Polytetrafluorethylen (PTFE) als Nahtmaterial in der Sehnenchirurgie

Summary

Das vorliegende Protokoll veranschaulicht eine Methode zur Bewertung der biophysikalischen Eigenschaften von Sehnenreparaturen ex vivo. Ein Nahtmaterial aus Polytetrafluorethylen (PTFE) wurde mit dieser Methode bewertet und mit anderen Materialien unter verschiedenen Bedingungen verglichen.

Abstract

Mit der Entwicklung der Nahtmaterialien hat es einen Paradigmenwechsel in der primären und sekundären Sehnenreparatur gegeben. Verbesserte mechanische Eigenschaften ermöglichen eine aggressivere Rehabilitation und eine frühere Genesung. Damit die Reparatur jedoch höheren mechanischen Anforderungen standhält, müssen fortschrittlichere Naht- und Knotentechniken in Kombination mit diesen Materialien bewertet werden. In diesem Protokoll wurde die Verwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE) als Nahtmaterial in Kombination mit verschiedenen Reparaturtechniken untersucht. Im ersten Teil des Protokolls wurden sowohl die lineare Zugfestigkeit als auch die Dehnung von verknoteten gegen nicht verknotete Stränge aus drei verschiedenen Materialien, die bei der Beugesehnenreparatur verwendet werden, bewertet. Die drei verschiedenen Materialien sind Polypropylen (PPL), ultrahochmolekulares Polyethylen mit einem geflochtenen Mantel aus Polyester (UHMWPE) und Polytetrafluorethylen (PTFE). Im nächsten Teil (ex vivo Experimente mit Leichenbeugesehnen) wurde das Verhalten von PTFE unter Verwendung verschiedener Nahttechniken bewertet und mit PPL und UHMWPE verglichen.

Dieses Experiment besteht aus vier Schritten: Entnahme der Beugesehnen aus frischen Leichenhänden, standardisierte Durchtrennung der Sehnen, Sehnenreparatur mit vier verschiedenen Techniken, Montage und Messung der Sehnenreparatur auf einem Standard-Linearprüfstand. UHMWPE und PTFE zeigten vergleichbare mechanische Eigenschaften und waren PPL in Bezug auf die lineare Zugfestigkeit deutlich überlegen. Reparaturen mit vier- und sechssträngigen Techniken erwiesen sich als stärker als zweisträngige Techniken. Das Handling und Verknoten von PTFE ist aufgrund der sehr geringen Oberflächenreibung eine Herausforderung, aber die Befestigung der vier- oder sechssträngigen Reparatur ist vergleichsweise einfach zu bewerkstelligen. Chirurgen verwenden routinemäßig PTFE-Nahtmaterial in der Herz-Kreislauf- und Brustchirurgie. Die PTFE-Stränge eignen sich für den Einsatz in der Sehnenchirurgie und bieten eine robuste Sehnenreparatur, so dass frühe aktive Bewegungsschemata für die Rehabilitation angewendet werden können.

Introduction

Die Behandlung von Beugesehnenverletzungen der Hand ist seit über einem halben Jahrhundert umstritten. Bis in die 1960er Jahre wurde der anatomische Bereich zwischen der mittleren Phalanx und der proximalen Handfläche als “Niemandsland” bezeichnet, um auszudrücken, dass Versuche einer primären Sehnenrekonstruktion in diesem Bereich vergeblich waren und zu sehr schlechten Ergebnissen führten¹. In den 1960er Jahren wurde jedoch das Thema der primären Sehnenreparatur durch die Einführung neuer Konzepte für die Rehabilitation² wieder aufgegriffen. In den 1970er Jahren konnten mit den Fortschritten in den Neurowissenschaften neue Konzepte der Frührehabilitation entwickelt werden, einschließlich dynamischer Schienen³, aber danach konnten nur marginale Verbesserungen erzielt werden. In jüngster Zeit wurden neue Materialien mit deutlich verbesserter integraler Stabilität^4,5 eingeführt, so dass andere technische Probleme als das Versagen der Nahtmaterialien in den Fokus gerückt wurden^, einschließlich der Käseverdrahtung und des Herausziehens⁶.

