Vorderes Kreuzband (VKB) – Struktur und biomechanische Eigenschaften

Einführung(edit | edit source)

ACL diagram from anterior.png

Das vordere Kreuzband (VKB, Ligamentum cruciatum anterius) ist eine Schlüsselstruktur des Kniegelenks, da es der anterioren Translation der Tibia und Rotationsbelastungen standhält. (1) Es ist eine der am häufigsten verletzten Strukturen bei Aktivitäten mit hohen Stoßkräften („High-Impact“) oder beim Sport. (2) Das VKB heilt nicht, wenn es gerissen ist, und die chirurgische Rekonstruktion ist die Standardbehandlung im Bereich der Sportmedizin. (3) Eine solche Rekonstruktion zielt darauf ab, die Kinematik und Stabilität des verletzten Knies wiederherzustellen, um zukünftige degenerative Veränderungen zu verhindern. (4)(5) Daher ist ein gutes Verständnis der komplexen Anatomie, Funktion und Biomechanik des VKB von entscheidender Bedeutung, um die Verletzungsmechanismen zu ergründen, das Schicksal der chronischen VKB-Defizienz zu verstehen und das Ergebnis der chirurgischen Rekonstruktion zu verbessern.

Embryonale Entwicklung des VKB ( edit | edit source )

Das Knie entsteht aus dem vaskulären femoralen und tibialen Mesenchym in der 4. Schwangerschaftswoche zwischen dem Blastom von Femur und Tibia. (6)(7) Mit 9 Wochen bestehen die Kreuzbänder aus zahlreichen unreifen Fibroblasten mit spärlichem Zytoplasma und fusiformen Kernen. (8) Nach der 20. Woche besteht die verbleibende Entwicklung aus einem deutlichen Wachstum mit geringer Veränderung der Form. In diesen Stadien sind bereits zwei Hauptbündel nachweisbar, die jedoch im Vergleich zur Bündelausrichtung des erwachsenen VKB paralleler zu verlaufen scheinen.(9) Das Kreuzband ist von einer mesenterialähnlichen Synovialfalte umgeben, die aus dem posterioren Kapselapparat des Kniegelenks stammt. Das VKB befindet sich deshalb zwar intraartikulär, bleibt aber während seines gesamten Verlaufs extra-synovial. (10)

Die frühe Manifestation des VKB mit zwei verschiedenen Bündeln im fötalen Knie deutet darauf hin, dass die frühe Entwicklung des Kniegelenks durch das VKB gesteuert wird. Das Vorhandensein von Kreuzbändern in diesem frühen Entwicklungsstadium könnte zu der Annahme führen, dass sie mit der daraus resultierenden Form der Femurkondylen und des Tibiaplateaus interagieren. (5)

Allgemeine Anatomie ( edit | edit source )

Ansatz am lateralen Femurkondylus

Femoraler Ansatz ( edit | edit source )

Das VKB ist eine komplexe Struktur aus straffem Bindegewebe. Es entspringt posterior an der medialen Seite des lateralen Femurkondylus (laterale Wand der Fossa intercondylaris).(11)(7) Der femorale Ansatz des VKB hat die Form eines Kreissegments, dessen anteriorer Rand gerade und dessen posterior Rand konvex ist. Seine Längsachse ist gegenüber der Senkrechten leicht nach vorne geneigt, und die hintere Konvexität verläuft parallel zum hinteren Gelenkrand des lateralen Femurkondylus. (11) Von seinem femoralen Ansatz aus verläuft das VKB nach anterior, medial und distal zur Tibia. Seine Länge reicht von 22 bis 41 mm (Mittelwert 32 mm) und seine Breite von 7 bis 12 mm. (12)

Tibialer Ansatz ( edit | edit source )

