Ontwikkeling van een benchtop-model voor het evalueren van de compatibiliteit van wondverbandmaterialen met wondtherapiesystemen met negatieve druk

Summary

Deze studie presenteert een benchtop-model dat is ontworpen om de compatibiliteit van wondverbandmaterialen met wondtherapiesystemen met negatieve druk te evalueren door de druk en vochtopvang gedurende 72 uur te beoordelen onder continue en intermitterende drukinstellingen.

Abstract

Systemen voor wondtherapie met negatieve druk (NPWT) vergemakkelijken de wondgenezing door subatmosferische druk uit te oefenen op het wondbed, wat de vorming van granulatieweefsel bevordert en ontstekingen vermindert. Wondverbanden kunnen met deze systemen worden gebruikt om de genezing te bevorderen; de effecten van verbanden op de prestaties van het NPWT-apparaat zijn echter een uitdaging om te beoordelen. Het doel van deze studie was het ontwikkelen van een analoog model voor vruchtvlees op een werkblad voor het testen van de compatibiliteit van wondverbandmaterialen met NPWT-apparaten. In deze studie werd een op chitosan gebaseerd geavanceerd wondverzorgingsapparaat geëvalueerd op zijn effecten op de NPWT-prestaties bij maximale en minimale therapiedruk. Het doel was om het model te gebruiken om drukmetingen en vloeistofverzameling te vergelijken voor monsters met en zonder het chitosan-wondverzorgingsapparaat. Het tafelmodel is geconstrueerd met behulp van een plastic doos die is verbonden met meerdere manometers. Er werd een cirkelvormig defect gemaakt op een stuk buikspek, gebruikt als analoog aan het vlees en in de doos gestoken. Het defect is opgevuld met standaard NPWT-schuim of schuim in combinatie met het wondverband. Gesimuleerde lichaamsvloeistof met runderserum werd aan de doos toegevoegd, die vervolgens gedurende 72 uur werd getest bij een maximale (-200 mmHg) of minimale (-25 mmHg) druk. Druk en vochtverzameling werden elke 12 uur geregistreerd. Het NPWT-systeem handhaafde met succes de druk gedurende de testperiode van 72 uur, zowel met als zonder de testverbanden. De toevoeging van de wondverbanden had geen invloed op de vochtafname. De testbox bleek effectief als tafelmodel, omdat deze gedurende de testperiode van 72 uur kon worden afgesloten en vacuüm kon worden gehandhaafd. Dit model heeft met succes zijn nut aangetoond bij het evalueren van de compatibiliteit van wondverbandmaterialen met NPWT-systemen.

Introduction

Er bestaan verschillende therapeutische benaderingen om te helpen bij het beheer en het genezingsproces van wonden. Dergelijke therapeutische benaderingen omvatten geavanceerde wondverbanden, groeifactoren, hyperbare zuurstoftherapie, huidvervangers en negatieve drukwondtherapie (NPWT)¹. NPWT verwijst naar wondverbandsystemen die continu of met tussenpozen subatmosferische druk op het systeem uitoefenen, waardoor negatieve druk op het oppervlak van de wond wordt uitgeoefend. NPWT is een populaire behandelingsmodaliteit geworden voor de behandeling van acute of chronische wonden². Het NPWT-systeem bestaat uit een schuim met open cellen, een zelfklevend wondverband, een vloeistofopvangsysteem en een zuigpomp³. De zuigpomp, of vacuüm, wordt gebruikt om een constante druk op de wond te houden, wat helpt de bloedstroom te verhogen en het risico op infectie te verminderen⁴. NPWT bevordert de vorming van granulatieweefsel door vocht uit de wond te verwijderen en zwelling te verminderen¹. Klinisch gezien varieert de hoeveelheid zuigdruk die voor wonden wordt gebruikt van -20 mmHg tot -200 mmHg, maar de meest relevante geteste druk is -125 mmHg⁵.

