Conducător de doctorat Prof. Dr. Dan O. Lucaciu INTRODUCERE 9 STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII 11 1. DATE GENERALE 13 1.1 Anatomie 1.2 Etiologie 1.3… [623158]

TEZĂ DE DOCTORAT

TRATAMENTUL CHIRURGICAL
VERSUS TRATAMENTUL
CONSERVATIV ÎN RUPTURILE
TRAUMATICE DE TENDON
AHILIAN

Doctorand: [anonimizat] 9
STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII 11
1. DATE GENERALE 13
1.1 Anatomie
1.2 Etiologie
1.3 Epidemiologie
1.4 Cascada vindec ării 13
14
17
19
2. Diagnostic 22
3. Tratamentul
3.1 Tratamentul chirurgical
3.2 Tratamentul conservativ 25
25
34
4. Modificări biomecanice în procesul de vindecare al tendonului ahilian 38
5. Aprecierea prognosticului și scoruri de evaluare 40
CONTRIBUȚIA PERSONALĂ 43
1. Ipoteză de lucru 45
2. Studiul 1. Modelarea matematică a fugii și a mersului 47
2.1 Introducere
2.2 Material și metodă
2.3 Rezultate
2.3.1 Modelarea fugii
2.3.2 Modelarea mersului
2.4 Discuții și concluzii 47
52
56
56
61

3. Studiul 2. Studiul cu elemente finite a tendonului ahilian în fug ă 69
3.1 Introducere
3.2 Material și metodă
3.3 Rezultate
3.4 Discuții și concluzii 69
70
73
77
4. Studiul 3. Comparația clinică, imagistică și din punct de vedere al calității vieții în tratamentul conservativ
versus cel chirurgical 79
4.1 Introducere
4.2 Material și metodă
4.3 Rezultate
4.3.1 La 6 săptămâni
4.3.2 La 3 luni
4.3.3 La 6 luni
4.4 Evaluarea histologică
4.5 Complicații
4.6 Discuții și concluzii 79
80
91
91
96
99
103
107
108

5. Concluzii finale 109
REFERINȚE 112

Cuvinte cheie : ruptura traumatică tendon ahilian, tratament conservativ, tratament
chirurgical, biomecanică, modelare matematică, elemente finite, calitatea vieții
Introducere : Rupturile traumatice de tendon ahilian reprezintă o patologie curentă
relativ frecventă în cadrul patologiei traumatice, interesând în special grupe de vârstă active
din punct de vedere motor, cu sau fără pregătire fizică specifică și cu regim de activitate
variind de la sedentarism la activitate fizică intensă. Managementul terapiei este de
importanță crescută, decizia între tratamentul chirurgical și cel conservativ nefiind deseori
ușoară în practică.
Studiul de față își propune să treacă succint în revistă cunoștiințele actuale
privind rupturile traumatice de tendon ahilian, patogenetice, epi demiologice și diagnostice,
precum și conceptele curente în terapia rupturii traumatice acute de tendon ahilian, fie ea
conservativă ori chirurgicală, precum și caracteristicile biomecanicii teritoriului tendonulu i
ahilian și cele ale vindecării acestuia.
În partea a doua, teza își propune să identifice și să modeleze matematic
principalele mișcări în care este implicat tendonul ahilian și interfața tendon -calcaneu -triceps
sural, modelul matematic considerându -se a fi util în exprimarea, compararea și iden tificarea
momentelor cinematice cheie în biomecanica tendonului și aprecierea impactului acestora în
terapie, recuperare și activitatea tendonului indemn. Cu datele colectate din studiul
biomecanicii putem studia din punct de vedere structural și al rezist enței cu ajutorul unui
studiu cu elemente finite.
I. Stadiul actual al cunoașterii
1. Date generale
1.1 Anatomie.
Tendonul ahilian este cel mai puternic și mai gros tendon al corpului uman. Format
prin unirea fibrelor provenite din mușchii gastrocnemian și solear ( tricepsul sural), cu
contribuții variabile din partea fiecărui mușchi, are în medie între 9 și 11 centimetri în
lungime . La examenul IRM se prezintă ca o bandă de 4 -7 mm grosime 12 -25 mm lățime și
de formă variind între o semilună și cea de tildă . La examenul ultrasonografic apare ca o
bandeletă hipoecogenică cuprinsă între două benzi hiperecogene .
Aportul sanguin provine d in joncțiunea musculotendinoasă peritenon și joncțiunea
oseo-tendinoasă .

1.2 Etiologie
Etiologia rupturilor traumatice de tendon ahil ian este stratificată: în spatele cauzei
primare (trauma reprezentată de forța mecanică ce duce la ruperea tendonului) regăsim o
serie de alte cauze subiacente care, de unele singure sau acționând în conjunctură, favorizează
injuria. Boli inflamatorii sau autoimune defecte genetice ale colagenului boli infecțioase,
anumite afecțiuni neurologice . Anatomic, aportul sanguin în structura tendonului ahilian
recunoaște o distribuție dif erită, zona cea mai predispusă injuriei fiind relativ avasculară.
Vârsta este considerată și ea un factor important în favorizarea rupturii traumatice a
tendonului ahilian, fluxul sanguin diminuându -se odată cu înaintarea în vârstă . Tratamentul
cu corticosteroizi reprezintă o altă asociere cu valențe patologice în cazul rupturilor
traumatice de tendon ahilian .
Factorul mecanic reprezintă totuși cel mai important și mai pregnant proces implicat
în traumă .

1.3 Epidemiologie
Incidența rupturii traumatice de tendon ahilian a recunoscut o creștere continuă în
ultimele decade ca urmare a unei importanțe tot mai mari acordate activității fizice și
sportului mai ales după decada a III -a de vârstă, apărând astfel în patologia adultului tânăr și
nefiind restrânsă doar la grupuri populaționale restrânse, precum atleții de performanță .
Incidența rup turilor traumatice de tendon ahilian se regăsește cu precădere la cei implicați în
sporturi ce necesită activități biomecanice specifice: sprinturi, sărituri repetate, în fapt
contracții bruște, cu degajări intense de energie kinetică având complexul mușch i-tendon -os
în situații caracteristice (dorsiflexie plantară, supinație și sistem gastrocnemian -solear relaxat
la inițierea sprintului/săriturii și hiperpronație cu „biciuirea” tendonului la oprire
bruscă/aterizarea călcâiului în pământ) .

1.4 Cascada vindecării
Procesul de reparație și vindecare a tendoanelor este un proces complex, implicând
mediatori ai inflamației și neuromediatori în părți egale, precum și stimuli de natură
mecanică . Cascada vindecării debutează imediat după injurie, leziunea fiind infiltrată prompt
de trombociți, leucocite, monocite și limfocite. Acestea, la rândul lor, eliberează mediatori ai
inflamației, care reprezintă triggeri pentru celulele de proveniență tisula ră: macrofage,
fibroblaști, miofibroblaști, celule endoteliale, care se transformă și inițiază producerea
matricei extracelulare și colagen de tip III. Această activare celulară este urmată de o

adevărată „invazie” a țesutului tendinos, în mod normal hipo sau avascular, de către vase de
neoformație și ramificații nervoase, constituind un adevărat „pied -de-terre” neurovascular
vital pentru vindecare .
Vindecarea tendonului ahilian decurge în trei faze structurale. Prima fază este
reprezentată de răspunsul inf lamator, urmată de faza ce presupune formarea colagenului și
finalizată de faza remodelării calusului .