Das VKB setzt tibial an der Area intercondylaris, anterior und lateral der Eminentia intercondylaris an. An diesem Ansatz verläuft das VKB unter dem Lig. transversum genus hindurch, und einige Faszikel des VKB können mit dem anterioren Ansatz des lateralen Meniskus verschmelzen. In einigen Fällen können Faszikel vom posterioren Aspekt des tibialen Ansatzes des VKB bis zum posterioren Ansatz des lateralen Meniskus reichen und mit diesem verschmelzen. Der tibiale Ansatz des VKB ist etwas breiter und stärker als der femorale Ansatz. (11) Die Querschnittsfläche des VKB nimmt vom Femur zur Tibia wie folgt zu: 34 mm2 proximal, 33 mm2 halb proximal, 35 mm2 im mittleren Bereich, 38 mm2 halb distal und 42 mm2 distal. (13) Es wird ebenfalls berichtet dass die tibiale Ansatzstelle des VKB etwa 120 % der femoralen Ansatzstelle beträgt. (14)

Räumliche Ausrichtung ( edit | edit source )

Die Literatur wird unübersichtlich, wenn die Faszikelanatomie zugeordnet wird. Welsh (1980) und Arnoczky (1983) beschrieben die VKB als ein einziges breites Kontinuum von Faszikeln, wobei verschiedene Abschnitte während der unterschiedlichen Winkelgrade der Bewegung des Knies gespannt werden. (15)(16) Funktionell unterteilten Girgis et al. das VKB jedoch in zwei Teile, das anteromediale Bündel (AMB) und das posterolaterale Bündel (PLB),(11) während andere Autoren das VKB in drei funktionelle Bündel (AMB, intermediäres Bündel und PLB) unterteilt haben. (12)(17) In einer kürzlich durchgeführten Studie, bei der eine MRT-Darstellung mit 3D-Visualisierung eingesetzt wurde, wurden bei den Studienteilnehmern in 22 Knien (92 %) drei Bündel und in 2 Knien (8 %) zwei Bündel beobachtet.(18) Das Zwei-Bündel-Modell hat sich jedoch allgemein als die beste Darstellung zum Verständnis der Funktion des VKB durchgesetzt.

Das VKB verläuft nach anterior, medial und distal durch das Gelenk, während es vom Femur zur Tibia verläuft. Dabei dreht es sich in einer leicht nach außen gerichteten (seitlichen) Spirale um sich selbst. Dies liegt an der Ausrichtung der knöchernen Ansätze. Die Ausrichtung des femoralen Ansatzes des VKB in Bezug auf die Gelenkstellung (Flexion/Extension) ist ebenfalls für die relative Spannung des Bandes im gesamten Bewegungsbereich verantwortlich. (7) Der Ansatz der VKB besteht aus einer Ansammlung einzelner Faszikel, die sich über einen breiten, abgeflachten Bereich fächerartig anordnen. (11) Diese Faszikel wurden zusammenfassend in zwei Gruppen unterteilt:

Anteromediales Bündel (AMB) Posterolaterales Bündel (PLB)
Ansätze Entspringt am proximalen Aspekt des femoralen Ansatzes und setzt am anteromedialen Aspekt des tibialen Ansatzes an Entspringt am distalen Aspekt des femoralen Ansatzes und setzt am posterolateralen Aspekt des tibialen Ansatzes an
Ausrichtung In der Frontalebene ist das AMB eher vertikal ausgerichtet In der Frontalebene ist das PLB eher horizontal ausgerichtet(7)
Das AMB spannt sich eher bei Flexion an und ist in endgradiger Extension lax Das PLB spannt sich eher bei endgradiger Extension an und ist in der Flexion lax(11)
„Führungsbündel“ „Sicherungsbündel“

Die Innenrotation verlängert das VKB etwas mehr als die Außenrotation, am deutlichsten bei 30° Flexion. Darüber hinaus berichteten Markolf et al., dass das VKB als sekundäre Sicherung des Varus-Valgus-Winkels in voller Extension wirkt.(19) Einer Verdrehung des Knies wird durch eine Kombination aus Kapselscherung, schräger Seitenbandwirkung, Gelenkoberfläche und Meniskusgeometrie entgegengewirkt, während das Kreuzband nur eine untergeordnete Rolle spielt.(1)