Ex vivo experimenten van NPWT zijn een uitdaging vanwege een gebrek aan adequate benchtop-modellen om te testen. De huidige methoden voor het testen van NPWT-systemen omvatten computersimulaties voor eindige-elementenanalyse (FEA), die zijn gebruikt om te testen hoe NPWT incisieplaatsen beïnvloedt⁶. Andere modellen zijn onder meer benchtop agar-gebaseerde wondmodellen, die kunnen worden gebruikt om de vloeistofopname te testen⁷. In vivo zijn ook varkensmodellen gebruikt om wondgenezing te onderzoeken⁸. Deze modellen hebben voordelen, zoals dat ze gemakkelijk te simuleren zijn op een computer om te voorspellen hoe een wond in theorie zou moeten genezen, en om te testen dat vloeistof door een modelmateriaal wordt getrokken. In vivo testen zijn definitief om te bepalen of het systeem werkt bij levende proefpersonen⁸. Deze modellen hebben ook allemaal nadelen. Een computersimulatie geeft mogelijk niet nauwkeurig weer hoe een wond in het echte leven zou genezen. Een op agar gebaseerd model kan laten zien dat er een goede vochtophoping door de wond wordt getrokken, maar geeft mogelijk niet weer hoe vloeistof door weefsel en spieren zou worden getrokken⁷. In vivo modellen zijn duur en vereisen aanzienlijke middelen om een studie te voltooien. Het kan ook moeilijk zijn om dieren semi-immobiel te houden, dus er kunnen problemen zijn met het trekken aan het systeem, wat verwarrende resultaten kan hebben.

Voor NPWT is een benchtop-model nodig, zodat nieuwe materialen kunnen worden getest voor gebruik met het systeem met behulp van echt weefsel. Het nieuwe model moet kunnen weergeven hoe vochtverzameling wordt beïnvloed door weefsel en spieren. Het nieuwe model moet ook in staat zijn om drukmetingen in het wondbed te leveren om te bepalen of de wond evenveel druk kreeg als de vacuümpomp toevoerde. Er kunnen ook nieuwe materialen/apparaten worden getest, zoals extra wondverbanden, verschillende soorten schuim en verschillende zelfklevende verbanden bovenop de wond.

Bepaalde wonden vereisen extra wondverbanden om het genezingsproces te bevorderen door het risico op infectie te verminderen. Een andere reden waarom extra wondverbandmateriaal nodig kan zijn, is om weefselingroei tussen het oppervlak van het wondbed en het opencellige schuim te voorkomen. Dit extra verband vermindert het risico dat het wondbed aan het opencellige schuim blijft kleven, wat helpt om schade en pijn te verminderen bij het stoppen van het NPWT-systeem⁹. Deze extra verbanden kunnen rond het schuim met open cellen worden geplaatst om als barrièremembraan tussen het wondbed en het schuim te fungeren. Bepaalde materialen zijn gebruikt als interface tussen het wondbed en schuim, zoals paraffine of in vaseline ingebed gaas. Paraffine heeft een positief potentieel als wondverband aangetoond doordat het de drukoverdracht van het systeem naar de^{hond 9} niet beïnvloedt. Er werd echter gemeld dat in vaseline ingebed gaas de vochtophoping remde en daarom niet als een geschikt aanvullend materiaal werd beschouwd⁹.

Wondverbanden op basis van chitosan kunnen een goed aanvullend verband zijn om toe te voegen tijdens NPWT vanwege hun antimicrobiële effecten en biocompatibiliteit ^10,11. Chitosan is een N-gedeacetyleerd derivaat van chitine, een natuurlijk polysacharide dat voorkomt in schimmels en geleedpotigen ^12,13. Chitosan heeft inherente antibacteriële eigenschappen vertoond in een breed spectrum van gramnegatieve en grampositieve bacteriën¹⁴. Daarom zijn chitosanmembranen populair geworden bij de behandeling van wonden, omdat ze gemakkelijk kunnen worden geproduceerd, lang houdbaar zijn en aangeboren antimicrobiële effecten vertonen¹⁰. Deze membranen vertonen ook een goede biocompatibiliteit, biologische afbraak en zijn niet giftig¹⁰.

