Einheilung von Patellarsehnen- vs. Beugesehnentransplantaten nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes: Histologische Untersuchung am Schaf

Abstract

Heutzutage werden vorwiegend zwei autologe Transplantate für die Kreuzbandrekonstruktion verwendet: entweder das mittlere Drittel der Patellarsehne (BPTB) oder freie Sehnentransplantate (FT). Die Patellarsehne wird mit Knochenblöcken an ihrer tibialen und patellaren Insertion entnommen und bietet daher den Vorteil einer schnellen knöchernen Einheilung mit Erhaltung einer physiologischen, direkten Bandinsertion am Knochenblock. Es wird angenommen, dass eine Knochen zu Knochenblock Heilung schneller und einfacher voranschreitet, als eine Sehnen zu Knochen Heilung. Hinzu kommt, dass sich zwischen einen Sehnentransplantat und dem Knochen des Bohrkanals oft lediglich eine indirekte Bandinsertion entwickelt. Die Sehne wird also über so genannte Sharpey Fasern in den Knochen integriert. Allerdings muss auch bei Verwendung eines Patellarsehnentransplantates der sehnige Anteil in den Knochen integriert werden, vor allem, wenn der Knochenblock nicht auf Gelenkniveau befestigt wird. Durch neuere Verankerungsmethoden konnte bei Verwendung von freien Sehnentransplantaten die Ausbildung einer direkten Bandinsertion auf Gelenkniveau beobachtet werden. Da für langfristigen Erfolg einer VKB-Rekonstruktion die knöcherne Integration des Transplantates entscheidend ist, ist eine vergleichende Arbeit beider Transplantate unter gelenknaher Befestigung erforderlich. Ziel der Arbeit ist es, die Sehnen-zu- Knochen-Heilung dieser beiden Transplantate unter Interferenzschraubenbefestigung zu beurteilen. Bei 28 Schafen wurde eine VKB- Rekonstruktion durchgeführt. Als Transplantate wurde das mittlere Drittel der Patellarsehne oder die Sehne des M. flexor digitalis superficialis verwendet. Die Transplantate wurden mittels biodegradierbaren Interferenzschrauben aus Poly-L- Lactid Schraube oder einer Composite Schraube mit Tricalciumphosphat und Hydroxylapatit gelenknah fixiert. Die Standzeiten betrugen 6 und 52 Wochen. Nach der Tötung der Schafe wurden Tibia und Femur entnommen, axial zum Knochentunnel in Knochenscheiben gesägt und histologisch aufgearbeitet. Die Knochen-Sehnen-Heilung wurde mit Hilfe von Durchlicht- und Polarisationsmikroskopie deskriptiv analysiert. Eine polychrome Fluoreszenzmarkierung ermöglichte die Beurteilung von Knochenneubildung und Umbauvorgängen während des Heilungsverlaufes. Zur Beurteilung der Bandinsertion wurde außerdem ein semiquanititativer Score entwickelt (Grad 0= keine Anzeichen einer direkten Bandinsertion; Grad 1= frühe direkte Bandinsertion mit unverkalkten chondroiden Zellen; Grad 2= frühe direkte Bandinsertion, verkalkte chondroide Zellen; Grad 3= unreife direkte Bandinsertion; Grad 4= reife direkte Bandinsertion). Nach 6 Wochen zeigte sich in beiden Gruppen eine Integration des Transplantates im Bereich des Tunneleingangs. In der BPTB- Gruppe waren am tibialen Tunneleingang in 6 von 7 Präparaten chondroide Zellen zwischen Transplantat und Knochen zu sehen (2x Grad I und 4x Grad II). Bei den FT-Transplantaten war bei 2 von 7 Tieren, die Entstehung einer direkten Bandinsertion zu beobachten (1x Grad I und 1x Grad II). Diese Entwicklung einer direkten Bandinsertion zeigte sich vornehmlich an der anterioren Seite des tibialen Tunneleingangs (Zugseite). Der Knochenblock der Patellarsehne war nach 6 Wochen vital und wurde in den umgebenden Knochen integriert. Im Bereich der Insertion der Patellarsehne am Knochenblock, sowie auch in dem intraossären FT-Transplantat war dagegen nach 6 Wochen eine Nekrose erkennbar. Nach 52 Versuchswochen war in allen tibialen Präparaten eine direkte Insertion eines Neoligamentes ausgebildet. Diese direkte Bandinsertion wies ein dem nativen vorderen Kreuzband entsprechendes histologisches Erscheinungsbild auf. Der ehemalige Knochenblock der Patellarsehne konnte kaum noch von dem umgebenden Knochen abgegrenzt werden. Über dem Implantat hatte sich ein Knochenvorsprung gebildet, an dem das Neoligament inserierte und der den intraartikulären Teil von dem intraossären Anteil trennte. Das Transplantat innerhalb des Knochentunnels zeigte auch nach einem Jahr noch degenerative Veränderungen. In beiden Versuchsgruppen entwickelte sich zuerst an der anterioren Seite des tibialen Tunneleingangs (Zugseite) eine direkte Bandinsertion. Nach einem Jahr zeigte sich kein Unterschied mehr zwischen dem Patellarsehnentransplantat und dem freien Sehnetransplantat. Beide Transplantate - sowohl freie Sehnentransplantate als auch Patellarsehnentransplantate mit Knochenblock - zeigten unter gelenknaher Befestigung durch Interferenzschrauben das gleiche Langzeitergebnis bezüglich der Knochen-zu-Sehnen-Heilung. Lediglich in der frühen postoperativen Heilungsphase entwickelte sich bei Verwendung der Patellarsehne die direkte Bandinsertion am Tunneleingang frühzeitiger.

