Abstract
Tavoite: Ymmärtääksemme rintalastan lankojen mahdollista murtumismekanismia keräsimme poimittuja ruostumattomasta teräksestä valmistettuja rintalastan lankoja potilailta, joilla oli rintalastan murtuma avosydänleikkausten jälkeen. Rintalastan lankojen pintamuutokset ja murtuneet päät tarkastettiin ja analysoitiin. Menetelmät: Kahdeksan murtunutta ja 12 murtumatonta lankaa, jotka oli poistettu viideltä potilaalta (sulkemismenetelmä: kahdeksikko tai suora kierre; kahdella ei ollut ja kolmella oli välikarsinatulehdus), joiden keskimääräinen implantointiväli oli 13,2 ± 4,2 päivää (vaihteluväli 8-20 päivää), tutkittiin eri tekniikoilla. Poistetut langat puhdistettiin ja fibroottiset kudokset poistettiin. Epäsäännöllisyydet ja murtuneet päät tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskopialla ja energiadispersiivisellä röntgenanalyysillä (EDXA). Tulokset: Kaikissa tutkituissa murtuneissa langoissa oli vakavia poikittaissäröjä ja rakokorroosiota. EDAX paljasti, että murtuneen pinnan pinnalla oli alumiinioksidia. Päätelmät: Jännityksen ja langan huonon laadun yhteisvaikutus voi olla rintalastan langan materiaalivian esiasteena.
1 Johdanto
Vaikka rintalastan irtoaminen eli dehiskenssi on harvinainen keskimmäisen rintalastan leikkauksen komplikaatio, se aiheuttaa 10-40 %:n kuolleisuuden. Sternaalinen instabiliteetti, haavainfektio, osteomyeliitti ja dehiskenssi liittyvät toisiinsa . Tärkein tekijä rintalastan dehiskenssin ja mediastiniitin ehkäisyssä on vakaa rintalastan lähentäminen .
Dehiskenssi tapahtuu usein ensimmäisten 2 viikon aikana postoperatiivisesti ennen merkittävää luun paranemista . Rintalastan röntgentutkimuksessa sternotomian jälkeen nähdään viitteitä repeytyneestä ompelulangasta, rintalastan dehiskenssistä, langan ligatuurin virheellisestä asemoinnista, kiinnityslangan läpileikkautumisesta luun murtuman takia, pseudoartroosista ja tulehduksesta.
Rintalastan lankaan haavan sulkeutumisen jälkeen kohdistettu lujuus oli kaukana lankojen murtolujuudesta (UTS, ultimate tensile strength), jota tutkivat muun muassa Losanoff ym. biomekaanisessa sikamallissansa. Tästä havainnosta huolimatta rintalastan lanka murtui edelleen rutiininomaisen kirurgisen toimenpiteen jälkeen. Siksi tutkimuksemme tavoitteena on analysoida mahdollinen langan murtumisriski ja varmistaa rintalastan turvallinen ja jäykkä kiinnitys parantamalla rintalastan langan materiaalien ominaisuuksia.
2 Materiaalit ja menetelmät
316L ruostumaton teräs on yleisimmin käytetty ompelulangan materiaali. 316L-ruostumattomasta teräksestä valmistetulla ompelulangalla on austenttinen rakenne, jossa on alhainen hiilipitoisuus (0,03 % painosta), ja se on pääasiassa rautaa (60-65 %), johon on seostettu kromia (17-18 %) ja nikkeliä (12-14 %).
