ACHILLES TENDON INJURY

Aspects on muscle structure and strength

A K A D E M I S K A V H A N D L I N GSOM MED VEDERBÖRLIGT TILLSTÅND AV

REKTORSÄMBETET V ID UMEÅ UNIVERSITET

FÖR AVLÄGGANDE AV M EDICINE DOKTORSEXAM EN

KOMMER ATT OFFENTLIGEN FÖRSVARAS

I SAL D, SAMHÄLLSVETARHUSET, UMEÅ UNIVERSITET,

TORSDAGEN D EN 1 JU NI 1978 KL. 9.00

av

LENNART WÄHLBYmed. lic .

Umeå 1978

UMEÄ UNIVERSITY MEDICAL DISSERTATIONSNew series N o 38

From the Departments of Surgery and Anatomy, University of Umeå, Sweden

ACHILLES TENDON INJURYAspects on muscle structure and strength

byLENNART WÄHLBY

Umeå 1978

This thesis is based on the following papers which are deferred to inthe text by their Roman numerals.

I. HUMAN PLANTAR FLEXION STRENGTH AND STRUCTURE. In collaboration with A R Fugl-Meyer and M Sjöström. Submitted for publication.

II. ACHILLES TENDON INJURY. Plantar flexion strength and structure ofthe soleus muscle after surgical repair. In collaboration withA R Fugl-Meyer and M Sjöström'. Acta Chir Scand, in press.

III. ACHILLES TENDON INJURY. 2. Structure of tenotomized rabbit crural muscles after primary and delayed tendon suture. In collaboration with L 0 Dahlbäck and M Sjöström. Acta Chir Scand, in press.

IV. ACHILLES TENDON INJURY. 3. Structure of rabbit crural musclesafter immobilization at different positions. In collaboration with A R Fugl-Meyer and M Sjöström. Submitted for publication.

V. ACHILLES TENDON INJURY. 4. A model for isokinetic strength training using biofeedback. In collaboration with A R Fugl-Meyer, G Nordin and M Sjöström. Scand J Rehab Med, in press.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

GENERAL SUMMARY 5INLEDNING 7DEFINITION AV HÄLSENERUPTUR 7ORSAKER TILL RUPTUR 7SYMTOM OCH DIAGNOS 8BEHANDLINGSMETODER 8BEDÖMNING AV BEHANDLINGSRESULTAT 8BAKGRUND TILL FÖRELIGGANDE UNDERSÖKNING OCH FRÅGESTÄLLNINGAR 9HÄLSENERUPTURER I UMEÅ SJUKVÅRDSREGION 11SAMMANFATTNING OCH DISKUSSION AV I-V

PLANTARFLEXIONSSTYRKA OCH STRUKTUR I VADMUSKULATUREN HOS OTRÄNADE MÄN (I) 14PLANTARFLEXIONSSTYRKA I VADMUSKELN OCH STRUKTUR I SOLEUSMUSKELN EFTER BEHANDLING FÖR HÄLSENERUPTUR (II) 15STRUKTURELLA EFFEKTER PÅ VADMUSKULATUR HOS KANIN EFTER PRIMÄR OCH FÖRDRÖJD SENSUTUR (III) 17STRUKTURELLA EFFEKTER PÄ VADMUSKULATUR HOS KANIN EFTER IMMOBILISERING AV NEDRE EXTREMITETEN I OLIKA LÄGEN (IV) 18ISOKINETISK STYRKETRÄNING MED VISUELL BIOFEEDBACK AV PATIENTER BEHANDLADE FÖR HÄLSENERUPTUR (V) 20

DISKUSSION 20KONKLUSIONER 22ETT TACK 23REFERENSER 24DELARBETE I 29DELARBETE II 51DELARBETE III 69DELARBETE IV 91DELARBETE V 117

5

GENERAL SUMMARY

This thesis is based on a series of studies in which the effects of surgical treatment of total Achilles tendon rupture/tenotomy on calf muscle structure and function are enlightened. Attempts have been made to elucidate the relative importance of each of the different steps of the conventional surgical approach. Therapeutic alternatives as well as late physical rehabilitation are discussed. Both human and animal studies have been performed.

Initially, the structure and plantar-flexion strengths of the triceps surae muscles of healthy male subjects were analyzed. Concerning the soleus muscle a structural symmetry was found while the gastrocnemius muscle showed a tendency to assymmetry. Plantar-flexion torque was greater in the left than in the right leg and dynamic strength correlated significantly to the measured calf circumference. However, no correlation was found between structure and strength.

In a similar way nine male subjects were studied one year or more after surgical repair of Achilles tendon rupture. The morphologic analyses were carried out using light microscopy and enzyme histochemistry. Static and dynamic plantar flexion torques were recorded. Although all patients were symptomless, the soleus muscle of the injured leg in five patients was characterized by a varying degree of myogenic myopathy. In two cases only did this coincide with marked hypotrophy of the calf muscles and these two patients were the only ones with re­duced plantar flexion strengths. Morphologic abnormalities, similar to those found in the humans, were also found in tenotomized rabbits treated with a comparable operative technique and immobilized for three weeks with the ankle in plantar flexion. When using this experimental model with tendon suture either immediately or after a delay of one or three weeks, it was found that a suture delay of one week did not

6

further influence the final outcome of the muscles.

The effect on the calf muscles of immobilization with the ankle in plantar or dorsal flexion was investigated using the experimental animal model. Immobilization in plantar flexed position caused extensive structural abnormalities while immobilization in dorsal flexion did not. However, the myopathic changes were largely reversible. From these two studies it was concluded that immobilization with the triceps surae muscles in a slackened state should be avoided if possible.