Die Einteilung in zwei Bündel vermittelt zwar eine allgemeine Vorstellung von der Dynamik des VKB während der Bewegung, entspricht jedoch nicht vollständig der tatsächlichen Biomechanik, da verschiedene Teile des VKB während des gesamten Bewegungsausmaßes gespannt bleiben. (16) Dies ist von großer klinischer Bedeutung, da in jeder Position des Knies ein Teil des VKB unter Spannung und funktionsfähig bleibt.

Kürzlich schlugen Zantop et al. eine Klassifikation der intraartikulären Rupturmuster des VKB in Bezug auf seine beiden Bündel vor.(20) Diese Klassifikation besteht aus einem alphanumerischen Code mit Buchstaben für die Rupturstelle des AMB und Zahlen für die Rupturstelle des PLB. Eine femorale Ruptur des AMB wird mit 1, die Ruptur des mittleren Bereichs mit 2 und die tibiale Ruptur des AMB mit 3 klassifiziert. Ein überdehntes, funktionell insuffizientes AMB wird mit 4 und ein intaktes AMB mit 5 bewertet. Für das PLB wird eine Ruptur am femoralen Ursprung, im mittleren Bereich oder am tibialen Ansatz mit A, B bzw. C eingestuft. Ein überdehntes PLB wird als D, ein intaktes PLB als E klassifiziert. Das intraoperativ ermittelte Rupturmuster von AMB und PLB kann mit diesem alphanumerischen Code ausgedrückt werden, z. B. „1A“ für eine femorale Ruptur des AMB mit femoraler Ruptur des PLB. Die Validität und Zuverlässigkeit einer möglichen Klassifikation wird derzeit entwickelt.

(21)

Mikroanatomie ( edit | edit source )

Die komplexe ultrastrukturelle Organisation, die unterschiedliche Ausrichtung der Bündel des VKB und das reichhaltige elastische System unterscheiden das VKB stark von anderen Bändern und Sehnen. Das VKB ist eine einzigartige und komplexe Struktur, die multiaxialen Belastungen und unterschiedlichen Zugbeanspruchungen standhält. (22)

Mikroskopisch gesehen können wir drei Zonen innerhalb des VKB unterscheiden:

  1. Der proximale Teil, der weniger fest ist, ist stark zellulär, reich an runden und ovoiden Zellen und enthält einige spindelförmige Fibroblasten, Kollagen Typ II und Glykoproteine wie Fibronektin und Laminin.
  2. Der mittlere Teil, der spindelförmige Fibroblasten enthält, weist eine hohe Dichte an Kollagenfasern, eine besondere Knorpel- und Faserknorpelzone (insbesondere im anterioren Teil, wo das Band dem anterioren Rand der Fossa intercondylaris gegenüberliegt) sowie elastische und Oxytalanfasern auf. Die Oxytalanfasern halten moderaten multidirektionalen Belastungen stand, während die elastischen Fasern wiederkehrende Höchstbelastungen aufnehmen. Die spindelförmigen Fibroblasten sind in diesem mittleren Teil, der auch als „spindelförmige Zone“ bezeichnet wird, besonders ausgeprägt und befinden sich im mittleren Teil und dem proximalen Viertel des Bandes.
  3. Der distale Teil, der am festesten ist, ist reich an Chondroblasten und ovoiden Fibroblasten und weist eine geringe Dichte an Kollagenbündeln auf. Die Fibroblasten, die sich auf beiden Seiten der Kolagenbündel befinden, sind rundzellig-ovoid und ähneln den Zellen des Gelenkknorpels. Im anterioren Teil des VKB, etwa 5-10 mm proximal des tibialen Ansatzes, umgibt das Band anstelle von Synovialgewebe eine Schicht aus straffem, faserigen Bindegewebe. Dieser Bereich entspricht der Zone, in der das Band bei voller Knieextension auf den vorderen Rand der Fossa intercondylaris des Femurs auftrifft.

