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).

1. ábra

Szegycsonti dehiszcencia törött dróttal (nyílhegy).

1. ábra. 1

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.

2. ábra

SEM mikroszkópos felvételek a visszanyert 316L rozsdamentes acél szegycsonti huzal keresztirányú repedéseiről.

2. ábra

SEM mikroszkópos felvételek a visszanyert 316L rozsdamentes acél szegycsonti huzal keresztirányú repedéseiről.

1. táblázat

Törött drótok szegycsonti dehiszenciával

1. táblázat

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.

3. ábra

A törött végfelületen talált súlyos zárványok. A bekarikázott terület és a nyilak jelezték a zárványok jelenlétét.

3. ábra

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.

4. ábra

Alumínium-oxid zárványok egy csontszálas huzalon.

ábra. 4

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).

5. ábra

Súlyos oxidáció a szegycsonti dróton a sterilizálás után.

Fig. 5

Elégsúlyos oxidáció a szegycsonti dróton a sterilizálás után.

Fig. 6

A keresztirányú repedésen és a defektes területen kialakult oxidok.

Fig. 6

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.

7. ábra

A felületi üregeket körülvevő hasadékkorrózió.

ábra. 7

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.

A maximális feszültség a zárványok vagy a keresztirányú repedések végein a következőképpen fejezhető ki:

képlet

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.

Campo
C.D.

,

Heimbecker
R.O.

.

Repair of refrakter sternal dehiscence: a new technique

,

J Thorac Cardiovasc Surg

,

1982

, vol.

83

(pg.

937

939

)

Tavilla
G.

,

van Son
J.A.

,

Verhagen
A.F.

,

Lacquet
L.K.

.

Modified Robicsek technique for complicated sternal closure

,

Ann Thorac Surg

,

1991

, vol.

52

(pg.

1179

1180

)

Goldman
G.

,

Nestel
R.

,

Snir
E.

,

Vidne
B.

.

Effective technique of sternum closure in high-risk patients

,

Arch Surg

,

1988

, vol.

123

(pg.

386

387

)

Di
M.R.

Jr.

,

Lee
M.W.

,

Bekoe
S.

,

Grant
K.J.

,

Woelfel
G.F.

,

Pellegrini
R.V.

.

Interlocking figure-of-8 closure of the sternum

,

Ann Thorac Surg

,

1989

, vol.

47

(pg.

927

929

)

Wilkinson
G.A.

,

Clarke
D.B.

.

Median sternotomia dehiscence: a modified wire suture closure technique

,

Eur J Cardiothorac Surg

,

1988

, vol.

2

(pg.

287

290

)

Losanoff
J.E.

,

Jones
J. W.

,

Richman
B. W.

.

Primary closure of median sternotomy: techniques and principles

,

Cardiovasc Surg

,

2002

, vol.

10
2

(pg.

102

110

)

Breyer
R.H.

,

Mills
S.A.

,

Hudspeth
A.S.

,

Johnston
F.R.

,

Cordell
A.R.

.

A prospective study of sternal wound complications

,

Ann Thorac Surg

,

1984

, vol.

37

(pg.

412

416

)

Casha
A.R.

,

Yang
L.

,

Kay
P.H.

,

Saleh
M.

,

Cooper
G.J.

.

A biomechanical study of median sternotomy closure techniques

,

Eur J Cardiothorac Surg

,

1999

, vol.

15
3

(pg.

365

369

)

Gurland
J.

,

Plateau
J.

.

The mechanism of ductile rupture of metals containing inclusions

,

Trans ASM

,

1963

, vol.

56

(pg.

442

454

)

Thierry
B.

,

Tabrizian
M.

,

Trepanier
C.

,

Savadogo
O.

,

Yahia
L.

.

Effect of surface treatment and sterilization processes on the corrosion behaviour of NiTi shape memory alloy

,

J Biomed Mater Res

,

2000

, vol.

51

(pg.

685

693

)

Iijima
M.

,

Ohno
H.

,

Kawashima
I.

,

Endo
K.

,

Brantley
W.A.

,

Mizoguchi
I.

.

Micro X-ray diffraction study of superelastic nickel-titanium orthodontic wire at different temperatures and stresses

,

Biomaterials

,

2002

, vol.

23

(pg.

1769

1774

)

Dieter
G.

.

Mechanikai kohászat

,

1986

3. kiadás.

Storcheim
S.

.

Effect of prior anneal temperature on 18/8 drótok

,

Wire and wire products

,

1957

, vol.

vol. 32
p. 641-4

Cahoon
J.R.

,

Holte
R.N.

.

Corrosion fatigue of surgical stainless steel in synthetic physiological solution

,

J Biomed Mater Res

,

1981

, vol.

15

(pg.

137

145

)

Heintz
E.

,

Flemming
H.C.

,

Sand
W.

.

Az anyagok mikrobiálisan befolyásolt korróziója

,

1996

Heintz
C.

,

Riepe
G.

,

Birken
L.

,

Kaiser
E.

,

Chakfe
N.

,

Morlock
M.

,

Delling
G.

,

Imig
H.

.

Corroded nitinol drótok explantált aorta endograftokban: a meghibásodás fontos mechanizmusa?

,

J Endovasc Ther

,

2001

, vol.

8

(pg.

248

253

)

Scully
J.C.

.

A korrózió alapjai

,

1976

Shih
C.C.

,

Lin
S. J.

,

Chen
Y. L.

,

Su
Y.Y.

,

Lai
S.T.

,

Wu
G.J.

,

Kwok
C.F.

,

Chung
K.H.

.

The cytotoxicity of corrosion products of nitinol stent wire on cultured smooth muscle cells

,

J Biomed Mater Res

,

2000

, vol.

52

(pg.

395

403

)

Shih
C.C.

,

Shih
C.M.

,

Chen
Y.L.

,

Su
Y.Y.

,

Shih
J.S.

,

Kwok
C.F.

,

Lin
S.J.

.

Growth inhibition of cultured smooth muscle cells by corrosion products of 316 L stainless steel wire

,

J Biomed Mater Res

,

2001

, vol.

57

(pg.

200

207

)

Wataha
J.C.

,

Lockwood
P.E.

,

Marek
M.

,

Ghazi
M.

.

Ability of Ni-containing biomedical alloys to activate monocytes and endothelial cells in vitro

,

J Biomed Mater Res

,

1999

, vol.

45

(pg.

251

257

)

Ferguson
A.B.

,

Laing
P.G.

,

Hodge
E.S.

.

Characteristics of trace ions released from embedded metal implants in the rabbit

,

J Bone Joint Surg Am

,

1962

, vol.

44

(pg.

323

336

)

Bearden
L.J.

,

Cooke
F.W.

.

Growth inhibition of cultured fibroblasts by cobalt and nickel

,

J Biomed Mater Res

,

1980

, vol.

14

(pg.

289

309

)

.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.