Entwicklung eines Benchtop-Modells zur Bewertung der Verträglichkeit von Wundverbandsmaterialien mit Unterdruck-Wundtherapiesystemen

In dieser Studie wird ein Tischmodell vorgestellt, das entwickelt wurde, um die Kompatibilität von Wundauflagenmaterialien mit Unterdruck-Wundtherapiesystemen zu bewerten, indem der Druck und die Flüssigkeitsansammlung über 72 Stunden unter kontinuierlichen und intermittierenden Druckeinstellungen bewertet werden.

Unterdruck-Wundtherapiesysteme (NPWT) erleichtern die Wundheilung, indem sie subatmosphärischen Druck auf das Wundbett ausüben, was die Bildung von Granulationsgewebe fördert und Entzündungen reduziert. Wundauflagen können mit diesen Systemen verwendet werden, um die Heilung zu verbessern. Die Auswirkungen von Verbänden auf die Leistung von NPWT-Geräten sind jedoch nur schwer zu bewerten. Der Zweck dieser Studie bestand darin, ein Tischmodell für das Fleischanalogon zu entwickeln, um die Kompatibilität von Wundverbandsmaterialien mit NPWT-Geräten zu testen. In dieser Studie wurde ein Chitosan-basiertes fortschrittliches Wundversorgungsgerät auf seine Auswirkungen auf die NPWT-Leistung unter maximalem und minimalem Therapiedruck untersucht. Ziel war es, mit dem Modell die Druckmesswerte und die Flüssigkeitsentnahme für Proben mit und ohne Chitosan-Wundversorgungsgerät zu vergleichen. Das Tischmodell wurde aus einer Kunststoffbox konstruiert, die mit mehreren Manometern verbunden war. An einem Stück Schweinebauch wurde ein kreisförmiger Defekt erzeugt, der als Fleischanalogon verwendet und in die Schachtel eingeführt wurde. Der Defekt wurde mit Standard-NPWT-Schaum oder Schaum in Kombination mit der Wundauflage gefüllt. Simulierte Körperflüssigkeit, die Rinderserum enthielt, wurde in die Box gegeben, die dann entweder bei maximalem (-200 mmHg) oder minimalem (-25 mmHg) Druck für 72 h getestet wurde. Der Druck und die Flüssigkeitsaufnahme wurden alle 12 Stunden aufgezeichnet. Das NPWT-System hielt den Druck über den Testzeitraum von 72 Stunden sowohl mit als auch ohne die Testverbände erfolgreich aufrecht. Die Zugabe der Wundauflagen hatte keinen Einfluss auf die Flüssigkeitssammlung. Die Testbox erwies sich als Tischmodell, da sie abgedichtet werden konnte und über den Testzeitraum von 72 Stunden unter Vakuumbedingungen gehalten werden konnte. Dieses Modell hat seine Nützlichkeit bei der Bewertung der Kompatibilität von Wundauflagenmaterialien mit NPWT-Systemen erfolgreich unter Beweis gestellt.

Es gibt verschiedene therapeutische Ansätze, um das Management und den Heilungsprozess von Wunden zu unterstützen. Zu diesen therapeutischen Ansätzen gehören fortschrittliche Wundauflagen, Wachstumsfaktoren, hyperbare Sauerstofftherapie, Hautersatzstoffe und Unterdruck-Wundtherapie (NPWT)¹. NPWT bezieht sich auf Wundverbandssysteme, die kontinuierlich oder intermittierend einen subatmosphärischen Druck auf das System ausüben, der einen Unterdruck auf die Wundoberfläche ausübt. NPWT hat sich zu einer beliebten Behandlungsmethode für die Behandlung akuter oder chronischer Wunden^{entwickelt 2}. Das NPWT-System besteht aus einem offenzelligen Schaumstoff, einem adhäsiven Wundverband, einem Flüssigkeitsauffangsystem und einer Absaugpumpe³. Die Saugpumpe oder das Vakuum wird verwendet, um einen gleichmäßigen Druck auf die Wunde aufrechtzuerhalten, was dazu beiträgt, die Durchblutung zu erhöhen und das Infektionsrisiko zu verringern⁴. NPWT fördert die Bildung von Granulationsgewebe, indem es Flüssigkeit aus der Wunde entfernt und Schwellungen reduziert¹. Klinisch reicht der für Wunden verwendete Saugdruck von -20 mmHg bis -200 mmHg, aber der relevanteste getestete Druck liegt bei -125 mmHg⁵.