Der femorale und tibiale Ansatz haben die Struktur einer chondral-apophysären Enthese, die aus vier Schichten besteht. Die erste Schicht besteht aus den Bänderfasern. Die mit den Kollagenbündeln ausgerichteten Faserknorpelzellen befinden sich in der zweiten Schicht, die als nicht mineralisierte Knorpelzone bezeichnet wird, während die dritte Schicht die mineralisierte Knorpelzone darstellt. Der Faserknorpel ist mineralisiert und fügt sich in die subchondrale Knochenplatte ein, die die vierte Schicht darstellt.(23) Aufgrund dieser besonderen Anatomie der Ansätze weist das VKB eine Übergangszone vom starren Knochen zum Bandgewebe auf, die eine abgestufte Änderung der Steifigkeit ermöglicht und eine Spannungskonzentration an der Ansatzstelle verhindern kann.(15)(24)(8) Das Hauptkollagen der VKB ist Typ-I-Kollagen, das lockere Bindegewebe besteht aus Typ-III-Kollagen. (25)

Interessanterweise wurden in einer anatomischen Studie Unterschiede in der Struktur des anteromedialen und posterolateralen Bündels festgestellt. (25) Im vorderen Teil des AMB unterscheidet sich die typische Zellmorphologie von der typischen Struktur des übrigen VKB. In dieser Region erscheinen die Zellen nicht länglich. Bei voller Extension steht dieser Teil des VKB in direktem Kontakt mit der Fossa intercondylaris.(25) Histologische Schnitte in diesem Bereich zeigen typische Tenozyten und chondrozytenähnliche Zellen. Diese chondroiden Zellen produzieren sogar kleine Mengen des knorpelspezifischen Kollagens Typ II. Aufgrund des direkten Kontakts zwischen Knorpel und Band könnte das Auftreten von Chondrozyten als funktionelle Anpassung des Bandes an die Druckbelastung erklärt werden, die durch das physiologische Aufeinandertreffen der VKB und des vorderen Rands der Fossa intercondylaris verursacht wird. (25) Mit Hilfe des Quantitative Polarised Light Imaging (QPLI) stellten Skelley und Kollegen(26) eine höhere Gesamtsteifigkeit und Festigkeit des AMB sowie eine stärkere Ausrichtung der Kollagenfasern unter Belastung fest.

Anordnung der VKB-Fibrillen ( edit | edit source )

Die Fibrillenorganisation des VKB ist eine Kombination aus schraubenförmigen und planaren, parallelen oder verdrehten, nichtlinearen Netzwerken. Die zentral gelegenen Faszikel des VKB sind entweder gerade oder wellenförmig angeordnet, während die an der Peripherie gelegenen Faszikel ein schraubenförmiges Wellenmuster aufweisen. Der Zweck des wellenförmigen und nichtlinearen Musters der Fibrillen wurde als „Crimp“ bzw. „Rekrutierung“ interpretiert.(27) Das „Crimping“ stellt ein regelmäßiges sinusförmiges Muster in der Matrix dar. Dieses ziehharmonikaartige Muster in der Matrix bietet einen „Puffer“, in dem eine leichte Längsdehnung ohne Faserschädigung auftreten kann. Es bietet auch einen Mechanismus zur Kontrolle der Spannung und wirkt als „Stoßdämpfer“ über die gesamte Länge des Gewebes.(28) Während der Zugdehnung wird das „Crimping“, d.h., die wellenförmige Anordnung der Fibrillen, zunächst durch die geringe Belastung begradigt; allmählich größere Belastungen dehnen diese Fibrillen zunehmend. So übernimmt auch eine immer größere Anzahl von Fibrillen mit zunehmender Belastung eine tragende Funktion („Rekrutierung“), und es kommt zu einem allmählichen Anstieg der Gewebesteifigkeit, was zu einer nichtlinearen Kraft-Verlängerungskurve führt. Dieses Phänomen ermöglicht es dem VKB, dem Gelenk schnell zusätzlichen Schutz zu bieten. (28)