Otetut langat puhdistettiin ultraäänellä tislatussa vedessä 15 minuutin ajan, ja liimautuneet fibroottiset kudokset poistettiin varovasti sormilla. Kahdeksan murtunutta ja 12 murtumatonta lankaa, jotka poistettiin viideltä potilaalta (sulkemismenetelmä: kahdeksanluku tai suora kierre; kahdella ei ollut ja kolmella oli välikarsinatulehdus), joiden keskimääräinen istutusväli oli 13,2 ± 4,2 päivää (vaihteluväli 8-20 päivää), tutkittiin ja dokumentoitiin stereomikroskoopilla. Epäsäännöllisyydet tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskopialla. Katkeamispäät ja silmiinpistävät pinnanmuutokset tutkittiin tarkemmin energiadispersiivisellä röntgenanalyysillä (EDAX).
2.1 Pyyhkäisyelektronimikroskooppianalyysi
Lankanäytteiden pintamorfologiaa tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM, Hitachi model S-800, USA). Edustavat mikrokuvat otettiin toisessa elektronikuvaustilassa. Varausongelman estämiseksi ja erotuskyvyn parantamiseksi näytteet sputteroitiin ohuella kultakerroksella Polaron G-5000 -sputterointilaitteella.
3 Tulokset
Röntgentutkimus rintalastasta sternotomian jälkeen osoitti todisteeksi repeytyneen ompelulangan, rintalastan dehiskenssin, langan sidontalangan virheellisen sijoittumisen, kiinnityslangan leikkautumisen luun lävitse, luun murtuman, pseudoarthroosin ja inflammaation (kuvio 1). 1).
Rintalastan dehiskenssi ja murtunut lanka (nuolenkärki).
Sisäpään dehiskenssi ja murtunut lanka (nuolen kärki).
Kaikki tutkituista talteen otetuista langoista löytyi vakavia poikkisuuntaisia halkeamia (kuva 2 , taulukko 1). Nämä halkeamat ovat kohtisuorassa langan vetosuuntaan nähden.
SEM-mikroskooppikuvat poikkisuuntaisista halkeamista talteenotetussa 316L-ruostumattomasta teräksestä valmistetussa rintalastan langassa.
Murtuneet langat, joissa on rintalastan irtoaminen
Murtuneet langat, joissa on rintalastan irtoaminen
Kuv. 3 esittää talteen otetun langan murtumispäätä, jossa on epänormaalin tasainen murtumapinta ja valtavia sulkeumia. Litteä murtuma on osoitus ompelulangan heikosta sitkeydestä.
Murtuman päädyn pinnassa havaittiin vakavia sulkeumia. Ympyröity alue ja nuolet viittasivat sulkeumien esiintymiseen.
Murtuneen päädyn pinnalla havaitut vakavat sulkeumat. Ympyröity alue ja nuolet viittasivat sulkeumien esiintymiseen.
Alumiinioksidisulkeumia havaittiin talteen otettujen lankojen pinnalla (kuva 4); sulkeumien ohella havaittiin rakoilua. 4
Alumiinasulkeumat rintalastalangassa.
Ruostumattomasta teräksestä valmistetusta ompelulangasta löytyi steriloinnin jälkeen, kuten kuvassa 5 on esitetty , rintalastalangan toimittajilta vastaanotetussa kunnossa olevia oksidihiukkasia. Nämä oksidihiukkaset voivat olla rakokorroosion esiasteita sen jälkeen, kun rintalastan lanka oli istutettu. Oksidihiukkasia löytyi myös poikittaisista halkeamista ja pintavikaisista alueista (kuva 6).
Raskas hapettuminen rintalastalangassa steriloinnin jälkeen. 6
Oksideja muodostunut poikkihalkeamaan ja vioittuneelle alueelle.
Oksideja muodostunut poikkihalkeamaan ja vioittuneelle alueelle.
Kuvassa 7 näkyy rakokorroosion esiintyminen talteen otettujen ompelulankojen pintakoloissa. Pintaonteloita ympäröivät tummat alueet talteenotetuissa langoissa ovat merkki rakokorroosiosta.
Pintaonteloita ympäröivä rakokorroosio.
Pintaonteloita ympäröivä revisiokorroosio.
