123
Linköping University Medical Dissertations No. 1036 Dynamic knee stability after anterior cruciate ligament injury Emphasis on rehabilitation Sofi Tagesson Division of Physiotherapy Department of Medical and Health Sciences Linköping University, Sweden Linköping 2008

Dynamic knee stability after anterior cruciate ligament injuryliu.diva-portal.org/smash/get/diva2:17244/FULLTEXT01.pdf · Dynamic knee stability after anterior cruciate ligament

  • Upload
    buithu

  • View
    220

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Linköping University Medical Dissertations No. 1036   

Dynamic knee stability after 

anterior cruciate ligament injury  

Emphasis on rehabilitation    

Sofi Tagesson      

Division of Physiotherapy Department of Medical and Health Sciences 

Linköping University, Sweden  

  

Linköping 2008

 

     

                  © Sofi Tagesson, 2008  [email protected] http://www.imh.liu.se  Electronic publication of the thesis: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva‐10498   Published articles have been reprinted with the permission of the copyright holder. Paper I reprinted with permission of the Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, Blackwell Publishing. Paper II reprinted with permission of the Journal of Strength and Conditioning Research, Allen Press Publishing Services. Paper  III  reprinted with permission of  the American  Journal of Sports Medicine, Sage Publications, Inc.   Printed in Sweden by LiU‐Tryck, Linköping, Sweden, 2008  ISBN 978‐91‐85895‐05‐2 ISSN 0345‐0082  

       

To my family                                    

 

     

            

Contents 

     

CONTENTS 

ABSTRACT .................................................................................................................. 1

LIST OF PAPERS ........................................................................................................ 3

DESCRIPTION OF CONTRIBUTION................................................................... 4

ABBREVIATIONS...................................................................................................... 5

DEFINITIONS............................................................................................................. 6

INTRODUCTION....................................................................................................... 8

Anatomy and function of the knee joint........................................................... 8

Mechanical properties of ligaments............................................................... 8

Anterior cruciate ligament .............................................................................. 9

ACL injury............................................................................................................. 10

Incidence and injury mechanisms................................................................ 10

Consequences of the injury ........................................................................... 11

Static knee stability ............................................................................................. 12

Dynamic knee stability....................................................................................... 12

Proprioception and neuromuscular control ............................................... 13

Muscle function............................................................................................... 14

Treatment of ACL injury.................................................................................... 15

ACL reconstruction ........................................................................................ 15

Rehabilitation after ACL injury or reconstruction..................................... 16

Assessment of knee joint function................................................................... 21

Knee joint stability.......................................................................................... 21

Neuromuscular function ............................................................................... 22

Subjective knee function................................................................................ 23

Contents 

 

     

Rationale for the thesis ....................................................................................... 23

AIMS OF THE THESIS............................................................................................ 24

General aim........................................................................................................... 24

Specific aims......................................................................................................... 24

MATERIALS AND METHODS............................................................................. 26

Design .................................................................................................................... 26

Overview of the studies................................................................................. 26

Subjects.................................................................................................................. 27

Study I and II................................................................................................... 28

Study III............................................................................................................ 28

Study IV ........................................................................................................... 29

Equipment............................................................................................................. 29

Electrogoniometer .......................................................................................... 29

Electromyography .......................................................................................... 31

Isokinetic device.............................................................................................. 32

Force measurements....................................................................................... 32

Questionnaires about subjective knee function and activity level.......... 33

Assessments .......................................................................................................... 35

Static tibial translation (study I, III, IV) ....................................................... 35

Dynamic tibial translation and electromyography (study I, III, IV) ....... 35

Muscle strength (study II, III, IV)................................................................. 38

Functional performance (study III).............................................................. 40

Knee joint circumference (study III, IV) ...................................................... 40

Passive range of motion (study III, IV)........................................................ 41

Data analysis......................................................................................................... 41

Tibial translation............................................................................................. 41

Electromyography .......................................................................................... 42

Muscle strength............................................................................................... 42

Statistical analyses............................................................................................... 42

Ethical considerations......................................................................................... 44

RESULTS .................................................................................................................... 45

 Contents 

 

     

Tibial translation and muscle activation after an exercise session in uninjured individuals (study I) ........................................................................ 45

Static tibial translation ................................................................................... 45

Dynamic tibial translation............................................................................. 45

Electromyography .......................................................................................... 46

The procedure for the establishment of one repetition maximum (study II) ............................................................................................................................. 47

Reliability of squat on one leg (study II) ........................................................ 47

Reliability of seated knee extension on one leg (study II).......................... 47

Effects of rehabilitation programs with quadriceps strengthening in closed or open kinetic chain in patients with ACL deficiency (study III)49

Static tibial translation ................................................................................... 49

Dynamic tibial translation............................................................................. 49

Electromyography .......................................................................................... 50

Muscle strength............................................................................................... 51

Functional performance................................................................................. 51

Swelling and passive range of motion ........................................................ 52

Follow‐up two to three years after the injury............................................. 52

Tibial translation and muscle activation during rehabilitation exercises five weeks after ACL reconstruction (study IV)............................................ 53

Static tibial translation ................................................................................... 53

Dynamic tibial translation............................................................................. 53

Electromyography .......................................................................................... 53

The ACL reconstructed leg compared to the uninjured leg (study IV) .... 55

Static tibial translation ................................................................................... 55

Dynamic tibial translation............................................................................. 55

Electromyography .......................................................................................... 55

The ACL reconstructed leg compared to the ACL deficient leg (study IV)56

Static tibial translation ................................................................................... 56

Dynamic tibial translation............................................................................. 56

Electromyography .......................................................................................... 56

Subjective knee function................................................................................ 57

DISCUSSION............................................................................................................ 58

Contents 

 

     

Main findings....................................................................................................... 58

Dynamic knee stability during and after exercises in closed and open kinetic chain..................................................................................................... 59

Altered dynamic stability .............................................................................. 61

Muscle activation during and after exercises in closed and open kinetic chain.................................................................................................................. 64

Muscle function after rehabilitation............................................................. 66

Strength training and dosage of rehabilitation programs ........................ 68

Non‐surgical treatment or ACL reconstruction......................................... 69

Methodological considerations......................................................................... 70

Tibial translation............................................................................................. 70

Electromyography .......................................................................................... 72

Measurements of muscle strength and functional performance............. 74

Measurements on uninjured individuals and patients with ACL injury75

Selection of leg for assessment...................................................................... 76

Using the uninvolved leg as a reference ..................................................... 76

Design of the randomised clinical study (III) ............................................. 77

Compliance to the rehabilitation programs................................................ 77

Contribution to research..................................................................................... 78

Clinical implications........................................................................................... 78

Future research ..................................................................................................... 79

CONCLUSIONS ....................................................................................................... 80

SAMMANFATTNING ............................................................................................ 82

ACKNOWLEDGEMENTS...................................................................................... 84

REFERENCES ............................................................................................................ 86

 

      Abstract 

    1 

ABSTRACT 

  Anterior  cruciate  ligament  injury  leads  to  increased  sagittal  tibial translation, and perceptions of instability and low confidence in the knee joint are common. Many patients have remaining problems despite  treatment and are  forced  to  lower  their  activity  level  and  prematurely  end  their  career  in sports.  The  effect  of  ACL  reconstruction  and/or  rehabilitation  on  dynamic knee stability is not completely understood. The overall aim of this thesis was to  study  the  dynamic  knee  stability  during  and  after  rehabilitation  in individuals  with  ACL  injury.  More  specific  aims  were  1)  to  elaborate  an evaluation method for muscle strength, 2) to evaluate the effect of exercises in closed  and  open  kinetic  chain,  and  3)  to  evaluate dynamic  knee  stability  in patients with ACL deficiency or ACL reconstruction.   Sagittal tibial translation and knee flexion angle were measured using the CA‐4000 computerised goniometer  linkage. Muscle activation was  registered with electromyography.   The  intra‐  and  inter‐rater  reliability  of  1  repetition  maximum  (RM)  of seated  knee  extension was  clinically  acceptable. The  inter‐rater  reliability  of 1RM of squat was also acceptable, but the intra‐rater reliability was lower. The systematic procedure for the establishment of 1RM that was developed can be recommended for use in the clinic.   One specific exercise session including cycling and a maximum number of knee  extensions  and  heel  raises did  not  influence  static  or dynamic  sagittal tibial  translation  in  uninjured  individuals.  A  comprehensive  rehabilitation program with isolated quadriceps training in OKC led to significantly greater isokinetic  quadriceps  strength  compared  to  CKC  rehabilitation  in  patients with ACL deficiency. Hamstring strength, static and dynamic translation, and functional  outcome  were  similar  between  groups.  Five  weeks  after  ACL reconstruction,  seated  knee  extension  produced  more  anterior  tibial translation  compared  to  the  straight  leg  raise  and  standing  on  one  leg. All exercises produced  less or  equal  amount of  anterior  tibial  translation  as  the 90N Lachman test.   Five  weeks  after  the  ACL  reconstruction  the  static  and  dynamic  tibial translation  in  the  ACL  reconstructed  knee  did  not  differ  from  the  tibial translation on the uninjured leg. Patients in the early phase after ACL injury or ACL reconstruction used a  joint stiffening strategy  including a reduced peak 

Abstract 

    2 

knee  extension  angle during gait  and  increased hamstring  activation during activity,  which  reduces  the  dynamic  tibial  translation.  Patients  with  ACL deficiency  that  completed  a  four  months  rehabilitation  program  used  a movement pattern that was more close to normal.   

      List of papers 

    3 

LIST OF PAPERS 

This thesis is based on the following papers, which are referred to in the text by their Roman numerals:  I. Sofi  Tagesson,  Birgitta  Öberg,  Joanna  Kvist.  Passive  and  dynamic 

translation  in  the  knee  is  not  influenced  by  knee  exercises  in  healthy individuals. Scandinavian Journal of Medicine & Science  in Sports 2005; 15 (3) 139‐147. 

II. Sofi  Tagesson,  Joanna  Kvist.  Intra‐  and  interrater  reliability  of  the 

establishment  of  one  repetition maximum  on  squat  and  seated  knee extension.  Journal of Strength and Conditioning Research 2007; 21  (3) 801‐807. 

 III. Sofi  Tagesson,  Birgitta  Öberg,  Lars  Good,  Joanna  Kvist.  A 

comprehensive rehabilitation program with quadriceps strengthening in closed  versus  open  kinetic  chain  in  patients  with  anterior  cruciate ligament  deficiency:  a  randomized  clinical  trial  evaluating  dynamic tibial translation and muscle function. American Journal of Sports Medicine 2008; 36 (2) 298‐307. 

 IV. Sofi  Tagesson,  Birgitta  Öberg,  Joanna  Kvist.  Tibial  translation  and 

muscle activation during rehabilitation exercises 5 weeks after anterior cruciate ligament reconstruction. Submitted 2007. 

  

Decription of contribution 

 

    4 

DESCRIPTION OF CONTRIBUTION 

Paper I Study design  Joanna Kvist, Sofi Tagesson, Jan Gillquist    Data collection  Sofi Tagesson   Data reduction  Sofi Tagesson Data analysis  Sofi Tagesson, Joanna Kvist, Birgitta Öberg Manuscript writing  Sofi Tagesson     Manuskript revision  Joanna Kvist, Birgitta Öberg  Paper II Study design  Sofi Tagesson, Joanna Kvist Data collection  Sofi  Tagesson,  Per  Axelsson,  Bettina  Hillborg,  Marie 

Rydén Data reduction  Sofi Tagesson Data analysis  Sofi Tagesson Manuscript writing  Sofi Tagesson Manuscript revision  Joanna Kvist, Birgitta Öberg  Paper III Study design  Sofi Tagesson, Joanna Kvist, Birgitta Öberg, Lars Good Data collection  Sofi Tagesson   Data reduction  Sofi Tagesson Data analysis  Sofi Tagesson   Manuscript writing  Sofi Tagesson   Manuscript revision  Joanna Kvist, Birgitta Öberg, Lars Good  Paper IV Study design  Sofi Tagesson, Joanna Kvist, Birgitta Öberg Data collection  Sofi Tagesson Data reduction  Sofi Tagesson Data analysis  Sofi Tagesson   Manuscript writing  Sofi Tagesson Manuscript revision   Joanna Kvist, Birgitta Öberg   

      Abbreviations  

    5 

ABBREVIATIONS 

ACL   Anterior cruciate ligament 

CKC  Closed kinetic chain 

EMG  Electromyography 

ICC   Intra class correlation coefficient 

KOOS  Knee injury and Osteoarthritis Outcome Score 

M  Mean 

MIVC   Maximal isometric voluntary contraction 

OKC  Open kinetic chain 

RCT  Randomised Controlled Trial 

RM  Repetition maximum 

ROM   Range of motion 

SD  Standard Deviation 

VAS  Visual Analogue Scale 

Definitions 

    6 

DEFINITIONS 

ACL deficiency    The state or condition of lacking a substance, quality, or characteristic  essential  for  completeness;234  i.e.,  absence of the anterior cruciate ligament  

ACL graft    The  biological  substitute  used  for  reconstruction  of  a ruptured anterior cruciate ligament 

Closed kinetic chain exercise  

  Exercise  that  is modelled  as  a  closed  linkage where  a movement  in  one  joint  simultaneously  produces movements in other joints of the extremity243, 339 

Compliance    A patient’s collaboration with treatment directions 

Concentric muscle action 

  When a muscle shortens while producing force155 

Dynamic knee stability 

  The  ability  of  the  knee  joint  to  remain  stable  during physical  activity.342  Synonymous  with  functional stability 

Dynamic tibial translation 

  Anterior tibial translation during activity 

Eccentric muscle action 

  When a muscle lengthens while producing force155 

Giving way    The knee buckles or  it  feels as  if  it would not hold  the patient’s weight47 

Instability    A  condition  of  a  joint  characterized  by  an  abnormal increased range of motion due to injury to the ligaments, capsule, menisci, cartilage or bone234 

Laxity    Slackness  or  lack  of  tension  (a  characteristic  of  a ligament)  and  looseness,  referring  to  a  normal  or abnormal range of motion of a joint234 

      Definitions  

    7 

 Muscle strength    The  maximal  force  a  muscle  or  muscle  group  can 

generate at a specified velocity155 

Neuromuscular control 

  The  ability  to  produce  controlled  movement  through coordinated muscle activity342 

Open kinetic chain exercise 

  Exercises  that  isolate  one  link  of  the  kinetic  chain  and where the distal segment is free to move243, 339 

Reliability     Consistency  of  measurements  and  the  absence  of random and systematic measurement error12, 313 

Repetition maximum  

  The  heaviest  resistance  that  can  be  lifted  for  one complete repetition of an exercise76, 155 

Static tibial translation 

  Total sagittal tibial translation during the Lachman test 

Strain    Change  in  the  dimension  of  a material  divided  by  its original size176 

Tibial position    Relative location of tibia with respect to femur 

Torque    Moment of  force  (term generally applied  to  rotation of shaft) (unit Nm)176 

Translation    A  type  of motion  or  displacement  of  a  rigid  body  in which  all  lines  attached  to  it  remain  parallel  to  their original orientation176, 234 

     

     

 

Introduction 

 

    8 

INTRODUCTION 

Anatomy and function of the knee joint The  knee  joint  has  six  degrees  of  freedom,  three  rotational  and  three translational.103  It  is  a  complex  joint  that  provides  both  stability,  to  allow weight bearing, and mobility. The knee joint obtains just modest stability from the bones due  to  incongruity of  the  tibia and  femoral condyles. The menisci, on the other hand, provide stability through improved joint congruity because of  their  shape,  orientation,  and  functional  properties.295  In  addition,  the ligaments,  capsule, and  the muscolutendinous  soft  tissue  that  surrounds  the knee  interact  with  complex  gliding  and  rolling movements  in  the  joint  to maintain  functional  stability.342  The  knee  ligaments  guide  the  skeletal segments  during  motion  and  are  the  primary  restraints  to  knee  joint translations during passive loads.20  There  is  great  range  of movement  (ROM)  in  flexion  and  extension  in  the sagittal  plane,  and  a  small  amount  of  rotation  in  the  transversal  plane, especially  when  the  knee  is  flexed  and  the  foot  is  not  fixed  to  a  surface. Movements  in  the  knee  joint  are  a  combination  of  rolling  and  gliding. Beginning  with  full  extension  in  a  weight  bearing  position,  the  femoral condyles only roll, and with increased flexion the sliding movement becomes increasingly more significant. At the end of flexion, the condyles only slide.103, 242  The  tibial  plateaus  slopes  approximately  9°  posterior.103,  204,  229  During weight‐bearing,  a  vertical  compression  causes  the  tibia  to  translate anteriorly.67,  170,  295,  326 At  activities  such  as  running  and  cutting  the  knee  is flexed, which means that the tibial plateau is almost parallel with the weight‐bearing surface.69  

Mechanical properties of ligaments 

Ligaments  are  viscoelastic  structures  and have  a  combination  of  elastic  and viscous qualities. An elastic material  returns  to  its original shape after  it has 

      Introduction  

    9 

been  exposed  to  load.  A  viscous  material  does  not  deform  initially  when loaded; the strain is delayed. Moreover, when a deformation has taken place, the material  does  not  recover.  A  viscoelastic material  deforms  slowly  in  a nonlinear manner. Also,  it slowly and nonlinearly  returns  to  its original size and  shape  after  the  load  has  been  removed.  The mechanical  properties  of ligaments can be displayed in a load‐deformation curve, called a stress‐strain curve (Figure 1). Stress is defined as the internal force per unit area. Strain is defined as the percentage elongation over the original length.176 The beginning of  the  stress‐strain  curve  has  a  linear  relationship  and  corresponds  to  the elasticity of the ligament. The elastic limit (Figure 1) indicates the point where the  ligament will  not  return  to  its  original  length,  i.e.,  plastic  deformation. With  increased  strain,  a progressive  rupture of  the material occurs,  and  the rupture  point  (Figure  1)  is  the  point when  a  total  ligament  rupture  occurs. When a ligament is loaded and unloaded repeatedly, the cycles will not follow the  same  path.  The  area  between  the  loading  and  unloading  curves corresponds to internal energy loss. This phenomenon is called hysteresis.176  

  Figure 1 Stress‐strain curve that displays the mechanical properties of ligaments.         

Anterior cruciate ligament  

The anterior cruciate ligament (ACL) is attached to the anterior intercondylar area of  the  tibia and  to  the posterior part of  the medial surface of  the  lateral femoral condyle. The ACL can be anatomically divided  into an anteromedial and a posterolateral band, structures that are taut  in different portions of the knee  joint ROM.53,  92,  103 However,  recent data suggests  that both bundles are parallel  and  have  a  complementary  behaviour.148  The  ACL  is  the  primary 

Stress

Strain

Elastic limit

Rupture point

Elastic range

Plastic range

Introduction 

 

    10 

restraint to anterior tibial translation, and it provides an average of 86% of the total  resisting  force.  Additionally,  it  is  a  secondary  restraint  to  rotation, especially  internal  rotation  of  tibia.45 Accordingly,  the  strain  in  the ACL  is increased  when  the  tibia  is  exposed  to  anterior  force.  After  15  to  25%  of elongation of  the ACL,  in  relation  to  its original  length, plastic deformation occurs.173 The  average  strain  in  the  anteromedial bundle of  the ACL during 90N Lachman test is 2.16 ± 1.1% and during 150N it is 3.4 ± 1.8%.82 The failure load of an ACL is reported to be about 2160 ± 157N in young individuals, and ultimate  load  and  energy  absorbed  decrease  significantly  with  age.347,  348 Another  study  states  that  load at  failure  is about 1818 ± 699N  in males and about 1266 ± 527N in females.52 Moreover, the strain at failure was 30 ± 6% in males  and  27  ±  8%  in  females.52  During  daily  activities  and  commonly prescribed rehabilitation exercises, the ACL is loaded only to about 20% of its failure capacity.31, 32, 124 

ACL injury  

Incidence and injury mechanisms 

Anterior cruciate  ligament  injury  is  the most common  total  ligament rupture in the knee.34, 208 The injury is relatively uncommon in the general population; the yearly  incidence  is 0.3  to 0.81 per 1000  inhabitants.90,  227 The  incidence  is considerably greater among athletes.104 An estimated 80000 ACL injuries occur annually  in  the United  States.104  In  Sweden,  about  6000 ACL  injuries  occur yearly, and approximately 3000 ACL reconstructions are performed.1 Soccer is the most common activity that results  in  injury,90 and ACL  injuries represent 43% of all soccer related  injuries.275 Also basketball, handball,  football, alpine skiing and gymnastics are common activities that result in injury.41, 127, 205, 220, 221, 256 Rates of ACL  injury  in women’s soccer and basketball have been reported to  be  0.32  and  0.28  injuries  per  1000  athlete  exposures  respectively. Correspondingly,  rates of ACL  injury  for men are 0.11 and 0.08  injuries per 1000 athlete exposures respectively.205   More males  than  females  sustain an ACL  injury due  to  the greater absolute number  of  male  participants  in  sport  activities.104  However,  the  risk  of sustaining an ACL  injury  is  reported  to be  two  to eight  times higher among 

      Introduction  

    11 

female athletes  compared  to  their male counterpart.  4,  8‐10,  104,  117,  139,  221,  275 The females also get  injured at a younger age  than men.275 A  recent study  found small gender differences in the overall risk of sustaining an ACL tear although gender  differences  in  injury  rates  were  found  when  specific  sports  were compared.218  Anterior  cruciate  ligament  injuries are  thought  to occur due  to unsuccessful postural  adjustments  and  abnormal  dynamic  loading,  i.e.,  inter‐segmental loads in the knee joint.105 The majority of the ACL injuries (about 70%) occur in a  non‐contact  situation.41,  104 Non‐contact  injuries  often  occur with  the  knee close  to  extension during  a  sudden deceleration or  landing motion. Contact injuries are frequently the result a contact blow to the lateral aspect of the leg or knee, a motion  that  causes a valgus  collapse.41 The  injury mechanism  for ACL  injuries  in  female  team  handball  is  reported  to  be  a  forceful  valgus collapse  with  the  knee  close  to  full  extension  combined  with  external  or internal  tibial  rotation.238  Associated  injuries  in  the  capsule,  ligament  or menisci are common, and most patients have complex injuries.90, 154, 239  

Consequences of the injury 

An ACL  rupture  leads  to  increased  laxity  in  the knee.45,  63,  154,  184,  232,  284  In  the ACL  deficient  knee,  anterior  tibial  translation  is  limited  by  secondary restraining  structures,  such  as  the  posterior  joint  capsule,  the  collateral ligaments, and  the menisci.45,  201 The  injury  leads  to  loss of mechanoreceptor feedback  and  loss  of  reflex  muscular  contractions.19‐21,  25,  26,  144,  145,  162,  305 Furthermore,  the ACL  injury often results  in perceptions of  instability  in  the knee  joint.47,  236  Giving way  is  common,  and  this  is  described  as  the  knee buckles or a  feeling as  if  the knee would not hold  the patient’s weight.47 The patients frequently describe low confidence in their knee joint. Individuals are often  forced  to  lower  their activity  level and prematurely end  their career  in sports.96, 163, 169, 236, 275, 303  An ACL  injury predisposes  the knee  to  subsequent  injuries332  and  the  early onset of osteoarthritis.95, 185, 186, 223, 273, 346 About 50% of patients with ACL injury have osteoarthritis with  associated pain  and  functional  impairment  10  to  20 years  after  the  injury. Considering  that  a majority of  individuals with  acute ACL injury are younger than 30 years and many are younger than 20 years,104, 303 ACL injuries are responsible for a large number of patients between 30 and 

Introduction 

 

    12 

50 years with  early‐onset  osteoarthritis.185 The  joint  instability280  and muscle weakness115 are thought to lead to progressive arthritic changes. Some patients use a stabilization strategy after the injury that stiffens the knee joint, and that may lead to changed loading on the  joint surfaces and excessive  joint contact forces.  This  could  damage  articular  structures.279  Moreover,  intra‐articular pathogenic processes are initiated at time of the injury, and this together with the changed  loading pattern on  the  joint  surfaces  is  thought  to contribute  to the  osteoarthritis.185,  283  In  addition,  associated  injuries,  especially  menisci injury,  probably  increase  the  risk  of  future  osteoarthritis.5,  95,  147,  185 An ACL reconstruction does not seem to prevent osteoarthritis.60, 185 

Static knee stability  The knee anatomy  includes a  supportive  system of osseous,  contractile, and non‐contractile structures, which together contributes to stability in the joint.103 In  a passive  situation,  for  example during  a  static  laxity  test,  the bones  and other non‐contractile structures provide joint stability. An ACL injury leads to decreased  static  stability  due  to  loss  of  an  important  stabilizer.45,  154,  232  The static tibial translation is frequently assessed when evaluating treatment after ACL injury.46, 206, 249, 287 However, static tibial translation does not correlate with functional  outcome  in  patients  with  ACL  deficiency71,  134,  246,  301  or  ACL reconstruction121,  287  or  with  quadriceps  or  hamstring  muscle  strength  in patients with ACL deficiency.246 Furthermore, the static tibial translation does not  correlate  with  the  dynamic  tibial  translation,  i.e.  translation  during activity.166  

Dynamic knee stability  Dynamic knee stability is the ability of the knee joint to remain stable when it is exposed to the rapidly changing loads that occur during activity.342 Dynamic stability depends  on  integration  of  articular  geometry,  soft  tissue  restraints, and  the  loads  applied  to  the  joint  through  weight  bearing  and  muscle activation.342 Generally, several ligaments work synergistically to provide joint stability.103 In addition, joint compressive forces, gained by weight bearing and muscle  activity,188,  195,  196  provide  additional  stability.132  The  neuromuscular system regulates  joint motion.122,  137,  293,  342 When high  loads are placed on  the 

      Introduction  

    13 

ligaments  and other  soft  tissues,  for  example during  some high  speed  sport activities, additional stabilizing  forces are required  to keep the strain  in knee ligaments  within  safe  ranges.  Although  muscle  contraction  can  stabilize  a mechanically unstable knee, these contractions can increase joint stiffness. Co‐contraction  of  agonist‐antagonist  may  further  enhance  joint  stiffness  by increasing  the  joint  compression.179,  180,  188,  326,  342  Increased  joint  stability,  and accordingly  a  probable  reduction  in  ACL  strain,  can  be  the  result  of  co‐contraction.18,  180,  260,  305  Co‐contraction  regulates  joint  motion,  and  the antagonist can regulate the effect of gravity and velocity of a movement. When performing  an  unpractised  exercise,  increased  co‐contraction  is  present. However,  as  a  skill  is  acquired  by practice,  the  activation  of  the  antagonist muscle  is  reduced, and  the  efficiency of  the movement  is  increased.305  In an ACL injured knee, the muscles play an even greater role in achieving dynamic stability.  Some  patients  can  maintain  knee  stability  in  dynamic  situations despite a mechanically unstable knee.301 Dynamic  tibial translation  is a  factor of importance for good function after ACL injury.165 It has been described that patients with ACL deficiency who do not function well after the  injury, non‐copers,  use  a  joint  stiffening  strategy  with  increased  co‐contraction.  In contrast, patients who function well after the  injury, copers, use a movement pattern that is more close to normal.278‐280 

Proprioception and neuromuscular control 

The  sensorimotor  system  represents  complex  neurosensory  and neuromuscular processes.178 Proprioception is the afferent information arising from internal peripheral areas of the body that contribute to postural control, joint  stability,  and  several  conscious  sensations.264  Proprioception  involves acquisition of stimuli from mechanoreceptors primarily situated in the muscle, tendon, ligament, and capsule. The mechanoreceptors sensitive to this stimuli are Ruffini  receptors, Pacinian  corpuscles, Golgi  tendon  organ  like  endings, and  free nerve endings. Sensory  input  is  integrated  into  the  central nervous system  at  the  spinal  cord  and  supraspinal  levels  and  forms  the  basis  of  all motor  output.20,  39,  144,  264,  265,  297,  305  The motor  components  controlling  body motor control are the spinal cord, brain stem, cerebral cortex, cerebellum, and the basal ganglia.111,  264,  297 The proprioceptive  information  regarding posture and movements  of  a  joint  is  fundamental  for  neuromuscular  control.264,  297 Neuromuscular control is the ability to produce controlled movement through coordinated muscle activity.342  In an  intact knee,  the  sensory  innervations  in 

Introduction 

 

    14 

the  ligament  transmit  impulses  through  the nervous  system  to  the muscles. When a  ligament  is overstretched, strong  impulses are  forwarded to muscles that  are  synergists  to  the  ligament.  A  subsequent muscle  contraction may protect the ligament from getting injured.20, 162 However, the cruciate ligament reflex has a latency that is too long to activate the muscles in time to prevent ligament rupture in sport accidents.162, 305   There are mechanoreceptors situated in the ACL.144, 145, 285, 286, 305 The ACL has a proprioceptive  role,  and  loss of proprioceptive  feedback  in  the ACL  injured knee may be of  importance  in  functional knee  instability.19‐21,  25,  26,  144,  145,  162,  305 Reflex hamstring contraction as a response to shear force on tibia or stress of the ACL have been reported.25, 91, 304 ACL deficient knees have longer latency of the  reflex  hamstring  contraction  compared  to  uninjured  knees,  and  this  is suggested  to  be  a  factor  contributing  to  functional  instability  in  the  injured knee  joint.25,  26,  162,  305  Thus  normal  knee  function  depends  on  intact neuromuscular control. The  results  regarding  if afferent  input and  the  reflex muscle contraction are restored through an ACL reconstruction are somewhat contradictory, although deficits seems to persist to some degree.19, 144, 162, 259 

Muscle function 

Muscle  function  depends  on  neural, muscular,  and  biomechanical  factors.75 Weakness  of  the  thigh  muscles,  especially  the  quadriceps,  is  a  common consequence after knee trauma. Joint pathology can cause inhibition of muscle activity.135,  136,  213,  312 Moreover,  immobilization  results  in  decreased  muscle volume  and  function.  Even  after  one  or  two  weeks  of  immobilization  the muscle is adversely affected.138, 146 Restoration of muscle function and strength is a  central goal  in ACL  rehabilitation,  since good muscle  strength has been shown  to be  important after ACL  injury or reconstruction. The rehabilitation needs to include all lower extremity muscles, although quadriceps weakness is one of the major challenges.268 Many patients have muscle weakness in spite of completed rehabilitation after ACL injury or reconstruction,16, 71, 74, 119, 149, 187, 241, 246,  267,  317,  341  and  quadriceps  weakness  is  common  in  patients  who  do  not compensate well  for  the  injury.71 Moreover, quadriceps atrophy or weakness have been noted to be correlated to poor knee function.71, 98, 143, 152, 216, 230, 300, 338, 343   It  is unclear why quadriceps muscles weaken. Activation  failure and  lack of control of the quadriceps muscle have been reported,54, 135, 136, 187, 330, 331 and that 