Kürzlich fanden Lee et al. heraus, dass Östrogen die Struktur und Funktion der Bänder durch Veränderung der Synthese von Kollagen Typ I und Typ III direkt reguliert. (29)(30) Tatsächlich stimuliert Östrogen die Synthese von Kollagen Typ I und III auf mRNA-Ebene, während die Anwendung einer mechanischen Kraft die Expression der Gene für Kollagen Typ I und III bei allen getesteten Östrogenspiegeln verringert. (29)

Auswirkung der mechanischen Entlastung auf histologische Veränderungen ( edit | edit source )

Chen et al. stellten ein menschliches VKB-Modell vor, um die Auswirkungen der mechanischen Entlastung auf die histologischen Veränderungen des Bandgewebes im Laufe der Zeit zu untersuchen. (31) Zu den Testvariablen gehörten die Fibroblastendichte, die Amplitude des Crimps und die Kernform des Crimps. Die Autoren beobachteten die aufeinander folgenden Veränderungen: Die Fibroblastendichte nahm innerhalb von 5-6 Wochen nach Beginn der Entlastung deutlich zu. Nach 7-8 Wochen nahm die Amplitude des Crimps deutlich ab, begleitet von der Bildung unregelmäßiger Fasermuster und -fragmente. Es folgten Veränderungen in der Wellenlänge des Crimps und in der Kernform, von spindelförmig zu ovoid, innerhalb der Wochen 9-14. Der Literatur zufolge stellen körperliche Belastungen einen wichtigen Anreiz für die Aufrechterhaltung der normalen Struktur und Funktion des Bandgewebes dar. Die genetische Expression von Kollagen Typ I und Typ III wird durch die mechanische Dehnung der VKB-Zellen ebenfalls stimuliert, und zwar durch Hochregulierung des Transforming Growth Factor (TGF)-Beta-1. (30) Daher betonten die Autoren das wichtige Konzept der frühzeitigen Einführung von mechanischer Kraft in Rehabilitationsprogrammen für Patienten mit Bandverletzungen, um schädliche Auswirkungen durch die mechanische Entlastung zu verhindern.

Biomechanik(edit | edit source)

Die Faserbündel des VKB funktionieren nicht als ein einfaches Faserband mit konstanter Spannung, sondern weisen während des gesamten Bewegungsbereichs ein unterschiedliches Spannungsmuster auf. Die Unterscheidung des VKB in zwei funktionelle Bündel, das anteromediale Bündel (AMB) und das posterolaterale Bündel (PLB), scheint eine zu starke Vereinfachung zu sein, aber die Beschreibung der Fasern des VKB in zwei Bündeln wurde weitgehend als Grundlage für das Verständnis der Funktion des VKB akzeptiert. Die Terminologie der Bündel wurde entsprechend ihres tibialen Ansatzes gewählt, wobei die Fasern des AMB ihren Ursprung im proximalsten Teil des femoralen Ursprungs haben und am anteromedialen tibialen Bereich ansetzen.(11)(24)(8)(11) Sakane et al. haben gezeigt, dass bei einer anterioren tibialen Belastung von 134 N die vom PLB aufgenommenen Kräfte bei niedrigeren Flexionsgraden höher sind als die des AMB. (32) Es hat sich jedoch gezeigt, dass das AMB bei höheren Flexionswinkeln mehr von der von außen einwirkenden Kraft aufnimmt. (32) Unter Verwendung eines Flüssigmetall-Dehnungsmessers berichteten Bach et al. über eine höhere Dehnung im PLB als im AMB bei einer Knieflexion unter 20 Grad. (3) In einer biomechanischen Kadaverstudie wurde eine nicht signifikante Zunahme der anterioren Tibiatranslation nach einem Teilriss des AMB oder PLB festgestellt.(33) Die reziproke Funktion zwischen den beiden Bündeln bleibt in der Literatur noch nicht eindeutig geklärt.(34)

