Einleitung: Aufgrund der hohen Inzidenz der vorderen Kreuzbandverletzungen und der damit einhergehenden funktionellen Einschränkung besteht ein anhaltendes Interesse an der Verbesserung bestehender und Entwicklung neuer, besserer Techniken zur Rekonstruktion dieser Bandstruktur des Kniegelenkes. In dieser Studie wurde der Einfluss des Verankerungsniveaus (anatomisch vs. extrakortikal) und der Verankerungsart (direkt vs. indirekt) auf das mechanische Verhalten von drei exemplarischen, in der Klinik häufig angewandten Rekonstruktionstechniken, untersucht. Material & Methoden: An insgesamt 24 Kniegelenken humaner Spender mittleren Alters (40 Jahre) wurden drei Rekonstruktionstechniken (n=8 pro Gruppe) des VKB durchgeführt. Als Transplantat wurden jeweils humane Hamstringsehnen verwendet: 1.) HADBIO: anatomische und direkte Verankerung mit biodegradierbaren Interferenzschrauben, 2.) HADTIT: semi-anatomische und direkte Verankerung mit Titanschrauben, 3.) HEIButton: extrakortikale, indirekte Verankerung mit Faden-Button Verbindung. Alle rekonstruierten Kniegelenke wurden einer zyklischen, inkremental zunehmenden Belastung bis zum Versagen unterzogen. Es wurden die Parameter Konstruktsteifigkeit, absorbierte Energie, Transplantatauslenkung und Laxizitätszunahme bei Belastungen von 200, 300, 400 N, sowie die maximale Steifigkeit und Versagenskraft bestimmt. Ergebnis: Die anatomische und direkte Transplantatverankerung mit biodegradierbarer Interferenzschraube zeigt die vorteilhaftesten mechanischen Eigenschaften, während die extrakortikale und indirekte Verankerung die niedrigsten mechanischen Eigenschaften aufwies. Die tibiale Verankerungsseite ist bei Interferenzschraubenverankerung der Schwachpunkt, während die Fadenverbindungen bei der extrakortikalen Verankerungstechnik die Schwachstelle darstellten. Auch bei anatomischer und direkter Transplantatfixation findet ein nicht zu vernachlässigender permanenter Verankerungsverlust bei vergleichsweise geringer Versagenskraft statt, der vor allem auf der tibialen Verankerungsseite zu beobachten ist. Diskussion: Eine anatomische und direkte Transplantatverankerung ist von mechanischem Vorteil. Allerdings hängt die Konstruktsteifigkeit auch in erheblichem Maße vom Fixationsobjekt ab. Extrakortikale Fixationstechniken, die eine indirekte Faden-Knoten-Transplantatverbindung erfordern, unterliegen einer erheblichen nicht-reversiblen Lockerung unter zyklischer Belastung und sollten durch direkte Verankerungstechniken ersetzt werden. Aufgrund der permanenten Laxizitätszunahme auch in der anatomischen und direkten Interferenzschraubenverankerung, vor allem der tibialen Seite, sollte über Sicherungsverankerungen, so genannten Hybridfixationen nachgedacht werden, um die mechanischen Vorteile dieser Rekonstruktionsart voll zum Tragen bringen zu können. / Introduction: There is a continuous interest in the improvement and development of new techniques for the reconstruction of the anterior cruciate ligament (ACL) because of the high incidence of its injury and the resulting functional deficit. Purpose of this study was the impact of fixation level (anatomic vs. extracortical) and fixation method (direct vs. indirect) on the mechanical properties of three frequently used reconstruction techniques. Material & Methods: 24 human cadaveric knees with an average age of 40 years were used for simulation of three reconstruction techniques (n=8 per group). Human hamstring tendons were utilized as tendon grafts. 1.) HADBIO: anatomic and direct fixation with biodegradable interference screws, 2.) HADTIT: semi-anatomic and direct fixation with titanium interference screws, 3.) HEIButton: extracortical, indirect fixation with tape/button combination. All reconstructed knee joints underwent cyclic incremental loading until failure. Construct stiffness, absorbed energy, displacement and laxity increase were calculated at loads up to 200, 300, 400 N. Maximum stiffness and failure load were also recorded. Results: The anatomic and direct graft fixation with biodegradable interference screws provided the highest, while the combination of extracortical and indirect fixation showed the lowest mechanical properties. The tibial fixation site is the critical factor in interference screw fixation, while the tape/suture interfaces were the location of failure in the extracortical reconstructions. Even in the anatomic and direct reconstruction technique a considerable permanent loss of fixation, especially at the tibial fixation site and a comparably lower failure load were observed. Discussion: The combination of anatomic and direct fixation showed to be of mechanical benefit. However, construct stiffness seemed to be also affected by the fixation device. Extracortical fixation techniques, which require suture-tape/knot interfaces for graft fixation, undergo significant permanent loosening of fixation under cyclic loads and should be replaced by direct fixation techniques. Since a permanent laxity increase was still observed in the anatomic and direct interference screw reconstructions, especially on the tibial site, backup or so called hybrid fixations should be considered, which would allow to take full advantage of the mechanical improvements in these reconstruction techniques.

