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Efficacia clinica della fissazione interna ed esterna combinata con medicazione al nanosilver e chiusura in vuoto per fratture tibiali aperte di tipo Gustilo I/II

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DOI:

10.3791/69394

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18 novembre 2025

 , 
1Department of Orthopedics and Traumatology, Hengshui People's Hospital

In questo articolo

Sommario

La combinazione di fissazione interna ed esterna con medicazioni antibatteriche a base di nanoargento (NSAD) e tecnologia di chiusura assistita dal vuoto (VAC) dimostra una forte attività antibatterica, tempi di guarigione ridotti, alti tassi di guarigione, ricoveri ospedalieri più brevi, spese mediche più basse e una diminuzione del dolore dei pazienti nel trattamento delle fratture tibiali aperte di Gustilo tipo I e II.

Abstract

Le fratture tibiali aperte di tipo Gustilo I e II (OTF) sono associate a gravi lesioni ai tessuti molli e a un alto rischio di infezione, spesso con conseguente prolungata guarigione e complicazioni post-operatorie se trattate con fissazioni interne o esterne convenzionali. Questo studio introduce un approccio clinicamente validato che integra medicazione antibatterica al nanosilver (NSAD) e chiusura assistita dal vuoto (VAC) con riduzione chiusa e fissazione intramidollare dell'unghia (CRINF) per migliorare gli esiti di guarigione di ferite e fratture da parte migliorata. Un totale di 300 pazienti con OTF di tipo Gustilo I/II sono stati arruolati e assegnati casualmente in tre gruppi (n = 100 per gruppo): il Gruppo 1 ha ricevuto CRINF con cure convenzionali delle ferite, il Gruppo 2 ha ricevuto CRINF con VAC, e il Gruppo 3 ha ricevuto CRINF con NSAD e VAC. Esiti clinici, inclusi tasso di infezione, tempo di guarigione di ferite e fratture, il ricovero ospedaliero, i costi medici e il dolore post-operatorio sono stati confrontati tra i gruppi utilizzando test chi-quadrato e ANOVA, con significatività definita come p < 0,05. Il gruppo 3 ha mostrato il tasso di complicanze più basso e il profilo di recupero più favorevole, con un tempo medio di guarigione della ferita di 41 giorni e un tempo di guarigione della frattura di 7,2 mesi, entrambi significativamente più brevi rispetto ai gruppi di controllo (p < 0,05). I tassi di guarigione di ferite e fratture sono stati rispettivamente del 97% e del 94%, mentre i pazienti hanno avuto ricoveri ospedalieri più brevi (10-15 giorni), costi medici totali inferiori (~1500 yuan) e livelli di dolore ridotti. Questi risultati dimostrano che combinare NSAD e VAC con CRINF offre un protocollo clinico efficace e sicuro per la gestione degli OTF di tipo I e II di Gustilo, riducendo sostanzialmente le complicazioni post-operatorie e accelerando il recupero.

Introduzione

Le fratture tibiali aperte (OTF) sono tra le lesioni più frequenti delle ossa lunghe e solitamente derivano da traumi ad alta energia come incidenti stradali ocadute 1,2. Poiché il sito della frattura comunica direttamente con l'ambiente esterno, queste lesioni sono spesso accompagnate da gravi contaminazioni, perdita dei tessuti molli e un alto rischio di infezione o nonunione 3,4. Secondo la classificazione Gustilo-Anderson, le OTF sono suddivise in tre tipi in base all'entità del danno ai tessuti molli e della contaminazione della ferita: Tipo I (lesione tissutale minima e ferita pulita), Tipo II (danno e contaminazione moderata ai tessuti) e Tipo III (perdita grave di tessuto spesso con coinvolgimento neurovascolare)5,6.

