Viskoplastische Elongation eines gevierfachten Semitendinosussehnenkonstrukts mit Tape- und Fadenfixierung unter zyklischer Belastung

Die gevierfachte Semitendinosussehne wird von einigen Autoren als gleichwertiger Ersatz zum Patellarsehnentransplantat zur Rekonstruktion des vorderen Kreuzbands empfohlen. Einige klinische Fehlschläge mit diesem Transplantat veranlaßten uns, das primäre Transplantatkonstrukt biomechanisch zu untersuchen. Es war unsere Hypothese, daß infolge repetitiver, zyklischer Belastung eine viskoplastische Längenzunahme im Transplantatkonstrukt auftritt. 8 Semitendinussehnen von Leichengeweben wurden in der klinisch angewandten Technik zu einem Vierfachtransplantat präpariert. Zur proximalen Verankerung dienten ein Polyesterband und ein Titanplättchen. Die freien Sehnenenden wurden zur späteren distalen Fixierung mit Fäden um eine kortikale Fixierungsschraube angeschlungen. Das Titanplättchen und eine distale Kortikalisschraube wurden fest mit einer mechanischen Prüfmaschine zur weiteren Testung verbunden. Der Abstand der Fixierungspunkte lag bei 120 mm. Nach Präkonditionierung erfolgte das Knoten der Fäden bei maximaler Spannung. Es erfolgte zunächst eine Serie aus 5 zyklischen Belastungtests zwischen 20 und 100N (Test A) oder 20 und 150N (Test B). Die Testfolge war A ₁ -A ₂ -B ₁ -B ₂ -A ₃ mit einer 1stündigen Entlastung der Konstrukte zur möglichen Rückbildung viskoelastischer Effekte. Nach jeder Entlastungphase erfolgte eine Längenmessung bei 3N Vorspannung. Während der zyklischen Belastung wurde mit einer digitalen Videoanalyse die relative Bewegung innerhalb von 3 Abschnitten des Konstrukts bestimmt. Abschließend erfolgte ein Zerreißtest. In Folge der zyklischen Belastung kam es zu einer durchschnittlichen viskoplastischen Längenzunahme der Transplantatkonstrukte von 3,9 ± 0,9 mm. Nur ca. 3% dieser Längenzunahme fanden im Bereich des Sehnengewebes statt. Alle Konstrukte versagten durch Zerreissen des Mersilenebands bei einer Maximallast von 416 ± 36N. Die Steifigkeit lag bei 32,4 ± 1,3N/mm. Die Ergebnisse stützen die Hypothese, daß eine beträchtliche viskoplastische Längenzunahme in den Transplantatkonstrukten infolge zyklischer Belastung auftritt. Ähnliche Belastungen können in den Transplantatkonstrukten bei Kniebelastungen in der frühen postoperativen Phase auftreten und Ursache für eine Auslockerung vor Einheilung in den Knochenkanal sein. Wir schließen aus unseren Ergebnissen, daß eine aggressive Rehabilitation bei Verwendung dieser Technik nicht empfohlen werden kann. Verbesserte Techniken und/ oder Materialien zur Verankerung der Semitendinosusessehnen sollten entwickelt werden, um das biomechanische Verhalten der Transplantatkonstrukte zu verbessern.

The purpose of this study was to determine the viscoplastic deformation in a quadrupled semitendinosus graft construct using a titanium button/ tape and screw post/suture fixation technique in response to cyclic loading. Eight quadrupled grafts for replacement of the anterior cruciate ligament (ACL) were prepared from human cadaveric semitendinosus tendons. For fixation, a polyester tape attached to a titanium button and four #2 nonresorbable sutures attached to each of the four tendon ends tied around a post screw were used. The graft construct was mounted on an INSTRON testing machine, with the titanium button and the post screw rigidly fixed at a constant distance of 120 mm. Cyclic creep tests (with 100 cycles each) were performed (A) between 20 and 100 N and (B) between 20 and 150 N (Fig. 1). The test sequence was A₁-A₂-B₁-B₂-A₃ with a rest period of 1 h between single tests for graft recovery. The length of the graft construct after each rest period was used to determine the permanent elongation. Relative length changes along the graft construct (proximal, central, distal) were determined using a video tracking device. Finally, a load-to-failure test was performed. Under all test conditions the maximum elongation of the graft construct increased from the first to the 100th cycle, ranging from 1.0 mm to 3.1 mm. While these so-called creep patterns were almost identical in A₁ and A₂, elongations under A₃ were 3–4 mm higher than under A₁ and A₂, probably as a result of higher loads at B₁ and B₂. The permanent elongation of the graft constructs after completion of the test series was 3.9 ± 0.9 mm. Further analysis revealed that about 97% of this deformation occurred within the fixation materials and interfaces (distal and proximal section) and only about 3% within the tendon tissue (central section). The load-to-failure test revealed an ultimate load of 416 ± 36 N and a stiffness of 32.4 ± 1.3 N/mm. All constructs failed at the polyester tape. Our results indicate that repetitive cyclic loading at relatively low loads can result in substantial, permanent elongation of a quadrupled semitendinosus graft construct with endobutton/tape and suture/post screw fixation method. Similar loads may be experienced by the graft construct during early postoperative activities and be a cause of gradual failure before graft incorporation is complete. We conclude that aggressive postoperative rehabilitation be applied with caution when using this graft construct. Better fixation materials and/ or techniques should be developed to improve biomechanical behavior of the graft construct.