In deze studie werd Foundation DRS, een geavanceerd wondverzorgingsapparaat voor chitosan en glycosaminoglycan, onderzocht om de biocompatibiliteit met NPWT te bepalen. Foundation DRS is een biologisch afbreekbare huidregeneratiesteiger die is vervaardigd voor ideale hanteringseigenschappen en porositeit om cellulaire invasie en neo-angiogenese in wonden te bevorderen. Dit apparaat is voordelig voor genezing bij verschillende verwondingen en toepassingen. Het is gemaakt voor bedoeld gebruik in een breed scala aan wonden, zoals decubitus, diabetische voetulcera, eerstegraads brandwonden, traumawonden, losgeraakte wonden en chirurgische wonden^10,11. Foundation DRS is een goede optie voor gebruik in NPWT vanwege het productieproces, dat voorkomt dat het apparaat in een hydrogel verandert als het nat is. Dit apparaat behoudt een open poriënstructuur wanneer het nat wordt, waardoor vloeistof kan stromen tijdens het aanbrengen van NPWT^12,13.

Het doel van deze studie was het ontwikkelen van een analoog model voor vruchtvlees dat kon worden gebruikt om de compatibiliteit van wondverbandmaterialen met NPWT-apparaten te testen. Klinisch gezien variëren de drukken van -80 mmHg tot -125 mmHg voor de meeste NPWT-toepassingen⁴. Om de slechtste klinische gebruiksomstandigheden te simuleren, werd een hogere en lagere drukinstelling gebruikt (-25 mmHg en -200 mmHg). Een ander doel van deze studie was om te bepalen of de toevoeging van het chitosan-wondverzorgingsapparaat de drukmetingen en vloeistofopvang van de NPWT verstoorde. Verstoringen in de vochtophoping of drukverlies tijdens NPWT kunnen leiden tot slechte wondgenezing en klinische resultaten. De vochtafname moet vergelijkbaar zijn met die van de testgroepen met en zonder het chitosan-wondverzorgingsapparaat. De drukmetingen moeten ook vergelijkbaar zijn in de testgroepen gedurende 72 uur. In klinische omgevingen wordt het wondverband elke 48-72 uur vervangen, dus elk monster werd in dit onderzoek 72 uur getest³. Tijdens het testen moeten de drukmetingen in acht worden genomen om er zeker van te zijn dat de druk niet daalt.

Protocol

De details van de reagentia en de apparatuur die in dit onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.

1. Aanmaken van de testbox

1. Zorg voor een plastic container van 3.2 kopjes.
2. Maak een gat met een diameter van 2 inch in het midden van het containerdeksel. Maak ook twee 3/8 gaten in twee hoeken van het containerdeksel op ongeveer 1/2 inch van de randafdichting. Gebruik een gatenzaag om de gaten te maken.
   OPMERKING: Een schema dat de algehele testopstelling laat zien met behulp van een commerciële NPWT-machine die is aangesloten op een in het laboratorium gebouwde analoge doos met vruchtvlees, wordt weergegeven in figuur 1. Dit schema geeft aan hoe de doos wordt gebruikt voor experimenten. Het vak dat voor dit experiment is gemaakt, wordt weergegeven in figuur 2.
3. Sluit op het eerste van de 3/8 gaten een manometer rechtstreeks aan op het gat.
   OPMERKING: Deze meter werd gebruikt om te controleren op drukdruppels buiten het testweefsel, wat zou duiden op lekken in het weefsel.
4. Voer op het tweede 3/8 gat een kleine flexibele infuusslang met een buitendiameter van minder dan 3/8 door het gat tot een lengte van 7 inch aan de binnenkant van het deksel. Plaats vervolgens de drukslang op een lagedrukmeter buiten de container.
   NOTITIE: De drukslang is tijdens het testen in het wondbed geplaatst.

2. Vlees analoge bereiding

1. Gebruik in de handel verkrijgbare gezouten buikspek, ook wel weefsel genoemd, om het spier- en vetweefsel te simuleren voor NPWT-testen.
2. Creëer een cirkelvormig wonddefect in het oppervlak van het weefsel met behulp van een #21 messcalpel die ongeveer 1.5 inch breed en 0.75 inch diep is. Masseer vervolgens het weefsel door het vet aan elke kant met een #21 messcalpel.
3. Nadat het wonddefect is ontstaan, veegt u het weefsel af om overtollig vet van de huid te verwijderen en laat u het vervolgens een nacht weken in gedeïoniseerd water om overtollig zout te verwijderen.