4 Keskustelu
Meidän laitoksessamme kahdeksanluku yhdistettynä yhteen tai kahteen yksinkertaiseen keskeytysompeleeseen on rutiininomainen sulkemismenetelmämme sternotomiassa. Useimmat keskukset raportoivat kirjallisuudessa 0,8 %:n suurten sternaalikomplikaatioiden ilmaantuvuuden keskiarvoksi .
Viidellä potilaalla 1170:stä todettiin rintakehän röntgenkuvauksessa lankamurtumakomplikaatioita avosydänleikkausten jälkeen yksittäisessä laitoksessamme kahden vuoden aikana tehdyssä tutkimuksessa. Lankamurtuman, johon liittyy rintalastan dehisenssi ja joka vaatii lisäpuhdistusta ja refiksaatiota, esiintyvyys potilaspopulaatiossamme on noin 0,4 %.
On raportoitu, että rintalastan dehisenssi voi tapahtua fysiologisessa kuormituksessa, esim. yskimisessä ja syklisessä hengityksessä. Casha ym. raportoivat 150 kg:n (552 ksi) voiman/voiman, joka kohdistui sternotomian sulkemiseen maksimaalisella yskimisellä. Vaikka voima (kg) on lääketieteellisessä tutkimuksessa yleisesti käytetty parametri, on myös oikein käyttää sovelletun kuormituksen aiheuttamaa lujuutta (psi tai ksi) (voima/poikkileikkauspinta-alan yksikkö). Kaikkien eri lehdissä julkaistujen julkaisujen kunnioittamiseksi tässä asiakirjassa käytetään voima- ja lujuusyksiköitä, jotta se sopisi kaikkien alojen lukijoille. Kun otetaan huomioon, että kirurgit käyttävät yleensä kuutta lankaa mediaalisen sternotomian sulkemiseen, jokaisen langan on kestettävä 25 kg (92 ksi). Näin ollen tarvitaan vähintään kolme kierrosta 0,7 mm:n lankoja tai kaksi kierrosta 0,9 mm:n lankoja, jotta ne kestäisivät voimakkaan yskän. Normaalisti rintakehän teräslanka katkeaa maksimilujuudessa 345 ± 4,8 ksi (92,8 ± 1,3 kg) rintakehässä, joka on suljettu yhdellä kahdeksikon kierretyllä langalla, ja 365 ± 17,9 ksi (98,0 ± 4,8 kg) kahdella suoralla kierretyllä langalla. Kirurgit käyttävät yleensä 5-7 kierrettyä lankaa sternotomian sulkemisessa, ja näiden tutkimusten perusteella tämä näyttäisi riittävän maksimaalisen lujuuden saavuttamiseksi ja mahdollisen rintalastan dehisenssin estämiseksi.
Normaalitilanteessa rintalastan lankaan sulkemisen jälkeen kohdistuvan kuorman tai voiman aikaansaama lujuus on kaukana langan UTS-arvosta, jota Losanoff ym. tutkivat biomekaanisessa sikamallissaan. Rintalastan lanka voi kuitenkin murtua rutiininomaisen kirurgisen toimenpiteen jälkeen.
Langassa, jonka pinta on täydellisessä kunnossa, lanka ei murtuisi sternotomian sulkemisen aikana. Indusoitu tai johdettu lujuus saattoi kuitenkin ylittää ompelulangan UTS:n, kun talteenotetuissa sternaalilangoissa havaittiin vakavia pintavikoja, kuten poikittaisia halkeamia ja sulkeumia. Poikittainen halkeama ja sulkeuma saattoivat toimia jännityskeskittymänä ja johtaa langan murtumiseen, sillä talteen otetun ompelulangan litteä murtuma viittasi sitkeyden puutteeseen.
