Abstract
Célkitűzés: A szegycsonti drótok potenciális törési mechanizmusának megértése érdekében nyitott szívműtéteket követő szegycsonti dehiszenciában szenvedő betegek kivont rozsdamentes acél szegycsonti drótjait gyűjtöttük össze. A szegycsonti drótok felületi elváltozásait és törött végeit megvizsgáltuk és elemeztük. Módszerek: Nyolc törött és 12 nem törött drótot, amelyeket öt betegből (zárási módszer: nyolcas vagy egyenes csavarás; kettő mediastinitis nélkül és három mediastinitisszel) vontak ki, átlagos beültetési időközzel 13,2±4,2 nap (tartomány 8-20 nap), különböző technikákkal vizsgáltunk. A kihúzott drótokat megtisztítottuk és a fibrotikus szöveteket eltávolítottuk. A szabálytalanságokat és a törött végeket pásztázó elektronmikroszkópiával és energiadiszperzív röntgenanalízissel (EDXA) vizsgálták. Eredmények: Minden vizsgált törött huzalon súlyos keresztirányú repedések és hasadékkorrózió jelenlétét mutatták ki. Az EDAX alumínium-oxid bevonódást mutatott ki a törött felületen. Következtetések: A stressz és a rossz minőségű huzal szinergikus hatása lehet a szegycsonti huzal anyaghibájának előjele.
1 Bevezetés
Bár a szegycsonti szeparáció vagy dehiszcencia a medián szegycsontmetszés ritka szövődménye, 10 és 40% közötti halálozási arányt eredményez. A szegycsonti instabilitás, a sebfertőzés, a csontvelőgyulladás és a dehiszcencia összefügg . A szegycsonti dehiszcencia és a mediastinitis megelőzésének legfontosabb tényezője a stabil szegycsonti közelítés .
A dehiszcencia gyakran a műtét utáni első 2 hétben következik be, mielőtt a csontok jelentős gyógyulása bekövetkezne . A szegycsont röntgenvizsgálata a szternotómia után a varrószál megrepedését, a szegycsont dehiszcenciáját, a drótkötés helytelen pozicionálását, a rögzítőszál csonttörés általi átvágását, pszeudoarthrosist és gyulladást mutat.
A szegycsonti drótra alkalmazott erő a sebzárás után messze elmaradt a drót szakítószilárdságától (UTS), ahogy azt Losanoff és munkatársai biomechanikai sertésmodelljükben vizsgálták. E megállapítás ellenére a szegycsonti drót még mindig eltört egy rutinszerű műtéti beavatkozás után. Ezért tanulmányunk célja a drót törésének potenciális kockázatának elemzése, valamint a szegycsont biztonságos és merev rögzítésének biztosítása a szegycsonti drótok anyagának javításával.
2 Anyagok és módszerek
A leggyakrabban használt varróhuzal anyaga a 316L rozsdamentes acél. A 316L rozsdamentes acélból készült varróhuzal ausztentikus szerkezetű, alacsony széntartalommal (0,03% tömeg), és túlnyomórészt vasból (60-65%) áll, krómmal (17-18%) és nikkelrel (12-14%) ötvözve.
A kivett huzalokat 15 percig desztillált vízben ultrahanggal tisztítottuk, majd a tapadó fibrotikus szöveteket ujjal óvatosan eltávolítottuk. Öt betegből kivont nyolc törött és 12 nem törött drótot (zárási mód: nyolcas szám vagy egyenes csavarás; kettő mediastinitis nélkül és három mediastinitisszel) 13,2±4,2 napos átlagos beültetési időközzel (tartomány 8-20 nap) vizsgáltunk és dokumentáltunk sztereomikroszkópiával. A szabálytalanságokat pásztázó elektronmikroszkópiával vizsgálták. A törésvégeket és a feltűnő felületi elváltozásokat energiadiszperzív röntgenanalízissel (EDAX) vizsgáltuk tovább.
2.1. Pásztázó elektronmikroszkópos elemzés
A huzalminták felületi morfológiáját pásztázó elektronmikroszkópiával (SEM, Hitachi modell S-800, USA) vizsgáltuk. A reprezentatív mikrofelvételeket második elektron képalkotó üzemmódban készítettük. A töltésprobléma elkerülése és a felbontás javítása érdekében a mintákat vékony aranyréteggel porlasztottuk egy Polaron G-5000 porlasztó bevonó segítségével.
