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検査した全ての回収ワイヤーに重度の横方向のクラックが認められた（Fig.2 , Table1）。

Fig.1. 3は回収されたワイヤーの破断端で、破断面が異常に平坦で、巨大な介在物がある。 平坦な破断面は縫合糸の延性が低いことを示している。

胸骨ワイヤーサプライヤーから受け取った滅菌後のステンレススチール縫合ワイヤーに、図5に示すようにひどい酸化物粒子が発見されました。 この酸化物粒子は、胸骨ワイヤー埋込後の隙間腐食の前兆である可能性がある。 図5

滅菌後の胸骨ワイヤーの重度な酸化。 6

横方向の亀裂と欠損部に形成された酸化物

横方向の亀裂と欠損部に形成された酸化物

4 Discussion

我々の施設では、胸骨切開の閉鎖方法として、1〜2本の単純縫合と8の字を組み合わせた方法が一般的であった。 胸骨合併症の発生率は0.8%と多くの施設で平均的に報告されている。

我々の単一施設では2年間の研究で、開心術後の胸部X線でワイヤー骨折の合併が1170例中5例に確認された。 さらにデブリドマンと再固定を必要とする胸骨剥離を伴うワイヤー骨折の発生率は、我々の患者集団では約0.4%である。

胸骨剥離は生理的負荷、例えば咳や周期的呼吸で起こり得ることが報告されている。 Cashaらは、最大限の咳をしたときに胸骨閉鎖にかかる150kg（552ksi）の力/強度を報告した。 医学的な研究では力（kg）が一般的ですが、荷重（力/単位断面積）により生じる強度（psiまたはksi）を用いることも正しいです。 本稿では，各分野の読者に配慮して，力，強さの単位を採用した。 一般に外科医が胸骨正中切開を行うために6本のワイヤーを使用することを考えると，1本のワイヤーで25kg（92ksi）の荷重を支えることが必要であると考えられる。 したがって、激しい咳に耐えるには、0.7mmワイヤーを3回以上、0.9mmワイヤーを2回以上撚る必要がある。 通常、胸骨鋼線は、1本の8の字撚り線法で閉胸した場合、最大強度345±4.8 ksi (92.8±1.3 kg)、2本の直線撚り線で365±17.9 ksi (98.0±4.8 kg) で破断する。

通常の環境下では、閉鎖後に胸骨ワイヤーにかかる荷重や力によって生じる強度は、Losanoffらが豚の生体力学モデルで研究したワイヤーのUTSをはるかに下回るものである。 しかし，日常的な外科的処置の後でも，胸骨ワイヤーの破断は起こりうる。

ワイヤーの表面状態が完全であれば，胸骨閉鎖中にワイヤーが破断することはない。 しかし，回収された胸骨ワイヤーに横方向の亀裂や介在物のような重度の表面欠陥が認められる場合，誘導または誘導された強度が縫合線のUTSを上回っている可能性がある．

不完全な製造工程や不適切な滅菌工程は，縫合糸の内部または外部構造を弱めたり破壊したりする可能性がある． 横方向の亀裂は広く記録されています。この欠陥は、伸線工程での不十分な潤滑と冷却に起因しています。 伸線ダイス内の摩擦力によって発生する熱と、伸線ダイスを出た後の潤滑油による冷却が、ワイヤ表面にマルテンサイト組織を生成する可能性がある。

