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方法論記事

腱手術における縫合材料としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)

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DOI：

10.3791/64115

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2022年10月6日

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1Department of Plastic and Hand Surgery, University of Erlangen Medical Center, 2Department of Plastic, Hand, and Microsurgery, Sana Hospital Hof, 3Department of Materials Science and Engineering, Friedrich-Alexander-University, Erlangen-Nürnberg, 4Department of Plastic Surgery, Bayreuth Municipal Hospital, 5Institute of Anatomy, Chair II, Friedrich Alexander University Erlangen-Nuremberg

この記事について

サマリー

本プロトコルは、 エクスビボで腱修復の生物物理学的特性を評価するための方法を示す。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)縫合材料をこの方法で評価し、異なる条件下で他の材料と比較した。

要約

縫合材料の進化に伴い、一次および二次腱修復のパラダイムに変化がありました。改善された機械的特性は、より積極的なリハビリテーションと早期回復を可能にします。ただし、修理がより高い機械的要求に耐えるためには、これらの材料と組み合わせて、より高度な縫合および結び目技術を評価する必要があります。このプロトコルでは、異なる修復技術と組み合わせて縫合材料としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を使用することが調査されました。プロトコルの最初の部分では、屈筋腱修復に使用される3つの異なる材料の結び目のないストランドに対する線張力強度と結び目の伸びの両方が評価されました。3つの異なる材料は、ポリプロピレン(PPL)、ポリエステルの編組ジャケットを備えた超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)です。次のパート(死体屈筋腱を用いたex vivo 実験)では、異なる縫合技術を用いたPTFEの挙動を評価し、PPLおよびUHMWPEと比較した。

この実験は、新鮮な死体の手からの屈筋腱の採取、標準化された方法での腱の切断、4つの異なる技術による腱の修復、取り付け、および標準的な線形動力計での腱修復の測定の4つのステップで構成されています。UHMWPEとPTFEは同等の機械的特性を示し、線形牽引強度の点でPPLよりも有意に優れていました。4本鎖および6本鎖の技術による修理は、2本鎖の技術よりも強力であることが証明されました。表面摩擦が非常に低いため、PTFEの取り扱いと結び目は課題ですが、4本または6本のストランド修理の固定は比較的簡単です。外科医は、心臓血管手術や乳房手術でPTFE縫合材料を日常的に使用しています。PTFEストランドは腱手術での使用に適しており、リハビリテーションのための早期アクティブモーションレジメンを適用できるように、堅牢な腱修復を提供します。

概要

手の屈筋腱損傷の治療は、半世紀以上にわたって論争の的となってきました。1960年代まで、中指節骨と近位手のひらの間の解剖学的領域は「無人地帯」と名付けられ、この領域での一次腱再建の試みは無駄であり、非常に悪い結果を生み出しました1。しかし、1960年代には、リハビリテーションの新しい概念を導入することにより、一次腱修復の問題が再検討されました2。1970年代には、神経科学の進歩により、動的副子3を含む早期リハビリテーションの新しい概念を開発することができましたが、その後はわずかな改善しか達成できませんでした。最近、積分安定性が大幅に向上した新材料が導入されました4,5そのため、チーズ配線や引き出し6など、縫合材料の故障以外の技術的問題が焦点になりました。

最近まで、ポリプロピレン(PPL)とポリエステルは屈筋腱の修復に広く使用されていました。直径0.150〜0.199 mmに対応するポリプロピレンの4-0 USP(米国薬局方)ストランドは、20ニュートン(N)6,7未満の線形引張強度を示しますが、手の屈筋腱は最大75 N8のin vivo線形力を発生できます。外傷および手術後、浮腫および癒着のために、組織の抵抗はさらに進行する9。腱修復の古典的な技術には、追加の上腱ランニング縫合糸で補強されなければならなかった2本鎖構成が含まれていました3,10。実質的に高い線強度を有する新しいポリブレンドポリマー材料は、技術開発をもたらした4。長鎖超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)のコアを持つ単一のポリブレンドストランドと、PPLと同じ直径のポリエステルの編組ジャケットを組み合わせることで、最大60Nの直線力に耐えることができます。しかしながら、押出技術は、同等の機械的特性を示す単糸状ポリマーストランドを製造することができる6。

修理技術も過去10年間で進化しました。2本鎖腱修復技術は、より精巧な4本鎖または6本鎖構成に取って代わられた11,12。ループ縫合糸13の使用により、結び目の数を減少させることができる。新しい材料と新しい技術を組み合わせることで、100 Nを超える初期線形強度を達成できます4。