3 Eredmények
A szegycsont szegycsontvágás utáni röntgenvizsgálata bizonyította a varrószál megrepedését, a szegycsont dehiszcenciáját, a drótkötés helytelen elhelyezését, a rögzítőszál csont általi átvágását, törést, pszeudoarthrosist és gyulladást (Ábra. 1).
Szegycsonti dehiszcencia törött dróttal (nyílhegy).
Belső dehiszcencia törött dróttal (nyílhegy).
A vizsgált visszanyert drótok mindegyike súlyos keresztirányú repedéseket mutatott (2. ábra , 1. táblázat). Ezek a repedések merőlegesek a huzal húzási irányára.
SEM mikroszkópos felvételek a visszanyert 316L rozsdamentes acél szegycsonti huzal keresztirányú repedéseiről.
SEM mikroszkópos felvételek a visszanyert 316L rozsdamentes acél szegycsonti huzal keresztirányú repedéseiről.
Törött drótok szegycsonti dehiszenciával
Törött drótok szegycsonti dehiszenciával
Ábr. A 3. ábra egy előkerült drót törésvégét mutatja, abnormálisan lapos törési felülettel és hatalmas zárványokkal. A lapos törés a varróhuzal alacsony duktilitását jelzi.
A törött végfelületen talált súlyos zárványok. A bekarikázott terület és a nyilak jelezték a zárványok jelenlétét.
A törött végfelületen talált súlyos zárványok. A bekarikázott terület és a nyilak jelezték a zárványok jelenlétét.
A visszanyert huzalok felületén alumínium-oxid zárványokat találtak (4. ábra); a zárványok mellett hasadékot is találtak. Az EDAX spektrumban kimutatott aranycsúcs a porlasztásos bevonatból származott.
Alumínium-oxid zárványok egy csontszálas huzalon.
Alumina zárványok egy szegycsonti huzalon.
Súlyos oxidrészecskéket találtak a rozsdamentes acél varróhuzalon, a sterilizálás után, amint az az 5. ábrán látható, a szegycsonti huzal szállítóitól átvett állapotban. Ezek az oxidrészecskék lehetnek a szegycsonti drót beültetése utáni réskorrózió előfutárai. Oxidrészecskéket találtak a keresztirányú repedéseken és a felületi hibás területeken is (6. ábra).
Súlyos oxidáció a szegycsonti dróton a sterilizálás után.
Elégsúlyos oxidáció a szegycsonti dróton a sterilizálás után.
A keresztirányú repedésen és a defektes területen kialakult oxidok.
A keresztirányú repedésen és a defektes területen kialakult oxidok.
A 7. ábra a kimentett varróhuzalok felületi üregeiben a hasadékkorrózió jelenlétét mutatja. A visszanyert huzalok felületi üregeit körülvevő sötét területek a hasadékkorrózióra utalnak.
A felületi üregeket körülvevő hasadékkorrózió.
A felszíni üregeket körülvevő recés korrózió.
4 Megbeszélés
Intézményünkben a szegycsontmetszés rutinszerű zárási módszere a nyolcas szám egy vagy két egyszerű megszakító varrással kombinálva. A nagy szegycsonti szövődmények 0,8%-os előfordulását a legtöbb központ átlagosan közölte az irodalomban .
Egyetlen intézményünkben egy kétéves vizsgálat során 1170 betegből ötnél azonosították a mellkas röntgenfelvételén a dróttörés szövődményét a nyitott szívműtéteket követően. A szegycsonti dehiszcenciával járó dróttörés előfordulási gyakorisága, amely további eltávolítást és refixálást igényel, körülbelül 0,4% a mi betegpopulációnkban.