Eine kürzlich durchgeführte Studie, bei der ein robotergestützter/universeller Kraftmomentsensor verwendet wurde, unterstreicht die Bedeutung des PLB. (35) In dieser Studie waren die In-situ-Kräfte der PLB als Reaktion auf eine anteriore Belastung von 134 N in voller Extension am höchsten und nahmen mit zunehmender Flexion ab. (35) Diese Autoren wiesen ferner nach, dass das PLB eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Knies gegen eine kombinierte Rotationsbelastung spielt. (35) In einer kürzlich durchgeführten In-vivo-Studie wurde die Kniekinematik von VKB-rekonstruierten (Einzelbündeltechnik) und unverletzten (kontralateralen) Knien von sechs Probanden beim Bergablaufen mit Hilfe einer stereophotogrammetrischen Röntgenanalyse (RSA) untersucht. (36) Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass eine VKB-Rekonstruktion mit nur einem Bündel die normale Rotationskinematik des Knies bei dynamischer Belastung nicht wiederherstellen kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hypothese, dass das PLB die tibiale Rotation stärker einschränkt als das AMB, auf Zustimmung stößt.

Nach einer VKB-Ruptur ist die Rotationsachse des Knies verändert, was zu einer internen Rotationsinstabilität führt.(37) Infolgedessen wird die Bewegung der posterolateralen Komponente bei 15° Knieflexion um bis zu 413 % erhöht.(38) Patienten mit einer VKB-Verletzung klagen in der Regel darüber, dass sich das Knie instabil anfühlt oder nachgibt („Giving-way-Phänomen“). (39)

Strukturelle und mechanische Eigenschaften ( edit | edit source )

Strukturelle Eigenschaften können als die Eigenschaften des Bandes oder der Sehne zusammen mit ihrer Ansatzstelle und den Fixierungsvorrichtungen beschrieben werden,(40) während die mechanischen Eigenschaften als die Eigenschaften des Bandes oder des Transplantats selbst, ohne seine Ansatzstellen, definiert werden können. (28) Wenn in Studien ein Gefüge aus Femur, VKB und Tibia (genannt FATC: Femur-ACL-Tibia Complex) Zugversuchen unterzogen wird, stellt das resultierende Kraft-Verlängerungs-Diagramm die strukturellen Eigenschaften dieses Komplexes dar (Abb. 1A). Die Form der Kurve in diesem Diagramm hängt von den Eigenschaften der Bandsubstanz, der Geometrie des Komplexes und der Ansatzstelle des Bandes am Knochen ab. Zu den wichtigen Struktureigenschaften gehören die lineare Steifigkeit, die Bruchlast, die Bruchverformung und die beim Versagen absorbierte Energie (Fläche unter der Kurve). (41)

Load elongation curve.PNG

Stress-stain curves.PNG

Obwohl die strukturellen Eigenschaften wertvolle Informationen über das FATC liefern, können sie uns nichts über das Material sagen, aus dem das Band besteht. Die „mechanischen Eigenschaften“ der Bandsubstanz lassen sich aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Abb. 1B) ableiten. Aus den Werten des Spannungs-Dehnungs-Diagramms für Modul, Bruchspannung und Dehnung kann auch die Energiedichte bestimmt werden. (40)

Es hat sich gezeigt, dass die strukturellen und mechanischen Eigenschaften der nativen VKB mit zunehmendem Alter abnehmen. (40) Die mittlere Bruchlast der FATC-Proben im Alter von 22 bis 35 Jahren betrug 2.160 (± 157) N. (40) Die Steifigkeit einer VKB-Rekonstruktion oder des nativen FATC lässt sich in Belastungsversuchen als der lineare Bereich der Kraft-Verlängerungskurve bestimmen. Für die Proben im Alter von 22 bis 35 Jahren wurde eine Steifigkeit des FATC von 242 (± 28) N/mm ermittelt. (40) Die zum Zeitpunkt des Versagens absorbierte Energie kann aus der Fläche unter der Kurve berechnet werden, und für die 22-35 Jahre alten Proben wurde die zum Zeitpunkt des Versagens absorbierte Energie mit 11,6 (± 1,7) Nm ermittelt. (40)

