Forces in anterior cruciate ligament during simulated weightbearing flexion with anterior translational and internal rotational load of the tibia. A new method to quantify dynamic loads

Die vorliegende Studie untersucht die in vitro Kraftverläufe und beleuchtet den Effekt von externen tibialen Belastungszuständen auf den Kraftverlauf im vorderen Kreuzband während einer simulierten Knieflexion mit Körpergewichtsbelastung. Neun humane Kadaverknie wurden an einen dynamischen Kniesimulator angebracht, um gewichtbelastete Knieflexionen mit einer Bodenreaktionskraft von 100 N zu simulieren. Gleichzeitig kam ein Roboter/ UFS Messungssystem zum Einsatz, welches im Kniekinemator dazu benutzt wurde externe tibiale Belastungszustände während der Bewegung zu simulieren. Drei externe tibiale Belastungszustände mit 100 N Gewichtssimulation (“BW only 100 N“), 50 N anteriore Translation (“ATF“) und 5 Nm internes tibiales Drehmoment (“ITT“) wurden simuliert. Die tibiale und femorale Kinematik wurde mit Hilfe eines ultraschallgesteuerten Bewegungsmesssystem gemessen. Diese Bewegungspfade wurden dann exakt auf einem Roboter Messsystem reproduziert, worauf die Messung der in situ Kraft des LCA mittels des Prinzips der Superposition erfolgte. Die jeweiligen Maxima der Kraftaufnahme lagen bei “BW only“ bei 15° mit 33 +/- 11 N (Durchschnitt +/- Standardfehler), bei “ITT“ bei 25° mit 35+/- 5 N und bei “ATF“ bei 35° mit 54+/- 10 N .Die Resultate zeigen, dass “ATF“ die in situ Kraft des LCA im Flexionsbereich 0-55° signifikant um bis zu 60% erhöht (p0,05). Das Ausmaß der LCA Kraft verringerte sich mit der Erhöhung des Flexionswinkels für alle drei Belastungszustände; somit beeinflusste der Flexionswinkel signifikant die Kraftaufnahme (p<0,001). Diese Daten legen den Schluss nahe, dass das vordere Kreuzband als Widerstand von externen anterioren Translationen dient, jedoch für die Limitierung der internen Rotation keinen signifikanten Effekt zu haben scheint.This study determined in-vitro anterior cruciate ligament (ACL) force patterns and investigated the effect of external tibial loads on the ACL force patterns during simulated weight-bearing knee flexions. Nine human cadaveric knee specimens were mounted on a dynamic knee simulator, and weight-bearing knee flexions with a 100N of ground reaction force were simulated; while a robotic/ universal force sensor (UFS) system was used to provide external tibial loads during the movement. Three external tibial loading conditions were simulated, including no external tibial load (" BW only 100 N), a 50 N anterior tibial force ("ATF"), and a 5 Nm internal rotation tibial torque (ITT). The tibial and femoral kinematics was measured with an ultrasonic motion capture system. These movement paths were then accurately reproduced on a robotic testing system, and the in-situ force in the ACL was determined via the principle of superposition. The maximum forces under "BW only 100 N) were reached at 15° with 33 +/- 11 N (mean + standard deviation), under "ITT" at 25° with 35+/- 5 N and under "ATF" at 35° with 54+/- 10 N. The results showed that the "ATF" significantly increased the in-situ ACL force by up to 60% during 0–55° of flexion (p0.05). The magnitude of ACL forces decreased with increasing flexion angle for all loading conditions. The flexion angle significantly affected the in-situ ACL force (p