      Introduction  

    15 

can be caused by abnormal articular afferent information and reflex inhibition in  the muscle.78,  135,  136,  157,  158,  213,  299,  312 Swelling has an  inhibitory effect on  the quadriceps muscle.78,  128,  153,  213,  325  It  is  also  known  that  pain may  affect  the ability  to activate  the muscle.56,  213,  311,  333  In addition,  instability can  lead  to a different movement pattern, which probably alters  the muscle recruitment.279 A  reduced  external  flexion moment  has  been  found  in  patients with  ACL deficiency.30,  278 This  is  interpreted  as  a quadriceps  avoidance pattern  and  is suggested to be an adaptive strategy to decrease the anterior directed force on the  tibia.30 However,  the  occurrence  of  this  gait  alteration  is  questioned.270 Furthermore, weakness in thigh muscles, particularly the quadriceps, persists with  lack of structured  rehabilitation,328 and  it  is questionable  if  the strength training previously performed has been sufficient.206, 277  

Treatment of ACL injury  The treatment choices for individuals with ACL injury are either surgery and subsequent rehabilitation or exclusively rehabilitation. The surgery involves a reconstruction of the ligament with a graft. Candidates for surgery are young active  individuals,  patients with  persistent  functional  instability  and  giving way  symptoms  after  the  rehabilitation,  and  combined  ligamentous  and meniscal  injuries.60,  68,  87,  274 Approximately  one‐third  of  the patients with  an ACL  injury  compensate  enough  to  resume  activity.  One‐third  can  partly compensate but  are  forced  to give up many  activities. One‐third  experience instability  despite  rehabilitation  and  are  referred  to  surgical  intervention.235 Irrespective  of  the  possible  reconstruction,  the  rehabilitation  exerts  great influence on the healing response,35 and structured rehabilitation significantly helps patients gain dynamic stability in the knee joint.35, 51, 70, 87  

ACL reconstruction  

The aim of an ACL reconstruction is to regain knee stability.70, 87, 350 There are several surgery techniques. There is no consensus regarding the most optimal graft for ACL reconstruction. Among the autologous tendon graft options, the bone‐patellar  tendon‐bone graft and  the hamstring graft are most  frequently used.87,  350 Earlier, use of  the bone‐patellar  tendon‐bone graft was seen as  the “gold standard” in ACL reconstruction. However, issues relating to donor site morbidity such as arthrofibrosis, anterior knee pain and pain during kneeling, 

Introduction 

 

    16 

and quadriceps weakness have  resulted  in  the use of  the hamstring graft,  a technique  that  has  become  more  common.86,  88,  350  Earlier  meta‐analyses comparing patellar tendon and hamstring tendon graft concluded that patellar tendon grafts had  a  lower  rate of graft  failure88  and  resulted  in better  static knee stability88,  357 and  increased patient satisfaction88 compared  to hamstring tendon graft. However, a recent meta‐analysis revealed that the knee stability and graft failure with the two graft alternatives are similar.38 In addition, use of the hamstring tendon graft resulted in a lower rate of anterior knee pain38, 88 and  extension  deficits38  compared  to  patellar  tendon  graft.  There  were  no differences between the graft alternatives with respect to returning to previous sporting activities.88  An ACL reconstruction can reduce  the static knee  laxity  to within normal or clinically satisfactory limits.34, 43, 244, 284, 318, 356 However, the procedure does not seem to restore normal tibiofemoral kinematics.27,  34,  43,  183,  235,  244,  318,  356 Another study  reported  that  ACL  reconstruction  with  hamstring  graft  restored  the tibiofemoral  contact  pattern  to  that  of  the  uninjured  contralateral  knee. However, the kinematics of both knees appears to change with time.284 Yet, an ACL  reconstruction  may  decrease  the  risk  of  future  meniscal  or  cartilage injury requiring surgery.68 However, the risk of osteoarthritis does not seem to be reduced.60, 185 

Rehabilitation after ACL injury or reconstruction 

The  rehabilitation  of  patients  with  ACL  deficiency  aims  to  improve  the dynamic stability despite the decreased mechanical stability. The main goal of the  rehabilitation  after  ACL  rupture  or  reconstruction  is  to  restore  knee function  by  enhanced  neuromuscular  control,  which  can  be  achieved  by training of muscle  strength,  coordination,  and proprioceptive  ability.53,  269,  342 Neuromuscular  training programs  for patients with ACL  reconstruction aim to  improve muscle  activation,  increase  dynamic  joint  stability,  and  relearn movement  patterns  and  skills  used  during  daily  activities  and  sports activities.269 A neuromuscular  training program  is  reported  to be effective  in improving  the  knee  function.266  Many  other  rehabilitation  programs  also include exercises to improve the neuromuscular function.  Current  practices  commonly  employ  accelerated  rehabilitation,  permitting immediate  full weight  bearing  and  restoration  of  full  range  of motion  after 

      Introduction  

    17 

ACL  reconstruction.288,  291,  329  The  rehabilitation  program  needs  to  be progressed according  to guidelines.6 Progression  to  the next phase  is usually allowed  after  fulfilment  of  certain  criteria.51,  53,  219  There  is,  however,  no consensus  regarding  the  optimal  rehabilitation  regimen  following  ACL deficiency or reconstruction.33, 35, 292, 327  After a  ligament  injury or surgery  the  injury site should be protected during the first healing phases so the tissue can regain a certain amount of strength. Rehabilitation  after ACL  reconstruction  needs  to  avoid  great  anterior  tibial translation  to  protect  the  graft  from  excessive  strain  and  pathological elongation.33,  35  In  addition,  patients with  ACL  deficiency  should  probably avoid large anterior tibial translation in the first rehabilitation phase to avoid excessive strain on secondary stabilizers. The secondary restraining structures are placed under increased tension as the load‐bearing capacity of the ACL has been  decreased  or  abolished  due  to  the  injury,  a  situation  that may  cause further  loosening  of  the  joint.45  In  the  later phase  of  healing,  it  is  however, known  that  application  of  some  amount  of  stress  on  the healing  tissue will improve  healing  and  contribute  to  increased  stiffness  and  improved mechanical  properties  and  remodelling  of  the  ligament  or  graft.308,  324,  349 Consequently, some strain during the healing process increases graft strength, whereas  excessive  strain  can  stretch or  rupture  the graft. When designing  a rehabilitation program for patients after ACL reconstruction it is fundamental to  restore  lower extremity  function and at  the  same  time optimally  load  the ACL graft.268 It is, however, unclear how much strain can be accepted during different healing phases after an ACL reconstruction. 

Closed and open kinetic chain 

Rehabilitation  exercises  can  be  classified  into  closed  kinetic  chain  (CKC)  or open kinetic chain  (OKC) exercises. Exercises  in CKC are modelled as closed linkages where a movement in one joint simultaneously produces movements in other joints of the extremity. Exercises in OKC isolate one link of the kinetic chain and the distal segment is free to move.243, 339 Squatting is an example of a CKC  exercise, whereas  a  seated  knee  extension  is  an  example  of  an  OKC exercise.   CKC exercises have been frequently used and recommended for rehabilitation after ACL  injury because  they were  considered  to be  safer  than  exercises  in OKC.31,  46,  113,  243,  291 Exercises  in CKC result  in smaller anterior‐directed  forces 

Introduction 

 

    18 

on  the  tibia  relative  to  femur,31,  46,  77,  84,  171,  190,  337,  354  increased  tibiofemoral compressive  forces,46,  77,  84,  337 and  increased hamstrings co‐contraction.31,  171  In addition, CKC exercises are similar to functional activities.77, 126 A CKC exercise involves  motion  in  all  joints  in  the  extremity,  which  requires  coordinated muscle activity in several muscles to control all segments in the extremity.66, 140 Moreover,  there  are  fewer  reported  patellofemoral  complications  related  to CKC exercises  than  to OKC exercises.46,  77,  126 However,  there  is evidence  that CKC  and  OKC  exercises  are  equally  effective  in  rehabilitation  for patellofemoral pain syndrome.112  Quadriceps contraction to near full extension leads to strain on the ACL. Knee extension exercises  involve different strain values depending on knee  flexion angle  and  the magnitude  of muscle  contraction.  In  contrast,  exercises  that involve  isolated  hamstring  contraction  do  not  strain  the  ACL  at  any  knee position  or  magnitude  of  the  muscle  contraction.11,  32,  35,  36,  107,  197,  260,  337 Furthermore,  exercises  in CKC  cause  smaller  anterior  tibial  translation  than exercises in OKC in patients with ACL deficiency.171, 354 The smaller translation can  be  explained  by  higher  joint  compression  forces  that decrease  anterior‐posterior  translation during  a CKC  exercise.326,  337 However,  application of  a compressive  load  and  muscle  activation  produces  an  anterior  shift  of  the tibia326  that  could  strain  the ACL, a  result  that  supports  the  fact  that weight bearing  also  increases ACL  strain.84  In  addition,  it  is unclear whether  small differences in tibial translation would produce excessive increase in the strain on the ACL or secondary restraints.131 Moreover, recent research has proposed that  the  effect  of  CKC  and  OKC  exercises  do  not  differ  in  terms  of  graft healing, postoperative knee  function,  and patient  satisfaction.83 There  is  still lack  of  evidence  concerning what  is  optimal  rehabilitation  for ACL  injured patients. Evidence  regarding  the  strain on  the ACL during various  types of exercises31 is limited regarding the magnitude of loading that is detrimental to the graft following ACL reconstruction.   A disadvantage with CKC  exercises  is  that, due  to  their  complex  character, they may not isolate separate muscles sufficiently to achieve optimal increases in muscle strength. A weak quadriceps musculature will possibly not receive enough  stimuli  to  regain maximal  strength.140,  228  In  contrast, OKC  exercises isolate  one  muscle339  and  demand  considerably  activity  in  the  quadriceps musculature99 and are thereby essential for strength development.206 Still, there is no clear evidence that this type of exercise can be performed without risk.  

      Introduction  

    19 

A  few  RCT  studies  have  evaluated  CKC  and  OKC  exercises  in  ACL rehabilitation. Perry et al.250 reported no differences in laxity or knee function after rehabilitation in CKC or OKC in patients with ACL deficiency although data on muscle strength  is not reported. Another study showed that patients with ACL reconstruction who trained with OKC exercises had greater anterior tibial  translation  compared  to  patients  who  trained  with  CKC  exercises. However, there was a difference in translation only for the static knee stability (KT 1000) test with maximum applied force ‐ 1.6 mm in the CKC group vs. 3.3 mm  in  the  OKC  group.  No  information  was  obtained  regarding  muscle strength  after  the  rehabilitation  programs.46  In  contrast, Mikkelsen  et  al.206 found that the addition of exercises in OKC after ACL reconstruction resulted in a significantly better  improvement  in quadriceps  torque without reducing knee  joint  stability  and  led  to  a  significantly  higher  number  of  athletes returning  to  their  previous  activity  earlier  and  at  the  same  level  as  before injury.  Similarly,  no  differences  in  knee  laxity  in  patients  with  ACL reconstruction who  performed  quadriceps  exercises  in CKC  or OKC  in  the early period after surgery  is reported.217 Moreover,  there were no differences in  functional  improvement126  or  knee  pain214  between  groups.  Furthermore, CKC  and  OKC  exercises  have  been  compared  in  the  middle  period  of rehabilitation  after ACL  reconstruction.  There were  no  differences  between groups  regarding  knee  laxity  or  knee  function.249  Heijne  and  Werner110 evaluated  early  versus  late  initiation  of  OKC  exercises  for  quadriceps  in patients  with  ACL  reconstruction  receiving  either  patellar  tendon  or hamstring tendon grafts. Early start of OKC exercises after ACL reconstruction with hamstring tendon graft resulted in increased knee laxity compared to late start  and  to both  early  and  late  start  after ACL  reconstruction with patellar tendon graft. On the contrary, in the patients receiving a patellar tendon graft the  laxity  did  not  differ  between  groups  with  early  or  late  start  of  OKC exercises. This  result  is  in  line with other  studies.37,  142,  289 Furthermore, early start of OKC exercises did not lead to increased quadriceps muscle torques in patients with hamstring tendon or with patellar tendon graft.110 

Strength training 

Strength training is an important component in rehabilitation as it is effective in  increasing the strength of muscle, tendon, and  ligament.76 Muscle strength is developed  through  neural  adaptations  and morphological  changes  in  the muscle.50,  75,  133,  138,  251,  282,  309 This causes  the hypertrophy of  individual muscle fibres rather than development of new fibres.138, 146 During the early stages of 

Introduction 

 

    20 

strength training, muscle volume is not increased proportional to the strength gains.  Particularly  in  the  early  period  of  training  a  great  proportion  of  the muscle  strength  can  be  attributed  to  neuronal  adaptation  resulting  in enhanced motor unit activation.75, 138, 146, 251, 282   Application of appropriate load is central in strength training.2, 49, 76, 251, 252, 262, 336 Once muscles adapt to a stimuli, additional  load needs to be placed on these structures  to  achieve  further  strength  gains.251,  252,  262  Overload  leads  to compensatory  hypertrophy  and  an  increase  in muscle  strength.76,  138,  146 One repetition maximum  (1RM)  is defined  as  the heaviest  resistance  that  can be lifted for one complete repetition of an exercise.76, 155 Load in exercise programs are generally expressed as percent of 1RM. The dose‐response relationship of strength  development  has  shown  to  be  different  for  untrained  individuals, recreationally trained individuals, and athletes. Untrained individuals achieve maximal  strength  gains  at  a  training  intensity  of  about  60%  of  1RM, recreationally trained individuals exhibit maximal strength gains with a mean intensity of 80% of 1RM, and athletes need a training intensity of 85% of 1RM to achieve optimal results.251, 252, 262   Total  training volume  in weight  training  is given by sets x repetitions x  load accomplished.76  Performing  three261,  271  or  four262  sets  per muscle  group  has been shown to be superior compared to one set for maximal strength gains in the leg muscles.   Training  frequency  is  the  number  of  exercise  sessions  per  week.  For maximized  strength  gains,  two  to  three  sessions per week has  shown  to  be optimal.76 Effect size for frequency of training is reported to differ by training status. Untrained  individuals  elicited  the greatest  increases  in  strength with training of each muscle group three days per week, while trained individuals achieved optimal strength gains through training two days per week.262 

Factors that may interfere with the rehabilitation  

Musculoskeletal  pain may  affect  the  performance  of  exercises  and  alter  the muscle  activation pattern.122,  247,  311,  333  In  addition,  swelling  in  the  knee  joint may also contribute to a changed movement pattern. Since effusion has been shown  to  lead  to  quadriceps  inhibition,  it  may  interfere  with  quadriceps strengthening.78,  128,  153,  307  Therefore,  most  ACL  rehabilitation  programs incorporate  early  joint motion  as  it  is  beneficial  for pain  reduction  and  can 

      Introduction  

    21 

minimize  capsular  contractions  and  normalize  ROM.  Goals  in  the  early rehabilitation phase are  full knee  joint ROM, achieved muscular control, and reduced swelling.33, 35, 51, 193, 219, 266, 268, 269, 288, 289, 329  Furthermore,  fear of pain affects  the ability  to move and  the performance of the rehabilitation exercises. A patient can manage  fear  through confrontation or  avoidance.  Fear‐avoidance,  which  refers  to  avoidance  of movements  or activities based on  fear, has been  suggested  to  contribute  to  long  term pain problems.  Avoidance  of  movements  and  activities  probably  cause deterioration  of  the  musculoskeletal  system.177,  345  Pain  related  fear  is associated  with  functional  limitations  in  patients  with  osteoarthritis.116 Moreover,  fear  of  re‐injury  is  common  among  patients  with  ACL reconstruction who do not succeed to return to their pre‐injury activity level.169 In  addition,  the  psychological  profile  of  the  patients,96  and  perceived  self‐efficacy (the judgment of oneʹs potential ability to carry out a task) 322 may be of importance for the rehabilitation outcome.  

Assessment of knee joint function 

Knee joint stability 

In  the clinical situation knee  laxity  is evaluated using a Lachman  test59,  184,  232 and  pivot  shift  test.59,  232,  233  A  clinical  examination  provides  a  subjective grading  of  the  knee  motion.  There  is,  however,  poor  agreement  between clinical  laxity  test  on  an  acute knee  injury  and magnetic  resonance  imaging (MRI)  verified  ACL  rupture.90  In  addition,  there  are  great  inter‐observer variations in the estimations.231 In research, analysis of knee joint motion have been made using in vitro approaches with cadavers,132, 180, 195, 281, 350 and in vivo methods  including  strain  measurements,31  goniometer  chains,164,  334 optoelectronic motion  analysis  system,94  roentgen  stereophotogrammetry,276 MRI,22  and  fluoroscopy.192  Static  tibial  translation  can  be  assessed  for  the anterior‐posterior displacement as a result of an anterior‐posterior force using an  instrument.61,  196  Several devices  exists: KT‐1000,62,  120,  306,  310  Stryker  laxity tester,120,  306,  310 CA‐4000,164,  306,  334 Acufex Knee  Signature  System  (KSS),263,  310 Instrumented Spatial Linkage,314 and Genucom knee analysis system.120,  306,  310 KSS is the same device as the CA‐4000 with a different brand name. Dynamic 

Introduction 

 

    22 

tibial  translation  can  be  measured  using  CA‐4000,164,  334  KSS,263,  354  and Instrumented Spatial Linkage.194  

Neuromuscular function 

Muscle  strength  is  commonly  evaluated with  isokinetic  dynamometry  after ACL  injury or reconstruction. Low angular velocities  (30 or 60°/sec)64,  65,  98,  118, 143, 150, 151, 211 and higher angular velocities (≥ 120°/sec)64, 65, 98, 118, 143, 150, 151, 199, 211, 338 have been used.  In addition, assessment of 1RM or prediction of 1RM  from submaximal  tests  is used  to  evaluate  strength  and  to determine  appropriate load when  prescribing  training.248 Moreover,  a  strength  test  battery, which includes knee extension, knee  flexion, and  leg press muscle power  tests, can significantly  reveal  deficits  in  leg  muscle  power  in  patients  with  ACL deficiency or ACL reconstruction.224  Electromyography (EMG) analysis can assess muscle activation with respect to magnitude and timing. The EMG signal consists of the electrical signal of the neuromuscular activation.23  The  most  established  test  to  measure  proprioception  is  the  threshold  to detection of passive motion. Another frequently used test is the reproduction of  passive  positioning,  which  uses  active  reproduction  of  a  previously positioned knee joint angle.89  Postural  control  is  a person’s  ability  to  control  the  body’s position  in  space while  maintaining  stability  and  orientation342  and  can  be  assessed  using measurements of balance in stance.3  Jump  tests are  frequently used  to assess knee  function  in patients with ACL deficiency or reconstruction. Several jump tests and jump test batteries exist; a selection  is  described  here.  Vertical  jump,  hop  for  distance,  drop  jump followed by double hop for distance, square hop, and side hop have high test‐retest reliability.108 A test battery including vertical jump, hop for distance and side  hop  is  reported  to  have  high  ability  to  discriminate  between  the  hop performance of the injured and uninjured leg in patients with ACL deficiency or ACL  reconstruction.108 Noyes  et  al developed  a  series  of  one‐legged hop tests  ‐  single,  triple,  cross‐over and  timed hop  tests  ‐  to  create a measure of alterations  in  lower  limb  function  in  patients with  ACL  deficiency.230  This 

      Introduction  

    23 

series  of  hop  test  is  reliable  and  valid  for  patients  with  an  ACL reconstruction.258 These hop  tests  are  included  in  a decision‐making  scheme for  classifying patients  as  rehabilitation versus  surgical  candidates based on their dynamic knee stability.81  

Subjective knee function 

The Lysholm  score319 and  the Knee  Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS)272 are frequently used to evaluate subjective knee function in patients with  ACL  deficiency  or  reconstruction.  The  level  of  activity  is  regularly determined  with  the  Tegner  score.319  Knee  related  quality  of  life  can  be assessed using  the ACL Quality  of Life Questionnaire.168,  210 Moreover, pain related  fear  can be measured with  the Tampa  Scale  for Kinesiophobia.169,  344 Self  efficacy  can  be  evaluated  using  the  Knee  Self‐Efficacy  Scale, which  is developed to evaluate prognostic and outcome expectations of perceived self‐efficacy in patients with ACL deficiency.321

Rationale for the thesis Anterior cruciate ligament injury is common among young active individuals, and  many  patients  have  remaining  problems  despite  treatment.  The rehabilitation aims  to  improve dynamic knee stability. The dynamic anterior tibial translation is of importance for the knee function. However, the effect of ACL  reconstruction  and/or  rehabilitation  on  dynamic  knee  stability  is  not completely  understood.  Consequently,  there  is  a  need  of more  knowledge regarding  the  effect  of  different  rehabilitation  exercises  and  rehabilitation programs on knee  joint motion  and muscle  activation  in patients with ACL deficiency  or  ACL  reconstruction.  This  information  may  imply  that  the rehabilitation can be adjusted to develop stability in the knee joint. 

Aims 

    24 

AIMS OF THE THESIS 

General aim The overall aim of this thesis was to study the dynamic knee stability during and after rehabilitation in individuals with ACL injury.  

Specific aims 1) To elaborate an evaluation method for muscle strength  

• To develop a systematic procedure for the establishment of one repetition maximum (1RM) (study II).  

• To  investigate  the  intra‐  and  inter‐rater  reliability  of  1RM  of squat on one  leg and seated knee extension on one  leg  (study II).  

 

2) To evaluate  the effect of exercises  in closed and open kinetic chain 

• To evaluate the effect of a specific exercise session on static and dynamic  sagittal  tibial  translation  in  uninjured  individuals (study I).  

• To  compare  the  effects  of  a  comprehensive  rehabilitation program  supplemented  with  quadriceps  strengthening  in closed  kinetic  chain  (CKC)  with  the  same  comprehensive rehabilitation  program  supplemented  with  quadriceps strengthening  in  open  kinetic  chain  (OKC)  in  patients  with acute  ACL  deficiency  on  static  and  dynamic  sagittal  tibial translation,  muscle  function,  and  subjective  knee  function (study III).  

      Aims  

    25 

• To  evaluate  different  rehabilitation  exercises  regarding dynamic  anterior  tibial  translation  and muscle  activation  five weeks after an ACL reconstruction (study IV).  

 

3) To  evaluate  dynamic  knee  stability  in  patients  with  ACL deficiency or ACL reconstruction 

• To  compare  anterior  tibial  translation  and  muscle  activation during  rehabilitation  exercises  in  an ACL  reconstructed  knee with  the  same  ACL  injured  knee  before  ACL  reconstruction, and with the uninjured knee on the same patient (study IV). 

 

 

Materials and methods 

    26 

MATERIALS AND METHODS 

Design The thesis consists of the following studies: 

• a methodological  study performed on uninjured  individuals,  aiming to develop an evaluation method for muscle strength (study II). 

• experimental laboratory studies to evaluate the effect of repeated knee exercises  in  uninjured  individuals  (study  I)  and  to  identify  effective and safe knee exercises in patients with ACL reconstruction (study IV). 

• an  experimental  clinical  study  performed  on  patients  with  ACL deficiency, to evaluate specific rehabilitation programs in a randomised study design (study III). 

Overview of the studies  

The  thesis  is mainly based on data collection of knee motion  including  tibial translation,  registration of muscle activation, muscle  strength and  functional performance, and subjective ratings of knee function and activity level. 

Study I 

Sagittal  tibial  translation and muscle activation were measured on uninjured individuals  before,  during,  and  after  a  specific  exercise  session with  heavy load,  including  cycling  and maximum  number  of  knee  extensions  and  heel raises. 

Study II 

A  systematic  procedure  for  the  establishment  of  1RM was  developed.  The intra‐ and inter‐rater reliability of 1RM of a squat on one leg and seated knee 

Materials and methods 

    27 

extension on one  leg was  investigated on uninjured  individuals using a  test retest design.  

Study III 

Patients  were  tested  (median  43  days,  range  20‐96)  after  an  ACL  injury. Patients  were  randomised  to  a  rehabilitation  program  supplemented  with quadriceps strengthening in CKC or OKC. Aside from these exercises, the two rehabilitation programs were  identical  (paper  III Appendix 1). Patients were assessed after four months of rehabilitation. Sagittal tibial translation, muscle strength,  jump performance, muscle activation, and  functional outcome were evaluated. 

Study IV 

Sagittal  tibial  translation  and  muscle  activation  were  registered  during rehabilitation  exercises  on patients  before  (uninjured  and  the ACL deficient knee) and five weeks after an ACL reconstruction (ACL reconstructed knee).  

Subjects Uninjured  individuals  and  patients  with  an  ACL  deficiency  or  ACL reconstruction participated in the thesis (Table 1).  

Materials and methods 

 

    28 

Table 1 Subjects included in the studies.  

Study Individuals Uninjured/

injured knee Number Age

mean (range) Sex male/female

I Uninjured 18 25 (20-33) 9/9 II Squat Uninjured 16 24 (20-27) 4/12 Knee

extension Uninjured 27 25 (21-31) 16/11

III ACL def 42a 26 (15-44) 24/18 IV ACL rec 19 21 (16-31) 11/8

a49 patients were included in the RCT study; 20 of the patients in the CKC group (11 men and 9 women) and 22 patients in the OKC group (13 men and 9 women) completed the rehabilitation and follow‐up procedure. 

ACL def = ACL deficient knee, ACL rec = ACL reconstructed knee.  

Study I and II 

A  convenient  sample  of  uninjured  volunteers  aged  18  to  35  years  was recruited. 

Study III 

Participants  were  recruited  consecutively  from  patients  attending  the orthopaedic  department  after  knee  trauma  from December  2002  to  January 2006. Patients were informed about the study and were asked to participate if they were 15  to 45 years old and had a unilateral ACL  rupture  that was no more than 14 weeks old. Patients were excluded if they had additional injury or  previous  surgery  to  the  lower  extremities, with  the  exception  of  partial meniscal injury or minor collateral ligament injury in the injured knee joint or partial meniscectomy  in  the  injured  or  contralateral  knee. All ACL  injuries were  verified  by  arthroscopy  or  MRI.  Forty‐nine  patients  were  randomly assigned  to  one  of  the  two  treatment  groups  using  a  concealed  allocation procedure,  and  42  patients  fulfilled  the  rehabilitation  program  and  the 

Materials and methods 

    29 

assessments.  Numbers  of  isolated  and  combined  ACL  injures  were  not significantly different between groups. 

Study IV 

Participants were recruited consecutively  from patients who were diagnosed with  unilateral  ACL  rupture  and  were  on  the  waiting  list  for  ACL reconstruction with a quadruple hamstring tendon graft from October 2004 to May  2006.  Patients  were  informed  about  the  study  and  were  asked  to participate  if  they were 15  to 45 years old and had a unilateral ACL rupture that was no more than 4 years old. Exclusion criteria were other total ligament rupture, menisci  suture  in  the  injured  knee  joint,  total  ligament  rupture,  or reconstruction  on  the  contralateral  knee.  All  patients  followed  a  carefully defined  rehabilitation program  (paper  IV).  Immediately after being operated on,  the  patients  were  allowed  unrestricted  range  of motion  exercises  plus quadriceps  sets  and  straight  leg  raise. Weight‐bearing  when  walking  was allowed after one week,  and  single  crutch weight bearing  indoors  after  two weeks. 

Equipment 

Electrogoniometer 

A computerised goniometer  linkage, CA‐4000  (OSI Inc., Hayward CA, USA), was used to measure the flexion angle and sagittal tibial translation (Figure 2). The  system  is  composed of  three parts:  the  femoral and  tibial  frames, and a rotation module.  Three  potentiometers  in  the  rotation module measure  the relative rotations between  the femur and  tibia. The potentiometer  for sagittal motion  mounted  on  the  tibial  frame  registers  the  difference  in  position between  a  spring‐loaded  patellar  pad  and  the  fixation  point  on  the  tibial tuberosity during knee motion. The sagittal plane direction is perpendicular to the  tibial  frame.  The  potentiometer  registering  knee  extension  flexion  was aligned with an approximate knee flexion axis in the centre of the lateral femur epicondyle. The alignment was checked repeatedly during the examination.   

Materials and methods 

 

    30 

 

 Figure 2 The CA‐4000 system mounted on a subject. 

 a = potentiometer registering knee extension ‐ flexion, b = potentiometer registering sagittal plane motion.  The CA‐4000 was zeroed at the beginning of each assessment with the subject lying supine on the examination table and the knee relaxed to full extension. This position is a neutral reference that is used to define tibial position during motion.  A  passive  knee  extension  was  performed  to  identify  a  reference position at each  flexion angle  for  the calculation of dynamic  translation. The passive  extension was done  from  >100° knee  flexion  to hyperextension. The subject  was  sitting  on  the  examination  table  with  back  support,  with approximately 70° hip flexion. The passive extension was repeated two to four times  during  the  test  procedure  to  control  calibration.  Data were  sampled from the potentiometers by a computer at a rate of 2000 Hz.  The mechanical accuracy of the CA‐4000 electrogoniometer is ± 0.7 mm within the  normally  used  sagittal  measurement  range.334  The  CA‐4000  also  has satisfactory  validity  throughout  a  range  of  motion  when  compared  to fluoroscopy. The CA‐4000 was validated during stair ascent in 10 patients with ACL  deficiency  and  10  controls.  The  correlations  between  the electrogoniometric and fluoroscopic measurements were r > 0.89 when patella 

 aa 

b b

Materials and methods 

    31 

was used as reference point and r > 0.94 when femur was used as reference point at the fluoroscopic analysis.335 The measurement system has satisfactory reproducibility:  the  mean  variation  between  three  consecutive  dynamic measurements (gait) is 0.03 ± 0.5 mm. The mean variation throughout a range of motion (squat on two legs, 0° to 90° to 0°) on two different days was 0.73 ± 0.41 mm.170   The  repeatability  of  three  consecutive measurements  of  total  sagittal  tibial translation during the Lachman test was investigated from the tests performed in  study  IV. Three  repetitions  of  the  90N Lachman  tests using  the CA‐4000 electrogoniometer  and  a  force handle were  carried out. The  assessment was performed on the uninjured and the ACL deficient knee at assessment before ACL  reconstruction  and  on  the  operated  leg  at  assessment  five weeks  after ACL  reconstruction.  The  mean  variations  between  the  three  consecutive repetitions of the Lachman test were: for the uninjured leg 0.00 ± 0.06 mm, for the ACL deficient leg 0.00 ± 0.12 mm and for the ACL reconstructed leg 0.00 ± 0.09 mm. 

