Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Das Phänomen der Bohrkanalerweiterung nach Ersatz des vorderen Kreuzbandes bei wachsenden Schafen: eine interdisziplinäre Studie im Schafmodell

Neddermann, Alexandra

The present work focuses on the phenomenon of tunnel enlargement (TE) following anterior cruciate ligament reconstruction in juvenile sheep. The degree of femoral tunnel widening was evaluated by plain radiographs and computed tomography (CT). A biomechanical analysis of the ovine knee joints and a densitometrical and histological examination of the femoral regions were performed. The anterior cruciate ligament of 32 four month old female blackhead sheep was resected  and replaced by an autologous Achilles tendon graft. The animals were euthanized in groups of 8 after a period of 3, 6, 12 and 24 weeks following surgery. Six other sheep were also eutha­nized at time zero to act as referees. After euthanasia the hind limbs were separated from the hip joints und the intact left and the operated right knees underwent a biomechanical exami­nation. After that a radiological, densitometrical and histological analysis of the femoral parts of the operated joints took place. The radiological evaluation indicated, that the diameter and area of the bone tunnels increased in the course of time. Further analysis of the AP radiographs showed the four different tunnel shapes. The most common were the linear-type tunnels with 62%. The cavity-type was de­tected by 19%, the cystic-type by 14% and the cone-type by 5% of the animals. It was found that there is a high prevalence of femoral tunnel widening in this sheep study. The dimensions of tunnel diameter and tunnel area detected on computed tomography scans showed an enlargement in 76% (diameter) and 80% (area) of the cases based on the specially constructed TE classification scheme. The existence of bone tunnel widening was defined from grade 1 (questionable TE) to grade 3 (massive TE). Higher values were measured in the plain radiographs than in CT scans in the earlier groups of weeks and lower values at the later dates. From these findings and especially the data from literature, it can be concluded that CT is “golden standard” in diagnosing a tunnel enlarge­ment. In the beginning of the investigations it was hypothesised that TE would be associated with instability, but this assumption could statistically not be confirmed. The hypothesis that there is a positive correlation between the swelling of the grafts and the enlargement of the tunnels could be proved. The stiffness of the autologous transplant also correlated with TE. The bone mineral density (BMD) which was measured in three defined regions of interest increased steadily. There was a temporary decrease of density at week 3, 6 and 12. Possible explanation for this temporary subsidence could be intensified osteoclastic activity. But in the tunnel surroundings the bone mineral density was high especially after 24 weeks. Histological examination demonstrated that the tissue was not inflamed or necrotised. Histo­morphometrically it could be clearly revealed that bone tunnel walls had thickened till week 24. Furthermore a high Bone Volume correlated with tunnel enlargement. However the osteo­clastic activity was not significantly associated to tunnel widening. Therefore the hypothesis of a causal connection between number of osteoclasts respectively their catabolic activity and the appearance of tunnel enlargement could be disproved.