Die komplexe geometrische Konfiguration und die unterschiedlich langen Faserbündel der VKB haben die Berechnung von Spannung und Dehnung erschwert. Butler et al. teilten das menschliche VKB in Portionen auf und prüften die einzelnen Einheiten auf den durchschnittlichen Modul und die Zugfestigkeit.(42) Der durchschnittliche Modul und die endgültige Zugfestigkeit betrugen 278 bzw. 35 MPa. Die Bänder erreichten ihre Endspannung bei -15 % Dehnung. In einer späteren Studie stellten Butler et al. fest, dass das AMB einen größeren Modul, eine höhere Zugfestigkeit und eine höhere Dehnungsenergiedichte aufweist als das PLB. (43)

Eigenschaften von Transplantaten ( edit | edit source )

Die beiden am häufigsten verwendeten Transplantate sind „Bone-Tendon-Bone-“ (Knochen-Sehne-Knochen-) Transplantate der Patellarsehne und Hamstrings-Transplantate als autologe Sehnentransplantate. Ziel der Transplantatauswahl sollte es sein, die Kraft-Verlängerungskurve für VKB-Transplantate an die Kurve anzupassen, die von dem menschlichen FATC erzeugt wird. Die strukturellen Eigenschaften eines 10 mm breiten Patellarsehnentransplantats sind Berichten zufolge mit denen des nativen VKB vergleichbar, mit einer mittleren Bruchfestigkeit von 1.784 (± 580) N und einer mittleren Steifigkeit von 210 N/mm. (44) Die biomechanische Analyse eines vierfachen Hamstring-Transplantats ergab eine mittlere Bruchlast und Steifigkeit von 2.422 (± 538) N bzw. 238 N/mm. (44)Diese Untersuchungen wurden jedoch zum Zeitpunkt Null durchgeführt, und Tierstudien haben gezeigt, dass sich die strukturellen Eigenschaften von VKB-Rekonstruktionen aufgrund der Heilung und des Umbaus des Transplantats verändern. Weiler et al. haben an einem Schafmodell gezeigt, dass die Zugfestigkeit eines mit Interferenzschrauben fixierten Weichteiltransplantats in Woche 9 auf 6,9 % des Wertes zum Zeitpunkt Null (Zeitpunkt der Rekonstruktion) abfällt und es bis zu 52 Wochen dauern kann, bis das Festigkeitsniveau zum Zeitpunkt Null wieder erreicht ist. (45)

Auswirkungen der muskulären Stabilisation ( edit | edit source )

Die Muskeln, die das Knie kreuzen, spielen eine große Rolle bei der Aufrechterhaltung der normalen Kinematik des intakten Knies. Durch die Muskelaktivität können sich die Zugkräfte und Belastungen, denen das VKB ausgesetzt ist, stark verändern. (7) Markolf et al. stellten fest, dass die rein passive Extension des Knies nur während der letzten 10° der Extension Kräfte im VKB erzeugte. (19) Dagegen kann eine vom M. quadriceps femoris erzeugte Kraft von 200 N einen Anstieg der Belastung des VKB in allen Winkeln der Knieflexion verursachen. Es wurde ebenso nachgewiesen, dass die Kraft des Quadrizeps eine verstärkte anteriore tibiale Translation bewirkt, während die Kraft der Hamstrings (ischiokrurale Muskulatur) den gegenteiligen Effekt hat. Die Zugkräfte auf dem AMB unterscheiden sich jedoch nicht zwischen belasteten (Quadrizeps- bzw. Hamstring-Kräfte) und unbelasteten Zuständen in allen Knieflexionswinkeln. (46) Auf der Grundlage der Gleichungen für das Kräftegleichgewicht und geometrischer Daten aus Röntgenbildern gesunder Knie schlugen Yasuda und Sasaki vor, dass eine gleichzeitige Kontraktion von Quadrizeps und Hamstrings bei fast vollständig gestrecktem Knie keine signifikante Kraft im Sinne einer vorderen Schublade erzeugt.(47)

