开发用于评估伤口敷料材料与负压伤口治疗系统相容性的台式模型

摘要

本研究提出了一个台式模型，旨在通过评估在连续和间歇压力设置下 72 小时内的压力和液体收集来评估伤口敷料材料与负压伤口治疗系统的相容性。

摘要

负压伤口治疗 （NPWT） 系统通过对创面床施加低于大气压的压力来促进伤口愈合，从而促进肉芽组织形成并减少炎症。伤口敷料可与这些系统一起使用，以促进愈合;然而，敷料对 NPWT 设备性能的影响很难评估。本研究的目的是开发一个台式肉体模拟模型，用于测试伤口敷料材料与 NPWT 设备的兼容性。在这项研究中，评估了一种基于壳聚糖的高级伤口护理装置在最大和最小治疗压力下对 NPWT 性能的影响。目标是使用该模型比较有和没有壳聚糖伤口护理装置的样品的压力读数和液体收集。台式模型是使用连接到多个压力表的塑料盒构建的。在一块五花肉上形成一个圆形缺陷，用作肉类类似物，并插入盒子中。用标准 NPWT 泡沫或泡沫与伤口敷料混合填充缺损。将含有牛血清的模拟体液加入盒子中，然后在最大 （-200 mmHg） 或最小 （-25 mmHg） 压力下测试 72 小时。每 12 小时记录一次压力和液体收集。NPWT 系统在 72 小时的测试期间成功地保持了压力，无论有没有测试敷料。添加伤口敷料不会影响液体收集。事实证明，该测试箱作为台式模型是有效的，因为它可以在 72 小时的测试期间密封并保持真空条件。该模型成功地证明了它在评估伤口敷料材料与 NPWT 系统的兼容性方面的实用性。

引言

存在不同的治疗方法来帮助伤口的管理和愈合过程。此类治疗方法包括高级伤口敷料、生长因子、高压氧疗法、皮肤替代物和负压伤口疗法 （NPWT）¹。NPWT 是指连续或间歇性地向系统施加低于大气压的压力的伤口敷料系统，从而向伤口表面提供负压。NPWT 已成为管理急性或慢性伤口的流行治疗方式²。NPWT 系统由开孔泡沫、粘性伤口敷料、液体收集系统和抽吸泵³ 组成。抽吸泵或真空用于保持伤口上的稳定压力，这有助于增加血流量并降低感染风险⁴。NPWT 通过去除伤口中的液体和减少肿胀来促进肉芽组织的形成¹。临床上，用于伤口的抽吸压力范围为 -20 mmHg 至 -200 mmHg，但测试的最相关压力为 -125 mmHg⁵。

由于缺乏足够的台式模型进行测试，NPWT 的离体实验是一项挑战。目前测试 NPWT 系统的方法包括有限元分析 （FEA） 计算机模拟，这些模拟已被用于测试 NPWT 如何影响切口部位⁶。其他模型包括基于琼脂的台式伤口模型，可用于测试液体摄取⁷。在体内，猪模型也被用于检查伤口愈合⁸。这些模型具有一些优点，例如易于在计算机上模拟，以预测伤口在理论上应该如何愈合，以及测试流体被拉过模型材料。体内测试对于确定该系统是否在活体受试者中起作用是决定性的⁸。这些模型也有缺点。计算机模拟可能无法准确表示伤口在现实生活中的愈合情况。基于琼脂的模型可能显示通过伤口拉出良好的液体收集，但可能无法代表液体如何被拉过组织和肌肉⁷。体内模型价格昂贵，并且需要大量资源才能完成研究。此外，让动物半不动可能很困难，因此它们拉扯系统可能会遇到挑战，这可能会产生令人困惑的结果。

NPWT 需要一个台式模型，以便可以使用实际组织测试新材料以与系统一起使用。新模型应该能够反映组织和肌肉如何影响液体收集。新型号还应该能够提供伤口床内的压力读数，以确定伤口承受的压力是否与真空泵提供的压力相同。还可以测试新的材料/设备，例如额外的伤口敷料、不同类型的泡沫和伤口顶部的不同粘合剂敷料。

某些伤口需要额外的伤口敷料，以降低感染风险来帮助愈合过程。可能需要额外的伤口敷料材料的另一个原因是防止组织在伤口床表面和开孔泡沫之间向内生长。这种额外的敷料降低了创面床粘附在开孔泡沫上的风险，这有助于减少停止 NPWT 系统时的损伤和疼痛⁹.这些额外的敷料可以放置在开孔泡沫周围，以充当伤口床和泡沫之间的屏障膜。某些材料已用作伤口床和泡沫之间的界面，例如石蜡或凡士林包埋纱布。石蜡已显示出作为伤口敷料的积极潜力，因为它不会影响从系统到 ound⁹ 的压力传递。然而，据报道，凡士林包埋的纱布会抑制液体收集，因此不被认为是合适的附加材料⁹。