2. Diagnostic
Anamnestic, pacientul acuză îndeobște o durere bruscă, intensă în porțiunea distală a
tendonului ahilian și imposibilitatea flexiei plantare. La examenul clinic se evidențiază un test
Thompson pozitiv și ruptura tendonului se poate palpa în majoritatea cazurilor.
Patognomonică este imposibilitatea ridicării pe vârfuri a piciorului afectat .
Diagnosticul diferențial se realizează între ruptura to tală și parțială, tendinita ahiliană
(„tennis -leg”), hematomul traumatic al 1/3 inferioare a coapsei, fractura -avulsie de calcaneu,
bursită sau tendinopatia ahiliană .
Examenul imagistic este util doar în cazul în care anamneza și examenul clinic sunt
insuf iciente. Primul pas este examenul ultrasonografic . Se evidențiază defectul focal precum
și o peliculă lichidiană în jurul tendonului. Capetele rupte ale tendonului se pot evidenția
ultrasonografic, mai ales în dorsiflexie . Rezonanța magnetică nucleară este utilă mai ales în
prezentare sagitală, pentru diagnosticul diferențial al tendinopatiilor. Imaginile în T1 sunt
utile în evidențierea caracteristicilor anatomice, în timp ce imaginile în T2 furnizează date
despre gradul de degenerescență .

3. Tratamentul
3.1 Tratament chirurgical constă în: chirurgie deschisă, minim invazivă sau
percutană.
În chirurgia deschisă, pacientul este în decubit ventral, sub rahianestezie, anestezie
generală sau chiar anestezie locală . Incizia este postero -medială . Odată evidențiat
paratendonul, capetele rupturii trebuie identificate și disecate atât proximal și distal . Se
evacuează hematomul posttraumatic și se curăță capetele rupturii . Se practică una dintre
suturile alese, cele mai frecvente fiind Bunnell, Kessler, Kessler modificat și Krackow .
Grefele pot fi luate în considerare atunci când defectul tendinos este mare, ruptura este foarte
distală sau când pur și simplu sutura folosită nu pare a fi suficient de stabilă . Se pot folosi
ligamente artificiale (poliester, polipropilenă) s au tendonul mușchiului plantar; se pot folosi

porțiuni din însuși tendonul ahilian, din porțiunea proximală . Post-operator, se instituie o
imobilizare în atelă gipsată, cu mobilizarea la 10 -14 zile și încărcarea cu restricția dorsiflexiei
cât mai curând po sibil.
Tehnicile minim invazive și percutane urmăresc posibilitatea mobilizării precoce și
implicit a unei vindecări rapide . Prima tehnică percutană a fost descrisă de Ma și Griffiths,
utilizând o sutură combinată, Bunnell în cazul bontului proximal și tip Kessler prin bontul
proximal . O altă tehnică, mai elaborată, a fost dezvoltată de Kaluchi. Această tehnică
presupune o combinație între abordul percutan și chirurgia deschisă: o mini incizie se practică
la nivelul defectului tendinos (evidențiat prin palp are), permițând astfel evidențierea
bonturilor rupturii. Cu ajutorul unor broșe Kirschner modelate, introduse sub paratenon, se
practică sutura percutană . Tratamentul postoperator constă, tradițional, în imobilizare gipsată
modificată progresiv pentru a ad uce antepiciorul în poziție plantară neutră, totul pe durata a 6
săptămâni . Infecția este sensibil redusă în chirurgia minim invazivă și percutană, comparativ
cu chirurgia deschisă. Literatura citează până la 19,6% incidență a infecției în cazul chirurgiei
deschise, deși variațiile sunt semnificative . Rata rerupturii este și ea aparent semnificativ
redusă atunci când se compară chirurgia deschisă cu cea minim invazivă și percutană .

3.2 Tratamentul conservativ
Tratamentul conservativ al rupturii traumatice de t endon ahilian este o alternativă a
tratamentului chirurgical considerată viabilă, deși managementul întregului act terapeutic este
relativ dificil, mai ales în cazul adulților tineri, cu viață activă . Tradițional, managementul
conservativ al rupturii traum atice de tendon ahilian se adresează în special pacienților
vârstnici, la care stress -ul operator nu este un risc ușor de asumat, la pacienți cu o retracție
minimă a capetelor rupturii dovedită imagistic, la pacienții care nu duc o viață activă sau ale
căror boli asociate pot incetini vindecarea .
Protocolul presupune o imobilizare inițială într -o atelă ce poziționează piciorul în
equin . Odată ce diagnosticul clinic a fost pus, se folosește o imobilizare gipsată cu flexie
plantară îndeajuns de pronunțată pen tru a fi siguri că cele două bonturi de ruptură ajung în
contact .
Există o serie de criterii ultrasonografice care pot tranșa alegerea tipului de tratament,
chirurgical sau conservativ :
a) Juxtapoziția bonturilor de rupere în flexie plantară de 200 permite tratamentul
conservativ .

b) Re-examinare ultrasonografică la 4 săptămâni; o vindecare corectă presupune
lipsa discontinuității la palpare.
c) Discontinuitatea capetelor de ruptură după 8 săptămâni de tratament
conservativ sugerează o întârziere în vindecare .
Imobilizarea se menține pentru patru săptămâni, cu o strictă restricție de la încărcare.
La patru săptămâni, imobilizarea se suprimă și se apreciază integritatea și starea tendonului
ahilian prin examen clinic și ultrasonografic la nevoie. Se ap reciază continuitatea tendonului,
gradul de flexie plantară activă liberă și contra rezistenței pasive. Dacă în aprecierea
clinicianului vindecarea este insuficientă, imobilizarea anterioară poate fi prelungită cu două
săptămâni .

4. Modificări biomecanice în procesul de vindecare al tendonului ahilian.
Există două caracteristici biomeca nice care se modifică pe parcur sul vindecării
tendonului ahilian: forța și elongația . Determinarea forței tendonului se poate face cu ajutorul
dinamometrelo r, evidențiindu -se cuplul maxim , cuplul mediu și lucrul mecanic total pe o
durată limitată de timp . Ameliorarea lor și durata necesară ameliorării pot fi considerați
indicatori biomecanici de vindecare . Elongația se determină clinic prin inspecție și verificarea
gradului de mobilitate al gleznei .

5. Aprecierea prognosticului și scoruri de evaluare.
Pentru o apreciere corectă a procesului de vindecare este necesară o evidență
sistematizată. Pentru aceasta s -au elaborat o serie de factori de prognostic și de sisteme de
punctare. Un asemenea sistem presupune astfel două tipuri de date: date subiective, prelevate
de la pacienți și date obiective, obținute în urma examenului clinic la diferite intervale și în
urma examinărilor imagistice. Există o serie de chestionare, unul singur fi ind validat
momentan pentru aprecierea pacienților cu ruptură traumatică de tendon ahilian: „The
Achilles Tendon Total Rupture Score”(ATRS) . Alte două chestionare pot fi utilizate pentru
aprecierea rezultatului, AOFAS (American Orthopaedic Foot and Ankle S ociety clinical
rating system) și FAOS (Foot and Ankle Outcome Score) .
Examinările clinice utile constau în măsurarea circumferinței gambei și a atrofiei
musculare, gradul de mobilitate al gleznei, testul forței și testul rezistenței.

