Comparison of muscle strength and functional status of patients with operated and non-operated chronic total anterior cruciate ligament injury

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The anterior cruciate ligament (ACL) plays a fundamental role in maintaining knee joint stability, primarily by preventing the forward translation of the tibia relative to the femur. The functional effects of ACL injuries can be seen in patients, irrespective of their surgical intervention.

The aim of the study — to compare knee functional results, quality of life, quadriceps and hamstring muscle strengths, and muscle thickness differences using ultrasonography between patients diagnosed with total anterior cruciate ligament injury who have undergone surgery and those who have not.

Methods. Male patients aged 18 to 40 with total ACL rupture were evaluated during chronic period. The study evaluated patients’ pain levels, joint range of motion, thigh circumference measurements using the visual analog scale, and quadriceps and hamstring muscle thickness measurements using ultrasonography. Functionality was assessed using the single-leg jump test, Lysholm Knee Scale, and Anterior Cruciate Ligament Quality of Life Questionnaire.

Results. The study involved 21 non-operated and 20 operated patients. The rate of rehabilitation was significantly higher in the operated group, despite no significant difference between the groups in terms of the injured side. Furthermore, the operated group exhibited a statistically significant difference in thigh circumference between the right and left sides. The evaluation conducted by USG found a significant difference in hamstring muscle thickness between the operated group and the control group. However, there was no significant difference observed between the groups in terms of knee functionality, as indicated by the Lysholm knee scale and jump tests, and flexor and extensor isokinetic muscle strengths.

Conclusion. Patients with anterior cruciate ligament injuries may exhibit no significant difference between knee functionality and isokinetic muscle strength evaluations, regardless of whether they have undergone surgery or not. However, the group that underwent surgery showed significant muscle loss.

About the authors

Pınar A. Bulut

Silivri Kolan Hospital

Email: pinarda88@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1770-2258
Turkey, İstanbul

Aylin Ayyıldız

Başakşehir Çam and Sakura City Hospital

Author for correspondence.
Email: aylin.mrt93@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7163-8234
Turkey, İstanbul

Selda Ç. İnceoğlu

University of Health Sciences, Şişli Hamidiye Etfal Training and Research Hospital

Email: seldavd@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0387-3558
Turkey, İstanbul

Figen Yılmaz

University of Health Sciences, Şişli Hamidiye Etfal Training and Research Hospital

Email: figenyilmaz@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-0825-5169

MD, Professor

Turkey, İstanbul

Türker Şahinkaya

Istanbul University Istanbul Faculty of Medicine

Email: turkerss@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1466-381X
Turkey, İstanbul

Osman T. Eren

University of Health Sciences, Şişli Hamidiye Etfal Training and Research Hospital

Email: tugruleren@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7675-9297

MD, Professor

Turkey, İstanbul

Banu Kuran

University of Health Sciences, Şişli Hamidiye Etfal Training and Research Hospital

