Alai

Na nerezovém šicím drátu byly po sterilizaci, jak je znázorněno na obr. 5 , ve stavu po převzetí od dodavatelů sternálního drátu nalezeny silné částice oxidu. Tyto oxidové částice mohly být prekurzory štěrbinové koroze po implantaci sternálního drátu. Částice oxidů byly nalezeny také na příčných trhlinách a v oblastech povrchových defektů (obr. 6).

Obr. 7 ukazuje přítomnost štěrbinové koroze na povrchových dutinách odebraných šicích drátů. Tmavé oblasti v okolí povrchových dutin na vytažených drátech jsou známkou štěrbinové koroze.

4 Diskuse

V našem zařízení je osmička v kombinaci s jedním nebo dvěma jednoduchými přerušovacími stehy rutinní metodou uzávěru sternotomie. Většina center uvádí v literatuře průměrnou incidenci závažných sternálních komplikací 0,8 % .

Pět z 1170 pacientů po operacích na otevřeném srdci v naší jediné instituci během dvouleté studie bylo identifikováno jako komplikace zlomeniny drátu při rentgenovém vyšetření hrudníku. Incidence zlomeniny drátu s dehiscencí sterna vyžadující další debridment a refixaci je v naší populaci pacientů asi 0,4 %.

Uvádí se, že k dehiscenci sterna může dojít při fyziologické zátěži, např. při kašli a cyklickém dýchání. Sílu/pevnost 150 kg (552 ksi) zatíženou na uzávěr sternotomie při maximálním kašli uvádí Casha et al. . Ačkoli je síla (kg) běžným parametrem používaným v lékařském výzkumu , je správné používat také pevnost (psi nebo ksi) vyvolanou působícím zatížením (síla/jednotka plochy průřezu). Z úcty ke všem publikovaným pracím v různých časopisech jsou v tomto článku přijaty jednotky síly a pevnosti, aby se vyhovělo čtenářům ve všech oborech. Vzhledem k tomu, že chirurgové obvykle používají k uzavření střední sternotomie šest drátů, každý drát by měl vydržet 25 kg (92 ksi). Bylo by tedy zapotřebí minimálně tří závitů 0,7mm drátu nebo dvou závitů 0,9mm drátu, aby vydržel silný kašel. Normálně se ocelový sternální drát přetrhne při maximální pevnosti 345 ± 4,8 ksi (92,8 ± 1,3 kg) u hrudníku uzavřeného technikou jednoho osmičkově stočeného drátu a při 365 ± 17,9 ksi (98,0 ± 4,8 kg) u dvou rovných stočených drátů. Chirurgové obvykle používají při uzávěru sternotomie 5-7 závitů drátu a na základě těchto studií se zdá, že to stačí k získání maximální pevnosti a zabránění možné dehiscenci sterna.

Za normálních okolností je pevnost vyvolaná zatížením nebo silou působící na sternální drát po uzávěru daleko nižší než UTS drátu, jak studovali Losanoff a kol. na svém biomechanickém modelu prasete. Přesto by po běžném chirurgickém zákroku mohlo dojít ke zlomení sternálního drátu.

U drátu s dokonalým stavem povrchu by během uzávěru sternotomie k žádnému zlomení drátu nedošlo. Indukovaná nebo odvozená pevnost však mohla překročit UTS šicího drátu, pokud byly na odebraných sternálních drátech nalezeny závažné povrchové defekty, jako jsou příčné trhliny a inkluze. Příčná trhlina a inkluze mohly sloužit jako oblast soustředěného napětí a vést k přetržení drátu, protože plochý lom získaného šicího drátu naznačoval nedostatek tvárnosti.

Dokonalý výrobní proces a nesprávný proces sterilizace mohly oslabit nebo zničit vnitřní nebo vnější strukturu šicího drátu . Příčné trhliny byly široce zdokumentovány; tato vada je způsobena nedostatečným mazáním a chlazením během procesu tažení drátu . Teplo generované třecí silou uvnitř tažné matrice a následné ochlazování mazivem poté, co drát opustí tažnou matrici, by mohlo na povrchu drátu vytvořit martenzitovou strukturu . Drát je náchylný k lámání pod tlakem nebo pevností v důsledku obrovského rozdílu tvrdosti mezi povrchovou martenzitovou a vnitřní austenzitovou strukturou a také faktoru koncentrace napětí.

Heterogenní diskontinuita na povrchu drátu, jako jsou inkluze nebo trhlina, by mohla vést k nerovnoměrnému rozložení napětí v okolí diskontinuity . V místě nespojitosti dochází ke koncentraci napětí, která by mohla dosáhnout vyšší hodnoty, než je průměrné napětí ve vzdálenosti od vady nebo průměrné napětí, které je bez jakékoli vady.

V závislosti na typech vad na povrchu drátu, např. inkluze (obr. 4) a příčné trhliny (obr. 2), mohou mít vady kruhový nebo eliptický tvar.

