Разработка настольной модели для оценки совместимости материалов перевязочных материалов для ран с системами терапии ран отрицательным давлением

В данном исследовании представлена настольная модель, предназначенная для оценки совместимости материалов для перевязочных материалов с системами терапии ран отрицательным давлением путем оценки давления и сбора жидкости в течение 72 часов при непрерывном и прерывистом давлении.

Системы терапии ран отрицательным давлением (NPWT) способствуют заживлению ран за счет приложения субатмосферного давления к раневому ложу, что способствует образованию грануляционной ткани и уменьшает воспаление. С этими системами можно использовать повязки для ран для ускорения заживления; тем не менее, влияние повязок на работу устройства NPWT трудно оценить. Целью данного исследования была разработка настольной аналоговой модели плоти для проверки совместимости материалов для перевязочных материалов раны с устройствами NPWT. В этом исследовании было оценено усовершенствованное устройство для ухода за ранами на основе хитозана на предмет его влияния на эффективность NPWT при максимальном и минимальном давлении терапии. Цель состояла в том, чтобы использовать модель для сравнения показаний давления и сбора жидкости для образцов с хитозановым устройством для ухода за ранами и без него. Настольная модель была сконструирована с использованием пластикового ящика, подключенного к нескольким манометрам. На куске свиной грудинки, используемом в качестве аналога мякоти, создавался круговой дефект и вставлялся в коробку. Дефект заполняли стандартной пеной NPWT или пеной в сочетании с повязкой на рану. В бокс добавляли имитированную биологическую жидкость, содержащую бычью сыворотку, которая затем испытывалась при максимальном (-200 мм рт. ст.) или минимальном (-25 мм рт. ст.) давлении в течение 72 ч. Давление и сбор жидкости регистрировались каждые 12 часов. Система NPWT успешно поддерживала давление в течение 72 часов испытаний, как с испытательными правками, так и без них. Добавление раневых повязок не влияло на сбор жидкости. Испытательный бокс доказал свою эффективность в качестве настольной модели, так как он мог быть герметизирован и поддерживаться в вакуумных условиях в течение 72-часового периода испытаний. Эта модель успешно продемонстрировала свою полезность при оценке совместимости материалов для перевязочных материалов с системами NPWT.

Существуют различные терапевтические подходы, помогающие в лечении и заживлении ран. К таким терапевтическим подходам относятся усовершенствованные раневые повязки, факторы роста, гипербарическая оксигенотерапия, кожные заменители и терапия ран отрицательным давлением (NPWT)¹. NPWT относится к системам перевязочных материалов, которые непрерывно или периодически прикладывают к системе давление ниже атмосферного, что обеспечивает отрицательное давление на поверхность раны. ТРОД стал популярным методом лечения острых или хронических ран². Система NPWT состоит из пенопласта с открытыми порами, адгезивной повязки для раны, системы сбора жидкости и аспиратора³. Отсасывающий насос, или вакуум, используется для поддержания постоянного давления на рану, что помогает увеличить кровоток и снизить риск инфекции⁴. NPWT способствует образованию грануляционной ткани за счет удаления жидкости из раны и уменьшения отека¹. Клинически величина давления всасывания, используемая для ран, колеблется от -20 мм рт.ст. до -200 мм рт.ст., но наиболее актуальным испытанием является -125 мм рт.ст.5.

Эксперименты ex vivo с использованием NPWT представляют собой сложную задачу из-за отсутствия подходящих настольных моделей для тестирования. Современные методы тестирования систем NPWT включают компьютерное моделирование методом конечных элементов (FEA), которое использовалось для проверки влияния NPWT на места разрезов⁶. Другие модели включают настольные модели ран на основе агара, которые можно использовать для проверки поглощения жидкости⁷. В естественных условиях модели свиней также использовались для изучения заживления ран⁸. Эти модели имеют такие преимущества, как простота моделирования на компьютере для прогнозирования того, как должна заживать рана в теории, а также тестирование жидкости, проходящей через материал модели. Тестирование in vivo является окончательным для определения того, работает ли система на живых субъектах⁸. Все эти модели имеют и недостатки. Компьютерное моделирование может не точно представить, как бы зажила рана в реальной жизни. Модель на основе агара может показывать хороший сбор жидкости через рану, но может не представлять, как жидкость будет протягиваться через ткани и мышцы^. Модели in vivo стоят дорого и требуют значительных ресурсов для завершения исследования. Кроме того, может быть трудно поддерживать животных в полунеподвижном состоянии, поэтому могут возникнуть проблемы, связанные с тем, что они тянут за систему, что может привести к запутанным результатам.