Um das Langzeitüberleben eines Kreuzbandtransplantates nach Ersatz des VKB zu gewährleisten muß das Transplantat revaskularisiert werden. Trotz zahlreicher Studien zu diesem Thema gibt es noch immer eine kontroverse Diskussion bezüglich der Revaskularisierung von Kreuzbandtransplantaten. Ziel der vorliegenden Studie war es die endoligamentäre mikrokapilläre Revaskularisierung eines freien Sehnentransplantates mit Hilfe immunhistochemischer Färbetechnik darzustellen und ihren Verlauf über die Zeit zu dokumentieren. Darüber hinaus sollten die im Rahmen des Remodelingprozesses nach vorderem Kreuzbandersatz ablaufenden Ab- und Aufbauprozesse der Extrazellulärmatrix des Transplantates weiter aufgeklärt werden. Bei der Heilung des medialen Kollateralband des Kniegelenkes wurden kontraktile fibroblastische Zellen entdeckt, die eine mögliche Rolle bei der Wiederherstellung der Matrixhomöostase spielen. Nach Entdeckung dieses Zelltyps im intakten vorderen Kreuzbandes wurde gemutmaßt, Myofibroblasten könnten eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Kollagentertiärstruktur spielen. In der vorliegenden Studie sollte aufgeklärt werden, ob Myofibroblasten im intakten ovinen vorderen Kreuzband und seinem freien Sehnentransplantat nach VKB-Ersatz während des Remodelings wieder auftaucht. 36 ausgewachsene Merinoschafe erhielten einen vorderen Kreuzbandersatz mittels ipsilateralem Flexorsehnentransplantat. Nach je 6, 9, 12, 24, 52 und 104 Wochen wurden 6 Tiere getötet und das mittlere Drittel des Kreuzbandtransplantates histologisch aufgearbeitet. Neben konventionellen Färbungen zur Auswertung von Gesamtzellzahl und Crimpstruktur wurden immunhistochemische Färbungen mit anti-v. Willebrandt Factor (Factor VIII) zum Nachweis von Endothelzellen der Gefäßwand und anti-alpha-smooth-muscle Aktin zum Nachweis von Myofibroblasten durchgeführt. In Querschnittpräparaten, je in 3 Zonen (subsynovial, intermediär und zentral) unterteilt, wurden Gefäßanschnitte ausgezählt. In Längsschnittpräparaten wurden Myofibroblasten nachgewiesen. Die Auswertungen wurden mit Hilfe eines digitalen Bildanalysesystems vorgenommen. Die Untersuchungen zur Revaskularisierung zeigten von peripher nach zentral über die Zeit einwachsende Kapillaren. Die größte Dichte an Gefäßanschnitten wurde nach 6 Wochen gefunden, der Gefäßstatus des nativen VKB wurde nach 24 Wochen erreicht. Myofibroblasten konnten sowohl im intakten VKB als auch im Flexorsehnentransplantat vor Implantation nachgewiesen werden. Weiterhin konnten Myofibroblasten erstmalig auch im remodelierenden Bandgewebe bereits nach 6 Wochen innerhalb neu gebildeter Kollagenfasern identifiziert werden. Die vorliegende Studie konnte damit erstmalig die Kinetik der endoligamentären Revaskularisierung auf kapillärer Ebene darstellen. Im vorliegenden Modell war die Revaskularisierung wesentlich früher abgeschlossen als zuvor beschrieben. Myofibroblasten stellen einen regulären Bestandteil sowohl des nativen als auch des remodelierenden VKB dar. Dabei könnten diese Zellen eine wichtige Rolle bei der Wiedererlangung der Gewebehomöostase durch die Ausbildung der Kollagentertiärstruktur spielen. Die Präsenz dieser Zellen während der frühen Remodellingphase läßt weiterhin vermuten, daß alpha smooth muscle Actin exprimierende Zellen in der frühsten Phase der Bildung von Kollagenfibrillen mitbeteiligt sind. / After replacement of the anterior cruciate ligament with a free tendon autograft, the substitute initially is avascular and without a synovial surface. To ensure long-term survival, the graft must become revascularised. Despite numerous studies on the topic, there still is controversial discussion regarding revascularisation. The first aim of the current study was to investigate the endoligamentous microcapillary revascularisation of the free tendon graft after anterior cruciate ligament replacement with time. Furthermore degeneration and reformation of the extracellular matrix during remodeling of the anterior cruciate ligament graft was to elucidate. Contractile fibroblastic cells expressing the alpha-smooth muscle actin isoform, so called myofibroblasts, have been identified to play a possible role during the healing of the medial collateral ligament by means of restoring the tissue s in situ strain via extracellular matrix contraction. Recently, these cells have also been identified to be a normal part of the human anterior cruciate ligament. It has been hypothesised that myofibroblasts play a role in wrinkling of the extracellular matrix. Therefore the second aim of the current study was to identify myofibroblasts in the intact ovine anterior cruciate ligament and their reoccurrence in a free autologous tendon graft during remodeling after anterior cruciate ligament reconstruction. Thirty-six mature sheep had an anterior cruciate ligament reconstruction with an ipsilateral flexor tendon split graft. Besides conventional staining to analyse total cell density and collagen crimp, midsubstance tissue samples were immunostained for von Willebrandt factor (Factor VIII) to detect the endothelial cells of capillaries and for a-smooth muscle actin to identify myofibroblasts. For vessel detection cross sections of the samples were determined in three zones (subsynovial, intermediate, and center of the graft). Myofibroblast distribution was analysed in longitudinal sections. Evaluation was performed at 6, 9, 12, 24, 52, and 104 weeks by means of histomorphometry using a digital imaging analysis system. The observations showed that capillary vessels, which originate from the synovial envelope, invaded the avascular graft tissue from the surface toward the center zone. The highest level of vascular density was found after 6 weeks, reaching the vascular status of the native anterior cruciate ligament after 24 weeks. Myofibroblasts were identified in the intact ovine anterior cruciate ligament as well as in the flexor tendon graft prior to implantation. During remodeling first myofibroblasts were found at 6 weeks within newly formed fibre bundles. At 24, 52, and 104 weeks myofibroblast distribution and cell density was similar to that of the intact ovine anterior cruciate ligament. The current study has shown, for the first time, the kinetics of an endoligamentous revascularisation of a free tendon graft at the capillary level. In the current model, the process of revascularisation terminated earlier than previously described. Furthermore the current study has shown that alpha-smooth muscle actin containing fibroblastic cells are a regular part of the intact as well as the remodeled anterior cruciate ligament. There is evidence, that myofibroblasts may be involved in maintaining tissue homeostasis in the mature ligament e.g. by means of crimp formation. The presence of these cells during the early remodeling may further indicate that alpha-smooth muscle actin containing fibroblastic cells are involved in the earliest stages of fibre bundle formation.