Electromyography 

Muscle  activation was  registered with EMG. The EMG was used  to  explain possible differences  in dynamic  translation. Furthermore,  the EMG was used to  assess  the  effectiveness  of  different  exercises  in  reaching  a  high  level  of activation  in the different muscles. Skin preparation and electrode placement were made according  to  recommendations  from “Surface EMG  for  the Non‐Invasive  Assessment  of  Muscles”  (SENIAM).114  The  EMG  activity  was registered by surface electrodes. The muscles registered are showed in Table 2.   Table 2 Muscles assessed in the studies.  

Muscle Study

m. vastus medialis I, III, IV m. vastus lateralis I, III, IV mm. hamstrings I, III, IV m. gastrocnemius I, III, IV m. gluteus maximus III m. soleus IV

Materials and methods 

 

    32 

 The  muscles  were  located  by  palpation  during  a  submaximal  isometric contraction and the electrodes were placed at the most prominent place of the muscle.  The  skin  at  each  electrode  site was  first  prepared  by  shaving  and cleaning with 70% alcohol to facilitate electrode adherence and conduction of EMG signals. On the skin above each muscle, two recording pre‐gelled silver‐chloride  electrodes  (Blue  sensor, M‐00‐S, Medicotest, Denmark,  diameter  of active part 10 mm) were placed with 2 cm centre‐to‐centre distance, and one ground  electrode  with  an  amplifier  was  placed  about  10  cm  from  the measuring  area.  The  electrode  placement  was  verified  through  functional testing while observing  the  recording on  the  computer  screen. EMG  signals were  sampled  at  2000Hz  by  the MESPEC  4000  EMG  unit  system  (MEGA Electronics Ltd., Kuopio, Finland).   Three  repeated  maximal  isometric  voluntary  contractions  (MIVC)  were performed for knee extension, knee flexion, plantar flexion, and hip extension. Peak value during MIVC served as  reference values  for calculations of EMG activity.  For  knee  extension  and  flexion,  the  patients  sat  with  the  knee positioned  at  60°  and  110°  of  knee  flexion  respectively  and  restrained  by  a strap. For plantar flexion, the patients stood on one leg in an upright position with light balance support and raised on toes as high as possible. The patients held  a  strap  that  was  attached  under  the  plate  they  were  standing  on  to restrain  their movement. The hip  extension was performed with  the patient lying prone at the examination table with the hip maximally extended against resistance and the knee in 90° flexion. The reliability of EMG is acceptable.257, 351 

Isokinetic device 

A Biodex machine (Biodex Medical Systems Inc., Ronkonkoma, NY) was used to record quadriceps and hamstring muscle torque. Isokinetic testing at 60°/sec is a reliable measurement method.255, 323 

Force measurements 

During  the static  laxity measurements, a  force handle  (Figure 3) was used  to apply anterior and posterior force directed perpendicular to the proximal tibia. 

Materials and methods 

    33 

The  force  handle was  calibrated  before measurement  and  the  signals were acquired simultaneously using the CA‐4000 electrogoniometer and the EMG.  During gait and  jump assessments, a Kistler  force plate was used  to  identify phases during locomotion. Moreover, the force plate was used when assessing exercises performed on two legs in study IV. The tested leg was placed on the force plate. The data from the force plate was analysed after the assessment to control that the tested leg carried about 50% of the body weight. 

Questionnaires about subjective knee function and activity level 

The Lysholm score319 and  the KOOS272 were used  to evaluate subjective knee function  in  the patients with ACL deficiency or reconstruction. The Lysholm score  consists  of  8  different  items  on  a  100‐point  scale with  25  points  each attributed  to  instability  and  pain.  The  score  is  meant  to  be  used  by  an examiner.  Lysholm  score  has  satisfactory  reliability  and  validity.191,  319  The KOOS is a self‐administered 42‐item questionnaire evaluating five dimensions; symptoms, pain, function in daily living, function in sport and recreation and knee related quality of  life, using a 5‐point Likert scale response  format. The reliability and validity are satisfactory.272 The level of activity was determined with  the Tegner  score,319  that grade activities  regarding  the demands put on the knee. The score meets basic criteria for outcome measures.319 Quality of life was evaluated using the ACL Quality of Life Questionnaire. It is a reliable and valid  disease‐specific  32‐item  quality  of  life  questionnaire  using  a  100‐mm visual  analogue  scale  (VAS)  response  format.168,  210  Scores  and  separate questions used in the studies to assess subjective knee function, activity level, ACL related quality of life, fear of reinjury and fear of movement, satisfaction with knee function, and treatment effect are displayed in Table 3. 

Materials and methods 

 

    34 

Table 3 Assessments of subjective knee function and activity level in the studies.  

Assessment Score Study

Subjective knee function

Lysholm score319 III, IV

KOOS272 III, IV

Activity level Tegner score319 III, IV

Quality of Life ACL Quality of Life168, 210 IV

Question Response model

Fear of re-injury / fear of movement

Do you have fear of re-injury? Yes - No III

If you have fear of re-injury, to what extent does fear of movement prevent you from performing activities?

100 mm VAS III

To what extent do you have fear of re-injury?

100 mm VAS IV

To what extent do you have confidence in your knee joint?

100 mm VAS III, IV

To what extent do you have fear of your knee giving way when you exercise/perform the rehabilitation exercises?

100 mm VAS IV

To what extent do you have fear of pain when you exercise/perform the rehabilitation exercises?

100 mm VAS IV

Satisfaction with knee function

How would you feel if you had to live with your knee problems at the current activity level?

Ordinal scale (1 Happy – 7 Unhappy)

III

Treatment effect

How do you experience the effect of the physiotherapy treatment?

Ordinal scale (1 Completely recovered – 4 Worse)

III

Materials and methods 

    35 

Assessments 

Static tibial translation (study I, III, IV) 

Total  sagittal  tibial  translation was  analysed  during  instrumented  Lachman test. The Lachman  test was performed with  the subject strapped  to a special seat with the knee flexed to 20 to 30°. Tibial translation was recorded with the CA‐4000  (OSI  Inc., Hayward CA, USA) when  the proximal  tibia was pushed posterior and pulled anterior by ≥90 or ≥135 Newton (N) measured by a force handle (Figure 3). The total anterior‐posterior translation at 90 N and/or 135 N in the sagittal plane is presented. Three repetitions were carried out.  

 Figure 3 Instrumented Lachman test. Tibial translation was recorded with the CA‐4000 electrogoniometer.       

Dynamic tibial translation and electromyography (study I, III, IV) 

Maximal  anterior  tibial  translation  was  analysed  during  exercises. Simultaneous  recordings  of  EMG  signals  were  acquired.  The  knee  flexion angle  data  from  the CA‐4000 was  used  to  define  the  flexion  and  extension phases  during  the  squats  and  the  knee  extension  exercise.  The  patients performed all  the exercises barefoot. Three  repetitions on each exercise were carried out. The exercises examined are displayed in Table 4. 

Materials and methods 

 

    36 

Table 4 Exercises examined with respect to dynamic tibial translation and electromyography.  

Exercise Study I II III IV

Gait x x x Squat on one leg to maximal knee flexion

x

Squat on one leg to ~ 60° x x Squat on two legs to ~ 75° x Seated knee extension x Straight leg raise x Maximal isometric quadriceps contraction

x

Standing on one leg x Heel raise on two legs x Isokinetic knee extension and flexion 60°/sec

x

 

Gait (study I, III, IV) 

During  gait  testing,  the  subjects  were  instructed  to  walk  as  normally  as possible  at  a  self‐chosen  speed. Data  from  a Kistler  force plate was used  to identify the stance phase. Tibial translation and EMG during the stance phase were analysed.  

Squat on one leg to maximal knee flexion (study I) 

A  squat on one  leg was performed with  light balance  support  from upright position  with  the  knee  fully  extended  to  maximum  knee  flexion,  and  the patient returned so the knee was fully extended.  

Squat on one leg to ~ 60° (study III, IV) 

A squat on one leg was performed from upright position with a fully extended knee to ~ 60° knee flexion and back to a fully extended knee. In study III, the 

Materials and methods 

    37 

patients stood on the floor with light balance support and wore a weight west ‐  10  kg  for men  and  8  kg  for women.  The  exercise was  performed  at  the uninjured leg at the assessment before the rehabilitation and bilaterally at the assessment  after  the  rehabilitation.  In  study  IV,  the  exercise was performed without  additional  weight.  The  patients  were  standing  on  a  step  board, without  balance  support,  and  flexed  the  knee  until  the  contralateral  foot reached the floor.  

Squat on two legs to ~ 75° (study IV) 

A  squat  on  two  legs  was  performed  from  an  upright  position  with  fully extended knees to 60 ‐ 80° knee flexion and back to fully extended knees. The tested  leg was  placed  on  a Kistler  force  plate  to  control  that  the  tested  leg carried about 50% of bodyweight.  

Seated knee extension (study IV) 

The  patients  sat  on  the  examination  table  and  flexed  their  knee  to approximately 100° and then extended the knee to full extension and flexed it back to approximately 100° knee flexion. The pace was about 2 seconds during extension and 2 seconds during flexion phase.  

Straight leg raise (quadriceps contraction) (study IV) 

The patients were standing on the floor leaning against the examination table with approximately 40° of hip flexion and performed a quadriceps contraction; while  keeping  the  contraction,  they  raised  the  straight  leg  to  about  30  cm above the floor and lowered it back to the floor.  

Maximal isometric quadriceps contraction (study I) 

A maximal isometric quadriceps contraction was done with the subject seated with approximately 50° knee flexion. 

Materials and methods 

 

    38 

Standing on one leg (study IV) 

The patients stood on the contralateral leg with the tested leg in approximately 0° knee  extension,  then  they  stood on  the  tested  leg on  a Kistler  force plate (Kistler,  Switzerland)  and  stood  with  a  straight  leg  for  2  seconds.  Tibial translation and EMG during the stance phase were analysed. 

Heel raise on two legs (study IV) 

The  heel  raise was performed  on  two  legs with  light  balance  support  from standing on  the  floor with  fully extended knees  to maximum plantar  flexion and back to the starting position. The tested leg was placed on a Kistler force plate to control that the tested leg carried about 50% of bodyweight.  

Isokinetic knee extension and flexion 60°/sec (study III) 

Evaluation of maximal anterior tibial translation during isokinetic 60°/sec knee extension and flexion was performed  in study III for the uninjured  leg at the test before the rehabilitation and bilaterally at the test after the rehabilitation.  

Muscle strength (study II, III, IV) 

Isokinetic assessment (study III, IV) 

Torque of the quadriceps and hamstring muscles was recorded using a Biodex machine. Three  repetitions of maximal  isokinetic 60°/sec knee extension and flexion were  performed.  The  patients were  secured  to  the  chair with  body straps, and the resistance pad on the measuring arm was placed at the level of the ankle joint. Before recording, some submaximal familiarization repetitions were performed. The evaluation was performed in study III on the uninjured leg at the assessment before the rehabilitation and bilaterally at the assessment after  the rehabilitation. The evaluation was performed  in study IV bilaterally at the assessment before ACL reconstruction. Peak torque was analysed.  

Materials and methods 

    39 

Establishment of one repetition maximum (study II, III) 

Procedure 

Study  II  involved  a  development  of  a  systematic  procedure  for  the establishment of 1RM of squat on one  leg and seated knee extension on one leg. During the procedure for the establishment of 1RM, the subjects estimated their leg strength compared to other individuals of equal age and gender using the  following scale: much weaker, slightly weaker, normal, slightly stronger, and much stronger. The estimate formed the basis of the amount of load that was put on the machine before the first attempt to determine 1RM. After the first attempt to perform the movement, the subject rated perceived exertion in the leg during the exercise according to the Borg scale.42 This rating formed the basis of the amount of load that was added before the second attempt. 

Squat on one leg 

A barbell squat (0‐60° of knee flexion) was performed standing on one leg in a Smith  machine  (Life  Fitness  Strength;  Life  Fitness,  Schiller  Park,  IL);  the barbell slid in a safety rack. The subject was standing with the centre of gravity over  the  foot  and  the  non‐supporting  leg was  flexed  in  the  knee  joint. The barbell was  placed  on  the  back.  The  subjects were  instructed  to  keep  their trunk  in an upright position while  flexing  the knee of  the  leg on which  they were standing. The ROM was measured using a standard plastic goniometer. In addition,  the CA‐4000 electrogoniometer was used  to verify ROM during the exercise.  In study III, a test of 1RM for a squat on one leg was performed at the first and the  last  rehabilitation  appointments  at  the  physiotherapist.  The  test  was performed on  the uninjured  leg at week 1 and on  the uninjured  leg and  the injured leg at week 16 in both the CKC and the OKC group. These tests were used  to  compare  strength  and  performance  in  a CKC  exercise  between  the CKC and the OKC group. Moreover, to set the optimal load for the exercises, the test of 1RM for a squat on one leg was performed at weeks 1, 5, 9, and 13 for  the CKC  group. When  application  of  the maximal  load was  considered unsuitable, a repetitions‐to‐failure method with submaximal load106 was used. The load was adjusted after the 1RM test. 

Materials and methods 

 

    40 

Seated knee extension on one leg 

A  knee  extension was  performed  seated with  70°  of  hip  flexion  and  back support in a leg extension machine (Life Fitness Strength; Life Fitness, Schiller Park,  IL).  The  exercise was  performed  through  extension  of  one  knee  from 100° to 0°. The ROM was measured by a standard plastic goniometer.  To  set  the optimal  load  for  the  exercises  in  study  III,  test of 1RM on  seated knee extension on one leg was performed at weeks 1, 5, 9, and 13 for the OKC group. When  application  of  the maximal  load was  considered unsuitable,  a repetitions‐to‐failure method with submaximal load106 was used. The load was adjusted after the 1RM test. 

Functional performance (study III) 

Unilateral vertical jump  

At assessment after  the  rehabilitation  in study  III, patients were assessed  for their  ability  to  perform  a  unilateral  vertical  jump with  their  hands  at  their sides. Each patient stood on one leg on a Kistler force plate and performed one jump as high as possible and landing on the same foot. The time from take‐off to  landing was determined. The reliability and validity  for unilateral vertical jump is reported to be high.108, 130 

Unilateral horizontal jump  

At  assessment  after  the  rehabilitation  in  study  III  each patient performed  a unilateral horizontal  jump for distance; the patient’s hands were kept behind the back  to prevent  their use  in generating momentum. Horizontal  jump  for distance has high reliability and validity.108, 258 

Knee joint circumference (study III, IV) 

Swelling, measured as knee joint circumference at mid‐patellae, was measured using a tape measure with the patient relaxed supine on the examination table. 

Materials and methods 

    41 

Knee joint circumference measured by a tape measure are reported as reliable measurements.226, 302, 320  

Passive range of motion (study III, IV) 

Passive range of motion (PROM) in knee extension and flexion was measured with  a  standard  plastic  goniometer with  the  patient  relaxed  supine  on  the examination  table. Extension was measured with a block under  the patient’s heel  to  allow  for hyperextension. The  arms  of  the  goniometer were  aligned with  the  greater  trochanter  and  lateral  malleolus  and  the  axis  of  the goniometer was placed over the knee  joint  line  just below the  lateral femoral epicondyle. Goniometric measurements of  the knee using  a  standard plastic goniometer  have  shown  to  be  reliable  and  valid.55,  97,  200  Under  controlled conditions,  repeated  measurements  can  be  expected  to  fall  within approximately 4°.200 

Data analysis 

Tibial translation  

The position  of  the  tibia  is  given  in  relation  to  the patella  (femur) with  the relative position at the passive extension as a neutral reference. Dynamic tibia translation was calculated by subtracting the tibial position values during the passive  extension  from  the  position  values  during  motion.171  A  position anterior  to  the  neutral  reference  is  referred  to  as  positive  and  posterior  as negative. The position of  the passive  extension  curve has been  shown  to be constant with a mean difference of 0.09 ± 0.08 mm within  three  consecutive repetitions and 0.06 ± 0.09 mm between  seven  repetitions during a 1.5 hour test  session  with  other  movements  in  between.170  Calculation  of  tibial translation  in  the described manner eliminates a change  in position resulting from rollback of the femur. For each measurement of static and dynamic tibial translation, the maximal translation was derived from each repetition, and the mean of the three repetitions was calculated. 

Materials and methods 

 

    42 

Electromyography 

The mean  and/or maximum  EMG  activation  is  presented.  The  peak  EMG value during 100 msec was used for analysis. The peak value during exercise was  normalised  to  the  peak  value  at  the  MIVC  test  for  each  muscle respectively (relative value of one muscle = peak value during a movement  / peak  value  during MIVC).  In  addition,  in  study  III,  the  activation  in  each muscle during gait and squat was also calculated as a percentage of the total leg muscle  activation  in order  to detect  any differences  in  share of  total  leg muscle work. The following formula was used: relative value of one muscle / Σ relative  values  of  all muscles.  In  this  analysis,  a mean  of  EMG  activity  in vastus medialis and vastus lateralis was used for the calculation of activity in quadriceps.  

Muscle strength 

Peak  torque  achieved during  any  of  the  three  repetitions performed during isokinetic testing is reported. Muscle strength in the injured leg is expressed as percent of muscle strength in the uninjured leg. 

Statistical analyses For  detailed  information  regarding  statistical methods  refer  to  the  separate papers.  The  statistical methods  used  are  shown  in  Table  5.  Statistics were calculated using SPSS (version 10.1–15.0; SPSS Inc., Chicago, IL). In all studies a significance level of P < 0.05 was used for all variables except the EMG data in study  III where a significance  level of P < 0.001 was used due  to multiple analyses.   Sample  size  calculations  in  the  studies were  executed based on  the primary outcome  variables. The  calculations  estimated  that  17  individuals would  be required to detect a 1.1 mm change in translation when comparing before and after exercise within one group (study I) or comparing legs within one group (study  IV),  as  significant  (α  =  0.05,  β  =  0.20).  For  comparisons  of  exercises within one leg at one assessment session (study IV), a smaller sample had been sufficient. In study III, 19 patients were required in each group to detect a 1.5 

Materials and methods 

    43 

mm  difference  in  translation  and  a  10%  difference  in  quadriceps  strength between groups as significant (α = 0.05, β = 0.20).    Paired samples t‐test was used for comparisons of parametric variables within the same  individual  (study  I,  II,  III).  Independent samples  t‐test was used  to compare parametric variables between groups (study III). Two‐way analysis of variance (ANOVA) with Bonferroni adjustment for multiple comparisons was used  for comparisons of  tibial  translation and muscle activation between  the exercises,  and  two way ANOVA with Dunnett´s post hoc  test was used  for comparisons  of  tibial  translation  and muscle  activation  between  the  legs  in study  IV.  In  addition,  due  to  skewed  distribution  of  data  in  some  EMG variables,  the EMG data  in study IV was also calculated using Friedman  test for  comparisons  between  exercises  and  between  legs,  and Wilcoxon  Signed Ranks test for pair ways comparisons with Bonferroni adjustment for multiple comparisons.  The  Tegner  score,  Lysholm  score,  and  KOOS  were  analysed  with  Mann‐Whitney U test (study III). The supplementary questions were analysed using the chi‐square test (nominal data) and the Mann‐Whitney U test (ordinal data) (study III).  In study II, the two‐way random effect model (absolute agreement definition), single measure intra‐class correlation coefficient (ICC2.1), was used for analysis of  relative  reliability.296 Measurement  error  (SDdiff/√2) was used  to describe absolute reliability.129 A Bland and Altman plot diagram was used to display the measurement error schematically.40  

Materials and methods 

 

    44 

Table 5 Statistical methods used in the studies.  

Statistical method Study I II III IV

Paired samples t-test x x x Independent samples t-test x Two-way ANOVA x Friedman test x Wilcoxon Signed Ranks test x Mann-Whitney U test x Chi-square test x ICC x Measurement error x Bland Altman plot diagram x

 

Ethical considerations The participants  received written  and oral  information about  the  aim of  the study, the test procedure, and in study III about the treatment. All individuals gave  their written  informed  consent  before  their  participation  in  the  study. They were informed that their participation was voluntary and that they could discontinue  their  participation  at  any  point  without  explanation.  For  the patients,  it was  emphasized  that  a withdrawal  from  participation wouldn’t affect  their  treatment.  In study  II,  there was a risk of muscle soreness due  to the  high  loads  used  during  the  test.58  Otherwise,  no  other  risks  to  the participants  in the studies could be  identified. An attendance  in the study III or  IV  involved  a  possibility  to  the  patients  of  an  additional  evaluation concerning  their  knee  function.  Ethical  approval  was  granted  by  the  local Ethics Committee (study I Dnr 00‐368, study II and III Dnr 02‐374, and study IV Dnr 03‐538).  

      Results 

    45 

RESULTS  

Additional results are presented in the separate papers. 

Tibial translation and muscle activation after an exercise session in uninjured individuals (study I) 

Static tibial translation 

Maximal  tibial  translation  during  the  Lachman  test  did  not  differ  after  the exercise session as compared  to before  (Table 6). A  force‐displacement curve of the Lachman test showed no differences in tibial displacement between the test  before  and  after  the  exercise  session.  Consequently,  the  anterior  tibial translation  was  similarly  restricted  before  and  after  the  exercise.  Figure  4 illustrates the tibial displacement during the Lachman test before and after the exercise session in one individual. 

Dynamic tibial translation 

The anterior tibial translation was equal during the first three repetitions and the last three repetitions of knee extensions during the exercise session (diff 0.5 ±  1.7  mm,  P  =  0.22).  Furthermore,  there  were  no  differences  in  maximal dynamic  anterior  translation  after  compared  to  before  the  exercise  session (Table 6). 

Results 

 

    46 

Electromyography 

Electromyography values revealed no differences after compared to before the exercise session.  Table 6 Maximal tibial translation (mean ± SD) for the Lachman test and the exercises before and after the exercise session.  

Before After P-value

Lachman 9.4 ± 2.4 9.8 ± 1.7 0.281

Max quadriceps 8.2 ± 2.7 7.9 ± 2.4 0.384

Squat on one leg 6.4 ± 2.3 6.4 ± 2.0 0.965

Gait 6.3 ± 2.8 6.6 ± 3.0 0.685

  

Force (N)posterior - anterior

Dis

plac

emen

t (m

m)

post

erio

r - a

nter

ior

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

-180 -120 -60 0 60 120 180

 Figure 4 Tibial displacement during the Lachman test before (open squares) and after (filled squares) the exercise session in one individual. A posterior directed force pushes the tibia posterior and that is reported by negative values on the y‐axis, and an anterior directed force pushes the tibia anterior and that is reported by positive values on the y‐axis.     

Results 

    47 

The procedure for the establishment of one repetition maximum (study II) The  standardised  test protocol with  estimates of  leg  strength  and  ratings of perceived exertion resulted  in only a  few unsuccessful  trials before detecting 1RM  for  a  squat  on  one  leg  and  seated  knee  extension  on  one  leg.  The information  regarding  the  amount  of  load  that  was  added  based  on  the estimations of  leg strength and  the ratings of perceived exertion appeared  to be useful when testing individuals 20 to 37 years of age.  

Reliability of squat on one leg (study II) The intra‐rater reliability of 1RM for a squat on one leg, expressed as the ICC, was 0.64, and  the  inter‐rater  reliability was 0.94. The measurement error  for tests performed on different days was somewhat high, but  it was acceptable for tests performed by different test leaders at the same occasion (Table 7). 

Reliability of seated knee extension on one leg (study II) The  intra‐rater  reliability  of  1RM  for  a  seated  knee  extension  on  one  leg, expressed  as  the  ICC, was  0.90,  and  the  inter‐rater  reliability was  0.96. The measurement errors were acceptable (Table 7).   

Results 

 

    48 

Table 7 The number of unsuccessful trials before detecting 1RM (median (range)), the weight lifted at 1RM squat and knee extension (kg) (mean ± SD) obtained from the two test leaders (1 and 2) at the two test occasions (A and B), mean difference between the test leaders and test occasions (mean diff) (mean ± SD), measurement error, and ICC‐values.   

Testa n Numbers of trials

1RM

Mean diff

Measure-ment error

ICC

Squat A 14 4 (1-8) 86.4 ± 19.9 Squat B 14 5 (1-8) 95.7 ± 25.8

-9.3 ± 18.6 13.1 0.64

Squat 1 16 5 (1-8) 97.5 ± 24.9 Squat 2 16 4.5 (0-8) 93.3 ± 22.6

4.2 ± 7.3 5.2 0.94

Knee extension A 23 2 (0-6) 58.8 ± 15.7 Knee extension B 23 2 (0-6) 59.5 ± 15.4

-0.6 ±7.2 5.1 0.90

Knee extension 1 26 2 (0-6) 56.6 ± 16.1

Knee extension 2 26 1.5 (0-5) 57.5 ± 17.1 -0.9 ± 4.5 3.2 0.96

a A = the first test occasion, B = the second test occasion, 1 = test leader 1, 2 = test leader 2. A and B represent values from the same test leader and were used for assessment of intra‐rater reliability. 1 and 2 represent values from the same test occasion and were used for assessment of inter‐rater reliability.       

Results 

    49 

Effects of rehabilitation programs with quadriceps strengthening in closed or open kinetic chain in patients with ACL deficiency (study III) 

Static tibial translation 

There were no differences between the CKC and the OKC group  in maximal total  translation  of  the  tibia during  the  Lachman  test  for  the  uninjured  leg, injured  leg,  or  the  ratio  of  injured:  uninjured  leg  before  and  after rehabilitation.  In  both  groups,  there was  no  change  in  static  translation  of either leg following rehabilitation (P > 0.05). 

Dynamic tibial translation 

Gait 

There were no group differences  in maximal anterior  translation of  the  tibia during gait for the uninjured or injured leg before or after rehabilitation. The anterior tibial translation in the injured leg increased after compared to before rehabilitation in both the CKC (P = 0.011) and the OKC (P = 0.044) group. After rehabilitation,  there was  greater  anterior  tibial  translation  in  the  injured  leg compared to the uninjured leg in both the CKC group (P = 0.013) and the OKC group (P = 0.001). 

Squat on one leg 

There were no differences between groups in maximal tibial translation during the squat on one leg (P > 0.05). 

Results 

 

    50 

Isokinetic knee extension and flexion 60°/sec 

Maximal anterior tibial translation during isokinetic knee extension or flexion of  the uninjured  leg  before  or  after  rehabilitation  or  of  the  injured  leg  after rehabilitation did not differ between groups. After  rehabilitation,  translation during the extension phase was greater for the injured leg than the uninjured leg in both the CKC group (P = 0.002) and the OKC group (P = 0.031). 

Electromyography 

Gait 

There  were  no  group  differences  in  muscle  activation  before  or  after rehabilitation (P > 0.001). In the CKC group, the mean activation of hamstrings of  the  injured  leg was  significantly  reduced  after  rehabilitation  (P  =  0.001). Furthermore,  in  both  groups,  there  was  a  trend  toward  decreased  mean activation of vastus lateralis in the injured leg after versus before rehabilitation (CKC group: P = 0.002; OKC group: P = 0.038).  In  the CKC group,  there was also a trend toward reduced mean activation of vastus medialis (P = 0.018) and the  gastrocnemius  (P  =  0.052)  in  the  injured  leg  after  versus  before rehabilitation. 

Squat on one leg 

Both groups used a similar muscular stabilizing strategy when performing the squat on one leg. 

Isokinetic knee extension and flexion 60°/sec 

There were no significant differences in patterns of muscle activation between groups.  

Results 

    51 

Muscle strength 

The OKC group had significantly greater  isokinetic quadriceps strength after rehabilitation (P = 0.009). The hamstring strength and performance on the 1RM squat test did not differ between groups (Table 8).  

Functional performance 

Jump performance  

The jump performance did not differ between groups (Table 8).   Table 8 Muscle strength and jump performance in the injured lega after rehabilitation.  

Test CKC OKC P-value

Isokinetic knee extension 84 ± 15 96 ± 14 0.009 Isokinetic knee flexion 99 ± 23 97 ± 15 0.764 1RM squat 95 ± 11 100 ± 26 0.525 Unilateral vertical jump 91 ± 11

(n=18) 94 ± 15 (n=18)

0.444

Unilateral horizontal jump for distance

93 ± 15 (n=18)

96 ± 8 (n=20)

0.362

a Expressed as % of muscle strength or jump performance in the uninjured leg (mean ± SD).  

Subjective knee function and activity level 

There  were  no  differences  between  groups  after  the  rehabilitation  in  the Lysholm  score, KOOS, or Tegner  score  (P  >  0.05). The median  activity  level decreased after the injury in both groups. Some patients planned to return to their sport and participate  in team training and competition after completion of  rehabilitation  (15  CKC,  14  OKC),  some  were  scheduled  for  ACL reconstruction (4 CKC, 7 OKC), and two patients decided to adjust activity to a lower level (1 CKC, 1 OKC). 

Results 

 

    52 

Swelling and passive range of motion 

There were no group differences in swelling or passive ROM  before or after rehabilitation (P > 0.05). 

Follow‐up two to three years after the injury 

Follow‐up  of  the  patients  in  study  III was  carried  out  in mean  32 months (range  23‐38 months)  after  the  injury. At  that  time,  20  patients  (9 CKC,  11 OKC) had undergone ACL reconstruction (Table 9). Patients with a pre‐injury activity level of 8 to 10 according to the Tegner score chose ACL reconstruction more often compared to patients with a pre‐injury activity level of 4 to 6 (P = 0.005).   Table 9 Numbers of patients that had undergone an ACL reconstruction at follow‐up in mean 32 months (range 23‐38 months) after the injury. 

 

CKC OKC Total Tegner score319 before injury

No rec

Rec No rec

Rec No rec

Rec

0 - 3 0 0 0 0 0 0 4 - 6 5 1 4 0 9 1 7 6 6 5 7 11 13 8 - 10 0 2 2 4 2 6

Rec = ACL reconstruction.  

Results 

    53 

Tibial translation and muscle activation during rehabilitation exercises five weeks after ACL reconstruction (study IV) 

Static tibial translation 

The total tibial translation at the 90N Lachman test was 6.1 ± 1.7 mm. 