II. Contribuția personal ă.
1. Ipoteza de lucru. Prezenta lucrare își propune să stabilească, de -a lungul a 3
studii, un model matematic reproductibil, viabil al mersului și fugii vis -a-vis de tendonul
ahilian, un tablou precis al tensiunilor de la nivelul tendonului ahilian în timpu l fugii cu
ajutorul studiului cu elemente finite și, în cel de -al treilea studiu, o comparație din punct de
vedere clinic, imagistic și al calității vieții a diferențelor, asemănărilor și discrepanțelor dintre
teorie și practică între tratamentul chirurgic al și cel conservativ al rupturilor traumatice de
tendon ahilian.

2. Studiul 1. Modelarea matematică a fugii și a mersului.
2.1 Introducere
Elaborarea unui model matematic al mersului și al fugii constituie un pas important în
analiza factorilor ce favorizează, facilitează sau chiar induc rupturile traumatice ale
tendonului ahilian. Designul tendonului ahilian îi permite acestuia să transmită forțe
semnificative de la mușchi la os, dar nu este construit în așa fel încât să -i permită să îndure
forțe de forfecare și de compresiune .
În repaus, fibrele tendinoase au o dispoziție undulară, care dispare la întinderea cu
peste 2%. Tendonul este considerat perfect elastic pentru întinderi de până la 2%, mai apoi
fiind considerat ca un material hiperelastic. La peste 4% î ntindere apar rupturile parțiale și
complete (8%).
Forțele care acționează la nivelul piciorului în timpul mersului pot fi măsurate cu
ajutorul unui „covor de presiune” (Force Plate) . Înregistrând forța de impact asupra solului
(FIS), putem aprecia impactu l tendonului ahilian în timpul mersului și forțele care acționează
asupra acestuia .

2.2 Material și metodă
Pentru a studia forța de impact a solului (FIS), am folosit un dispozitiv Kistler
9286AA Force Plate, frecvență de colectare de 2500 Hz (1/0.0004 secund e); pentru
modelarea matematică a mersului cu un tendon normal am folosit un subiect de sex masculin
cu greutate de 77 kg, 182cm, 23 ani la momentul măsurătorii, fără istoric de leziuni la nivelul
tendonului ahilian bilateral, fără istoric de antrenament s pecific; pentru modelarea
matematică a tendonului cu sechele post -ruptură traumatică au participat la experiment doi
bărbați cu ruptură traumatică de tendon ahilian în antecedente, rezolvate chirurgical și
respectiv conservativ, la 6 luni post -injurie (32 de ani, 75 kg, 180 cm pentru cel tratat

chirurgical și 28 de ani, 176 cm, 78 kg pentru cel tratat conservativ). Fiecare subiect a
executat patru serii de exerciții, mers normal, fugă susținută, pas adăugat și săritură într -un
picior, fiecare serie cu 30 de iterații. Datele colectate au fost prelucrate relativ la greutatea
corporală pentru mersul normal, fuga susținută și pasul adăugat .
Am recurs în final la calcularea impulsului (I), definit ca forța aplicată pe un anumită
perioadă de timp, i.e. I= Ft, integrala forței înmulțită cu perioada de timp . Datele brute
colectate au fost prelucrate statistic . Modelarea funcției s -a executat cu ajutorul unui polinom
de ordinul 4, în urma aplicării unui indicator de regresie de tip polinomial de ordinul 4 asupra
graficului norului de puncte.

2.3 Rezultate.
2.3.1 Modelarea fugii
Știind că F=M , unde F este forța, M este masa și  este accelerația gravitațională
(9,81 m/s2), pentru subiectul 1 F este de 755,3 N. Este mai util pentru comparație să
convertim forțele relativ la greutatea corporală, astfel că vârful forței de impact vertical este
de 1711,66 N (226.81% GC). Impulsul este definit matematic ca aria de sub curba forței;
pentru calcularea acestuia vom folosi sume Riemann, în fapt aproximarea ariei de sub curba
funcție i (încă necunoscute) ce descrie forța prin împărțirea ariei în trapeze succesive .
I = Ft 

t
O metodă de a descrie funcția este printr -un polinom de grad 2 . Impulsul devine:
I =

După ce am calculat impulsul I din datele experimentale, funcția care modelează forța
de impact vertical

.
T = 0.384 s și f max = 1711,66 N, impulsul rezultat este I = 438,18 N s, semnificativ
diferit față de impulsul calculat experimental cu ajutorul sumelor Riemann.
Pentru o aproximare mai fidelă, recurgerea la greutatea corporală (GC) este
justificată, întrucât pe parcursul unui pas în cazul fugii, întreaga greutate corporală este
suportată de laba piciorului, confor m legii a 3 -a a mișcării. Expresia GC în cadrul funcției
fugii se face cu ajutorul mediei funcției, descrise de relația:

Astfel, GC se poate calcula prin relația:

avem
sau
, lucru ce e destul de departe de
obținut.
Recurgând la un polinom de ordinul 4:
, unde t[0, T],
cu condi țiile F(0) = 0, F(T)=0, F (0)=0, F(T)=0 și F
=fmax, obținem:

,
ceea ce implică maximul forței
, o aproximare mai apropiată de datele
experimentale .

2.3.2 Modelarea mersului
Modelarea matematică a mersului prezintă o dificultate crescută față de modelarea
fugii, datele experimentale definind un grafic complex, cu două puncte de maxim și un platou
intermediar. De aceea, am abordat aproximarea matematică pornind de la un polinom de
gradul 4 :
, unde t [0, T] .
În final, formula devine

 )
Din datele experimentale putem calcula impulsul cu ajutorul sumelor Riemann, în
cazul de față I=563,48 .

2.4 Discuții și concluzii
Studiul evidențiază faptul că regiunea calcaneeană și, prin intermediul acesteia,
tendonul ahilian, suportă în cadrul activităților cotidiene acțiunea repetată a unor forțe
echivalente cu dublul și aproape dublul greutății corporale. Mai mult, impulsul generat de
aceste forțe este distribuit inegal în spațiu și timp, creându -se momente cinematice în care
încărcarea tendonului ahilian este maximă. Folosind datele obținute experimental, putem
aprecia încărcarea la nivelul tendonului ahilian, fie folosind date obținute sumar, ca durata
contactului cu solul și forța/forțele maxime de impact vertical, fie folosind întregul set de date

obținut, după o no rmalizare și filtrare prealabilă (“zgomotul” este relativ pronunțat la forțe de
valoare mică) și determinând funcția care modelează mișcarea ce ne interesează.

3. Studiul 2. Studiul cu elemente finite a tendonului ahilian.
3.1 Introducere
Încărcarea la nivelul t endonului poate atinge forțe de 1400 -2600 N în timpul mersului
și 3100 -5500 N în timpul fugii susținute. Analiza cu elemente finite din acest studiu încearcă
să adreseze și să identifice distribuția încărcării la nivelul gleznei și în special la nivelul
tendonului ahilian în curs de vindecare în condiții de încărcare și stress extrem.
Pentru desfășurarea experimentului, am elaborat un model 3D cu elemente
finite la nivelul gleznei. Forțele de încărcare la nivelul gleznei și implicit la nivelul
tendonului a hilian au fost preluate din cele identificate în cursul experimentului anterior, mai
precis forțele evidențiate în timpul fugii susținute.