個別のリハビリテーションレジメンは、特別な患者の属性と腱修復技術を考慮に入れて、いずれにせよ提唱されるべきです。例えば、複雑な指示に長時間従えない子どもや大人は、遅れた動員を受けるべきである。それほど強くない修理は、受動的な動きだけで動員されるべきです14,15。そうでなければ、初期のアクティブモーションレジメンがゴールデンスタンダードになるはずです。

この方法の全体的な目標は、屈筋腱修復のための新しい縫合材料を評価することです。プロトコルの理論的根拠を称賛するために、この技術は、臨床ルーチンに似た条件下での縫合材料の評価の手段として、文献4,10,12,16に見られる以前に検証されたプロトコルの進化形です。最新の油圧サーボ材料試験システムを使用すると、ソフトウェアと測定機器の制限を考慮して、25-180 mm/min 4,10を使用した以前のプロトコルとは対照的に、300 mm/minの牽引速度をin vivo応力と同様に設定できます。この方法は、屈筋腱修復に関するex vivo研究、および縫合材料の適用の評価に広い意味で適しています。材料科学では、このような実験は、ポリマーや他のクラスの材料を評価するために日常的に使用されています17。

研究のフェーズ:研究は2つのフェーズで実施されました。それぞれが2つまたは3つの後続のステップに分割されました。第1段階では、ポリプロピレン(PPL)ストランドとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ストランドを比較した。3-0 USPと5-0 USPの両方のストランドを使用して、実際の臨床状態を模倣しました。材料自体の機械的特性が最初に調査されましたが、医療機器ですが、これらの材料はすでに広範囲にテストされています。これらの測定について、N=20ストランドの線状引張強度を測定した。結び目は線張力強度を変化させ、潜在的な破断点を生成するため、結び目ストランドも調査されました。最初のフェーズの主要部分は、臨床条件下で2つの異なる材料の性能をテストすることでした。さらに、3-0コア修理(ゼヒナーとペニントンの修正を加えた2ストランドキルヒマイヤーケスラー)が実行され、線形強度がテストされました。調査の追加翼のために、追加の強度18,19のために、上天性5-0ランニング縫合糸が修理に追加されました。

その後の段階では、PPL、UHMWPE、PTFEを含む3つの縫合材料の比較が行われました。すべての比較のために、直径0.18mmに相当するUSP 4-0ストランドを使用しました。使用されている材料の完全なリストについては、 材料表を参照してください。最後のステップでは、前述のようにアデレード20 またはM-Tang21 コアの修理が行われました。

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プロトコル

この記事には、著者のいずれかが行った人間の参加者または動物を対象とした研究は含まれていません。人体材料の使用は、エアランゲン大学解剖学研究所の死体および認識可能な身体部分の使用に関する大学の方針に完全に準拠していました。

1.屈筋腱を収穫します

  1. 足指筋深部を採取する
    1. 腹側と手のひら側を外科医に向けて解剖台に新鮮な死体の上肢を置きます。標準の手固定装置を使用して、指骨をエクステンションに保持します。
    2. 故人の年齢と性別に注意してください。
    3. 15号メスを用いて、手のひら側の人差し指に、遠位指節からA1滑車22に向かって中手指節関節22に向かって正中縦切開を行う。
    4. 屈筋腱を傷つけることなく、A1およびA2プーリー22 を縦方向に切断します。メスを使用して遠位指節間関節のレベルで指底屈筋22 を切断します。
    5. 外科用ラップスポンジのバンドを使用して、腱を牽引下に置き、A1プーリーのレベルで指筋深部屈筋を回収します。
    6. 6番メスを使用して、ラセッタの折り目22 に15cmの横切開を行います。
    7. ラセッタの近位10 cmに別の横切開を行います。
    8. 次に、前腕の手のひら側の中央に縦方向の切開を行い、前述の2つの横方向の切開を接続します。
    9. 前腕筋膜のレベルで2つの反対側の皮膚フラップを発達させ、屈筋腱を露出させます。屈筋腱は皮膚の下で容易に識別できます。
    10. ここでも、外科用ラップスポンジのバンドを使用して、屈筋指腱を牽引下に置き、腱を手首の近位に引っ込めます。
    11. 次に、11番メスを使用して、筋腱接合部の腱を切断して腱の長さを最大化します。
    12. 腱標本を500mLの0.9%生理食塩水に入れます。
    13. 3本目から5本目の指について、手順1.1.1から1.1.12を繰り返します。
  2. 表在性屈筋の収穫
    1. 手首の近位にある人差し指の表指屈筋の腱を腱と筋肉の接合部で切断し、白っぽい腱が茶色がかった筋肉組織に変化します。
    2. 次に、外科用ラップスポンジのバンドを使用して、人差し指のA1プーリーの部位にある腱を引っ込めます。
    3. 手のひらの腱のビンキュラ22 を切断します。
    4. 表在性屈筋22 を近位指節間関節の遠位方向に引っ込める。
    5. 15番メスを使用して、交叉の近位指節間関節22で表在屈筋を切断します。
    6. 腱標本を500mLの0.9%生理食塩水に入れます。
    7. 3本目から5本目の指について、手順1.2.1から1.2.6を繰り返します。
  3. 長屈筋花粉症の収穫22
    1. 15番メスを使用して、遠位指節骨からA1プーリーまでの親指の手のひら側に9cmの縦方向の中央切開を行います。
    2. A1プーリーとA2プーリーを縦方向に切開します。
    3. 親指の屈筋腱を露出させ、15番メスを使用して遠位指節骨の付け根に挿入された腱を切断します。
    4. 外科用ラップスポンジのバンドを使用して、A1プーリーのレベルで腱を引っ込めます。
    5. 手首の近位の手術部位で、屈筋コンパートメントの橈骨最角にある長屈筋腱を見つけ、外科用ラップスポンジのバンドで引っ込めます。
    6. 筋腱接合部で腱を切断します。
    7. 腱標本を500mLの0.9%生理食塩水に入れます。