Ex-vivo-Experimente mit NPWT sind eine Herausforderung, da es an geeigneten Tischmodellen für die Tests mangelt. Zu den aktuellen Methoden zum Testen von NPWT-Systemen gehören Computersimulationen der Finite-Elemente-Analyse (FEA), mit denen getestet wurde, wie sich NPWT auf die Inzisionsstellen^{auswirkt 6}. Andere Modelle umfassen Benchtop-Agar-basierte Wickelmodelle, die zum Testen der Flüssigkeitsaufnahme verwendet werden können⁷. In vivo wurden auch Schweinemodelle verwendet, um die Wundheilung zu untersuchen⁸. Diese Modelle haben Vorteile, wie z. B. dass sie einfach auf einem Computer zu simulieren sind, um vorherzusagen, wie eine Wunde theoretisch heilen sollte, sowie dass sie testen, wie Flüssigkeit durch ein Modellmaterial gezogen wird. In-vivo-Tests sind maßgeblich, um festzustellen, ob das System bei lebenden Probanden funktioniert⁸. Diese Modelle haben alle auch Nachteile. Eine Computersimulation stellt möglicherweise nicht genau dar, wie eine Wunde im wirklichen Leben heilen würde. Ein Agar-basiertes Modell kann eine gute Flüssigkeitsansammlung zeigen, die durch die Wunde gezogen wird, aber möglicherweise nicht, wie Flüssigkeit durch Gewebe und Muskeln gezogen wird⁷. In-vivo-Modelle sind teuer und erfordern erhebliche Ressourcen, um eine Studie abzuschließen. Außerdem kann es schwierig sein, Tiere halb unbeweglich zu halten, so dass es zu Herausforderungen kommen kann, wenn sie am System ziehen, was zu verwirrenden Ergebnissen führen kann.

Für NPWT wird ein Tischmodell benötigt, damit neue Materialien für die Verwendung mit dem System mit echtem Gewebe getestet werden können. Das neue Modell soll in der Lage sein, widerzuspiegeln, wie die Flüssigkeitsansammlung durch Gewebe und Muskeln beeinflusst wird. Das neue Modell sollte auch in der Lage sein, Druckmesswerte im Wundbett zu liefern, um festzustellen, ob die Wunde so viel Druck erhielt, wie die Vakuumpumpe lieferte. Es können auch neue Materialien/Geräte getestet werden, wie z. B. zusätzliche Wundauflagen, verschiedene Arten von Schaum und verschiedene Klebeverbände auf der Wunde.

Bestimmte Wunden erfordern zusätzliche Wundauflagen, um den Heilungsprozess zu unterstützen und das Infektionsrisiko zu verringern. Ein weiterer Grund, warum zusätzliche Wundauflagenmaterialien erforderlich sein können, besteht darin, das Einwachsen von Gewebe zwischen der Oberfläche des Wundbettes und dem offenzelligen Schaum zu verhindern. Dieser zusätzliche Verband verringert das Risiko, dass das Wundbett an dem offenzelligen Schaum haftet, was dazu beiträgt, Schäden und Schmerzen beim Stoppen des NPWT-Systems⁹ zu reduzieren. Diese zusätzlichen Verbände können um den offenzelligen Schaum gelegt werden, um als Barrieremembran zwischen dem Wundbett und dem Schaum zu wirken. Als Schnittstelle zwischen dem Wundbett und dem Schaum wurden bestimmte Materialien verwendet, wie z. B. Paraffin oder in Vaseline eingebettete Gaze. Paraffin hat ein positives Potenzial als Wundverband gezeigt, indem es die Druckübertragung vom System auf den Boden⁹ nicht beeinflusst. Es wurde jedoch berichtet, dass in Vaseline eingebettete Gaze die Flüssigkeitsansammlung hemmt und daher nicht als geeignetes zusätzliches Material angesehen wurde⁹.

Wundauflagen auf Chitosanbasis können aufgrund ihrer antimikrobiellen Wirkung und Biokompatibilität ein guter zusätzlicher Verband sein, der während der NPWT hinzugefügt werden^{kann 10,11}. Chitosan ist ein N-deacetyliertes Derivat von Chitin, einem natürlichen Polysaccharid, das in Pilzen und Arthropoden vorkommt^12,13. Chitosan hat inhärente antibakterielle Eigenschaften in einem breiten Spektrum gramnegativer und grampositiver Bakterien gezeigt¹⁴. Daher sind Chitosan-Membranen bei der Behandlung von Wunden populär geworden, da sie leicht herzustellen sind, eine lange Haltbarkeit haben und eine angeborene antimikrobielle Wirkung aufweisen¹⁰. Diese Membranen weisen außerdem eine gute Biokompatibilität und einen guten biologischen Abbau auf und sind ungiftig¹⁰.

In dieser Studie wurde Foundation DRS, ein fortschrittliches Wundversorgungsgerät für Chitosan und Glykosaminoglykan, untersucht, um seine Biokompatibilität mit NPWT zu bestimmen. Foundation DRS ist ein biologisch abbaubares dermales Regenerationsgerüst, das für ideale Handhabungseigenschaften und Porosität hergestellt wird, um die Zellinvasion und Neo-Angiogenese in Wunden zu fördern. Dieses Gerät ist vorteilhaft für die Heilung bei einer Reihe von verschiedenen Verletzungen und Anwendungen. Es wurde für den Einsatz bei einer Vielzahl von Wunden entwickelt, wie z. B. Druckgeschwüren, diabetischen Fußgeschwüren, Verbrennungen ersten Grades, Traumawunden, dehiszierten Wunden und chirurgischen Wunden^10,11. Foundation DRS ist aufgrund seines Herstellungsprozesses, der verhindert, dass sich das Gerät bei Nässe in ein Hydrogel verwandelt, eine gute Option für den Einsatz in NPWT. Dieses Gerät behält bei Benetzung eine offene Porenstruktur bei, die das Fließen der Flüssigkeit während der Anwendung von NPWT^12,13 ermöglichen sollte.

