Ön Çapraz Bağ Yapı ve Biyomekanik Özellikleri



ACL başlangıç ve bitiş noktaları

ACL, yoğun bağ dokularının bant benzeri bir yapısıdır. ACL, lateral femoral kondilin medial yüzeyinin arka tarafındaki bir fossadan orjin alır. ACL femoral bağlantısından  anterior, medial ve distal olarak tibiaya doğru ilerler. Hafif dışa doğru (yanal) bir spiral şeklinde kendi kendine açılır. Uzunluğu 22 ila 41 mm (ortalama 32 mm) ve genişliği 7 ila 12 mm arasındadır.

ACL, ön tibial çıkıntının önünde ve yanında bir fossaya yapışmaktadır. Bu bağlanmada, ACL, enine menisküs bağının altından geçer.

ACL, femur ve tibiaya tek bir kordon olarak değil, daha ziyade geniş bir düzleştirilmiş alan üzerinde yayılan bireysel fasiküllerin bir koleksiyonu olarak tutturulur. Bu fasiküller özet olarak iki gruba ayrılmıştır; daha küçük anteromedial bant (AMB) ve daha büyük posterolateral bant (PLB).

Ön düzlemde, AMB daha dikey bir yönelime sahipken (diz taban çizgisine yaklaşık 70 °), PLB daha yatay olarak yönlendirilir (diz taban çizgisine yaklaşık 55 °). Diz ekstansiyonunda PLB sıkıdır, AMB ise orta derecede gevşektir. Bununla birlikte, diz fleksiyonunda, ÖÇB'nin femoral bağlanması daha yatay bir yönelim alır, bu da AMB'nin gerilmesine ve PLB'nin gevşemesine ve böylece AMB'yi anterior tibial yükün kısıtlaması olarak bırakmasına neden olur.

Anteromedial demet fleksiyonda gergin ve posterolateral demet ekstansiyonda gergindir. Uzantıda her iki demet paraleldir; fleksiyonda posterolateral demetin femoral giriş bölgesi öne doğru hareket eder, her iki demet çaprazlanır, anteromedial demet sıkılaşır ve posterolateral demet gevşer.

Diz uzatıldığında, tibianın anterior translasyonuna direnç olan Lachmans Testi , büyük posterolateral demeti test eder. Diz fleksiyonda iken, tibianın anterior translasyonuna direnç, öne çekmece testi, anterior medial demeti test eder.

Posterolateral demetin rüptürü, hiperekstansiyonda artışa, anterior translasyona (uzatılmış diz), dış ve iç rotasyonda artışa (diz uzatılmış) ve orta fleksiyonda diz ile dış rotasyonda artışa neden olur; anteromedial demetin rüptürü, fleksiyonda anterior translasyonda artış, hiperekstansiyonda minimum artış ve minimum rotasyonel instabilite ile anterolateral instabiliteye neden olur.

Son zamanlarda, Zantop ve ark. ACL'nin eklem içi rüptür paterninin iki demetine göre sınıflandırılmasını önermiştir. Bu sınıflandırma, AM demetinin kopma yeri için harfler ve PL demetinin kopma yeri için sayılar içeren alfanümerik bir koddan oluşmaktadır. 

AM demeti için:
Femoral rüptür yeri 1
Orta madde rüptürü 2 
Tibial rüptürü 3
Ekstansiyonda, fonksiyonel yetersiz AM demeti 4 
Sağlam bir AM demeti 5 olarak derecelendirilmektedir. 

PL demeti için:
Femoral orijinli bir rüptür A
Orta madde rüptürü B
Tibial rüptürü C bial ekleme sırasıyla A, B ve C olarak derecelendirilmektedir.

AM ve PL demetinin intraoperatif olarak değerlendirilen rüptür paterni bu alfanümerik kod kullanılarak ifade edilebilir; örneğin, AM'NİN femoral rüptürü ve PL demetinin femoral rüptürü için 1A. Olası bir sınıflandırmanın geçerliliği ve güvenilirliği şu anda geliştirme aşamasındadır.

