Background: The geometry of the tibial plateau is complex and asymmetric. Previous research has characterized subject-to-subject differences in the tibial plateau geometry in the sagittal plane on the basis of a single parameter, the posterior slope. We hypothesized that (1) there are large subject-to-subject variations in terms of slopes, the depth of concavity of the medial plateau, and the extent of convexity of the lateral plateau; (2) medial tibial slope and lateral tibial slope are different within subjects; (3) there are sex-based differences in the slopes as well as concavities and convexities of the tibial plateau; and (4) age is not associated with any of the measured parameters. Methods: The medial, lateral, and coronal slopes and the depth of the osseous portion of the tibial plateau were measured with use of sagittal and coronal magnetic resonance images that were made for thirty-three female and twenty-two male subjects, and differences between the sexes with respect to these four parameters were assessed. Within-subject differences between the medial and lateral tibial slopes also were assessed. Correlation tests were performed to examine the existence of a linear relationship between various slopes as well as between slopes and subject age. Results: The range of subject-to-subject variations in the tibial slopes was substantive for males and females. However, the mean medial and lateral tibial slopes in female subjects were greater than those in male subjects (p < 0.05). In contrast, the mean coronal tibial slope in female subjects was less than that in male subjects (p < 0.05). The correlation between medial and lateral tibial slopes was poor. The within-subject difference between medial and lateral tibial slopes was significant (p < 0.05). No difference in medial tibial plateau depth was found between the sexes. The subchondral bone on the lateral part of the tibia, within the articulation region, was mostly flat. Age was not associated with the observed results. Conclusions: The geometry of the osseous portion of the tibial plateau is more robustly explained by three slopes and the depth of the medial tibial condyle. Clinical Relevance: The sex and subject-to-subject-based differences in the tibial plateau geometry found in the present study could be important to consider during the assessment of the risk of knee injury, the susceptibility to osteoarthritis, and the success of unicompartmental and total knee arthroplasty.

Background The geometry of the tibial plateau has been largely ignored as a source of possible risk factors for anterior cruciate ligament injury. Discovering the anterior cruciate ligament injury risk factors associated with the tibial plateau may lead to delineation of the existing sex-based disparity in anterior cruciate ligament injuries and help develop strategies for the prevention of anterior cruciate ligament injuries regardless of gender. Hypothesis Individuals with a shallower medial tibial depth of concavity, while having increased posteriorly directed slope of their tibial plateau, are at increased risk of suffering an anterior cruciate ligament injury compared with those with decreased posterior slope and increased medial tibial depth. Furthermore, these relationships are different between men and women. Study Design Case-control study (prevalence); Level of evidence, 3. Methods The medial, lateral, and coronal tibial plateau slopes as well as the medial tibial depth of concavity in 55 uninjured controls (33 women and 22 men) and 49 anterior cruciate ligament—injured cases (27 women and 22 men) were measured using magnetic resonance images. First, a preliminary t test was performed to establish any existing differences between groups. Next, a logistic regression model was developed to determine the probability of anterior cruciate ligament injury in an individual based on the measured covariates. Results The female anterior cruciate ligament—injured cases had increased lateral tibial slope (P = .03) and shallower medial tibial depth (P = .0003) compared with the uninjured controls, while male cases had increased lateral and medial tibial slope (P = .02) and shallower medial tibial depth (P = .0004) compared with controls. The logistic regression analysis and odds ratio estimates showed that medial tibial depth is an important risk factor (odds ratio = 3.03 per 1 mm decrease in its value), followed by lateral tibial slope (odds ratio = 1.17 per 1° increase in its value) in all participants. The medial tibial slope (odds ratio = 1.18 per 1° increase in its value) was a risk factor only in men. Conclusion A combination of increased posterior-directed tibial plateau slope and shallow medial tibial plateau depth could be a major risk factor in anterior cruciate ligament injury susceptibility regardless of gender. Different injury risk models may be needed for men and women as other key risk factors are identified.

After immense amounts of research, the root cause for the significantly higher rates of anterior cruciate ligament (ACL) failure incidents in females as compared to males still remains unknown and the existing sex-based disparity has not diminished. To date, the possibility that the female ACL is mechanically weaker than the male ACL has not been directly investigated. Although it has been established in the literature that the female ACL is smaller in size, the differences in the structural and material properties of the ACL between sexes have not been studied. The aim of this cadaveric study was to determine if any sex-based differences in the tensile properties of the human ACL exist when considering age as well as ACL and body anthropometric measurements as covariates. Ten male and 10 female unpaired cadaveric knees (mean age 36.75 years) were used for this study. The geometry of the ACL (including length, cross-sectional area, and volume) was analyzed using a 3-D scanning system. The femur-ACL tibia complex was tested to failure along the longitudinal axis of the ligament in a tensile testing machine. The structural properties of the ACL as well as its mechanical properties were determined. Analysis of covariance was performed to assess the effect of sex on tensile properties. The female ACL was found to have a lower mechanical properties (8.3% lower strain at failure; 14.3% lower stress at failure, 9.43% lower strain energy density at failure, and most importantly, 22.49% lower modulus of elasticity) when considering age, ACL, and body anthropometric measurements as covariates.

ABSTRACT Background Correlating gene expression patterns with biomechanical properties of connective tissues provides insight into molecular processes underlying development and maintenance of the tissues’ physical characteristics. Cadaveric tissues such as human knees are widely considered suitable for biomechanical studies, but their usefulness for gene expression experiments is potentially limited by unavoidable, nuclease-mediated degradation of RNA. Methods We quantified mRNAs encoding 84 extracellular matrix components and five housekeeping proteins in intact and partially degraded RNA from human anterior cruciate ligaments (ACLs), and compared relative amounts of the individual mRNAs by regression analysis. Results Human ACL RNA degraded in vitro by limited ribonuclease digestion (N=6) resembled degraded RNA isolated from cadaveric tissue. PCR threshold cycle (Ct) values from degraded RNAs ranged variably higher than values obtained from their corresponding non-degraded RNAs, reflecting both the expected loss of target templates in the degraded preparations as well as differences in the extent of degradation. Relative Ct values obtained for mRNA targets in degraded preparations correlated strongly with the corresponding target levels in non-degraded RNA, both for each ACL as well as for pooled results from all six ACLs. Nuclease-mediated degradation produced similar, strongly correlated losses of housekeeping and non-housekeeping gene mRNAs. Expression profiling of RNA degraded in situ yielded comparable results, confirming that in vitro digestion suitably mimicked degradation by endogenous ribonucleases in frozen and thawed ACL. Conclusion PCR-based expression analyses can yield valid mRNA profiles from partially degraded RNA preparations such as those obtained from cadaveric knees and other skeletal motion segments used in biomechanical studies. Legitimate comparisons between variably degraded tissues can be made by normalizing quantitative data to an appropriate housekeeping transcript.