The two male subjects who showed soleus muscle myopathy and decreased plantar flexion strength were isokinetically trained under visual biofeed­back control. In both subjects the static and dynamic strengths were normalized as compared to the uninjured leg pretraining. This was accomplished by equalization of muscle fibre cross-sectional profile and area within the myopathic muscles and also faster achievement of the peak torque during the angular motion. It was concluded that this training model can be applied when hypotrophy and possible calf weak­ness prevail in the aftermath of Achilles tendon rupture.

It is suggested that optimal treatment of Achilles tendon rupture should include adequate tendon suture, e.g. a technique including plastic repair with flaps turned down from the gastrocnemius aponeurosis and immobilization of the ankle in neutral or in a slightly dorsal flexed position for a short period. If calf hypotrophy remains six or twelve months after surgical repair, strength measurements ought to be performed. If decreased strength is recorded specific physical training is recommended.

INLEDNING

7

Enligt myten träffades Achilles - den snabbaste, starkaste och tappras-' te bland homeriska hjältar - i hälen av en pil, skjuten av prins Paris från Tröjas murkrön, och han skall ha fallit framför den Skajiska por­ten. En kritisk social-mytologisk betraktelse har emellertid kastat nytt ljus över det inträffade. "Man kan föreställa sig situationen.Där springer och hoppar den inte längre så unge hellenen, tungt beväp­nad och iförd full stridsmundering specialbeställd i tjock metall av själve Hefaistos. Plötsligt och utan omedelbart iakttagbar yttre anled­ning störtar han med ett fruktansvärt skrammel och ligger där som en hjälplös plåthög, ett lätt offer för den lede fienden som inte missar tillfället". Achilles hade drabbats av en hälseneruptur (Mårtens, 1978).

Enligt samma källa hade kanske idag hans fortsatta liv och fysiska re­habilitering varit säkrad. Eller hade den varit det? Detta avhandlings­arbete har syftat till att belysa denna fråga, dvs huruvida den behand­lingsmetod som vanligtvis användes verkligen ger tillfredsställande resultat.

DEFINITION AV HÄLSENERUPTUR

Med total hälseneruptur menas att samtliga sentrådar i den av m triceps surae bildade hälsenan slits av. Denna form är vanligare än partiell ruptur (Ljungqvist, 1968) där ruptur endast engagerar en del av sen­trådarna. I fortsättningen av detta arbete menas med benämningen häl­seneruptur en total sådan. Endast primära rupturer avses.

ORSAK TILL RUPTUR

En frisk hälsena anses aldrig rupturera utom vid direkt våld eller skär­skada mot hälen (Mc Master, 1933; Adler, 1971). Det trauma som vanligt­vis orsakar rupturen är en plötslig sträckning av sena-muskelenheten varför de flesta rupturer inträffar under idrottsutövning (Nillius et al, 1976). Predisponerande degenerativa förändringar i senan kan ofta påvisas vid operation för spontan ruptur (Arner et al, 1938-39; Schönbauer 1964; Fox et al, 1975).

SYMTOM OCH DIAGNOS8

Vid ruptur hörs ofta en knall och en skärande smärta över vadmuskeln erfares. Den prospektiva patienten ifråga blir oförmögen att plantar- flektera foten mot motstånd (ex stå på tå) på den skadade sidan. En diastas mellan senändarna kan palperas. Kliniska (Thompson & Doherty, 1962; Matles, 1975), röntgenologiska (Kager, 1939; Toygar, 1947; Arner & Lindholm, 1959) och elektromyografiska (Ljungqvist, 1968) tester kan vara till diagnostisk hjälp.

BEHANDLINGSMETODER

Såväl konservativ som kirurgisk behandling används. Vid konservativ behandling immobiliseras fotleden plantarflekterad med gips för att senändarna skall närma sig varandra (Lea & Smith, 1968; Gillies & Chalmers, 1970). Kirurgisk behandling är mest tillämpad och ett fler­tal operativa metoder finns beskrivna. Vid en allmänt använd teknik fäller man ned gastrocnemiusfascia för att förstärka sensuturen (Arner & Lindholm, 1959). Vid en annan breds plantarissenan ut som förstärk­ning (Lynn, 1966). Även efter kirurgisk behandling sker immobilisering med foten plantarflekterad för att avlasta suturlinjen (Crenshaw, 1971). Ibland kan inte senan sutureras direkt utan måste åtgärdas med så kallad fördröjd sutur beroende på öppet sår eller att patienten kommer under behandling först en längre tid efter skadan. Konservativ terapi resul­terar i en högre frekvens av re-rupturer än kirurgisk terapi (Lea & Smith, 1972; Nistor, 1976; Wredmark & Persson, 1977) medan det vid båda behandlingsmetoderna finns risk för djup ventrombos och lungemboli (Lea & Smith, 1972; Micheli, 1975; Wredmark & Persson, 1977). Lokala kirurgiska komplikationer såsom sårinfektion, sen- eller hudnekros, keloidbildning, ärrfixation samt postoperativ smärta och svullnad före­kommer i vart femte fall (Jessing & Hansen, 1975).