Bis vor kurzem waren Polypropylen (PPL) und Polyester bei der Reparatur von Beugesehnen weit verbreitet. Ein 4-0 USP (United States Pharmacopeia) Strang aus Polypropylen mit einem Durchmesser von 0,150-0,199 mm weist eine lineare Zugfestigkeit von weniger als 20 Newton (N)^6,7 auf^, während Beugesehnen der Hand in vivo lineare Kräfte von bis zu 75 N⁸ entwickeln können. Nach Traumata und Operationen, aufgrund von Ödemen und Verwachsungen, schreitet die Widerstandsfähigkeit des Gewebes weiter^{voran 9}. Zu den klassischen Techniken der Sehnenreparatur gehörten zweisträngige Konfigurationen, die mit zusätzlichen epitendinösen Laufnähten verstärkt werden mussten ^3,10. Neuere Polyblend-Polymerwerkstoffe mit wesentlich höherer linearer Festigkeit haben technische Entwicklungen hervorgebracht⁴; Ein einzelner Polyblend-Strang mit einem Kern aus langkettigem ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) in Kombination mit einem geflochtenen Mantel aus Polyester im gleichen Durchmesser wie PPL kann linearen Kräften von bis zu 60 N standhalten. Mit Extrusionstechnologien können jedoch monofilamente Polymerstränge hergestellt werden, die vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweisen⁶.

Auch die Reparaturtechniken haben sich in den letzten zehn Jahren weiterentwickelt. Zweisträngige Sehnenreparaturtechniken sind ausgefeilteren vier- oder sechssträngigen Konfigurationen gewichen^11,12. Durch die Verwendung einer Schlaufennaht¹³ kann die Anzahl der Knoten verringert werden. Durch die Kombination neuerer Materialien mit neueren Techniken kann eine anfängliche lineare Festigkeit von über 100 N erreicht werden⁴.

In jedem Fall sollte ein individuelles Rehabilitationsschema unter Berücksichtigung spezieller Patienteneigenschaften und Sehnenreparaturtechniken befürwortet werden. Zum Beispiel sollten Kinder und Erwachsene, die lange Zeit nicht in der Lage sind, komplexe Anweisungen zu befolgen, einer verzögerten Mobilisierung unterzogen werden. Weniger starke Reparaturen sollten allein durch passive Bewegung mobilisiert werden^14,15. Ansonsten sollten frühe aktive Bewegungsschemata der goldene Standard sein.

Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, ein neuartiges Nahtmaterial für die Beugesehnenreparatur zu evaluieren. Um die Begründung des Protokolls zu loben, ist diese Technik eine Weiterentwicklung von früher validierten Protokollen, die in der Literatur 4,10,12,16 als Mittel zur Beurteilung von Nahtmaterialien unter Bedingungen, die der klinischen Routine ähneln^, gefunden wurden. Mit einem modernen servohydraulischen Materialprüfsystem kann eine Zuggeschwindigkeit von 300 mm/min eingestellt werden, die einer In-vivo-Belastung ähnelt, im Gegensatz zu früheren Protokollen mit 25-180 mm/min ^4,10, was Einschränkungen in Software und Messgeräten berücksichtigt. Diese Methode eignet sich für Ex-vivo-Studien zu Beugesehnenreparaturen und im weiteren Sinne für die Bewertung der Anwendung von Nahtmaterialien. In den Materialwissenschaften werden solche Experimente routinemäßig zur Bewertung von Polymeren und anderen Materialklassen^{eingesetzt 17}.

Phasen der Studie: Die Studien wurden in zwei Phasen durchgeführt; Jeder wurde in zwei oder drei aufeinanderfolgende Schritte unterteilt. In der ersten Phase wurden ein Polypropylen (PPL)-Strang und ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Strang verglichen. Sowohl 3-0 USP- als auch 5-0 USP-Stränge wurden verwendet, um die tatsächlichen klinischen Bedingungen nachzuahmen. Zunächst wurden die mechanischen Eigenschaften der Materialien selbst untersucht, obwohl es sich um Medizinprodukte handelt, wurden diese Materialien bereits ausgiebig getestet. Für diese Messungen wurden N = 20 Stränge für die lineare Zugfestigkeit gemessen. Verknotete Stränge wurden ebenfalls untersucht, da das Verknoten die lineare Zugfestigkeit verändert und eine potenzielle Bruchstelle erzeugt. Der Hauptteil der ersten Phase bestand darin, die Leistungsfähigkeit der beiden unterschiedlichen Materialien unter klinischen Bedingungen zu testen. Zusätzlich wurden 3-0 Kernreparaturen (zweisträngiger Kirchmayr-Kessler mit den Modifikationen von Zechner und Pennington) durchgeführt und auf lineare Festigkeit geprüft. Für einen zusätzlichen Flügel der Untersuchung wurde der Reparatur eine epitendinöse 5-0-Laufnaht hinzugefügt, um zusätzliche Festigkeit^{zu erzielen 18,19}.