3.2 Material și metodă
Geometria necesară elaborării modelului cu elemente finite a fost construită din
imagini preluate cu ajutorul MRI, secvențializate la 3mm, în plan sagital. S -au folosit imagini
MRI preluate de la un subiect sănătos, în vârstă de 23 de ani, 182cm, 76kg, fără istoric de
leziuni la nivelul tendonului ahilian, fără istoric de consum de alcool, administrar e de
corticosteroizi sau anabolizante, fără istoric de antrenament specific. Segmentarea imaginilor
și obținerea unui model 3D inițial s -a obținut cu ajutorul programului 3D Slicer
(@www.slicer.org, program freeware).
Imaginile de tip ”shell” obținute au fost prelucrate cu SolidWorks 10.0,
transformându -le în elemente solide. Prelucrarea FE s -a obținut prin importarea elementelor
solide în solverul FE Ansys din Altair HyperWorks 10.1 .
Structurile osoase au fost idealizate ca materiale omogene, isotropice și linear elastice.
Modulul Young și raportul lui Poisson pentru structurile osoase au fost stabilite ca 7300 Mpa
și respectiv 0.3. Pentru suprafețele cartilaginoase, modulul Young și raportul Poisson a fost
stabilit ca 1Mpa și 0.4, toate conform modelelor din literatura.
Substanța tendonului ahilian a fost simulată cu ajutorul unei funcții Mooney -Rivlin :
U=C 10(I1-3) + C 01(I2-3) + 1/D(Jel-1)2.
3.3 Rezultate
Distribuția stress -ului von Misses la nivelul gleznei ca rezultat al analizei cu elemente
finite ne indică zonele de maximă solicitare și distribuția liniei de solicitare maximă. În

momentul intermediar de sprijin pe toată talpa, solicitarea tendonului ahilian crește, vârful
stress -ului von Misses și a rezistenței la rupere ajunge la 22.66Mpa și respecti v 4.15%.
Valorile maxime ale stress -ului von Misses și a rezistenței la rupere au fost identificate în
momentul ridicării pe vârfuri, 48,37Mpa și 5.14% respectiv.
3.4 Discuții și concluzii
În acest studiu, am elaborat un model 3D al tendonului ahilian și inser ției calcaneene
și, cu ajutorul elementelor finite, am analizat impactul forțelor asupra geometriei și rezistenței
la rupere a tendonului în condiții de încărcare maximă pe durata unui exercițiu fizic ușor
repetabil și întâlnit cotidian. Experimentul a sub liniat distribuția stress -ului la încărcare și a
relevat maximele acestuia, precum și rezistența la rupere întâlnită la nivelul tendonului
ahilian. Este de evidențiat rata de progresie a tensiunii intra -tendinoase în cadrul exercițiului,
de la o tensiune i nternă cvasi -absentă în momentul contactului cu solul la un nivel al tensiunii
(stress -ului) de ~40 MPa în momentul desprinderii, într -un interval relativ scurt.

4. Studiul 3. Comparația clinică, imagistică și din punct de vedere al calității
vieții în tratamentul conservativ versus cel chirurgical
4.1 Introducere
Studiul de față urmărește compararea rezultatelor tratamentului chirurgical versus
tratamentul conservator prin evaluarea clinică, imagistică, histologică, precum și a calității
vieții pacienților.

4.2 Material și metodă
S-a luat în evidență un grup de 57 de pacienți, diagnosticați cu ruptură traumatică de
tendon ahilian completă, unilaterală, internați în Spitalul Județean de Urgențe Satu -Mare,
secția Ortopedie, în perioada 2008 -2011. Lotul A, de 22 p acienți, a fost lotul celor tratați
conservativ, iar lotul B a conținut 35 de pacienți tra tați chirurgical. Tratamentul conservator a
constat în imobilizare în aparat gipsat în flexie plantară timp de 4 săptămâni, urmată de
imobilizare în aparat gipsat în poziție neutră cu talonizare încă 2 săptămâni. La 6 săptămâni
de la evenimentul traumatic s -a suprimat gipsul pentru un examen clinic și MRI și se începe
încărcarea parțială. La 2 luni de la eveniment încărcarea completă este permisă și se începe
recuperar ea motorie. Pentru tratamentul chirurgical s-a preferat un abord postero -medial, cu
expunerea bonturilor de ruptură la vedere, tehnica de sutură preferată fiind sutura Bunnell și
tehnica Krackow simplă, în funcție de tipul rupturii. Anestezia utilizată a f ost în toate
cazurile, spinală . Postoperator, s -a imobilizat în atelă gipsată în ușoară flexie plantară 2

săptămâni. La 4 săptămâni de la operație s -a permis încărcarea completă și s -a început
recuperarea motorie.
Evaluarea clinică și imagistică a avut loc la 6 săptămâni, apoi la 3 luni, 6 luni și 1 an.
S-au evaluat aspectul plăgii, gradul de mobilizare, prezența durerii, redorii; s -a palpat sediul
rupturii pentru a surprinde o eventuală reruptură. Imagistic, s -a evaluat atât ultrasonografic
cât și cu ajuto rul MRI.
Pentru evaluarea clinică s -a folosit ATRS (Achilles Tendon Total Rupture Score) și
heel-raise testul (flexie plantară repetată în ortostatism până la apariția oboselii și/sau durerii).

4.3 Rezultate
La 6 săptămâni: În lotul pacienților tratați conservativ, ATRS a avut o variație destul
de largă, cu scoruri înregistrate între 7 și 70, cu o medie de 32,45. Heel -raise testul a oferit
date mai puțin concludente, 5 pacienți neputând realiza flexia plantară, iar restul pacienților
realizând între una și 5 flexii plantare.
În lotul pacienților tratați chirurgical, ATRS a înregistrat scoruri între 12 și 85, cu o
medie de 44,45, o îmbunătățire cu 37% față de lotul tratat conservativ (p=0.011). Heel -raise
testul a fost mai concludent în cazul acestui lot, 29 pacienți reușind între 1 și 3 flexii plantare
și 6 pacienți realizând între 4 și 8 flexii plantare .
Ultrasonografic, nu s -a decelat nicio reruptură în ambele loturi, prezența edemului
perilezional și a calusului de vindecare a fost decelată în 48 (84%), respectiv 42 (73%) de
cazuri. 20 din 22 pacienți (90%) tratați conservativ au prezentat edem perilezional și 18 din
22 (81%) au prezentat calus de vindecare. 28 din 35 de pacienți tratați chirurgical au
prezentat edem (80%) și 24 din 35 (68%) calus de vin decare. Corelația statistică a fost slabă
între scorul ATRS și rezultatele ultrasonografice (indice de corelație 0,12) .
La 3 luni: Pentru Lotul A, scorul ATRS a recunoscut o îmbunătățire considerabilă, cu
note cuprinse între 38 și 92 și o medie de 57,9. He el-raise testul se îmbunătățește și el, 12
pacienți reușind între 8 și 22 de flexii plantare, iar restul de 10 pacienți peste 23 de repetiții,
cu o medie de 19,9 la nivelul lotului.
Lotul B prezintă scoruri ATRS între 41 și 94, cu o medie de 63,8, diferenț ă de 10.1%
(p=0,46). Heel -raise testul decelează 18 pacienți cu 8 pănă la 22 de flexii plantare și 17
pacienți cu peste 23 de flexii plantare. MRI nu decelează micro -rupturi în secvență T1 la
niciun pacient din lotul A și 20 pacienți (35%) prezintă edem re manent în T2. 3 pacienți
(8,5%) din lotul B prezintă micro -rupturi proximal de leziune, niciuna nedepășind 2 mm.
Edemul persistă în secvența T2 la 8 pacienți (22,8%).