ACL’nin kanlanması

Çapraz bağların ana kan kaynağı orta genikülat arterden kaynaklanır. Bağlar içindeki kan damarlarının yoğunluğu homojen değildir. ACL'de, bağın interkondiler fossanın ön kenarına baktığı ön kısmın fibrokartilajı içinde bir avasküler bölge bulunur. Zayıf damarlanma ile fibrokartilaj varlığı aynı zamanda kompresif yüklere maruz kalan bölgelerde kayan tendonlarda da görülür ve bu iki faktörün çakışması şüphesiz ACL'nin zayıf iyileşme potansiyelinde rol oynar.

ACL’nin inervasyonu ve reseptörleri

ACL, tibial sinirin arka eklem dallarından sinir liflerini alır. Bu lifler arka eklem kapsülüne nüfuz eder ve bağın etrafını saran sinovyal ve periligamentous damarlarla birlikte ilerleyerek infrapatellar yağ yastığının en önüne kadar uzanır. Liflerin çoğu endoligamentöz vaskülatür ile ilişkilidir ve vazomotor fonksiyona sahiptir. Bahsedilen sinir liflerinin reseptörleri aşağıdaki gibidir:

Gerilmeye duyarlı olan ve bağın yüzeyinde, ağırlıklı olarak deformasyonların en fazla olduğu femoral kısımda bulunan Ruffini reseptörleri.
Hızlı hareketlere duyarlı olan ve ACL'nin femoral ve tibial uçlarında bulunan Vater-Pacini reseptörleri. 

Golgi benzeri gerilim reseptörleri, ACL'nin eklerinin yanında ve yüzeyinde, sinoviyal membranın altında bulunur.

Serbest sinir uçları nosiseptör olarak işlev görür, ancak aynı zamanda vazoaktif işlevli nöropeptidleri serbest bırakarak lokal efektör olarak da hizmet edebilirler. Bu nedenle, normal doku homeostazında veya greftlerin geç yeniden şekillenmesinde düzenleyici bir etkiye sahip olabilirler.

Yukarıda belirtilen mekanoreseptörler (Ruffini, Pacini ve Golgi benzeri reseptörler) proprioseptif bir işleve sahiptir ve diz postüral değişikliklere sinyal vermek için afferent girdi sağlar. Bağ içindeki deformasyonlar, fusimotor sistem yoluyla kas iğlerinin çıktısını etkiler. Bu nedenle, ACL'nin proksimal kısmındaki afferent sinir liflerinin aktivasyonu, diz çevresindeki kaslardaki motor aktiviteyi etkiler; "ACL refleksi" denen bir fenomen. Bu kas tepkileri, grup II veya III liflerinin (yani mekanik alıcılar) uyarılmasıyla ortaya çıkar. ACL refleksi, normal diz fonksiyonunun önemli bir parçasıdır ve kas programlarının güncellenmesinde rol oynar. Bu, ACL’deki mekanoreseptörlerden geri bildirim kaybının kuadriseps femoris zayıflığına yol açtığı yırtılmış bir ACL'si olan hastalarda daha da belirgin hale gelir. Aslında, ACL'den gelen bu afferent geribildirim kuadriseps femorisin maksimal istemli kasılma egzersizi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.

ACL’nin mikro anatomisi

Karmaşık ultra yapısal organizasyon, ön çapraz bağdaki demetlerin çeşitli yönelim ve bol elastik sistem onu diğer bağ ve tendonlardan çok farklı kılar. ACL, çok eksenli gerilimlere ve değişen gerilme gerilimlerine dayanabilen benzersiz ve karmaşık bir yapıdır.

Mikroskobik olarak, ACL içindeki üç bölgeyi ayırt edebiliriz:

Daha az katı olan proksimal kısım oldukça hücreseldir, yuvarlak ve oval hücreler açısından zengindir, bazı füziform fibroblastlar, kolajen tip II ve fibronektin ve laminin gibi glikoproteinler içerir.