Для NPWT необходима настольная модель, чтобы можно было протестировать новые материалы для использования с системой с использованием реальной ткани. Новая модель должна быть в состоянии отразить, как ткани и мышцы влияют на сбор жидкости. Новая модель также должна иметь возможность предоставлять показания давления внутри раневого ложа, чтобы определить, получает ли рана столько же давления, сколько подает вакуумный насос. Также могут быть протестированы новые материалы/устройства, такие как дополнительные повязки для раны, различные типы пены и различные адгезивные повязки поверх раны.

Некоторые раны требуют дополнительных повязок, чтобы помочь в процессе заживления и снизить риск инфекции. Еще одна причина, по которой могут потребоваться дополнительные материалы для перевязки раны, заключается в предотвращении врастания тканей между поверхностью раневого ложа и пеной с открытыми порами. Эта дополнительная повязка снижает риск прилипания раневого ложа к пене с открытыми порами, что помогает уменьшить повреждение и боль при остановке системы NPWT⁹. Эти дополнительные повязки могут быть размещены вокруг пены с открытыми порами, чтобы действовать как барьерная мембрана между раневым ложем и пеной. В качестве интерфейса между раневым ложем и пеной используются определенные материалы, такие как парафин или марля с вазелином. Парафин показал положительный потенциал в качестве повязки на рану^{, не} влияя на передачу давления от системы к 9. Однако, как сообщалось, марля, залитая вазелином, ингибировала сбор жидкости и, таким образом, не считалась подходящим дополнительным материалом⁹.

Раневые повязки на основе хитозана могут быть хорошей дополнительной повязкой для добавления во время NPWT из-за их антимикробного действия и биосовместимости^10,11. Хитозан является N-деацетилированным производным хитина, который является природным полисахаридом, обнаруженным у грибов и членистоногих^12,13. Хитозан проявил антибактериальные свойства, присущие широкому спектру грамотрицательных и грамположительных бактерий¹⁴. Таким образом, мембраны хитозана стали популярными при лечении ран, потому что они легко производятся, имеют длительный срок хранения и проявляют врожденное антимикробное^{действие}. Эти мембраны также демонстрируют хорошую биосовместимость, биоразложение и нетоксичны¹⁰.

В этом исследовании Foundation DRS, усовершенствованное устройство для ухода за ранами хитозаном и гликозаминогликаном, было изучено для определения его биосовместимости с NPWT. Основа DRS - это биоразлагаемый каркас для дермальной регенерации, изготовленный с идеальными характеристиками обработки и пористостью для содействия клеточной инвазии и неоангиогенезу в ранах. Это устройство полезно для лечения различных травм и применений. Он был создан для использования по назначению при широком спектре ран, таких как пролежни, диабетические язвы стопы, ожоги первой степени, травматические раны, раскрывшиеся раны и хирургические раны ^10,11. Тональный крем DRS является хорошим вариантом для использования в NPWT благодаря своему производственному процессу, который предотвращает превращение устройства в гидрогель при намокании. Это устройство сохраняет открытую пористую структуру при смачивании, что должно позволить жидкости течь во время нанесения NPWT^12,13.

Целью данного исследования была разработка настольной аналоговой модели плоти, которая могла бы быть использована для проверки совместимости материалов для перевязочных материалов ран с устройствами NPWT. Клинически давление колеблется от -80 мм рт.ст. до -125 мм рт.ст. для большинства применений NPWT⁴. Для моделирования наихудших клинических условий использования использовали более высокое и низкое давление (-25 мм рт.ст. и -200 мм рт.ст.). Еще одной целью этого исследования было определить, влияет ли добавление хитозанового устройства для ухода за ранами на показания давления и сбор жидкости NPWT. Нарушения в сборе жидкости или потеря давления во время NPWT могут привести к плохому заживлению ран и клиническим исходам. Сбор жидкости должен быть аналогичен тестовым группам с хитозановым устройством для ухода за ранами и без него. Показания давления также должны быть одинаковыми во всех испытуемых группах в течение 72 часов. В клинических условиях повязку на рану меняют каждые 48-72 ч, поэтому в^{данном исследовании каждый} образец тестировался в течение 72 ч. Во время испытаний следует следить за показаниями давления, чтобы не допустить падения давления.

Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованных в этом исследовании, приведена в Таблице материалов.

1. Создание тестового бокса

1. Приобретите пластиковый контейнер на 3,2 стакана.
2. Создайте отверстие диаметром 2 дюйма в центре крышки контейнера. Кроме того, сделайте два отверстия по 3/8 в двух углах крышки контейнера примерно в 1/2 дюйма от края уплотнения. Используйте кольцевую пилу для создания отверстий.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Схема, показывающая общую испытательную установку с использованием коммерческой машины NPWT, подключенной к лабораторному настольному аналоговому блоку из плоти, показана на рисунке 1. На этой схеме показано, как коробка используется для экспериментов. Коробка, созданная для этого эксперимента, показана на рисунке 2.
3. На первом из 3/8 отверстий подключите манометр непосредственно к отверстию.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Этот манометр использовался для контроля перепадов давления за пределами исследуемой ткани, которые указывали бы на утечки в ткани.
4. На второе отверстие 3/8 введите небольшую гибкую внутривенную трубку с внешним диаметром менее 3/8 через отверстие длиной 7 дюймов на внутренней стороне крышки. Затем установите напорную трубку на манометр низкого давления снаружи контейнера.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Во время испытания напорная трубка была помещена в раневое ложе.