Le strategie di gestione tradizionali — fissazione esterna e fissazione interna aperta — rimangono clinicamente importanti ma presentano limitazioni intrinseche. Una fissazione esterna prolungata può portare a rigidità articolare e unione fibrosa, mentre un'esposizione interna estesa può prolungare il tempo operatorio e aumentare il rischiodi infezione 7. Di conseguenza, l'attenzione si è spostata verso tecnologie aggiuntive che migliorano il controllo delle infezioni e la guarigione delle ferite senza compromettere la stabilità delle fratture.

I materiali antibatterici a base di nanoargento sono recentemente emersi come promettenti medicazioni biomediche grazie alla loro attività antimicrobica ad ampio spettro e al potenziale rigenerativo dei tessuti 8,9,10. Il materiale nanosilver utilizzato in questo studio presenta una struttura microscopica uniforme che facilita un rilascio prolungato di ioni argento e prestazioni antibatteriche stabili (Figura 1). Le nanoparticelle d'argento rilasciano continuamente ioni Ag+ che disturbano le membrane cellulari batteriche, interferiscono con l'attività enzimatica e promuovono la proliferazione di fibroblasti echeratinociti 11,12. Il meccanismo antibatterico proposto per i materiali a base di nanoargento è illustrato nella Figura 2.

Contemporaneamente, la terapia di chiusura assistita dal vuoto (VAC) crea un microambiente a pressione negativa localizzato che migliora la perfusione tissutale, stimola la formazione di tessuto di granulazione e rimuove l'essudato della ferita per ridurre il caricobatterico 13,14. I componenti principali e il principio funzionale del sistema VAC sono mostrati nella Figura 3.

Studi precedenti hanno dimostrato i benefici individuali delle medicazioni VAC o a base d'argento nel trattamento di fratture aperte e ferite infette, ma raramente hanno esaminato la loro applicazione combinata in un contesto clinico su largascala 15,16. Pertanto, questo studio indaga l'efficacia clinica e la sicurezza dell'integrazione di medicazione antibatterica al nanosilver (NSAD) e VAC con riduzione chiusa e fissazione intramedullare (CRINF) per la gestione degli OTF di tipo I e II di Gustilo. Una panoramica schematica dei vantaggi terapeutici attesi di questo approccio combinato è presentata nella Figura 4. Ipotizziamo che questa strategia aumenterà l'attività antibatterica, accelererà la guarigione dei tessuti molli e delle fratture e ridurrà le complicazioni post-operatorie rispetto ai trattamenti convenzionali.

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Protocollo

Questo protocollo clinico è stato approvato dal Comitato Etico dell'Ospedale Popolare di Hengshui (Approvazione n. 2019-2-013). Tutti i partecipanti o i loro tutori legali fornivano un consenso informato scritto prima dell'inclusione. Lo studio ha rispettato la Dichiarazione di Helsinki e le linee guida istituzionali per l'etica della ricerca umana.

Preparazione di nanocompositi argento-carbonio (Ag-C)
Per sintetizzare il nanocomposito Ag-C, sono stati pesati con precisione 3,0 g di tartrato di sodio di potassio e posti in un crogiolo di quarzo da 50 mL all'interno di un forno a tubole. Il campione veniva riscaldato a 400 °C a una velocità di 15 °C/min e mantenuto per 6 ore, poi lasciato raffreddare a temperatura ambiente (~25 °C). Il prodotto è stato trasferito in un becher di vetro da 250 mL e disperso in 80 mL di acqua deionizzata (resistività ≥18 MΩ·cm) utilizzando un agitatore magnetico a 400 giri/min per 10 minuti. La sospensione è stata centrifugata a 10.000 x g per 10 minuti a 4 °C, e è stato raccolto il surnante marrone contenente punti quantici di carbonio (CQD). Il sovrantantante è stato concentrato a 20 mL a 80 °C durante l'agitazione, seguito dall'aggiunta di 60 mL di acetone e miscelazione vortice per 1 minuto. Dopo la centrifugazione a 9.500 g per 20 minuti a 4 °C, il sovrandante giallo chiaro veniva raccolto come soluzione standard CQD. Per preparare il reagente di Tollens, è stato miscelato 1 mL di 0,5 MAgNO 3 con 1,04 mL di acqua ammoniaca e 0,65 mL di 3 M NaOH, seguiti dall'aggiunta di 17,3 mL di acqua deionizzata in mescolare continua. In una fiaschetta a tre colli avvolta in carta di alluminio, sono stati combinati e mescolati a 500 giri/min 25 mL di soluzione CQD e 75 mL di acqua deionizzata. Il pH è stato regolato a circa 7,0 con acqua ammoniaca concentrata, dopo di che è stato aggiunto 1 mL di reagente di Tollens. La miscela è stata riscaldata a 120 °C per 20 minuti in condizioni di buio. Al raffreddamento a temperatura ambiente, la soluzione gialla di Ag-C veniva ottenuta e conservata a 4 °C fino all'utilizzo.