Beszámoltak arról, hogy a szegycsonti dehiszcencia fiziológiás terhelés, pl. köhögés és ciklikus légzés esetén is bekövetkezhet. Casha és munkatársai 150 kg (552 ksi) erő/szilárdság terheléséről számoltak be egy szternotómiás záródásra, maximális köhögés mellett. Bár az erő (kg) az orvosi kutatásokban általánosan használt paraméter , az is helyes, ha az alkalmazott terhelés (erő/keresztmetszeti terület egysége) által kiváltott szilárdságot (psi vagy ksi) használjuk. A különböző folyóiratokban megjelent összes publikáció tiszteletben tartása érdekében ebben a dokumentumban az erő és a szilárdság mértékegységeit fogadjuk el, hogy minden terület olvasóinak megfeleljen. Tekintettel arra, hogy a sebészek általában hat drótot használnak egy medián szegycsontmetszés lezárásához, minden egyes drótnak 25 kg-ot (92 ksi) kell elviselnie. Ezért a 0,7 mm-es drótnak legalább három csavarása vagy a 0,9 mm-es drótnak legalább két csavarása szükséges ahhoz, hogy egy súlyos köhögésnek ellenálljon. Normális esetben a szegycsonti acélhuzal 345±4,8 ksi (92,8±1,3 kg) maximális szilárdságnál szakad el egy nyolcas csavart dróttechnikával zárt mellkasban, és 365±17,9 ksi (98,0±4,8 kg) esetén két egyenes csavart drótnál. A sebészek általában 5-7 csavart drótot használnak a szegycsonti zárásnál, és e vizsgálatok alapján ez elegendőnek tűnik a maximális szilárdság eléréséhez és az esetleges szegycsonti dehiszcencia megelőzéséhez.
Normális körülmények között a zárás után a szegycsonti drótra kifejtett terhelés vagy erő által kiváltott szilárdság jóval a drót UTS értéke alatt van, amint azt Losanoff és munkatársai biomechanikai sertésmodelljükben vizsgálták. A szegycsonti drót törése azonban a rutinszerű műtéti eljárás után is előfordulhat.
A tökéletes felületi állapotú drót esetében a szegycsonti zárás során nem fordulna elő dróttörés. Az indukált vagy származtatott szilárdság azonban meghaladhatta a varróhuzal UTS értékét, amikor a visszanyert szegycsonti huzalokon súlyos felületi hibákat, például keresztirányú repedéseket és zárványokat találtak. A keresztirányú repedés és a zárványok feszültségkoncentrált területként szolgálhattak, és a drót töréséhez vezethettek, mivel a visszanyert varrószálak lapos törése a duktilitás hiányára utalt.
A tökéletlen gyártási folyamat és a nem megfelelő sterilizálási eljárás gyengítheti vagy tönkreteheti a varrószál belső vagy külső szerkezetét . A keresztirányú repedéseket széles körben dokumentálták; ez a hiba a huzalhúzás során történő elégtelen kenés és hűtés következménye . A súrlódási erő által a húzószerszám belsejében keletkező hő és az azt követő kenőanyag általi hűtés, miután a huzal elhagyta a húzószerszámot, martenzites szerkezetet hozhat létre a huzal felületén. A huzal nyomás vagy szilárdság hatására törésre hajlamos a felületi martenzit és a belső ausztenzit szerkezet közötti hatalmas keménységkülönbség, valamint a feszültségkoncentrációs tényező miatt.
A huzal felületén lévő heterogén diszkontinuitás, például zárványok vagy repedés, a feszültség nem egyenletes eloszlását eredményezheti a diszkontinuitás közelében . A feszültségkoncentráció a diszkontinuitásnál jelentkezik, és elérheti a hibáktól távolabb lévő átlagos feszültségnél vagy a hibáktól mentes átlagos feszültségnél nagyobb értéket.
A huzalfelületen lévő hibák típusától függően, pl. zárványok (4. ábra) és keresztirányú repedések (2. ábra), a hibák alakja lehet kör vagy elliptikus.
ahol a és b a zárvány vagy repedés félmérete mindkét irányban, σ pedig a normálfeszültség a hibáktól távol vagy a hibáktól szabadon.
A feszültség az a/b arányával nő. Az a/b átlagos aránya a keresztirányú repedések alapján 28,6, a zárványok esetében pedig 4,8.
A teljesen lágyított 0,7 mm-es szegyszál átlagos szakítószilárdsága 132 ksi (36 kg) . A záródás során alkalmazott szilárdságot a huzal szakítószilárdságának 60%-ának, azaz 80 ksi-nak (21,6 kg) feltételezzük. Így a σmax elérheti a 4678 ksi (1257 kg) értéket a keresztirányú repedési terület közelében egyetlen 0,7 mm-es szúróhuzal esetében, és a 845 ksi (229 kg) értéket egy záródás közelében. Ezek a σmax értékek messze meghaladják a sterno-huzal UTS értékét. Emiatt egy nagyon keskeny repedés, például keresztirányú repedés vagy a húzási irányra és a húzóirányra merőleges nem fémes zárvány nagyon nagy feszültségkoncentrációt eredményezne, és lapos törési felülettel történő lezárás után károsítaná a sternóhuzalt.