BEDÖMNING AV BEHANDLINGSRESULTAT

Behandlingsresultatet kan värderas dels genom subjektiv bedömning av patienternas förmåga att gå och stå på tå, plantarflexionskraft och

9fotledsrörlighet, dels genom att värdera subjektiva symtom hos patient­erna. Någon enhetlig klinisk behandlingsmall har inte tillämpats varför direkta jämförelser mellan olika publicerade resultat ej utan vidare låter sig göras. Arner & Lindholm (1959) har dock beskrivit en bedöm­ningsmall med indelning av resultatet i 3 grupper: excellent, bra eller dåligt. Vid genomgång av 78 opererade patienter var resultatet excellent i 35 fall, bra i 42 men dåligt i endast ett fall. Jessing & Hansen (1975) fann vid användning av samma bedömningsmall att 59 av 80 opera­tivt behandlade patienter hade excellent slutresultat medan det var dåligt i 3 fall. Dock hade 36 patienter en minskning av vadomfånget med mer än 1 cm. Nio patienter hade dessutom en nedsatt plantarflexions- kraft. Gillis & Chalmers (1970) visade att den statiska plantarflexions- kraften hos 6 kirurgiskt behandlade patienter var 85 % av kraften i det friska benet. Kouvalshouk & Monteau (1976) fann att 38 av 53 opererade patienter hade en kvarstående vadmuskelhypotrofi som kunde påvisas genom nedsänkning av underbenet i vatten. Denna hypotrofi var mest ut­talad hos personer yngre än 45 år. Enligt dessa författare hade alla patienter dessutom inskränkning av ankelledsrörligheten samt svaghet i tricepsmuskulaturen. Författarna konkluderar att de erhållna resul­taten efter kirurgisk behandling inte är så goda som man i allmänhet tror.

BAKGRUND TILL FÖRELIGGANDE UNDERSÖKNING OCH FRÅGESTÄLLNINGAR

Vid egen subjektiv bedömning på mottagning av patienter, som genomgått behandling för hälseneruptur, uppvisade flera en vadmuskelhypotrofi och upplevde svårigheter att återgå till tidigare idrottsliga aktiviteter delvis på grund av rädsla för re-ruptur. Även om dessa patienter sub­jektivt inte upplevde någon nedsatt styrka i underbenet eller defekt funktion i annat avseende, kunde ifrågasättas huruvida de tillämpade behandlingsmetoderna verkligen gav optimalt resultat. Ett behov av en fördjupad studie föreligger således.

Följande frågeställningar uppställdes:A. Vilken är incidensen av hälsenerupturer i Umeå sjukvårdsregion?B. Vilka behandlingsalternativ har använts?

10

C. Vilka är de omedelbara behandlingsresultaten, framför allt vid kirurgisk terapi?

D. Vilka är de objektiva resultaten då de reparativa processerna rim­ligtvis stannat av?

Om resultaten vid undersökningen ej visade sig vara tillfredsställande:E. Vad i den tillämpade metodiken kan då ha föranlett detta?F. Är det reaktiveringsprogram vi erbjuder patienterna det optimala?

For att besvara dessa frågeställningar har en serie undersökningar utförts1) hälsenerupturer i Umeå sjukvårdsregion; en epidemiologisk studie

av incidens, komplikationsfrekvens m m, vilken redovisas i denna avhandlings sammanfattning; samt redogörelser för resultat vid studier av

2) plantarflexionsstyrka och struktur i vadmuskulaturen hos friska otränade män (I)

3) plantarflexionsstyrka i vadmuskeln och struktur av soleusmuskeln efter behandling för hälseneruptur (II);

4) strukturella effekter på vadmuskulatur hos kanin efter primär och fördröjd sensutur (III);

3) strukturella effekter på vadmuskulatur hos kanin efter immobilise- ring av nedre extremiteten i olika lägen (IV);

6) isokinetisk styrketräning med visuell biofeedback av patienter be­handlade för hälseneruptur (V)

I det följande redovisas dels resultatet av en inledande epidemiologisk studie av incidensen i Umeå-regionen (1), dels i sammandrag resultat från och kommentarer till de övriga delstudierna (punkterna 2-6) jämte sammanfattande diskussion och konklusioner. För material och metodbe­skrivning hänvisas till respektive delarbete.

11

HÄLSENERUPTURER I UNEÂ SJUKVÅRDSREGION

Under 1973-75 registrerades i Umeå sjukvårdsregion (ca 640 000 invåna­re) sammanlagt 75 patienter (7 kvinnor, 68 män) med diagnos hälsene- ruptur. Detta motsvarar en årlig incidens av 3,9 hälsenerupturer per 100 000 invånare. Vänstersidiga rupturer överväger (65 %).

Åldersfördelning och aktivitet vid skadetillfället:

Aktivitet Ålder20-29 30-39 40-49 50-59 60-69 70-79 Summa

Badminton 11 11 3 25Tennis, squash, 3 2 5bordtennis

Fotboll 3 5 2 10Gymnastik 2 4 1 1 8Volley-, hand-, 2 2 1 5basketboll

Ej idrott 3 1 4 8 4 2 22

Summa 21 23 14 11 4 2 75

Medelålder för alla behandlade är 39,9 år (SD 12,7), kvinnor 32,3 år (SD 11,8) och män 40,7 år (SD 12,7). Många rupturer sker under badmin­tonspel som är en snabb sport där spelarna hoppar mycket. Någon häl- seneruptur åstadkommen under skidåkning finns ej rapporterad i regionen. Delar man upp de behandlade patienterna i två grupper, beroende på om de fått sin ruptur under idrottsutövning eller inte, erhåller man för den första gruppen en högsta incidens i åldern 30-39 år, medan man i den andra gruppen har en motsvarande ca 20 år högre:

12

Incidens/100 000

- - X Sport

20 30 40 50 60 70 80 Ålder

Samtliga patienter är behandlade med kirurgisk terapi. 43 personer har opererats med enkel sutur medan övriga behandlats med någon form av plastik, vanligen senspegelplastik enligt Lindholm (1939). Postoperativ, gipstid 6,6 veckor (SD 1,1) därav med foten plantarflekterad under ca 3/5 av totala gipstiden. Postoperativa komplikationer har varit:

Re-ruptur 3Sårinfektion 6Sårnekros 6Tendinit 4Adherens sena-hud 2

Summa 21

Detta ger en komplikationsfrekvens av 28 ?0. 28 patienter (37 ?ó) har en­ligt journalerna en "synlig" vadmuskelhypotrofi. Ingen av dessa patient er har dock angivit besvär såsom svaghet i underbenet eller hälta vid gång.

Patienterna har varit sjukskrivna i medeltal 3.6 månader (SD 1,6 mån, n=55). En del, framför allt studerande, har inte varit sjukskrivna och är ej medräknade i ovannämnda siffra. I efterförloppet har patienterna som behandlats inte varit sjukskrivna på grund av skador på nedre extre- miteterna (Försäkringskassans F-kort). Vid genomgång av journalerna från

13de i regionen ingående klinikerna (12 st), går det ej att få någon de­finitiv bild av slutresultatet, eftersom man som regel ej följer pati­enterna mera än ca en månad efter gipsborttagningen. Ytterligare kon­troller har utöver detta ej förekommit utan patienterna har uppmanats återkomma vid besvär,,

Sammanfattningsvis :

a) incidens av hälsenerupturer i Umeå sjukvårdsregion 1973-1973 inkl ålders- och könsfördelning, ruptursida samt aktivitet vid ruptur i stort lika med vad som tidigare rapporterats (Christensen, 1954; Arner & Lindholm, 1959; Frings, 1969; Nillius et al, 1976).

b) samtliga här rapporterade primära rupturer är operativt behandlade.c) postoperativ komplikationsfrekvens av samma storleksordning som

rapporterats i andra material (Lea & Smith, 1972; Jessing & Hansen, 1975).

d) sjukskrivningstid i medeltal 3,6 månader efter skadan. En del, fram­förallt studerande, har inte varit sjukskrivna alls och är ej med­räknade i siffran.

e) resultatet vid behandlingens upphörande enligt journal tillfreds­ställande. Patienten skickas hem med råd om aktivering. Långtids­uppföljning saknas som regel.

KOMMENTAR: Den epidemiologiska studien har visat att Umeå-regionen ej avviker nämnvärt från andra undersökta regioner. Man har den högsta frekvensen av rupturer i åldersgruppen 30-39 år. Orsaken till detta är emellertid ej känd. Prestationskraven hos personer i denna åldersgrupp kan överstiga hälsenans hållfasthet. Dessutom kan förändringar i senor och bindväv vara predisponerande faktorer. En annan möjlig förklaring kan vara oträning hos de relativt äldre idrottande i kombination med åldersförändringar i centrala nervsystemet, bland annat innebärande ett selektivt bortfall av Typ 2 motoneuron med minskande förmåga till fin­koordination som förut (Gutmann & Hanzlikova, 1976). Skidåkare som fått ruptur har beskrivits i flera publikationer (Frings, 1964; Schönbauer, 1964; Oden & Swearingen, 1968; Amann et al, 1964). Orsaken till att det ej finns några sådana skador i Umeå-materialet kan möjligen bero på att utrustning och utbildning har varit bättre. Någon säker förklaring kan dock inte ges.

14PLANTARFLEXIONSSTYRKA OCH STRUKTUR I VADMUSKULATUREN HOS OTRÄNADE MÄN (I)

Avsikten med denna studie var att kartlägga statiska och dynamiska plan- tarflexionsstyrkor i vadmuskulaturen i en ålders- och aktivitetsgrupp inom vilken flertalet hälsenerupturerade personer befinner sig. Vidare var avsikten att utreda, huruvida styrkor och struktur i triceps surae var relaterade till varandra* 30 friska högerhänta otränade män (medel­ålder 30,1 år SD 3,7) ingick i undersökningen. Styrkan mättes med an­vändning av isokinetisk metodik vid olika lägen på knä och höft. Muskel- biopsier erhölls med nålbiopsiteknik på fem personer från såväl soleus- som gastrocnemiusmusklerna bilateralt.

RESULTAT: Plantarflexionsstyrkan var en lineär funktion av vinkelrörelse- hastigheten. Statisk och dynamisk styrka korrelerade signifikant. Man fann genomgående ca 13 % högre styrka vid undersökning med rakt än med böjt (90°) knä. En ändring av undersökningsläget från liggande med 90° knä och ca 45° höft till sittande med 90° knä och flekterad höft ändrade inte på styrkeförhållandet. Vänster ben var genomgående starkare än höger vid alla vinkelrörelsehastigheter. Morfologiskt fann man likartad fibertypfördelning i de båda benen, åtminstone vad beträffar soleusmuskeln Den dynamiska plantarflexionsstyrkan vid 30°/s, rakt ben korrelerade signifikant med det uppmätta vadomfånget (p£ 0,001) (se figur). Någon korrelation mellan plantarflexionsstyrka och struktur i triceps surae muskeln kunde ej påvisas,vare sig man utgick från m soleus eller m gastrocnemius eller båda tillsammans.