Einleitung: Die Verwendung der Hamstringsehnen als Transplantate in der rekonstruktiven Chirurgie des vorderen Kreuzbandes stellt eine wenig invasive Alternative zur herkömmlichen Verwendung des mittleren Patellarsehnendrittels dar. Hier ist jedoch die Transplantatverankerung, die bisher meist extrakortikal, also weit entfernt der nativen Kreuzbandinsertion angelegt wurde problematisch. Hierdurch zeigt das Transplantat-Verankerungs-Konstrukt ein unbefriedigendes elastisches und plastisches Dehnungsverhalten, welches u.A. für eine geringere Kniestabilität und eine gestörte ossäre Transplantatintegration verantwortlich gemacht wird. Eine anatomiegerechte Transplantatverankerung auf Gelenkniveau könnte die mechanischen und biologischen Rahmenbedingungen verbessern, um so die Hamstringsehnen als Alternativtransplantat mit verbesserter klinischer Prognose einsetzten zu können. Eine direkte Verankerung mit Interferenzschrauben erlaubt eine solche anatomische Transplantatverankerung, so dass wir dieses neue Operationsverfahren biomechanisch und tierexperimentell untersucht haben. Methoden: In sechs biomechanischen Teilprojekten und in zwei tierexperimentellen Untersuchungen wurde die Eignung der direkten Verankerung mit biodegradierbaren Interferenzschrauben der Hamstringsehnen im Vergleich zu konventionellen Patellar- und Hamstringsehnen-Techniken untersucht. Ergebnisse: Wir konnten demonstrieren, dass die initiale femorale Verankerungsfestigkeit, auch in Sinne der sog. Hybridfixation ausreichend ist. Die tibiale Verankerung unterliegt jedoch verschiedenen Variablen und bedarf einer differenzierten klinischen Anwendung. Im Vergleich zu konventionellen Techniken der Hamstringsehnen-Verankerung kann das plastische und elastische Dehnungsverhalten durch die Verankerung mit Interferenzschrauben deutlich verbessert werden, wobei jedoch das mechanische Verhalten des Patellarsehnen-Transplantates nicht erreicht wurde. Die tierexperimentelle Analyse zeigt auf, dass die ossäre Integration durch die Kompression des Transplantates auf Gelenkniveau soweit verbessert werden kann, dass sog. Tunnelaufweitungen, als Zeichen einer gestörten Einheilung vermieden werden und, dass das Transplantat mit einer direkten Bandinsertion, entsprechend des nativen vorderen Kreuzbandes, auf Gelenkniveau einheilt. Schlussfolgerung: Die hier vorgelegten Untersuchungen haben erstmals umfassend die Rahmenbedingungen der Interferenzschrauben-Verankerung der Hamstringsehnen beschrieben; einer Technik die inzwischen weltweit verbreitete Anwendung findet. Durch eine anatomische Transplantatverankerung auf Gelenkniveau besteht nun die Möglichkeit, mit optimierten mechanischen und biologischen Rahmenbedingungen eine adäquate Alternativtechnik zur konventionellen Verwendung der Patellarsehnen anzubieten. / Introduction: The use of hamstring tendon grafts as a substitute for anterior cruciate ligament reconstruction presents a less invasive procedure compared to the conventional bone-patellar tendon- bone graft. Current techniques of hamstring tendon anterior cruciate ligament reconstruction utilise an extra-cortical fixation. An extra-cortical fixation, however, shows inferior structural parameters with respect to construct slippage or stiffness. These factors may contribute to less stable knees after reconstruction and a delayed osseous integration of the grafted tissue. An anatomic hamstring tendon graft fixation close to the joint line may overcome these problems and may present an alternative to the conventional bone-patellar tendon-bone graft by means of optimised mechanical and biological boundary conditions. We therefore studied anatomic interference fit fixation of hamstring tendon grafts in different mechanical and animal experimental setups. Methods: In six different biomechanical projects and two animal studies, we studied the capability of hamstring tendon interference fit fixation to be used as a secure and reproducible technique of anterior cruciate ligament reconstruction and compared these data to the bone-patellar tendon-bone graft and other conventional hamstring tendon graft fixation techniques. Results: We could demonstrate that the initial femoral fixation strength, as well as a hybrid fixation is sufficient. However, the tibial fixation presents the weak link and underlies different variables, such as bone density and screw geometry. Compared to conventional extra-cortical fixation techniques, the viscoelastic and viscoplastic deformation behaviour could be optimized, but did not reach comparable data to the bone-patellar tendon-bone graft. Animal experiments could clearly demonstrate that interference fit fixation promotes osseous tendon incorporation and minimises the likely hood of a tunnel enlargement. We further found that in contrast to conventional fixation techniques the use of interference screws resulted in the development of a direct ligament insertion anatomy, directly at the joint line, like it is found with the native anterior cruciate ligament. Conclusion: With the present studies we could first describe the mechanical and biological boundary conditions of hamstring tendon interference fit fixation, a technique which gains increased world wide attention as a standard procedure in cruciate ligament surgery. By using an anatomic joint line fixation of hamstring tendon grafts, there are optimised boundary conditions, which therefore presents an adequate alternative to the conventional bone-patellar tendon-bone graft in cruciate ligament reconstruction.

