Vorderes Kreuzband (VKB) – Struktur und biomechanische Eigenschaften

Einleitung(edit | edit source)

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⁾ Die Rekonstruktion der VKB zielt darauf ab, die Kinematik und Stabilität des verletzten Knies wiederherzustellen, um zukünftige degenerative Veränderungen zu verhindern.⁽³⁾⁽⁴⁾ 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.

Beschreibung des VKB (edit | edit source)

Grob gesagt ist das VKB eine Struktur, die Femur und Tibia miteinander verbindet. Es entspringt posterior an der medialen Seite des lateralen Femurkondylus (laterale Wand der Fossa intercondylaris). Es setzt tibial an der Area intercondylaris, anterior und lateral der Eminentia intercondylaris an, wobei einige Faszikel des VKB mit dem Vorderhorn des lateralen Meniskus verschmelzen. Das Band hat seine eigene Synovialmembran.⁽⁵⁾ Es scheint keine einzige „wahre” morphologische Beschreibung des VKB zu geben, und die Forschung stellt eine große Variabilität in der morphologischen Struktur des VKB selbst und seiner Ansatzbereiche fest.⁽⁶⁾

Femoraler Ansatz (edit | edit source)

Das VKB ist eine bandartige Struktur aus straffem Bindegewebe. Es entspringt proximal am posterosuperioren Aspekt der medialen Seite des lateralen Femurkondylus.^(7)(8)(9) Die Form des sogenannten femoralen „Fußabdrucks“ (engl.: „footprint“) des VKB wurde als oval oder elliptisch beschrieben.⁽¹⁰⁾ Genauer gesagt handelt es sich jedoch um ein Kreissegment, dessen anteriorer Rand gerade und dessen posterior Rand konvex ist.⁽¹¹⁾ Einige Untersuchungen zeigen, dass der femorale Ansatz des VKB fächerförmige Fasern enthält, die bis in den Gelenkknorpel des Femurkondylus einstrahlen.⁽¹²⁾ Der femorale Ansatz variiert von Person zu Person, weshalb eine individuelle VKB-Rekonstruktion wichtig ist.⁽⁶⁾ Von seinem femoralen Ansatz aus verläuft das VKB nach anterior, medial und distal zur Tibia, wobei seine Länge zwischen 27 mm und 38 mm⁽⁶⁾ und seine Breite zwischen 10 mm und 12 mm variiert.⁽⁶⁾ Die Breite des anteromedialen Bündels (AMB) liegt zwischen 6 und 7 mm und die Breite des posterolateralen Bündels (PLB) liegt zwischen 5 und 6 mm.⁽⁶⁾ Die Querschnittsfläche des femoralen Ansatzes reicht von 60 bis 130 mm², wobei etwa 50 % der Fläche auf jedes Bündel entfallen.⁽⁶⁾

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 Vorderhorn des lateralen Meniskus verschmelzen.⁽¹³⁾ Die Querschnittsfläche des tibialen Fußabdrucks reicht von etwa 100 bis 160 mm².⁽⁶⁾ Die mittlere Breite des tibialen Fußabdrucks beträgt etwa 12,6 mm bei einer mittleren Dicke von 3,3 mm.⁽¹⁴⁾ Der tibiale Fußabdruck kann in drei Hauptformen unterteilt werden: elliptisch, dreieckig und C-förmig, wobei die elliptische Form die häufigste ist.⁽¹⁵⁾ Die Form der Ansatzstelle ist ein wichtiger Faktor bei der individuellen Rekonstruktion des VKB.⁽⁶⁾

Bündelstruktur des VKB (edit | edit source)

Die VKB wird gemeinhin als eine Struktur mit zwei Bündeln beschrieben, das anteromediale Bündel (AMB) und das posterolaterale Bündel (PLB). Zwischen den beiden Bündeln befindet sich eine Gewebehülle, und die beiden Bündel haben unterschiedliche Ansatzstellen.⁽¹⁶⁾ Benannt sind diese beiden Bündel nach ihrem tibialen Ansatz. Andere Autoren unterteilen das VKB in drei funktionelle Bündel (AMB, intermediäres Bündel und PLB).⁽¹⁶⁾ Allerdings gibt es auch Studien, die das Vorhandensein des intermediären Bündels beim Menschen nicht bestätigen konnten.⁽¹⁷⁾