Das Ziel dieser Studie war es, ein Benchtop-Flesh-Analogon-Modell zu entwickeln, mit dem die Kompatibilität von Wundverbandsmaterialien mit NPWT-Geräten getestet werden kann. Klinisch liegen die Drücke bei den meisten NPWT-Anwendungen zwischen -80 mmHg und -125 mmHg⁴. Um die Worst-Case-Bedingungen für den klinischen Einsatz zu simulieren, wurde eine höhere und niedrigere Druckeinstellung verwendet (-25 mmHg und -200 mmHg). Ein weiteres Ziel dieser Studie war es, festzustellen, ob die Zugabe des Chitosan-Wundversorgungsgeräts die Druckmesswerte und die Flüssigkeitssammlung des NPWT beeinträchtigt. Störungen bei der Flüssigkeitssammlung oder Druckverluste während der NPWT können zu einer schlechten Wundheilung und schlechten klinischen Ergebnissen führen. Die Flüssigkeitsentnahme sollte ähnlich wie bei den Testgruppen mit und ohne Chitosan-Wundversorgungsgerät erfolgen. Auch die Druckwerte sollten in den Testgruppen über 72 h ähnlich sein. Im klinischen Umfeld wird der Wundverband alle 48-72 h gewechselt, so dass jede Probe in dieser Studie 72 h lang getestet wurde³. Während der Prüfung sollten die Druckmesswerte beobachtet werden, um sicherzustellen, dass es nicht zu einem Druckabfall kommt.

Die Einzelheiten zu den Reagenzien und der Ausrüstung, die in dieser Studie verwendet wurden, sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Erstellung der Testbox

1. Besorge dir einen 3,2-Tassen-Plastikbehälter.
2. Erstellen Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 2 Zoll in der Mitte des Behälterdeckels. Machen Sie außerdem zwei 3/8-Löcher in zwei Ecken des Behälterdeckels, die etwa 1/2 Zoll von der Kantenversiegelung entfernt sind. Verwenden Sie eine Lochsäge, um die Löcher zu erstellen.
   HINWEIS: In Abbildung 1 ist ein Schema dargestellt, das den gesamten Testaufbau mit einer kommerziellen NPWT-Maschine zeigt, die an eine im Labor gebaute Tisch-Analogbox für Fleisch angeschlossen ist. Dieses Schema zeigt, wie die Box für Experimente verwendet wird. Das für dieses Experiment erstellte Feld ist in Abbildung 2 dargestellt.
3. Schließen Sie am ersten der 3/8 Löcher ein Manometer direkt an das Loch an.
   HINWEIS: Dieses Messgerät wurde verwendet, um Druckabfälle außerhalb des Testgewebes zu überwachen, die auf Lecks im Gewebe hinweisen würden.
4. Führen Sie am zweiten 3/8-Loch einen kleinen flexiblen Infusionsschlauch mit einem Außendurchmesser von weniger als 3/8 durch das Loch bis zu einer Länge von 7 Zoll an der Innenseite des Deckels. Befestigen Sie dann den Druckschlauch an einem Niederdruckmanometer außerhalb des Behälters.
   HINWEIS: Der Druckschlauch wurde während des Tests in das Wickelbett gelegt.

2. Zubereitung von Flesh-Analoga

1. Verwenden Sie handelsüblichen gesalzenen Schweinebauch, der im Folgenden als Gewebe bezeichnet wird, um das Muskel- und Fettgewebe für den NPWT-Test zu simulieren.
2. Erstellen Sie einen kreisförmigen Wunddefekt in der Oberfläche des Gewebes mit einem Klingenskalpell #21, das etwa 1,5 Zoll breit und 0,75 Zoll tief ist. Fenestieren Sie dann das Gewebe mit einem Skalpell #21 durch das Fett auf jeder Seite.
3. Nachdem der Wunddefekt entstanden ist, wischen Sie das Gewebe ab, um überschüssiges Fett von der Haut zu entfernen, und weichen Sie es dann über Nacht in entionisiertem Wasser ein, um überschüssiges Salz zu entfernen.

3. Beladung der Prüfkammer

1. Füllen Sie den Boden der Testkammer mit offenzelligem Schaumstoff, der 1,5 Zoll dick ist. Legen Sie dann das Taschentuch auf den Schaumstoff.
   HINWEIS: Zentrieren Sie die Gewebeprobe manuell so, dass sich der entstandene Wunddefekt direkt unter dem Loch oben am Deckel befindet.
2. Für die Versuchsgruppen fügen Sie das Chitosan-Wundversorgungsgerät in den Wunddefekt ein, so dass die Unterseite und die Seiten des Defekts bedeckt sind. Füllen Sie dann den Rest des Defekts mit dem offenzelligen Schaum.
3. Führen Sie den mit dem Manometer an der Prüfkammer verbundenen Druckschlauch in den offenzelligen Schaumstoff ein, der zum Füllen des Defekts verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass dieser Schlauch etwa auf halber Höhe von der Oberfläche des gewundenen Defekts platziert ist.
4. Decken Sie das Gewebe mit dem selbstklebenden Wundverband ab. Machen Sie dann einen kleinen Schnitt auf dem Klebeverband direkt auf der Mitte des offenzelligen Schaums, um den Wunddefekt zu füllen.
5. Fädeln Sie die Vakuumdüse durch den Deckel der Prüfkammer und legen Sie sie auf den Klebeverband, wo der kleine Schnitt gemacht wurde. Nachdem Sie die Vakuumdüse platziert haben, schließen Sie den Deckel der Prüfkammer, um den Klebewickelverband und die Vakuumdüse nach unten zu drücken, wodurch eine Versiegelung entsteht.
6. Schließen Sie den 500-ml-Flüssigkeitsauffangbehälter an die Vakuumpumpe an und verbinden Sie dann die Vakuumdüse mit dem Flüssigkeitsauffangbehälter.