Die klinischen Langzeitergebnisse des vorderen Kreuzbandersatz mit dem Patellarsehnentransplantat nach durchschnittlich 13,8 Jahren waren nicht zufriedenstellend. Hauptursachen hierfür waren operativ-technische Mängel, wie Fehlpositionierung der Bohrkanäle und die Fixierung der Transplantate in einer zu hohen Kniebeugestellung. Diese Abweichungen führten zu signifikant schlechteren Bewegungsausmaßen sowohl in der Streckung als auch in der Beugung. Insbesondere bei zu weit ventral positionierter femoraler Bohrkanalanlage resultierte ein erhebliches Beugedefizit mit Stressbelastung auf das femorotibiale Kompartiment, ähnlich einem Nußknackerphänomen. Bei zu weit ventral positioniertem tibialen Bohrkanal wurde eine signifikante Verringerung der Extension beobachtet. Die Patienten mit gleichzeitiger Meniskusresektion hatten signifikant höhere arthrotische Veränderungen. Sowohl die zum damaligen Zeitpunkt allgemein anerkannte Operationstechnik als auch die postoperative Rehabilitation ist zeitlich überholt und entspricht nicht den gegenwärtigen internationalen Standards. In der experimentellen Untersuchung zum Einwachsverhalten einer autologen vorderen Kreuzbandplastik am Kaninchenmodell konnte der Einfluss und die Wirkung von manipulativ wirkenden Faktoren auf die Ausbildung eines stabilen Bindegewebsregenerates belegt werden. Sowohl der fibrinstabilisierende Faktor XIII als auch die eingesetzte Transplantat-Splitting-Technik zeigten eine positive Wirkung auf den Ein- und Umbau sowie den biomechanischen Ausrissfestigkeiten der Transplantate. Die alleinige Wirkung des Faktor XIII spielt vor allem in der Frühphase eine stimulierende Rolle auf die Initiierung der Umbauvorgänge und der ossären Intergration der Knochenblöcke. Mittel- und langfristig wird die Ausbildung von belastungsstabilen Kollagenfibrillen durch andere weitestgehend unbekannte Einflussfaktoren bestimmt. Die neuartig entwickelte Transplantat-Splitting-Technik erwies sich für den Transplantatumbau ebenfalls als vorteilhaft. Mit dieser Transplantatbearbeitung wurde die Grundlage für eine frühzeitige synoviale Ernährung der Bündel gewährleistet. Durch die artifizielle Gewebsläsion werden reparative Vorgänge beschleunigt. Auf der Grundlage der experimentell gewonnenen Daten kann die Transplantat-Splitting- Technik für die klinische Erprobung und Praxiseinführung empfohlen werden. / The clinical long term results mean 13,8 years after anterior cruciate ligament reconstructions with bone-patellar tendon-bone transplant were not satisfied. Main reasons were technical errors, malpositioning of the bone tunnels and fixation of the transplant in a too high degree of flexion. As a result the patients had significant reductions of motion in extension as well as in flexion. Especially in cases with an anterior femoral bone tunnel position the patients had a loss of flexion and high degree of shear forces in the femoro-tibial compartment similar a nutcracker phenomenon. In ACL reconstructions with an anterior tibial bone tunnel position could be observed a loss of extension. Patients with concomitant meniscal resection showed significant higher rate of osteoarthrotic changes. Both, the former operative technique and the postoperative rehabilitation programme had no clinical relevance today and are replaced by new standards. In an experimental study regarding to the remodeling process of an autologous anterior cruciate ligament plasty in a rabbit model could be examined factors which influencing the maturation process of the graft. The fibrin stabilizing factor XIII as well as the transplant splitting technique showed a positive effect in the remodelling process and the pull-out strength of the transplants. In the early phase the factor XIII activated the initial remodeling and the osseous ingrowth of the bone blocks. In middle and long term period of remodeling there plays unknown factors an important role for building of force restraint collagen fibrils. The new developed splitting technique had some additional advantages. Using these technique the basis of early synovial nutrition could be realized. The artificial tissue lesion leads to an acceleration of the reparative response. On the basis of the experimental data the transplant splitting technique can be recommended and introduce in the clinical trial.