Es wurde festgestellt, dass ebenes Gehen, Treppensteigen und -absteigen die höchsten Scherkräfte auf das VKB ausüben, verglichen mit anderen Tätigkeiten wie Sitzen, Aufstehen und das Knie beugen.(48)

In der Praxis sollte die Extension im Vordergrund stehen. Isometrische Übungen für Quadrizeps und Hamstrings können in jedem Flexionswinkel sicher durchgeführt werden. Darüber hinaus kann nach der VKB-Rekonstruktion die volle aktive und passive Beweglichkeit erarbeitet werden.(49)

Kürzlich führten Zaffagnini et al. eine qualitative und quantitative histologische Bewertung des Prozesses der Neoligamentisierung eines autologen Patellarsehnen-Transplantats (Bone-Tendon-Bone) zu verschiedenen Nachuntersuchungszeitpunkten mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) durch.(50) Ihre Ergebnisse zeigten, dass bis zu einer Nachbeobachtungszeit von 24 Monaten fortschreitende ultrastrukturelle Veränderungen in Richtung eines normalen VKB zu beobachten sind. Nach längeren Zeiträumen nach der Operation (48 und 120 Monate) waren keine weiteren Veränderungen zu erkennen, und die Ultrastruktur zeigte eine deutliche Verringerung der großen Fibrillen, die für die Patellarsehne der Kontrollgruppe typisch war, und eine deutliche Zunahme der kleinen Fibrillen. Die Ultrastruktur schien Fibrillen aus zwei verschiedenen morphologischen Einheiten zu vereinen. Das als neues VKB verwendete Transplantat durchlief bis zu zwei Jahre lang einen Transformationsprozess. Danach hörte die Umwandlung auf und erreichte zehn Jahre lang nicht den ultrastrukturellen Aspekt eines normalen VKB. Aus architektonischer Sicht verwandelte sich das Transplantat jedoch allmählich in eine Struktur, die dem VKB im Hinblick auf die unterschiedlichen mechanischen Belastungen, denen das Band ausgesetzt ist, ähnelt.(50) Eine ähnliche Studie mit autologem Hamstring-Transplantat wird derzeit durchgeführt.

Okahashi et al. untersuchten kürzlich, ob die Hamstring-Sehnen nach der Entnahme für die Rekonstruktion des VKB nachwachsen können und ob das regenerierte Gewebe histologisch als „sehnig“ charakterisiert werden kann. In ihrer Studie wurde die Regeneration der Sehne bei 9 der 11 Patienten makroskopisch nachgewiesen. Histologisch und immunhistochemisch waren die regenerierten Sehnen normalen Sehnen sehr ähnlich. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass sich die Hamstring-Sehnen nach der Entnahme für die VKB-Rekonstruktion regenerieren können.(51) Die Verwendung von Hamstring-Transplantaten für die VKB-Rekonstruktion kann jedoch zu einem anderen histologischen Muster der Sehnen-Knochen-Heilung führen. Die Mikrobewegung des Hamstring-Transplantats innerhalb des gebohrten Kanals kann eine Rolle bei der Heilung von Sehne und Knochen spielen. (52)

Eine Studie, in der die molekularen Eigenschaften der Kniestrecker nach einer VKB-Rekonstruktion untersucht wurden, ergab einen geringeren Anteil an langsamen Fasern, eine geringere Mitochondrien-Faserdichte und ein geringeres Verhältnis von Kapillaren zu Fasern, insbesondere im M. vastus lateralis, bis zu 5 Jahre nach dem Eingriff.(53)

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