Maximální napětí na koncích inkluzí nebo příčných trhlin lze vyjádřit jako:

kde a a b jsou poloviční rozměry inkluze nebo trhliny v každém směru a σ je normálové napětí daleko od vad nebo bez vad.

Napětí roste s poměrem a/b. Průměrný poměr a/b na základě příčných trhlin je 28,6 a pro inkluze 4,8.

Průměrná pevnost v tahu plně žíhaného sternálního drátu o průměru 0,7 mm je 132 ksi (36 kg) . Předpokládá se, že použitá pevnost při uzavírání je 60 % pevnosti drátu v tahu, tj. 80 ksi (21,6 kg). σmax tedy může dosáhnout až 4678 ksi (1257 kg) v blízkosti oblasti příčné trhliny pro jeden 0,7mm sternový drát a až 845 ksi (229 kg) v blízkosti inkluze. Tyto hodnoty σmax jsou vysoko nad UTS sterno drátu. Z tohoto důvodu by velmi úzká trhlina, jako je příčná trhlina nebo nekovová inkluze normální ke směru tažení a směru tahu, měla za následek velmi vysokou koncentraci napětí a poškození sternového drátu po uzavření plochou lomovou plochou.

Díky synergickému působení chemických a mechanických parametrů mohou defekty, jako je příčná trhlina a inkluze, nejen vytvářet potenciální riziko lomu drátu po uzavření, ale také významně přispívat k různým poruchám implantátu, jako je korozní praskání, korozní opotřebení a frettingová koroze nebo korozní únava.

Kromě toho vysoká koncentrace chloridových iontů ve fyziologické tekutině činí z lidského těla nepřátelské prostředí pro šicí drát. Přestože problémy, jako je elektrochemická koroze, chemické napadení šicího materiálu a zánět vzniklý v reakci na šicí materiál, byly aplikací drátů z nerezové oceli minimalizovány, stále dochází ke komplikacím a selhání drátů.

Příznivé korozní prostředí způsobené vysokou koncentrací chloridových iontů ve fyziologické tekutině a mechanická síla působící na sternální drát během uzávěru by mohly vést ke vzniku korozních trhlin pod napětím a v konečném důsledku způsobit vážné poškození drátu .

U pacienta s mediastinitidou by mohly adherující bakterie vytvořit elektrochemickou reakci s proudem kovových iontů a dramaticky urychlit korozní proces . Také přítomnost štěrbin podél inkluzí oxidu hlinitého a dutin na povrchu drátu by mohla sloužit jako prekurzor koroze. Ke štěrbinové korozi dochází nejen v oblastech inkluzí a dutin, ale také v oblastech silného shlukování oxidů na povrchu. Po implantaci šicího drátu do lidského těla by mohlo dojít k lokální akumulaci kyslíku v důsledku adherujících fibroblastů, bílých krvinek nebo aktivovaných osteoklastů. Rozdíl v koncentraci kyslíku na povrchu drátu a uvnitř štěrbiny může vytvářet koncentrační článek a generovat galvanický korozní článek .

Kromě rizika mechanické ztráty integrity jsou skutečným problémem degradační produkty, jako jsou kovové ionty během procesu koroze, kvůli jejich potenciálním nepříznivým biologickým účinkům, konkrétně alergii, cytotoxicitě a karcinogenitě. Degradační produkty jsou dobře známy svými prozánětlivými účinky a mohou nepatrně přispívat k zánětlivým reakcím, které jsou běžně spojeny s přetrvávající bolestí ran a tvorbou jizev. Uvolňování iontů niklu, chromu a molybdenu může vyvolat chronické zánětlivé reakce prostřednictvím imunologického mechanismu, což by následně posílilo aktivitu fibroblastů a tvorbu jizev .

Histologické studie také ukázaly, že složky implantovaných slitin lze detekovat v místních tkáních a reakce tkání v okolí slitiny souvisí s koncentrací kovových iontů uvolněných do tkání . Místní tkáně v místě fixovaného drátu jsou trvale vystaveny postupně se hromadícím koncentracím kovových iontů tvořících slitinu . Bylo zjištěno, že zejména ionty niklu in vitro vyvolávají zánět měkkých tkání při subtoxických koncentracích prostřednictvím přímé aktivace monocytů a cytokinové nepřímé stimulace endoteliálních buněk . Tyto zánětlivé podmínky mohou urychlit korozi zařízení, což dále zvyšuje uvolňování těchto prozánětlivých látek.

5 Závěry

Pro prevenci výskytu selhání sternálního drátu po uzávěru je nutné zlepšit kvalitu sternálního drátu. Elektrochemická koroze vyvolaná buňkami, aktivní buněčná destrukce povrchu a způsob sterilizace jsou dobře známé mechanismy, u nichž je třeba zkoumat jejich možnou roli při selhání materiálu sternálního drátu.

Tato práce byla podpořena granty National Science Council, Taiwan NSC-90-2314-B-075-062 a NSC-91-2314-B-075-062; Taipei Veterans General Hospital, Taiwan VGH-90-109, VGH-91-300, VGH-91-275.

.