Dynamic tibial translation 

Exercises performed with a straight leg; heel raise (P = 0.041), standing on one leg  (P  =  0.005),  and  straight  leg  raise  (P  =  0.002)  produced  less  anterior translation  than  the maximal  anterior  translation  during  the  90N  Lachman test.  Exercises  with  greater  ROM  in  the  knee  joint;  seated  knee  extension (ROM  (0)‐3‐94°), gait  (ROM  (0)‐6‐38°), squat on one  leg  (ROM  (0)‐4‐61°), and squat  on  two  legs  (ROM  (0)‐1‐77°)  did  not  differ  in  maximal  anterior translation  from  the  amount  of  anterior  translation  produced  during  the Lachman  test. There was greater anterior  tibial  translation during  the  seated knee extension compared  to standing on one  leg  (P = 0.046) and straight  leg raise (P = 0.018) (Table 10). 

Electromyography 

The  EMG  activation  in  vastus  medialis  was  greater  during  seated  knee extension and  squat on one  leg compared  to heel  raise and  standing on one leg. Moreover,  the medialis  activation was  greater during  gait  compared  to standing on one leg. The EMG activation in vastus lateralis was greater during seated knee extension and squat on one  leg compared  to gait, heel raise and standing  on  one  leg.  The  hamstring  activation  was  larger  during  gait compared to all other exercises except squat on one leg. The EMG activation in gastrocnemius was larger during the heel raise than during all other exercises. 

Results 

 

    54 

In addition, the EMG activation in soleus was larger during gait, squat on one leg and heel raise compared to the other four exercises.  Table 10 Maximal anterior tibial translation (mm) (mean ± SD) during the seven exercises on the uninjured and the ACL deficient knee at the assessment before ACL reconstruction and on the ACL reconstructed knee five weeks after ACL reconstruction. Differences (P‐values) between the uninjured and the ACL reconstructed knee and between the ACL deficient and the ACL reconstructed knee are displayed.  

Exercise

Tibial translation

Uninjured

Tibial translation

ACL def

Tibial translation

ACL rec

P

uninj - ACL rec

P

ACL def - ACL rec

Seated knee extension (a)

5.4 ± 2.7

e, f, g

6.8 ± 2.5

e, f, g

5.2 ± 1.3

f, g

0.876 0.012

Gait (b)

5.0 ± 2.2

g

6.0 ± 1.7

g 5.0 ± 1.8 0.999 0.066

Squat on one leg to ~ 60° (c)

6.0 ± 2.9 e, f, g

6.7 ± 2.2

e, f, g 4.9 ± 1.8 0.086 0.003

Squat on two legs to ~ 75° (d)

5.5 ± 3.0

e, f, g 6.5 ± 2.9

e, f, g 4.6 ± 1.6 0.218 0.005

Heel raise (e) 3.8 ± 2.1 a, c, d

4.4 ± 2.3

a, c, d 4.3 ± 1.6 0.382 0.980

Standing on one leg (f)

3.4 ± 2.9 a, c, d

4.7 ± 2.8

a, c, d

4.1 ± 1.9 a

0.361 0.493

Straight leg raise (g)

3.2 ± 2.0

a, b, c, d 4.0 ± 1.9

a, b, c, d

4.0 ± 1.3 a

0.197 0.998

a sign diff to seated knee extension, b sign diff to gait, c sign diff to squat on one leg, d sign diff to squat on two legs, e sign diff to heel raise, f sign diff to standing on one leg, g sign diff to straight leg raise (P < 0.05). 

Uninj = uninjured knee, ACL def = ACL deficient knee, ACL rec = ACL reconstructed knee.  

Results 

    55 

The ACL reconstructed leg compared to the uninjured leg (study IV) 

Static tibial translation 

There was  no  difference  in  total  tibial  translation  at  the  90N  Lachman  test between the ACL reconstructed leg and the uninjured leg (P = 0.118).  

Dynamic tibial translation  

The  maximal  anterior  tibial  translation  during  the  exercises  in  the  ACL reconstructed  knee  did  not  differ  from  the  amount  of  tibial  translation produced in the uninjured knee (Table 10). 

Electromyography 

The  ACL  reconstructed  leg  used more  hamstring  activation  during  seated knee  extension,  gait,  squat  on  one  leg,  squat  on  two  legs,  heel  raise,  and standing  on  one  leg  compared  to  the  uninjured  leg.  In  addition,  there was more gastrocnemius activation during seated knee extension, squat on one leg and straight leg raise, and more soleus activation during squat on one leg and squat  on  two  legs.  The  lateralis  activation  was  greater  during  gait  and standing  on  one  leg.  In  contrast,  the medialis  activation was  lower  during straight leg raise after the ACL reconstruction. 

Results 

 

    56 

The ACL reconstructed leg compared to the ACL deficient leg (study IV) 

Static tibial translation 

The  ACL  reconstruction  reduced  the  total  tibial  translation  at  the  90N Lachman test from 7.2 ± 1.8 mm to 6.1 ± 1.7 mm (P = 0.013).  

Dynamic tibial translation 

After the ACL reconstruction, the anterior tibial translation during the seated knee  extension,  squat  on  one  leg  and  squat  on  two  legs was  significantly reduced.  During  the  other  exercises  there  were  no  differences  in  tibial translation between  the ACL reconstructed knee and  the ACL deficient knee (Table 10). 

Electromyography 

After  the  ACL  reconstruction,  the  operated  leg  used  more  hamstring activation in seated knee extension, gait, squat on one leg, squat on two legs, heel raise, and standing on one leg compared to the same leg before the ACL reconstruction.  In addition,  there was more gastrocnemius activation during seated knee extension, squat on one  leg and straight  leg raise. Moreover,  the soleus activation was higher during squat on one  leg and squat on  two  legs. On  the contrary,  there was  less EMG activation  in both vastus medialis and lateralis during straight leg raise after the ACL reconstruction.

Results 

    57 

Subjective knee function 

Before ACL reconstruction 

At  assessment  before  the  ACL  reconstruction,  the  Lysholm  score  was  in median 89 (range 33‐100). Fear of their knee giving way when exercising was in median 32  (range 2‐62);  the  score 100 means no  fear. The  result  from  the ACL Quality of Life Questionnaire168, 210 is presented in Table 11.  Table 11 ACL related Quality of Life168, 210 (median (range)) at assessment before ACL reconstruction.  

Domain Scorea

Symptoms and physical complaints 68 (28-96) Work related concerns 66 (21-92) Recreational activity and sport participation or competition

20 (5-43)

Lifestyle 42 (13-70) Social and emotional 44 (10-72)

a Response format is 100 mm VAS; the score 100 means good quality of life.  

After ACL reconstruction 

Five weeks after the ACL reconstruction, the Lysholm score was in median 62 (range 41‐84). Fear of giving way when performing the rehabilitation exercises was in median 80 (range 0‐100). 

Discussion 

    58 

DISCUSSION 

Main findings The main findings in this thesis were that isolated quadriceps training in OKC resulted  in  greater  quadriceps  strength  compared  to  quadriceps  training  in CKC in patients with ACL deficiency. Therefore, quadriceps strengthening in OKC  should  be  included  in  rehabilitation  programs  for  patients with ACL deficiency. The tibial translation did not differ between groups, indicating that OKC quadriceps  training can be performed by patients with ACL deficiency without risk of further loosening of the knee  joint. Persistent muscle strength deficits  in  patients  with  ACL  deficiency  and  ACL  reconstruction  have previously  been  reported.  A  comprehensive  rehabilitation  program,  with emphasis  on  continuous progression  in  load  and degree  of difficulty  of  the exercises,  performed  three  days/week  in  four months,  led  to  good muscle strength and knee function for most patients in the present study.   Patients  in  the  early phase  after ACL  injury or ACL  reconstruction used  an altered  dynamic  stabilization  strategy  including  a  reduced  peak  knee extension  angle  during  gait  and  increased  hamstring  activation  during activity. This stabilization strategy stiffens the knee joint and reduces the tibial translation.  Patients  that  had  completed  a  rehabilitation  program  used  a movement pattern (including hamstring activation and knee flexion) that was more close to normal.  The  following sections  include discussion concerning  the effect of  training  in CKC and OKC on dynamic knee stability. Next, some ideas of altered dynamic stabilization  in  patients  with  ACL  deficiency  or  ACL  reconstruction  are discussed.  Finally,  a  discussion  about  muscle  activation  during  and  after rehabilitation and muscle function after rehabilitation follows. 

Discussion 

    59 

Dynamic knee stability during and after exercises in closed and open kinetic chain  

Effects of an exercise session  

An  exercise  session,  including  cycling  and  a  maximum  number  of  knee extensions and heel raises, did not influence the amount of tibial translation in individuals without knee injury. This means that the restraining mechanism of the  ACL,  and  the  stabilising  effect  of  the  leg  muscles  were  not  altered. Moreover, no differences  in muscle  activation  that  could  explain  the  lack of difference in translation could be detected. 

Rehabilitation exercises after ACL reconstruction 

In the early rehabilitation phase after ACL reconstruction the graft needs to be protected  against  excessive  strain.  Some  strain  during  the  healing  process increases  graft  strength  although  excessive  strain  can  stretch  or  rupture  the graft.  33,  35,  308,  324,  349  At  the  same  time,  it  is  important  to  introduce  more demanding exercises to the patients to facilitate the regain of muscle function and neuromuscular control. CKC exercises are recommended in rehabilitation due  to  its  similarities  to  daily  and  athletic  movements  concerning biomechanics  and  neuromuscular  characteristics.77,  126  In  a  CKC  exercise, balance  and  coordination  are  stimulated  simultaneously  as  the  muscle strengthens.66,  140 A possible disadvantage  is  that  a weak  quadriceps muscle may  be  supported  by  other muscles,  a  compensation  that  can  take  over  a greater share of the work, interfering with an optimal strength development in the quadriceps muscle.206   In  study  IV, we  evaluated  the  kinematics  during  rehabilitation  exercises  in patients  five  weeks  after  the  ACL  reconstruction,  when  these  exercises normally  are  introduced  to  the  patients.  In  addition,  the  patients  were assessed bilateral before surgery to compare the ACL reconstructed knee with the  uninjured  and  the  ACL  deficient  knee  on  the  same  patient.  The  ACL reconstruction  reduced  the  static  tibial  translation.  The  dynamic  translation was  also  reduced during  three  exercises  compared  to  the  translation  in  the ACL deficient  knee.  This may  be  explained  by  the  increased  static  stability together with changed muscle activation that stiffened the knee  joint. Muscle 

Discussion 

 

    60 

contractions exert great influence on the stability in the knee joint. Addition of antagonistic  hamstring  contraction  to  an  isolated  quadriceps  contraction reduces anterior tibial translation at flexion angles of 10 to 30° or more.180, 197, 237  After the ACL reconstruction, the amount of anterior tibial translation during an  exercise was  not  determined  by whether  the  exercise was  performed  in CKC  or OKC.  Instead,  the  level  of  quadriceps  activation  and  the  knee  joint ROM during  the exercise seemed  to be of greater  importance. Other authors have  also  suggested  that  the  tibial  translation  is  related  to  the  quadriceps generated  shear  force.141  In  the  present  study,  exercises  performed  with  a straight leg produced less translation compared to maximal translation at the 90N Lachman  test, whereas exercises with greater knee  joint ROM produced similar amount of anterior tibial translation as the Lachman test. Seated knee extension produced significantly more tibial translation compared to standing on one  leg and straight  leg raise. Both seated knee extension and straight  leg raise are quadriceps exercises in OKC. In addition, both exercises involve knee flexion angles between 40 and 0°, angles  that are  considered  to be  the most harmful to the ACL graft.31 The activation of vastus medialis and lateralis was somewhat higher during  the  seated knee extension compared  to  the straight leg  raise;  however  no  significant  differences  could  be  detected.  The  flexion angle  where  the  maximal  tibial  translation  occurred  was  for  seated  knee extension 10 ± 8°, and  for straight  leg raise  the  flexion angle was 3 ± 5°. The difference was  significant and might be of clinical  importance; Li et al. have shown  that  quadriceps  contraction  causes  an  anterior  tibial  translation  that increases  from  full  knee  extension  to  30°.180  Standing  on  one  leg  required generally  low muscle activation, and quadriceps activation was  significantly smaller  compared  to  the  seated  knee  extension. Maximal  tibial  translation during standing on one leg occurred at 6 ± 7°, which was significant different from the seated knee extension.  Since  none  of  the  exercises  examined  in  study  IV  exceeded  the  amount  of anterior tibial translation produced during the 90N Lachman test, all exercises can  be  recommended  in  rehabilitation  in  the  early  period  after  ACL reconstruction. The categorization of rehabilitation exercises can contribute to the  development  of  safe  and  effective  rehabilitation  programs.  However, knowledge  regarding  how  much  translation  or  ACL  strain  that  can  be accepted  during  different  healing  phases  after  an  ACL  reconstruction  is lacking.  Further  research  is  needed  to  evaluate  exercises  used  in  the  later phases  in  the  rehabilitation  after  ACL  reconstruction.  Accelerated 

Discussion 

    61 

rehabilitation with early weight bearing is popular in rehabilitation after ACL reconstruction.  An  accelerated  protocol  can  limit  muscle  weakness  as  a consequence  of  immobilization  after  surgery. This  approach  has  led  to  that patients  can  return  to  activity  and  sports  after  a  considerable  shorter rehabilitation  period.288,  291  There  is,  however,  still  little  evidence  regarding long‐term effects of a short intensive rehabilitation period and a fast return to sports.  

Effects of rehabilitation programs with quadriceps strengthening in closed or open kinetic chain   

The patients with ACL deficiency who completed  the rehabilitation program supplemented with quadriceps exercise  in CKC or OKC  in  study  III did not differ  in  terms of  static or dynamic  tibial  translation. The  results  are  in  line with other  studies  that also  concluded  that CKC and OKC  training  leads  to similar knee  laxity.206,  217,  249,  250 The addition of OKC quadriceps  training has been  found  to  lead  to  greater  quadriceps  strength without  increased  knee laxity compared to quadriceps exercises only in CKC in the rehabilitation after ACL  reconstruction.206  Moreover,  some  results  indicate  that  active  knee extension  training  in  the  early142,  217  or  middle  period249  after  an  ACL reconstruction  does  not  increase  knee  joint  laxity. On  the  contrary,  start  of OKC  quadriceps  exercises  four  weeks  after  ACL  reconstruction  with  a hamstring graft has been reported to result in increased knee laxity. Moreover, the  early  introduction  of  OKC  quadriceps  exercises  did  not  influence  the quadriceps  strength  compared  to  a  late  start.110 Hence  both CKC  and OKC exercises appear to be suitable for ACL rehabilitation;80, 83, 206, 217, 249, 277 however, the  appropriate  time  for  introducing  OKC  quadriceps  training  after  ACL reconstruction is indecisive and needs further investigation. 

Altered dynamic stability 

A reduced peak knee extension angle during gait compared to the uninjured knee was  seen  in  the  patients with  acute  ACL  injury  before  rehabilitation (study III), in patients with ACL deficiency scheduled for ACL reconstruction, and  in  these  patients  five  weeks  after  ACL  reconstruction  (study  IV). Moreover, patients in the early period following ACL injury or reconstruction used increased co‐contraction with more hamstring activation during activity. 

Discussion 

 

    62 

The  reduced  ROM  and  increased  co‐contraction  is  interpreted  as  a  joint stiffening  strategy.  The  stiffening  strategy  leads  to  reduced  dynamic  tibial translation.  Accordingly,  patients  that  had  not  completed  a  rehabilitation program used  a different dynamic  stabilization  strategy. Patients with ACL deficiency  that  completed  a  rehabilitation  program  (study  III)  used  a movement pattern that was more close to normal. Patients with an ACL injury that  was  in  mean  15  months  old  and  scheduled  for  ACL  reconstruction (assessment before surgery in study IV) had normalized muscle activation but a persistent reduction in ROM during gait. Moreover, we recently showed that an  individual with ACL  deficiency  used  smaller  dynamic  tibial  translation eight weeks after  injury as compared to before the  injury,  indicating use of a joint  stiffening  strategy  in  the  early  period  following  injury.172  The  results agree with a study that showed that patients who function well after an ACL injury  used  greater  anterior  translation  in  the  injured  knee  than  in  their uninjured  knee  during  gait,  while  patients  with  poor  knee  function  had smaller  anterior  translation, probably  as  a  result  of  stiffening  of  the  joint  to avoid  functional  instability.165 The dynamic  tibial  translation  seems  to  be  of importance  to  knee  function;165  conversely,  static  tibial  translation  does  not correlate to knee function after ACL injury71, 134, 246, 301 or reconstruction.121   Different dynamic knee stabilization strategies have been described by other authors. Individuals with ACL deficiency who are characterized as non‐copers stiffen  their  knee  using  increased  co‐contraction.278,  340  This  strategy  is unsuccessful  as  it  is  mechanically  inefficient  and  involves  only  small possibilities for the individual to correspond to unexpected forces. Moreover, the  strategy  involves  reduced ROM as  seen by  a  reduced peak knee  flexion angle during gait. A lower external knee flexion moment is present, and this is interpreted as an increased knee flexor activation that leads to a relative higher contribution of  the knee  flexors.278 The  changed  loading pattern on  the  joint surfaces  and  excessive  joint  contact  forces may  contribute  to  arthritis  in  the joint.279, 280 A similar gait pattern with a reduced external flexion moment in the knee  has  been  reported  earlier,  although  interpreted  as  reduced  quadriceps contraction.30  Unlike  non‐copers,  copers  exhibit  no  symptoms  of  knee instability and they use a more precisely tuned strategy to stabilize the knee, a strategy that resembles the movement pattern of uninjured individuals.278  The  hamstrings muscles  have  been  identified  as  important  stabilizers  that compensate for the loss of stability  in the ACL deficient knee.304 Antagonistic hamstring  contraction  can  reduce  anterior  tibial  translation  and  the  in‐situ 

Discussion 

    63 

forces  in  the ACL.180,  197,  212,  237 Model  simulations have  shown  that  increased hamstring force can stabilize the ACL deficient knee during gait, reducing the strain  on  secondary  restraints.182,  294  On  the  contrary,  the  efficiency  of  the hamstrings  in  restricting  anterior  tibial  translation164,  170  and  protecting  the ACL298  have  been  questioned  by  others.  The  hamstring  muscle  can  not counteract  anterior  tibial  shear  forces  at  knee  flexion  angles  near  full extension.180, 197, 237  Co‐activation of quadriceps and gastrocnemius muscles produce strain in the ACL.85,  237  Yet,  co‐activation  of  quadriceps  and  gastrocnemius  muscles  is reported  to  be  an  important  stabilizing mechanism  of  the  knee  joint  in  the sagittal plane.164, 171 During weight‐bearing the tibia is translated anteriorly,170, 326 and quadriceps and gastrocnemius contraction can stabilize the tibia in that position.170 The compressive force, produced by weight bearing and by muscle tension, reduces the total sagittal tibial translation.132, 195, 326 The quadriceps and gastrocnemius muscles also contribute to knee stability in the frontal plane.293   Swelling  and  limitations  in  ROM  affect  the movement  pattern  of  the  knee joint. A  knee  effusion  can  inhibit  quadriceps  contraction  and may  increase hamstring and  soleus activity.78,  128,  153,  307,  325 Furthermore, knee effusion may increase the tibial translation.353 This was controlled for in the present studies by measurements of  joint circumference and ROM at every assessment on all patients. As  expected,  patients  had  increased  knee  joint  circumference  and decreased ROM in the early period after injury or surgery. There needs to be an awareness of this when interpreting the results.  Additionally, pain may alter  the performance of a movement and  inhibit or excite  muscle  activity.56,  122,  189,  247,  311,  333  Muscle  pain  is  reported  to  cause alterations in muscle recruitment during gait with decreased EMG activity in the agonist muscle and increased EMG activity in the antagonist to the painful muscle. The  increased EMG activity of the muscle antagonistic to the painful muscle  is  interpreted  as  a  functional  adaptation  of muscle  coordination  in order  to  limit movements.101,  189,  311  Consequently,  pain  interferes with  joint stability. Muscle  inhibition  and  altered  patterns  of muscle  recruitment  can result  in decreased  joint stability.278,  311 Patients with  joint disability regularly have  changes  in  kinematics during movement.278,  279,  342 At  assessment  early after ACL reconstruction, it is possible that the patients are restrained by pain in the knee  joint or at the harvest site on the hamstring tendon. Therefore, to control  for  any  pain  during  the  assessment,  estimations  of  pain  during  the 

Discussion 

 

    64 

exercise were performed after each exercise in study IV. The pain estimations revealed that the great majority of the patients had no or minimal pain during the exercises.  Fear  of  pain  and  fear  of  movement  may  lead  to  disordered  muscle coordination during activity and inhibit muscle activation. Electromyography pattern with less modulation and more continuous activity, and hyperstability (reduced motion of a body segment)  is also reported. Some patients may use guarded movements  that  lead  to altered movement patterns.177,  345 However, every  exercise  performed  in  the  laboratory  in  the  present  studies  was voluntary. The patients could decline to perform, for example, the  jump tests due to fear or perceptions of instability.  

Muscle activation during and after exercises in closed and open kinetic chain  

Effects of an exercise session 

An  exercise  session  including  cycling  and  a  maximum  number  of  knee extensions and heel  raises did not alter  the maximum  levels of activation  in vastus medialis  and  lateralis,  hamstrings,  or  gastrocnemius  during  a  squat after  compared  to  before  the  exercise  session  in  uninjured  individuals.  The activation level of one muscle expressed as a percentage of the total activation in quadriceps, hamstrings, and gastrocnemius together was also similar. This can be interpreted as that the effectiveness of the squat exercise in challenging these leg muscles was not changed after an exercise session where individuals were loaded near fatigue. 

Rehabilitation exercises after ACL reconstruction 

In  study  IV, EMG was used  to  investigate  each muscles  contribution  to  the performance  of  an  exercise.  The  maximum  muscle  activation  during  each exercise  shows  the  effectiveness  of  the  exercise  to  activate  the  muscle. Previously,  the EMG data of different exercises  in CKC and  leg extension  in OKC has been compared  in healthy  individuals.99 The previous study  found that  the  average  quadriceps  activation  was  greatest  in  the  knee  extension 

Discussion 

    65 

exercise.  Furthermore,  during  the  knee  extension,  the  hamstrings  produced 25%  as  much  activation  as  the  quadriceps.  In  the  CKC  exercises,  the percentage was greater  than 64%.99 However,  in  the present study  there was high quadriceps activation in both seated knee extension and squat on one leg exercises.   The  seated  knee  extension  involved  somewhat  higher muscle  activation  in vastus  medialis  and  lateralis  compared  to  straight  leg  raise,  although differences were  not  significant. There was  less EMG  activation  in medialis during  straight  leg  raise  after  the  ACL  reconstruction  compared  to  the uninjured  leg on  the  same patients, and  less activation  in both medialis and lateralis compared to the ACL deficient leg (the same patients before surgery). The  results  indicate  that  the ability  to activate  the quadriceps muscle during straight  leg  raise  after  the  ACL  reconstruction might  be  reduced.  Another limitation with  the  straight  leg  raise  is  that  it  involves merely  an  isometric contraction, which  is not  as  functional  as  a dynamic  contraction. Moreover, vastus medialis and  lateralis were also activated  to a great extent during  the squats. The activation levels were somewhat higher during squat on one leg as compared to squat on two legs; however, there were no significant differences. When  comparing  the  two  squats,  the  squat on one  leg  involved more EMG activation  in gastrocnemius  and  soleus  compared  to  squat on  two  legs. The squat  on  one  leg  can  be  considered  as  an  effective  exercise  for  strength development  in vastus medialis and  lateralis, hamstrings, and soleus as well as challenging the gastrocnemius to some extent. Gait challenged the medialis, hamstring, gastrocnemius, and soleus to a great extent, and significantly more compared to standing on one leg. Standing on one leg required generally low muscle  activation  and  caused  small  tibial  translation  and  is  consequently suitable as an early exercise after the ACL reconstruction. The heel raise can be recommended  as  an  effective  exercise  for  strength  development  in gastrocnemius and soleus. 

Effects of rehabilitation programs with quadriceps strengthening in closed or open kinetic chain   

The  rehabilitation program used  in  study  III was a  comprehensive program including  exercises  to  improve  neuromuscular  function,  and  it  was supplemented  with  quadriceps  exercise  in  CKC  or  OKC.  The  CKC  group performed quadriceps exercise in a complex movement where several muscles are  activated  simultaneously,  and  the  OKC  group  performed  quadriceps 

Discussion 

 

    66 

training in an isolated movement where mainly quadriceps is activated. Based on  these  differences  in  the  rehabilitation  regimes  it was  hypothesised  that patients  that had participated  in  rehabilitation  in OKC would have a higher contribution  of  vastus  medialis  and  lateralis  during  activity  compared  to patients  that have participated  in  the CKC rehabilitation program. However, no  differences  could  be  detected  between  the CKC  and  the OKC  group  in maximum activation or the share of one muscle of total leg muscle activation in the uninjured or the injured leg during gait, squat on one leg, or isokinetic knee  extension  and  flexion  after  the  rehabilitation.  Accordingly,  our hypothesis that the groups would have different muscle recruitment patterns after  the rehabilitation could not be confirmed. Lack of differences  in muscle activation  between  groups  after  rehabilitation might  be due  to  the  fact  that only  the  quadriceps  training  differed  between  groups,  and  besides  these exercises both programs  included  the same 22 exercises designed  to enhance neuromuscular control, muscle strength, coordination, and functional stability. Consequently,  the  two  programs  were  perhaps  too  similar  to  distinguish between any differences in stabilization strategies.  

Muscle function after rehabilitation  

A  comprehensive  rehabilitation  program  supplemented  with  an  OKC quadriceps exercise led to significantly greater quadriceps strength during an isokinetic  test  compared  to  the  same  comprehensive  rehabilitation  program supplemented with a CKC quadriceps exercise. These  results agree with  the study  by Mikkelsen  et  al.,  a  study  that  also  noted  good  results  after OKC training.206  Consequently,  patients  with  ACL  deficiency  may  need  OKC quadriceps  strengthening  to  isolate  the  quadriceps muscle  and  regain  good muscle  strength.  The  two  rehabilitation  regimens  in  study  III  included  the same exercises for improving neuromuscular function. The hamstring strength and functional outcome were similar with the two regimens.  For most patients,  the outcome  in  study  III, with  respect  to muscle  strength and  knee  function, was  satisfactory  and  superior  compared  to  some  other results reported in the literature. Several authors have earlier pointed out that strength deficits in spite of completed rehabilitation programs in patients with ACL deficiency65, 71, 74, 149, 187, 246, 341 and reconstruction16, 65, 73, 119, 125, 149, 199, 222, 241, 267, 

317  are  common. The  reported  quadriceps  strength deficits  range  from  12  to 29%  in  patients with ACL  deficiency,65,  149,  187,  246,  341  and  from  15  to  36%  in 

Discussion 

    67 

patients  with  ACL  reconstruction.  65,  73,  119,  125,  149,  199,  222,  241,  267,  317  It  is recommended  that  patients  should  have  less  than  15%  deficits  in  muscle strength  and  less  than  10%  deficits  in  one  leg  hop  test  to  resume  sport activities.163 In study III, the mean deficit in quadriceps muscle strength during isokinetic  testing  was  16%  for  the  CKC  group,  slightly  worse  than  the recommended  level,  and  only  4%  for  the OKC  group. The mean deficits  in jump performance were 9% and 7% in the CKC group and 6% and 4% in the OKC group.  In  spite of  the  somewhat poor quadriceps  strength  in  the CKC group, most  patients  in  both  groups met  the  criteria  necessary  to  return  to sports.  It  is  known  that  quadriceps  strength  is  correlated with  knee  function  after ACL  injury71,  152,  230,  343 and reconstruction.152,  216,  300 However, as seen  in study III, muscle  strength does not necessarily correlate  to  the  functional outcome. The lack of differences in knee function between the CKC and the OKC group may  be  explained  by  the  fact  that  the  assessment  after  rehabilitation  was performed  immediately  after  completed  rehabilitation  in  the  present  study. Because the majority of the patients had at that time not yet returned to sports, they had not exposed their knee to all situations they wanted to manage after the rehabilitation. Twenty‐nine patients planned  to return  to  their sport after the final assessment, 11 patients were scheduled for ACL reconstruction, and only two patients had decided to adjust activity to a lower level. The return to sports would test the knee further and deficits in functional performance may not be obvious until  several months  later.  It  is possible  that different  results regarding knee function would have been obtained if the knee were assessed at a  later  time. Another  conceivable explanation  to why  the muscle  strength was not  correlated with  the knee  function  is  that  the measurements used  to assess  knee  function  were  not  sensitive  enough  to  discriminate  between patients with good  and poor knee  function  at  assessment  immediately  after completed  rehabilitation.  A  test  battery  including  vertical  jump,  hop  for distance,  and  side hop have greater  sensitivity  compared  to  any  of  the hop tests  individually.108  Likewise,  low  correlations  between  isokinetic  strength measurements and functional performance in uninjured individuals have been reported102,  240  indicating  that  there  is  no  linear  relationship  between  these variables. Functional performance  involves not only  strength, but  also other skills such as coordination and postural control. 

