Background: The focus of most anterior cruciate ligament reconstructions has been on replacing the anteromedial bundle and not the posterolateral bundle. Hypothesis: Anatomic two-bundle reconstruction restores knee kinematics more closely to normal than does single-bundle reconstruction. Study Design: Controlled laboratory study. Methods: Ten cadaveric knees were subjected to external loading conditions: 1) a 134-N anterior tibial load and 2) a combined rotatory load of 5-N·m internal tibial torque and 10-N·m valgus torque. Resulting knee kinematics and in situ force in the anterior cruciate ligament or replacement graft were determined by using a robotic/universal force-moment sensor testing system for 1) intact, 2) anterior cruciate ligament deficient, 3) single-bundle reconstructed, and 4) anatomically reconstructed knees. Results: Anterior tibial translation for the anatomic reconstruction was significantly closer to that of the intact knee than was the single-bundle reconstruction. The in situ force normalized to the intact anterior cruciate ligament for the anatomic reconstruction was 97% ± 9%, whereas the single-bundle reconstruction was only 89% ± 13%. With a combined rotatory load, the normalized in situ force for the single-bundle and anatomic reconstructions at 30° of flexion was 66% ± 40% and 91% ± 35%, respectively. Conclusions: Anatomic reconstruction may produce a better biomechanical outcome, especially during rotatory loads. Clinical Relevance: Results may lead to the use of a two-bundle technique.

The role of the meniscus in load transmission across the knee has long been a subject of debate. In this study, we examined the biomechanical consequences of the operative treatments for bucket-handle and pe ripheral meniscal tears. Contact areas and instanta neous intraarticular pressure distributions were meas ured in two groups of human cadaver knees. In Group I, consisting of four knees, we created a bucket-handle tear involving the inner one-third of the meniscus, followed by partial, and then total meniscec tomy. Knees were tested in an Instron testing machine after each procedure, using a 400 pound load at 0° or 30° flexion. Contact areas and local stresses were measured using Prescale, a pressure-sensitive film. After partial meniscectomy, contact areas decreased approximately 10%, and peak local contact stresses (PLCS) increased approximately 65%. After total men iscectomy, contact areas decreased approximately 75%, and PLCS increased approximately 235%. In Group II, consisting of three additional knees, we created a 2 cm peripheral tear of the posterior meniscal horn, followed by open repair, arthroscopic repair, seg mental, and then total meniscectomy. Repair of the tear was accomplished with either vertically placed sutures by an open technique or horizontally placed sutures by an arthroscopic technique. Knees were tested in the neutral position in the Instron machine and contact areas and local stresses measured using Prescale. PLCSs and contact areas were found to be the same using either repair technique. There was, however, a 110% increase in PLCS after segmental meniscectomy of that portion of the meniscus involved in the peripheral tear. These data suggest that the meniscus does have a weightbearing role. Contact stresses increased in pro portion to the amount of meniscus removed and the degree to which the structure of the meniscus was disrupted. Furthermore, there was no difference in the weightbearing characteristics of the meniscus when repaired by open versus arthroscopic technique when the knee is loaded at 0° flexion.

Rehabilitation continues to evolve with the increased emphasis on patient management and proprioceptive training. Proprioception can be defined as a specialized variation of the sensory modality of touch that encompasses the sensation of joint movement (kinesthesia) and joint position (joint position sense). Numerous investigators have observed that afferent feedback to the brain and spinal pathways is mediated by skin, articular, and muscle mechanoreceptors. Examining the effects of ligamentous injury, surgical intervention, and proprioceptively mediated activities in the rehabilitation program provides an understanding of the complexity of this system responsible for motor control. It appears that this neuromuscular feedback mechanism becomes interrupted with injury and abnormalities, and approaches restoration after surgical intervention and rehabilitation. Rehabilitation programs should be designed to include a proprioceptive component that addresses the following three levels of motor control: spinal reflexes, cognitive programming, and brainstem activity. Such a program is highly recommended to promote dynamic joint and functional stability. Thus far, current knowledge regarding the basic science and clinical application of proprioception has led the profession of sports medicine one step closer to its ultimate goal of restoring function.