4. Entstehung der simulierten Körperflüssigkeit

1. Erstellen Sie eine simulierte Körperflüssigkeit nach Marques et ^al.15.
2. Stellen Sie die simulierte Körperflüssigkeit her, indem Sie 8,035 g NaCl, 0,355 g NaHCO₃, 0,225 g KCl, 0,231 g K₂HPO₄3H₂O, 0,311 g Cl₂Mg6H₂O, 0,292 g CaCl, 0,072 g NaSO₄^2-, 6,118 g (HOCH₂)₃CNH₂ und 39 mL 1 M HCl in 960 mL deionisiertem Wasser, um die Gesamtlösung auf 1 L zu bringen.
   HINWEIS: Die Zusammensetzung der simulierten Körperflüssigkeit ist in Tabelle 1 dargestellt.
3. Kombinieren Sie dann die simulierte Körperflüssigkeit mit Rinderserum im Verhältnis 3:1. Ergänzen Sie die mit 5% 10x Antibiotika/Antimykotika zur mikrobiellen Kontrolle. Rühren Sie die Lösung nach Zugabe des Rinderserums und der Antibiotika/Antimykotika um und bewahren Sie sie dann im Kühlschrank auf.
   HINWEIS: Die endgültige Lösung wird als vollständige Lösung bezeichnet. Diese Lösung sollte nicht steril gehalten werden und vor jeder Probe frisch gemacht werden.

5. Prüfbedingungen

1. Passen Sie die Einstellungen an der Vakuumpumpe für die Proben je nach Prüfbedingung an.
   HINWEIS: Die Testgruppen sind: Gruppe 1 Kontrolle (n = 3): Schaum allein mit kontinuierlicher Absaugung bei -200 mmHg; Gruppe 2 Regelung (n = 3): Schaum allein mit intermittierender Absaugung von 0 bis -200 mmHg; Gruppe 3 (n = 3): Chitosan-Wundversorgungsgerät unter Schaum mit kontinuierlicher Absaugung bei -200 mmHg; Gruppe 4 (n = 3): Chitosan-Wundversorgungsgerät unter Schaum mit intermittierender Absaugung von 0 bis -200 mmHg; Gruppe 5 Regelung (n = 3): Schaum allein mit kontinuierlicher Absaugung bei -25 mmHg; Gruppe 6 Regelung (n = 3): Schaum allein mit intermittierender Absaugung von 0 bis -25 mmHg; Gruppe 7 (n = 3): Chitosan-Wundversorgungsgerät unter Schaum mit kontinuierlicher Absaugung bei -25 mmHg; Gruppe 8 (n = 3): Chitosan-Wundversorgungsgerät unter Schaum mit intermittierender Absaugung von 0 bis -25 mmHg.
2. Für Prüfgruppen mit maximalem Druck ist der Druck auf -200 mmHg einzustellen. Für Prüfgruppen mit minimalem Druck stellen Sie den Druck auf -25 mmHg ein. Stellen Sie dann die Vakuumpumpe auf intermittierenden oder kontinuierlichen Druck ein. Führen Sie alle Proben 72 Stunden lang durch.
   HINWEIS: Bei der Dauereinstellung wurde 72 Stunden lang ununterbrochen Druck ausgeübt. Bei der intermittierenden Einstellung wurde 72 h lang ein Druck im Verhältnis 5/2 (5 min Druck, gefolgt von 2 min ohne Druck) ausgeübt. Die Maximal- und Minimalwerte wurden auf der Grundlage des Druckbereichs gewählt, den klinische NPWT-Systeme verwenden können. Ein 72-Stunden-Zyklus wurde basierend auf der Zeitdauer gewählt, in der NPWT typischerweise klinisch angewendet wird, bevor ein Verbandswechsel durchgeführt wird³.
3. Während der Prüfung ist der Druck auf dem Manometer und die Flüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsauffangbehälter alle 12 Stunden für 72 Stunden aufzuzeichnen.
4. Wenn die Menge des Körperflüssigkeitsanalogons unter 75 % der Oberseite der Prüfkammer fällt, wie visuell beobachtet, entfernen Sie das sekundäre Manometer und geben Sie eine vollständige Lösung in die Kammer.
   HINWEIS: Die Vorbereitung der Proben und der Testaufbau sind in Abbildung 3 zu sehen.
5. Schalten Sie nach 72 h die Vakuumpumpe aus und trennen Sie den Flüssigkeitsauffangbehälter von der Vakuumdüse. Entfernen Sie den Flüssigkeitsauffangbehälter aus der Vakuumpumpe.
6. Entfernen Sie das Gewebe aus der Testkammer und ziehen Sie den adhäsiven Wundverband ab. Nehmen Sie dann den offenzelligen Schaum heraus und beobachten Sie, ob das Chitosan-Wundversorgungsgerät noch intakt ist. Es gilt als intakt, wenn es entfernt werden kann, ohne zu brechen, zu reißen oder zu reißen; Kleinere Risse oder Ausdünnungen sind jedoch akzeptabel, wenn die Membran vollständig entfernt werden kann.