2.腱の切断(図1)

  1. 腱標本をピンまたは18Gカニューレ付きの発泡スチロールプレートに固定します。
  2. 11番の刃が付いたメスを使用して、中央の腱を横断します。
    注意: 腱を2回横断しないと、油圧サーボ測定機に安定して取り付けるのに十分な長さになりません。

3.腱の修復

  1. ゼヒナーとペニントンの修正によるキルヒマイヤー-ケスラー2ストランドコア修理18,19(図2)
    1. 11番の刃を使用し、断端(つまり、切断された腱の部位)から約1.5 cmの腱の右利き部分の正中線に5 mmの刺し傷を入れます。
    2. この切開を通して、縫合糸の鋭い丸い針を挿入し、外科医に向かって同じレベルの腱の側面で出口を出る。針のこのパスは表面面上にある必要があります。
    3. 次に、針を腱の表面に右に約3 mm挿入し、深い平面に飛び込みます。
    4. 切り株から出て、腱の左利きの部分の正反対の側に針を挿入します。
    5. 腱の表面、外科医に最も近い側、切り株から約1.8 cmのところに現れます。
    6. 次に、切り株に向かって3 mmの腱の側面に入り、腱に向かって横方向の経路をたどります。外科医の反対側で出ます。
    7. 切り株から3 mm離れた腱の表面に入り、左の切り株から出る深い平面をたどります。
    8. 右の切り株に入り、切り株から約1.8 cmの腱の表面で出るまで縦方向の深い平面をたどります。
    9. 腱の向こう側、最初の刺し傷切開のレベルで針を挿入します。刺し傷切開から出てきます。
    10. 手動で方向を交互に、8回のスローで外科用結び目を結びます23。
  2. アデレードクロスロック4ストランドコア修理11,19(図2)
    1. 横断腱の左切り株に針を挿入します。外科医側の腱の経路を1.5 cmたどり、腱の表面で出ます。針を左に3 mm挿入し、外科医に向かって3 mm噛みます。
    2. 最初の経路の出口点の横にある右に3 mmの針を挿入し、左の切り株まで腱を横にたどります。腱の非常に外側の部分の経路の右の切り株に針を挿入します。切り株の右側約1.5 cmを出ます。
    3. 次に、針を右に3 mmで再度挿入し、腱の側面から出てつかみます。
    4. 針を右の切り株の方に戻し、左に約3 mm入るようにします。右の切り株から出て、再び左の切り株に1.5 cm入ります。縫合糸で3 mmの腱の一部をつかみ、正中線の近くで終了します。
    5. 針を切り株に3 mm近づけて再度挿入し、腱の方向を右にたどり、切り株から出るようにします。
    6. 針を右の切り株に挿入し、腱繊維を約1.5 cm右にたどります。サーフェスで終了します。
    7. 腱をさらに右(3 mm)に再度入れ、反対側を狙ってつかみます。針を左に3 mm挿入し、切り株から出る腱をたどります。次に、手動で方向を交互にして、8回のスローで外科用結び目を結びます。
  3. M-Tang 6ストランドコア修理11 (図2)
    1. 腱の右断端から約1.5 cmのループの針を挿入し、約3 mmのサイズの腱の一部をつかみます。
    2. 針をループに通し、針を腱の表面に挿入します。
    3. 腱の道をたどり、切り株の間を出ます。
    4. 針を反対側の切り株に再度挿入し、深い平面の腱を1.8 cmたどります。腱の表面で出ます。
    5. 次に、切り株の近くに3 mm入り、腱の向こう側への横方向の経路をたどり、そこを出ます。
    6. ループを支えている針を左に3 mm、切り株からさらに離して挿入します。腱の道をたどり、切り株の間を出ます。反対側の切り株から再入力し、腱の表面で右に1.5 cm出ます。
    7. はさみで針を武装させている2本のストランドのうちの1本を切ります。
    8. 針を挿入し、腱の3mmの部分をつかみます。
    9. 次に、手動で外科用結び目を8回のスローで結び、方向23を交互にします。
    10. 別のループ縫合糸を取り、約3mmの腱の一部を右に1.5cmでつかんで柘植縫合24 を行う。
    11. 針を再度挿入し、腱の経路を左にたどります。切り株の間を出ます。
    12. 左の切り株に再度入り、腱の経路を1.5 cmたどります。腱の表面で出ます。
    13. ここでは、はさみで針を武装させている2本のストランドのうちの1本を切り取ります。
    14. 腱の3 mmをつかんで、針を再挿入します。
    15. 今度は手動で方向を変えて、8つのスローで外科の結び目を結びます。