Discussion 

 

    68 

Strength training and dosage of rehabilitation programs 

In study III, the load of the exercises was carefully controlled and a continuous progression  in  the  rehabilitation  program  was  emphasized.  This  approach seems to be successful in gaining muscle function after ACL injury. A need for more  effective  strength  training  programs  for  patients  with  ACL reconstruction  has  been  identified.  There  is  a  dose‐response  relationship between  training  stimulus  and  increases  in  muscular  strength.  Exercise programs  involving  low‐volume  resistance  training  are  probably  not sufficient.2, 251, 252, 262, 336 Augustsson pointed out the importance of progression of  load  and  exercises  in  strength  training  and  recommended  a  training intensity of at least 8 to 12 RM.13 The design of the rehabilitation programs in study  III  ‐  load of 50  to 80% of 1RM, continuous progression,  ten repetitions and three sets of each exercise, and exercise frequency of three days per week ‐ is supported in the literature.13, 203, 251, 252, 262, 336  The dosage of  the  rehabilitation programs  in study  III seems  to be sufficient for most patients. The compliance, according to our criteria, was optimal in 14 patients  in  the CKC group and 15 patients  in  the OKC group. Consequently, because  some  patients  had  somewhat  low  adherence  to  the  rehabilitation programs,  it  is  difficult  to  interpret  the  response  to  the  dosage  of  the programs. The results of the rehabilitation programs may be biased toward the failure  of  some  patients  to  fully  comply  with  the  regimen.  However,  the compliance was similar in both groups. There was a great range in number of performed training sessions at the gym, but the median number did not differ between groups. Analysis of only the patients that met the criteria for optimal compliance  showed  an  increased difference  in  quadriceps  strength  between the  CKC  and  the OKC  group.  The  quadriceps  strength  for  the  injured  leg (expressed as a percentage of the strength of the uninjured leg) was 80 ± 15% for  the CKC group and 99 ± 11%  for  the OKC group  (P = 0.001).  In  the CKC group,  numbers  of  completed  exercise  sessions  did  not  correlate  with  the quadriceps strength. In the OKC group, there was a weak correlation (r = 0.49, P  =  0.028).  Consequently,  there  was  not  a  straight  association  between compliance  to  the  rehabilitation program  and  outcome  for  all patients. This result  agrees with  findings  by  others.290  Supplementary  training  performed beside  the  rehabilitation program,  especially  in  the  last  rehabilitation phase, also  probably  stimulated  development  of  muscle  strength.  Additionally, psychological  aspects96  and  perceived  self  efficacy322 may  have  affected  the 

Discussion 

    69 

patient’s  ability  to  follow  guidelines  and  complete  the  rehabilitation. However, this was unfortunately not controlled for in the present study. 

Use of one repetition maximum tests 

It is well known that the dosage of the exercises is of great importance for the outcome  in strength  training and rehabilitation programs.2,  49,  76,  251,  252,  262,  336 It has  also  been  pointed  out  that  the  training  needs  to  be  subscribed  on individual basis and  that a continuous progression  is necessary  for muscular strength development.251 To accomplish  this  in clinical practise,  it  is essential to  have  an  accessible method  for  strength  evaluation. Use  of  1RM  test was applicable to regularly control the current muscle strength and adjust the load of the exercises after the test in study III. Moreover, it is preferable to evaluate the training effect in a similar movement as the practised exercise as there is a specificity in the training effect.2, 14, 50, 160, 161, 215 Therefore, the 1RM test of squat on one leg (CKC) was used together with the isokinetic testing (OKC) in order to evaluate muscle strength in both CKC and OKC.   The  systematic  procedure  for  the  establishment  of  1RM  developed  in  the present study can be recommended for use in the clinic. However, high loads are put on the patient during the test, and this is not suitable for patients that have  low  tolerance  towards  loads  such  as patients  at  an  early  rehabilitation phase. Also,  the CKC exercise  involves high  loads not only on  the knee, but also on the spine and hip. In an early rehabilitation period, 1RM testing can be performed on  the uninjured  leg  to get an  initial strength value. Tests on  the injured leg may be performed in the late rehabilitation period when involved structures can tolerate the heavy load. In the RCT study, an alternative method with submaximal load for assessing strength was used for some patients. The repetitions‐to‐failure method with submaximal  load  is  frequently used  in  the clinic on these patients. The method is based on the relationship between the percentage of 1RM and the number of repetitions that can be performed.106 

Non‐surgical treatment or ACL reconstruction  

At  follow‐up  (study  III)  in mean  32 months  (range  23‐38 months)  after  the injury 20 patients (9 CKC, 11 OKC) had undergone ACL reconstruction. There is  insufficient evidence  to determine whether non‐surgical  treatment or ACL reconstruction is preferable.181 Non‐surgical treatment, including rehabilitation 

Discussion 

 

    70 

and  activity modification,  especially  avoiding  contact  sports,  lead  to  good knee  function  and a  satisfactory  activity  level  in many patients.159 The main reason to perform an ACL reconstruction is to re‐establish stability in the knee joint  and  to prevent  future  injuries. Young  active  individuals, patients with persistent  functional  instability  and  giving  way  symptoms  after  the rehabilitation, and patients with combined ligamentous and meniscal injuries are often referred to ACL reconstruction.60, 68, 87, 274 Early reconstruction reduces the risk of late meniscus tear and surgery.79, 245 However, a reconstruction does not  prevent  degenerative  changes  in  the  knee  joint.60,  79,  185  In  Sweden, approximately half of the patients with an ACL injury are treated with an ACL reconstruction.1 A high activity level before injury has shown to be associated with  the  choice of ACL  reconstruction. Patients with  activity  level of  8  to  9 according  to  Tegner  score319  chose  ACL  reconstruction  more  frequently compared  to  patients with  activity  level  of  4  to  6.315  The  results  from  the follow‐up  (mean  32  months)  after  the  injury  in  study  III  confirm  these findings. The reasons for choosing early reconstruction is reported to be based on  assumptions  of  future  problems  associated  with  the  injury,  while  late reconstruction is chosen based on experience of knee function.315  

Methodological considerations 

Tibial translation 

Measurements  of  static  stability  are  frequently  used  as  a main  outcome  in evaluations  of ACL  reconstruction  and/or  rehabilitation.46,  110,  142,  206,  217,  249,  289 Since ACL reconstruction has shown  to  limit  the anterior  tibial  translation  to within  normal  limits,34,  43,  244,  284,  318,  356  but  fail  to  restore  normal  joint kinematics,27,  34,  43,  183,  235,  244,  318,  356  static  anterior‐posterior  translation  is  not sufficient  as  the  only  outcome  of  joint  stability.34  Moreover,  the  static translation does not  correlate with  the knee  function.71,  121,  246,  301  In  addition, there is no difference in passive knee laxity between potential copers and non‐copers,  and  the  passive  laxity  does  not  determine  perceived  function  or functional measures.134 On the contrary, dynamic translation differs between a well‐functioning  and  a  poor‐functioning  group  of  patients  with  ACL deficiency.165 When evaluating a treatment that aims to improve knee function, 

Discussion 

    71 

dynamic knee motion should be assessed. CA‐4000 is one of few systems that can measure tibial motion during exercises.   The  strain  in  the  ACL  has  been  investigated  in  several  studies.  A  strain transducer was attached to the ACL in uninjured individuals, to analyse ACL strain  during  exercises  and  muscle  contractions.31,  32,  36,  84,  109,  260  Anterior displacement  of  the  tibia  measured  with  the  KSS  (Acufex  Microsurgical, Norwood, MA), which  is  the  same  device  as  the CA‐4000 with  a  different brand  name,  has  been  compared  with  percent  strain  on  the  anteromedial bundle of normal ACL. Measurements of knee  joint  laxity with  the KSS  can predict strain in the anteromedial bundle of normal ACL under anterior shear loads with the knee flexed at 30°.82   Evaluation  of  knee  kinematics  based  on  measurements  of  the  position  of femur and tibia involve measurement errors due to skin movement artifacts.29 Assessment of  tibiofemoral motions  indirectly by analyzing movements of a patellar pad may involve errors due to soft tissue movements and slippage of the measurement device. Yet,  the validity of  the CA‐4000  electrogoniometer has  been  shown  to  be  satisfactory  when  compared  to  fluoroscopy.335 Furthermore, when assessing knee motion  in addition  to  the errors  from  the electrogoniometer, errors may also arise  from  the assessment procedure and the  examiner.263  The  difference  between  legs  is  reported  to  be  more reproducible.263 Therefore, additionally to results on a single leg the difference between legs was analysed to reduce some measurement errors.   Although  the  knee  joint  has  six degrees  of  freedom,103  in  the present  thesis only  motions  in  the  sagittal  plane  were  analysed.  Tibial  rotation  in  the transverse plane was not  analysed, which  is  a  limitation.  In  addition  to  the increased  anterior  tibial  translation,  an  ACL  injury  leads  to  a  pathological rotation in the knee joint.94  At measurement of  static  tibial  translation muscle activation  could  influence the amount of movement, and it is therefore advocated to monitor the muscle tone during the test.61 During the Lachman test and the passive extension test the patients were  instructed  to  relax. The  relaxation  of  the  leg muscles was controlled  for by palpation of  the muscle  tension  together with  inspection of the  EMG  signals.  In  addition,  joint  effusion  has  been  shown  to  lead  to increased  tibial  translation353  Many  patients  had  effusion  in  the  knee  at assessment early after injury or surgery.  

Discussion 

 

    72 

Electromyography 

In  this  thesis,  EMG  is  used  to  interpret  the  dynamic  tibial  translation. Moreover,  the  EMG  signals  display  each  muscles  contribution  to  the performance  of  an  exercise.  The muscles  analysed were  chosen  as  they  are important to support the body during gait7 and stabilize the knee joint.164 The maximum muscle activation during  each  exercise  shows  the  effectiveness of the  exercise  to  activate  the muscle.  In  this  thesis,  the maximum  and mean activation  levels of muscles were  assessed. Another  aspect of  importance  to joint stability is the timing of the muscle contraction. Patients with functional instability  may  have  delayed  or  earlier  onset  of  muscle  contractions  and altered coordination of muscles.278   However, there needs to be some caution when interpreting the EMG results. There are great ranges of variation in several variables. Similar large variations are seen in other studies.24, 174, 358 Several studies demonstrate good reliability of EMG  amplitude variables, although  results are  somewhat  contradictory.48,  57, 156,  174,  175,  198,  225,  257,  355 The  repeatability between  sessions of quadriceps MIVC measurement  is reported  to be high, with a standard error of  the mean  from 1.1%  to  6.4%.257  Other  report  high  intrasession  but  poor  intersession reliability.351 Yet,  the  two assessment sessions  resulted  in similar conclusions concerning muscle  recruitment.351  Between  days,  reliability  of  surface  EMG recordings of quadriceps during a single joint198 and multi joint48 task has been evaluated.  EMG  amplitude measurements  during  sustained  contractions  of the quadriceps showed moderate to high reliability and were reproducible.198 During the multi joint task, the amplitude measurements are reported to range from poor  to excellent  reliability  for uninjured  individuals,  for patients with patellofemoral pain  syndrome, and  for patients with osteoarthritis. Standard errors of measurements and smallest detectable differences were high.48   To  improve  the  validity  of  EMG measurements,  there  is  a  need  to  reduce electrical  noise  and  crosstalk.  It  is  advocated  to  prepare  the  skin  at  each electrode site by shaving and cleaning. The recommendations  from SENIAM were  followed  in  the present  studies.114 The presentation of EMG amplitude should contain a formula so valid comparisons can be made between different muscles  and  individuals  and  for  different  assessments  of  one  individual. Values  are  often  normalized  to  a maximal  value  obtained during  a  specific experimental procedure.24 However,  the reliability of  the use of an MIVC  for normalization has been questioned by some authors.207,  355,  358 Furthermore,  it 

Discussion 

    73 

should be remembered that the reference value that is used for calculation of the  relative  values  determines  the  magnitude  of  the  relative  value.  The performance during the MIVC test is crucial. Also, the magnitude of the EMG signal is affected by different positions ‐ other flexion angles in the  joints. An MIVC  test  performed  in  another  position  would  probably  result  in  other values since maximal EMG is angle‐dependent.24, 352 Normalization of an EMG value  collected during  a dynamic movement with  respect  to  an EMG value obtained during a single  joint angle has been shown to result  in  large errors. At a given  joint angle the portion of the muscle being registered  is the same. On  the  contrary,  in  another  joint  angle  the muscle moves  in  relation  to  the skin, and the portion of the muscle sampled thereby changes. Moreover, other conditions are changed, such as which muscles fibres that are sampled and the length/strength  relationship  of  the  muscle.207  Yet,  other  data  show  high intrasession reliability of percent MIVC values of  lower extremity muscles.351 Some of the exercises analysed in the present studies are performed with other joint angles  than  the MIVC  test. Furthermore, muscle activation depends on the type of muscular actions performed.17 In the present studies, the reference values  are  obtained  during  isometric  contractions,  which  are  used  as references to the dynamic contractions. This may have contributed to the fact that some relative EMG values achieved were above 100%MIVC. However, all exercises are compared to the same reference value.   In  addition,  when  assessing  patients  five  weeks  after  ACL  reconstruction (study  IV),  it  was  evident  that  some  patients  had  difficulty  activating  the hamstrings in a flexed knee position due to pain or discomfort on the harvest site on the hamstring tendon. The MIVC  is reported to be significantly  lower in  a  condition with muscle pain  compared  to  a  control  condition.101,  189  In  a previous  study,  despite  a  reduction  in  MIVC  during  pain,  a  submaximal voluntary  contraction  (80%  of  the MIVC  before  pain)  was  possible.101  The different response to maximal and submaximal contractions is suggested to be caused by changes in the neuronal drive. Decreased MIVC may be explained by  an  inhibitory  influence  on  the motorneurons.101  This mechanism would lead to greater relative EMG values of painful muscles. Moreover, it is possible that  the  surgical procedure with  graft harvesting  on  the hamstrings  tendon may  affect  the  EMG  signal  from  the  hamstrings muscle  at  assessment  five weeks after the ACL reconstruction. The tendon was at that time at a healing phase. This may  lead to an  increase of the EMG signal. The amplitude of the EMG  signal  depends  on  geometrical  properties  of  the motor  unit  and  the muscle  tissue.23  Increased  activity  in  muscle  spindle  afferents  have  been 

Discussion 

 

    74 

reported  as  a  consequence  of  increased  concentrations  of  algesic  agents  in muscles.247 Accordingly,  there  is  some uncertainty as  regards  to  the cause of the  increased  hamstring  activity  that was  found  five weeks  after  the  ACL reconstruction.   For  future  studies  that  evaluate muscle  activation  in  patients  in  the  early period after an ACL  reconstruction  involving a hamstring  tendon graft,  it  is recommended  to  perform MIVC  test  for  hamstrings with  a more  extended knee or  in a similar position as  the other movements assessed. Patients with ACL  reconstruction  with  hamstrings  graft  may  have  remaining  hamstring strength deficits  two years after surgery,72,  316 and deficits are greater at deep knee flexion angles.93 A reduced hamstring isometric peak torque to 86% and 49%  in  positions  with  90  and  110  degrees  of  knee  flexion  respectively  is reported.316  However,  hamstrings  muscle  activation  19  months  after  ACL reconstruction  with  hamstrings  graft  is  not  different  in  the  operated  leg compared to the uninjured leg.93 

Measurements of muscle strength and functional performance 

Several velocities can be used when evaluating isokinetic muscle strength and endurance. The reason for using 60°/sec in the present studies was that it is a commonly used velocity64, 65, 98, 143, 150, 151, 211 and a reliable measurement255, 323 for evaluation  of  the  strength  of  the  quadriceps  and  hamstrings.  Furthermore, evaluation of muscle strength was performed both in CKC and OKC in study III due to the specificity in strength gains from the training performed.2, 14, 160, 161, 215 The OKC group performed better in the OKC exercise compared to the CKC group, although no group difference was seen in the CKC exercise.   Both intra‐rater and inter‐rater reliability of 1RM of seated knee extension on one leg was clinically acceptable. This test is suitable to determine the load in exercise  programs  and may  be  used  to  evaluate  strength  after  an  exercise period. Moreover,  the  inter‐rater  reliability of  1RM of  squat on one  leg was acceptable. On the contrary, the  intra‐rater reliability of 1RM of squat on one leg was  lower.  The  patient’s  daily  condition may  affect  the  results  of  tests performed  on  different  days.  The  squat  is  a  complex  exercise  involving movements in all  joints in the kinetic chain, which makes it harder to control the  technique  and  ROM  during  the  test.  Consequently,  it  may  be  more 

Discussion 

    75 

accurate  to  apply  optimal  load  in  an  isolated  exercise  compared  to  a more complex exercise. However, familiarization sessions could have improved the reliability of the squat exercise.248 Intra‐rater reliability of 1RM test is generally reported to be good;248 however, which statistical methods that have been used are  sometimes  not made  clear. This  is  a  limitation  since different  reliability statistics yield different conclusions about the reliability.12, 40, 44, 202, 296   A drawback with the repetitions‐to‐failure method with submaximal load106 is that despite  that  the method  is  used  in  the  clinic  scientific  publications  are lacking. Moreover, other data suggests that a certain percent of 1RM does not correspond to the same number of repetitions for different exercises. A greater number of  repetitions  for different percentages of 1RM were  found on a  leg press exercise compared to a knee extension exercise.123   Assessment  of muscular  strength  is  not  sufficient  as  the  only  evaluation  of performance.102  Effects  of  a  rehabilitation  period  should  be  evaluated  using both  assessment  of  muscular  strength  and  functional  performance  test.15 Functional  tests can resemble sport specific demands, but a  limitation  is  that they  do  not  provide  an  answer  to  which  component  of  joint  stability  is insufficient.254  Therefore,  it  is  recommended  to  use  a  combination  of measurements, both specific measures that evaluate one single component and more global tests that involve various components.15, 254  

Measurements on uninjured individuals and patients with ACL injury 

It  is  uncertain  if  measurements  of  tibial  translation  during  exercises  on uninjured individuals can be directly applied to patients with ACL deficiency or  reconstruction.  In  an  ACL  deficient  knee,  secondary  restraints  prevent excessive  anterior  tibial  translation  due  to  the  absence  of  the  ACL.  Any possible  increase  in tibial translation following exercise would  in this case be caused by stretch of secondary restraints, such as  the  joint capsule, collateral ligaments,  the  menisci,  and  the  iliotibial  tract  and  band.45  All  of  these structures  can  oppose  anterior  tibial  motion.  In  patients  with  ACL reconstruction  the  ACL  graft  aims  to  maintain  knee  stability  and  restrain anterior  tibial  translation. However, as revealed  in study  IV,  the relationship between  the  exercises  regarding  the  amount of  translation produced during the  exercise differs  between  the ACL deficient, ACL  reconstructed,  and  the 

Discussion 

 

    76 

contralateral  uninjured  knee.  This  finding  agrees  with  a  recent  study  that reported  that  the  knee  kinematics  in  patients  two  weeks  after  ACL reconstruction differed from normal and ACL deficient knees.167 However, the tibial translation during the exercises assessed in study IV was normalised five weeks  after  the  ACL  reconstruction.  At  evaluation  five  weeks  after  ACL reconstruction, neither the static nor the dynamic tibial translation differed in the operated knee compared to the uninjured knee.  

Selection of leg for assessment  

Leg preference was registered in all studies and was determined based on the foot normally used  to kick a ball.28  In study  II,  the dominant  leg was  tested. However,  in  study  I  one  randomly  chosen  leg  was  tested  since  side  or dominance has been shown not to make any difference in translation before or after  exercise.100  Patients  (study  III  and  IV) were  assessed  bilaterally. When evaluating both  legs,  the  legs were assessed  in a randomised order since  test order may affect the results.263 

Using the uninvolved leg as a reference 

The muscle strength and jump performance in the ACL deficient leg (study III) are expressed as  the percent of  the values obtained on  the uninjured  leg. To use the uninvolved leg as a reference on strength testing and functional tests is a common procedure in patients with a unilateral injury. Petschnig et al. found that uninjured individuals have limb symmetry indices between the dominant and  non‐dominant  leg  of  95%  or  more  on  isokinetic  strength  testing  and functional performance tests.253 Other normative data of limb symmetry index in  uninjured  individuals  show  that  healthy  female  soccer  players  have  a difference  in  isokinetic knee extensor  strength  (60°/s) of 8%  (limb  symmetry index  92  ±  6) between  the  strong  and weak  leg.240 No differences  in muscle strength or functional performance existed between the right and the left leg240 or  the dominant  and  the non‐dominant  leg.102,  240 Petschnig  et  al.  concluded that  the uninvolved  leg  can  adequately  be used  as  a  reference  for  outcome assessments  of  an  injured  leg.253 However,  it  should  be  kept  in mind  that patients with a unilateral injury probably have muscle strength deficits also in the uninjured  leg. Bilateral deficits  in  both  knee  extensors  and  knee  flexors compared  to  an  uninjured  control  group  are  reported,  and  the  validity  of 

Discussion 

    77 

using  the  contralateral  leg  as  a  rehabilitation  endpoint  may  thereby  be questioned.118 

Design of the randomised clinical study (III) 

The  inclusion  procedure  in  the  RCT  study may  have  failed  to  include  all patients  that met  the  inclusion  criteria. A possible  source  of  imperfection  is that  the  routine  with  information  about  the  study  to  the  patient  and information  about  the  patient  to  the  research  investigator  failed  for  some patients. However, the study sample can be considered to be representative to a population with ACL deficiency as regards to sex, age, and activity level.104  There has been a great demand  for RCT studies evaluating  the rehabilitation after  ACL  injury.35,  268,  327  Consolidated  Standards  of  Reporting  Trials (CONSORT)  statement  include  a  checklist  and  a  flow  diagram  to  improve reporting of a RCT.209 The present RCT study (study III) was designed, as far as possible,  in accordance with  these criteria. Completely blinding,  including those administrating the interventions, may not be possible in a rehabilitation study.  In  the present  study,  the monitoring physiotherapists were naturally aware  of  group  assignment.  Moreover,  the  patients  in  the  two  groups performed  the  rehabilitation  in  the  same gym,  and  it  can not be  eliminated that  they  saw  the  exercises performed  of  the patients  in  the  other  regimen. However, it was emphasized that no other exercises for the legs were allowed, and  this was controlled  for by  the monitoring physiotherapist. The principal investigator that performed all outcome measurements in the laboratory (S.T.) was blinded  to  the group allocation  for  the great majority of  the patients;  it was not possible to secure a blinded test procedure for seven patients whose treatment she monitored, which is a limitation of the study. However, all data were coded during analysis and the analyses were performed several months after the assessments. 

Compliance to the rehabilitation programs  

Several  earlier  studies  evaluating  ACL  rehabilitation  did  not  report compliance  to  the  rehabilitation programs, which  is a  limitation.  It has been recommended  that  information  regarding  compliance  should be  included  in RCT  trials.268  Compliance  to  the  rehabilitation  regimen  in  study  III  was 

Discussion 

 

    78 

monitored with self‐reported exercises diaries. In addition, performed exercise sessions were entered in the patient journal if the patient at the same occasion was monitored by the physiotherapist. Some sessions were performed without supervision from the physiotherapist, and these sessions were registered at the reception desk at the physiotherapy clinic. Consequently, it is evident that the reported exercises sessions have been performed.   In study  IV compliance with  the rehabilitation program was monitored with self‐reported  exercises  diaries.  The  diaries were  used  to make  sure  that  no patient got treatment that differed from the customary rehabilitation program; no further analyses were performed. Since all patients went through the same surgical procedure and followed the same rehabilitation program, they can be considered a homogenous group. 

Contribution to research The main contribution to research is the publication of the first RCT study on dynamic  knee  stability  after  rehabilitation  in  patients with ACL  deficiency. There  has  been  a  debate  regarding  the  optimal  rehabilitation  program  for patients with ACL deficiency and reconstruction. In particular, there has been a  controversy whether  CKC  or OKC  exercises  or  a  combination  of  both  is preferable.  This  thesis  demonstrates  that  both CKC  and OKC  exercises  are suitable  for ACL  rehabilitation  and  that  the  quadriceps muscle  needs  to  be challenged  to  regain  strength. Persistent muscle  strength deficits  in patients with ACL deficiency or reconstruction have been reported. The present results support theories that structured rehabilitation with continuous progression in load  is beneficial and essential. Furthermore,  this  thesis  increases knowledge of dynamic knee  stability  after  an  exercise  session  and during  rehabilitation exercises five weeks after ACL reconstruction. 

Clinical implications  Quadriceps  strengthening  in  OKC  should  be  included  in  rehabilitation programs  for  patients  with  ACL  deficiency  in  order  to  achieve  good quadriceps  strength. The  exercise does not  reduce  the knee  joint  stability  in patients with ACL deficiency. 

Discussion 

    79 

 Establishment of 1RM of a  seated knee extension on one  leg  can be used  to determine the load in exercise programs and may be used to evaluate strength after an exercise period. The reliability of 1RM of a squat on one leg between different days was lower, which may be due to the complexity of that exercise. The  systematic  procedure  for  the  establishment  of  1RM  developed  in  the present  study  can  be  recommended  for  use  in  the  clinic.  However,  this assessment  is appropriate exclusively when maximal  load  is allowed.  In  the early rehabilitation period, 1RM testing can be performed on the uninjured leg to get an  initial strength value. Tests on the  injured  leg may be performed  in the late rehabilitation period when involved structures are able to tolerate the heavy load.  All exercises  tested  in study  IV can be  recommended  in  rehabilitation  in  the early  period  after ACL  reconstruction. All  exercises  produced  less  or  equal amount of anterior tibial translation as the 90N Lachman test. Yet, it is unclear how much  translation  that  is detrimental.  In order  to minimize strain on  the ACL graft,  the straight  leg raise can be chosen  for quadriceps  training  in  the early  phase  after  ACL  reconstruction  since  that  exercise  produces  less translation compared to the seated knee extension. However, it appeared that after  the  ACL  reconstruction  the  patients  had  difficulty  activating  the quadriceps muscle during  the straight  leg raise.  In  that case,  the seated knee extension  is probably more effective  in restoring muscle strength. To achieve great hamstring activation, gait and squat on one leg were superior among the exercises tested. To challenge the gastrocnemius and soleus, gait, squat on one leg and heel rise can be recommended. 

Future research Further knowledge and understanding of the effect of different rehabilitation exercises and rehabilitation programs on patients with ACL deficiency or ACL reconstruction  is essential  in order  to  improve  the outcome of  rehabilitation. Future  research  ideas  involve  analysis  of  more  challenging  rehabilitation exercises in patients with ACL reconstruction. Exercises used at later phases in the  rehabilitation  need  to  be  evaluated  for  their  effect  on  dynamic  knee stability.  Subsequently,  it would  be  interesting  to  investigate dynamic  tibial translation  and  muscle  function  after  different  rehabilitation  programs  for patients with ACL reconstruction using a RCT design. 

Conclusions 

    80 

CONCLUSIONS 

1) 1RM as an evaluation method for muscle strength • The  intra‐  and  inter‐rater  reliability  of  1RM  of  a  seated  knee 

extension  on  one  leg were  clinically  acceptable.  The  inter‐rater reliability of 1RM of a squat on one leg was clinically acceptable. On  the  contrary,  the  intra‐rater  reliability,  with  assessment  of 1RM  of  a  squat  on  one  leg  performed  on  different  days,  was lower. 

• The systematic procedure for the establishment of 1RM developed 

in the present study can be recommended for use in a clinic or in research.  The  assessment  is  suitable  exclusively when maximal load is allowed. 

2) Exercises in closed and open kinetic chain 

• One specific exercise session  including cycling and a maximum number of knee extensions and heel raises did not influence static or dynamic sagittal  tibial  translation  (the Lachman  test, maximal isometric  quadriceps  contraction,  squat  on  one  leg  and  gait)  in uninjured individuals. 

 • A  comprehensive  rehabilitation  program  with  isolated 

quadriceps training  in OKC  led to significantly greater  isokinetic quadriceps  strength  compared  to CKC  rehabilitation  in patients with  ACL  deficiency.  Hamstring  strength,  static  and  dynamic translation, and functional outcome were similar between groups. Patients  with  ACL  deficiency  may  need  OKC  quadriceps strengthening to regain good muscle strength. 

 • Comparing  different  rehabilitation  exercises  five weeks  after ACL reconstruction: 

Seated  knee  extension  produced  significantly  more anterior  tibial  translation  compared  to  the  straight  leg raise  and  standing  on  one  leg.  However,  all  exercises produced  less  or  equal  amount  of  anterior  tibial 

Conclusions 

    81 

translation  as  the  90N  Lachman  test  and  should  not involve excessive strain on the ACL graft. 

  Vastus  medialis  and  lateralis  activation  was  greater during  the  seated  knee  extension  and  squat  on  one  leg compared  to  heel  raise  and  standing  on  one  leg. Hamstring activation was high during gait and squat on one  leg.  Gastrocnemius  and  soleus  were  challenged during gait, squat on one leg and heel rise. 

 3) Dynamic  and  static  knee  stability  in  patients  with  ACL deficiency or ACL reconstruction 

• Five weeks after  the ACL  reconstruction  the  static and dynamic tibial  translation  in  the  ACL  reconstructed  knee  did  not  differ from the tibial translation on the uninjured knee.  

 • Tibial translation during the seated knee extension, squat on one 

leg and squat on two legs was significantly reduced after the ACL reconstruction as compared to before.  

 • Patients in the early phase after ACL injury or ACL reconstruction 

used  a  joint  stiffening  strategy  including  a  reduced  peak  knee extension  angle  during  gait  and  increased  hamstring  activation during  activity,  which  reduces  the  dynamic  tibial  translation. Patients  with  ACL  deficiency  that  completed  a  four  months rehabilitation program used a movement pattern  that was more close to normal. The results suggest that the rehabilitation leads to a  more  coordinated  movement  pattern  without  excessive hamstring activation. 

 

 

Summary in Swedish 

    82 

SAMMANFATTNING 

  Främre  korsbandsskador  är  vanligt  förekommande  bland  unga idrottsaktiva  individer. Skadan  resulterar  i  en ökad  framåtglidning  (anterior translation)  av  tibia  i  förhållande  till  femur,  och  leder  därmed  till  att rörelsemönstret i knäleden förändras. Många patienter besväras av instabilitet och  upplever  att  de  inte  kan  lita  på  knäleden.  Kvarstående  besvär  trots behandling är vanligt och leder i många fall till att individer tvingas sänka sin aktivitetsnivå  eller  sluta  med  sin  idrott.  Skadan  behandlas  med  enbart rehabilitering  alternativt  rekonstruktion  av  korsbandet  med  efterföljande rehabilitering.  Det  saknas  kunskap  om  hur  en  främre  korsbands‐rekonstruktion och/eller  rehabilitering påverkar den dynamiska  stabiliteten  i knäleden.   Det övergripande syftet med denna avhandling var att studera dynamisk stabilitet  i knäleden under och efter  rehabilitering hos  individer med  främre korsbandsskada.  Mer  specifika  syften  var  1)  att  utveckla  en  metod  för utvärdering  av muskelfunktion  och  2)  att  utvärdera  effekten  av  övningar  i sluten  och  öppen  kinetisk  kedja  samt  3)  att  utvärdera  dynamisk  stabilitet  i knäleden  hos  patienter  med  främre  korsbandsskada  eller  främre korsbandsrekonstruktion.   Intra‐  och  interbedömarreliabilitet  av  1  repetitionsmaximum  (RM)  på sittande  knäextension  var  acceptabel.  Interbedömarreliabilitet  av  1RM  på stående  knäflexion  var  också  acceptabel, men  intrabedömarreliabiliteten  var lägre.   Ett  specifikt  träningspass  inkluderande  cykling  och  ett  maximalt  antal knäextensioner  och  tåhävningar  påverkade  inte  statisk  eller  dynamisk translation  av  tibia  på  individer  utan  knäskada.  Ett  sammansatt rehabiliteringsprogram med isolerad quadricepsträning i öppen kinetisk kedja resulterade  i  signifikant bättre quadricepsstyrka  jämfört med  rehabilitering  i sluten  kinetisk  kedja  för  patienter  med  främre  korsbandsskada. Hamstringsstyrka, statisk och dynamisk translation av tibia samt knäfunktion skiljde  sig  inte  mellan  grupperna.  Fem  veckor  efter  främre  korsbands‐rekonstruktion producerade sittande knäextension mer anterior translation av tibia  jämfört  med  rakt  benlyft  och  stående  på  ett  ben.  Alla  övningar producerade mindre  eller  lika mycket  anterior  translation  av  tibia  som  90N Lachman test. 