In einer anschließenden Phase wurde ein Vergleich zwischen drei Nahtmaterialien durchgeführt, darunter PPL, UHMWPE und PTFE. Für alle Vergleiche wurde ein USP 4-0-Strang verwendet, der einem Durchmesser von 0,18 mm entspricht. Eine vollständige Liste der verwendeten Materialien finden Sie in der Materialtabelle. Für den letzten Schritt wurde eine Adelaide²⁰ oder eine M-Tang²¹ Kernreparatur wie zuvor beschrieben durchgeführt.

Protocol

Dieser Artikel enthält keine Studien mit menschlichen Teilnehmern oder Tieren, die von einem der Autoren durchgeführt wurden. Die Verwendung des menschlichen Materials erfolgte in voller Übereinstimmung mit den Richtlinien der Universität für die Verwendung von Leichen und erkennbaren Körperteilen, Institut für Anatomie, Universität Erlangen. 1. Ernten Sie die Beugesehnen Ernte des Flexor digitorum profundusLegen Sie eine frische obere Extremität der…

Representative Results

Sehnenreparaturen: Wenn eine zweisträngige Kirchmayr-Kessler-Technik allein verwendet wurde, kam es zu einer hohen Schlupfrate mit Reparaturen, die eine lineare Festigkeit von etwa 30 N erreichten (Abbildung 2 und Abbildung 5A)5. In vivo kann die Sehne des Flexor digitorum profundus eine lineare Traktion von bis zu 75N8 entwickeln. Unter posttraumatischen Bedingungen kann dieser Wert aufg…

Discussion

In dieser Versuchsreihe wurde ein PTFE-Strang als Nahtmaterial für die Beugesehnenreparatur evaluiert. Das Protokoll reproduziert Bedingungen, die in allen bis auf zwei Aspekte der In-vivo-Situation ähneln. Erstens wiederholen sich die in vivo aufgebrachten Lasten, so dass eine zyklisch wiederholte Art der Belastung besser geeignet sein könnte. Zweitens kommt es in den ersten 6 Wochen postoperativ zu einer signifikanten Verschiebung von der Biomechanik zur Biologie, wenn die Sehnenheilung fortschreit…

Materials

Chirobloc	AMT AROMANDO Medizintechnik GmbH	CBM	Hand Fixation
Cutfix Disposable scalpel	B. Braun Medical Inc, Germany	5518040	Safety one use blade
Coarse paper/ Aluminium Oxide Rhynalox	Indasa	440008	abrasive with a grit size of ISO P60
Fiberloop 4-0	Arthrex GmbH	AR-7229-20	Ultra-high molecular weight polyethylene with a braided jacket of polyester 4-0
G20 cannula Sterican	B Braun	4657519	100 Pcs package
Isotonic Saline 0.9% Bottlepack 500 mL	Serag Wiessner GmbH	002476	Saline 500 mL
KAP-S Force Transducer	A.S.T. – Angewandte System Technik GmbH	AK8002	Load cell
Metzenbaum Scissors (one way, 14 cm)	Hartmann	9910846
Screw grips, Type 8133, Fmax 1 kN	ZwickRoell GmbH & Co. KG,	316264
Seralene 3-0	Serag Wiessner GmbH	LO203413	Polypropylene Strand 3-0
Seralene 4-0	Serag Wiessner GmbH	LO151713	Polypropylene Strand 4–0
Seralene 5-0	Serag  Wiessner GmbH	LO103413	Polypropylene Strand 5-0
Seramon 3-0	Serag Wiessner GmbH	MEO201714	Polytetrafluoroethylene 3-0
Seramon 4-0	Serag Wiessner GmbH	MEO151714	Polytetrafluoroethylene 4-0
Seramon 5-0	Serag Wiessner GmbH	MEO103414	Polytetrafluoroethylene 5-0
testXpert III testing software (Components following)	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	See following points for components	testing software
Results Editor	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035615
Layout Editor	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035617
Report Editor	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035620
Export Editor	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035618
Organization Editor	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035614
Virtual testing machine VTM	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035522
Language swapping	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035622
Upload/download	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035957
Traceability	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035624
Extended control mode	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035959
Video Capturing	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035575
Plus testControl II	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1033655
Temperature control	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035623
HBM connection	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035532
National Instruments connection	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035524
Video Capturing multiCamera I	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1035574
Video Capturing multiCamera II	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1033653
Measuring system related measuring uncertainty to CWA 15261-2	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	1053260
Zwick Z050 TN servohydraulic materials testing system	ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Germany	58993	servohydraulic materials testing system