Die Therapie der vorderen Kreuzbandruptur im Wachstumsalter wird nach wie vor kontrovers diskutiert. Es sollte mit der vorliegenden Studie untersucht werden, ob die operative oder konservative Therapie der vorderen Kreuzbandruptur im Wachstumsalter favorisiert werden sollte. Hierzu erfolgte eine Literaturrecherche in den Datenbanken Medline, dem Cochrane controlled trial register, Embase und Medpilot. Zehn Studien mit insgesamt 154 Patienten konnten zur Auswertung der konservativen Therapie, 55 Studien mit 935 Patienten zur operativen Therapie verwendet werden. Das Durchschnittsalter der konservativ behandelten Gruppe lag bei 12,3 (10-14,4) Jahren, das der operativen Gruppe bei 13,3 (10,0-15,8) Jahren. Zusammenfassend ergaben sich signifikant bessere Ergebnisse bezüglich Lysholm Score (95,5 vs. 73,2; p<0,05), der Instabilität gemessen am Giving Way Phänomen (2,8% vs. 89,5%; p<0,05) und der Wiedererlangung des Sportniveaus (91,2% vs. 30,9%; p<0,05) in der operativ versorgten Gruppe. Das relative Risiko für Beinlängendifferenzen von mehr als 1 cm bzw. Achsabweichungen von mehr als 3° nach operativer Behandlung ist mit 2,1% gering. Rerupturen treten in 3,8% der Fälle auf. Kein wesentlicher Einfluss auf das klinische Ergebnis konnte hinsichtlich Nachuntersuchungszeitraum und Publikationsjahr gefunden werden. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse ist die operative Therapie bei der vorderen Kreuzbandruptur im Wachstumsalter der konservativen Therapie überlegen und somit in den meisten Fällen vorzuziehen.

Die klinisch relevantesten Knieverletzungen betreffen Läsionen oder Rupturen der Bänder im Kniegelenk mit einer Häufigkeit von etwa 40%, wobei allein 46% der Verletzungen das vordere Kreuzband (ACL) betreffen. Bei einer Verletzung des ACL kommt es, aufgrund mangelnder Vaskularisierung und verletzter Synovialmembran, nicht zu einer selbst induzierten Regeneration. Deshalb besteht bei einer ausbleibenden Therapie langfristig ein erhöhtes Risiko für Arthrose verbunden mit chronischen Schmerzen und Einschränkungen der Gelenkbeweglichkeit. Der Goldstandard liegt in der Transplantation von patienteneigenem Gewebe der Patellar- oder Semitendinosussehne, wobei die Gründe für das 3-10%-ige Implantatversagen z. B. in der falschen Platzierung und Fixierung des Implantates oder in einer falsch bemessenen Implantatgröße verbunden mit einer verminderten Festigkeit liegen. Ebenso sind die Nachbildung der typischen Gewebestrukturzonen vom Ligament zur knöchernen Integration sowie die damit verbundenen spezifischen mechanischen Eigenschaften nicht umsetzbar. Die genannten Nachteile legen nahe, dass ein anhaltend großer Forschungs- und Entwicklungsbedarf hinsichtlich neuartiger Therapiemethoden besteht. Im Tissue Engineering wird hierbei eine Behandlungsstrategie mit hohem Erfolgspotential gesehen. Dazu ist die Entwicklung eines temporären Zellträgers (Scaffold), der als artifizielle Matrix für die Zellen dient und die spezifischen strukturellen und mechanischen Anforderungen des nativen Gewebes erfüllt, essentiell für das Behandlungsgelingen. Das Ziel muss dabei stets die mechanische und strukturelle Wiederherstellung des ACL bei möglichst komplett vermiedener Entnahmemorbidität sein. Eine angepasste Porosität und zellspezifische Porengrößenverteilung der Scaffolds sind für eine gleichmäßige Zellproliferation in vivo erforderlich. Weiterhin müssen auch die mechanischen Eigenschaften über einen bekannten und im Idealfall definiert einstellbaren Degradationszeitraum stabil sein. Für die Scaffoldherstellung wurden die biokompatiblen und biologisch abbaubaren Materialien Polylactid (PLA) oder Poly(lactic-co-ε-caprolacton) (P(LA-CL)) gewählt. Beide Materialien gelten als medizinisch gut verträglich bzw. sind bereits als Medizinprodukt zugelassen. PLA weist eine langsames Degradationsverhalten auf und wird deshalb als potentiell geeignetes Material für das Tissue Engineering von Bändern und Sehnen gesehen. Aus zellbiologischer Sicht konnte P(LA-CL) als Optimum herausgestellt werden. Es konnte im Rahmen der Arbeit gezeigt werden, dass die Sticktechnik im Vergleich zu anderen textilen Herstellungsverfahren, wie dem Stricken oder Flechten, einen großen Gestaltungsspielraum zur Entwicklung einer mechanisch und strukturell angepassten Scaffoldstruktur für das Tissue Engineering von Ligamentgewebe bietet. Die Sticktechnik ermöglichte somit die Kombination beider Fadenmaterialien in einem Gestick. Ober- und Unterfaden können zudem aus unterschiedlichen Materialklassen sowie –typen bestehen. Neben den mechanischen Eigenschaften wurden damit auch die Porosität der Scaffoldstruktur, das Abbauverhalten und die zellbiologischen Erfordernisse wesentlich beeinflusst. Die Strukturzonen Ligament, Knorpel und Knochen konnten nach dem Vorbild des nativen Gewebeübergangs durch unterschiedliche Stickmuster gestaltet werden. Die Umsetzung war ohne zusätzliche Prozessschritte oder Maschinenmodifikationen möglich. Bei der Gestaltung der Ligamentzone zeigte sich, dass der Stickparameter Duplizierverschiebung die mechanischen Kennwerte Steifigkeit und Toe-Region wesentlich