4.一軸引張試験

  1. 引張試験機を設置する
    1. 接続システムとそれぞれのボルトを使用して、標準引張試験システムの上部クロスヘッドにロードセルを取り付けます。
    2. 試験片グリップを下部に取り付け、接続システムとそれぞれのボルトを使用してクロスヘッドとロードセルを動かします。
    3. 制御コンピュータの電源を入れ、テストソフトウェアを開きます。引張試験機の初期化を待ちます。 [ファイル] > [開く ] をクリックし、Zwick テスト プログラム [Fmax 決定のための簡易引張試験] を選択します。次に [OK] をクリックします。
    4. 現在の試験片グリップ距離を設定するには、[ 機械>セットアップ]をクリックします。ノギスを使用して試験片グリップ距離を測定し、現在の工具分離/現在のグリップに値を書き込み、グリップ分離して[ OK]をクリックします。
    5. ウィザードをクリックして測定シーケンスを設定します。事前テストに移動し、開始位置でのグリップ分離にグリップを20cmに設定します。次に、[プリロード]にチェックマークを付け、プリロードを0.50Nに設定します。テストパラメータに移動し、テスト速度を300 mm / minに設定します。[シリーズレイアウト]をクリックして、セットアッププロセスを終了します。
    6. [ 開始 位置]をクリックして、グリップ分割を開始位置に設定します。
  2. 修復された腱の取り付けとテスト
    1. サンプルマウントの直前にテストソフトウェアで Force 0 をクリックします。
    2. 修復直後に修復した腱を鉗子を使用して引張試験機(図3 および 図4)に移します。
    3. 試験片グリップと腱の間に粗い紙を挿入して、試験片試験中の摩擦を増やします。試験片グリップを手で締めてストレスのない状態で閉じます。
    4. [ 開始 ]をクリックして、測定シーケンスを開始します。直線牽引力は、専用のテストソフトウェアによって文書化されます。破損する前に最大力を文書化します。
    5. 構造を視覚的に検査し、市販のカメラでサンプルを写真で文書化します。後続の分類に基づいて故障モードを定義します。
      1. 滑り:縫合材料のループが腱をすり抜け、縫合糸が引き抜かれます。
      2. 結び目の失敗:結び目が失敗して解けます。
      3. 休憩:縫合糸の破裂。
        注:失敗した標本の写真を撮ることは、測定ではなく定性的な目的であるため、標準化された方法である必要はありません。たとえば、標準のライトや距離はありません。
    6. グラフィック表現のために、生データ(力-変位-データ)をテーブル(.xlsファイル)の形式でエクスポートします。結果をニュートン(N)で表される値の表にまとめます。

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結果

腱の修復:2ストランドキルヒマイヤー-ケスラー法を単独で使用した場合、修復は約30 Nの線形強度に達する高い滑り率がありました(図2および図5A)5。インビボでは、前指屈筋の腱は、最大75N8の線形牽引を発達させることができる。心的外傷後条件下では、この値は摩擦、腫れ、および癒着のためにさらに高くなる可能性があります9。

2本鎖キルヒマイヤー・ケスラー法を上腱ランニング縫合糸と組み合わせて使用 した場合(図2 および 図5B)5、PPL群では滑りを回避できましたが、PTF...