Purpose: To study how well an anterior cruciate ligament (ACL) graft fixed at the 10 and 11 o'clock positions can restore knee function in response to both externally applied anterior tibial and combined rotatory loads by comparing the biomechanical results with each other and with the intact knee. Type of Study: Biomechanical experiment using human cadaveric specimens. Methods: Ten human cadaveric knees (age, 41±13 years) were reconstructed by placing a bone–patellar tendon–bone graft at the 10 and 11 o'clock positions, in a randomized order, and then tested using a robotic/universal force-moment sensor testing system. Two external loading conditions were applied: (1) 134 N anterior tibial load with the knee at full extension, 15°, 30°, 60°, and 90° of flexion, and (2) a combined rotatory load of 10 N-m valgus and 5 N-m internal tibial torque with the knee at 15° and 30° of flexion. The resulting kinematics of the reconstructed knee and in situ forces in the ACL graft were determined for each femoral tunnel position. Results: In response to a 134-N anterior tibial load, anterior tibial translation (ATT) for both femoral tunnel positions was not significantly different from the intact knee except at 90° of knee flexion as well as at 60° of knee flexion for the 10 o'clock position. There was no significant difference in the ATT between the 10 and 11 o'clock positions, except at 90° of knee flexion. Under a combined rotatory load, however, the coupled ATT for the 11 o'clock position was approximately 130% of that for the intact knee at 15° and 30° of flexion. For the 10 o'clock position, the coupled ATT was not significantly different from the intact knee at 15° of flexion and approximately 120% of that for the intact knee at 30° of flexion. Coupled ATT for the 10 o'clock position was significantly smaller than for the 11 o'clock position at 15° and 30° of flexion. The in situ force in the ACL graft was also significantly higher for the 10 o'clock position than the 11 o'clock position at 30° of flexion in response to the same loading condition (70 ± 18 N v 60 ± 15 N, respectively). Conclusions: The 10 o'clock position more effectively resists rotatory loads when compared with the 11 o'clock position as evidenced by smaller ATT and higher in situ force in the graft. Despite the fact that ACL grafts placed at the 10 or 11 o'clock positions are equally effective under an anterior tibial load, neither femoral tunnel position was able to fully restore knee stability to the level of the intact knee. Arthroscopy: The Journal of Arthroscopic and Related Surgery, Vol 19, No 3 (March), 2003: pp 297–304

The purpose of the present study was to demonstrate the reliability, validity, and responsiveness of the Activities of Daily Living Scale of the Knee Outcome Survey, a patient-reported measure of functional limitations imposed by pathological disorders and impairments of the knee during activities of daily living. The study comprised 397 patients; 213 were male, 156 were female, and the gender was not recorded for the remaining twenty-eight. The mean age of the patients was 33.3 years (range, twelve to seventy-six years). The patients were referred to physical therapy because of a wide variety of disorders of the knee, including ligamentous and meniscal injuries, patellofemoral pain, and osteoarthrosis. The Activities of Daily Living Scale was administered four times during an eight-week period: at the time of the initial evaluation and after one, four, and eight weeks of therapy. Concurrent measures of function included the Lysholm Knee Scale and several global measures of function. The subjects also provided an assessment of the change in function, with responses ranging from greatly worse to greatly better, at one, four, and eight weeks. The Activities of Daily Living Scale was administered to an additional sample of fifty-two patients (thirty-two male and twenty female patients with a mean age of 31.6 years [range, fourteen to sixty-six years]) before and after treatment within a single day to establish test-retest reliability. Factor analysis revealed two dominant factors: one that reflected a combination of symptoms and functional limitations and the other, only symptoms. The internal consistency of the Activities of Daily Living Scale was substantially higher than that of the Lysholm Knee Scale (coefficient alpha, 0.92 to 0.93 compared with 0.60 to 0.73), resulting in a smaller standard error of measurement for the former scale. Validity was demonstrated by moderately strong correlations with concurrent measures of function, including the Lysholm Knee Scale (r = 0.78 to 0.86) and the global assessment of function as measured on a scale ranging from 0 to 100 points (r = 0.66 to 0.75). Analysis of variance with repeated measures revealed significant improvements in the score on the Activities of Daily Living Scale during the eight weeks of physical therapy (F2,236 = 108.13; p < 0.0001); post hoc testing indicated that the change in the score at eight weeks was significantly greater than the change at four weeks and that the change at four weeks was significantly greater than that at one week (p < 0.0001 for both). As had been hypothesized, the patients in whom the knee had somewhat improved had a significantly smaller change in the score, both at four weeks (F1,189 = 33.50; p < 0.001) and at eight weeks (F1,156 = 22.48; p < 0.001), compared with those in whom the knee had greatly improved. The test-retest reliability coefficient (intraclass correlation coefficient[2,1]) was 0.97. These results suggest that the Activities of Daily Living Scale is a reliable, valid, and responsive instrument for the assessment of functional limitations that result from a wide variety of pathological disorders and impairments of the knee.