      Summary in Swedish 

 

    83 

  Fem  veckor  efter  främre  korsbandsrekonstruktion  skilde  sig  inte  statisk och  dynamisk  translation  av  tibia  i  den  korsbandsrekonstruerade  knäleden från translationen i knäleden som inte var skadad. Patienter i en tidig fas efter främre korsbandsskada eller  främre korsbandsrekonstruktion rörde knäleden stelare och aktiverade hamstrings i större utsträckning för att stabilisera leden. Detta  rörelsemönster  reducerar  den  dynamiska  translationen  av  tibia. Patienter  med  främre  korsbandsskada  som  genomgått  ett  fyra  månaders rehabiliteringsprogram hade ett mer normalt rörelsemönster.     

Acknowledgements 

    84 

ACKNOWLEDGEMENTS 

I wish to express my appreciation and gratitude to all of you who made this thesis possible,  and  in different ways have  supported me during  this work. Especially I would like to thank:  Associate  professor  Joanna  Kvist,  my  main  tutor,  for  sharing  all  your knowledge  in  this  research  area with me. Thanks  for  introducing me  in  the laboratory and teaching me the methods, and for continuous inspiration, great support and excellent guiding throughout the work with my thesis.  Professor Birgitta Öberg, my co‐tutor, for all support. Thank you for your wise and valuable comments, and sharing your analytic skills and great knowledge in research.  Associate professor  Lars Good, my  co‐author  in paper  III,  for  cooperation  in recruiting  the  patients  and  for  constructive  and  valuable  comments  on  the study design and the manuscript.  My  colleagues  at  the  Division  of  Physiotherapy,  for  kind  support.  Thanks  for fruitful discussions and valuable  comments during  the  seminars  throughout the  years.  Especially  thanks  to  my  PhD  student  colleagues  Jenny  Sjödahl, Charlotte  Norgren,  Emma  Nilsing,  Pia  Ödman  and  Annelie  Gutke  for  nice cooperation and  friendship.  Jenny also  for helping me  in  the  laboratory, and for discussions about research and all other things in life. Åsa Fahlstedt, Emma Winquist  and  Elin  Wistrand  for  excellent  administrative  support.  My physiotherapy colleagues Anna Enblom,  Jenny Nordqvist and Emma Abou‐Zeid, for friendship and for showing interest in my work.  Jan  Gillquist  for  valuable  comments  on  the  study  design  in  study  I.  Karola Messner  for making  it possible  for me  to be admitted as a doctorate student. Anna Fahlgren for support and help at the Division of Sport Medicine when I begun this work, and for continuous constructive criticism.  My  physiotherapy  colleagues  at  Feelgood  and  Aktiva  Rehab  for  stimulating discussions and cooperation. Special gratitude to Sören Ivarsson, Johan Carlsson, 

      Acknowledgements 

 

    85 

Johan Holmberg and Magnus Wretman for monitoring the patient rehabilitation in  the RCT  study. Catrine  for  administrative  support  in  the RCT  study,  and Malin, Anna, Rose‐Marie, Emma, Lisa  and  all others  at  the  reception desk  for help with the inclusion of the patients. Stenove Ringborg, Torbjörn Lindblom and Peter  Erlandsson,  my  former  and  present  bosses  at  Feelgood,  for  showing interest in my work, and letting my work fulltime as PhD student this last year to finish my thesis.  The physical therapists Per Axelsson, Bettina Hillborg, and Marie Rydén for help with data collection in study II.  Olle Eriksson and Henrik Magnusson for statistical advice.  All participants in the studies.  My  parents,  Helen  and  Jörgen  for  always  believing  in  me  and  giving  me endless support. My sisters Lisa and Åsa for friendship. All friends and relatives for being there. Linus, for love and support and for always encouraging me.  The Centre  for Orthopaedics at  the University Hospital  in Linköping  for co‐operation.  This  project was  supported  by  the  Faculty  of Health  Sciences  at Linköpings Universitet and by grants  from  the Swedish National Centre  for Research in Sports and the County Council of Östergötland.  

References 

    86 

REFERENCES 

1.  www.nko.se Nationellt Kompetenscentrum för Ortopedi (NKO). 2.  Aagaard P, Simonsen EB, Trolle M, Bangsbo  J, Klausen K. Specificity of 

training  velocity  and  training  load  on  gains  in  isokinetic  knee  joint strength. Acta Physiol Scand. 1996;156:123‐129. 

3.  Ageberg  E,  Roberts  D,  Holmstrom  E,  Friden  T.  Balance  in  single‐limb stance in patients with anterior cruciate ligament injury: relation to knee laxity,  proprioception, muscle  strength,  and  subjective  function. Am  J Sports Med. 2005;33:1527‐1535. 

4.  Agel  J,  Arendt  EA,  Bershadsky  B.  Anterior  cruciate  ligament  injury  in national  collegiate  athletic  association basketball  and  soccer:  a  13‐year review. Am J Sports Med. 2005;33:524‐530. 

5.  Ait Si Selmi T, Fithian D, Neyret P. The evolution of osteoarthritis  in 103 patients  with  ACL  reconstruction  at  17  years  follow‐up.  Knee. 2006;13:353‐358. 

6.  Albert MS, Principles  of  exercise  progression,  in Rehabilitation  of  the  knee:  a problem  solving  approach,  B.H.  Greenfield,  Editor.  1993,  F.A.  Davis Company: Philadelphia. p. 110‐136. 

7.  Anderson FC, Pandy MG.  Individual muscle contributions  to  support  in normal walking. Gait Posture. 2003;17:159‐169. 

8.  Arendt  E,  Dick  R.  Knee  injury  patterns  among  men  and  women  in collegiate basketball  and  soccer. NCAA data  and  review  of  literature. Am J Sports Med. 1995;23:694‐701. 

9.  Arendt EA. Anterior  cruciate  ligament  injuries. Curr Womens Health Rep. 2001;1:211‐217. 

10.  Arendt  EA, Agel  J, Dick  R. Anterior Cruciate  Ligament  Injury  Patterns Among Collegiate Men and Women. J Athl Train. 1999;34:86‐92. 

11.  Arms SW, Pope MH, Johnson RJ, Fischer RA, Arvidsson I, Eriksson E. The biomechanics  of  anterior  cruciate  ligament  rehabilitation  and reconstruction. Am J Sports Med. 1984;12:8‐18. 

12.  Atkinson G, Nevill AM.  Statistical methods  for  assessing measurement error  (reliability)  in  variables  relevant  to  sports medicine.  Sports Med. 1998;26:217‐238. 

13.  Augustsson  J,  Kinetic  chain  weight  training,  strength  assessment,  and functional performance testing. With reference to sports and rehabilitation,  in 

References 

 

  87

Department of Orthopaedics, Institute of Surgical Sciences and Rehabilitation Medicine,  Institute  of  Clinical  Neuroscience.  2003,  The  Sahlgrenska Academy at Göteborg University: Göteborg, Sweden. 

14.  Augustsson  J, Esko A, Thomee R,  Svantesson U. Weight  training  of  the thigh  muscles  using  closed  vs.  open  kinetic  chain  exercises:  a comparison  of  performance  enhancement.  J  Orthop  Sports  Phys  Ther. 1998;27:3‐8. 

15.  Augustsson J, Thomee R. Ability of closed and open kinetic chain tests of muscular  strength  to  assess  functional  performance.  Scand  J Med  Sci Sports. 2000;10:164‐168. 

16.  Augustsson J, Thomee R, Karlsson J. Ability of a new hop test to determine functional deficits  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2004;12:350‐356. 

17.  Babault  N,  Pousson M,  Ballay  Y,  Van  Hoecke  J.  Activation  of  human quadriceps  femoris  during  isometric,  concentric,  and  eccentric contractions. J Appl Physiol. 2001;91:2628‐2634. 

18.  Baratta R, Solomonow M, Zhou BH, Letson D, Chuinard R, DʹAmbrosia R. Muscular  coactivation.  The  role  of  the  antagonist  musculature  in maintaining knee stability. Am J Sports Med. 1988;16:113‐122. 

19.  Barrack RL, Munn BG, Effects of knee  ligament  injury and  reconstruction on proprioception, in Proprioception and neuromuscular control in joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. 

20.  Barrack  RL,  Skinner  HB,  The  sensory  function  of  knee  ligaments,  in  Knee Ligaments.  Structure,  function,  injury  and  repair.,  D.M.  Daniel,  W.H. Akeson, and J.J. O´Connor, Editors. 1990, Raven Press: New York. p. 95‐114. 

21.  Barrack  RL,  Skinner  HB,  Buckley  SL.  Proprioception  in  the  anterior cruciate deficient knee. Am J Sports Med. 1989;17:1‐6. 

22.  Barrance PJ, Williams GN, Snyder‐Mackler L, Buchanan TS. Altered knee kinematics  in ACL‐deficient non‐copers:  a  comparison using dynamic MRI. J Orthop Res. 2006;24:132‐140. 

23.  Basmajian  JV, De  Luca CJ, Description  and  analysis  of  the  EMG  signal,  in Muscles alive. Their functions revealed by electromyography, 5th ed., J. Butler, Editor. 1985, Williams and Wilkins: Baltimore. p. 65‐100. 

24.  Basmajian JV, De Luca CJ, EMG signal amplitude and force, in Muscles alive. Their functions revealed by electromyography, 5th ed., J. Butler, Editor. 1985, Williams and Wilkins: Baltimore. p. 187‐200. 

References 

    88 

25.  Beard  DJ,  Kyberd  PJ,  Fergusson  CM,  Dodd  CA.  Proprioception  after rupture of the anterior cruciate ligament. An objective indication of the need for surgery? J Bone Joint Surg Br. 1993;75:311‐315. 

26.  Beard  DJ,  Kyberd  PJ,  OʹConnor  JJ,  Fergusson  CM,  Dodd  CA.  Reflex hamstring contraction latency in anterior cruciate ligament deficiency. J Orthop Res. 1994;12:219‐228. 

27.  Beard DJ, Murray DW, Gill HS, Price AJ, Rees  JL, Alfaro‐Adrian  J, Dodd CA.  Reconstruction  does  not  reduce  tibial  translation  in  the  cruciate‐deficient knee an in vivo study. J Bone Joint Surg Br. 2001;83:1098‐1103. 

28.  Beling  J, Wolfe  GA,  Allen  KA,  Boyle  JM.  Lower  extremity  preference during  gross  and  fine motor  skills  performed  in  sitting  and  standing postures. J Orthop Sports Phys Ther. 1998;28:400‐404. 

29.  Benoit DL, Ramsey DK, Lamontagne M, Xu L, Wretenberg P, Renstrom P. Effect  of  skin movement  artifact  on  knee  kinematics  during  gait  and cutting motions measured in vivo. Gait Posture. 2006;24:152‐164. 

30.  Berchuck  M,  Andriacchi  TP,  Bach  BR,  Reider  B.  Gait  adaptations  by patients who  have  a  deficient  anterior  cruciate  ligament.  J  Bone  Joint Surg Am. 1990;72:871‐877. 

31.  Beynnon  BD,  Fleming  BC.  Anterior  cruciate  ligament  strain  in‐vivo:  a review of previous work. J Biomech. 1998;31:519‐525. 

32.  Beynnon  BD,  Fleming  BC,  Johnson RJ, Nichols CE, Renstrom  PA,  Pope MH.  Anterior  cruciate  ligament  strain  behavior  during  rehabilitation exercises in vivo. Am J Sports Med. 1995;23:24‐34. 

33.  Beynnon BD, Johnson RJ, Abate JA, Fleming BC, Nichols CE. Treatment of anterior cruciate ligament injuries, part 2. Am J Sports Med. 2005;33:1751‐1767. 

34.  Beynnon BD, Johnson RJ, Abate JA, Fleming BC, Nichols CE. Treatment of anterior cruciate ligament injuries, part I. Am J Sports Med. 2005;33:1579‐1602. 

35.  Beynnon  BD,  Johnson  RJ,  Fleming  BC.  The  science  of  anterior  cruciate ligament rehabilitation. Clin Orthop Relat Res. 2002:9‐20. 

36.  Beynnon  BD,  Johnson  RJ,  Fleming  BC,  Stankewich  CJ,  Renstrom  PA, Nichols CE. The strain behavior of the anterior cruciate ligament during squatting and active flexion‐extension. A comparison of an open and a closed kinetic chain exercise. Am J Sports Med. 1997;25:823‐829. 

37.  Beynnon BD, Uh BS, Johnson RJ, Abate JA, Nichols CE, Fleming BC, Poole AR,  Roos  H.  Rehabilitation  after  anterior  cruciate  ligament reconstruction: a prospective, randomized, double‐blind comparison of 

References 

 

  89

programs administered over 2 different time intervals. Am J Sports Med. 2005;33:347‐359. 

38.  Biau DJ, Tournoux C, Katsahian S, Schranz PJ, Nizard RS. Bone‐patellar tendon‐bone  autografts versus hamstring  autografts  for  reconstruction of anterior cruciate ligament: meta‐analysis. Bmj. 2006;332:995‐1001. 

39.  Biedert RM, Contribution  of  the  three  levels  of nervous  system motor  control: spinal cord, lower brain, cerebral cortex, in Proprioception and neuromuscular control in joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. 

40.  Bland  JM,  Altman  DG.  Statistical  methods  for  assessing  between  two methods of clinical measurement. Lancet. 1986;feb 8:307‐310. 

41.  Boden BP, Dean GS, Feagin JA, Jr., Garrett WE, Jr. Mechanisms of anterior cruciate ligament injury. Orthopedics. 2000;23:573‐578. 

42.  Borg G. Perceived exertion as an indicator of somatic stress. Scand J Rehabil Med. 1970;2:92‐98. 

43.  Brandsson  S,  Karlsson  J,  Sward  L,  Kartus  J,  Eriksson  BI,  Karrholm  J. Kinematics and  laxity of  the knee  joint after anterior cruciate  ligament reconstruction: pre‐  and postoperative  radiostereometric  studies. Am  J Sports Med. 2002;30:361‐367. 

44.  Bruton A, Conway  JH, Holgate  ST. Reliability: what  is  it,  and how  is  it measured? Physiotherapy. 2000;86:94‐99. 

45.  Butler  DL,  Noyes  FR,  Grood  ES.  Ligamentous  restraints  to  anterior‐posterior drawer in the human knee. A biomechanical study. J Bone Joint Surg Am. 1980;62‐A:259‐270. 

46.  Bynum EB, Barrack RL, Alexander AH. Open versus closed chain kinetic exercises after anterior cruciate  ligament  reconstruction. A prospective randomized study. Am J Sports Med. 1995;23:401‐406. 

47.  Caborn  DN,  Johnson  BM.  The  natural  history  of  the  anterior  cruciate ligament‐deficient knee. A review. Clin Sports Med. 1993;12:625‐636. 

48.  Callaghan  MJ,  McCarthy  CJ,  Oldham  JA.  The  reliability  of  surface electromyography  to assess quadriceps fatigue during multi  joint  tasks in healthy and painful knees. J Electromyogr Kinesiol. 2007; 

49.  Campos GE, Luecke TJ, Wendeln HK, Toma K, Hagerman FC, Murray TF, Ragg KE, Ratamess NA, Kraemer WJ, Staron RS. Muscular adaptations in response to three different resistance‐training regimens: specificity of repetition maximum training zones. Eur J Appl Physiol. 2002;88:50‐60. 

50.  Carroll TJ, Riek S, Carson RG. Neural adaptations  to  resistance  training: implications for movement control. Sports Med. 2001;31:829‐840. 

References 

    90 

51.  Cascio  BM, Culp  L, Cosgarea AJ.  Return  to  play  after  anterior  cruciate ligament reconstruction. Clin Sports Med. 2004;23:395‐408, ix. 

52.  Chandrashekar  N,  Mansouri  H,  Slauterbeck  J,  Hashemi  J.  Sex‐based differences  in  the  tensile  properties  of  the  human  anterior  cruciate ligament. J Biomech. 2006;39:2943‐2950. 

53.  Chmielewski TL, Mizner RL, Padamonsky  II W, Snyder‐Mackler L, Knee, in  Physical  Therpies  in  Sport  and  Exercise,  G.S.  Kolt  and  L.  Snyder‐Mackler, Editors. 2003, Churchill Livingstone: Edinburgh. p. 379‐398. 

54.  Chmielewski TL, Stackhouse S, Axe MJ, Snyder‐Mackler L. A prospective analysis  of  incidence  and  severity  of  quadriceps  inhibition  in  a consecutive sample of 100 patients with complete acute anterior cruciate ligament rupture. J Orthop Res. 2004;22:925‐930. 

55.  Cibere  J,  Bellamy N,  Thorne  A,  Esdaile  JM, McGorm  KJ,  Chalmers  A, Huang S, Peloso P, Shojania K, Singer J, Wong H, Kopec J. Reliability of the knee examination in osteoarthritis: effect of standardization. Arthritis Rheum. 2004;50:458‐468. 

56.  Ciubotariu  A,  Arendt‐Nielsen  L,  Graven‐Nielsen  T.  The  influence  of muscle pain and fatigue on the activity of synergistic muscles of the leg. Eur J Appl Physiol. 2004;91:604‐614. 

57.  Clark BC, Cook SB, Ploutz‐Snyder LL. Reliability of  techniques  to assess human  neuromuscular  function  in  vivo.  J  Electromyogr  Kinesiol. 2007;17:90‐101. 

58.  Clarkson PM, Hubal MJ. Exercise‐induced muscle damage in humans. Am J Phys Med Rehabil. 2002;81:S52‐69. 

59.  Daniel  DM,  Diagnosis  of  a  ligament  injury,  in  Knee  ligaments.  Structure, function, injury and repair., D.M. Daniel, W.H. Akeson, and J.J. OʹConnor, Editors. 1990, Raven Press: New York. p. 3‐10. 

60.  Daniel  DM,  Fithian  DC.  Indications  for  ACL  surgery.  Arthroscopy. 1994;10:434‐441. 

61.  Daniel DM,  Stone ML,  Instrumented measurement  of  knee motion,  in  Knee ligaments.  Structure,  function,  injury  and  repair.,  D.M.  Daniel,  W.H. Akeson,  and  J.J. OʹConnor,  Editors.  1990,  Raven  Press: New  York.  p. 421‐426. 

62.  Daniel DM, Stone ML, KT‐1000 anterior‐posterior displacement measurements, in Knee ligaments. Structure, function, injury and repair., D.M. Daniel, W.H. Akeson,  and  J.J. OʹConnor,  Editors.  1990,  Raven  Press: New  York.  p. 427‐447. 

References 

 

  91

63.  Daniel DM, Stone ML, Sachs R, Malcom L. Instrumented measurement of anterior  knee  laxity  in  patients with  acute  anterior  cruciate  ligament disruption. Am J Sports Med. 1985;13:401‐407. 

64.  Dauty  M,  Tortellier  L,  Rochcongar  P.  Isokinetic  and  anterior  cruciate ligament  reconstruction  with  hamstrings  or  patella  tendon  graft: analysis of literature. Int J Sports Med. 2005;26:599‐606. 

65.  de  Jong  SN,  van  Caspel  DR,  van  Haeff  MJ,  Saris  DB.  Functional assessment  and  muscle  strength  before  and  after  reconstruction  of chronic anterior cruciate ligament lesions. Arthroscopy. 2007;23:21‐28, 28 e21‐23. 

66.  DeCarlo M, Porter DA, Gehlsen G, Bahamonde R. Electromyographic and cinematographic analysis of the lower extremity during closed and open kinetic chain exercise. Isokinet Exerc Sci. 1992;2:24‐29. 

67.  Dejour H,  Bonnin M.  Tibial  translation  after  anterior  cruciate  ligament rupture.  Two  radiological  tests  compared.  J  Bone  Joint  Surg  Br. 1994;76:745‐749. 

68.  Dunn WR, Lyman S, Lincoln AE, Amoroso PJ, Wickiewicz T, Marx RG. The  effect  of  anterior  cruciate  ligament  reconstruction  on  the  risk  of knee reinjury. Am J Sports Med. 2004;32:1906‐1914. 

69.  Dye SF, Vaupel GL, Functional anatomy of the knee: bony geometry, static and dynamic  restraints,  sensory  and  motor  innervation,  in  Proprioception  and neuromuscular control in joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. 

70.  Dye SF, Wojtys EM, Fu FH, Fithian DC, Gillquist I. Factors contributing to function of  the knee  joint after  injury or  reconstruction of  the anterior cruciate ligament. Instr Course Lect. 1999;48:185‐198. 

71.  Eastlack ME, Axe MJ, Snyder‐Mackler L. Laxity, instability, and functional outcome  after  ACL  injury:  copers  versus  noncopers.  Med  Sci  Sports Exerc. 1999;31:210‐215. 

72.  Elmlinger  BS, Nyland  JA,  Tillett  ED. Knee  flexor  function  2  years  after anterior  cruciate  ligament  reconstruction with  semitendinosus‐gracilis autografts. Arthroscopy. 2006;22:650‐655. 

73.  Elmqvist  LG,  Lorentzon  R,  Johansson  C,  Langstrom  M,  Fagerlund  M, Fugl‐Meyer  AR.  Knee  extensor  muscle  function  before  and  after reconstruction  of  anterior  cruciate  ligament  tear.  Scand  J  Rehabil Med. 1989;21:131‐139. 

74.  Engstrom B, Gornitzka  J,  Johansson C, Wredmark T. Knee  function after anterior  cruciate  ligament  ruptures  treated  conservatively.  Int Orthop. 1993;17:208‐213. 

References 

    92 

75.  Enoka RM. Muscle strength and its development. New perspectives. Sports Med. 1988;6:146‐168. 

76.  Escamilla  R, Wickham  R,  Exercise‐based  conditioning  and  rehabiliation,  in Physical Therapies in Sport and Exercise, G.S. Kolt and L. Snyder‐Mackler, Editors. 2003, Churchill Livingstone: Edinburgh. p. 143‐164. 

77.  Escamilla RF, Fleisig GS, Zheng N, Barrentine SW, Wilk KE, Andrews JR. Biomechanics of  the knee during closed kinetic chain and open kinetic chain exercises. Med Sci Sports Exerc. 1998;30:556‐569. 

78.  Fahrer H, Rentsch HU, Gerber NJ, Beyeler C, Hess CW, Grunig B. Knee effusion  and  reflex  inhibition  of  the  quadriceps.  A  bar  to  effective retraining. J Bone Joint Surg Br. 1988;70:635‐638. 

79.  Fithian DC, Paxton EW, Stone ML, Luetzow WF, Csintalan RP, Phelan D, Daniel  DM.  Prospective  trial  of  a  treatment  algorithm  for  the management of the anterior cruciate ligament‐injured knee. Am J Sports Med. 2005;33:335‐346. 

80.  Fitzgerald  GK.  Open  versus  closed  kinetic  chain  exercise:  issues  in rehabilitation  after  anterior  cruciate  ligament  reconstructive  surgery. Phys Ther. 1997;77:1747‐1754. 

81.  Fitzgerald GK, Axe MJ, Snyder‐Mackler L. A decision‐making scheme for returning  patients  to  high‐level  activity  with  nonoperative  treatment after  anterior  cruciate  ligament  rupture.  Knee  Surg  Sports  Traumatol Arthrosc. 2000;8:76‐82. 

82.  Fleming  B,  Beynnon  B,  Nichols  C,  Johnson  R,  Pope  M.  An  in  vivo comparison of anterior  tibial  translation and strain  in  the anteromedial band of the anterior cruciate ligament. J Biomech. 1993;26:51‐58. 

83.  Fleming  BC, Oksendahl H,  Beynnon  BD. Open‐  or  closed‐kinetic  chain exercises after anterior cruciate ligament reconstruction? Exerc Sport Sci Rev. 2005;33:134‐140. 

84.  Fleming BC, Renstrom PA, Beynnon BD, Engstrom B, Peura GD, Badger GJ,  Johnson  RJ.  The  effect  of weightbearing  and  external  loading  on anterior cruciate ligament strain. J Biomech. 2001;34:163‐170. 

85.  Fleming BC, Renstrom PA, Ohlen G, Johnson RJ, Peura GD, Beynnon BD, Badger GJ. The gastrocnemius muscle  is  an  antagonist  of  the  anterior cruciate ligament. J Orthop Res. 2001;19:1178‐1184. 

86.  Forssblad  M,  Valentin  A,  Engstrom  B, Werner  S.  ACL  reconstruction: patellar  tendon versus hamstring grafts‐‐economical aspects. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2006;14:536‐541. 

87.  Frank  CB,  Jackson  DW.  The  science  of  reconstruction  of  the  anterior cruciate ligament. J Bone Joint Surg Am. 1997;79:1556‐1576. 

References 

 

  93

88.  Freedman KB, DʹAmato MJ, Nedeff DD, Kaz A, Bach BR, Jr. Arthroscopic anterior  cruciate  ligament  reconstruction:  a  metaanalysis  comparing patellar  tendon  and  hamstring  tendon  autografts.  Am  J  Sports  Med. 2003;31:2‐11. 

89.  Friden T, Roberts D, Ageberg E, Walden M, Zatterstrom R. Review of knee proprioception and  the  relation  to extremity  function after an anterior cruciate ligament rupture. J Orthop Sports Phys Ther. 2001;31:567‐576. 

90.  Frobell RB, Lohmander LS, Roos HP. Acute rotational trauma to the knee: poor  agreement  between  clinical  assessment  and magnetic  resonance imaging findings. Scand J Med Sci Sports. 2007;17:109‐114. 

91.  Fujita  I,  Nishikawa  T,  Kambic  HE,  Andrish  JT,  Grabiner  MD. Characterization of hamstring reflexes during anterior cruciate ligament disruption: in vivo results from a goat model. J Orthop Res. 2000;18:183‐189. 

92.  Gabriel MT, Wong EK, Woo SL, Yagi M, Debski RE. Distribution of in situ forces  in  the anterior cruciate  ligament  in  response  to  rotatory  loads.  J Orthop Res. 2004;22:85‐89. 

93.  Garrandes F, Colson SS, Parisaux JM, Legros P. Knee isometric torque and electromyographic  specificities  after  semitendinosus  and  gracilis hamstrings  anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  Am  J  Phys Med Rehabil. 2006;85:127‐134. 

94.  Georgoulis AD, Papadonikolakis A, Papageorgiou CD, Mitsou A, Stergiou N.  Three‐dimensional  tibiofemoral  kinematics  of  the  anterior  cruciate ligament‐deficient and reconstructed knee during walking. Am  J Sports Med. 2003;31:75‐79. 

95.  Gillquist  J, Messner K. Anterior cruciate  ligament  reconstruction and  the long‐term incidence of gonarthrosis. Sports Med. 1999;27:143‐156. 

96.  Gobbi  A,  Francisco  R.  Factors  affecting  return  to  sports  after  anterior cruciate  ligament  reconstruction  with  patellar  tendon  and  hamstring graft:  a  prospective  clinical  investigation.  Knee  Surg  Sports  Traumatol Arthrosc. 2006;14:1021‐1028. 

97.  Gogia  PP,  Braatz  JH,  Rose  SJ,  Norton  BJ.  Reliability  and  validity  of goniometric measurements at the knee. Phys Ther. 1987;67:192‐195. 

98.  Goradia VK, Grana WA,  Pearson  SE.  Factors  associated with  decreased muscle  strength  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction  with hamstring tendon grafts. Arthroscopy. 2006;22:80. 

99.  Graham VL, Gehlsen GM, Edwards  JA. Electromyographic Evaluation of Closed  and Open Kinetic Chain Knee  Rehabilitation  Exercises.  J Athl Train. 1993;28:23‐30. 

References 

    94 

100.  Grana WA, Muse  G.  The  effect  of  exercise  on  laxity  in  the  anterior cruciate ligament deficient knee. Am J Sports Med. 1988;16:586‐588. 

101.  Graven‐Nielsen  T,  Svensson  P,  Arendt‐Nielsen  L.  Effects  of experimental muscle pain on muscle activity and co‐ordination during static and dynamic motor  function. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1997;105:156‐164. 

102.  Greenberger HB,  Paterno MV. Relationship  of  knee  extensor  strength and  hopping  test  performance  in  the  assessment  of  lower  extremity function. J Orthop Sports Phys Ther. 1995;22:202‐206. 

103.  Greenfield BH, Functional anatomy of the knee, in Rehabilitation of the knee: a  problem‐solving  approach,  B.H.  Greenfield,  Editor.  1993,  F.A.  Davis Company: Philadelphia. p. 3‐42. 

104.  Griffin  LY,  Agel  J,  Albohm  MJ,  Arendt  EA,  Dick  RW,  Garrett WE, Garrick  JG, Hewett TE, Huston L,  Ireland ML,  Johnson RJ, Kibler WB, Lephart S, Lewis JL, Lindenfeld TN, Mandelbaum BR, Marchak P, Teitz CC, Wojtys  EM.  Noncontact  anterior  cruciate  ligament  injuries:  risk factors and prevention strategies. J Am Acad Orthop Surg. 2000;8:141‐150. 

105.  Griffin LY, Albohm MJ, Arendt EA, Bahr R, Beynnon BD, Demaio M, Dick  RW,  Engebretsen  L,  Garrett WE,  Jr.,  Hannafin  JA,  Hewett  TE, Huston LJ, Ireland ML, Johnson RJ, Lephart S, Mandelbaum BR, Mann BJ, Marks PH, Marshall SW, Myklebust G, Noyes FR, Powers C, Shields C,  Jr., Shultz SJ, Silvers H, Slauterbeck  J, Taylor DC, Teitz CC, Wojtys EM, Yu B. Understanding and preventing noncontact anterior cruciate ligament injuries: a review of the Hunt Valley II meeting, January 2005. Am J Sports Med. 2006;34:1512‐1532. 