La 6 luni: Scorul ATRS pentru lotul A cuprinde note între 55 și 96, cu o medie de
79,6. Heel -raise testul decelează 8 pacienți între 19 și 33 și 14 pacienți peste 34 de flexii
plantare. Media la nivelul lotului este de 37,8. Un pacient prezintă reruptură la 5 luni de la
primul eveniment traumatic și necesită tratament chirurgical.
Lotul B cup rinde note între 62 și 97 ATRS, cu media de 80,02 la nivelul lotului, o
diferență de doar 0,52% față de lotul A (p=0,44). Heel -raise testul evidențiază 18 pacienți
între 16 și 33 de repetiții și 17 pacienți cu peste 33 de repetiții, cu o medie de 33,48 de
repetiții.
MRI prezintă relații normale în T2 pentru toți pacienții, în lotul A decelând un pacient
cu micro -rupturi de până la 2 mm proximal și distal de leziune în T1 și 4 pacienți din lotul B
cu micro -rupturi proximale de până la 2 mm. Cei trei pacienți decelați la 3 luni cu micro –
rupturi nu prezintă evoluția micro -rupturilor.

4.4 Evaluarea histologică
Biopsia a fost prelevată de la sediul rupturii, identificată după examenul imagistic
luând repere osos calcaneul, în flexie neutră. După prepararea piesei pe lamă, s -a colorat cu
hematoxilină -eozină. În funcție de gradul de colorare apreciat la microscopul optic, s -au
evidențiat 4 tipuri de acoperire: acoperire minimă (însemnând proliferare colagen III redusă
sau absentă), mică (<33% din suprafață), semnificat ivă (33 -66% din suprafață), bună (>66%
din suprafață) .

4.5 Complicații
Rerupturi. Până în prezent, în lotul pacienților tratați conservativ doi pacienți (18%)
au prezentat reruptură, la 5 și respectiv 16 luni de la primul eveniment traumatic. Din lotul B,
un singur pacient (4%) a prezentat o reruptură precoce, la 2 luni postoperator.
Infecții. Trei pacienți (8%) au suferit infecții superficiale, tegumentare post -operator,
rezolvate sub tratament antibiotic.
Leziunea nervului sural a fost decelată la un singur pacient (2.7%), ruptura traumatică
a tendonului ahilian fiind suferită în urma unui accident de circulație.

4.6 Discuții și concluzii
Tratamentul conservativ, deși grevat de riscul relativ mare al rerupturii și de o
mobilizare mai tardivă, poate fi o alternativă viabilă dacă este corect condus inclusiv în etapa

de recuperare. Judecând după scorurile ATRS obținute pentru lotul tratat cons ervativ,
evoluția este comparativ, dacă nu superioară la 3 și 6 luni de la evenimentul traumatic, deși
tratamentul chirurgical prezintă aprecieri mai bune la 6 săptămâni de la operație. Heel -raise
testul a furnizat date similare scorului ATRS, diferența di ntre cele două tratamente fiind și
mai redusă, indicând faptul că obiectiv, recăpătarea funcționalității membrului este similară
în cazul celor două metode terapeutice.

5. Concluzii finale
Prin intermediul studiilor experimentale din teza de față am încercat să evidențiem
solicitările biomecanice și momentele cinematice cheie la care este supus tendonul ahilian în
activități cotidiene.
Modelarea matematică a mersului și a fugii a produs metode rapide și ușor repetabile
de descriere a forțelor la care este sup us tendonul ahilian, precum și particularitățile
distribuției acestor forțe, regiunea calcaneeană și inserția tendonului ahilian suportând forțe
echivalente a dublului greutății corporale, cu momente cinematice în care încărcarea ahiliană
este maximă.
Studiul cu ajutorul elementelor finite în cadrul fugii a produs o imagine fidelă a
încărcării cinetice a tendonului ahilian, confirmând datele din literatură conform cărora
regiunea situată între 3 și 6 cm proximal de inserția tendinoasă este cel mai frecvent sediu de
ruptură traumatică.
Evaluarea conduitei terapeutice furnizează informații vitale în aprecierea calității
managementului terapeutic. Utilizarea curentă a scorurilor de tip ATRS, investigațiile
imagistice la distanță, teste funcționale de tip „heel -raise test” produc feedback imposibil de
ignorat .
O autoevaluare constantă a procesului terapeutic, împreună cu o accesibilitate
crescută la modelarea și înțelegerea biomecanicii particulare fiecărui pacient constituie, în
accepțiunea prezentei lucrări, vi itorul imediat al actului medical și, pe cale de consecință,
creearea de unelte simple, precise și eficiente prin care medicul ortoped obișnuit să poată
evalua rapid un pacient din toate unghiurile disponibile trebuie să fie unul dintre scopurile
cercetări i actuale.

DOCTORAL THESIS

SURGICAL VERSUS
CONSERVATIVE TREATMENT IN
TRAUMATIC ACHILLES TENDON
RUPTURES

Doctorand Răzvan Anițaș

Conducător de doctorat Prof. Dr. Dan O. Lucaciu

INTRODUCTION 9
CURRENT STATUS OF KNOWLEDGE 11
6. GENERAL DATA 13
6.1 Anatomy
6.2 Etiology
6.3 Epidemiology
6.4 Healing Sequence 13
14
17
19
7. Diagnosis 22
8. Treatment
8.1 Surgical Treatment
8.2 Conservative Treatment 25
25
34
9. Biomechanical Variations during the Healing Process 38
10. Prognosis and Evaluation Scores 40
PERSONAL CONTRIBUTION 43
6. Research Hypothesis 45
7. Study #1. Mathematical Modeling of Running and Walking 47
7.1 Introduction
7.2 Materials and Methods
7.3 Results
7.3.1 Running Model
7.3.2 Walking Model
7.4 Discussion and Conclusions 47
52
56
56
61

8. Study #2. A Running Finite Elements Model of the Achilles Tendon 69
8.1 Introduction
8.2 Materials and Methods
8.3 Results
8.4 Discussion and Conclusions 69
70
73
77
9. Study #3 A Clinical, Imagistic and Quality of Life Comparison between Surgical and Conservative
Treatment 79
9.1 Introduction
9.2 Materials and Methods
9.3 Results
9.3.1 6 Weeks Follow -up
9.3.2 3 Months Follow -up
9.3.3 6 Months Follow -up
9.4 Histological Evaluation
9.5 Complications
9.6 Discussions and Conclusions 79
80
91
91
96
99
103
107
108