Email: banukuran@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2273-1018

MD, Professor

Turkey, İstanbul

References

  1. Larwa J., Stoy C., Chafetz R.S., Boniello M., Franklin C. Stiff Landings, Core Stability, and Dynamic Knee Valgus: A Systematic Review on Documented Anterior Cruciate Ligament Ruptures in Male and Female Athletes. Int J Environ Res Public Health. 2021;18(7):3826. doi: 10.3390/ijerph18073826.
  2. Moksnes H., Risberg M.A. Performance-based functional evaluation of non-operative and operative treatment after anterior cruciate ligament injury. Scand J Med Sci Sports. 2009;19(3):345-355. doi: 10.1111/j.1600-0838.2008.00816.x.
  3. Monk A.P., Davies L.J., Hopewell S., Harris K., Beard D.J., Price A.J. Surgical versus conservative interventions for treating anterior cruciate ligament injuries. Cochrane Database Syst Rev. 2016;4(4):CD011166. doi: 10.1002/14651858.CD011166.pub2.
  4. Montalvo A.M., Schneider D.K., Silva P.L., Yut L., Webster K.E., Riley M.A. et al. What’s my risk of sustaining an ACL injury while playing football (soccer)? A systematic review with meta-analysis. Br J Sports Med. 2019;53(21):1333-1340. doi: 10.1136/bjsports-2016-097261.
  5. Stojanović E., Faude O., Nikić M., Scanlan A.T., Radovanović D., Jakovljević V. The incidence rate of ACL injuries and ankle sprains in basketball players: A systematic review and meta-analysis. Scand J Med Sci Sports. 2023;33(6):790-813. doi: 10.1111/sms.14328.
  6. Insam D., Perwanger F., Fritsch L., Ahrens P., Christian J., Hinterwimmer S. ACL plus ALL reconstruction restores normal knee stability and does not lead to lateral pain or signs of lateral overstrain. Sportverletz Sportschaden. 2025;39(1):16-23. (In English). doi: 10.1055/a-2503-6766.
  7. Smith T.O., Postle K., Penny F., McNamara I., Mann C.J. Is reconstruction the best management strategy for anterior cruciate ligament rupture? A systematic review and meta-analysis comparing anterior cruciate ligament reconstruction versus non-operative treatment. Knee. 2014;21(2):462-470. doi: 10.1016/j.knee.2013.10.009.
  8. Meuffels D.E., Favejee M.M., Vissers M.M., Heijboer M.P., Reijman M., Verhaar J.A. Ten year follow-up study comparing conservative versus operative treatment of anterior cruciate ligament ruptures. A matched-pair analysis of high level athletes. Br J Sports Med. 2009;43(5):347-351. doi: 10.1136/bjsm.2008.049403.
  9. Grindem H., Eitzen I., Engebretsen L., Snyder-Mackler L., Risberg M.A. Nonsurgical or Surgical Treatment of ACL Injuries: Knee Function, Sports Participation, and Knee Reinjury: The Delaware-Oslo ACL Cohort Study. J Bone Joint Surg Am. 2014;96(15):1233-1241. doi: 10.2106/JBJS.M.01054.
  10. Frobell R.B., Roos H.P., Roos E.M., Roemer F.W., Ranstam J., Lohmander L.S. Treatment for acute anterior cruciate ligament tear: five year outcome of randomised trial. BMJ. 2013;346:f232. doi: 10.1136/bmj.f232.
  11. Citaker S., Kafa N., Hazar Kanik Z., Ugurlu M., Kafa B., Tuna Z. Translation, cross-cultural adaptation and validation of the Turkish version of the Lower Extremity Functional Scale on patients with knee injuries. Arch Orthop Trauma Surg. 2016;136(3): 389-395. doi: 10.1007/s00402-015-2384-6.
  12. Wang L., Xia Q., Li T., Wang Z., Li J. Limb Symmetry Index of Single-Leg Vertical Jump vs. Single-Leg Hop for Distance After ACL Reconstruction: A Systematic Review and Meta-analysis. Sports Health. 2024;16(5):851-861. doi: 10.1177/19417381231205267.
  13. Kinikli G.I., Celik D., Yuksel I., Atay O.A. Turkish version of the Anterior Cruciate Ligament Quality of Life questionnaire. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2015;23(8):2367-2375. doi: 10.1007/s00167-014-3404-8.
  14. Sanders T.L., Maradit Kremers H., Bryan A.J., Larson D.R., Dahm D.L., Levy B.A. et al. Incidence of Anterior Cruciate Ligament Tears and Reconstruction: A 21-Year Population-Based Study. Am J Sports Med. 2016;44(6):1502-1507. doi: 10.1177/0363546516629944.
  15. Shea K.G., Carey J.L., Richmond J., Sandmeier R., Pitts R.T., Polousky J.D. et al. The American Academy of Orthopaedic Surgeons evidence-based guideline on management of anterior cruciate ligament injuries. J Bone Joint Surg Am. 2015;97(8):672-674. doi: 10.2106/jbjs.n.01257.