KOMMENTAR: En korrelation mellan styrka och struktur har tidigare påvis­ats för vastus lateralis vid knästräckning hos tränade män och vid en hög vinkelrörelsehastighet (Thorstensson, 1976). Att sådan korrelation ej kunde påvisas i föreliggande arbete kan ha sin förklaring i att vad­muskeln tycks ha en reservkapacitet som normalt ej utnyttjas och som gör att vissa statistiska samband döljs. En annan och kanske viktigare faktor kan vara en heterogen fiberdistribution i en eller flera av de muskler som ingår i triceps surae. Nålbiopsi blir då otillförlitlig när det gäller bedömning av muskelns totala fibersammansättning eftersom det

15

150.00

160.OU

140.00

150.00

1 0 0. 0 0

SO. 00

60. 00

Fig. Relation mellan höger vadomfång i cm (X-axel) och isokinetiska vridmomentet (Nm) vid 30 /s vinkelhastighet (Y-axel) hos 30 friska otränade män i åldersgrupp 20-39 år. + = 1 person,2 = 2 personer.

kunde påvisas upp till 40 % skillnad i fibertypfördelning mellan höger och vänster ben. Värdet av nålbiopsin för kvantitativa analyser ifråga- sättes således. För kvalitativa analyser förefaller dock metoden ha en given plats.

PLANTARFLEXIONSSTYRKA I VADMUSKELN OCH STRUKTUR I SOLEUSMUSKELNEFTER BEHANDLING FOR HÄLSENERUPTUR (II)

Avsikten var att dels genom tillämpning av funktionell styrketest med användning av isokinetisk metodik kartlägga styrkeförhållandena (=muskel- funktionen) hos patienter som behandlats enligt gängse tillämpad kirur- gisk metodik, dels undersöka om även tecken till strukturell påverkan

16

Fig. Exempel på en-x-y~registrering av statisk och dynamisk plantar--.flexionskraft hos en patient- som opererats -för högersidig Achilles- seneruptur tre månader innan undersökningen. Pilen anger fotleden maximalt dorsalflekterad. Statisk kraft = 1, vinkelhastigheten30 /s=2, 50%=3, 120%=4, 180%=5.

fanns,och - i så fall - vad man kunde utläsa av denna. En konsekutiv serie av 18 patienter ingick i studien varav nio efterundersöktes. Pati­enterna hade behandlats för hälseneruptur ett år eller mer före under­sökningen.

RESULTAT; Subjektivt var alla undersökta patienter besvärsfria men fem hade ett minskat vadomfång på 20 mm eller mer. Två av dessa patienter uppvisade omkring 40 % lägre plantarflexionsstyrka i det behandlade benet jämfört med det icke-behandlade. Resterande patienter uppvisade däremot endast smärre differenser. Styrkeförhållandet var en lineär funktion av vinkelrörelsehastigheten. Styrkenedsättningen kunde väl be­dömas genom enbart mätning av statisk styrka, då denna även avspeglade en nedsatt dynamisk styrka. Även minskat vadomfång talade för en styrke- nedsättning. Den strukturella analysen av nålbiopsi av soleusmuskeln visade i fem fall myopati med variation i fiberstorlek, intracellulära

17kärnor samt ökad mängd bindväv. Hos tre av dessa, bland vilka de två med tydlig styrkenedsättning ingick, var bilden avancerad. Preparat be­handlade för oxidativt enzym (bärnstenssyredehydrogenas) visade störd strukturell organisation i fibrerna.

KOMMENTAR: Patienter med behandlad hälseneruptur bör följas upp, då de, trots att de inte har några subjektiva besvär, kan ha en påvisbar styr­kenedsättning. Av erfarenhet från tidigare arbete (I) kan man anta, att muskulaturen ej utnyttjas maximalt. En väl fungerande muskulatur er­fordras för att undvika senare ledbesvär. Eftersom styrkenedsättning på upp till 50 % inte alltid upptäcks vare sig av patient eller undersökare, som använder enkel manuell mätmetodik, bör patienter med vadmuskelhypo- trofi ges tillfälle till adekvat styrkemätning.

STRUKTURELLA EFFEKTER PÄ VADMUSKULATUR HOS KANIN EFTER PRIMAR OCHFÖRDRÖJD SENSUTUR (III)

Avsikten var att undersöka om man i en djurmodell kunde efterlikna den kliniska behandlingen, för att sedan använda denna modell för att ut­värdera vad i behandlingen som orsakar muskelförändringarna. Dessutom studerades i vad mån en fördröjning av sensuturen avspeglar sig i musku­laturen. Kaniners hälsenor tenotomerades och suturerades antingen direkt eller med en fördröjning av en eller tre veckor. Därefter gipsades de tre veckor med foten maximalt plantarflekterad. Efter tolv veckors mobi­lisering preparerades soleus, gastrocnemius och tibialis anterior musk­lerna för morfologisk bedömning.

RESULTAT: I soleusmuskeln fanns morfologiska förändringar i form av oregelbundna fasciklar innehållande muskelfibrer av varierande storlek och form, omgärdade av ökad mängd med bindväv och fettväv. Den normala fördelningen av fibertyper var ändrad, så att mörkfärgade fibrer i rutin ATPas färgning (Typ 2) hade ökat från 10 % till ca 40 %. Föränd­ringarna var ännu mera uttalade vid en fördröjning av sensuturen med tre veckor. Gastrocnemiusmusklerna uppvisade även fiberstorleksvaria­tion men ingen påtaglig förändring av fibertypfördelningen. Tibialis

18anterior musklerna ändrades ej under behandlingen.