ATTENZIONE: NaOH e l'acqua ammoniaca sono corrosive e rilasciano vapori irritanti. Gestisci tutte le reazioni con una cappa chimica indossando guanti, occhiali protettivi e camice da laboratorio. Non sigillare bene i contenitori riscaldati per evitare l'accumulo di pressione.

Preparazione di medicazioni antibatteriche al nanosilver (NSAD)
Per preparare la miscela di solventi, sono stati miscelati 15 mL di acqua deionizzata con 200 μL di acido acetico glaciale in un becher di vetro da 100 mL. A questo, sono stati aggiunti 0,1 mL della soluzione preparata di Ag-C (22 mg/L), 0,2 mL di glicerolo e 60 mg di poloxamero e disciolti completamente a 50 °C con mescolatura magnetica. Successivamente, 0,6 g di polvere di chitosano sono stati gradualmente incorporati per prevenire l'aggregazione e mescolati continuamente per 30 minuti fino a rendere omogeneo. Poi, sono stati aggiunti 2 mL di 1 M NaHCO3 a goccia durante la mescolata per indurre una leggera schiuma, seguiti da altri 10 minuti di miscelazione. Il volume totale è stato regolato a 20 mL con acqua deionizzata e la soluzione è stata degassata ultrasonicamente per 5 minuti. La soluzione omogenea veniva versata in uno stampo rettangolare (14 cm x 8 cm x 0,5 cm), sigillata con pellicola trasparente e lasciata gelificare per 48-72 ore a temperatura ambiente (20-25 °C). Dopo la gelificazione, la pellicola veniva rimossa e asciugata in un forno ad aria forzata a 40 °C per 12-18 ore, ottenendo film NSAD spessi circa 1 mm. Registra la temperatura e l'umidità ambiente durante la gelificazione, poiché influenzano l'uniformità della pellicola e la resistenza alla trazione. Scartare eventuali film che contengono crepe o bolle visibili.

Caratterizzazione del nanocomposito Ag-C
Una goccia di soluzione diluita di Ag-C è stata posta su una griglia di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) rivestita al carbonio e asciugata sotto luce infrarossa per 10 minuti. I campioni sono stati fotografiati a 100 kV sotto un TEM. La dimensione delle particelle è stata analizzata utilizzando il software ImageJ misurando almeno 200 particelle selezionate casualmente, e i dati sono stati espressi come media ± SD.

Valutazione dell'attività antibatterica
Staphylococcus aureus (ATCC 29213) ed Escherichia coli (ATCC 25922) sono stati coltivati durante la notte in brodo di soia di triptone (TSB) a 37 °C. La sospensione batterica è stata regolata a una densità ottica diOD 600 = 0,1 (~1 x 107 CFU/mL). I campioni sono stati suddivisi in tre gruppi: controlli trattati con acqua deionizzati, controlli positivi trattati con amoxicillina (10 μg/mL) e gruppi di prova trattati con nanocompositi Ag-C (contenuto di Ag equivalente di 10 μg/mL). Le colture sono state incubate a 37 °C e agitate a 150 giri/min per 7 giorni. Ogni giorno venivano raccolti 100 μL di campioni, diluiti in serie di serie, impiatti su agar TSB e incubati per 24 ore. Le unità formanti di colonie (CFU) sono state conteggiate e i tassi di inibizione (%) sono stati calcolati come [(N0− Nt)/N0] x 100. Ogni esperimento è stato condotto in triplice e i risultati sono stati riportati come media ± DS.