Az olyan hibák, mint a keresztirányú repedés és a záródás, nem csak a zárás utáni dróttörés potenciális kockázatát jelenthetik, hanem a kémiai és mechanikai paraméterek szinergikus hatása miatt jelentősen hozzájárulnak a különböző implantátumhibákhoz, mint például a feszültségkorróziós repedés, a korróziós kopás és a súrlódó korrózió vagy a korróziós fáradás.
Az emberi testet a fiziológiai folyadékban lévő kloridionok magas koncentrációja ellenséges környezetté teszi a varrószál számára. Bár az olyan problémák, mint az elektrokémiai korrózió, a varrat kémiai támadása és a varratra reagálva keletkező gyulladás a rozsdamentes acélhuzalok alkalmazásával minimálisra csökkentek, a huzalok komplikációja és meghibásodása még mindig előfordul.
A fiziológiás folyadékban lévő kloridionok magas koncentrációja és a zárás során a szegycsonti drótra alkalmazott mechanikai erő miatt kialakuló kedvező korróziós környezet feszültségkorróziós repedésekhez vezethet, és végül a drót súlyos károsodását okozhatja .
A mediastinitisben szenvedő betegnél a megtapadt baktériumok elektrokémiai reakciót hozhatnak létre a fémionok áramlásával, és drámaian felgyorsíthatják a korróziós folyamatot . Továbbá a hasadékok jelenléte az alumínium-oxid zárványok mentén és az üregek a huzal felületén a korrózió előidézőjeként szolgálhatnak. A hasadékkorrózió nemcsak a zárványterületeken és az üregekben, hanem a nehéz felületi oxidcsoportosulások területén is megtörténik. A varróhuzal emberi testbe történő beültetése után a megtapadt fibroblasztok, fehérvérsejtek vagy aktivált oszteoklasztok miatt helyi oxigénfelhalmozódás következhet be. Az oxigénkoncentráció különbsége a huzal felületén és a résen belül koncentrációs cellát hozhat létre, és galvanikus korróziós cellát hozhat létre .
A mechanikai integritásvesztés veszélye mellett a korróziós folyamat során keletkező bomlástermékek, például fémionok valódi aggodalomra adnak okot a lehetséges káros biológiai hatások, nevezetesen az allergia, a citotoxicitás és a karcinogenitás miatt. A bomlástermékek jól ismertek gyulladáskeltő hatásukról, és finoman hozzájárulhatnak a tartós sebfájdalommal és hegképződéssel általában együtt járó gyulladásos reakciókhoz. A nikkel-, króm- és molibdénionok felszabadulása immunológiai mechanizmuson keresztül krónikus gyulladásos reakciókat válthat ki, ami viszont fokozhatja a fibroblasztok aktivitását és a hegképződést.
Hisztológiai vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a beültetett ötvözetek alkotóelemei kimutathatók a helyi szövetekben, és az ötvözet körüli szöveti reakció összefügg a szövetekbe kibocsátott fémionok koncentrációjával. A rögzített huzal helyén lévő helyi szövetek folyamatosan ki vannak téve az ötvözetet alkotó fémionok fokozatosan felhalmozódó koncentrációjának . Különösen a nikkelionokról számoltak be in vitro, hogy szubtoxikus koncentrációban a monociták közvetlen aktiválásával és az endotélsejtek citokin-indirekt stimulálásával lágyszöveti gyulladást idéznek elő. Ezek a gyulladásos körülmények felgyorsíthatják az eszközök korrózióját, ami tovább fokozza ezeknek a gyulladáskeltő anyagoknak a felszabadulását.
5 Következtetések
A szegycsonti drót zárás utáni meghibásodásának megelőzése érdekében a szegycsonti drót minőségének javítása kötelező. A sejtek által kiváltott elektrokémiai korrózió, a felületek aktív sejtes pusztulása és a sterilizálási módszer jól ismert mechanizmusok, amelyeket meg kell vizsgálni a szegycsonti drót anyaghibájában játszott lehetséges szerepük szempontjából.
Ezt a munkát a Nemzeti Tudományos Tanács, Tajvan NSC-90-2314-B-075-062 és NSC-91-2314-B-075-062; Taipei Veterans General Hospital, Tajvan VGH-90-109, VGH-91-300, VGH-91-275 támogatásával támogatták.
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
Jr.
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
.
,
3. kiadás.
.
,
,
, vol.
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
.
,
,
,
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
.
,
,
,
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
,
.
,
,
, vol.
(pg.
–
)
.