beeinflusst. Weiterhin konnte ein gradueller Musterübergang von Ligament- zu Knochenzone gestaltet sowie eine temporäre Barriere aus kollagenen Materialien in das Scaffold integriert werden. Die Steifigkeit des bereits etablierten Stickmusters für die knöcherne Integration konnte durch eine additive Modifizierung auf das Sechsfache des Ausgangswertes gesteigert werden. Die beiden Methoden „Übereinandersticken“ und „Stapeln/Verriegeln“ zur Herstellung von 3D-Gesticken ermöglichten es sowohl homogene als auch graduelle Porengrößenverteilungen zu generieren. Die damit hergestellten Gesticke in lapinem und humanem Maßstab wurden zudem den mechanischen Ansprüchen nativer ACL durch das Nachempfinden des spezifischen Kraft-Dehnungsverhaltens gerecht. Die umfangreiche Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften konnte bei statischen und dynamischen Belastungszuständen realisiert werden, sodass durch die ermittelten Daten nicht nur Aussagen zum Versagensverhalten, sondern auch zu typischen alltäglichen Bewegungsvorgängen, wie Gehen oder Treppen steigen, getroffen werden können. Unter zyklischer Belastung wurden signifikante Unterschiede der Verlustarbeit zwischen den Gesticken und den lapinen ACL deutlich, die durch die Strukturbesonderheiten der Gesticke erklärt sowie durch eine passend gewählte Vorkonditionierung verringert werden können. Das Relaxationsverhalten der Gesticke war hingegen mit dem nativer ACL-Gewebe vergleichbar. Aufgrund der eingeschränkten mitotischen Aktivität des ACL-Gewebes wird mehrheitlich eine Gerüststruktur aus langsam degradierenden Materialien gefordert. Über einen Zeitraum von 168 Tagen wurde das hydrolytische Abbauverhalten untersucht. Die erzielten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass eine ausreichende Stabilität der Scaffolds vorliegt. Auf dieser Grundlage wurde ein die Arbeit abschließender in vitro Versuch mit funktionalisierten und zellbesiedelten Gesticken über 28 Tage durchgeführt. Die Ausrichtung des Zellwachstums geschah dabei entlang der Fadenmaterialien und somit in die für das Gestick vorgesehene Belastungsrichtung. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die entwickelte Stickmusterstruktur einen essentiellen Einfluss auf das Zellverhalten hat. Aus wissenschaftlicher Sicht wurde mit der Arbeit ein wesentlicher Beitrag zur Charakterisierung gestickter 3D-Strukturen, die als Scaffolds für Tissue Engineering Anwendungen im Bereich mechanisch stark belasteter Weichgewebe dienen könnten, geleistet. Die Ergebnisse bieten den Anreiz für fortführende Arbeiten in ersten in vivo Studien.

Für die Versorgung intraligamentärer vorderer Kreuzbandrupturen wurde bei Patienten im Wachstumsalter, aufgrund der Sorge vor dauerhaften Wachstumsstörungen durch eine Schädigung der Wachstumsfugen, eine Vielzahl verschiedener operativer Techniken entwickelt. Noch hat sich keines der praktizierten Therapieverfahren eindeutig etablieren können. In dieser Arbeit wurden verschiedene aktuell angewandte Operationsverfahren hinsichtlich ihrer klinischen Ergebnisse und Risiken bei Patienten bis zu einem Alter von zwölf Jahren und vergleichend für alle Patienten im Wachstumsalter, untersucht. Hierfür wurden zum einen in einer retrospektiven nationalen Multicenterstudie Patienten im Alter von bis zu zwölf Jahren, die mit einer vorderen Kreuzbandoperation versorgt worden waren, nachuntersucht. Zum anderen wurden im Rahmen einer systematischen Literaturanalyse die Literaturdatenbanken Medline und Embase, die Cochrane Library sowie die Springer- und die Thieme-Verlagsdatenbank durchsucht und operative Versorgungen von Patienten im Wachstumsalter mit einer vorderen Kreuzbandruptur erfasst. In den zehn Kliniken, die in die Multicenterstudie eingeschlossen waren, wurden 25 Patienten nachuntersucht. In der systematischen Literaturanalyse wurden insgesamt 59 Artikel mit 860 operativen Versorgungen von Patienten im Wachstumsalter erfasst. Die Kreuzbandnaht zeigte insgesamt schlechtere klinische Ergebnisse als die Kreuzbandersatzplastik. Fugenkreuzende und fugenschonende Operationstechniken führten zu ähnlich guten klinischen Ergebnissen. Die Rate an Beinlängendifferenzen oder Achsenabweichungen war jedoch bei den fugenschonenden Techniken deutlich höher. Zwischen den verwendeten Transplantaten (Patellasehne, Hamstring, Quadrizepssehne, Fascia lata und Allograft) und auch zwischen gelenknaher und gelenkferner Transplantatfixierung wurden keine wesentlichen Unterschiede in den Ergebnissen festgestellt. Hinsichtlich der Technik zur Bohrung des femoralen Knochenkanals war der anteromediale Zugangsweg nicht mit einer höheren Rate an Beinlängendifferenzen oder Achsenabweichungen assoziiert als der transtibiale Zugang. Insgesamt lassen sich für Patienten im Alter von bis zu zwölf Jahren mit einer Kreuzbandplastik gute bis sehr gute klinische Ergebnisse erzielen. Die Gefahr mit der Operation eine irreversible Beinlängendifferenz oder Achsenabweichung zu verursachen ist jedoch beachtlich und bei Patienten bis zu zwölf Jahren vermutlich größer als bei älteren Patienten, die sich kurz vor Abschluss ihres Wachstums befinden.

Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) zählt zu den häufigsten Bandverletzungen des Menschen und wird vor allem bei jungen, aktiven Menschen primär operativ versorgt. Obwohl sich das Verständnis der Anatomie, Funktion und die Operationstechniken stetig verbessert haben ist heute die Revisionsrate nach VKB - Operation hoch. Die optimale Platzierung der Insertionspunkte ist unter arthroskopischen Bedingungen einer der kritischsten Schritte der Operation. Das Ziel der Studie war, ein Bildwandler (BV) basiertes Navigationsverfahren zu entwickeln und zu evaluieren, mit dem der femorale Bohrkanal anhand etablierter geometrischer Schablonen präzise navigiert angelegt werden kann. Die Anlage des tibialen Bohrkanals sollte in Relation zur Anatomie des Patienten auf BV-Bildern dargestellt werden können. Zur Ermittlung der Präzision des Systems wurden Insertionspunktlagen anhand abgewandelter geometrischer Schablonen mit dem Navigationssystem bestimmt, deren Lage am Modell radiologisch ausgewertet und mit den geplanten Sollwerten statistisch verglichen wurde. Außerdem wurden der Einfluss von Projektionsfehlern des BV-Bildes durch Rotation der Modelle um die Quer- und Längsachse und der Einfluss von Planungsungenauigkeiten untersucht. Das am Modell entwickelte System wurde anschließend im klinischen Einsatz auf Praktikabilität validiert. Es hat sich gezeigt, dass die femoralen Insertionspunkte am Modell unabhängig von der verwendeten Schablone mit einer hohen Präzision bestimmt werden können. Die medianen Abweichungen vom Sollwert in proximal-distaler (PD) - Richtung und in anterior-posteriorer (AP) - Richtung lagen bei allen Schablonen unter 1,00 mm. In PD-Richtung zeigte die Schablone nach Hertel et al. eine signifikant geringere Abweichung vom Sollwert als die Schablone nach Klos et al.. In AP-Richtung wurden mit der Schablone nach Hertel et al. signifikant geringere Abweichungen als mit den beiden anderen Schablonen erreicht. Bei Bestimmung des Projektionsfehlers durch Rotation lag die mediane Abweichung pro 1°-Rotation um die Längsachse in proximal-distaler (PD) - Richtung bei 0,31 % bzw. 0,07 mm und in anterior-posteriorer (AP) - Richtung bei 0,36 % bzw. 0,17 mm. Bei Quer-Rotation lag die mediane Abweichung pro 1°-Rotation in PD-Richtung bei 0,25 % bzw. 0,06 mm und in AP-Richtung bei 0,64 % bzw. 0,30 mm. Bei den Untersuchungen zur Abweichung durch Planungsungenauigkeit hat sich gezeigt, dass bei allen drei Schablonen Planungsfehler in anterior-posteriorer Richtung entlang der Blumensaat-Linie (BSL) die geringsten Auswirkungen auf die Lage des femoralen Insertionspunktes haben. Abweichungen bei der Planung in Richtung DISTAL / BSL(post.) und PROXIMAL / BSL(post.) haben die größten Fehler erbracht. / The Anterior Cruciate Ligament (ACL) is one of the most often torn ligaments of the musculoskeletal system. Especially in young and active people torn ACL are mainly treated surgically. Despite an increasing knowledge of the anatomical, functional and operative aspects about the ACL, there is still a high rate of long-time failures. Optimal positioning of the ACL-graft during arthroscopic reconstruction is of paramount importance in order to get good results. The aim of this project was to develop and evaluate a fluoroscopically based navigation system which could be used to precisely place the femoral drill hole with help of geometrical templates. The placement and orientation of the tibial tunnel was intended to be displayed on x-rays in relation to the patient’s anatomy. To determine the system’s precision, insertion sites where defined at the fluoroscopic image using geometrical templates and marked on plastic femur models with the help of navigation. The position of the insertion sites on the model was radiologically identified and statistically compared with the aimed ones. Additionally the influence of fluoroscopic projection errors due to axial and planar rotation of the models was tested. Following the model tests, the developed system was clinically tested in the OR to test its feasibility. The model tests revealed a high precision in femoral placement of the insertion sites independent from the three used templates (Hertel et al. / Klos et al. / Cazenave et al.). The median deviations from the aimed positions were in proximal-distal (PD) and in anterior-posterior (AP) direction both below 1.00 mm. In PD-direction the template by Hertel et al. showed a significantly lower deviation from the aimed position than the template developed by Klos et al.. In AP-direction the template by Hertel et al. showed a significantly lower deviation than the two others. The mean projection error due to longitudinal rotation per 1° was for PD-direction 0.31 % (0.07 mm) and in AP-direction 0.36% (0.17 mm). For planar rotation the median projection error per 1° was 0.25% (0.006 mm) for PD-direction and 0,64% (0.30 mm) for AP. The tests for deviation from the aimed position due to imprecise planning revealed for all templates least deviation along the Blumensaat-line (BSL) and most deviation in direction DISTAL / BSL(post.) and PROXIMAL / BSL (post.).