Orta kısım, füze biçimli ve iğ şeklinde fibroblastlar içeren, kollajen liflerinin bir yüksek yoğunluklu, (bağ interkondiler çentiğin anterior kenar yüzleri, özellikle ön kısmında) kıkırdak ve fibrokartilaj özel bir bölgesi ve elastiktir ve oksitalan lifleri. Oksitalan lifler mütevazı çok yönlü gerilimlere dayanırken elastik lifler tekrarlayan maksimum gerilimi emer. Fuziform bölge olarak da adlandırılan bu orta kısımda fuziform ve iğ şeklindeki fibroblastlar belirgindir ve ligamanın orta kısmında ve proksimal bir çeyreğinde yer alır.

Distal kısım en sağlam olan, kondroblastlar ve oval fibroblastlar zengin ve kollajen demetlerinin düşük bir yoğunluğa sahip. Kolajen demetlerin her iki yanında bulunan fibroblastlar yuvarlak ila ovaldir ve eklem kıkırdağı hücrelerine benzer. Ön çapraz bağın ön kısmında, tibial ataşmanın yaklaşık 5-10 mm proksimalinde, sinoviyal doku yerine bağın etrafını yoğun bir fibröz doku tabakası çevreler. Bu alan, bağın tam diz ekstansiyonunda femoral interkondiler fossanın ön kenarına çarptığı bölgeye karşılık gelir.

Bağın kendisi yoğun bağ dokularından oluşur ve sinovyal membranla kaplıdır. Kolajen fibrilleri, ACL'de çok sayıda fasikül oluşturan bağ dokusu ile çevrilidir. ACL'nin ana kolajeni Tip I kolajendir ve çoklu fonksiyonel etkileşimli proteinler, glikoproteinler, elastik sistemler ve glikozaminoglikanlardan oluşan bir matrise sahiptir. Gevşek bağ dokusu ise Tip III kolajenden oluşur.

Literatüre göre, fiziksel yükler bağ dokusunun normal yapısını ve işlevini sürdürmek için önemli bir uyarıcı sağlar. Tip I ve III kollajenin gen ekspresyonu, dönüştürücü büyüme faktörü (TGF) -bl'nin yukarı regülasyonu yoluyla ACL hücrelerinde mekanik gerilme ile de uyarılır. Bu nedenle yazarlar, mekanik yük boşaltmaya bağlı zararlı etkileri önlemek için bağ yaralanması olan hastalar için rehabilitasyon programlarında mekanik kuvvetin erken uygulanmasının önemli kavramını vurgulamaktadırlar.

ACL biyomekaniği

ACL'nin iki işlevsel demete, anteromedial demet (AMB) ve posterolateral demet (PLB) olarak farklılaşması, aşırı basitleştirilmiş gibi görünmektedir, ancak ACL'nin liflerinin iki demet tanımı, işlevi anlamak için bir temel olarak geniş çapta kabul edilmiştir. ACL'nin demetlerin terminolojisi, AMB'nin femoral orijininin en proksimal kısmından çıkan ve anteromedial tibial insersiyona giren AMB liflerinin tibial yerleştirilmesine göre seçilmektedir. Daha önce bahsedildiği gibi, AMB ve PLB'nin anterior tibial translasyonu sınırlamadaki rolü, pasif fleksiyon-ekstansiyon boyunca gerilme paternleri tarafından belirlenir.

İnsan kadavraları üzerinde yapılan bir biyomekanik çalışma, AM veya PL demetlerinin kısmi yırtılmasının ardından anterior tibial translasyonda önemsiz bir artış olduğunu bildirmiştir. Literatürde iki demet arasındaki karşılıklı fonksiyon sonuçsuz kalmaktadır.
Bir robotik / evrensel kuvvet moment sensörü kullanılarak yeni bir çalışma 134 N ön yüke yanıt olarak yerinde PLB kuvvetleri tam ekstansiyonda en yüksek seviyedeydi ve artan fleksiyonla azaldı. Bu yazarlar ayrıca PLB'nin, kombine bir rotatif yüke karşı dizin stabilizasyonunda önemli bir rol oynadığını da göstermektedirler. 