2. Подготовка аналога мякоти

1. Используйте коммерчески доступную соленую свиную грудинку, известную здесь как ткань, для моделирования мышечной и жировой ткани для тестирования NPWT.
2. Создайте дефект круговой раны на поверхности ткани с помощью скальпеля с лезвием #21 примерно 1,5 дюйма в ширину и 0,75 дюйма в глубину. Затем проведите ткань через жир с каждой стороны с помощью лезвия скальпеля #21.
3. После того, как раневой дефект будет создан, протрите ткань, чтобы удалить лишний жир с кожи, а затем замочите на ночь в деионизированной воде, чтобы удалить лишнюю соль.

3. Загрузка испытательной камеры

1. Заполните дно испытательной камеры пеной с открытыми порами толщиной 1,5 дюйма. Затем положите салфетку поверх пенопласта.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Вручную центрируйте образец ткани так, чтобы образовавшийся раневой дефект находился непосредственно под отверстием в верхней части века.
2. В экспериментальных группах добавьте хитозановое устройство для ухода за раной внутрь раневого дефекта так, чтобы дно и боковые стороны дефекта были закрыты. Затем заполните оставшуюся часть дефекта пеной с открытыми порами.
3. Вставьте напорную трубку, соединенную с манометром на испытательной камере, в пенопласт с открытыми порами, который используется для заполнения дефекта. Убедитесь, что эта трубка расположена примерно на полпути вниз от поверхности раневого дефекта.
4. Накройте ткань адгезивной повязкой для раны. Затем сделайте небольшой надрез на клеевой повязке, прямо поверх середины пенопласта с открытыми порами, заполнив раневой дефект.
5. Проденьте вакуумную насадку через крышку испытательной камеры и поместите ее поверх клеевой повязки, где был сделан небольшой надрез. После установки вакуумного сопла закройте крышку испытательной камеры, чтобы прижать повязку для клеевой раны и вакуумное сопло вниз, что способствует созданию уплотнения.
6. Подсоедините канистру для сбора жидкости объемом 500 мл к вакуумному насосу, а затем подсоедините вакуумную форсунку к канистре для сбора жидкости.

4. Создание моделируемой жидкости организма

1. Создание симулированной жидкости организма в соответствии с Marques et ^al.15.
2. Приготовьте имитированную жидкость организма, смешав 8,035 г NaCl, 0,355 г NaHCO₃, 0,225 г KCl, 0,231 г K₂HPO₄3H₂O, 0,311 г Cl₂Mg6H₂O, 0,292 г CaCl, 0,072 г NaSO₄^2-, 6,118 г (HOCH₂)₃CNH₂, и 39 мл 1 М HCl в 960 мл деионизированной воды, чтобы довести общий раствор до 1 л.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Состав моделируемой жидкости организма показан в таблице 1.
3. Затем смешайте смоделированную жидкость организма с бычьей сывороткой в соотношении 3:1. Дополните окончательный раствор 5% 10-кратным антибиотиком/антимикотиком для борьбы с микроорганизмами. Размешайте раствор после добавления бычьей сыворотки и антибиотиков/антимикотиков, а затем храните его в холодильнике.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Окончательное решение будет называться полным решением. Этот раствор не должен храниться стерильно и должен быть свежим перед каждым испытанием образца.

