The sensitivity of Joint afferents to knee translation

Abstract:

The cruciate ligaments contain mechanoreceptors which putatively contribute to knee function and dysfunction. However, the interpretation of studies showing neural responses to traction loads applied to the cat cranial cruciate ligament (CCL analogous to the anterior cruciate ligament in humans) depends upon demonstrating that non-CCL periarticular receptors are not stimulated. We assessed the capability to rigidly fix the knee against traction loads applied to the feline CCL. The tibia and femur were fixed either with clamps or Steinmann pins. Motion of the bones was monitored with liquid metal strain gages (LMSG) and the activity of the posterior articular nerve (PAN) was recorded while traction loads of up to 20 - 30 N were applied to the CCL. Joint afferents recorded from the PAN were insensitive to the CCL loads in the rigidly fixed preparation. Motion of the proximal tibia and distal femur was less than 100 micrometers for both methods of fixation, with neither method demonstrating more rigid fixation. In contrast, we observed vigorous discharges with focused light pressure on the capsule and under conditions allowing 200 - 500 micrometers of tibial displacement on the femur. This suggests that clinically undetectable instability may give rise to aberrant mechanoreceptor activity contributing to dysfunction.

Zusammenfassung:

Die Kreuzbänder enthalten Mechanorezeptoren, welche vermutlich zur Funktion oder Fehlfunktion des Knies beitragen. Die Interpretation von Untersuchungen, welche Nervenreaktionen auf Zugbelastung des kranialen Kreuzbandes (CCL) von Katzen belegen (CCL: ähnlich dem menschlichen anterioren Kreuzband), ist davon abhängig, ob gezeigt werden kann, daß CCL-fremde periartikuläre Rezeptoren nicht stimuliert werden. Wir untersuchten, ob die durch Zugbelastung des CCL hervorgerufene Aktivität von CCL-fremden Mechanorezeptoren unterbunden wird, indem Tibia und Femur fest fixiert werden. Tibia und Femur wurden wahlweise mit Pins oder Klammern fixiert. Die Knochenbewegung wurde mit Flüssigmetall-Sensoren (Liquid Metal Strain Gage) bestimmt. Bei einer Zugbelastung des CCL von 20 - 30 N wurde die Aktivität des posterioren Artikular Nerven (PAN) gemessen. Afferente Nervenfasern des Gelenks sind unempfindlich gegenüber der CCL-Zugbelastung in der fest fixierten Versuchsanordnung. Bei beiden Fixationsmethoden bewegten sich die proximale Tibia und der distale Femur weniger als 100 Micrometer, wobei keine der beiden Fixationsmethoden eine steifere Fixation aufwies. Im Gegensatz hierzu stellten wir eine erhebliche Entladung unter folgenden Umständen fest: Bei leichtem, fokussiertem Druck auf die Gelenkkapsel sowie unter Bedingungen, welche 200 - 500 Micrometer Bewegung zwischen Tibia und Femur zuließen. Man kann daher vermuten, daß klinisch nicht erkennbare Instabilität eine abnormale Mechanorezeptoraktivität verursacht, welche zu einer Fehlfunktion beitragen kann.