Nowadays, the two most frequently used grafts for anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction are the autologous bone patellar-tendon bone graft (BPTB) and the tendon graft (FT). The BPTB graft with bone plugs at both ends is supposed to offer the advantages of both, faster integration into the surrounding bone and also retention of the normal direct ligament insertion. It is assumed that bone to bone healing is faster and easier than tendon to bone healing. In addition, tendon to bone healing often progress via development of an indirect ligament insertion with so called Sharpey fibers anchoring the tendon to the bone. However, the BPTB graft also undergoes tendon-to-bone healing at its bone tunnel aperture site. Recently, anatomic fixation with interference screws showed to promote insertion site healing via a direct ligament insertion. As graft healing is essential for the long-term stability of the ACL reconstruction, a detailed histological comparison of both graft types using anatomical fixation with interference screws is required. Twenty eight mature sheep underwent ACL reconstruction using a FT graft or a BPTB graft. Grafts were fixed with a poly- L- lactide interference screw or a Composite interference screw with hydroxyapatite and tricalcium phosphate (Arthrex®). Sheep were euthanized at 6 and 52 weeks and the tibia and femur were extracted. Axial to the bone tunnel, slices were taken for histological evaluation. Analyses were performed using normal light and polarized light. Additionally, an in-vivo polychromic sequential labeling, using three fluorochromes enabled retrospectively evaluation of bone grow during the graft healing period under fluorescent microscopy. A semi quantitative score has been developed to evaluate the direct ligament insertion. (class 0= no direct ligament insertion, class 1= non-calcified chondroid like cells, class 2= calcified chondroid like cells, class 3= immature direct ligament insertion and class 4= mature direct ligament insertion). Both grafts developed graft anchorage at the bone tunnel aperture site after 6 weeks. Chondroid like cells were found at the anterior tibial bone tunnel aperture site (tensile site) at 6 weeks, most notably in the BPTB group (2x class 1 and 4x class 2). The FT group showed ligament insertion in one out of 7 specimen with non- calcified chondroid like cells ligament insertion and in another case calcified chondroid cells (1x class 1 and 1x class 2). The bone plug of BPTB grafts was well integrated into the surrounding bone. Both graft types groups revealed a hypercellular and hypervascular pattern, while the FT graft showed necrosis around the holding sutures and the BPTB graft in the region of the patellar tendon bone plug junction at 6 weeks. At 52 weeks both grafts showed a maturated direct ligament insertion at the bone tunnel aperture site. The tunnel aperture was narrowed almost separating the ligament insertion site from the intraosseous tendon part. Both groups showed vacuoles instead of graft anchorage in some areas between bone tunnel wall and intraosseous tendon part of the graft. The bone plug of the BPTB grafts was completly integrated into the surrounding bone. Using interference screw fixation, both graft types showed anchorage via development of a direct ligament insertion. Interestingly, graft anchorage in both groups was observed at the tunnel aperture site proceeding from the anterior portion (tensile site). ACL-reconstruction with either free tendon graft or BPTB grafts using interference screw fixation showed the same longtime outcome regarding tendon to bone healing. Only in the early healing period did the BPTB grafts reveal an advanced graft anchorage.