10. Final Conclusions 109
REFERENCE S 112

Key words : traumatic Achilles tendon rupture, conservative treatment, surgical
treatment, biomechanics, mathematical modeling, finite elements, quality of life.
Introduction : Traumatic Achilles tendon ruptures make up for a rather frequent
occurrence in trauma events, involving age groups that are especially active, with or without
specific physical training, with lifestyles varying from sedentary to ones involving intense
physical activity. Therapy management is highly involving, choosing between surgical and
conservative treatment being hardly eas y on the working physician.
The current thesis aims to succinctly review current knowledge regarding traumatic
Achilles tendon ruptures, their causes, the epidemiology and diagnostics, as well as current
concepts in treating the Achilles tendon ruptures, w hether surgical or conservative, as well as
reviewing biomechanics involving the Achilles tendon and its healing.
The second part of the thesis aims to identify and model using a mathematical apparatus the
movement of the Achilles tendon and the tendon -calcaneal joint, the mathematical model
considered useful in expressing, comparing and identifying the key kinematic moments in tendon
biomechanics, as well as evaluating the impact during treatment, healing and uninjured tendon.
Using these data one can stud y using finite elements the structure and load bearing of the Achilles
tendon.
I. Current status of knowledge
1. General Data
1.1 Anatomy
The Achilles tendon is the strongest and thickest tendon in the human body. Built through
joining the gastrocnemian and soleus m uscles, by varying degrees, it spans between 9 and 11
centimeters on average in length. MRI images show a 4 -7 mm thick, 12 -25 mm wide strip in a
semicolon or tilde shape. US imaging shows a hypoechogenic strip between two hyperechogenic
bands.
Blood flow i s provided by the muscle -tendon junction, peritenon and bone -tendon junction.
1.2 Etiology
Traumatic Achilles tendon ruptures etiology is stratified: behind the primary cause
(mechanical trauma that tears the tendon) there are other underlying causes that, while acting alone
or concerted, favor the injury: Inflammatory or autoimmune disease, gen etic collagen disorders,
infectious diseases, certain neurological diseases. From an anatomic point of view, the blood flow

varies, the most injury prone zone being relatively avascular. Age is also considered an important
factor in favor of tears, blood f low diminishing significantly with age. Corticosteroid treatment is also
highly correlated with acute tendon tears.
The mechanical factor is, however, the biggest and most important factor involved in
trauma.
1.3 Epidemiology
Traumatic tendon tear incidence sh ows a steady rise in the last decades following an
increase in physical activity and sports especially after the third decade of age, showing up in young
adults more often and not being restricted to select populations, as professional athletes. Traumatic
tendon tear is prevalent in sports that require certain specific biomechanical activities: sprinting,
repeated jumping, brusque muscular contractions, with high release of kinetic energy while the
tendon -muscle -bone complex in a specific situation (plantar dorsiflexion, supine, the gastrocnemian –
soleus complex relaxed while initiationg the sprint/jump and hyperpronation with buckling of the
tendon during a sharp halt/landing).

1.4 The healing sequence
The repairing and healing process of the tendons is a complex undergoing, involving
inflammatory response and neuromediation in equal parts, as well as mechanical stimulus. The
healing sequence starts right after the injury, the lesion being promptly infil trated by thrombocytes,
leukocytes, monocytes and limphocytes. These, in turn, release inflammation modulators
representing triggers for macrophages, fibroblasts, miofibroblasts, endothelial cells which in turn
initiate the synthesis of the extracellular m atrix and type III collagen. This tissular activation is
followed by an “invasion” of tendon tissue, usually hypo – or avascular, by new generation vessels
and nervous ramifications, building to a neurovascular “pied -de-terre” vital for healing.
Achilles te ndon healing involves three structural phases. First phase involves the
inflammatory response, followed by collagen synthesis and finally, the healing tissue remodeling.
2. Diagnosis
The patient history usually tells of a sudden, sharp pain in the distal part of the Achilles
tendon and plantar flexion loss. Clinical examination shows a positive Thompson test and the
rupture gap can be felt in most cases. Heel raising is patognomonic.
Differential diagnosis is established between total and partial tear, Achille s tendinitis
(“tennis -leg”), traumatic hematoma of the lower leg, fracture -tear of the calcaneus, bursitis or
Achilles tendinopathy.

Imaging is useful only if patient history and clinical exam are insufficient. The first step is the
ultrasound exam. It sho ws the local tear as well as a liquid film around the tendon. The tendon
stumps can be viewed by US, especially in dorsiflexion. MRI is useful especially in sagital view, for
differential diagnosis of the tendinopathy. T1 images are useful in showing the a natomic structure,
while T2 images provide degenerescence data.

3. Treatment
3.1 Surgical treatment involves open surgery, minimal invasive surgery or percutaneous
surgery.
Open surgery involves having the patient in supine, under spinal anesthesia, general
anes thesia or even local anesthesia. The incision is carried postero -medial. Once the paratenon is
revealed, the stumps are identified and dissected proximally and distally. The traumatic hematoma
is evacuated and the stumps are cleaned. One of the elective su tures is performed, the most
frequent ones being Bunnell, Kessler, modified Kessler and Krackow. Grafts can be considered when
the tendon defect is large enough, the tear is too distal and/or the suture to be used is considered
insufficiently stable. Artif icial ligaments can be used (polyester, polypropylene) or the plantaris
muscle tendon. Even proximal fragments of the Achilles tendon can be used. Post -operatively, a cast
is applied, removed after 10 -14 days and weight bearing with restricted dorsiflexion is ordered as
soon as possible.
Minimal invasive and percutaneous techniques aim an early weight bearing and thus, a
faster healing. First percutaneous technique was described by Ma and Griffiths, using a combined
Bunnel/Kessler suture. A more elaborate t echnique was developed by Kaluchi. This technique
involves a combination between percutaneous approach and open surgery: a minimal incision is
carried at the level of the tear (felt while palpating), allowing thus to reveal the stumps. With a
modeled Kirsc hner wire stabbed under the paratenon a percutaneous suture is carried. The
postoperative treatment involves casting progressively straightened to bring the foot in plantigrade
position during 6 weeks of casting. The infection rate is significantly reduce d with minimally invasive
surgery, compared to open surgery. Reviews show an up to 19.6% rate of infection for open surgery,
although the variations are significant. Rerupture rates are significantly reduced as well.

3.2 Conservative treatment.
Conservative t reatment of the Achilles tendon tear is a viable alternative to open surgery,
although the management of the entire therapeutic act is relatively difficult, especially in young
adults with active lives. Traditionally, the conservative approach was reserved to the elderly, which

undergoing anesthesia was not a risk to take lightly, to patients with minimal stump distraction
proven by imaging, to patients that have a sedentary lifestyle or associated illness that can impede
healing.
The protocol involves init ial casting in equine brace. Once the diagnostic is final, a plantar
flexion cast is used to ascertain the stumps are in contact with each other.
There are a series of US criteria that can speed up the decision between the surgical and
conservative approac h:
a. Up to 20 degrees of angulation of the stumps can benefit from conservative
treatment.
b. US reexamination at 4 weeks; proper healing involves no rupture gap.
c. Rupture gap proven by US after 8 weeks of conservative treatment suggests a delay
in healing.
Casting is maintained for 4 weeks, no weight bearing allowed. After four weeks, the cast is
removed and tendon healing is appraised by clinical and US exam. Tendon continuity, plantar flexion
are appraised. If healing is deemed insufficient, casting can be extended by two more weeks.
4. Biomechanical Variations during the Healing Process
There are two biomechanical variables that change during the healing process: force and
elongation. Force is measured with the use of a dynamometer, revealing maximum load, me dian
load and total mechanical work during a limited period of time. Improvement and the time needed
to achieve it can be considered healing parameters. Elongation is determined clinically by inspection
and ankle mobility.

