Untersuchung der Revaskularisierung und des Remodellings allogener und autologer freier Sehnentransplantate zum Ersatz des vorderen Kreuzbandes: Eine Histologische Langzeitstudie am Schafsmodell

Abstract

Allogene freie Sehnentransplantate zum Ersatz des vorderen Kreuzbandes (VKB) gewinnen aufgrund der im Vergleich zu autologen Transplantaten geringeren Entnahmemorbidität, ihrer besseren Verfügbarkeit und Dimensionierbarkeit, und Reduktion bisher vorhandener Nachteile durch Entwicklung neuer Fixationstechniken zunehmend an Bedeutung. Um das Langzeitüberleben eines Kreuzbandtransplantates nach Ersatz des VKB zu gewährleisten und Umbauprozesse im Rahmen des Remodellings zu ermöglichen, muß das Transplantat revaskularisiert werden. Die Revaskularisierung des primär avaskulär transplantierten Gewebes geht dabei initial von den umgebenden Geweben wie dem Hoffaschen Fettkörper und der synovialen Umhüllung aus, wobei zuerst eine Versorgung durch Diffusion stattfindet, dann kommt es zur Einsprossung von Gefäßen aus der Peripherie, die nach zentral fortschreitend in das komplette Transplantat einwachsen. In dieser Phase kommt es zu einer gegenüber dem nativen VKB bestehenden Hypervaskularität, einhergehend mit verminderten mechanischen Eigenschaften des Transplantats. Abschließend kommt es zu einer Normalisierung des Gefäßgehaltes, und die Transplantate erreichen ein Gefäßniveau dem nativen vorderen Kreuzband gleichend. Dabei konnten in bisherigen Studien keine einheitlichen Beobachtungen bezüglich Dauer und Fortschreiten der Revaskularisierung freier allogener Sehnentransplantate gemacht werden, es wurde aber immer wieder eine verzögerte Revaskularisierung der allogenen Kreuzbandtransplantate diskutiert. Gleichzeitig wird in der Klinik aufgrund der gesenkten Entnahmemorbidität ein aggressiveres post operatives Rehabilitationsmanagement proklamiert, wobei es beim allogenen Kreuzbandersatz häufiger zum Transplantatversagen kommt, als nach autologem VKB- Ersatz, wobei die Ursache ein eventuell verzögert ablaufender Remodelling- und Revaskularisierungsprozeß sein könnte. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die Revaskularisierung und die zellulären Veränderungen im Rahmen des Remodellings autologer und allogener freier Sehnentransplantate vergleichend zu untersuchen. 59 ausgewachsene weibliche Merinomixschafe erhielten einen Ersatz des vorderen Kreuzbandes, von denen jedoch nur 54 Tiere in den Versuch aufgenommen wurden. Jeweils die Hälfte der aufgenommenen Tiere erhielt ein autologes, die andere Hälfte ein allogenes Flexorsehnentransplantat. Nach 6, 12, und 52 Wochen erfolgte die Tötung der Tiere und die Gewinnung eines intraartikulär gelegenen Teils des Transplantats. Nach histologischer Aufarbeitung erfolgte die Färbung der gewonnenen Quer- und Längsschnitte mit konventionellen Methoden zur deskriptiven Auswertung der zellulären und strukturellen Umbauvorgänge. Zur Darstellung der Revaskularisierung wurden die Querschnitte immunhistochemisch mit anti-von-Willebrandt-Faktor (FVIII) zur Detektion von Endothelzellen der Gefäßwand gefärbt. Die Auswertung erfolgte mittels Lichtmikroskopie bzw im Fall der immunhistochemisch gefärbten Präparate mittels eines digitalen Bildanalysesystems. Die Untersuchungen ergaben zum einen eine Verzögerung der zellulären Umbauprozesse der allogenen Transplantate mit länger bestehender A- und Hypozellularität. Zum anderen zeigte die Auswertung der Gefäßdichte eine verzögert beginnende Revaskularisierung der allogenen Transplantate und eine Tendenz des weiteren Ansteigens der Vaskularität von 12 nach 52 Wochen, wohingegen die autologen Transplantate einen Rückgang der Gefäße tendentiell zu Werten des nativen vorderen Kreuzbandes hin zeigten. Grundsätzlich konnte aber auch gezeigt werden, dass auch bei allogenen Transplantaten eine Revaskularisierung stattfindet. Damit konnte in dieser Studie erstmals mittels höchst sensitivem Nachweisverfahren eine verzögert ablaufende Revaskularisierung freier allogener Sehnentransplantate nachgewiesen werden. In Verbindung der in dieser Studie erarbeiteten Ergebnisse mit den von einer zweiten Doktorandin ermittelten biomechanischen Daten, die zum 52 Wochenzeitpunkt signifikant schlechtere Werte der allogenen gegenüber den autologen Transplantaten zeigten, muss also von einem zu aggressiven postoperativen Rehabilitationsprogramm abgeraten werden. Eine schnellere Rückkehr zur Belastung unter Vermeidung von Spitzenbelastungen könnte einen Kompromiss darstellen. Grundsätzlich aber stellen allogene freie Sehnentransplantate eine gute Möglichkeit zum Ersatz des vorderen Kreuzbandes dar.