ATTENZIONE: Maneggiare tutte le colture batteriche in un armadietto di biosicurezza di livello II. Autoclave di tutti i rifiuti a 121 °C per 20 minuti prima dello smaltimento.

Comportamento di gonfiore del NSAD
Sono stati pesati campioni quadrati di NSAD (1 cm x 1 cm) per ottenere il peso a secco (W0). Ogni campione è stato immerso in 10 mL di soluzione fisiologica a 37 °C. A 1, 6 h, 12 h e 24 h, i campioni venivano prelevati, tamponati con carta filtrante e pesati (Wt). Il rapporto di gonfiore (%) è stato calcolato come [(Wt − W0)/W0] x 100. Tutte le misurazioni sono state effettuate in triplice e i risultati sono stati riportati come media ± DS.

Assemblaggio e applicazione del VAC combinato con NSAD
La pellicola NSAD preparata veniva tagliata per corrispondere alla dimensione della ferita usando forbici sterili e applicata direttamente sul letto della ferita. Due tubi di drenaggio sterili in silicone (spessore parete di 1 mm, micropori 0,4-0,5 mm) sono stati inseriti sotto il NSAD. L'intera ferita e 2-3 cm di pelle intatta circostante sono stati sigillati con un film di poliuretano trasparente per garantire una copertura ermetica. I tubi di drenaggio erano collegati a una sorgente continua a pressione negativa mantenuta tra -60 kPa e -80 kPa per 72 ore. Il sigillo veniva ispezionato quotidianamente e l'essudato raccolto veniva registrato per colore e volume. Le medicazioni venivano sostituite ogni 3-5 giorni o prima in caso di perdita. La terapia VAC è stata interrotta una volta che il tessuto di granulazione ha coperto completamente la ferita. Conferma l'emostasia completa prima di sigillare la ferita. Se si verifica un sanguinamento attivo, ridurre temporaneamente la pressione negativa a -40 kPa. Monitorare il disagio del paziente, dolore eccessivo o malfunzionamento del dispositivo.

Gestione dei rifiuti
Tutti i residui contenenti argento e alcalini venivano raccolti in contenitori di rifiuti etichettati per lo smaltimento dei rifiuti pericolosi. Le soluzioni alcaline sono state neutralizzate a pH 7 prima dello scarico. I rifiuti biologici venivano sterilizzati tramite autoclaving e smaltiti secondo le normative di biosicurezza ospedaliera.

Pazienti e progettazione dello studio
Un totale di 300 pazienti diagnosticati con fratture tibiali aperte di tipo I o II (OTF) di Gustilo sono stati reclutati presso il Dipartimento di Trauma Ortopedica dell'Ospedale Popolare di Hengshui, tra novembre 2019 e novembre 2022. I pazienti sono stati sottoposti a screening secondo criteri predefiniti di inclusione ed esclusione. I criteri di inclusione erano: (1) età tra i 18 e i 70 anni; (2) frattura di Gustilo di tipo I o II confermata basandosi su valutazioni cliniche e radiologiche; (3) assenza di lesioni vascolari o nervose maggiori; e (4) capacità di fornire un consenso informato e di conformarsi al follow-up post-operatorio. I criteri di esclusione includevano: (1) fratture di tipo Gustilo III; (2) gravi comorbidità come diabete non controllato, malattie vascolari periferiche, infezioni croniche o immunocarenza; (3) fratture patologiche; e (4) gravidanza o disturbi della coagulazione. La randomizzazione veniva eseguita utilizzando una sequenza generata al computer con randomizzazione a blocchi (dimensione del blocco = 6). La copertura dell'allocazione è stata assicurata tramite buste opache sigillate preparate da uno statistico indipendente. I pazienti sono stati divisi equamente in tre gruppi (n = 100 ciascuno): Il gruppo 1 ha ricevuto riduzione chiusa e fissazione intramedullare dell'unghia (CRINF) con la cura convenzionale delle ferite; Il Gruppo 2 ricevette CRINF combinato con chiusura assistita dal vuoto (VAC); e il Gruppo 3 ha ricevuto CRINF con medicazione antibatterica nanosilver (NSAD) e VAC. Tutte le procedure sono state eseguite dallo stesso team chirurgico per minimizzare il bias dell'operatore. Gli valutatori degli esiti sono stati ciechi rispetto all'assegnazione dei trattamenti durante la valutazione della guarigione delle ferite, delle infezioni e dei punteggi del dolore. Tutti i pazienti sono stati seguiti per 9 mesi postoperatori per valutare la guarigione della frattura e il recupero funzionale.