Das VKB zieht nach anterior, medial und distal durch das Gelenk, während es vom Femur zur Tibia verläuft. Aufgrund der Ausrichtung seiner knöchernen Ansätze dreht es sich in einer leicht nach außen gerichteten (seitlichen) Spirale um sich selbst. 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.⁽⁹⁾ Der Ansatz der VKB besteht aus einer Ansammlung einzelner Faszikel, die sich über einen breiten, abgeflachten Bereich fächerförmig anordnen.⁽⁸⁾ In diesem Kontinuum von Faszikeln werden verschiedene Abschnitte jedes Bündels während der Bewegung des Knies in unterschiedlichem Maße gespannt. Die Fasern des AMB widerstehen hauptsächlich der anterioren Translation der Tibia, während die Fasern des PLB hauptsächlich die Innenrotation der Tibia begrenzen.⁽⁷⁾ Der Winkel der Kniebeugung beeinflusst auch den Beitrag der verschiedenen Fasern, wobei die Fasern des AMB für Stabilität sorgen und der Belastung widerstehen, wenn sich das Knie in Flexion befindet, und die Fasern des PLB für Stabilität in Extension sorgen.⁽⁷⁾

	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 (etwa 70° zum Knie)	In der Frontalebene ist das PLB eher horizontal ausgerichtet (etwa 55° zum Knie)(9)
	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(8)
	„Führungsbündel“	„Sicherungsbündel“

Die Innenrotation verlängert das VKB etwas mehr als die Außenrotation, am deutlichsten bei 30° Flexion. Darüber hinaus wirkt der VKB als sekundäre Sicherung des Varus-Valgus-Winkels in voller Extension.⁽¹⁸⁾ 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, vereinfacht sie aber etwas zu sehr. Die VKB besteht aus einem Kontinuum von Faszikeln, deren Spannung während der Bewegung des Knies variiert.^(7)(19) Dies ist von großer klinischer Bedeutung, da in jeder Position des Knies ein Teil des VKB unter Spannung steht und funktionsfähig bleibt.

⁽²⁰⁾

Biomechanik(edit | edit source)

Kontrolle der anterioren Translation der Tibia (edit | edit source)

Die beiden Bündel des VKB haben einen dynamischen Charakter und spielen eine komplexe Rolle bei der Stabilisation des Kniegelenks. Es ist allgemein anerkannt, dass der VKB unabhängig vom Grad der Kniebeugung die primäre Begrenzung der anterioren Translation der Tibia darstellt. Ursprünglich befassten sich biomechanische Studien zum VKB hauptsächlich mit dessen Funktion als Begrenzung der anterioren Translation der Tibia. Aus diesen Studien geht klar hervor, dass die auf den VKB wirkenden Kräfte in verschiedenen Bereichen der Flexion des Knies variieren. Die höchsten In-situ-Kräfte treten zwischen 0 und 30 Grad Flexion auf, wobei die maximale Kraft bei 15 Grad Flexion erreicht wird. Die In-situ-Kräfte sind zwischen 60 und 90 Grad am geringsten, wobei die minimale Kraft bei 90 Grad Flexion auftritt.⁽²¹⁾

Das VKB „bietet 70 bis 87 % des gesamten Widerstands gegen eine anteriore tibiale Scherkraft, die bei kleinen Flexionswinkeln (0 – 30 Grad) auf das Knie einwirkt, und etwas weniger (62 – 85 %) bei größeren Flexionswinkeln (60 -90 Grad).“⁽⁷⁾

Beide Bündel haben auch eine individuelle Rolle als Teil des VKB bei der Begrenzung der anterioren Translation der Tibia. Während der Flexion des Knies erfährt das AMB relativ konstante In-situ-Kräfte, während das PLB zwischen 0 und 15 Grad der Kniebeugung hohe In-situ-Kräfte erfährt und die Kräfte schnell abnehmen, wenn das Knie weiter gebeugt wird.^(21)(22)

Rotationsstabilität (edit | edit source)