6. Statistische Analyse

1. Für die statistische Auswertung werden die Druckwerte verwendet, die während des Prüfzeitraums alle 12 h von den drei Prüflingen pro Prüfbedingung aufgezeichnet wurden. Für die statistische Analyse wurde der endgültige Flüssigkeitssammelwert aus den drei Prüfkörpern pro Prüfbedingung verwendet.
   HINWEIS: Für alle statistischen Analysen wurde das Signifikanzniveau auf α = 0,05 festgelegt.
2. Berechnen Sie den Mittelwert und die Standardabweichung (n = 3/Gruppe) zu jedem Zeitpunkt. Bevor Sie die statistische Analyse durchführen, führen Sie für jede Gruppe einen Normalitätstest mit dem Shapiro-Wilk-Test durch (z. B. kontinuierliches Saugen bei -200 mmHg, kontinuierliches Saugen bei -25 mmHg, intermittierendes Saugen bei -200 mmHg und intermittierendes Saugen bei -25 mmHg), um zu bestimmen, ob ANOVA oder Kruskal-Wallis-Test geeignet ist.
3. Analysieren Sie Daten für Versuchs- und Kontrollgruppen, die denselben Drucktestbedingungen unterzogen wurden (z. B. kontinuierliches Saugen bei -200 mmHg, kontinuierliches Saugen bei -25 mmHg, intermittierendes Saugen bei -200 mmHg oder intermittierendes Saugen bei -25 mmHg) unter Verwendung eines Zwei-Wege-ANOVA- oder Kruskal-Wallis-Tests unter Verwendung von Membrantyp und -zeit als Hauptfaktoren.
4. Wenn statistische Unterschiede festgestellt wurden, führen Sie Post-hoc-Analysen durch. Verwenden Sie den HSD-Post-hoc-Test von Tukey nach der ANOVA oder den Dunn-Post-hoc-Test nach dem Kruskal-Wallis-Test, um zu bestimmen, welche Gruppen unterschiedlich sind.
5. Unter Verwendung der endgültigen Flüssigkeitssammelwerte für jede Probe in der Kontroll- und Versuchsgruppe wird ein zweiseitiger t-Test unter der Annahme ungleicher Varianzen durchgeführt.
   HINWEIS: Der Druck wurde zu jedem Zeitpunkt analysiert, um sicherzustellen, dass es während des gesamten Testzeitraums keinen signifikanten Druckabfall gab. Während die Flüssigkeitsansammlung zu jedem Zeitpunkt untersucht wurde, wurde sie erst zum letzten Zeitpunkt analysiert. Dies liegt daran, dass jedes Gewebe unterschiedliche Fett- und Muskelprofile aufwies, was zu unterschiedlichen Flüssigkeitssammelraten führte, was die Gesamtflüssigkeitssammlung für die Analyse nützlicher macht als die Flüssigkeitssammlung nach Zeitpunkten.

Ziel der Studie war es, ein Benchtop-Modell für NPWT zu entwickeln, das ein Gewebeanalogon verwendet, und mit dem Modell die Verträglichkeit von Wundverbandsmaterialien mit einem Unterdruck-Wundtherapiegerät zu untersuchen. Das Modell wurde verwendet, um zu untersuchen, ob das NPWT-Gerät in der Lage war, den Druck über die Zeit aufrechtzuerhalten, indem ein Wundversorgungsgerät hinzugefügt wurde. Das Modell wurde auch verwendet, um zu bestimmen, ob sich der erzeugte Druck und die von der NPWT-Maschine gesammelte Flüssigkeit in Gegenwart eines Wundversorgungsgeräts im Vergleich zum Fehlen des Geräts unterschieden.

Die mittleren ± Standardabweichungsdrücke wurden zu jedem Zeitpunkt über den 72-Stunden-Test für jede Kontroll- und Versuchsgruppe berechnet. Für jede Gruppe wurden die Druckmesswerte verglichen, um festzustellen, ob es im Laufe der Zeit zu Druckabfällen oder -anstiegen kam. Für alle vier Testbedingungen bei maximalem und minimalem Druck und sowohl für die Kontroll- als auch für die Versuchsgruppe gab es über den Testzeitraum von 72 h keine statistische Veränderung des Drucks (p > 0,7). Da während des 72-stündigen Testzeitraums in keiner Gruppe ein Druckabfall zu beobachten war, hatte die Zugabe der Chitosan-Membran keinen Einfluss auf die Leistung der Vakuumpumpe während des Tests.

Bei maximalem Druck (Abbildung 4) gab es keinen Unterschied zwischen den Druckmesswerten der Kontroll- und der Versuchsgruppe für die kontinuierlichen Testbedingungen, aber es gab einen Unterschied für die intermittierenden Testbedingungen. Für die kontinuierliche Testbedingung zeigte die Versuchsgruppe ähnliche Druckwerte (-169,6 mmHg ± 1,56 mmHg) im Vergleich zur Kontrollgruppe (-172,9 mmHg ± 2,18 mmHg) (p = 0,27).