5. Prognosis and evaluation scores.
To correctly appraise the healing process strict evidence is needed. Bearing this in mind, a
series of prognostic factors and score systems have been developed. Such a system involves two
types of data: subjective ones, collected from patients and objecti ve ones, collected by means of
clinical exam and imaging. There are a set of scoring tools, only one considered viable for appraising
the Achilles tendon tear: “The Achilles Tendon Total Rupture Score” (ATRS). Two more
questionnaires can be used to evaluat e results, AOFAS (American Orthopaedic Foot and Ankle
Society clinical rating system) and FAOS (Foot and Ankle Outcome Score).
Clinical exam involve measuring the lower limb circumference and muscle atrophy, ankle
movement, force and resistance test.

II. Personal contribution
1. Work hypothesis
The thesis aims to elaborate, during three experimental studies, a reproducible
mathematical model of running and walking, a precise image of the forces involved at tendon level
while running with the aid of a finite elem ents model and a comparison between surgical and
conservative treatment involving clinical exam, imaging and quality of life questionnaires, the
likeness and discrepancies between theory and practice.

2. Study #1. Mathematical modeling of running and walking .
2.1 Introduction
Mathematical modeling of running and walking is an important step in the analysis of the
factors involved in favoring, facilitating or even cause traumatic tendon tears. The Achilles tendon
design allows it to convey significant forces from muscle to bone, but its build doesn’t allow much
resistance to shearing and compression forces.
At rest, tendon fibers display a wavy configuration, which vanishes at stretching past 2% of
its length. The tendon is considered to behave as an elastic mater ial at stretches up to 2%, thereafter
behaving as a hyperelastic material. Past 4% elongation partial and complete tears appear (8%).
Forces acting at foot level during walking and running can be measured with the help of a
force plate. Recording the groun d reaction force allows us to evaluate the impact upon the Achilles
tendon during walking and running.

2.2 Materials and methods
To record the ground reaction force (GRF), a Kistler Force Plate was used, with a recording
frequency of 2,5kHz; a human subject o f 77kg of weight, 182cm height and 23 years old with no
prior tendon injuries and no prior specific physical training was asked to run over the force plate 30
times. Collected data were processed relating to body weight for normal walking, sustained runnin g
and sidestepping.
We opted to calculate the Impulse (I), defined as applied force during a set period of time,
i.e. I=Ft. Raw data collected underwent statistical processing. Modeling of the running and
walking function was done with the help of a fourth order polynomial, after applying a regression
curve to the data graph.

2.3 Results
2.3.1 Running model
Knowing F=M , where F is force, M mass and  stands for gravitational pull (9,81 m/s2),for
subject 1 F is 755,3 N. It is useful to convert the forces in relation to body weight, therefore ground
reaction force peaks at 1711,66 N (226.81% BW). Impulse is defined as the area below the graphic
curve; in order to calculate it, Riemann sums can be used, which are in fact the aproximation of the
area below the curve with the aid of trapezoids.
I = Ft 

t
Another method of describing the function is through second order polynomial. The impulse
becomes:
I =

Once the impulse is solved for, the ground reaction force function becomes

.
T = 0.384 s and f max = 1711,66 N, impulse is I = 438,18 N s, significantly different than the
result obtained using Riemann sums.
A more thorough approximation warrants the use of body weight (BW), as during a step of a
running sequence, the whole body weight is supported by the forefoot, as per the Third Law of
Motion. Body weight is expressed with the help of the running function as

Thus, we can use BW in:

where
or
, pretty far from .
Resorting to a fourth order polynomial :
, where t[0, T],
solving for F(0) = 0, F(T)=0, F (0)=0, F(T)=0 and F
=fmax, results in:

,
which uses the maximum of the force
, an aproximation much closer to
experimental data.

2.3.2 Walking model
A mathematical walking model turns to be more difficult than a running model,
experimental data painting a complex graphic, with two peaks and an intermediary plateau. Thus,
we opted to use a fourth order polynomial in modeling:
, where t [0, T].
Finally, the formula becomes

 )
Experimental data gives us the impulse with the help of Riemann sums I=563,48.
2.4 Discussion and conclusions
The present study considers buildi ng an accurate model of running allows to identify key
kinematic moments and events that impact the foot and specifically, the ankle with its main
muscle/bone system that is the triceps surae – Achilles tendon – calcaneus complex.
The heel region in general and the Achilles tendon in particular bears loads
equivalent to twice and sometimes more than twice the body weight during running. Moreover, the
impulse generated by these loads is distributed inequally throughout the running sequence, creating
high-strain events for the Achilles tendon.
Using experimental data we can evaluate the load at tendon level, either through
easily obtained variables as ground contact duration, ground reaction force peaks, or through
elaborate processing of the entire dat a set, after normalization and filtering of raw data and
modeling the running or walking function.

3. Study #2. Finite elements study of the Achilles tendon.
3.1 Introduction
Loads at tendon level can reach up to 1400 -2600 N during walking and 3100 -5500 N during
running. Finite elements analysis involved in this study aims to adress and identify the load
distribution at ankle level, especially at Achilles tendon level during the healing process.
In order to ascertain the above, we elaborated a 3D model and finite elements mesh of the
ankle. Loads data was used from data collected in the previous experiment, during sustained
running.
3.2 Materials and methods
The necessary geometry was built starting from MRI slides, 3mm sequencing, sagital. The
subject was a 23 year old male, 182 cm, 76 kg, no history of tendon injury, no history of chronic