Allograft use for ACL reconstruction has become more and more popular due to the avoidance of graft harvest morbidity, the unlimited supply of grafts for ligament reconstruction and their ease to adapt to any possible anatomic requirement. New improved fixation techniques have envolved that eliminate the previous disadvantages in fixation strength of soft tissue grafts. The requirement for healing, remodelling and survival of the graft is the revascularisation during the course of healing after ACL reconstruction. We showed that revascularisation starts from the periphery of the grafts, mainly at its synovial sheet. Later vessels start to grow into the graft from the periphery to its central portions. During the first phase of revascularisation the graft shows a hypervascularity and the mechanical properties of the graft decrease. With progressive remodelling the vascularity of the graft nearly returns to the level of the native ACL. In he literature, no general information can be found about the duration of the remodelling and revascularisation process of a free soft tissue allograft after ACL reconstruction. However, it is often hypothesized that revascularisation of free tendon allografts lags behind autologous ACL Reconstruction. At the same time many people proclaim a more aggressive rehabilitation program and an earlier return to full load bearing because of the lower donor- site morbidity of allografts. Some clinical studies report higher failure rates with allograft compared with autograft use. The reason could be a delayed revascularisation of the allografts. The objective of this study was the comparison of the remodelling and the revascularisation of free soft tissue autologous and fresh frozen allogenic ACL reconstruction. 54 mature sheep underwent open ACL reconstruction using either a free tendon auto- or allograft. Animals were sacrified at 6, 12 and 52 weeks. Midsubstance tissue samples were obtained and cells were visualized with standard histological techniques, endothelial cells were immunostained with anti-v. Willebrandt factor. Tissue sections were analysed using microscopy and the immunostained tissue sections were analysed using a digital image analysis system. In this study it was shown that the revascularisation and remodelling of free tendon allografts lag behind autologous graft tissue. The revascularisation of the allogarfts started delayed and was not completed at 52 weeks. The autografts showed a return nearly to the level of the native ACL up to 52 weeks without achieving this level exactly. This was the first study that could show with a new, more sensitive method, that allografts undergo a delayed process of revascularisation but we also could show that there is some revascularisation as we can find in autografts. In combination with the results of the mechanical tests, which showed significantly reduced mechanical properties of the allografts at one year, we recommend avoiding too early aggressive rehabilitation after ACL reconstruction with allogenic tissue. A steady controlled return from partial to full weight bearing might be a compromise that will ensure adequate graft healing and maturation into a fully functional ACL replacement that provides the biological and mechanical properties to allow unrestricted use of such reconstructed knee joint.