基于壳聚糖的伤口敷料可能是在 NPWT 期间添加的良好附加敷料，因为它们具有抗菌作用和生物相容性^10,11。壳聚糖是甲壳素的 N-脱乙酰衍生物，甲壳素是一种存在于真菌和节肢动物中的天然多糖^12,13。壳聚糖在广谱革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中表现出固有的抗菌特性¹⁴。因此，壳聚糖膜在伤口治疗中越来越受欢迎，因为它们很容易生产，保质期长，并显示出与生俱来的抗菌作用¹⁰。这些膜还显示出良好的生物相容性、生物降解性，并且无毒¹⁰.

在这项研究中，检查了壳聚糖和糖胺聚糖高级伤口护理装置 Foundation DRS，以确定其与 NPWT 的生物相容性。Foundation DRS 是一种可生物降解的真皮再生支架，具有理想的处理特性和孔隙率，可促进伤口中的细胞侵袭和新血管生成。该设备有利于一系列不同伤害和用途的愈合。它旨在用于各种伤口，例如压疮、糖尿病足溃疡、一度烧伤、创伤伤口、裂开伤口和手术伤口^10,11。Foundation DRS 是 NPWT 的不错选择，因为它的制造工艺可以防止设备在潮湿时变成水凝胶。该装置在润湿时保持开孔结构，这应该允许流体在 NPWT^12,13 的应用过程中流动。

本研究的目的是开发一种台式肉体模拟模型，可用于测试伤口敷料材料与 NPWT 装置的相容性。临床上，大多数 NPWT 应用的压力范围为 -80 mmHg 至 -125 mmHg⁴。为了模拟最坏情况下的临床使用条件，使用了更高和更低的压力设置（-25 mmHg 和 -200 mmHg）。本研究的另一个目的是确定添加壳聚糖伤口护理装置是否会干扰 NPWT 的压力读数和液体收集。NPWT 期间液体收集中断或压力损失可能导致伤口愈合不良和临床结果不佳。积液应与有和没有壳聚糖伤口护理装置的试验组相似。在 72 小时内，测试组的压力读数也应相似。在临床环境中，伤口敷料每 48-72 小时更换一次，因此在本研究中每个样品测试了 72 小时³。在测试过程中，应观察压力读数以确保压力没有下降。

研究方案

本研究中使用的试剂和设备的详细信息列在 材料表中。

1. 创建测试框

1. 获取一个 3.2 杯塑料容器。
2. 在容器盖的中心创建一个直径为 2 英寸的孔。此外，在容器盖的两个角上开两个 3/8 孔，距离边缘密封约 1/2 英寸。使用孔锯创建孔。
   注意： 图 1 显示了使用连接到实验室构建的台式 Flesh 模拟盒的商用 NPWT 机器的整体测试设置的示意图。该示意图概述了如何将盒子用于实验。为该实验创建的框如图 2 所示。
3. 在 3/8 个孔的第一个孔上，将压力表直接连接到孔中。
   注意：该压力表用于监测测试组织外部的压降，这表明组织中存在泄漏。
4. 在第二个 3/8 孔上，将外径小于 3/8 的小柔性静脉输液管穿过孔，将盖子内侧的长度为 7 英寸。然后，将压力管安装到容器外的低压表上。
   注意：在测试过程中，压力管被放置在伤口床中。

2. 肉体类似物制备

1. 使用市售的咸五花肉（此处称为组织）来模拟用于 NPWT 测试的肌肉和脂肪组织。
2. 使用大约 21 英寸宽 x 1.5 英寸深的刀片手术刀在组织表面创建一个圆形伤口缺损。然后，用 #21 刀片手术刀穿过每一侧的脂肪给组织开孔。
3. 形成伤口缺损后，擦拭组织以去除皮肤上多余的脂肪，然后在去离子水中浸泡过夜以去除多余的盐分。

