to magnetic resonance imaging

Cover Page

Cite item

Abstract

Background. Chronic post-traumatic pain (CPTР) occurs in 15-50% of patients who have suffered knee joint injury (KJ). Post-traumatic pain is considered as one of the predictors of the development of post-traumatic osteoarthritis (PTOA). Early changes in the knee joint, characteristic of the development of PTOA, can be determined using magnetic resonance imaging (MRI).

Aim – to evaluate the relationship between CPTР and structural changes in the knee joint, which are determined using MRI.

Material and methods. The study group consisted of 98 patients, 48% women and 52% men, aged 39.2 ± 14.7 years, who had suffered a knee joint injury with damage to the anterior cruciate ligament (ACL) and/or meniscus (confirmed by MRI data), and experiencing pain ≥4 points on a numerical rating scale (CRS) of at least one month after the injury. The patients were followed up for 12 months. CPTР was determined with pain persistence for at least 3 months at the level of 4 points on the CRS. Repeated MRI was performed 12 months after inclusion in the study. Changes in the knee joint according to the MRI data were quantified using the WORMS system.

Results. CPTР was detected in 45.9% of patients. According to the initial MRI parameters, the groups of patients with CPTР (n=45) and without CPTP (n=53) significantly differed in cartilage morphology (minimal changes were more often detected in patients without CPTР), the presence of osteophytes, damage to the medial collateral ligament and rupture of the medial meniscus body. Almost all patients in both groups had ligament damage and meniscus rupture (with varying degrees of severity), as well as synovitis; about a third of the examined individuals had signs of bone marrow edema. After 12 months observations between patients with and without CPTР showed a significant difference in MRI parameters such as cartilage morphology, osteophytes of the medial condyle of the femur, damage to the posterior cruciate and medial collateral ligaments, rupture of the body, anterior and posterior horns of the medial meniscus, rupture of the anterior horn of the lateral meniscus, synovitis. Thus, severe cartilage damage (≥2 by WORMS) was noted in 82.1% of patients with CPTР and 43.4% without CPTР (p <0.05), synovitis in 95.6% and 24.5% (p <0.05).

Conclusion. CPTР, which occurs after the knee joint injury, is associated with structural changes in the joint, which can be regarded as an early stage of PTOA.

About the authors

Andrei E. Karateev

Nasonova Research Institute of Rheumatology

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

MD, Dr. Sci. (Medicine), Head of the of the Laboratory of pathophysiology of pain and polymorphism of rheumatic diseases