KOMMENTAR: Den djurmodell som framtagits här synes således ge liknande morfologisk bild som den man erhåller efter gängse kirurgisk terapi hos människa (jfr II). Den fibertypförskjutning som påvisas, antages bero på att en ny population av fibrer bildas. Denna nybildning har sannolikt initierats såväl av tenotomin som immobiliseringen. En fördröjning av sensuturen med en vecka synes inte inverka på slutresultatet.

STRUKTURELLA EFFEKTER PÂ VADMUSKULATUR HOS KANIN EFTER IMMOBILISERING AV NEDRE EXTREMITETEN I OLIKA LAGEN (IV)

Avsikten var att undersöka kort- och långtidseffekter av gipsfixering på finstrukturen av muskelvävnad, för att på detta sätt skapa underlag för en bedömning av alternativa immobiliseringsformer och alternativa immobiliseringstider. Ena baktassen på kanin gipsfixerades under en eller tre veckor. Gipsbandaget gick upp till mitt på lårbenet med knä­leden semiflekterad och fotleden maximalt plantar- eller dorsalflekterad. Soleus, gastrocnemius och tibialis anterior musklerna preparerades för undersökning antingen direkt efter gipsborttagning eller efter sex måna­ders mobilisering.

RESULTAT: Soleusmuskeln var mer förändrad än övriga undersökta muskler vid immobilisering i avslappat läge. Degenerativa förändringar, framför allt Typ 1 fibrer,samt fibernekroser förekom rikligt efter en veckas immobilisering. Fibertypförhållandet ändrades så att relativa antalet Typ 2 fibrer ökade. Vid immobilisering i sträckt läge var strukturen i stort oförändrad. Den kontralaterala soleusmuskeln, som huvudsakligen uppbar kroppsvikten under gipsbehandlingen, uppvisade små, ibland nekro- tiska Typ 2 fibrer och splitting av Typ 1 fibrer.

KOMMENTAR: Immobilisering med avslappad soleus- och gastrocnemiusmuskula- tur hos kanin orsakar således avsevärda förändringar i muskulaturen. Man kan antaga att likartade förändringar äger rum hos människa. Detta inne­bär att immobilisering med avslappad muskulatur om möjligt bör undvikas.

Mm

60-

50-

40-

30-

20-

10-

pm70-

60-

50-

40-

30-

20-

10-

iim70-

60-

50-

40-

30-

20-

10-

ATPase reaction pH 9.4

■ lo w

I I high

M G A STROCNEM IUS

lw 3w 1 w 3w

M TIBIALIS A N T ERIO R

Im m obilization position

s lack e n ed s tre tc h ed

Pig. Fiberdiametrar hos soleus, gastrocnemius och tibialis anterior musklerna direkt efter immobilisering i olika lägen. N = normal, C = kontroll, 1 vecka och 3 veckor tid för immobilisering.

20ISOKINETISK STYRKETRÄNING MED VISUELL BIOFEEDBACK AV PATIENTER BE­HANDLADE FÖR HÄLSENERUPTUR (V)

Denna studie gjordes för att utröna huruvida isokinetisk träning, med hjälp av visuell biofeedback, kunde normalisera vadmuskulaturens struk­tur och plantarflexionskraft, hos patienter som efter behandling ej återfått full funktion i denna. Det behandlade benet tränades dynamiskt med en vinkelhastighet på 30°/s cirka 30 minuter per vardag under sex veckors tid. Patienterna självtränade framför en x-y oscilloskopskärm där varje vinkel-styrkemanöver illustrerades för dem. St yrkemätning skedde före, efter tre veckors och efter sex veckors träning samt efter ytterligare tolv veckor. Muskelbiopsi från soleusmuskeln togs före och efter träningsperioden.

RESULTAT: Såväl statisk som dynamisk plantarflexionskraft normaliserades i jämförelse med det icke-behandlade benet före träning. Muskelstruk­turen med fiberdiametrar och den relativa muskelfibertvärsnittsytan ekvaliserades.

KOMMENTAR: En korttids riktad styrketräning under biofeedback kontroll har således visats vara en effektiv träningsmetod. Med träningsprogrammet åstadkommes såväl betydande förbättringar både vad beträffar myopatisk muskelstruktur som styrkeökning trots att lång tid passerat efter den behandlade skadan. Metoden bör kunna erbjudas till patienter med uppmät- bar svaghet i plantarflexionen.

DISKUSSION

Av de ca 25 personer som i Umeå sjukvårdsregion årligen behandlas för hälseneruptur, skulle, mot bakgrund av här presenterade data, 5-6 visa en betydande muskulär hypotrofi med styrkenedsättning i det behandlade underbenet. Dessa personer skulle emellertid inte uppleva någon svaghet eller andra besvär förorsakade av den muskulära förändringen. Å andra sidan är det inte klarlagt vilka effekter en dylik styrkeassymetri har på leder och ligament på sikt. Som regel gäller annars att en onormal muskulär funktion förr eller senare ger upphov till ledbesvär.