3. 测试室的加载

1. 用 1.5 英寸厚的开孔泡沫填充测试室的底部。然后，将纸巾放在泡沫上。
   注意：手动将组织样品居中，使产生的伤口缺损位于盖子顶部的孔正下方。
2. 对于实验组，在伤口缺损内添加壳聚糖伤口护理装置，以覆盖缺损的底部和侧面。然后，用开孔泡沫填充缺陷的其余部分。
3. 将连接到测试室压力表的压力管插入用于填充缺陷的开孔泡沫中。确保该管子放置在距离伤口缺损表面大约一半的位置。
4. 用粘性伤口敷料覆盖组织。然后，在粘性敷料上，直接在开孔泡沫的中间顶部做一个小切口，填充伤口缺损。
5. 将真空喷嘴穿过测试室的盖子，并将其放在粘合剂敷料的顶部，在那里进行小切口。放置真空吸嘴后，合上检测室的盖子，将粘接伤口敷料和真空吸嘴向下压，这有助于形成密封。
6. 将 500 mL 液体收集罐连接到真空泵，然后将真空喷嘴连接到液体收集罐。

4. 创建模拟体液

1. 根据 Marques 等人 ¹⁵ 创建模拟体液。
2. 通过混合 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 来制备模拟体液， 和 39 mL 1 M HCl 的 960 mL 去离子水溶液，使总溶液达到 1 L。
   注意：模拟体液的成分如 表 1 所示。
3. 然后，将模拟体液与牛血清以 3：1 的比例混合。用 5% 的 10 倍抗生素/抗真菌剂补充最终溶液以进行微生物控制。加入牛血清和抗生素/抗真菌药后搅拌溶液，然后存放在冰箱中。
   注意：最终解决方案将称为完整解决方案。该溶液不应保持无菌，应在测试每个样品之前保持新鲜。

5. 测试条件

1. 根据测试条件调整样品真空泵的设置。
   注意：测试组是： 第 1 组对照 （n = 3）：单独泡沫，以 -200 mmHg 连续抽吸;第 2 组对照 （n = 3）：单独使用泡沫，间歇性抽吸 0 至 -200 mmHg;第 3 组 （n = 3）：泡沫下的壳聚糖伤口护理装置，以 -200 mmHg 的速度连续抽吸;第 4 组 （n = 3）：泡沫下的壳聚糖伤口护理装置，间歇性抽吸 0 至 -200 mmHg;第 5 组对照 （n = 3）：单独泡沫，以 -25 mmHg 连续抽吸;第 6 组对照 （n = 3）：单独泡沫，间歇性抽吸 0 至 -25 mmHg;第 7 组 （n = 3）：泡沫下的壳聚糖伤口护理装置，以 -25 mmHg 连续抽吸;第 8 组 （n = 3）：泡沫下的壳聚糖伤口护理装置，间歇性抽吸 0 至 -25 mmHg。
2. 对于最大压力测试组，将压力设置为 -200 mmHg。对于最小压力测试组，将压力设置为 -25 mmHg。然后，将真空泵设置置于间歇或连续压力下。运行所有样品 72 小时。
   注意：连续设置连续施加压力 72 小时。间歇设置以 5/2 的比率施加压力（5 分钟的压力，然后 2 分钟无压力）持续 72 小时。最大值和最小值是根据临床 NPWT 系统可以使用的压力范围选择的。根据在进行绷带更换之前临床上通常使用 NPWT 的时间长度选择 72 小时的周期³。
3. 在测试过程中，每 12 小时记录一次压力表上的压力和液体收集罐中的液体量，持续 72 小时。
4. 如果肉眼观察到的体液模拟量低于测试室顶部的 75%，请取下辅助压力表并向测试室中添加完整的溶液。
   注意：样品的制备和测试设置如图 3 所示。
5. 72 小时后，关闭真空泵并断开液体收集罐与真空喷嘴的连接。从真空泵中取出液体收集罐。
6. 从检测室中取出组织，然后拉下粘性伤口敷料。然后，取出开孔泡沫，观察壳聚糖伤口护理装置是否仍然完好无损。如果它可以在不断裂、撕裂或撕裂的情况下被移除，则认为它是完整的;但是，如果膜可以完全去除，则轻微撕裂或变薄是可以接受的。