3. Laden van de testkamer

1. Vul de bodem van de testkamer met opencellig schuim van 1.5 inch dik. Plaats vervolgens de tissue op het schuim.
   NOTITIE: Centreer het weefselmonster handmatig zodat het ontstane wonddefect zich direct onder het gat in de bovenkant van het deksel bevindt.
2. Voeg voor de experimentele groepen het chitosan-wondverzorgingsapparaat toe aan de binnenkant van het wonddefect, zodat de onderkant en zijkanten van het defect bedekt zijn. Vul vervolgens de rest van het defect op met het schuim met open cellen.
3. Steek de drukslang die is aangesloten op de manometer op de testkamer in het schuim met open cellen dat wordt gebruikt om het defect op te vullen. Zorg ervoor dat deze buis ongeveer halverwege het oppervlak van het wonddefect wordt geplaatst.
4. Bedek de tissue met het zelfklevende wondverband. Maak vervolgens een kleine snee in het zelfklevende verband, direct bovenop het midden van het schuim met open cellen, om het wonddefect op te vullen.
5. Rijg het vacuümmondstuk door het deksel van de testkamer en plaats het op het zelfklevende verband, waar de kleine snee is gemaakt. Sluit na het plaatsen van het vacuümmondstuk het deksel van de testkamer om het zelfklevende wondverband en het vacuümmondstuk naar beneden te drukken, wat helpt bij het creëren van een afdichting.
6. Sluit de vloeistofopvangbus van 500 ml aan op de vacuümpomp en sluit vervolgens het vacuümmondstuk aan op de vloeistofopvangbus.

4. Aanmaak van de gesimuleerde lichaamsvloeistof

1. Creëer een gesimuleerde lichaamsvloeistof volgens Marques et ^al.15.
2. Maak de gesimuleerde lichaamsvloeistof door 8,035 g NaCl, 0,355 g NaHCO₃, 0,225 g KCl, 0,231 g K₂HPO₄3H_{2 O}, 0,311 g Cl₂Mg6H_{2 O}, 0,292 g CaCl, 0,072 g NaSO₄^2-, 6,118 g (HOCH₂)₃CNH₂, te combineren, en 39 ml 1 M HCl in 960 ml gedeïoniseerd water om de totale oplossing op 1 l te brengen.
   OPMERKING: De samenstelling van de gesimuleerde lichaamsvloeistof wordt weergegeven in tabel 1.
3. Combineer vervolgens de gesimuleerde lichaamsvloeistof met runderserum in een verhouding van 3:1. Vul de uiteindelijke oplossing aan met 5% 10x antibiotica/antimycotica voor microbiële controle. Roer de oplossing na het toevoegen van het runderserum en antibiotica/antimycotica en bewaar het vervolgens in de koelkast.
   OPMERKING: De uiteindelijke oplossing wordt de volledige oplossing genoemd. Deze oplossing mag niet steriel worden bewaard en moet vers worden gemaakt voordat elk monster wordt getest.