21De djurexperimentella undersökningarna visade att immobilisering med plantarflekterad fotled är det sannolikt mest kritiska momentet under behandlingsskedet. Den för närvarande använda metoden efter hälsene- feutur inbegriper gipsfixering av underben och fot i minst fyra veckor med fotleden plantarflekterad. Efter denna tid sker omgipsning i ett mindre uttalat plantarflexionsläge eller neutralläge. Genom att använda sig av en annan immobiliseringsteknik, borde således de muskulära biverk­ningarna kunna minskas. En operativ teknik t ex enligt McLaughlin (1947) ter sig därför teoretiskt tilltalande. Enligt denna anbringas en s k avlastningssutur mellan senan proximalt om rupturen och calcaneus. Me­toden bygger på det förhållandet att en bibehållen tension i muskeln under senans läkningsförlopp är, som framgår av arbete IV, av värde för bibehållandet av en väsentligen strukturellt oförändrad muskulatur.

En fördröjning av sensutureringen upp till en vecka har enligt undersök­ningen inte någon större betydelse. Tre veckors fördröjning hinner däre­mot orsaka så mycket skador i muskulaturen att man bör eftersträva en tidig sensuturering. Dessa djurexperimentella resultat är i överens­stämmelse med erfarenheter påvisade av Arner & Lindholm (1959).

Finns något utrymme för konservativ behandling av totala hälsenerupturer? Visserligen har den operativa behandlingen relativt hög frekvens biverk­ningar men dessa bör dock kunna nedbringas med hjälp av en noggrann kirurgisk teknik (jfr Inglis et al, 1976). En av nackdelarna med den konservativa terapin är den relativt höga frekvensen av reruptur som finns beskrivet (Lea & Smith, 1972; Nistor, 1976; Wredmark & Persson, 1977). Dessutom står muskulaturen under lång tid i ett hypotont till­stånd, som i enlighet med vad som framkom (IV) ger uttalade degenerativa förändringar i muskulaturen. Detta talar mot en konservativ behandlings­form även om denna frågeställning inte specifikt studerats i detta ar­bete.

Vad är då den bästa behandlingsmetodiken för hälsenerupturerade pati­enter? Då immobiliseringen är skadlig för muskulaturen bör man göra den tidsmässigt så kort som möjligt. Fotleden bör dessutom immobiliseras i neutralläge eller i något dorsalflekterat läge. Detta kan ske, om man

22utför en hållfast sensutur och förstärker suturområdet till exempel med nedfällda fasciaebitar enligt Lindholm (1959). Frågan om enbart immobili- sering av underben och fotled är tillräckligt eller helbensgips måste användas postoperativt har prövats på kaninmodellen, men ej gått att genomföra helt tekniskt tillfredsställande. Elektromyografiska undersök­ningar på människa har dock visat, att den funktionella aktiviteten är nedsatt med cirka 60 %, vare sig man använder helbensgips eller under- bensgips. EMG-aktiviteten i tricepsmuskeln börjar först vid större flexion än 90° i knäleden (Rosemeyer & Stürz, 1977). Dessa författare konkluderar att det tycks vara tillräckligt att enbart gipsfixera under­ben och fotled. De tillägger dock att helbensgips har den fördelen att den minskar faran för oväntade knärörelser följd av en reflektorisk muskelkontraktion, då den utvecklade kraften kan bli större än håll­fastheten i den suturerade senan.

Patienter med uppmätbar vadmuskelhypotrofi vid kontroll ett halvt till ett år efter den primära behandlingen, bör objektivt styrkemätas. Detta kan ske enligt såväl statisk som dynamisk princip. Om nedsatt styrka påvisas, bör patienterna erbjudas ett träningsprogram och gärna enligt isokinetisk princip om sådan apparatur finns tillgänglig.

KONKLUSION

1. Många patienter (cirka 1/5) kan lång tid efter behandling av total hälseneruptur gå med myopatisk soleusmuskulatur och svårupptäckt ned­sättning av plantarflexionsstyrkan, varför kontroll 6-12 månader efter behandlingen bör göras.

2. Patienter med kvarstående uppmätbar vadmuskelhypotrofi bör genomgå styrkemätning.

3. Uppkommen styrkenedsättning efter kirurgisk behandling är reversibel genom riktad fysikalisk terapi.

4. En väsentlig del i utvecklingen av den myopatiska soleusmuskulaturenoch nedsättningen av plantarflexionsstyrkan synes bero på immobili- sering med avslappad muskulatur varför sådan immobilisation i möjlig­aste mån bör undvikas.

5. En fördröjning av sensutur med mer än en vecka bör undvikas då de de­generativa processerna annars leder till uttalade skador av muskula­

23

turen.6. En avlastningssutur som håller muskeln under viss tension men sam­

tidigt avlastar suturlinjen är en teoretiskt tilltalande metod som bör-prövas.

ETT T A C K

Studierna har utförts på Kirurgklinikens forskningslaboratorium och vid Anatomiska institutionen, Umeå universitet samt vid Rehabiliterings- klinikens utvecklingslaboratorium, Umeå Regionsjukhus.

Jag vill uttrycka mitt varma tack till följande som på olika sätt hjälpt mig under arbetets gång:

Prof Stig Borgström, min chef, för kontinuerligt visat intresse och värdefull kritik,

- Doc Lars-Olof Dahlbäck, Uddevalla, som introducerade mig i ämnesområ­det och som generöst återkommit till Umeå för diskussioner och råd,

- Doc Michael Sjöström, som välvilligt delat med sig av sina forsknings­resurser och av sin stora kunskap i muskelmorfologi och dessutom givit mig ovärderlig handledning och hjälp, dag som natt - vardag som helg- dag,

- Doc Axel R Fugl-Meyer som ställt sin kliniks utvecklingslaboratorium till förfogande och många infallsrika diskussioner om biomekanik och andra spörsmål,

- Carin Arvidsson, Birgitta Holmbom, Siw Kidman, Yvonne Pedersen och Anita Westman för teknisk hjälp,

- Bror Berggren för framställning av tekniskt fulländade fotografier

Ingrid Nilsson och Gunilla Östberg för många om- och utskrivna manu­skript

- Christopher Cressy för revidering av engelskan,

Idrottens Forskningsråd, Medicinska Forskningsrådet, Svenska Säll-

24skapet för Medicinsk Forskning, Arners Forskningsfond, Anders Otto Swärds Stiftelse, Försäkringsbolaget Förenade Liv samt Medicinska Fakulteten som alla givit finansiellt stöd.