106.  Grimsby  O.  Scientific‐therapeutic‐exercise  progressions.  The  journal  of manual and manipulative therapy. 1994;2:94‐101. 

107.  Grood ES, Suntay WJ, Noyes FR, Butler DL. Biomechanics of the knee‐extension exercise. Effect of cutting the anterior cruciate ligament. J Bone Joint Surg Am. 1984;66‐A:725‐734. 

108.  Gustavsson  A,  Neeter  C,  Thomee  P,  Silbernagel  KG,  Augustsson  J, Thomee R, Karlsson J. A test battery for evaluating hop performance in patients with  an ACL  injury  and  patients who  have  undergone ACL reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2006;14:778‐788. 

109.  Heijne A, Fleming BC, Renstrom PA, Peura GD, Beynnon BD, Werner S. Strain  on  the  anterior  cruciate  ligament  during  closed  kinetic  chain exercises. Med Sci Sports Exerc. 2004;36:935‐941. 

110.  Heijne  A,  Werner  S.  Early  versus  late  start  of  open  kinetic  chain quadriceps  exercises  after ACL  reconstruction with patellar  tendon or 

References 

 

  95

hamstring grafts: a prospective  randomized outcome  study. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2007;15:402‐414. 

111.  Heimer  L,  Spinal  cord  motor  structures  and  the  descending  supraspinal pathways,  in  The  human  brain  and  spinal  cord.  2nd  ed.  1995,  Springer‐Verlag: New York. p. 315‐334. 

112.  Heintjes E, Berger MY, Bierma‐Zeinstra SM, Bernsen RM, Verhaar  JA, Koes BW. Exercise therapy for patellofemoral pain syndrome. Cochrane Database Syst Rev. 2003:CD003472. 

113.  Henriksson M, Rockborn P, Good L. Range of motion training  in brace vs.  plaster  immobilization  after  anterior  cruciate  ligament reconstruction:  a  prospective  randomized  comparison  with  a  2‐year follow‐up. Scand J Med Sci Sports. 2002;12:73‐80. 

114.  Hermens HJ, Fredriks B. The state of the art on sensors and sensor placement procedures  for  surface  electromyography:  a  proposal  for  sensor  placement procedures.  Enschede  the  Netherlands:  Roessingh  Research  and Development b.v.; 1997. 

115.  Herzog W, Longino D, Clark A. The role of muscles in  joint adaptation and degeneration. Langenbecks Arch Surg. 2003;388:305‐315. 

116.  Heuts PH, Vlaeyen JW, Roelofs J, de Bie RA, Aretz K, van Weel C, van Schayck OC.  Pain‐related  fear  and  daily  functioning  in  patients with osteoarthritis. Pain. 2004;110:228‐235. 

117.  Hewett  TE,  Lindenfeld  TN,  Riccobene  JV,  Noyes  FR.  The  effect  of neuromuscular  training  on  the  incidence  of  knee  injury  in  female athletes. A prospective study. Am J Sports Med. 1999;27:699‐706. 

118.  Hiemstra  LA, Webber  S, MacDonald  PB,  Kriellaars  DJ.  Contralateral limb  strength  deficits  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction using a hamstring tendon graft. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2007;22:543‐550. 

119.  Hiemstra LA, Webber  S, MacDonald PB, Kriellaars DJ. Knee  strength deficits  after  hamstring  tendon  and  patellar  tendon  anterior  cruciate ligament reconstruction. Med Sci Sports Exerc. 2000;32:1472‐1479. 

120.  Highgenboten  CL,  Jackson  A,  Meske  NB.  Genucom,  KT‐1000,  and Stryker  knee  laxity  measuring  device  comparisons.  Device reproducibility  and  interdevice  comparison  in  asymptomatic  subjects. Am J Sports Med. 1989;17:743‐746. 

121.  Higuchi H, Terauchi M, Kimura M, Kobayashi A, Takeda M, Watanabe H, Takagishi K. The relation between static and dynamic knee stability after ACL reconstruction. Acta Orthop Belg. 2003;69:257‐266. 

References 

    96 

122.  Hodges PW, Motor control, in Physical Therpies in Sport and Exercise, G.S. Kolt  and  L.  Snyder‐Mackler,  Editors.  2003,  Churchill  Livingstone: Edinburgh. p. 107‐125. 

123.  Hoeger WWK, Hopkins DR, Barette SL, Hale DF. Relationship between repetitions  and  selected  percentages  of  one  repetition  maximum:  a comparison between untrained  and  trained males  and  females.  J Appl Sport Sci Res. 1990;4:47‐54. 

124.  Holden  JP, Grood  ES,  Korvick DL,  Cummings  JF,  Butler DL,  Bylski‐Austrow  DI.  In  vivo  forces  in  the  anterior  cruciate  ligament:  direct measurements during walking and  trotting  in a quadruped.  J Biomech. 1994;27:517‐526. 

125.  Holm I, Risberg MA, Aune AK, Tjomsland O, Steen H. Muscle strength recovery  following  anterior  cruciate  ligament  reconstruction:  a prospective  study  of  151  patients with  a  two‐year  follow‐up.  Isokinet Exerc Sci. 2000;8:57‐63. 

126.  Hooper DM, Morrissey MC, Drechsler W, Morrissey D, King  J. Open and  closed  kinetic  chain  exercises  in  the  early  period  after  anterior cruciate  ligament  reconstruction.  Improvements  in  level walking,  stair ascent, and stair descent. Am J Sports Med. 2001;29:167‐174. 

127.  Hootman JM, Dick R, Agel J. Epidemiology of collegiate  injuries for 15 sports: summary and recommendations for injury prevention initiatives. J Athl Train. 2007;42:311‐319. 

128.  Hopkins JT, Ingersoll CD, Krause BA, Edwards JE, Cordova ML. Effect of  knee  joint  effusion  on  quadriceps  and  soleus  motoneuron  pool excitability. Med Sci Sports Exerc. 2001;33:123‐126. 

129.  Hopkins WG. Measures  of  reliability  in  sports medicine  and  science. Sports Med. 2000;30:1‐15. 

130.  Hopper DM, Goh SC, Wentworth LA, Chan DYK, Chau JHW, Wootton GJ,  Strauss GR,  Boyle  JJW.  Test‐retest  reliability  of  knee  rating  scales and  functional hop  tests one year  following anterior  cruciate  ligament reconstruction. Physical Therapy in Sport. 2002;3:10‐18. 

131.  Howell  SM. Anterior  tibial  translation during  a maximum quadriceps contraction: is it clinically significant? Am J Sports Med. 1990;18:573‐578. 

132.  Hsieh  HH,  Walker  PS.  Stabilizing  mechanisms  of  the  loaded  and unloaded knee joint. J Bone Joint Surg Am. 1976;58‐A:87‐93. 

133.  Hubal MJ, Gordish‐Dressman H, Thompson PD, Price TB, Hoffman EP, Angelopoulos  TJ,  Gordon  PM, Moyna NM,  Pescatello  LS,  Visich  PS, Zoeller  RF,  Seip  RL,  Clarkson  PM.  Variability  in  muscle  size  and 

References 

 

  97

strength  gain  after unilateral  resistance  training. Med  Sci  Sports Exerc. 2005;37:964‐972. 

134.  Hurd WJ, Axe MJ, Snyder‐Mackler L. A 10‐Year Prospective Trial of a Patient Management Algorithm and Screening Examination  for Highly Active  Individuals With  Anterior  Cruciate  Ligament  Injury  :  Part  2, Determinants of Dynamic Knee Stability. Am J Sports Med. 2007; 

135.  Hurley M, Jones D, Wilson D, Newham D. Rehabilitation of quadriceps inhibited  due  to  isolated  rupture  of  the  anterior  cruciate  ligament. Journal of ortopeaedic reumatology. 1992;5:145‐154. 

136.  Hurley  MV.  The  effects  of  joint  damage  on  muscle  function, proprioception and rehabilitation. Man Ther. 1997;2:11‐17. 

137.  Huston L, Wojtys E, Neuromuscular performance in the ACL‐deficient knee, in Proprioception and neuromuscular control  in  joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. 

138.  Häkkinen K. Neuromuscular adaptation during strength training, aging, detraining,  and  immobilization. Crit Rev Phys Rehabil Med.  1994;6:161‐198. 

139.  Ireland  ML.  Anterior  Cruciate  Ligament  Injury  in  Female  Athletes: Epidemiology. J Athl Train. 1999;34:150‐154. 

140.  Irrgang JJ, Neri R, The rationale for open and closed kinetic chain activities for restoration  of  proprioception  and neuromuscular  control  following  injury,  in Proprioception and neuromuscular control in joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. p. 363‐374. 

141.  Isaac DL, Beard DJ,  Price AJ, Rees  J, Murray DW, Dodd CA.  In‐vivo sagittal plane knee kinematics: ACL  intact, deficient and reconstructed knees. Knee. 2005;12:25‐31. 

142.  Isberg J, Faxen E, Brandsson S, Eriksson BI, Karrholm J, Karlsson J. Early active extension after anterior cruciate ligament reconstruction does not result  in  increased  laxity  of  the  knee.  Knee  Surg  Sports  Traumatol Arthrosc. 2006;14:1108‐1115. 

143.  Jarvela T, Kannus P, Latvala K,  Jarvinen M.  Simple measurements  in assessing muscle performance after an ACL reconstruction.  Int  J Sports Med. 2002;23:196‐201. 

144.  Johansson  H,  Pedersen  J,  Bergenheim M,  Djupsjöbacka M,  Peripheral afferents  of  the  knee:  their  effects  on  central mechanisms  regulating muscle stiffness, joint stability, and proprioception and coordination, in Proprioception and  neuromuscular  control  in  joint  stability,  S.M.  Lephart  and  F.H.  Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. 

References 

    98 

145.  Johansson H, Sjolander P, Sojka P. Receptors in the knee joint ligaments and  their  role  in  the  biomechanics  of  the  joint.  Crit  Rev  Biomed  Eng. 1991;18:341‐368. 

146.  Jones D, Round J, de Haan A, Muscle growth, development, adaptions and ageing,  in Skeletal muscle  from molecules  to movement. A  textbook of muscle physiology  for  sport,  exercise,  physiotherapy  and  medicine.  2004,  Elsevier Limited: London. p. 161‐176. 

147.  Jonsson H, Riklund‐Ahlstrom K, Lind  J. Positive pivot  shift after ACL reconstruction  predicts  later  osteoarthrosis:  63  patients  followed  5‐9 years after surgery. Acta Orthop Scand. 2004;75:594‐599. 

148.  Jordan SS, DeFrate LE, Nha KW, Papannagari R, Gill TJ, Li G. The  in vivo kinematics of  the  anteromedial and posterolateral bundles of  the anterior  cruciate  ligament  during  weightbearing  knee  flexion.  Am  J Sports Med. 2007;35:547‐554. 

149.  Keays SL, Bullock‐Saxton J, Keays AC. Strength and function before and after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  Clin  Orthop  Relat  Res. 2000:174‐183. 

150.  Keays SL, Bullock‐Saxton  J, Keays AC, Newcombe P. Muscle  strength and  function before and after anterior cruciate  ligament reconstruction using semitendonosus and gracilis. Knee. 2001;8:229‐234. 

151.  Keays SL, Bullock‐Saxton JE, Keays AC, Newcombe PA, Bullock MI. A 6‐year follow‐up of the effect of graft site on strength, stability, range of motion, function, and joint degeneration after anterior cruciate ligament reconstruction:  patellar  tendon  versus  semitendinosus  and  Gracilis tendon graft. Am J Sports Med. 2007;35:729‐739. 

152.  Keays SL, Bullock‐Saxton JE, Newcombe P, Keays AC. The relationship between knee strength and functional stability before and after anterior cruciate ligament reconstruction. J Orthop Res. 2003;21:231‐237. 

153.  Kennedy JC, Alexander IJ, Hayes KC. Nerve supply of the human knee and its functional importance. Am J Sports Med. 1982;10:329‐335. 

154.  Kennedy  JC, Weinberg HW, Wilson AS. The anatomy and  function of the  anterior  cruciate  ligament.  As  determined  by  clinical  and morphological studies. J Bone Joint Surg Am. 1974;56:223‐235. 

155.  Knuttgen HG, Kraemer WJ. Terminology and measurement  in exercise performance. J Appl Sport Sci Res. 1987;1:1‐10. 

156.  Kollmitzer  J,  Ebenbichler  GR,  Kopf  A.  Reliability  of  surface electromyographic measurements. Clin Neurophysiol. 1999;110:725‐734. 

References 

 

  99

157.  Konishi  Y,  Fukubayashi  T,  Takeshita  D.  Mechanism  of  quadriceps femoris muscle  weakness  in  patients  with  anterior  cruciate  ligament reconstruction. Scand J Med Sci Sports. 2002;12:371‐375. 

158.  Konishi  Y,  Fukubayashi  T,  Takeshita  D.  Possible  mechanism  of quadriceps femoris weakness in patients with ruptured anterior cruciate ligament. Med Sci Sports Exerc. 2002;34:1414‐1418. 

159.  Kostogiannis  I, Ageberg E, Neuman P, Dahlberg L, Friden T, Roos H. Activity  level  and  subjective  knee  function  15  years  after  anterior cruciate  ligament  injury:  a  prospective,  longitudinal  study  of nonreconstructed patients. Am J Sports Med. 2007;35:1135‐1143. 

160.  Kraemer WJ, Developing a strength  training workout,  in Strength Training for  Sport,  W.J.  Kraemer  and  K.  Häkkinen,  Editors.  2002,  Blackwell Science Ltd: Oxford. 

161.  Kraemer  WJ,  Duncan  ND,  Volek  JS.  Resistance  training  and  elite athletes: adaptations and program  considerations.  J Orthop Sports Phys Ther. 1998;28:110‐119. 

162.  Krogsgaard  MR,  Dyhre‐Poulsen  P,  Fischer‐Rasmussen  T.  Cruciate ligament reflexes. J Electromyogr Kinesiol. 2002;12:177‐182. 

163.  Kvist  J.  Rehabilitation  following  anterior  cruciate  ligament  injury: current  recommendations  for  sports  participation.  Sports  Med. 2004;34:269‐280. 

164.  Kvist  J,  Sagittal  plane  knee motion  during  activity  in  the  anterior  cruciate liagment deficient knee, in Department of Neuroscience and Locomotion. 2000, Linköpings Universitet: Linköping. 

165.  Kvist  J.  Sagittal  plane  translation  during  level  walking  in  poor‐functioning  and  well‐functioning  patients  with  anterior  cruciate ligament deficiency. Am J Sports Med. 2004;32:1250‐1255. 

166.  Kvist J. Sagittal tibial translation during exercises in the anterior cruciate ligament‐deficient knee. Scand J Med Sci Sports. 2005;15:148‐158. 

167.  Kvist  J. Tibial  translation  in exercises used early  in  rehabilitation after anterior  cruciate  ligament  reconstruction  exercises  to  achieve weight‐bearing. Knee. 2006;13:460‐463. 

168.  Kvist  J.  Översättning,  validitets  och  reliabilitetstestning  av  ACL‐QOL frågeformulär  om  livskvalitet  efter  främre  korsbandsskada.  in  Svensk Idrottsmedicinsk förening Vårmöte. 2006. Örebro, Sweden. 

169.  Kvist  J, Ek A, Sporrstedt K, Good L. Fear of  re‐injury: a hindrance  for returning to sports after anterior cruciate  ligament reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2005;13:393‐397. 

References 

    100 

170.  Kvist  J,  Gillquist  J.  Anterior  positioning  of  tibia  during motion  after anterior  cruciate  ligament  injury. Med  Sci  Sports  Exerc.  2001;33:1063‐1072. 

171.  Kvist  J,  Gillquist  J.  Sagittal  plane  knee  translation  and electromyographic  activity  during  closed  and  open  kinetic  chain exercises  in  anterior  cruciate  ligament‐deficient  patients  and  control subjects. Am J Sports Med. 2001;29:72‐82. 

172.  Kvist  J,  Good  L,  Tagesson  S.  Changes  in  knee  motion  pattern  after anterior  cruciate  ligament  injury  ‐ A  case  report. Clin Biomech  (Bristol, Avon). 2007;22:551‐556. 

173.  Larson RL, Prostetic replacement of knee ligaments: Overview, in The crucial ligaments. Diagnosis and treatment of ligamentous injuries about the knee, J.A. Feagin, Editor. 1988, Churchill Livingstone: New York. p. 495‐501. 

174.  Larsson  B, Karlsson  S,  Eriksson M, Gerdle  B.  Test‐retest  reliability  of EMG  and  peak  torque  during  repetitive  maximum  concentric  knee extensions. J Electromyogr Kinesiol. 2003;13:281‐287. 

175.  Larsson  B, Mansson  B,  Karlberg  C,  Syvertsson  P,  Elert  J,  Gerdle  B. Reproducibility of surface EMG variables and peak torque during three sets of ten dynamic contractions. J Electromyogr Kinesiol. 1999;9:351‐357. 

176.  Le Veau BF. Biomechanics  of  human motion.  3rd  edition  ed. USA: W.B. Saunders Company; 1992. 

177.  Leeuw M, Goossens ME, Linton SJ, Crombez G, Boersma K, Vlaeyen JW. The  fear‐avoidance  model  of  musculoskeletal  pain:  current  state  of scientific evidence. J Behav Med. 2007;30:77‐94. 

178.  Lephart SM, Riemann MA, Fu FH, Introduction to the sensorimotor system, in Proprioception and neuromuscular control  in  joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. 

179.  Li G, Rudy TW, Allen C, Sakane M, Woo SL. Effect of combined axial compressive  and  anterior  tibial  loads  on  in  situ  forces  in  the  anterior cruciate ligament: a porcine study. J Orthop Res. 1998;16:122‐127. 

180.  Li  G,  Rudy  TW,  Sakane  M,  Kanamori  A,  Ma  CB,  Woo  SL.  The importance  of  quadriceps  and  hamstring  muscle  loading  on  knee kinematics and in‐situ forces in the ACL. J Biomech. 1999;32:395‐400. 

181.  Linko  E,  Harilainen  A,  Malmivaara  A,  Seitsalo  S.  Surgical  versus conservative  interventions  for  anterior  cruciate  ligament  ruptures  in adults. Cochrane Database Syst Rev. 2005:CD001356. 

182.  Liu W, Maitland ME. The effect of hamstring muscle compensation for anterior  laxity  in  the  ACL‐deficient  knee  during  gait.  J  Biomech. 2000;33:871‐879. 

References 

 

  101

183.  Logan MC, Williams A, Lavelle J, Gedroyc W, Freeman M. Tibiofemoral kinematics  following  successful  anterior  cruciate  ligament reconstruction using dynamic multiple resonance  imaging. Am  J Sports Med. 2004;32:984‐992. 

184.  Logan MC, Williams A, Lavelle J, Gedroyc W, Freeman M. What really happens  during  the  Lachman  test?  A  dynamic  MRI  analysis  of tibiofemoral motion. Am J Sports Med. 2004;32:369‐375. 

185.  Lohmander  LS,  Englund  PM,  Dahl  LL,  Roos  EM.  The  long‐term consequence  of  anterior  cruciate  ligament  and  meniscus  injuries: osteoarthritis. Am J Sports Med. 2007;35:1756‐1769. 

186.  Lohmander LS, Ostenberg A, Englund M, Roos H. High prevalence of knee  osteoarthritis,  pain,  and  functional  limitations  in  female  soccer players  twelve  years  after  anterior  cruciate  ligament  injury.  Arthritis Rheum. 2004;50:3145‐3152. 

187.  Lorentzon R, Elmqvist LG,  Sjostrom M, Fagerlund M, Fuglmeyer AR. Thigh musculature in relation to chronic anterior cruciate ligament tear: muscle size, morphology, and mechanical output before reconstruction. Am J Sports Med. 1989;17:423‐429. 

188.  Louie JK, Mote CD, Jr. Contribution of the musculature to rotatory laxity and torsional stiffness at the knee. J Biomech. 1987;20:281‐300. 

189.  Lund JP, Donga R, Widmer CG, Stohler CS. The pain‐adaptation model: a discussion of  the  relationship between  chronic musculoskeletal pain and motor activity. Can J Physiol Pharmacol. 1991;69:683‐694. 

190.  Lutz GE, Palmitier RA, An KN, Chao EY. Comparison of  tibiofemoral joint forces during open‐kinetic‐chain and closed‐kinetic‐chain exercises. J Bone Joint Surg Am. 1993;75:732‐739. 

191.  Lysholm J, Gillquist J. Evaluation of knee ligament surgery results with special emphasis on use of a scoring scale. Am J Sports Med. 1982;10:150‐154. 

192.  Mahfouz MR, Komistek RD, Dennis DA, Hoff WA. In vivo assessment of  the  kinematics  in  normal  and  anterior  cruciate  ligament‐deficient knees. J Bone Joint Surg Am. 2004;86‐A Suppl 2:56‐61. 

193.  Mangine  RE,  Noyes  FR,  DeMaio  M.  Minimal  protection  program: advanced weight bearing and range of motion after ACL reconstruction‐‐weeks 1 to 5. Orthopedics. 1992;15:504‐515. 

194.  Marans  HJ,  Jackson  RW,  Glossop  ND,  Young  C.  Anterior  cruciate ligament  insufficiency:  a  dynamic  three‐dimensional motion  analysis. Am J Sports Med. 1989;17:325‐332. 

References 

    102 

195.  Markolf KL, Bargar WL, Shoemaker SC, Amstutz HC. The role of  joint load in the knee stability. J Bone Joint Surg Am. 1981;63‐A:570‐585. 

196.  Markolf KL, Graff‐Radford A, Amstutz HC.  In  vivo  knee  stability. A quantitative assessment using an instrumented clinical testing appartus. J Bone Joint Surg Am. 1978:664‐674. 

197.  Markolf KL, OʹNeill G,  Jackson  SR, McAllister DR.  Effects  of  applied quadriceps and hamstrings muscle  loads on  forces  in  the anterior and posterior cruciate ligaments. Am J Sports Med. 2004;32:1144‐1149. 

198.  Mathur  S,  Eng  JJ, MacIntyre  DL.  Reliability  of  surface  EMG  during sustained  contractions  of  the  quadriceps.  J  Electromyogr  Kinesiol. 2005;15:102‐110. 

199.  Mattacola CG, Perrin DH, Gansneder BM, Gieck JH, Saliba EN, McCue FC,  3rd.  Strength,  Functional  Outcome,  and  Postural  Stability  After Anterior  Cruciate  Ligament  Reconstruction.  J  Athl  Train.  2002;37:262‐268. 

200.  Mayerson  NH,  Milano  RA.  Goniometric  measurement  reliability  in physical medicine. Arch Phys Med Rehabil. 1984;65:92‐94. 

201.  Mc  Leod  WD.  The  biomechanics  and  function  of  the  secondary restraints  to  the  anterior  cruciate  liagment.  Orthop  Clin  North  Am. 1985;16:165‐170. 

202.  McGraw  KO,  Wong  SP.  Forming  inferences  about  some  intraclass correlation coefficients. Psychological Methods. 1996;1:30‐46. 

203.  McLester JR, Bishop P, Guilliams ME. Comparison of 1 day and 3 days per week of equal‐volume resistance training  in experienced subjects. J Strength Cond Res. 2000;14:273‐281. 

204.  Meister K, Talley MC, Horodyski MB, Indelicato PA, Hartzel JS, Batts J. Caudal  slope of  the  tibia and  its  relationship  to noncontact  injuries  to the ACL. Am J Knee Surg. 1998;11:217‐219. 

205.  Mihata LC, Beutler AI, Boden BP. Comparing  the  incidence of anterior cruciate  ligament  injury  in  collegiate  lacrosse,  soccer,  and  basketball players:  implications  for  anterior  cruciate  ligament  mechanism  and prevention. Am J Sports Med. 2006;34:899‐904. 

206.  Mikkelsen  C,  Werner  S,  Eriksson  E.  Closed  kinetic  chain  alone compared  to  combined  open  and  closed  kinetic  chain  exercises  for quadriceps strengthening after anterior cruciate ligament reconstruction with respect to return to sports: a prospective matched follow‐up study. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2000;8:337‐342. 

207.  Mirka GA. The quantification of EMG normalization error. Ergonomics. 1991;34:343‐352. 

References 

 

  103

208.  Miyasaka KC, Daniel DM,  Stone ML, Hirschman  P.  The  incidence  of knee  ligament  injuries  in  the  general  population.  Am  J  Knee  Surg. 1991;4:3‐8. 

209.  Moher  D,  Schulz  KF,  Altman  D.  The  CONSORT  Statement:  revised recommendations for improving the quality of reports of parallel‐group randomized trials 2001. Explore (NY). 2005;1:40‐45. 

210.  Mohtadi N. Development and validation of  the quality of  life outcome measure  (questionnaire)  for  chronic  anterior  cruciate  ligament deficiency. Am J Sports Med. 1998;26:350‐359. 

211.  Moisala  AS,  Jarvela  T,  Kannus  P,  Jarvinen  M.  Muscle  strength evaluations after ACL reconstruction. Int J Sports Med. 2007;28:868‐872. 

212.  More  RC,  Karras  BT,  Neiman  R,  Fritschy  D,  Woo  SL,  Daniel  DM. Hamstrings‐‐an  anterior  cruciate  ligament  protagonist.  An  in  vitro study. Am J Sports Med. 1993;21:231‐237. 

213.  Morrissey MC. Reflex inhibition of thigh muscles in knee injury. Causes and treatment. Sports Med. 1989;7:263‐276. 

214.  Morrissey MC, Drechsler WI, Morrissey D, Knight PR, Armstrong PW, McAuliffe TB. Effects of distally  fixated versus nondistally  fixated  leg extensor  resistance  training  on  knee  pain  in  the  early  period  after anterior cruciate ligament reconstruction. Phys Ther. 2002;82:35‐43. 

215.  Morrissey MC, Harman  EA,  Johnson MJ.  Resistance  training modes: specificity and effectiveness. Med Sci Sports Exerc. 1995;27:648‐660. 

216.  Morrissey MC, Hooper DM, Drechsler WI, Hill HJ. Relationship of  leg muscle  strength  and  knee  function  in  the  early  period  after  anterior cruciate ligament reconstruction. Scand J Med Sci Sports. 2004;14:360‐366. 

217.  Morrissey MC, Hudson ZL, Drechsler WI, Coutts FJ, Knight PR, King JB. Effects of open versus closed kinetic chain training on knee laxity in the early period  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction. Knee  Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2000;8:343‐348. 

218.  Mountcastle SB, Posner M, Kragh JF, Jr., Taylor DC. Gender differences in anterior cruciate ligament  injury vary with activity: epidemiology of anterior cruciate ligament injuries in a young, athletic population. Am J Sports Med. 2007;35:1635‐1642. 

219.  Myer  GD,  Paterno  MV,  Ford  KR,  Quatman  CE,  Hewett  TE. Rehabilitation  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction:  criteria‐based  progression  through  the  return‐to‐sport  phase.  J  Orthop  Sports Phys Ther. 2006;36:385‐402. 

220.  Myklebust  G,  Maehlum  S,  Engebretsen  L,  Strand  T,  Solheim  E. Registration of  cruciate  ligament  injuries  in Norwegian  top  level  team 

References 

    104 

handball. A  prospective  study  covering  two  seasons.  Scand  J Med  Sci Sports. 1997;7:289‐292. 

221.  Myklebust G, Maehlum S, Holm I, Bahr R. A prospective cohort study of anterior  cruciate  ligament  injuries  in  elite Norwegian  team  handball. Scand J Med Sci Sports. 1998;8:149‐153. 

222.  Natri  A,  Jarvinen  M,  Latvala  K,  Kannus  P.  Isokinetic  muscle performance after anterior cruciate ligament surgery. Long‐term results and  outcome  predicting  factors  after  primary  surgery  and  late‐phase reconstruction. Int J Sports Med. 1996;17:223‐228. 

223.  Nebelung W, Wuschech H.  Thirty‐five  years  of  follow‐up  of  anterior cruciate  ligament‐deficient  knees  in  high‐level  athletes.  Arthroscopy. 2005;21:696‐702. 

224.  Neeter C, Gustavsson A, Thomee P, Augustsson J, Thomee R, Karlsson J.  Development  of  a  strength  test  battery  for  evaluating  leg  muscle power  after  anterior  cruciate  ligament  injury  and  reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2006;14:571‐580. 

225.  Ng  JK,  Parnianpour  M,  Kippers  V,  Richardson  CA.  Reliability  of electromyographic and torque measures during isometric axial rotation exertions of the trunk. Clin Neurophysiol. 2003;114:2355‐2361. 

226.  Nicholas  JJ, Taylor FH, Buckingham RB, Ottonello D. Measurement of circumference of the knee with ordinary tape measure. Ann Rheum Dis. 1976;35:282‐284. 

227.  Nielsen AB, Yde  J. Epidemiology of acute knee  injuries: a prospective hospital investigation. J Trauma. 1991;31:1644‐1648. 

228.  Ninos JC, Irrgang JJ, Burdett R, Weiss JR. Electromyographic analysis of the  squat  performed  in  self‐selected  lower  extremity  neutral  rotation and 30 degrees of lower extremity turn‐out from the self‐selected neutral position. J Orthop Sports Phys Ther. 1997;25:307‐315. 

229.  Nisell R. Mechanics of the knee. A study of  joint and muscle load with clinical applications. Acta Orthop Scand Suppl. 1985;216:1‐42. 

230.  Noyes  FR,  Barber  SD, Mangine  RE. Abnormal  lower  limb  symmetry determined  by  function  hop  tests  after  anterior  cruciate  ligament rupture. Am J Sports Med. 1991;19:513‐518. 

231.  Noyes FR, Cummings  JF, Grood ES, Walz‐Hasselfeld KA, Wroble RR. The diagnosis of knee motion limits, subluxations, and ligament injury. Am J Sports Med. 1991;19:163‐171. 

232.  Noyes FR, Grood E, Suntay WJ, Butler DL. The three dimensional laxity or the anterior cruciate ligament deficient knee as determined by clinical laxity tests. Iowa Orthop J. 1983;3:32‐44. 

References 

 

  105

233.  Noyes FR, Grood ES, Cummings JF, Wroble RR. An analysis of the pivot shift  phenomenon.  The  knee  motions  and  subluxations  induced  by different examiners. Am J Sports Med. 1991;19:148‐155. 