Bei minimalem Druck (Abbildung 5) gab es einen Unterschied zwischen den Druckmesswerten der Kontroll- und der Versuchsgruppe für die kontinuierliche Testbedingung, aber es gab keinen Unterschied für die intermittierende Testbedingung. Für die kontinuierliche Testbedingung zeigte die Versuchsgruppe niedrigere Druckwerte (-21,8 mmHg ± 0,7 mmHg) im Vergleich zur Kontrollgruppe (-27,1 mmHg ± 1,75 mmHg) (p = 6 x ^10-7). Für die intermittierende Testbedingung zeigte die Versuchsgruppe ähnliche Druckwerte (-20,6 mmHg ± 1,45 mmHg) im Vergleich zur Kontrollgruppe (-23,4 mmHg + 1,83 mmHg) (p = 0,29). Es wurde beobachtet, dass die Flüssigkeitssammlung in allen Gruppen ähnlich war (Abbildung 6 und Abbildung 7).

Es gab Schwankungen bei den Druckmesswerten zwischen den Prüfkörpern. Die Abweichung wurde weitgehend auf die Menge an Fett zurückgeführt, die jedes Gewebe hatte, und darauf, wie fenestriert das Gewebe vor der Prüfung war, und nicht auf die Prüfkammer, da sie routinemäßig auf Lecks überprüft wurde, und wenn sie entdeckt wurde, wurde das Leck vor der Probenprüfung behoben.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des NPWT-Versuchsaufbaus. Ein Schema, das den gesamten Versuchsaufbau des in dieser Arbeit verwendeten Unterdruck-Wundtherapiesystems zeigt, einschließlich der Vakuumpumpe, der Schläuche, des adhäsiven Wundverbands und des Schaums, des zusätzlichen Wundverbands und des Wunddefekts. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Design des NPWT-Tischmodells. Ein repräsentatives Bild des Designs der Kunststoffbox, das für das Tischmodell NPWT erstellt wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Schritte zur Vorbereitung von Proben und zum Zusammenbau von Komponenten für die Prüfung. Die Schritte, die für die Prüfung der Probe unternommen werden, wie z. B. die Probenvorbereitung, die Beladung der Testkammer und die gesamte Einrichtung. Der Aufbau der Prüfkammer in diesem Experiment zeigt zwei Manometer: eines, das auf der Seite angeschlossen ist, um den Druck abzulesen (links), und eines, das als Ausfallsicherung dient und entfernt wird, um mehr Flüssigkeit in die Kammer zu geben (rechts). Die Testkammer zeigt auch die Platzierung des mit Schaum gefüllten Gewebes, des Wundverbands und der darauf platzierten Vakuumdüse. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Vergleiche des Maximaldrucks. Der Mittelwert ± Standardabweichung der Druckmesswerte für Kontroll- und Versuchsgruppen (Gruppen 1-4, n = 3/Gruppe) bei maximalem Druck (-200 mmHg) für 72 h. Die gestrichelte blaue Linie und die gestrichelte graue Linie zeigen die kontinuierlichen Druckgruppen. Die kleine gestrichelte orangefarbene Linie und die gestrichelten und gepunkteten gelben Linien zeigen die intermittierenden Druckgruppen. Die Druckmesswerte wurden von den drei Proben in jeder Gruppe von 0 bis 72 h in 12-Stunden-Schritten gemittelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Vergleiche von Mindestdrücken. Der Mittelwert ± Standardabweichung der Druckmesswerte für Kontroll- und Versuchsgruppen (Gruppen 5-8, n = 3/Gruppe) bei minimalem Druck (-25 mmHg) für 72 h. Die gestrichelte blaue Linie und die gestrichelte graue Linie zeigen die kontinuierlichen Druckgruppen. Die kleine gestrichelte orangefarbene Linie und die gestrichelten und gepunkteten gelben Linien zeigen die intermittierenden Druckgruppen. Die Druckmesswerte wurden von den drei Proben in jeder Gruppe von 0 bis 72 h in 12-Stunden-Schritten gemittelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Repräsentative Bilder der endgültigen Flüssigkeitssammlung für die Gruppen 1 bis 4. (A) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für eine Kontrollprobe der Gruppe 1 unter kontinuierlicher Absaugung bei maximalem Druck. (B) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für die Kontrollprobe der Gruppe 2 unter intermittierender Absaugung bei maximalem Druck. (C) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 h für das Prüfmuster der Gruppe 3 unter kontinuierlicher Absaugung bei maximalem Druck. (D) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für das Prüfmuster der Gruppe 4 unter intermittierendem Sog bei maximalem Druck. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: Repräsentative Bilder der endgültigen Flüssigkeitssammlung für die Gruppen 5 bis 8. (A) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für die Kontrollprobe der Gruppe 5 unter kontinuierlicher Absaugung bei minimalem Druck. (B) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für die Kontrollprobe der Gruppe 6 unter intermittierender Absaugung bei minimalem Druck. (C) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für ein Prüfmuster der Gruppe 7 unter kontinuierlicher Absaugung bei minimalem Druck. (D) Ein repräsentatives Bild der Flüssigkeitsansammlung nach 72 Stunden für das Prüfmuster der Gruppe 8 unter intermittierendem Sog bei minimalem Druck. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1: Die Reagenzien, die zur Herstellung der simulierten Körperflüssigkeit in 1 l VE-Wasser erforderlich sind.