REFERENSER

Adler H. Die Ruptur der distalen Sehne des m biceps brachii, Beitr orthop traumatol .18:164-167, 1971 .

Amann E, Ott W & Salem G. Zur behandlung des Achillessenenrisses. Mschr unfallsheilk 77:550-555, 1974,

Arner 0 & Lindholm A. Subcutaneous rupture of the Achilles tendon. A study of 92 cases. Acta Chir Scand Suppl 239, 1959.

Arner 0, Lindholm A & Orell S R. Histologic changes in subcutaneous rupture of the Achilles tendon. A study of 74 cases. Acta Chir Scand 116:484-490, 1958-59.

Crenshaw A H. Campbell's operative orthopaedics 5 ed voi 2, Mosby Company Saint Louis 1971.

Christensen I. Rupture of the Achilles tendon. Analysis of 57 cases.Acta Chir Scand 106:50-60, 1953.

Fox J M, Blazina M E, Jobe F W, Kerlan R K, Carter V S, Shields Jr C L & Carlson G J. Degeneration and rupture of the Achilles tendon. Clin Orth 107:221-225, 1975.

Frings H. über 317 Fälle von operierten subcutanen Achillessehnenrupturen. Arch orthop Unfall Chir 67:64-72, 1969.

Gillies H & Chalmers J. The management of fresh ruptures of the tendo achillis. J Bone Jt Surg 52A:337-343, 1970,

Gutmann E & Hanzlikova V. Fast and slow motor units in ageing. Geronto­logy 22:280-300, 1976.

Inglis A E, Scott W N, Sculco T P & Pattersson A H. Rupture of the tendo Achillis. J Bone Jt Surg 58A:990-993, 1976.

Jessing P & Hansen E. Surgical treatment of 102 tendo Achillis ruptures - suture or tenoplasty? Acta Chir Scand 141:370-377, 1975.

Kager H. Zur Klinik und Diagnostik des Achillessehnenrisses. Chirurg 11:691-695, 1939.

25

Kouvalchouk J F & Monteau M. Bilan du traitement chirurgical des ruptures du tendon d'Achille. Rev Chir Orthop 62:253-266, 1976.

Lea R B & Smith L. Rupture of the Achilles tendon. Nonsurgical treatment. Clin Orthop 60:115-118, 1968.

Lea R B & Smith L. Non-surgical treatment of tendo Achillis rupture.J Bone Jt Surg 54A:1398-1407, 1972.

Lindholm Å. A new method of operation in subcutaneous rupture of the Achilles tendon. Acta Chir Scand 117:261-270, 1959.

Ljungqvist R. Subcutaneous partial rupture of the Achilles tendon. Acta Ort Scand Suppl 113, 1968.

Lynn T A. Repair of the torn Achilles tendon, using the plantaris tendon as a reinforcing membrane. J Bone Jt Surg 48A:268-272, 1966.

Matles A L. Ruptures of the tendo Achilles. Bull Hosp Joint Diseases 36:48-51, 1975.

McLaughlin H L. Repair of major tendon ruptures by buried removable suture. Am J Surg 74:758-764, 1947.

McMaster P E. Tendon and muscle ruptures. J Bone Jt Surg 15:705-722,1933.

Micheli L J. Thromboembolic complications of cast immobilization for injuries of the lower extremities. Clin Ort 108:191-195, 1975.

Mårtens S. Locus minoris resistentiae. En kritisk social-mytologiskbetraktelse över en brusten hälsena. Läkartidningen 75:615-616, 1978.

Nillius S A, Nilsson B E & Westlin N E, The incidence of Achilles tendon rupture. Acta Orthop Scand 47:118-121, 1976.

Nistor L. Conservative treatment of fresh subcutaneous rupture of the Achilles tendon. Acta Orthop Scand 47:459-462, 1976.

Oden R R & Swearingen R. Achilles tendon rupture in skiing. J Bone Jt Surg 50A:1067, 1968. Abstract.

Rosemeyer B & Stürz H. Einfuss der Gipsimmobilisation auf die Aktivität der Beinmuskulatur. Arch Orthop Unfall-Chir 90:299-313, 1977.

Schönbauer H R. Gedeckte Achillessehnenrupturen. Wiederherst Chir Traumat 8:160-185, 1964.

Thompson T C & Doherty J H. Spontaneous rupture of tendon of Achilles; a new clinical diagnostic test. J Trauma 2:126-129, 1962.

26

Thorstensson A. Muscle strength, fibre types and enzyme activities in man. Acta Physiol Scand Suppl 443, 1976.

Toygar 0. Subkutane Ruptur der Achillessehne. (Diagnostik und Behand­lungsergebnisse). Helvet chir acta 14:209-231, 1947.

Wredmark T & Persson A. Gipsbehandling av totala subcutana hälsenerup- turer. Hygiea 86:470, 1977.