Einleitung: Primäres Ziel der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes (VKB) ist die Verbesserung der Stabilität des Kniegelenkes, doch daran allein lässt sich das Behandlungsergebnis nicht beurteilen. Mit den Daten von 23 Patienten nach VKB-Plastik (4 Jahre p.o.) sollte diskutiert werden, welche Variablen noch geeignet sind, um den Behandlungserfolg zu bewerten. Ergebnisse und Diskussion: Die Kniefunktion im Alltag wurde in den Knie-Scores als gut oder besser beurteilt, die Bewertung beim Sport war etwas schlechter. Die KOS-Scores ADL und Sport haben sich für die Erfassung der subjektiven Zufriedenheit besonders geeignet. Im klinischen Befund gab es kaum Defizite. Die Gelenkbeweglichkeit und Stabilität des VKB (Lachman) sind die relevanten Beurteilungskriterien. Hinsichtlich der Sportfähigkeit war ein Rückgang in Sportarten mit höherer Kniegelenksgefährdung zu sehen. Nur 36,4 % der Patienten sind auf prätraumatischem Niveau aktiv. Die Sportfähigkeit dürfte jedoch für langfristige Evaluationen nicht von Interesse sein, da altersbedingte Veränderungen im Freizeitverhalten einen zunehmenden Einfluss haben. In einbeinigen sportmotorischen Tests, wie dem Nieder-Hoch-Sprung, zeigten sich auf der operierte Seite verlängerte Bodenkontaktzeiten. Dieser Test ist für die Beurteilung genauso geeignet wie der Einbeinweitsprung. Bei diesem war zwar kein Seitenunterschied, jedoch eine verkürzte Sprungweite gegenüber Kniegesunden zu finden. Bei den isokinetischen Messungen fanden sich persistierende Defizite der Extensoren (op. Bein) sowie bilaterale Veränderungen, verglichen mit dem Referenzwert. Ferner lagen auf der op. Seite verminderte Muskeldicken der Mm. vastus medialis et intermedius (knienah) vor. Die Werte der isokinetischen Messung wie der sonografischen Muskeldickenmessung stellen daher wichtige Indikatoren zur Bewertung des Muskelstatus dar. Untersuchungen wie EMG, Ganganalyse, Einbeinstandtest, Beinumfangsmessung, beidbeinige Sprünge und Beintapping ließen keine Defizite erkennen. Diese Verfahren können kaum einen Beitrag zur Einschätzung des Behandlungsergebnisses leisten. Es gab mehrere Hinweise auf bilaterale Veränderungen, daher ist bei vielen Tests der alleinige Seitenvergleich nicht ausreichend. Somit ist zu fordern, dass künftig zur Bewertung des Behandlungsergebnisses nach VKB-Plastik einheitliche Untersuchungsstandards angestrebt sowie Normwerte für diese Testverfahren geschaffen werden. / Introduction: The primary goal of anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction is to improve knee joint stability; however, this factor alone is not enough in evaluating treatment results. With data from 23 patients (4 years post-op) after reconstruction of the ACL variables will be discussed as to which are well-suited in judging treatment success. Results and discussion: Knee joint function for activities of daily life (ADL) was rated by knee-scores as good or better; for sport activities the rating was somewhat worse. KOS scores for ADL and sport are well-suited for the conceived, subjective contentment. Clinical results show hardly any deficits. Joint range of motion and stability of the ACL (Lachman test) are relevant rating criteria. With regard to sport capability a reduction was seen in sports where a high risk for the knee joint was present. Only 36.4 % of the patients are at a „pre-trauma“-level. Long-term evaluation of sport capability is not of interest, since age-related changes in leisure activity are of increasing influence. By sport motor tests such as the one-leg drop-jump, an increase in ground contact time was seen. This test is just as well-suited for evaluation as the one-leg long jump. This test showed no side difference except for a shortened jumping distance in comparison to the healthy reference group. Isokinetic results reveal persistent deficits of the knee extensors (operated knee) as well as bilateral changes when compared to reference values. Furthermore, reduced muscle thickness of the Mm. vastus medialis et intermedius near the joint was seen. Isokinetic measurement values and sonographic muscle-thickness measurements represent important indicators when evaluating muscle status. Tests such as EMG, gait analysis, one-leg standing test, thigh-girth measurements, two legged jumps and leg-tapping do not reveal any deficits. These tests can hardly contribute to an evaluation of treatment results. There is much evidence of bilateral changes; therefore side comparisons alone are not adequate. It is therefore to encourage standardized examination tests as well as normal values when evaluating treatment results after ACL reconstruction.