234.  Noyes  FR,  Grood  ES,  Torzilli  PA.  Current  concepts  review.  The definitions of terms for motion and position of the knee and injuries of the ligaments. J Bone Joint Surg Am. 1989;71:465‐472. 

235.  Noyes  FR,  Matthews  DS,  Mooar  PA,  Grood  ES.  The  symptomatic anterior  cruciate‐deficient  knee.  Part  II:  the  results  of  rehabilitation, activity modification,  and  counseling  on  functional  disability.  J  Bone Joint Surg Am. 1983;65:163‐174. 

236.  Noyes  FR,  Mooar  PA,  Matthews  DS,  Butler  DL.  The  symptomatic anterior  cruciate‐deficient  knee.  Part  I:  the  long‐term  functional disability  in  athletically  active  individuals.  J  Bone  Joint  Surg  Am. 1983;65:154‐162. 

237.  OʹConnor  JJ.  Can muscle  co‐contraction  protect  knee  ligaments  after injury or repair? J Bone Joint Surg Br. 1993;75:41‐48. 

238.  Olsen OE, Myklebust G, Engebretsen L, Bahr R. Injury mechanisms for anterior cruciate ligament injuries in team handball: a systematic video analysis. Am J Sports Med. 2004;32:1002‐1012. 

239.  Oni OOA. Mechanism of injury in anterior cruciate ligament disruption. Knee. 1998;5:81‐86. 

240.  Ostenberg  A,  Roos  E,  Ekdahl  C,  Roos  H.  Isokinetic  knee  extensor strength  and  functional performance  in healthy  female  soccer players. Scand J Med Sci Sports. 1998;8:257‐264. 

241.  Osteras  H,  Augestad  LB,  Tondel  S.  Isokinetic  muscle  strength  after anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  Scand  J  Med  Sci  Sports. 1998;8:279‐282. 

242.  Palastanga  N,  Field  D,  Soames  R.  Anatomy  and  human  movement. Structure and function. Oxford: Butterworth‐Heinemann; 1994. 

243.  Palmitier RA, An KN, Scott SG, Chao EY. Kinetic chain exercise in knee rehabilitation. Sports Medicine. 1991;11:402‐413. 

244.  Papannagari R, Gill TJ, Defrate LE, Moses JM, Petruska AJ, Li G. In vivo kinematics of the knee after anterior cruciate ligament reconstruction: a clinical and functional evaluation. Am J Sports Med. 2006;34:2006‐2012. 

245.  Papastergiou SG, Koukoulias NE, Mikalef P, Ziogas E, Voulgaropoulos H.  Meniscal  tears  in  the  ACL‐deficient  knee:  correlation  between meniscal  tears and  the  timing of ACL  reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2007;15:1438‐1444. 

References 

    106 

246.  Patel RR, Hurwitz DE,  Bush‐Joseph CA,  Bach BR,  Jr., Andriacchi  TP. Comparison  of  clinical  and  dynamic  knee  function  in  patients  with anterior cruciate ligament deficiency. Am J Sports Med. 2003;31:68‐74. 

247.  Pedersen  J,  Sjolander  P,  Wenngren  BI,  Johansson  H.  Increased intramuscular concentration of bradykinin increases the static fusimotor drive to muscle spindles in neck muscles of the cat. Pain. 1997;70:83‐91. 

248.  Pereira  MIR,  Gomes  PSC.  Muscular  strength  and  endurance  tests: reliability and prediction of one repetition maximim  ‐ review and new evidences. Rev Bras Med Esporte. 2003;9:336‐346. 

249.  Perry MC, Morrissey MC, King JB, Morrissey D, Earnshaw P. Effects of closed  versus  open  kinetic  chain  knee  extensor  resistance  training  on knee  laxity and  leg  function  in patients during  the 8‐  to 14‐week post‐operative  period  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2005;13:357‐369. 

250.  Perry MC, Morrissey MC, Morrissey D, Knight PR, McAuliffe TB, King JB. Knee  extensors  kinetic  chain  training  in  anterior  cruciate  ligament deficiency. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2005;13:638‐648. 

251.  Peterson MD, Rhea MR, Alvar BA. Applications of the dose‐response for muscular strength development: a review of meta‐analytic efficacy and reliability  for  designing  training  prescription.  J  Strength  Cond  Res. 2005;19:950‐958. 

252.  Peterson MD, Rhea MR, Alvar BA. Maximizing strength development in athletes: a meta‐analysis  to determine  the dose‐response relationship.  J Strength Cond Res. 2004;18:377‐382. 

253.  Petschnig R, Baron R, Albrecht M. The  relationship between  isokinetic quadriceps  strength  test  and  hop  tests  for  distance  and  one‐legged vertical  jump  test  following anterior cruciate  ligament reconstruction.  J Orthop Sports Phys Ther. 1998;28:23‐31. 

254.  Phillips  N,  Benjamin  M,  Everett  T,  Deursen  RWM.  Outcome  and progression  measures  in  rehabilitation  following  anterior  cruciate ligament injury. Physical Therapy in Sport. 2000;1:106‐118. 

255.  Pincivero DM, Lephart SM, Karunakara RA. Reliability and precision of isokinetic  strength  and  muscular  endurance  for  the  quadriceps  and hamstrings. Int J Sports Med. 1997;18:113‐117. 

256.  Pujol N,  Blanchi MP,  Chambat  P.  The  incidence  of  anterior  cruciate ligament  injuries  among  competitive  Alpine  skiers:  a  25‐year investigation. Am J Sports Med. 2007;35:1070‐1074. 

257.  Rainoldi A, Bullock‐Saxton JE, Cavarretta F, Hogan N. Repeatability of maximal  voluntary  force  and  of  surface  EMG  variables  during 

References 

 

  107

voluntary  isometric  contraction  of  quadriceps  muscles  in  healthy subjects. J Electromyogr Kinesiol. 2001;11:425‐438. 

258.  Reid  A,  Birmingham  TB,  Stratford  PW,  Alcock  GK,  Giffin  JR.  Hop testing  provides  a  reliable  and  valid  outcome  measure  during rehabilitation after anterior cruciate  ligament reconstruction. Phys Ther. 2007;87:337‐349. 

259.  Reider B, Arcand MA, Diehl LH, Mroczek K, Abulencia A, Stroud CC, Palm M, Gilbertson J, Staszak P. Proprioception of the knee before and after anterior cruciate ligament reconstruction. Arthroscopy. 2003;19:2‐12. 

260.  Renstrom  P,  Arms  SW,  Stanwyck  TS,  Johnson  RJ,  Pope MH.  Strain within the anterior cruciate  ligament during hamstring and quadriceps activity. Am J Sports Med. 1986;14:83‐87. 

261.  Rhea MR, Alvar BA, Ball SD, Burkett LN. Three sets of weight training superior  to  1  set with  equal  intensity  for  eliciting  strength.  J  Strength Cond Res. 2002;16:525‐529. 

262.  Rhea MR, Alvar BA, Burkett LN, Ball SD. A meta‐analysis to determine the  dose  response  for  strength  development.  Med  Sci  Sports  Exerc. 2003;35:456‐464. 

263.  Riederman  R,  Wroble  RR,  Grood  ES,  VanGinkel  L,  Shaffer  BL. Reproducibility  of  the  knee  signature  system.  Am  J  Sports  Med. 1991;19:660‐664. 

264.  Riemann  BL,  Lephart  SM.  The  Sensorimotor  System,  Part  I:  The Physiologic Basis of Functional Joint Stability. J Athl Train. 2002;37:71‐79. 

265.  Riemann BL, Lephart SM. The Sensorimotor System, Part II: The Role of Proprioception  in Motor Control  and  Functional  Joint  Stability.  J Athl Train. 2002;37:80‐84. 

266.  Risberg  MA,  Holm  I,  Myklebust  G,  Engebretsen  L.  Neuromuscular Training Versus Strength Training During First 6 Months After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction: A Randomized Clinical Trial. Phys Ther. 2007; 

267.  Risberg  MA,  Holm  I,  Tjomsland  O,  Ljunggren  AE,  Ekeland  A. Prospective  study  of  changes  in  impairment  and  disabilities  after anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  J  Orthop  Sports  Phys  Ther. 1999;29:400‐412. 

268.  Risberg  MA,  Lewek  M,  Snyder‐Mackler  L.  A  systematic  review  of evidence  for anterior  cruciate  liagement  rehabilitation: how much and what type? Physical Therapy in Sport. 2004;5:125‐145. 

References 

    108 

269.  Risberg MA, Mork M, Jenssen HK, Holm I. Design and implementation of  a  neuromuscular  training  program  following  anterior  cruciate ligament reconstruction. J Orthop Sports Phys Ther. 2001;31:620‐631. 

270.  Roberts CS, Rash GS, Honaker JT, Wachowiak MP, Shaw JC. A deficient anterior  cruciate  ligament does not  lead  to quadriceps  avoidance gait. Gait Posture. 1999;10:189‐199. 

271.  Ronnestad BR, Egeland W, Kvamme NH, Refsnes PE, Kadi F, Raastad T. Dissimilar effects of one‐ and three‐set strength training on strength and muscle mass  gains  in  upper  and  lower  body  in  untrained  subjects.  J Strength Cond Res. 2007;21:157‐163. 

272.  Roos EM, Roos HP, Lohmander LS, Ekdahl C, Beynnon BD. Knee Injury and  Osteoarthritis  Outcome  Score  (KOOS)‐‐development  of  a  self‐administered outcome measure. J Orthop Sports Phys Ther. 1998;28:88‐96. 

273.  Roos H, Adalberth T, Dahlberg L, Lohmander LS. Osteoarthritis of  the knee  after  injury  to  the  anterior  cruciate  ligament  or  meniscus:  the influence of time and age. Osteoarthritis Cartilage. 1995;3:261‐267. 

274.  Roos  H,  Karlsson  J.  Anterior  cruciate  ligament  instability  and reconstruction. Review of  current  trends  in  treatment. Scand  J Med Sci Sports. 1998;8:426‐431. 

275.  Roos H, Ornell M, Gardsell P, Lohmander LS, Lindstrand A. Soccer after anterior  cruciate  ligament  injury‐‐an  incompatible  combination?  A national survey of  incidence and risk  factors and a 7‐year  follow‐up of 310 players. Acta Orthop Scand. 1995;66:107‐112. 

276.  Roos PJ, Neu CP, Hull ML, Howell SM. A new tibial coordinate system improves  the precision of anterior‐posterior knee  laxity measurements: a  cadaveric  study  using  Roentgen  stereophotogrammetric  analysis.  J Orthop Res. 2005;23:327‐333. 

277.  Ross MD, Denegar  CR, Winzenried  JA.  Implementation  of  open  and closed  kinetic  chain  quadriceps  strengthening  exercises  after  anterior cruciate ligament reconstruction. J Strength Cond Res. 2001;15:466‐473. 

278.  Rudolph  KS,  Axe  MJ,  Buchanan  TS,  Scholz  JP,  Snyder‐Mackler  L. Dynamic stability  in  the anterior cruciate  ligament deficient knee. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2001;9:62‐71. 

279.  Rudolph KS, Eastlack ME, Axe MJ, Snyder‐Mackler L. 1998 Basmajian Student  Award  Paper:  Movement  patterns  after  anterior  cruciate ligament  injury: a comparison of patients who compensate well for the injury  and  those  who  require  operative  stabilization.  J  Electromyogr Kinesiol. 1998;8:349‐362. 

References 

 

  109

280.  Rudolph  KS,  Fitzgerald  K,  Snyder‐Mackler  L,  Restoration  of  dynamic stability  in  the  ACL‐deficient  knee,  in  Proprioception  and  neuromuscular control in joint stability, S.M. Lephart and F.H. Fu, Editors. 2000, Human Kinetics: Champaign, IL. p. 393‐404. 

281.  Sakane M, Fox RJ, Woo SL, Livesay GA, Li G, Fu FH. In situ forces in the anterior cruciate  ligament and  its bundles  in response  to anterior  tibial loads. J Orthop Res. 1997;15:285‐293. 

282.  Sale DG. Neural adaptation to resistance training. Med Sci Sports Exerc. 1988;20:S135‐145. 

283.  Scarvell  JM,  Smith  PN,  Refshauge  KM,  Galloway  HR,  Woods  KR. Association between abnormal kinematics and degenerative  change  in knees  of  people with  chronic  anterior  cruciate  ligament  deficiency:  a magnetic resonance imaging study. Aust J Physiother. 2005;51:233‐240. 

284.  Scarvell JM, Smith PN, Refshauge KM, Galloway HR, Woods KR. Does anterior  cruciate  ligament  reconstruction  restore  normal  knee kinematics?: A  prospective MRI  analysis  over  two  years.  J  Bone  Joint Surg Br. 2006;88:324‐330. 

285.  Schultz RA, Miller DC, Kerr CS, Micheli L. Mechanoreceptors in human cruciate  ligaments.  A  histological  study.  J  Bone  Joint  Surg  Am. 1984;66:1072‐1076. 

286.  Schutte MJ, Dabezies EJ, Zimny ML, Happel LT. Neural anatomy of the human anterior cruciate ligament. J Bone Joint Surg Am. 1987;69:243‐247. 

287.  Sernert N, Kartus J, Kohler K, Stener S, Larsson J, Eriksson BI, Karlsson J. Analysis of subjective, objective and functional examination tests after anterior  cruciate  ligament  reconstruction. A  follow‐up of  527 patients. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 1999;7:160‐165. 

288.  Shaw T. Accelerated rehabilitation  following anterior cruciate  ligament reconstruction. Physical Therapy in Sport. 2002;3:19‐26. 

289.  Shaw  T, Williams MT,  Chipchase  LS.  Do  early  quadriceps  exercises affect  the  outcome  of  ACL  reconstruction?  A  randomised  controlled trial. Aust J Physiother. 2005;51:9‐17. 

290.  Shaw  T, Williams MT,  Chipchase  LS.  A  review  and  userʹs  guide  to measurement  of  rehabilitation  adherence  following  anterior  cruciate ligament reconstruction. Physical Therapy in Sport. 2005;6:45‐51. 

291.  Shelbourne KD, Nitz P. Accelerated rehabilitation after anterior cruciate ligament reconstruction. Am J Sports Med. 1990;18:292‐299. 

292.  Shelbourne KD, Rask BP. Controversies with anterior cruciate ligament surgery and rehabilitation. Am J Knee Surg. 1998;11:136‐143. 

References 

    110 

293.  Shelburne  KB,  Torry  MR,  Pandy  MG.  Contributions  of  muscles, ligaments,  and  the  ground‐reaction  force  to  tibiofemoral  joint  loading during normal gait. J Orthop Res. 2006;24:1983‐1990. 

294.  Shelburne KB, Torry MR, Pandy MG. Effect of muscle compensation on knee  instability  during  ACL‐deficient  gait.  Med  Sci  Sports  Exerc. 2005;37:642‐648. 

295.  Shoemaker  SC, Markolf KL. The  role  of  the meniscus  in  the  anterior‐posterior stability of  the  loaded anterior cruciate‐deficient knee. Effects of partial versus total excision. J Bone Joint Surg Am. 1986;68:71‐79. 

296.  Shrout  PE,  Fleiss  JL.  Intraclass  correlations:  uses  in  assessing  rater reliability. Psychological Bulletin. 1979;86:420‐428. 

297.  Shumway‐Cook A, Woollacott MH, Control of normal mobility,  in Motor control. Theory and practical applications, J.P. Butler, Editor. 1995, Williams and Wilkins: Baltimore. p. 239‐267. 

298.  Simonsen  EB,  Magnusson  SP,  Bencke  J,  Naesborg  H,  Havkrog  M, Ebstrup JF, Sorensen H. Can the hamstring muscles protect the anterior cruciate  ligament  during  a  side‐cutting  maneuver?  Scand  J  Med  Sci Sports. 2000;10:78‐84. 

299.  Snyder‐Mackler L, De Luca PF, Williams  PR, Eastlack ME, Bartolozzi AR, 3rd. Reflex inhibition of the quadriceps femoris muscle after injury or reconstruction of the anterior cruciate ligament. J Bone Joint Surg Am. 1994;76:555‐560. 

300.  Snyder‐Mackler  L,  Delitto  A,  Bailey  SL,  Stralka  SW.  Strength  of  the quadriceps femoris muscle and functional recovery after reconstruction of  the  anterior  cruciate  ligament.  A  prospective,  randomized  clinical trial of electrical stimulation. J Bone Joint Surg Am. 1995;77‐A:1166‐1173. 

301.  Snyder‐Mackler L, Fitzgerald GK, Bartolozzi AR, 3rd, Ciccotti MG. The relationship between passive  joint  laxity  and  functional outcome  after anterior cruciate ligament injury. Am J Sports Med. 1997;25:191‐195. 

302.  Soderberg GL, Ballantyne BT, Kestel LL. Reliability of  lower extremity girth  measurements  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction. Physiother Res Int. 1996;1:7‐16. 

303.  Soderman  K,  Pietila  T,  Alfredson  H,  Werner  S.  Anterior  cruciate ligament injuries in young females playing soccer at senior levels. Scand J Med Sci Sports. 2002;12:65‐68. 

304.  Solomonow  M,  Baratta  R,  Zhou  BH,  Shoji  H,  Bose  W,  Beck  C, DʹAmbrosia R. The  synergistic action of  the anterior  cruciate  ligament and  thigh  muscles  in  maintaining  joint  stability.  Am  J  Sports  Med. 1987;15:207‐213. 

References 

 

  111

305.  Solomonow M, Krogsgaard M. Sensorimotor control of knee stability. A review. Scand J Med Sci Sports. 2001;11:64‐80. 

306.  Sommerlath K, Gillquist J. Instrumented testing of sagittal knee laxity in stable  and  unstable  knees.  A  clinical  comparison  of  simple  and computerized devices. Am J Knee Surg. 1991;4:70‐78. 

307.  Spencer JD, Hayes KC, Alexander IJ. Knee joint effusion and quadriceps reflex inhibition in man. Arch Phys Med Rehabil. 1984;65:171‐177. 

308.  Stanish W, OʹGrady P, Dillon JE, Knee ligament sprains ‐ acute and chronic, in  Oxford  textbook  of  sports  medicine, M. Harries,  et  al.,  Editors.  1996, Oxford University Press: Oxford. p. 364‐384. 

309.  Staron RS, Karapondo DL, Kraemer WJ, Fry AC, Gordon SE, Falkel JE, Hagerman  FC,  Hikida  RS.  Skeletal  muscle  adaptations  during  early phase of heavy‐resistance  training  in men  and women.  J Appl Physiol. 1994;76:1247‐1255. 

310.  Steiner  ME,  Brown  C,  Zarins  B,  Brownstein  B,  Koval  PS,  Stone  P. Measurement  of  anterior‐posterior  displacement  of  the  knee.  A comparison of  the  results with  instrumented devices and with  clinical examination. J Bone Joint Surg Am. 1990;72:1307‐1315. 

311.  Sterling M,  Jull  G, Wright  A.  The  effect  of musculoskeletal  pain  on motor activity and control. J Pain. 2001;2:135‐145. 

312.  Stokes  M,  Young  A.  The  contribution  of  reflex  inhibition  to arthrogenous muscle weakness. Clin Sci (Lond). 1984;67:7‐14. 

313.  Streiner  DL,  Norman  GR,  Reliability,  in  Health  measurement  scales.  A practical guide to their development and use. 2nd ed. 1995, Oxford University Press Inc.: New York. p. 104‐127. 

314.  Suntay WJ, Grood ES, Hefzy MS, Butler DL, Noyes FR. Error analysis of a  system  for measuring  three‐dimensional  joint motion.  J Biomech Eng. 1983;105:127‐135. 

315.  Swirtun  LR,  Eriksson  K,  Renstrom  P. Who  chooses  anterior  cruciate ligament  reconstruction and why? A 2‐year prospective  study. Scand  J Med Sci Sports. 2006;16:441‐446. 

316.  Tadokoro  K, Matsui N,  Yagi M,  Kuroda  R,  Kurosaka M,  Yoshiya  S. Evaluation of hamstring strength and tendon regrowth after harvesting for  anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  Am  J  Sports  Med. 2004;32:1644‐1650. 

317.  Takeda  Y,  Kashiwaguchi  S,  Matsuura  T,  Higashida  T,  Minato  A. Hamstring muscle  function  after  tendon  harvest  for  anterior  cruciate ligament reconstruction: evaluation with T2 relaxation time of magnetic resonance imaging. Am J Sports Med. 2006;34:281‐288. 

References 

    112 

318.  Tashman S, Collon D, Anderson K, Kolowich P, Anderst W. Abnormal rotational knee motion during  running after anterior cruciate  ligament reconstruction. Am J Sports Med. 2004;32:975‐983. 

319.  Tegner Y, Lysholm J. Rating systems in the evaluation of knee ligament injuries. Clin Orthop Relat Res. 1985:43‐49. 

320.  Theiler R, Stucki G, Schutz R, Hofer H, Seifert B, Tyndall A, Michel BA. Parametric and non‐parametric measures in the assessment of knee and hip  osteoarthritis:  interobserver  reliability  and  correlation  with radiology. Osteoarthritis Cartilage. 1996;4:35‐42. 

321.  Thomee P, Wahrborg P, Borjesson M, Thomee R, Eriksson BI, Karlsson J. A  new  instrument  for  measuring  self‐efficacy  in  patients  with  an anterior cruciate ligament injury. Scand J Med Sci Sports. 2006;16:181‐187. 

322.  Thomee P, Wahrborg P, Borjesson M, Thomee R, Eriksson BI, Karlsson J. Self‐efficacy,  symptoms  and  physical  activity  in  patients  with  an anterior  cruciate  ligament  injury:  a prospective  study. Scand  J Med Sci Sports. 2007;17:238‐245. 

323.  Timm  KE,  Gennrich  P,  Burns  R,  Fyke  D.  The  mechanical  and physiological  performance  reliability  of  selected  isokinetic dynamometers. Isokinet Exerc Sci. 1992;2:182‐190. 

324.  Tipton  CM,  Vailas  AC,  Matthes  RD.  Experimental  studies  on  the influences of physical activity on  ligaments,  tendons and  joints: a brief review. Acta Med Scand Suppl. 1986;711:157‐168. 

325.  Torry MR, Decker MJ, Viola  RW, OʹConnor DD,  Steadman  JR.  Intra‐articular knee joint effusion induces quadriceps avoidance gait patterns. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2000;15:147‐159. 

326.  Torzilli  PA, Deng X, Warren RF.  The  effect  of  joint‐compressive  load and quadriceps muscle  force on knee motion  in  the  intact and anterior cruciate ligament‐sectioned knee. Am J Sports Med. 1994;22:105‐112. 

327.  Trees AH, Howe  TE, Dixon  J, White  L.  Exercise  for  treating  isolated anterior cruciate ligament injuries in adults. Cochrane Database Syst Rev. 2005:CD005316. 

328.  Tsepis E, Vagenas G, Ristanis S, Georgoulis AD. Thigh muscle weakness in ACL‐deficient  knees persists without  structured  rehabilitation. Clin Orthop Relat Res. 2006;450:211‐218. 

329.  Tyler TF, McHugh MP, Gleim GW, Nicholas SJ. The effect of immediate weightbearing  after  anterior  cruciate  ligament  reconstruction.  Clin Orthop Relat Res.1998:141‐148. 

330.  Urbach D, Nebelung W, Becker R, Awiszus F. Effects of reconstruction of  the anterior cruciate  ligament on voluntary activation of quadriceps 

References 

 

  113

femoris  a prospective  twitch  interpolation  study.  J Bone  Joint  Surg Br. 2001;83:1104‐1110. 

331.  Urbach  D,  Nebelung  W,  Weiler  HT,  Awiszus  F.  Bilateral  deficit  of voluntary quadriceps muscle activation after unilateral ACL  tear. Med Sci Sports Exerc. 1999;31:1691‐1696. 

332.  Walden M, Hagglund M, Ekstrand  J. High  risk of new knee  injury  in elite  footballers with  previous  anterior  cruciate  ligament  injury.  Br  J Sports Med. 2006;40:158‐162; discussion 158‐162. 

333.  Verbunt  JA, Seelen HA, Vlaeyen  JW, Bousema EJ, van der Heijden GJ, Heuts  PH, Knottnerus  JA.  Pain‐related  factors  contributing  to muscle inhibition  in  patients  with  chronic  low  back  pain:  an  experimental investigation based on superimposed electrical stimulation. Clin  J Pain. 2005;21:232‐240. 

334.  Vergis  A,  Sagittal  plane  knee  translation  in  healthy  and  ACL  deficient subjects.  A  methodological  study  in  vivo  with  clinical  implications,  in Department of Neuroscience and Locomotion. 1999, Linköpings Universitet: Linköping. 

335.  Vergis  A,  Hammerby  S,  Gillquist  J.  Fluoroscopic  validation  of electrogoniometrically measured femorotibial translation in healthy and ACL deficient subjects. Scand J Med Sci Sports. 2002;12:223‐229. 

336.  Wernbom  M,  Augustsson  J,  Thomee  R.  The  influence  of  frequency, intensity, volume and mode of strength training on whole muscle cross‐sectional area in humans. Sports Med. 2007;37:225‐264. 

337.  Wilk KE, Escamilla RF, Fleisig GS, Barrentine  SW, Andrews  JR, Boyd ML. A  comparison  of  tibiofemoral  joint  forces  and  electromyographic activity during open and closed kinetic chain exercises. Am J Sports Med. 1996;24:518‐527. 

338.  Wilk  KE,  Romaniello WT,  Soscia  SM,  Arrigo  CA,  Andrews  JR.  The relationship  between  subjective  knee  scores,  isokinetic  testing,  and functional  testing  in  the ACL‐reconstructed knee.  J Orthop Sports Phys Ther. 1994;20:60‐73. 

339.  Wilk KE, Zheng N, Fleisig G, S., Andrews JR, Clancy WG. Kinetic chain exercise:  Implications  for  the anterior cruciate  ligament patient.  J Sport Rehabilitation. 1997;6:125‐143. 

340.  Williams GN,  Barrance  PJ,  Snyder‐Mackler  L, Axe MJ,  Buchanan  TS. Specificity  of  muscle  action  after  anterior  cruciate  ligament  injury.  J Orthop Res. 2003;21:1131‐1137. 

341.  Williams GN,  Buchanan  TS,  Barrance  PJ, Axe MJ,  Snyder‐Mackler  L. Quadriceps  weakness,  atrophy,  and  activation  failure  in  predicted 

References 

    114 

noncopers  after  anterior  cruciate  ligament  injury.  Am  J  Sports  Med. 2005;33:402‐407. 

342.  Williams  GN,  Chmielewski  T,  Rudolph  K,  Buchanan  TS,  Snyder‐Mackler L. Dynamic knee stability: current  theory and  implications  for clinicians and scientists. J Orthop Sports Phys Ther. 2001;31:546‐566. 

343.  Williams GN, Snyder‐Mackler L, Barrance PJ, Buchanan TS. Quadriceps femoris muscle morphology and function after ACL injury: a differential response in copers versus non‐copers. J Biomech. 2005;38:685‐693. 

344.  Vlaeyen  JW,  Kole‐Snijders  AM,  Boeren  RG,  van  Eek  H.  Fear  of movement/(re)injury  in  chronic  low  back  pain  and  its  relation  to behavioral performance. Pain. 1995;62:363‐372. 

345.  Vlaeyen  JW, Linton SJ. Fear‐avoidance and  its consequences  in chronic musculoskeletal pain: a state of the art. Pain. 2000;85:317‐332. 

346.  von  Porat A,  Roos  EM,  Roos H. High  prevalence  of  osteoarthritis  14 years after an anterior  cruciate  ligament  tear  in male  soccer players: a study of  radiographic  and patient  relevant outcomes. Ann Rheum Dis. 2004;63:269‐273. 

347.  Woo SL, Hollis JM, Adams DJ, Lyon RM, Takai S. Tensile properties of the human  femur‐anterior  cruciate  ligament‐tibia  complex. The  effects of specimen age and orientation. Am J Sports Med. 1991;19:217‐225. 

348.  Woo  SL,  Livesay  GA,  Engle  C.  Biomechanics  of  the  human  anterior cruciate  ligament. ACL  structure and  role  in knee motion. Orthop Rev. 1992;21:835‐842. 

349.  Woo SL, Vogrin TM, Abramowitch SD. Healing and repair of ligament injuries in the knee. J Am Acad Orthop Surg. 2000;8:364‐372. 

350.  Woo  SL,  Wu  C,  Dede  O,  Vercillo  F,  Noorani  S.  Biomechanics  and anterior cruciate ligament reconstruction. J Orthop Surg. 2006;1:2. 

351.  Worrell  TW,  Crisp  E,  Larosa  C.  Electromyographic  Reliability  and Analysis of Selected Lower Extremity Muscles During Lateral Step‐Up Conditions. J Athl Train. 1998;33:156‐162. 

352.  Worrell  TW,  Karst  G,  Adamczyk  D, Moore  R,  Stanley  C,  Steimel  B, Steimel S.  Influence of  joint position on electromyographic and  torque generation  during  maximal  voluntary  isometric  contractions  of  the hamstrings  and  gluteus maximus muscles.  J Orthop  Sports  Phys  Ther. 2001;31:730‐740. 

353.  Wright  RW,  Luhmann  SJ.  The  effect  of  knee  effusions  on  KT‐1000 arthrometry. A cadaver study. Am J Sports Med. 1998;26:571‐574. 

References 

 

  115

354.  Yack  HJ,  Collins  CE, Whieldon  TJ.  Comparison  of  closed  and  open kinetic  chain  exercise  in  the  anterior  cruciate  ligament‐deficient  knee. Am J Sports Med. 1993;21:49‐54. 

355.  Yang  JF,  Winter  DA.  Electromyography  reliability  in  maximal  and submaximal  isometric contractions. Arch Phys Med Rehabil. 1983;64:417‐420. 

356.  Yoo JD, Papannagari R, Park SE, DeFrate LE, Gill TJ, Li G. The effect of anterior cruciate ligament reconstruction on knee joint kinematics under simulated muscle loads. Am J Sports Med. 2005;33:240‐246. 

357.  Yunes M,  Richmond  JC,  Engels  EA,  Pinczewski  LA.  Patellar  versus hamstring tendons in anterior cruciate ligament reconstruction: A meta‐analysis. Arthroscopy. 2001;17:248‐257. 

358.  Zakaria D, Kramer  JF, Harburn KL. Reliability of non‐normalized and normalized  integrated EMG during maximal  isometric  contractions  in females. J Electromyogr Kinesiol. 1996;6:129‐135.