Piano di trattamento per le OTF di Gustilo tipo I e II
I pazienti sono stati sottoposti ad anestesia (generale, spinale o locale) in base alla gravità della lesione e allo stato medico. Dopo il debridamento preliminare, le ferite furono irrigate accuratamente con soluzione salina sterile e perossido di idrogeno; Il tessuto devitalizzato veniva ritagliato e i bordi dei tessuti molli venivano suturati provvisoriamente secondo necessità. La stabilizzazione della frattura è stata ottenuta tramite riduzione chiusa e fissazione intramedullare dell'unghia seguendo procedure ortopedichestandard 17. Per il Gruppo 3, è stato tagliato un film NSAD sterile per corrispondere alle dimensioni della ferita e applicato sul letto della ferita; Due scarichi in silicone erano posizionati sotto la medicazione. Un film di poliuretano semipermeabile sigillava la ferita più 2-3 cm di pelle intatta circostante. Ermeticità e emostasi sono state confermate prima della suzione; I perni (se presenti) erano coperti con garze sterili. Una pressione negativa continua veniva applicata a -60---80 kPa e regolata in base alla dimensione e profondità della ferita, sostituendo la medicazione ogni 3-5 giorni o prima in caso di perdita/saturazione. Per i Gruppi 1 e 2, le ferite venivano coperte con garze petrolato sterile e cambiate ogni 48-72 ore. La cura postoperatoria includeva antibiotici profilattici a largo spettro per 3-5 giorni (cefalosporine o fluorochinoloni), copertura anaerobica con metronidazolo quandonecessario 18, terapia antinfiammatoria e analgesica, controllo dell'edema, misure di promozione della circolazione e supporto nutrizionale (inclusa integrazione proteica). I pazienti con coinvolgimento neurovascolare hanno ricevuto agenti neurotrofici e antiedemati/antispasmodici quando appropriato. Il monitoraggio di laboratorio (emocromo completo, tasso di sedimentazione degli eritrociti, proteina C-reattiva) è stato effettuato durante le visite postoperatorie programmate per sorvegliare l'infezione. La riabilitazione è iniziata con contrazioni isometriche e movimento articolare delicato dal terzo giorno, proseguendo verso un range di movimento attivo dopo ~1 settimana come tollerato. Il follow-up radiografico è stato ottenuto circa dopo 1 mese, 3 mesi, 6 mesi e 9 mesi; il carico graduale iniziò una volta che il callo e la continuità con la corteccia tibiale erano evidenti alla radiografia e al dolore clinico consentito.

Indici di osservazione
Le principali misure di esito includevano il tempo di guarigione della ferita, il tempo di guarigione della frattura, il tasso di guarigione e il tasso di guarigione della frattura. Gli esiti secondari includevano l'incidenza di complicanze post-operatorie (infezione superficiale, infezione profonda, unione ritardata, embolia adiposa, infezione del tratto dell'ago e non unione infetta), durata del ricovero ospedaliero, costi medici totali e intensità del dolore post-operatorio. L'intensità del dolore è stata valutata utilizzando una Scala di Valutazione Numerica (NRS) da 0 (nessun dolore) a 10 (il dolore peggiore immaginabile). La guarigione della ferita è stata definita come epitelizzazione completa senza essudato, mentre la guarigione della frattura è stata confermata radiograficamente collegando il callo attraverso almeno tre cortecce. Le valutazioni di follow-up sono state effettuate a 1 mese, 3 mesi, 6 mesi e 9 mesi dopo l'intervento, inclusa valutazione clinica e radiografia.