Russian Federation, Moscow

Anastasiya A. Byalik

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

Vadim A. Nesterenko

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

Sergei A. Makarov

Nasonova Research Institute of Rheumatology

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

MD, Cand. Sci. (Medicine), Head of the Laboratory of rheumatoid orthopedics

Russian Federation, Moscow

Daniil M. Kudinsky

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nas36839729@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. Zubavlenko RA, Ulyanov VYu, Belova SV. Pathogenic peculiarities of post-traumatic knee osteoarthrosis: analysis of diagnostic and therapeutic strategies (review). Saratov Journal of Medical Scientific Research. 2020;16(1):50-54. [Зубавленко Р.А., Ульянов В.Ю., Белова С.В. Патогенетические особенности посттравматического остеоартроза коленных суставов: анализ диагностических и терапевтических стратегий (обзор). Саратовский научно-медицинский журнал. 2020;16(1):50-54]. URL: https://ssmj.ru/system/files/archive/2020/2020_01_050-054.pdf
  2. Fogarty AE, Chiang MC, Douglas S, et al. Posttraumatic osteoarthritis after athletic knee injury: A narrative review of diagnostic imaging strategies. PM&R. 2025;17(1):96-106. doi: 10.1002/pmrj.13217
  3. 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
  4. Gupta S, Sadczuk D, Riddoch FI, et al. Pre-existing knee osteoarthritis and severe joint depression are associated with the need for total knee arthroplasty after tibial plateau fracture in patients aged over 60 years. Bone Joint J. 2024;106-B(1):28-37. doi: 10.1302/0301-620X.106B1.BJJ-2023-0172.R2
  5. Andersen TE, Ravn SL. Chronic pain and comorbid posttraumatic stress disorder: Potential mechanisms, conceptualizations, and interventions. Curr Opin Psychol. 2025;62:101990. doi: 10.1016/j.copsyc.2025.101990
  6. Ashoorion V, Sadeghirad B, Wang L, et al. Predictors of Persistent Post-Surgical Pain Following Total Knee Arthroplasty: A Systematic Review and Meta-Analysis of Observational Studies. Pain Med. 2023;24(4):369-381. doi: 10.1093/pm/pnac154
  7. Kijowski R, Roemer F, Englund M, et al. Imaging following acute knee trauma. Osteoarthritis Cartilage. 2014;22(10):1429-43. doi: 10.1016/j.joca.2014.06.024
  8. Mahmoudian A, Lohmander LS, Mobasheri A, et al. Early-stage symptomatic osteoarthritis of the knee - time for action. Nat Rev Rheumatol. 2021;17(10):621-632. doi: 10.1038/s41584-021-00673-4
  9. Villari E, Digennaro V, Panciera A, et al. Bone marrow edema of the knee: a narrative review. Arch Orthop Trauma Surg. 2024;144(5):2305-2316. doi: 10.1007/s00402-024-05332-3
  10. Fogarty AE, Chiang MC, Douglas S, et al. Posttraumatic osteoarthritis after athletic knee injury: A narrative review of diagnostic imaging strategies. PM&R. 2025;17(1):96-106. doi: 10.1002/pmrj.13217
  11. Dainese P, Wyngaert KV, De Mits S, et al. Association between knee inflammation and knee pain in patients with knee osteoarthritis: a systematic review. Osteoarthritis Cartilage. 2022;30(4):516-534. doi: 10.1016/j.joca.2021.12.003
  12. Ghouri A, Muzumdar S, Barr AJ, et al. The relationship between meniscal pathologies, cartilage loss, joint replacement and pain in knee osteoarthritis: a systematic review. Osteoarthritis Cartilage. 2022;30(10):1287-1327. doi: 10.1016/j.joca.2022.08.002
  13. Luyten FP, Denti M, Filardo G, et al. Definition and classification of early osteoarthritis of the knee. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2012;20(3):401-6. doi: 10.1007/s00167-011-1743-2
  14. van Oudenaarde K, Swart NM, Bloem J, et al. Post-traumatic knee MRI findings and associations with patient, trauma, and clinical characteristics: a subgroup analysis in primary care in the Netherlands. Br J Gen Pract. 2017;67(665):e851-e858. doi: 10.3399/bjgp17X693653
  15. Babalola OR, Itakpe SE, Afolayan TH, et al. Predictive Value of Clinical and Magnetic Resonance Image Findings in the Diagnosis of Meniscal and Anterior Cruciate Ligament Injuries. West Afr J Med. 2021;38(1):15-18. PMID: 33463701
  16. Wasser JG, Hendershot BD, Acasio JC, et al. A Comprehensive, Multidisciplinary Assessment for Knee Osteoarthritis Following Traumatic Unilateral Lower Limb Loss in Service Members. Mil Med. 2024;189(3-4):581-591. doi: 10.1093/milmed/usac203
  17. Felson DT, Niu J, Guermazi A, et al. Correlation of the development of knee pain with enlarging bone marrow lesions on magnetic resonance imaging. Arthritis Rheumatol. 2007;56(9):2986-92. doi: 10.1002/art.22851
  18. Hill CL, Hunter DJ, Niu J, et al. Synovitis detected on magnetic resonance imaging and its relation to pain and cartilage loss in knee osteoarthritis. Ann Rheum Dis. 2007;66(12):1599-603. doi: 10.1136/ard.2006.067470
  19. Macri EM, Neogi T, Jarraya M, et al. Magnetic Resonance Imaging-Defined Osteoarthritis Features and Anterior Knee Pain in Individuals With, or at Risk for, Knee Osteoarthritis: A Multicenter Study on Osteoarthritis. Arthritis Care Res (Hoboken). 2022;74(9):1533-1540. doi: 10.1002/acr.24604
  20. Liew JW, Rabasa G, LaValley M, Collins J, Stefanik J, et al. Development of a Magnetic Resonance Imaging-Based Definition of Knee Osteoarthritis: Data From the Multicenter Osteoarthritis Study. Arthritis Rheumatol. 2023;75(7):1132-1138. doi: 10.1002/art.42454
  21. Antony B, Driban JB, Price LL, et al. The relationship between meniscal pathology and osteoarthritis depends on the type of meniscal damage visible on magnetic resonance images: data from the Osteoarthritis Initiative. Osteoarthritis Cartilage. 2017;25(1):76-84. doi: 10.1016/j.joca.2016.08.004
  22. Zhao Z, Zhao M, Yang T, et al. Identifying significant structural factors associated with knee pain severity in patients with osteoarthritis using machine learning. Sci Rep. 2024;14(1):14705. doi: 10.1038/s41598-024-65613-0
  23. Pius AK, Beynnon BD, Fiorentino N, Gardner-Morse M, Vacek PM, et al. Articular cartilage thickness changes differ between males and females 4 years following anterior cruciate ligament reconstruction. J Orthop Res. 2022;40(1):65-73. doi: 10.1002/jor.25142
  24. Luyten FP, Bierma-Zeinstra S, Dell’Accio F, et al. Toward classification criteria for early osteoarthritis of the knee. Semin Arthritis Rheum. 2018;47(4):457-463. doi: 10.1016/j.semarthrit.2017.08.006
  25. Cronström A, Risberg MA, Englund M, et al. Symptoms indicative of early knee osteoarthritis after ACL reconstruction: descriptive analysis of the SHIELD cohort. Osteoarthr Cartil Open. 2025;7(1):100576. doi: 10.1016/j.ocarto.2025.100576
  26. Harkey MS, Driban JB, Baez SE, et al. Persistent Early Knee Osteoarthritis Symptoms From 6 to 12 Months After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. J Athl Train. 2024;59(9):891-897. doi: 10.4085/1062-6050-0470.23

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Significant difference in some of structural changes in the knee joint in patients with and without CPTP (MRI data after 12 months).

Download (50KB)
3. Figure 2. Dynamics of changes in articular cartilage in the CPTP+ and CPTP- groups (MRI data after 12 months).

Download (30KB)

Copyright (c) 2025 Karateev A.E., Byalik A.A., Nesterenko V.A., Makarov S.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».