Es gibt einige Tischmodelle für NPWT, aber sie haben erhebliche Einschränkungen. Loveluck et al. entwickelten ein FEA-Computermodell, um zu bestimmen, wie sich NPWT auf die Nahtschnittstellen auswirkte, berücksichtigten jedoch keine zusätzlichen Wundverbandsmaterialien⁶. Rycerz et al. entwickelten Agar-basierte Modelle, um die Verteilung der Instillationslösung auf Wunden während NPWT⁷ zu bewerten. Während der Agar ein Medium zur Beurteilung der Verteilung von wasserlöslichen Materialien/Farbstoffen in den verschiedenen Modellen darstellte, handelt es sich um ein einfaches homogenes Material, das die komplexe heterogene Struktur von Wunden mit Muskel- und Fettgewebe, die NPWT ausgesetzt sind, nicht repliziert. Außerdem wurden diese Tests für relativ kurze Zeiträume von bis zu 3,5 Stunden durchgeführt, während es unter klinischen Bedingungen üblich ist, dass das Vakuum 48-72 Stunden lang eingeschaltet ist, bevor der Wundverband gewechselt^{wird 3}. Alternativ können in vivo Schweinemodelle verwendet werden, die jedoch teuer sind und vor^{der Verwendung besondere} Aufsichts- und Genehmigungsverfahren erfordern 7. Es gibt keine aktuellen Tischmodelle, die eine realistische Gewebezusammensetzung und -struktur verwenden, um die Flüssigkeitsansammlung und den Druck im Wundbett im Verhältnis zur Vakuumpumpe unter verschiedenen experimentellen Bedingungen zu beurteilen.

Um diese Einschränkung zu beheben, wurde ein Tischmodell entwickelt und gebaut, das in der Lage ist, den Druck über den Zeitraum von 72 Stunden aus dem Inneren des Wunddefekts abzulesen, um zu sehen, wie viel Druck auf die Wunde im Verhältnis zum Messwert der Vakuumpumpe ausgeübt wird. Dies wurde durch die Verwendung des Manometers erreicht, das mit dem Druckrohr verbunden war, das durch die Mitte des Schaums verlief. Um während des Tests Flüssigkeit im Behälter aufzufüllen und das Vakuum nicht zu beeinflussen, wurde ein zweites Manometer hinzugefügt, das zum Einpipettieren von zusätzlicher Flüssigkeit entfernt werden konnte. Dieses zweite Manometer fungierte auch als Ausfallsicherung, da es Null anzeigen sollte, und wenn dies nicht der Fall war, wurde die Prüfkammer anstelle der Gewebeprobe unter Druck gesetzt, was den Test ungültig machen würde. Ein weiteres Problem, das das System löste, war die Sicherstellung, dass die Probe ausreichend versiegelt war. Dies wurde erreicht, indem ein Stück Schaumstoff unter die Probe gelegt wurde, um sie so anzuheben, dass beim Schließen des Deckels der Testkammer das Gewebe so weit nach unten gedrückt wurde, dass die Kammer geschlossen werden konnte, ohne dass zusätzlicher Platz entstand.

Der Schweinebauch wurde verwendet, um den Bedarf an einem Wundgewebeanalogon zu decken. Schweinebauch, der von der Unterseite des Schweinemagens stammt, wurde verwendet, weil er Fett- und Muskelschichten aufweist, die das komplexe menschliche Muskel- und Fettgewebe nachahmen und die Eigenschaften des Wundgewebes besser simulieren. Darüber hinaus ist Schweinebauch leicht und kostengünstig zu gewinnen, und es ist nur eine minimale Manipulation erforderlich, um die Pökelsalze vor der Verwendung zu entfernen. Die unterschiedliche Zusammensetzung der verwendeten Gewebeproben könnte einige der Druckunterschiede zwischen den Gruppen verursacht haben. Unterschiedliche Fett- und Gewebezusammensetzungen oder die Art und Weise, wie der Schaum in das Gewebe eingebracht wurde, könnten den Druck beeinflusst haben, den die Maschine ziehen konnte. Klinisch weisen die Patienten auch Variationen von Muskeln, Fett und Gewebe auf, so dass die Unterschiede, die aufgrund der Zusammensetzung des Schweinebauchs beobachtet werden, repräsentativ für die Variation in der Funktionsweise des Geräts bei Patienten sein könnten.

Dieses Tischmodell ermöglicht auch die In-vitro-Prüfung neuer Anwendungen für NPWT, von unterschiedlichen Drücken bis hin zu unterschiedlichen Wundauflagenmaterialien. Es ermöglicht auch die Aufzeichnung des Drucks aus dem Inneren des Wundbetts, wo sich der Schaum befindet, anstatt nur die Druckmesswerte der Vakuumpumpe zu beobachten. Dies zeigt an, ob der von der Pumpe ausgeübte Druck in der Wunde ausgeübt wird. Das in dieser Studie erstellte Modell ist hilfreich, da es die Aufzeichnung der Flüssigkeitssammlung und des Drucks ohne Computersimulationen oder In-vivo-Tests ermöglicht. In ähnlicher Weise ist dieses Tischmodell vorteilhaft, da es einen Blick darauf ermöglicht, wie die NPWT-Maschine auf Muskel- und Fettgewebe wirkt, das den klinischen Zustand besser nachahmt, als auf Materialien auf Agarbasis. Dieses Modell ist günstiger als In-vivo-Tests , da es keine Verwendung von lebenden Tieren erfordert und aus kostengünstigen Artikeln hergestellt wird.