Abstract The anterior cruciate ligament has a complex fiber anatomy and is not considered to be a uniform structure. Current anterior cruciate ligament reconstructions succeed in stabilizing the knee, but they neither fully restore normal knee kinematics nor reproduce normal ligament, function. To improve the outcome of the reconstruction, it may be necessary to reproduce the complex function of the intact anterior cruciate ligament in the replacement graft. We examined the in situ forces in nine human anterior cruciate ligaments as well as the force distribution between the anteromedial and posterolateral bundles of the ligament in response to applied anterioi tibial loads ranging from 22 to 110 N at knee flexion angles of 0–90°. The analysis was performed using a robotic manipulator in conjunction with a universal force‐moment sensor. The in situ forces were determined with no device attached to the ligament, while the knee was permitted to move freely in response to the applied loads. We found that the in situ forces in the anterior cruciate ligament ranged from 12.8 ± 7.3 N under 22 N of anterior tibial load applied at 90° of knee flexion to 110.6 ± 14.8 N under 110 N of applied load at 15° of flexion. The magnitude of the in situ force in the posterolateral bundle was larger than that in the anteromedial bundle at knee flexion angles between 0 and 45°, reaching a maximum of 75.2 ± 18.3 N at 15° of knee flexion under an anterior tibial load of 110 N. The magnitude of the in situ force in the posterolateral bundle was significantly affected by knee flexion angle and anterior tibial load in a fashion remarkably similar to that seen in the anterior cruciate ligament. The magnitude of the in situ force in the anteromedial bundle, in contrast, remained relatively constant, not changing with flexion angle. Significant differences in the direction of the in situ force between the anteromedial bundle and the posterolateral bundle were found only at flexion angles of 0 and 60° and only under applied anterior tibial loads greater than 66 N. We have demonstrated the nonuniformity of the anterior cruciate ligament under unconstrained anterior tibial loads. Our data further suggest that in order for the anterior cruciate ligament replacement graft to reproduce the in situ forces of the normal anterior cruciate ligament, reconstruction techniques should take into account the role of the posterolateral bundle in addition to that of the anteromedial bundle.

The authors conducted a study to determine if the long head of the biceps muscle and its attachment at the superior glenoid labrum play a role in stability of the shoulder in an overhead position. Their study used a dynamic cadaveric shoulder model that simulated the forces of the rotator cuff and long head of biceps muscles as the glenohumeral joint was abducted and externally rotated. Their data suggest that the long head of the biceps muscle contributes to anterior stability of the glenohumeral joint by increasing the shoulder's re sistance to torsional forces in the vulnerable abducted and externally rotated position. The biceps muscle also helps to diminish the stress placed on the inferior gle nohumeral ligament. Detachment of the superior gle noid labrum is detrimental to anterior shoulder stability as it decreases the shoulder's resistance to torsion and places a greater magnitude of strain on the inferior gle nohumeral ligament.