5. Testomstandigheden

1. Pas de instellingen op de vacuümpomp voor de monsters aan, afhankelijk van de testomstandigheden.
   OPMERKING: De testgroepen zijn: Groep 1 Controle (n = 3): Schuim alleen met continue afzuiging bij -200 mmHg; Groep 2 Regeling (n = 3): Schuim alleen met intermitterende afzuiging van 0 tot -200 mmHg; Groep 3 (n = 3): Chitosan wondverzorgingsapparaat onder schuim met continue afzuiging bij -200 mmHg; Groep 4 (n = 3): Chitosan wondverzorgingsapparaat onder schuim met intermitterende afzuiging van 0 tot -200 mmHg; Groep 5 Regeling (n = 3): Schuim alleen met continue afzuiging bij -25 mmHg; Groep 6 Regeling (n = 3): Schuim alleen met intermitterende afzuiging van 0 tot -25 mmHg; Groep 7 (n = 3): Chitosan wondverzorgingsapparaat onder schuim met continue afzuiging bij -25 mmHg; Groep 8 (n = 3): Chitosan wondverzorgingsapparaat onder schuim met intermitterende afzuiging van 0 tot -25 mmHg.
2. Stel voor maximale druktestgroepen de druk in op -200 mmHg. Stel voor minimale druktestgroepen de druk in op -25 mmHg. Zet vervolgens de instellingen van de vacuümpomp op intermitterende of continue druk. Laat alle monsters 72 uur draaien.
   NOTITIE: De continue instelling oefende continu druk uit gedurende 72 uur. De intermitterende instelling oefende gedurende 72 uur druk uit in een verhouding van 5/2 (5 minuten druk, gevolgd door 2 minuten zonder druk). De maximale en minimale waarden zijn gekozen op basis van het drukbereik dat klinische NPWT-systemen kunnen gebruiken. Er werd gekozen voor een cyclus van 72 uur op basis van de tijdsduur dat NPWT doorgaans klinisch wordt gebruikt voordat een verbandwissel wordt uitgevoerd³.
3. Noteer tijdens het testen elke 12 uur gedurende 72 uur de druk op de manometer en de hoeveelheid vloeistof in de vloeistofopvangbus.
4. Als de hoeveelheid lichaamsvloeistof analoog onder 75% van de bovenkant van de testkamer daalt, zoals visueel wordt waargenomen, verwijder dan de secundaire manometer en voeg een volledige oplossing toe aan de kamer.
   OPMERKING: De voorbereiding van monsters en de testopstelling zijn te zien in figuur 3.
5. Schakel na 72 uur de vacuümpomp uit en koppel de vloeistofopvangbus los van het vacuümmondstuk. Verwijder de vloeistofopvangbus uit de vacuümpomp.
6. Verwijder het weefsel uit de testkamer en trek het zelfklevende wondverband eraf. Haal vervolgens het schuim met open cellen eruit en kijk of het chitosan-wondverzorgingsapparaat nog intact was. Het wordt als intact beschouwd als het kan worden verwijderd zonder te breken, te scheuren of te scheuren; Kleine scheurtjes of dunner worden zijn echter acceptabel als het membraan volledig kan worden verwijderd.

6. Statistische analyse

1. Gebruik voor statistische analyse de drukwaarden die tijdens de testperiode elke 12 uur werden geregistreerd van de drie testmonsters per testconditie. Voor statistische analyse werd de uiteindelijke vloeistofverzamelingswaarde van de drie testmonsters per testconditie gebruikt.
   OPMERKING: Voor alle statistische analyses werd het significantieniveau vastgesteld op α = 0,05.
2. Bereken het gemiddelde en de standaarddeviaties (n = 3/groep) op elk tijdstip. Voordat u de statistische analyse uitvoert, voert u normaliteitstests uit voor elke groep met behulp van de Shapiro-Wilk-test (bijv. continue afzuiging bij -200 mmHg, continue afzuiging bij -25 mmHg, intermitterende afzuiging bij -200 mmHg en intermitterende afzuiging bij -25 mmHg) om te bepalen of ANOVA- of Kruskal-Wallis-test geschikt is.
3. Analyseer gegevens voor experimentele en controlegroepen die zijn onderworpen aan dezelfde druktestomstandigheden (bijv. continue afzuiging bij -200 mmHg; continue afzuiging bij -25 mmHg; intermitterende afzuiging bij -200 mmHg of intermitterende afzuiging bij -25 mmHg) met behulp van een tweerichtings-ANOVA- of Kruskal Wallis-test met membraantype en tijd als belangrijkste factoren.
4. Als er statistische verschillen zijn vastgesteld, voer dan post-hoc analyses uit. Gebruik de HSD post-hoc test van Tukey na de ANOVA of de Dunn post-hoc test na de Kruskal-Wallis-test om te bepalen welke groepen verschillend zijn.
5. Gebruik de uiteindelijke vloeistofverzamelingswaarden voor elk monster in de controle- en experimentele groep en voer een tweezijdige t-toets uit, uitgaande van ongelijke varianties.
   OPMERKING: De druk werd op elk tijdstip geanalyseerd om er zeker van te zijn dat er tijdens de testperiode geen significante drukdaling was. Hoewel de vochtverzameling op elk moment werd onderzocht, werd deze pas op het laatste tijdstip geanalyseerd. Dit komt omdat elk weefsel verschillende vet- en spierprofielen had, wat resulteerde in verschillende vochtverzamelingssnelheden, waardoor de algehele vloeistofverzameling nuttiger is voor analyse dan vloeistofverzameling op tijdstippen.