In der vorliegenden Studie sollte das Phänomen der Bohrkanalerweiterung („Tunnel Enlargement“) nach vorderem Kreuzbandersatz beim juvenilen Schaf untersucht werden. Die Aufweitung des femoralen Bohrtunnels wurde zunächst mit konventionellem Röntgen und Computertomographie diagnostiziert. Anschließend sind die ovinen Kniegelenke bio­mecha­nisch untersucht und die femoralen Areale knochendensitometrisch und histologisch analy­siert worden. Dazu wurde bei 32 weiblichen Schwarzköpfigen Fleischschafen im Alter von vier Monaten das vor­dere Kreuzband der rechten hinteren Extremität reseziert und durch ein autologes Achilles­sehnen­transplantat ersetzt. Es wurden vier Gruppen zu jeweils 8 Tieren gebildet, die sequentiell nach 3, 6, 12 und 24 Wochen euthanasiert wurden. Sechs weitere Referenz­tiere wurden zum Zeitpunkt 0 getötet. Im Anschluss daran wurden beide Hinter­gliedmaßen im Hüftgelenk abgetrennt dann jeweils die intakten linken und operierten rechten Kniegelenke biomechanisch untersucht. Außerdem wurden die operierten rechten Gelenke radiologisch, knochendensitometrisch und histologisch analy­siert. In der radiologischen Untersuchung stellte sich heraus, dass sich der Tunnel­durchmesser und die Tunnelfläche im zeitlichen Verlauf vergrößert haben. So wurde in der radiologischen Auswertung deutlich, dass hinsichtlich der Tunnelform der lineare Erweiterungstyp mit 62%, gefolgt von den kavernenartigen und zystischen Formen mit 19% und 14% und den konischen mit 5% vorlagen. Die radiologisch ermittelten Tunnel­erweiterungen wurden in vier Grade unterteilt. Unter der Voraussetzung, dass ein TE in den Graden 1, 2 und 3 vorliegt, ergab sich, dass 76% der Tiere bezogen auf den gemessenen Durchmesser und 80% der Schafe bezogen auf die Fläche eine Bohrkanalaufweitung aufwie­sen. Im Vergleich mit der CT-Untersuchung ergab sich, dass das konventionelle Röntgen weniger sensitiv hinsichtlich der Diagnose eines TEs ist, weil mittels Röntgen anfänglich im Vergleich zum CT (falsch) höhere Durchmesser, am Ende hingegen (falsch) niedrigere Werte bestimmt wurden. Dieses wird unter Annahme, dass ein Vergrößerungsfaktor beim CT nicht zu Unschärfen führt und somit als Gold Standard zur akkuraten Vermessung des Bohrkanals empfohlen werden kann, geschlussfolgert. Die zu Beginn der Untersuchungen aufgestellte Hypothese, dass ein „Tunnel Enlargement“ Auswirkungen auf die Gelenkstabilität hat, konnte statistisch nicht bestätigt werden. Hingegen konnte nachgewiesen werden, dass die Ausbildung bzw. die Ausprägung des TEs und die Querschnitts­flächenzunahme der Transplantate mit steigendem Alter der Tiere in Verbindung stehen. Das Dickenwachstum der Transplantate entstand durch Erhöhung der Zelldichte, welche mögli­cherweise aus der postoperativ nicht wiederhergestellten Gelenkstabilität resultiert. Die Stei­figkeit der Transplantate korrelierte ebenfalls mit der Bohrtunnelerweiterung. Knochendensitometrisch konnte ein temporäres Absinken der Knochendichtewerte in den Wochen 3, 6 und 12, vor allem bei isolierter Betrachtung der TE-Tiere nachgewiesen werden. Die Knochendichte in den drei Auswertungsregionen nahm insgesamt im Verlauf der Zeit zu,  insbesondere in der Bohrtunnelumgebung nach Woche 24. Histologisch wurde weder entzündliches noch nekrotisches Gewebe nachgewiesen. Histomorphometrisch wurde deutlich, dass sich die Tunnelwand bis zur Woche 24 erheblich verdickt hatte. Diese Progression konnte durch die statistisch signifikante Erhöhung des BV/TV-Quotienten bestätigt werden. Die statistische Analyse zeigte außerdem, dass der BV/TV-Quotient positiv mit dem „Tunnel Enlargement“ korrelierte. Hingegen korrelierte der OS/BS-Quotient und der prozentuale Anteil der Osteoklasten (bezogen auf die Knochenfläche) nicht mit dem Bohrtunneldurchmesser. Ein kausaler Zusammenhang zwischen Anzahl der Osteoklasten bzw. deren knochenabbauender Funktion und der Ausbildung einer Bohrkanalerweiterung konnte deshalb nicht nachgewiesen werden.

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Neddermann, Alexandra: Das Phänomen der Bohrkanalerweiterung nach Ersatz des vorderen Kreuzbandes bei wachsenden Schafen: eine interdisziplinäre Studie im Schafmodell. Hannover 2008. Tierärztliche Hochschule.

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