Analisi statistica
Le analisi statistiche sono state effettuate utilizzando SPSS versione 20.0. Le variabili continue sono state testate per la normalità ed espresse come media ± deviazione standard (SD). Le differenze tra i tre gruppi sono state analizzate utilizzando ANOVA unidirezionale seguite dal test post-hoc di Tukey per confronti multipli. I dati non distribuiti normalmente sono stati analizzati utilizzando il test di Kruskal-Wallis. Le variabili categoriche venivano espresse come conteggi e percentuali e analizzate utilizzando il test chi-quadrato (χ²) o il test esatto di Fisher quando appropriato. Gli intervalli di confidenza (IC) del 95% sono stati calcolati per parametri chiave. La significatività statistica è stata fissata a p < 0,05. Tutte le analisi sono state condotte da un biostatistico indipendente, cieco all'allocazione dei gruppi.

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Risultati

Caratterizzazione del nanocomposito Ag-C
La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) ha rivelato che le particelle di nanoargento commerciali (NSP) presentavano una dimensione media di 13,56 ±3,85 nm con agglomerazione irregolare, mentre il nanocomposito Ag-C sintetizzato mostrava un diametro medio leggermente maggiore di 14,38 ±4,65 nm e una morfologia sferica uniforme (Figura 5A-F). Le particelle Ag-C mostravano una migliore monodis...

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Discussione

Le fratture tibiali aperte di tipo I e II (OTF) di tipo Gustilo sono spesso causate da traumi ad alta energia come incidenti stradali o cadute, che portano a gravi lesioni ossee e dei tessutimolli 1,19. La comunicazione tra la frattura e l'ambiente esterno facilita l'invasione batterica, con un alto tasso di infezione e un ritardo nellaguarigione 20,21. Il trattamento con...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

Ringraziamenti

Questo studio è supportato dal Key R&D Program della città di Hengshui (Nome del Progetto: Studio Clinico sull'Efficacia del Drenaggio Chiuso a Pressione Negativa (VAC) combinato con fissazione interna ed esterna nel trattamento delle fratture tibiali aperte).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Soluzione AgNO3Strumento Yarong196305000
Acqua ammoniacaXilong Chemical480905
chitosanoTecnologia biochimica Aladdin428850500
particelle commerciali di nanoargentoTecnologia biochimica AladdinNA
Acqua deionizzataThermo Fisher Scientific (USA)345470250
Fissatori esterni e piastre di bloccaggioStrumento Medico ZimmeredNA
Soluzione di acido acetico glacialeGruppo Chimico Dongbang26 marzo
gliceroloTecnologia biochimica Aladdin036646.K7
Centrifuga desktop H1850Sviluppo degli strumenti del Laboratorio Xiangyi203270008
Guaina riscaldanteStrumento YarongA57027
Agitatore di riscaldamento multi-testa HJ-4AElettrodomestico Guohua02774-1
tubi di drenaggio in silicone medicoB. Braun Medical Inc(USA)491288/491310
NaHCO3Tecnologia biochimica Aladdin123360250
Soluzione NaOHMacklin Biochimica210-5
Forno a tubi cavi OTF-1200XTecnologia KejingOTF-1200X-ALD
Film adesivo permeabileCompagnia 3M (USA)537722zd
PoloxamerTecnologia biochimica Aladdin104082
Tartrato di potassio sodioGruppo Sinopharm202860051
Brodo di soia al triptoneThermo Fisher ScientificCM0129B
Miscelatore a vorticeIndustriale Dinamico88882010

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