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ディスカッション

この一連の実験では、PTFEストランドを屈筋腱修復のための縫合材料として評価した。プロトコルは、2つの側面を除くすべての側面で in vivo の状況に似た状態を再現します。まず、 生体内で 加えられる荷重は反復的であるため、周期的に繰り返されるタイプの荷重がより適している可能性があります。第二に、術後の最初の6週間で、腱の治癒が進むにつれてバイオメカニクスから生物学への大幅なシフトが見られますが、これは ex vivo 条件下では適切に対処できないプロセスです。

このプロトコルで使用されるPTFE材料は、優れた生体適合性、低い表面摩擦、柔軟性、優れた線形引張強度など、一連の有利な属性を示しました。ただし、PTFEは結び目を安定させるために追加のスローを必要とするため、結び目はかさばりすぎる傾向があります。かさばる結び目が滑走と治癒を妨げるため、これは屈筋腱の修復において重要なポイントです。それとは別に、縫合糸の表面は非常に滑りやすいため、取り扱いが難しい場合があります。したがって、著者はまだ日常の臨床診療でそれを使用することに...

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開示事項

著者は、利益相反がないことを宣言します。資金源はありません。

謝辞

この研究は、サナ病院ホフからの資金で実施されました。さらに、著者は、実験にたゆまぬ支援をしてくれたハーフェンリヒター女史(Serag Wiessner、Naila)に感謝したいと思います。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ChiroblocAMT AROMANDO Medizintechnik GmbHCBM手の固定
Cutfix 使い捨てメスB. Braun Medical Inc, Germany5518040Safety one use blade
粗い紙/酸化アルミニウム RhynaloxIndasa440008研磨剤 ISO P60 
Fiberloop 4-0Arthrex GmbHAR-7229-20超高分子量ポリエチレン、ポリエステル編組ジャケット付き 4-0
G20 カニューレ ステリカンB ブラウン4657519100個パッケージ
等張生理食塩水 0.9% ボトルパック 500 mL Serag Wiessner GmbH002476生理食塩水 500 mL
KAP-S フォーストランスデューサA.S.T. –Angewandte System Technik GmbHAK8002ロードセル
メッツェンバウムはさみ (一方向、14 cm)Hartmann9910846
スクリューグリップ、タイプ 8133、Fmax 1 kNZwickRoell GmbH & Co. KG,316264
セラレン 3-0 SeragWiessner GmbHLO203413ポリプロピレンストランド 3-0
セラレン 4-0Serag Wiessner GmbHLO151713ポリプロピレンストランド 4--0
セラレン 5-0セラグ Wiessner GmbHLO103413Polypropylene Strand 5-0
Seramon 3-0Serag Wiessner GmbHMEO201714ポリテトラフルオロエチレン 3-0
セラモン 4-0Serag Wiessner GmbHMEO151714ポリテトラフルオロエチレン 4-0
セラモン 5-0Serag Wiessner GmbHMEO103414ポリテトラフルオロエチレン 5-0
testXpert III 試験ソフトウェア (コンポーネント以下)ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany試験ソフトウェアの以下のポイントを参照してください
Results EditorZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035615
Layout EditorZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035617
Report EditorZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035620
ExportエディターZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035618
Organization EditorZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035614
Virtual testing machine VTMZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035522
Language swappingZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035622
アップロード/ダウンロードZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035957
トレーサビリティZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035624
Extended control modeZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035959
Video CapturingZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035575
Plus testControl IIツビックローエル GmbH &Co. KG, Ulm, Germany1033655
Temperature controlZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035623
HBM connectionZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035532
National Instruments connectionZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1035524
ビデオキャプチャ マルチカメラ Iツビックローエル GmbH &Co. KG, Ulm, Germany1035574
Video Capturing multiCamera IIZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1033653
CWA 15261-2ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany1053260
Zwick Z050 TN油圧サーボ材料試験システム ZwickRoell GmbH & Co. KG, ウルム, ドイツ58993油圧サーボ材料試験システム
コンポーネント

参考文献

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