Radyografik stereofotogrametrik analiz (RSA) kullanan yeni bir in vivo çalışma, yokuş aşağı koşma sırasında ACL ile yeniden yapılandırılmış (tek demet tekniği) ve yaralanmamış (kontralateral) dizlerin diz kinematiğini değerlendirdi. Yazarlar, tek demetli bir ACL rekonstrüksiyonunun dinamik yükleme sırasında normal rotasyonel diz kinematiğini geri getirmede başarısız olduğu sonucuna varmışlardır. Sonuç olarak, PLB'nin AMB'den daha fazla tibial rotasyonu kısıtladığı hipotezini destekleyen bir fikir birliği var gibi görünmektedir.

ÖÇB rüptürünü takiben, dizin rotasyonel ekseni, iç rotasyonel istikrarsızlığı tehlikeye atacak şekilde değiştirilir. Sonuç olarak, postero-lateral bileşendeki hareket 15 ° diz fleksiyonunda% 413'e kadar artar.

Fonksiyon
ACL, anterior translasyonun toplam kısıtlama gücünün yaklaşık % 85'ini sağlar. Ayrıca aşırı tibial medial ve lateral rotasyonun yanı sıra varus ve valgus streslerini de önler. Daha az bir dereceye kadar, ACL, uzantıyı ve hiperekstansiyonu kontrol eder. Arka çapraz bağ (PCL) ile birlikte ACL, dizin anlık dönme merkezine kılavuzluk eder, dolayısıyla eklem kinematiğini kontrol eder. Anteromedial demet anterior tibial translasyona karşı birincil kısıtlama olsa da posterolateral demet dizini özellikle rotatif yüklere karşı tam ekstansiyona yakın stabilize etme eğilimindedir.

Yapısal ve mekanik özellikler

Yapısal özellikler, ekleme yeri ve fiksasyon cihazları ile birlikte ligament veya tendonun özellikleri olarak tanımlanabilir [39], mekanik özellikler ise ekleme yerleri olmadan ligament veya replasman greftinin özellikleri olarak tanımlanabilir. Bir femur– ACL–tibia kompleksi (FATC) çekme testine tabi tutulduğunda, ortaya çıkan yük uzama eğrisi FATC'nin yapısal özelliklerini temsil eder (Şekil 1A). Eğrinin şekli, bağ maddesinin özelliklerine, kompleksin geometrisine ve bağın kemik ekleme bölgesine bağlıdır. Önemli yapısal özellikler arasında doğrusal sertlik, son yük, son deformasyon ve enerji emiliminde yetersizlik (eğrinin altındaki alan) bulunur. 


Şekil 1A. Kemik-bağ-kemik kompleksinin yapısal özellikleri/ Yüklenme-uzama eğrisi

Yapısal özellikler FATC hakkında değerli bilgiler sağlasada, bize ligamanı oluşturan malzeme hakkında spesifik olarak bilgi veremezler. Bağ maddesinin "mekanik özellikleri", gerilim-gerinim eğrisinden türetilebilir (Şekil 1B). Modül, son gerilme ve şekil değiştirme için gerilim-gerinim eğrisi değerlerinden, enerji yoğunluğu da belirlenebilir.


Şekil 1B. Ligament içeriğinin mekaniksel özellikleri/ Gerilim-gerinim eğrisi

Doğal ACL'nin yapısal ve mekanik özelliklerinin yaşla birlikte azaldığı gösterilmiştir.
En sık kullanılan iki greft, otolog tendon greftleri olarak kemik-patellar tendon-kemik (BPTB) ve hamstring greftleridir. Greft seçiminin amacı, ACL greftleri için yük uzama eğrisini insan FATC tarafından oluşturulan eğri ile eşleştirmek olmalıdır.