Results

Het doel van de studie was om een benchtop-model voor NPWT te ontwikkelen dat gebruik maakt van een weefselanaloog en om het model te gebruiken om de compatibiliteit van wondverbandmaterialen met een machine voor wondtherapie met negatieve druk te onderzoeken. Het model werd gebruikt om te onderzoeken of de NPWT-machine in staat was om de druk in de loop van de tijd te handhaven met de toevoeging van een wondverzorgingsapparaat. Het model werd ook gebruikt om te bepalen of de gegenereerd...

Discussion

Er zijn een paar benchtop-modellen voor NPWT, maar ze hebben aanzienlijke beperkingen. Loveluck et al. ontwikkelden een FEA-computermodel om te bepalen hoe NPWT de gehechte incisieplaatsen beïnvloedde, maar hielden geen rekening met extra wondverbandmaterialen⁶. Rycerz et al. ontwikkelden op agar gebaseerde modellen om de distributie van instillatieoplossing naar wonden tijdens NPWT⁷ te evalueren. Hoewel de agar een medium vormde voor het b...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
100x antibiotics/mycotics	Gibco	15240062	Dit is de 100X antibiotica/antimycotica die in de gesimuleerde lichaamsvloeistof wordt gebruikt
3 M KCI ACTIV.A.C Therapy System	KCI Mdical Products	VFTR006619	Dit is de vacuümpomp die in het onderzoek wordt gebruikt.
3 M KCI InfoV.A.C Canister w/Gel 500 mL	eSutures.com	M8275063	Dit zijn de vloeistofpompen die in het onderzoek worden gebruikt
3 M KCI V.A.C GranuFoam Medium Dressing Kit, SensaT.R.A.C	eSutures.com	M8275052	Dit zijn de wondverbandpakketten met de vacuümmondstuk inclusief het open celschuim.
Bovine Serum	Gibco	16170086	Dit werd gebruikt om te mengen met de gesimuleerde lichaamsvloeistof en de antibiotica/antimycotica
Calcium Chloride	Fisher Scientific	C614-500	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Excel/Powerpoint	Microsoft Office	N/A	Dit werd gebruikt om de statistieken uit te voeren en het schema voor Figuur 1 te maken
Foundation DRS Solo	BioNova Medical	N/A	Dit is het geavanceerde chitosan wondverzorgingsapparaat dat in het onderzoek wordt gebruikt.
Hydrochloric Acid	Fisher Scientific	SA54-1	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Magensium Chloride	Fisher Scientific	M33-500	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Phosphate buffered saline	Thermo Scientific	J62036.K3	Dit werd gebruikt om de 100x antibiotica/antimycotica te verdunnen tot 10x
Potassium Chloride	SIGMA	P-3911	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Potassium Phosphate Dibasic	Fisher BioReagents	BP363-500	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
PRM Vacuum Gauge 0 to -10 in Hg	PRM Filtration	PGCNBTY630652J10HG	Er zijn twee drukmeters nodig voor de testkamer.
Salted Pork Belly	Hormel Food Corporations	UPC: 0003760037988	Gezouten varkensbuik kan worden gekocht bij Kroger. Het kan niet worden gesneden. Het is het beste om monsters te kiezen die minder vet en meer spier bevatten.
Sodium Bicarbonate	SIGMA	S5761-500G	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Sodium Chloride	Fisher Scientific	S640-500	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Sodium Sulfate	Fisher Scientific	BP166-100	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Tris(hydroxymethyl) aminomethane	Fisher Scientific	BP152-500	Dit werd gebruikt om de gesimuleerde lichaamsvloeistof te creëren
Tupperware Brands Corp, Kissimmee , FL	Tupperware	N/A	Dit is de doos die als testkamer wordt gebruikt.