Biomechanical Evidence on Anterior Cruciate Ligament Reconstruction / Análise biomecânica da reconstrução do ligamento cruzado anterior

ABSTRACT

Abstract Objective Anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction is recommended in athletes with high physical demands. Several techniques are used in reconstruction; however, themost relevant question still is the best biomechanical positioning for the graft. The present study aimed to analyze the biomechanical effect of the position of bone tunnels on load distribution and joint kinetics, as well as the medium-term functional outcomes after ACL reconstruction. Methods A biomechanical study using a finite element model of the original knee (without anterior cruciate ligament rupture) and reconstruction of the ACL (neoACL) was performed in four combinations of bone tunnel positions (central femoral-central tibial, anterior femoral-central tibial, posterosuperior femoral-anterior tibial, and central femoral-anterior tibial) using the same type of graft. Each neo-ACL model was compared with the original knee model regarding cartilaginous contact pressure, femoral and meniscal rotation and translation, and ligamentous deformation. Results No neo-ACL model was able to fully replicate the original knee model. When the femoral tunnel was posteriorly positioned, cartilage pressures were 25% lower, and the mobility of the meniscus was 12 to 30% higher compared with the original knee model. When the femoral tunnel was in the anterior position, internal rotation was 50% lower than in the original knee model. Conclusion Results show that the femoral tunnel farther from the central position appears to be more suitable for a distinct behavior regarding the intact joint. The most anterior position increases rotational instability.

RESUMO

Resumo Objetivo A reconstrução do ligamento cruzado anterior é aconselhável sobretudo em atletas de alta demanda física. Diversas técnicas são usadas na reconstrução,mas a grande questão é qual o melhor posicionamento para o enxerto. Analisar o efeito biomecânico da posição dos túneis ósseos na repartição de carga e cinemática da articulação, bemcomo os resultados funcionais em médio prazo, após reconstrução do ligamento cruzado anterior. Métodos Fez-se um estudo de simulação biomecânica computacional com modelos de elementos finitos do joelho original e com reconstrução do ligamento cruzado anterior (Neo-LCA) em quatro combinações de posição dos túneis ósseos (femoral central-tibial central, femoral anterior-tibial central, femoral posterossuperior-tibial anterior e femoral central-tibial anterior) com o mesmo tipo de enxerto. Para cada modelo, foram comparadas a pressão de contato na cartilagem, a rotação e translação do fêmur e dos meniscos e a deformação nos ligamentos. Resultados Nenhum modelo de Neo-LCA foi capaz de reproduzir, na íntegra, o modelo do joelho original. Quando o túnel femoral era colocado em posição mais posterior, observaram-se pressões na cartilagem 25% mais baixas e translação dos meniscos superiores entre 12% e 30% relativamente aomodelo intacto. Quando o túnel femoral estava em posição mais anterior, observou-se uma rotação interna do fêmur 50% inferior ao modelo intacto. Conclusão Os resultados evidenciam que uma localização do túnel femoral mais distante da posição central parece ser mais preponderante para um comportamento mais díspar relativamente à articulação intacta. Na posição mais anterior existe um aumento da instabilidade rotatória.