Kas stabilizasyonun etkileri

Dizin üstünden geçen kaslar, sağlam dizin normal kinematiğinin korunmasında büyük rol oynar. Kas aktivitesi, ACL tarafından tecrübe edilen gerilim ve kuvvetlerde büyük değişikliklere neden olabilir.

Genel olarak çalışmalar, 100 ° fleksiyondan tam fleksiyona kadar değişen sürekli pasif hareket gibi pasif fleksiyon-ekstansiyon hareketlerinin ACL rekonstrüksiyonundan hemen sonra diz rehabilitasyonu için güvenli olduğunu göstermektedir. Aktif fleksiyon-ekstansiyon hareketleri 50 ° ile 100 ° arasında sınırlandırılmalıdır. İzometrik kuadriseps kasılması 70 ° 'de veya daha büyük açılarda başlamalıdır. Kuadriseps ve hamstringler, tam ekstansiyon hariç herhangi bir fleksiyon açısında güvenli bir şekilde birlikte kasılabilir.

Seviyeli yürüme, merdiven inip çıkma aktivitelerinin oturma,ayakta durma ve diz fleksiyonu gibi aktivitelere kıyasla ACL’de en yüksek kesme kuvvetlerinin uyguladığı bulunmuştur.

Bir çalışmada ACL olarak kullanılan BPTB grefti iki yıla kadar bir dönüşüm sürecinden geçti. Bu dönemden sonra dönüşüm durdu ve on yıl boyunca normal bir ACL'nin ultra yapısal yönüne ulaşamadı. Bununla birlikte, mimari bir bakış açısına göre, bağın sürdürmesi gereken farklı mekanik gerilimler açısından greft yavaşça ÖÇB'ye benzer bir yapıya dönüşmüştür. Otolog hamstring grefti ile benzer bir çalışma devam etmektedir.

Bazı çalışmalar ön çapraz bağ rekonstrüksiyonu sonrası hamstring tendonlarının yenilenebileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, ACL rekonstrüksiyonu için hamstring greftlerinin kullanılması, tendon-kemik iyileşmesinin farklı histolojik paternine yol açabilir. Hamstring greftinin delinmiş kanal içindeki mikro hareketi tendon-kemik iyileşmesinde rol oynayabilir.

Ön çapraz bağ rekonstrüksiyonunu takiben diz ekstansörlerinin moleküler özelliklerini araştıran bir çalışma, özellikle vastus lateralis kasında cerrahiden 5 yıl sonrasına kadar düşük lif yüzdesi, azalmış mitokondri lif yoğunluğu ve kılcal-lif oranı bulmuştur.

Hazırlayan: Berna Kılıç

Referans
Mark L. Purnell, Andrew I. Larson, and William Clancy. Anterior Cruciate Ligament Insertions on the Tibia and Femur and Their Relationships to Critical Bony Landmarks Using High-Resolution Volume-Rendering Computed Tomography. Am J Sports Med November 2008 vol. 36 no. 11 2083-2090
Wheeless, C,R. Wheeless' Textbook of Orthopaedics. http://www.wheelessonline.com/ortho/anatomy_of_acl Accessed 8/1/12.
 Kennedy, J. C., Alexander, I. J., Hayes, K. C. (1982). Nerve supply of the human knee and its functional importance. Am J Sports Med, 10(6), 329-335.

Daha fazla oku: Ön Çapraz Bağ Rekonstrüksiyonu Sonrası Açık Kinetik Zincir Egzersizler Zararlı mıdır?

Özet

Bu çalışmada ön çapraz bağ biyomekaniği, inervasyonu, yapısal ve mekanik özellikleri hakkında bilgiler yer almaktadır.

Ön Çapraz Bağ Yapı ve Biyomekanik Özellikleri