線材表面に介在物や亀裂などの不均質な不連続部があると、不連続部近傍で応力が不均一に分布することになり、圧力や強度によって破断しやすくなります。

ワイヤ表面の欠陥の種類、例えば介在物（図4）および横クラック（図2）によって、欠陥の形状は円形または楕円形のいずれかになります。

介在物または横クラックの端における最大ストレスは、次のように表現することができます。

ここでa、bは各方向の介在物または亀裂の半値寸法、σは欠陥から遠いまたは欠陥のない場合の法線応力。

比率a/bとともに応力が増加する。 横割れを基準としたa/bの平均値は28.6，介在物では4.8である。

フルアニールした0.7mm胸骨線の平均引張強さは132ksi（36kg）である。 閉鎖時にかかる強度はワイヤーの引張強度の60％、つまり80ksi（21.6kg）であると仮定する。 したがって，σmaxは0.7mmステルノワイヤー1本では横方向の亀裂部近傍で4678ksi（1257kg），介在物近傍では845ksi（229kg）と高くなることがある。 これらのσmax値は、ステルノワイヤーのUTSをはるかに超えている。 このため、引抜方向および引張方向に垂直な横亀裂や非金属介在物などの非常に狭い亀裂は、非常に高い応力集中を生じ、閉鎖後のスターナルワイヤーを平坦な破断面で損傷させると考えられる。

横亀裂や介在物などの欠陥は、閉鎖後のワイヤー破壊の潜在的なリスクを生み出すだけでなく、化学的および機械的パラメータからの相乗効果により、応力腐食割れ、腐食摩耗、フレッティング腐食または腐食疲労などの様々なインプラント故障に大きく寄与する。 電気化学的腐食、縫合糸への化学的攻撃、縫合糸に反応して生じる炎症などの問題は、ステンレス鋼ワイヤーの適用により最小化されましたが、ワイヤーの合併症や故障は依然として発生しています。

生理液中の高濃度の塩化物イオンによる良好な腐食環境と、閉鎖時に胸骨ワイヤーに加わる機械的強度は、応力腐食割れを引き起こし、最終的にワイヤーに重大な損傷を与える可能性がある。

縦隔炎の患者の場合、付着した細菌は金属イオンが流れることで電気化学反応を起こし、腐食プロセスを劇的に促進させる可能性がある . また、酸化アルミニウムの介在物に沿った隙間やワイヤ表面の空洞の存在は、腐食の前兆として機能する可能性がある。 隙間腐食は介在物部分や空洞部分だけでなく、表面の重い酸化物のクラスター部分でも起こる。 縫合糸を人体に埋め込んだ後、付着した線維芽細胞、白血球、活性化した破骨細胞により、局所的な酸素蓄積が起こる可能性がある。

機械的な完全性喪失のリスクに加えて、腐食過程での金属イオンなどの分解生成物は、アレルギー、細胞毒性、発がん性などの生物学的な悪影響を及ぼす可能性があるため、本当に懸念されている。 分解生成物は、炎症促進作用でよく知られており、持続的な創傷痛や瘢痕形成によく関連する炎症反応の微妙な一因となる可能性がある。 ニッケル、クロム、モリブデンイオンの放出は、免疫学的なメカニズムを介して慢性炎症反応を誘発し、その結果、線維芽細胞の活性と瘢痕形成を促進する可能性があります。

また、組織学的研究により、移植された合金の構成元素が局所組織で検出され、合金周囲の組織反応が組織内に放出された金属イオン濃度に関連することが示されました。 ワイヤーを固定した部位の局所組織は、合金を構成する金属イオンの濃度が徐々に蓄積され、継続的に曝される。 特にニッケルイオンは、単球の直接活性化や内皮細胞のサイトカイン間接刺激を通じて、毒性以下の濃度で軟部組織の炎症を誘発することがin vitroで報告されている. これらの炎症状態はデバイスの腐食を加速させ、これらの炎症性物質の放出をさらに増加させる可能性がある。

5 結論

閉鎖後の胸骨ワイヤー障害の発生を防ぐには、胸骨ワイヤーの品質向上が必須である。 細胞による電気化学的腐食，細胞による表面の活性破壊，滅菌方法などはよく知られたメカニズムであり，胸骨ワイヤーの材料不良にどのように関与しているかを調査する必要がある．

本研究は，台湾国家科学委員会 NSC-90-2314-B-075-062 および NSC-91-2314-B-075-062; 台湾台北栄民総医院 VGH-90-109, VGH-91-300, VGH-91-275 からの助成金によって行われた．

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