Epätäydellinen valmistusprosessi ja epäasianmukainen sterilointiprosessi saattoivat heikentää tai tuhota ompelulangan sisäisen tai ulkoisen rakenteen. Poikittaisia halkeamia on dokumentoitu laajalti; tämä vika johtuu riittämättömästä voitelusta ja jäähdytyksestä langan vetoprosessin aikana . Kitkavoiman synnyttämä lämpö vetopuristimen sisällä ja myöhempi voiteluaineen aiheuttama jäähdytys sen jälkeen, kun lanka on poistunut vetopuristimesta, voivat synnyttää langan pinnalle martensiittirakenteen. Lanka on altis murtumaan paineen tai lujuuden alaisena johtuen valtavasta kovuuserosta pinnan martensiittirakenteen ja sisäisen austeniittirakenteen välillä sekä jännityskonsentraatiokertoimesta.
Heterogeeninen epäjatkuvuus langan pinnalla, kuten sulkeumat tai halkeama, voi johtaa epäjatkuvuusjännityksen epätasaiseen jakaantumiseen epäjatkuvuusjohdon läheisyydessä . Jännityskeskittymä tapahtuu epäjatkuvuuden kohdalla ja se voi saavuttaa arvon, joka on suurempi kuin keskimääräinen jännitys etäisyydellä vioista tai keskimääräinen jännitys, joka on vapaa mistään vioista.
Langan pinnalla olevien vikojen, esim. sulkeumien (kuva 4) ja poikittaisten halkeamien (kuva 2), tyypistä riippuen vikojen muodot voivat olla joko ympyrän- tai ellipsinmuotoisia.
, jossa a ja b ovat sulkeuman tai halkeaman puolittainen ulottuvuus kumpaankin suuntaan ja σ on normaalijännitys kaukana vioista tai vioista vapaana.
Jännitys kasvaa suhteessa a/b. Keskimääräinen suhde a/b poikittaisten halkeamien perusteella on 28,6 ja sulkeumien 4,8.
Täysin hehkutetun 0,7 mm:n rintalangan keskimääräinen vetolujuus on 132 ksi (36 kg) . Sulkeutumisen aikana käytetyn lujuuden oletetaan olevan 60 % langan vetolujuudesta eli 80 ksi (21,6 kg). Näin ollen σmax voi nousta jopa 4678 ksi:iin (1257 kg) poikittaisen halkeama-alueen läheisyydessä yksittäisen 0,7 mm:n sternolangan osalta ja 845 ksi:iin (229 kg) sulkeuman läheisyydessä. Nämä σmax-arvot ovat huomattavasti yli sternolangan UTS-arvon. Tästä syystä hyvin kapea särö, kuten poikittainen särö tai ei-metallinen sulkeuma, joka on kohtisuorassa vetosuuntaan ja vetosuuntaan nähden, johtaisi hyvin suureen jännityskeskittymään ja vaurioittaisi sterno-lankaa sulkemisen jälkeen tasaisella murtumispinnalla.
Viat, kuten poikittainen halkeama ja sulkeuma, voivat paitsi luoda mahdollisen riskin langan murtumiselle sulkemisen jälkeen, myös edistää merkittävästi erilaisia implantin vikoja, kuten jännityskorroosiohalkeilua, korroosiokulumista ja kitkakorroosiota tai korroosioväsymystä, kemiallisten ja mekaanisten parametrien synergistisen vaikutuksen vuoksi.
Lisäksi fysiologisen nesteen korkea kloridi-ionikonsentraatio tekee ihmiskehostaan vihamielisen ympäristön ompelulangan kannalta. Vaikka ongelmia, kuten sähkökemiallinen korroosio, ompeleeseen kohdistuva kemiallinen hyökkäys ja ompeleen aiheuttama tulehdus, on saatu minimoitua käyttämällä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja lankoja, lankojen komplikaatioita ja vikoja esiintyy edelleen.