5. Условия тестирования

1. Отрегулируйте настройки вакуумного насоса для образцов в зависимости от условий испытания.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Группы испытаний: Группа 1 Контроль (n = 3): Пеноматериал в отдельности с непрерывным всасыванием при -200 мм рт.ст.; Группа 2 Контроль (n = 3): Пена в чистом виде с прерывистым всасыванием от 0 до -200 мм рт.ст.; Группа 3 (n = 3): Хитозан Устройство для ухода за ранами под пенопластом с непрерывным всасыванием при -200 мм рт.ст.; Группа 4 (n = 3): Хитозан Устройство для ухода за ранами под пеной с прерывистым всасыванием от 0 до -200 мм рт.ст.; Группа 5 Контроль (n = 3): Только пена с непрерывным всасыванием при -25 мм рт.ст.; Группа 6 Контроль (n = 3): Только пена с прерывистым всасыванием от 0 до -25 мм рт.ст.; Группа 7 (n = 3): Хитозан Устройство для ухода за ранами под пеной с непрерывным всасыванием при -25 мм рт.ст.; Группа 8 (n = 3): Хитозан Устройство для ухода за ранами под пену с прерывистым всасыванием от 0 до -25 мм рт.ст.
2. Для групп испытаний на максимальное давление установите давление на уровне -200 мм рт.ст. Для групп испытаний минимальным давлением установите давление на уровне -25 мм рт.ст. Затем установите настройки вакуумного насоса на прерывистое или постоянное давление. Прогоните все образцы в течение 72 часов.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При непрерывной настройке давление подается непрерывно в течение 72 часов. Прерывистая настройка подает давление в соотношении 5/2 (давление 5 минут, затем 2 минуты без давления) в течение 72 часов. Максимальные и минимальные значения были выбраны исходя из диапазона давления, который могут использовать клинические системы NPWT. Цикл продолжительностью 72 часа был выбран в зависимости от продолжительности клинического использования NPWT перед выполнением смены повязки³.
3. Во время испытания записывайте давление на манометре и количество жидкости в канистре для сбора жидкости каждые 12 часов в течение 72 часов.
4. Если количество аналога жидкости в организме падает ниже 75% от верхней части испытательной камеры, как видно визуально, снимите вторичный манометр и добавьте в камеру полный раствор.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Подготовку образцов и настройку для тестирования можно увидеть на рисунке 3.
5. Через 72 ч выключите вакуумный насос и отсоедините канистру для сбора жидкости от вакуумной форсунки. Снимите канистру для сбора жидкости с вакуумного насоса.
6. Извлеките ткань из испытательной камеры и снимите клейкую повязку с раны. Затем извлеките пенопласт с открытыми порами и посмотрите, осталось ли еще целым хитозановое устройство для обработки раны. Он считается неповрежденным, если его можно удалить без поломки, разрыва или разрыва; Тем не менее, незначительные разрывы или истончение допустимы, если мембрану можно полностью удалить.

6. Статистический анализ

1. Для статистического анализа используйте значения давления, которые регистрировались каждые 12 часов в течение периода испытания на трех образцов для каждого условия испытания. Для статистического анализа использовалось окончательное значение сбора жидкости из трех испытуемых образцов для каждого условия испытания.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для всех статистических анализов уровень значимости был установлен на уровне α = 0,05.
2. Вычислите среднее значение и стандартное отклонение (n = 3/группа) в каждой временной точке. Перед проведением статистического анализа проведите тестирование нормальности для каждой группы с использованием теста Шапиро-Уилка (например, непрерывное всасывание при -200 мм рт.ст., непрерывное всасывание при -25 мм рт.ст., прерывистое всасывание при -200 мм рт.ст. и прерывистое всасывание при -25 мм рт.ст.), чтобы определить, подходит ли тест ANOVA или тест Краскела-Уоллиса.
3. Проанализируйте данные экспериментальной и контрольной групп, подвергнутых одинаковым условиям испытания давлением (например, непрерывное всасывание при -200 мм рт.ст.; непрерывное всасывание при -25 мм рт.ст.; прерывистое всасывание при -200 мм рт.ст. или прерывистое всасывание при -25 мм рт.ст.) с использованием двустороннего ANOVA или теста Краскала-Уоллиса с использованием типа мембраны и времени в качестве основных факторов.
4. Если были выявлены статистические различия, проведите апостериорный анализ. Используйте апостериорный тест HSD Тьюки после ANOVA или апостериорный тест Данна после теста Краскела-Уоллиса, чтобы определить, какие группы отличаются.
5. Используя итоговые значения сбора жидкости для каждого образца в контрольной и экспериментальной группах, провести двухсторонний t-критерий, предполагая неравные дисперсии.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Давление анализировалось в каждой временной точке, чтобы убедиться в отсутствии значительного падения давления в течение всего периода испытаний. В то время как сбор жидкости изучался в каждый раз, он анализировался только в конечном моменте времени. Это связано с тем, что каждая ткань имеет разные жировые и мышечные профили, что приводит к разной скорости сбора жидкости, что делает общий сбор жидкости более полезным для анализа, чем сбор жидкости по временным точкам.

Целью исследования была разработка настольной модели для NPWT, в которой используется тканевый аналог, и использование модели для исследования совместимости материалов для перевязочных материалов раны с аппаратом для терапии ран отрицательным давлением. Модель была ...

Существует несколько настольных моделей для NPWT, но они имеют существенные ограничения. Loveluck et al. разработали компьютерную модель FEA для определения того, как NPWT влияет на места наложения швов, но не учитывали дополнительные материалы для перевязки раны⁶. Ry...

Эта работа была поддержана грантом от Bionova Medical, Inc. (Джермантаун, Теннесси).

Это исследование стало возможным благодаря Департаменту биомедицинской инженерии Университета Мемфиса и Bionova Medical.