Alai

Spaltekorrosion omkring overfladehulrummene.

4 Diskussion

I vores institution er otte-tal kombineret med en eller to enkle afbrydelsessuturer vores rutinemæssige lukningsmetode for sternotomi. Incidensen på 0,8 % af større sternale komplikationer blev rapporteret som et gennemsnit i litteraturen af de fleste centre.

Fem ud af 1170 patienter blev identificeret som trådfrakturkomplikationer ved røntgen af brystet efter åbne hjerteoperationer i vores enkelt institution i løbet af en 2-årig undersøgelse. Incidensen af trådfraktur med sternal dehiscens, der kræver yderligere debridering og refiksering, er ca. 0,4 % i vores patientpopulation.

Det er blevet rapporteret, at sternal dehiscens kan forekomme under fysiologiske belastninger, f.eks. hoste og cyklisk respiration. En kraft/styrke på 150 kg (552 ksi), der blev belastet på en sternotomi-lukning ved maksimal hoste, blev rapporteret af Casha et al. Selv om kraft (kg) er den almindelige parameter, der anvendes i medicinsk forskning , er det også korrekt at anvende styrke (psi eller ksi) induceret af den påførte belastning (kraft/enhed af tværsnitsareal). For at vise respekt for alle de offentliggjorte artikler i forskellige tidsskrifter anvendes enhederne kraft og styrke i denne artikel for at imødekomme læsere på alle områder. I betragtning af at kirurger normalt bruger seks tråde til at lukke en median sternotomi, skal hver tråd kunne holde til 25 kg (92 ksi). Der skal derfor mindst tre vindinger af en 0,7 mm wire eller to vindinger af en 0,9 mm wire til at modstå en alvorlig hoste. Normalt knækker sternal ståltråd ved en maksimal styrke på 345 ± 4,8 ksi (92,8 ± 1,3 kg) i en brystkasse, der er lukket med en ottetornet trådteknik, og ved 365 ± 17,9 ksi (98,0 ± 4,8 kg) for to lige, snoede tråde. Kirurger anvender generelt 5-7 drejninger af tråden i en sternotomi lukning, og på baggrund af disse undersøgelser synes dette at være tilstrækkeligt til at opnå maksimal styrke og forhindre mulig sternal dehiscens.

Under normale omstændigheder er den styrke, der induceres af den belastning eller kraft, der påføres sternaltråden efter lukning, langt under UTS for tråden som undersøgt af Losanoff et al. i deres biomekaniske svinemodel. Der kan dog stadig forekomme brud på sternaltråden efter rutinemæssige kirurgiske indgreb.

For en tråd med perfekt overfladetilstand vil der ikke forekomme brud på tråden under sternotomi-lukningen. Den inducerede eller afledte styrke kunne imidlertid have overskredet suturtrådens UTS, når der blev fundet alvorlige overfladedefekter som f.eks. tværgående revner og inklusioner på de genvundne sternaltråde. Den tværgående revne og inklusionen kunne fungere som et spændingskoncentreret område og føre til brud på tråden, da flade brud på den genvundne suturtråd tydede på manglende duktilitet.

En ufuldkommen fremstillingsproces og en ukorrekt steriliseringsproces kunne svække eller ødelægge suturtrådens indre eller ydre struktur . Tværgående revner er blevet bredt dokumenteret; denne defekt skyldes utilstrækkelig smøring og køling under trådtrækningsprocessen . Den varme, der genereres af friktionskraften inde i en trækkematrice, og afkølingen med det efterfølgende smøremiddel, efter at tråden har forladt trækkematricen, kan skabe martensitstruktur på trådens overflade . Tråd er modtagelig for brud under tryk eller styrke på grund af den store forskel i hårdhed mellem overflademartensit og den indre austensitstruktur samt spændingskoncentrationsfaktoren.

En heterogen diskontinuitet på en trådoverflade, såsom inklusioner eller en revne, kan resultere i en uensartet spændingsfordeling i nærheden af diskontinuiteten . Spændingskoncentrationen opstår ved diskontinuiteten og kan nå en værdi, der er højere end den gennemsnitlige spænding i en afstand væk fra defekterne eller den gennemsnitlige spænding, der er fri for enhver defekt.

Afhængigt af typerne af defekter på trådoverfladen, f.eks. inklusioner (fig. 4) og tværgående revner (fig. 2), kan defekternes form være enten cirkulær eller elliptisk.

Den maksimale spænding ved enderne af inklusioner eller tværgående revner kan udtrykkes som:

hvor a og b er den halve dimension af inklusionen eller revnen i hver retning, og σ er normalspændingen langt væk fra defekterne eller fri for defekter.

Spændingen stiger med forholdet a/b. Det gennemsnitlige forhold a/b baseret på tværgående revner er 28,6, og 4,8 for indeslutninger.