Suotuisa korroosioympäristö, joka johtuu fysiologisen nesteen korkeasta kloridi-ionikonsentraatiosta ja rintalastan lankaan sulkemisen aikana kohdistuvasta mekaanisesta lujuudesta, voi johtaa jännityskorroosiohalkeiluun ja lopulta aiheuttaa lankaan vakavia vaurioita .
Potilaalle, jolla on välikarsinan tulehdus, tarttuvat bakteerit voivat luoda sähkökemiallisen reaktion metalli-ionien virran kanssa ja kiihdyttää korroosioprosessia dramaattisesti . Myös rakojen läsnäolo alumiinioksidisulkeumien varrella ja onkalot langan pinnalla voisivat toimia korroosion esiasteena. Rakokorroosiota ei tapahdu ainoastaan sulkeuma-alueilla ja onkaloissa, vaan myös raskailla pinnan oksidiryhmittymäalueilla. Paikallista hapen kertymistä voi tapahtua tarttuvien fibroblastien, valkosolujen tai aktivoituneiden osteoklastien vuoksi sen jälkeen, kun ompelulanka on istutettu ihmiskehoon. Hapen pitoisuusero langan pinnalla ja raon sisällä voi luoda konsentraatiokennon ja synnyttää galvaanisen korroosiokennon .
Mekaanisen eheyden menettämisen riskin lisäksi hajoamistuotteet, kuten metalli-ionit korroosioprosessin aikana, ovat todellinen huolenaihe niiden mahdollisten epäsuotuisten biologisten vaikutusten, nimittäin allergian, sytotoksisuuden ja karsinogeenisuuden vuoksi. Hajoamistuotteet tunnetaan hyvin niiden tulehdusta edistävistä vaikutuksista, ja ne voivat olla hienovaraisia tekijöitä tulehdusreaktioissa, jotka liittyvät yleisesti jatkuvaan haavakipuun ja arpien muodostumiseen. Nikkeli-, kromi- ja molybdeeniionien vapautuminen voi laukaista kroonisia tulehdusreaktioita immunologisen mekanismin kautta, mikä puolestaan voimistaa fibroblastien toimintaa ja arpien muodostumista.
Histologiset tutkimukset ovat myös osoittaneet, että istutettujen metalliseosten ainesosat voidaan havaita paikallisissa kudoksissa ja kudosreaktio metalliseoksen ympärillä on yhteydessä kudoksiin vapautuvien metalli-ionien pitoisuuteen. Paikalliset kudokset kiinnitetyn langan kohdalla altistuvat jatkuvasti metalliseoksen sisältämien metalli-ionien vähitellen kertyville pitoisuuksille . Erityisesti nikkeli-ionien on raportoitu in vitro aiheuttavan pehmytkudostulehduksen alle myrkyllisinä pitoisuuksina monosyyttien suoran aktivaation ja endoteelisolujen sytokiinien välityksellä tapahtuvan stimulaation kautta. Nämä tulehdusolosuhteet voivat kiihdyttää laitteiden korroosiota, mikä lisää entisestään näiden proinflammatoristen aineiden vapautumista.
5 Johtopäätökset
Voidaksemme estää rintalastan vaijerin pettämisen sulkemisen jälkeen, rintalastan vaijerin laadun parantaminen on välttämätöntä. Solujen aiheuttama sähkökemiallinen korroosio, pintojen aktiivinen solutuho ja sterilointimenetelmä ovat tunnettuja mekanismeja, joiden mahdollista roolia sternalangan materiaalin pettämisessä on tutkittava.
Tätä työtä ovat tukeneet Kansallisen tiedeneuvoston apurahat, Taiwan NSC-90-2314-B-075-062 ja NSC-91-2314-B-075-062; Taipein veteraanien yleinen sairaala, Taiwan VGH-90-109, VGH-91-300, VGH-91-275.
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
Jr.
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
.
,
,
, vol.
(s.
–
)
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
.
,
3. painos.
.
,
,
, vol.
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
.
,
,
,
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
.
,
,
,
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
.