Purpose: Anatomic tunnel placement is critical to the success of anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction. The purpose of this study was to determine qualitatively and quantitatively the osseous landmarks of femoral attachment of the ACL. Methods: The femoral attachment of the ACL was studied histologically in seven human fetuses, arthroscopically in 60 patients who underwent ACL surgery, and grossly in 16 cadaveric knees. Three-dimensional laser digitizer pictures of the cadaveric specimens were taken to quantify length, area, and angulations of the femoral attachment of the ACL. Results: Two different osseous landmarks were detected. An osseous ridge that runs from proximal to distal ends was present in all the arthroscopic patients and cadaveric knees. It was named "lateral intercondylar ridge." Another osseous landmark between the femoral attachment of the anteromedial (AM) and posterolateral (PL) bundles running from anterior to posterior was observed in 6 out of 7 fetuses, 49 out of 60 arthroscopic patients, and 13 out of 16 cadaveric knees. It was named "lateral bifurcate ridge." A change of slope between the femoral attachment of the AM and PL bundles was observed in all specimens studied. The femoral attachment of the AM bundle formed an angle with the PL bundle of 27.6° ± 8.8° and a radius of curvature of 25.7 ± 12 mm. The area of the entire ACL footprint, AM, and PL bundle was 196.8 ± 23.1 mm², 120 ± 19 mm², and 76.8 ± 15 mm², respectively. Conclusions: The ACL femoral attachment has a unique topography with a constant presence of the lateral intercondylar ridge and often an osseous ridge between AM and PL femoral attachment, the lateral bifurcate ridge. Clinical Relevance: These findings may assist surgeons to perform ACL surgery in a more anatomic fashion.

Background: The objective of this study was to evaluate the effectiveness of reconstructions of the anterior cruciate ligament to resist anterior tibial and rotational loads. We hypothesized that current reconstruction techniques, which are designed mainly to provide resistance to anterior tibial loads, are less effective in limiting knee instability in response to combined rotational loads. Methods: Twelve fresh-frozen young human cadaveric knees (from individuals with a mean age [and standard deviation] of 37 ± 13 years at the time of death) were tested with use of a robotic/universal force-moment sensor testing system. The loading conditions included (1) a 134-N anterior tibial load with the knee at full extension and at 15°, 30°, and 90° of flexion, and (2) a combined rotational load of 10 N-m of valgus torque and 10 N-m of internal tibial torque with the knee at 15° and 30° of flexion. The kinematics of the knees with an intact and a deficient anterior cruciate ligament, as well as the in situ force in the intact anterior cruciate ligament, were determined in response to both loads. Each knee then underwent reconstruction of the anterior cruciate ligament with use of a quadruple semitendinosus-gracilis tendon graft and was tested. A second reconstruction was performed with a bone-patellar tendon-bone graft, and the same knee was tested again. The kinematics of the reconstructed knees and the in situ forces in both grafts were determined. Results: The results demonstrated that both reconstructions were successful in limiting anterior tibial translation under anterior tibial loads. Furthermore, the mean in situ forces in the grafts under a 134-N anterior tibial load were restored to within 78% to 100% of that in the intact knee. However, in response to a combined rotational load, reconstruction with either of the two grafts was not as effective in reducing anterior tibial translation. This insufficiency was further revealed by the lower in situ forces in the grafts, which ranged from 45% to 65% of that in the intact knee. Conclusions: In current reconstruction procedures, the graft is placed close to the central axis of the tibia and femur, which makes it inadequate for resisting rotational loads. Our findings suggest that improved reconstruction procedures that restore the anatomy of the anterior cruciate ligament may be needed.

Johnny Huard, PhD; Yong Li, PhD, MD; Growth and Development Laboratory, Children's Hospital of Pittsburgh, 4151 Rangos Research Center, 3705 Fifth Avenue, Pittsburgh, PA 15213. E-mail address for J. Huard: [email protected] Freddie H. Fu, MD; Department of Orthopaedic Surgery, University of Pittsburgh Medical Center, Liliane S. Kaufmann Building, 3471 Fifth Avenue, Suite 1010, Pittsburgh, PA 15213