  16. Abe T., Loenneke J.P., Thiebaud R.S. Ultrasound assessment of hamstring muscle size using posterior thigh muscle thickness. Clin Physiol Funct Imaging. 2016;36(3):206-210. doi: 10.1111/cpf.12214.
  17. Kilcoyne K.G., Dickens J.F., Haniuk E., Cameron K.L., Owens B.D. Epidemiology of meniscal injury associated with ACL tears in young athletes. Orthopedics. 2012;35(3):208-212. doi: 10.3928/01477447-20120222-07.
  18. Chen G., Tang X., Li Q., Zheng G., Yang T., Li J. The evaluation of patient-specific factors associated with meniscal and chondral injuries accompanying ACL rupture in young adult patients. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2015;23(3):792-798. doi: 10.1007/s00167-013-2718-2.
  19. Matava M.J., Gibian J.T., Hutchinson L.E., Miller P.E., Milewski M.D., Pennock A.T. Factors Associated With Meniscal and Articular Cartilage Injury in the PLUTO Cohort. Am J Sports Med. 2023;51(6):1497-1505. doi: 10.1177/03635465231164952.
  20. Duchman K.R., Westermann R.W., Spindler K.P., Reinke E.K., Huston L.J., Amendola A. The Fate of Meniscus Tears Left In Situ at the Time of Anterior Cruciate Ligament Reconstruction: A 6-Year Follow-up Study From the MOON Cohort. Am J Sports Med. 2015;43(11):2688-2695. doi: 10.1177/0363546515604622.
  21. Grindem H., Eitzen I., Moksnes H., Snyder-Mackler L., Risberg M.A. A pair-matched comparison of return to pivoting sports at 1 year in anterior cruciate ligament-injured patients after a nonoperative versus an operative treatment course. Am J Sports Med. 2012;40(11):2509-2516. doi: 10.1177/0363546512458424.
  22. Kellis E., Sahinis C., Baltzopoulos V. Is hamstrings-to-quadriceps torque ratio useful for predicting anterior cruciate ligament and hamstring injuries? A systematic and critical review. J Sport Health Sci. 2023;12(3):343-358. doi: 10.1016/j.jshs.2022.01.002.
  23. Konishi Y., Kinugasa R., Oda T., Tsukazaki S., Fukubayashi T. Relationship between muscle volume and muscle torque of the hamstrings after anterior cruciate ligament lesion. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2012;20(11):2270-2274. doi: 10.1007/s00167-012-1888-7.
  24. Meuffels D.E., Poldervaart M.T., Diercks R.L., Fievez A.W., Patt T.W., Hart C.P. et al. Guideline on anterior cruciate ligament injury. Acta Orthop. 2012;83(4):379-386. doi: 10.3109/17453674.2012.704563.
  25. Alizadeh S., Sarvestan J., Svoboda Z., Alaei F., Linduška P., Ataabadi P.A. Hamstring and ACL injuries impacts on hamstring-to-quadriceps ratio of the elite soccer players: A retrospective study. Phys Ther Sport. 2022;53:97-104. doi: 10.1016/j.ptsp.2021.12.001.
  26. Kim H.J., Lee J.H., Ahn S.E., Park M.J., Lee D.H. Influence of Anterior Cruciate Ligament Tear on Thigh Muscle Strength and Hamstring-to-Quadriceps Ratio: A Meta-Analysis. PLoS One. 2016;11(1):e0146234. doi: 10.1371/journal.pone.0146234.
  27. Long W.J., Scott W.N. Anterior cruciate ligament injuries and reconstruction: Indications, principles and outcomes. In: Scott W.N. (eds.) Insall & Scott Surgery of the Knee. 5th ed. Elsevier/Churchill Livingstone: Philadelphia; 2012. p. 371-384.
  28. Sonesson S., Kvist J., Ardern C., Österberg A., Silbernagel K.G. Psychological factors are important to return to pre-injury sport activity after anterior cruciate ligament reconstruction: expect and motivate to satisfy. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2017;25(5): 1375-1384. doi: 10.1007/s00167-016-4294-8.
  29. Medvecky M.J., Nelson S. Kinesiophobia and Return to Sports After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. Conn Med. 2015;79(3):155-157.
  30. Marn-Vukadinovic D., Jamnik H. Validation of the short form-36 health survey supported with isokinetic strength testing after sport knee injury. J Sport Rehabil. 2011;20(3):261-276. doi: 10.1123/jsr.20.3.261.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Ultrasonographic measurement location of m. rectus femoris and m. vastus intermedius

Download (960KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Ultrasonographic measurement location of the hamstring muscles

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».