Dieses Modell wurde verwendet, um die von einem NPWT-Gerät erzeugten Drücke und die von einer NPWT-Maschine gesammelte Flüssigkeit mit und ohne kommerzielles Chitosan-Wundversorgungsgerät zu vergleichen. Das NPWT-Gerät war in der Lage, den Druck über einen Zeitraum von 72 Stunden in Gegenwart oder Abwesenheit des fortschrittlichen Chitosan-Wundversorgungsgeräts aufrechtzuerhalten. Wenn das NPWT-Gerät mit oder ohne Wundversorgungsgerät verwendet wurde, gab es über einen Zeitraum von 72 Stunden unter den maximalen und minimalen Drucktestbedingungen keine oder nur geringe Unterschiede in den Druckmesswerten zwischen der Kontroll- (kein Wundversorgungsgerät) und der Testgruppe (mit Wundversorgungsgerät). Es gab jedoch keine Unterschiede in der Flüssigkeitssammlung zwischen der Kontroll- und der Testmembran zwischen den Behandlungsgruppen.

Bestimmte Schritte im Protokoll waren entscheidend, um sicherzustellen, dass die Druck- und Flüssigkeitssammelmesswerte für jede Probe genau waren. Die wichtigsten Schritte im Testprozess wurden in Schritt 1 gefunden. Um eine exakte Aufzeichnung der Druckmesswerte zu gewährleisten, musste die erstellte Prüfbox keine Leckagen aufweisen. Andernfalls würden die Manometer nicht richtig funktionieren. Weitere wichtige Schritte in diesem Prozess sind die Schritte 2.2 und 3.1. Schritt 2.2 war entscheidend, da der Wunddefekt tief genug sein musste, um die letzte Fettschicht in der Probe zu durchdringen, und das Gewebe für die Flüssigkeitssammlung gefenstert werden musste. Schritt 3.1 war kritisch, da der Defekt mit offenporigem Schaum gefüllt werden musste. Der Schaum muss den gesamten Wunddefekt ausfüllen und eng anliegen; Andernfalls wird keine ordnungsgemäße Abdichtung mit dem Vakuum hergestellt, was zu Problemen mit der Druckmessung führt. Schritt 3.4 war kritisch, da der adhäsive Wundverband die gesamte Probe abdecken musste. Wenn der adhäsive Wundverband nicht die gesamte Probe abdeckt, kann es zu Drucklecks in der Prüfkammer kommen.

Eine Einschränkung dieser Arbeit besteht darin, dass es kein vergleichbares Modell zum Vergleich gibt. Die Replikation und Verwendung des Modells durch andere trägt dazu bei, die Nützlichkeit des Modells zu bestätigen. Eine weitere Einschränkung dieses Modells ist die Möglichkeit von Luftlecks durch die Verbindung des Druckrohrs mit dem Manometer. Eine bessere Möglichkeit, das Risiko von Luftlecks durch die Verwendung eines anderen Verbindungsansatzes zu minimieren, könnte in zukünftigen Studien hilfreich sein.

Dieses Tischmodell wurde für NPWT benötigt, damit das neue Material auf seine Kompatibilität getestet werden konnte, indem die Flüssigkeitssammlung und die Druckerzeugung untersucht wurden, um sicherzustellen, dass die zusätzliche Wundauflage die Leistung des NPWT-Systems nicht veränderte. Das erstellte Modell hat viele potenzielle Anwendungen in NPWT. Es kann verwendet werden, um verschiedene Wundauflagenmaterialien und lokale Verabreichungsoptionen für Wundauflagen zu testen. Mit diesem Modell können verschiedene Arten von Wunden erzeugt und getestet werden, z. B. Inzisions-, Tunnel- oder Brandwunden. Für die verschiedenen Wundtypen können Druck und Flüssigkeitsansammlung untersucht werden, um die optimalen NPWT-Einstellungen zu ermitteln. Dieses Modell eröffnet auch andere Wege für die Entscheidung, wie NPWT in Hautproben getestet werden soll, während die Modelle zuvor meist auf andere Materialien oder simulierte Tests beschränkt waren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das entworfene Tischmodell erfolgreich in der Lage war, die Drücke im Inneren eines Wundbetts für Wundauflagen zu bewerten, um festzustellen, ob sie mit dem NPWT-System kompatibel sind.

Insgesamt schien das getestete Chitosan-Wundversorgungsgerät unter den getesteten Bedingungen den Druck oder die Flüssigkeitsansammlung im NPWT-System nicht zu hemmen. In dieser Arbeit wurde ein Tischmodell entwickelt, um die Einschränkungen aktueller Tischmodelle zu überwinden, indem es das Testen über längere Zeiträume unter Verwendung eines Gewebeanalogons und die Möglichkeit ermöglicht, die Verwendung von Wundauflagenmaterialien zu ermöglichen.

Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss von Bionova Medical, Inc. (Germantown, TN) unterstützt.

Diese Forschung wurde mit Hilfe des Department of Biomedical Engineering der University of Memphis und von Bionova Medical ermöglicht.