Die Innenrotation des Unterschenkels verlängert das VKB etwas mehr als die Außenrotation. Studien, die sich auf die Qualität der Rotationsstabilität der VKB konzentrierten, zeigten, dass beide Bündel zur Rotationsstabilität des Knies beitragen. Kadaveruntersuchungen zeigten, dass bei Einwirkung einer Valgus-Kraft und eines internen Tibiadrehmoments auf das VKB die In-situ-Kräfte im AMB bei 15 Grad Flexion 30 N und bei 30 Grad Flexion 35 N betrugen.⁽²³⁾ Das PLB zeigte größere Schwankungen bei Veränderungen bei Flexion des Knies, mit In-situ-Kräften von 21 N bei 15 Grad und 14 N bei 30 Grad. Beide Bündel tragen zur Rotationsstabilität des Knies bei, jedoch in unterschiedlichem Maße.⁽²²⁾

Untersuchungen, bei denen das VKB dynamisch mit Hilfe der MRT untersucht wurde, haben gezeigt, dass bei einem normalen VKB bei belasteten Aktivitäten mehrere Veränderungen auftreten.⁽²⁴⁾ Mit zunehmendem Flexionswinkel des Knies während der Belastung nimmt auch die axiale Rotation (Verdrehung) der VKB-Bündel zu. Das VKB wird bei vollständiger Extension des Knies um 10 Grad nach innen verdreht, bei einer Flexion des Knies um 90 Grad um 40 Grad. Die laterale Angulation des Bandes nimmt ebenfalls mit zunehmender Flexion des Knies zu, was darauf hindeutet, dass das Band möglicherweise eine laterale Kraftkomponente aufweist, die dazu beiträgt, die Innenrotation der Tibia zu begrenzen.^(24)(22)

Kinematische Studien zur Rolle des VKB bei funktionellen Aktivitäten wie Gehen, Laufen und Schneiden zeigten Folgendes:

• ein Knie mit insuffizientem VKB ist während der verschiedenen Phasen des Gehens anders positioniert als ein Knie mit intaktem VKB. Knie mit verletztem VKB wiesen eine erhöhte Innenrotation während der Belastungsphase des Gangs auf, verglichen mit einem intakten VKB.⁽²⁵⁾
• bei Patienten mit insuffizientem VKB zeigte sich beim Gehen eine normale Kinematik, aber beim Laufen und Schneiden wurden im Vergleich zu Teilnehmern mit intaktem VKB abnorme Bewegungen der Tibia in anteriorer Translation und Rotation festgestellt.⁽²⁶⁾

Das VKB ist wichtig für die Rotationsstabilität, und beide Bündel spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Stabilität, indem sie die anteriore Translation der Tibia und die tibiale Innenrotation begrenzen.⁽²²⁾

Biomechanische Material- und Belastungseigenschaften (edit | edit source)

Das VKB ist eine viskoelastische Struktur, die Kriechen (Creep) und Relaxation unterliegt.⁽²⁷⁾ Dies führt unter anhaltender Belastung zu Laxizität, wobei sich die Steifigkeit nach einer Ruhephase wieder auf ihren Ausgangswert erholt.⁽²⁷⁾ Die Bruchlast bzw. maximale Zugkraft des VKB variiert zwischen 600 und 2300 Newton (N).⁽²⁸⁾ Studien an älteren Kadaverpräparaten haben eine maximale Bruchlast von 496 ± 85 N ermittelt.⁽²⁸⁾ Dies zeigt, dass das Alter die Festigkeitseigenschaften des VKB beeinflusst. Beim Gehen wirken auf das VKB In-situ-Kräfte von 169 N, beim Treppaufsteigen unter 100 N und beim Treppenabsteigen 445 N. Daher sollte die Bruchlast eines VKB-Transplantats über diesen Werten liegen, um einen geeigneten und funktionellen VKB-Ersatz zu gewährleisten. ⁽²⁸⁾

Eine systematische Übersichtsarbeit zu den biomechanischen Eigenschaften der am häufigsten verwendeten Transplantate (Knochen-Sehne-Knochen-Transplantat der Patellarsehne, Hamstrings- und Quadrizepssehnentransplantate) ergab, dass alle Transplantate überlegene biomechanische Eigenschaften im Vergleich zum nativen VKB aufweisen. Diese Transplantattypen zeigen ähnliche biomechanische Eigenschaften und stellen geeignete Optionen für die VKB-Rekonstruktion dar, sofern sie den individuellen Patientenmerkmalen entsprechend ausgewählt werden.⁽²⁷⁾

Referenzen(edit | edit source)