ingestion of toxics (alcohol, corticosteroids etc.), no specific physi cal training. Segmentation and an
initial 3D model was obtained with the help of 3DSlicer (@www.slicer.org).
Shell models thus obtained were further processed with SolidWorks 10.0, rendering into
solid bodies. FE analysis was conducted with the Altair Hype rworks 10.1 Abaqus solver.
In order to emulate the calcaneus -tendon interface, the rigid body -flexible body option was
used while solving. Compressive rigids were used at interface in an attempt to simulate cartilaginous
structure. Bony structures were con sidered homogenous, isotropic and linearly elastic materials,
Young modulus and Poisson’s ratio were considered to be 7300 Mpa and 0.3 respectively.
Compressive surfaces were given 1Mpa Young modulus and 0.4 Poisson’s ratio.
Achilles tendon material was e mulated by considering it a hyperelastic,
incompressible material defined by E=c 10(I1-3) + c 01(I2-3) + 1/D(Jel-1)2, where E is kinetic energy, c 10,
c01 material constants that express deformation and D is a given incompressibility variable.
I1=12+22+32 and I 2=1-2+2-2+3-2 are first and second deviatoric strain invariants thus defined. A
Mooney -Rivlin formulation is thus defined.
3.3 Results
Von Misses stress distribution at ankle level indicates the areas of maximum strain. During
the intermediare moment of full ground contact, the strain on the Achilles tendon goes up to
22.66Mpa and 4.15%, respectively. Maximum values of von Misses stress and tear resistance were at
toe support, 48,37Mpa and 5.14% respectively.
3.4 Discussion and conclusions
The current stu dy aimed to build a 3D model of the Achilles tendon – calcaneus joint and to
analyze, with the help of finite element analysis, the impact of forces upon the geometry of the
ankle region during a running sequence.
The current study reveals the maximal load s in this region can be indeed one of the causes
for acute traumatic tendon tears, even in absence of a damaged or degenerated tendon structure. It
is worth noting the quick intratendinous load rise from being almost negligible while airborne and
first gro und contact to roughly 40Mpa at pre -airborne phase, in a very short time span.
4. Study #3 . A Clinical, Imagistic and Quality of Life Comparison between Surgical and
Conservative Treatment
4.1 Introduction
This study aims to compare the results of surgical treatm ent versus conservative treatment
through clinical evaluation, imaging, histology and quality of life questionnaires.
4.2 Materials and methods

A number of 57 patients were taken under supervision, diagnosed with traumatic, acute,
complete, unilateral Achilles tendon tear, treated at Satu Mare County Hospital, Orthopaedics Ward,
between 2008 and 2011. Group A, of 22 patients, were treated conservatively, while group B, of 35
patients, were treated surgically.
Conservative treatment involved casting in plantar flexion for 4 weeks, followed by casting in
plantigrade position for 2 weeks with weight bearing allowed. 6 weeks follow -up cast was removed,
clinical examination, US and MRI are performed, partial bearing without cast is begun. 2 months
following the traumatic event, full weight bearing sans cast is permitted.
Clinical examination and imaging is carried at 6 weeks, 3 months, 6 months and 1 year. We
examined the surgical wound, the degree of flexion, the p resence of pain. Heel -raise test was
performed. The rupture site was palpated, to reveal a possible rerupture. US and MRI were
conducted. Quality of life questionnaires were employed, using ATRS.
4.3 Results
Follow -up at 6 weeks: In the conservative treatmen t group, ATRS displayed a rather large
variation, with scores between 7 and 70, with a 32.45 median. Heel -raise test was less conclusive, as
5 patients were unable to perform the plantar flexion, while the rest of the group performing
between one and 5 hee l-raises successfully.
The surgical treatment group recorded ATRS scores between 12 and 85, a median of 44,45,
an improvement of 37% compared to the conservative group(p=0.011). Heel -raise test was less
conclusive, 29 patients performing between 1 and 3 p lantar flexions and 6 patients performing
between 4 and 8 plantar flexions.
Ultrasound revealed no rerupture, perilesional edema and healing tissue were present in 48
(84%) cases and 42 (73%) cases, respectively. 20 out of 22 patients (90%) treated conser vatively
revealed perilesional edema and 18 out of 22 (81%) revealed healing tissue. 28 out of 35 patients
treated surgically showed edema(80%)and 24 out of 35 (68%) healing tissue. Statistic correlation
between ATRS and US results were weak (correlation s core of 0,12).
Follow -up at 3 months: Group A noted an improvement in the ATRS, with scores between 38
and 92, with a median of 57.9. Heel -raise tests improve, 12 patients performing between 8 and 22
plantar flexions, while 10 over 23 repetitions, with a m edian of 19.9.
Group B scores between 41 and 94, with a median of 63.8, a 10% improvement compared to
group A (p=0.46). Heel -raise tests show 18 patients between 8 and 22 raises and 17 patients with
over 23 raises. MRI doesn’t show micro -tears in T1 in gro up A and 20 (35%) show remnant edema. 3
patients (8.5%) out of group B show micro -tears proximal to the lesion, less than 2 mm in length. 8
patients (22.8%) reveal remnant edema.

6 months follow -up: ATRS for group A is found between 55 and 96, with a media n of 79,6.
Heel -raise test reveals 8 patients with 19 to 33 raises and 14 patients above the 34 raises mark.
Median is 37.8 group -wide. A single patient shows rerupture at 5 months in and requires surgical
treatment.
Group B scores between 62 and 97, with a median of 80.02, just .52% difference compared
to group A (p=.44). Heel -raise tests show 18 patients between 16 and 33 reps, with 17 patients over
33 reps, turning in a median of 33.48 reps.
MRI shows normal imaging in T2 for all patients, one group A pa tient presenting tears less
than 2mm long. None of the previous 3 patients with micro -tears show an evolution of the lesions.
4.4 Histological evaluation
Samples were harvested from rupture sites, identified through imaging and calcaneal
landmarks with the foo t in neutral position. Coloring was done using haematoxilin -eosin. Depending
on color intake using the optic microscope, four types of samples were identified: minimal intake
(meaning low or absent type 3 collagen proliferation), small intake (<33% of the surface), significant
(33-66% of the surface), good (>66% of the surface).
4.5 Complications
Reruptures. Two patients (18%) underwent surgery for rerupture from the conservative
treatment group, at 5 and 16 months respectively. From group B, one patient (4%) d eveloped an
early rerupture, 2 months postoperatively.
Infections. Three patients (8%) suffered through superficial skin infection, treated with
antibiotherapy.
Sural nerve lesion occurred in one patient (2.7%), the traumatic tendon tear caused by a
traffic accident.
4.6 Discussion and conclusions
Conservative treatment, although at higher risk of rerupture and facilitating a later weight
bearing than the surgical treatment, can be considered a viable alternative if correctly managed,
including the physic al recovery phase. Judging by ATRS scores in the conservative treatment group,
recovery is comparable, even superior at 3 and 6 months from the traumatic event, although the
surgical treatment fares better at 6 weeks follow -up. Heel -raise tests provided si milar data to ATRS
questionnaires, the difference between the two treatments even slimmer, objectively pointing out
that functional recovery is similar between the two.

5. Final conclusions
Through experimental studies described in this thesis we tried to reveal the biomechanical
strain and key kinematic moments involved in daily Achilles tendon wear.
Mathematical modeling of walking and running provided fast and easily reproducible
methods to describe the forces impacting the Achilles tendon, as well as th e particular distribution
of said forces, the calcaneal region and the tendon -bone joint bearing loads equal to double the
body weight or more during peak loading moments.
The finite elements study of a running Achilles tendon provided us with a clear imag e of the
kinetic strain involved, confirming already known data that implicated the region between 3 and 6
centimeters proximally to the tendon insertion as the most frequent rupture site.
Appraising the management algorithm provides us with vital informat ion regarding the
quality of the treatment. Using the quality of life questionnaires, the follow -up imaging consistently,
functional tests as the heel -raise test provide us with feedback data impossible to ignore.
A permanent and constant evaluation of the therapeutic process, along with a higher
accessibility to modeling and understanding the biomechanical particularities of each patient is
paramount, as this thesis states, in the proximal future evolution of the healing process and,
consequently, of build ing simple, precise and effective tools through which the orthopaedic surgeon
could evaluate quickly and from all angles a patient.