Den gennemsnitlige trækstyrke for en fuldt udglødet 0,7 mm sterntråd er 132 ksi (36 kg) . Den påførte styrke under lukningen antages at være 60% af trådens trækstyrke eller 80 ksi (21,6 kg). σmax kan således nå så højt som 4678 ksi (1257 kg) i nærheden af et tværgående revneområde for en enkelt 0,7 mm sternotråd og som 845 ksi (229 kg) i nærheden for en inklusion. Disse σmax-værdier ligger langt over sternotrådens UTS. Derfor vil en meget smal revne som f.eks. en tværgående revne eller en ikke-metallisk indeslutning, der er normal til trækretningen og trækretningen, resultere i en meget høj spændingskoncentration og beskadige sternotråden efter lukning med en flad brudflade.

Det er ikke kun defekter, såsom tværgående revne og inklusion, der kan skabe en potentiel risiko for trådbrud efter lukning, men også bidrage væsentligt til forskellige implantatfejl, såsom spændingskorrosionssprængning, korrosionsslitage og frettingkorrosion eller korrosionstræthed, på grund af den synergistiske effekt fra kemiske og mekaniske parametre.

Dertil kommer, at en høj koncentration af kloridioner i den fysiologiske væske gør det menneskelige legeme til et fjendtligt miljø for suturtråd. Selv om problemer som elektrokemisk korrosion, kemisk angreb på suturen og inflammation, der opstår som reaktion på suturen, er blevet minimeret ved anvendelse af tråde af rustfrit stål, forekommer der stadig komplikationer og svigt af trådene.

Det gunstige korrosionsmiljø på grund af den høje koncentration af kloridioner i den fysiologiske væske og den mekaniske styrke, der påføres sternaltråden under lukningen, kunne føre til spændingskorrosionsspaltning og i sidste ende forårsage alvorlig skade på tråden .

For en patient med mediastinitis kunne vedhængende bakterier skabe en elektrokemisk reaktion med en strømstrøm af metalioner og dramatisk fremskynde den korrosive proces . Også tilstedeværelsen af sprækker langs aluminiumoxidindeslutningerne og hulrummene på trådoverfladen kunne tjene som forløber for korrosionen. Spaltekorrosion sker ikke kun på inklusionsområderne og hulrummene, men også på de tunge overfladeklyngeområder af oxider. Lokaliseret iltophobning kan forekomme på grund af adhærente fibroblaster, hvide blodlegemer eller aktiverede osteoklaster, efter at suturtråden er blevet implanteret i menneskekroppen. Forskellen i iltkoncentrationen på trådoverfladen og inde i sprækken kan skabe en koncentrationscelle og generere en galvanisk korrosionscelle.

Ud over risikoen for mekanisk tab af integritet er nedbrydningsprodukter såsom metalioner under korrosionsprocessen et reelt problem på grund af deres potentielle skadelige biologiske virkninger, nemlig allergi, cytotoksicitet og carcinogenicitet. Nedbrydningsprodukter er velkendte for deres proinflammatoriske virkninger og kan være subtile bidragydere til de inflammatoriske reaktioner, der almindeligvis er forbundet med vedvarende sårsmerter og ardannelse. Frigivelsen af nikkel-, chrom- og molybdænioner kan udløse kroniske inflammatoriske reaktioner gennem en immunologisk mekanisme, som igen kan øge fibroblasternes aktivitet og ardannelse .

Histologiske undersøgelser har også vist, at bestanddelene i implanterede legeringer kunne påvises i det lokale væv, og at vævsreaktionen omkring en legering var relateret til koncentrationen af metalioner, der blev frigivet i vævet. Lokale væv på det sted, hvor en tråd er fikseret, udsættes kontinuerligt for gradvist ophobede koncentrationer af de metalioner, som legeringen består af . Især nikkelioner er in vitro blevet rapporteret til at fremkalde betændelse i blødt væv ved subtoksiske koncentrationer gennem direkte aktivering af monocytter og cytokinindirekte stimulering af endothelceller . Disse inflammatoriske forhold kan fremskynde korrosionen af anordningerne, hvilket yderligere øger frigivelsen af disse proinflammatoriske stoffer.

5 Konklusioner

For at forhindre forekomsten af sternaltrådssvigt efter lukning er en forbedring af sternaltrådskvaliteten obligatorisk. Celleinduceret elektrokemisk korrosion, aktiv celledestruktion af overflader og steriliseringsmetode er velkendte mekanismer, som skal undersøges for deres mulige rolle i materialesvigt af sternaltråd.

Dette arbejde blev støttet af bevillinger fra National Science Council, Taiwan NSC-90-2314-B-075-062 og NSC-91-2314-B-075-062; Taipei Veterans General Hospital, Taiwan VGH-90-109, VGH-91-300 og VGH-91-275.