6. 统计分析

1. 使用在测试期间每个测试条件的三个试样中每 12 小时记录的压力值进行统计分析。对于统计分析，根据测试条件使用三个测试样本的最终液体收集值。
   注：对于所有统计分析，显著性水平设置为 α = 0.05。
2. 计算每个时间点的平均值和标准差（n = 3/组）。在进行统计分析之前，使用 Shapiro-Wilk 检验（例如，-200 mmHg 连续抽吸、-25 mmHg 连续抽吸、-200 mmHg 间歇抽吸和 -25 mmHg 间歇抽吸）对每组进行正态性检验，以确定方差分析或 Kruskal-Wallis 检验是否合适。
3. 使用双向方差分析或 Kruskal Wallis 检验分析承受相同压力测试条件（例如，-200 mmHg 连续抽吸;-25 mmHg 连续抽吸;-200 mmHg 间歇抽吸或 -25 mmHg 间歇抽吸）的实验组和对照组的数据膜类型和时间作为主要因素。
4. 如果发现统计差异，则进行事后分析。在方差分析之后使用 Tukey 的 HSD 事后检验或在 Kruskal-Wallis 检验之后使用 Dunn 事后检验来确定哪些组不同。
5. 使用对照组和实验组中每个样品的最终液体收集值，在假设方差不等的情况下执行双尾 t 检验。
   注：在每个时间点分析压力，以确保在整个测试期间压力没有显着下降。虽然每次都检查了液体收集，但仅在最终时间点进行了分析。这是因为每个组织具有不同的脂肪和肌肉特征，导致不同的液体收集速率，这使得整体液体收集比按时间点收集液体更适用于分析。

结果

该研究的目标是开发一个使用组织类似物的 NPWT 台式模型，并使用该模型研究伤口敷料材料与负压伤口治疗机的兼容性。该模型用于研究 NPWT 机器是否能够在添加伤口护理设备的情况下随着时间的推移保持压力。该模型还用于确定 NPWT 机器在存在伤口护理设备的情况下产生的压力和收集的液体是否与没有该设备时不同。

计算每个对照组和实验组在 72 ...

讨论

NPWT 有一些台式模型，但它们有很大的局限性。Loveluck 等人开发了一个 FEA 计算机模型来确定 NPWT 如何影响缝合切口部位，但没有考虑额外的伤口敷料材料⁶。Rycerz 等人开发了基于琼脂的模型来评估 NPWT⁷ 期间滴注溶液对伤口的分布。虽然琼脂为评估水溶性材料/染料在不同模型中的分布提供了一种媒介，但它是一种简单的均质材料，不会?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
100x antibiotics/mycotics	Gibco	15240062	This is the 100X antibiotics/antimycotics used in the simulated body fluid
3 M KCI ACTIV.A.C Therapy System	KCI Mdical Products	VFTR006619	This is the vacuum pump used in the study.
3 M KCI InfoV.A.C Canister w/Gel 500 mL	eSutures.com	M8275063	These are the fluid collection canisters used in the study
3 M KCI V.A.C GranuFoam Medium Dressing Kit, SensaT.R.A.C	eSutures.com	M8275052	These are the wound dressing packs with the vacuum nozzle including the open cell foam.
Bovine Serum	Gibco	16170086	This was used to mix with the simulated body fluid and the antibiotics/antimycotics
Calcium Chloride	Fisher Scientific	C614-500	This was used to create the simulated body fluid
Excel/Powerpoint	Microsoft Office	N/A	This was used to run the statistics and create the schematic for Figure 1
Foundation DRS Solo	BioNova Medical	N/A	This is the advanced chitosan wound care device used in the study.
Hydrochloric Acid	Fisher Scientific	SA54-1	This was used to create the simulated body fluid
Magensium Chloride	Fisher Scientific	M33-500	This was used to create the simulated body fluid
Phosphate buffered saline	Thermo Scientific	J62036.K3	This was used to dilute the 100x antibiotic/antimycotic to 10x
Potassium Chloride	SIGMA	P-3911	This was used to create the simulated body fluid
Potassium Phosphate Dibasic	Fisher BioReagents	BP363-500	This was used to create the simulated body fluid
PRM Vacuum Gauge 0 to -10 in Hg	PRM Filtration	PGCNBTY630652J10HG	Two pressure gauges are needed for the testing chamber.
Salted Pork Belly	Hormel Food Corporations	UPC: 0003760037988	Salted pork belly can be bought from Kroger. It cannot be sliced. It is best to pick samples that have less fat, and more muscle.
Sodium Bicarbonate	SIGMA	S5761-500G	This was used to create the simulated body fluid
Sodium Chloride	Fisher Scientific	S640-500	This was used to create the simulated body fluid
Sodium Sulfate	Fisher Scientific	BP166-100	This was used to create the simulated body fluid
Tris(hydroxymethyl) aminomethane	Fisher Scientific	BP152-500	This was used to create the simulated body fluid
Tupperware Brands Corp, Kissimmee , FL	Tupperware	N/A	This is the box used as the testing chamber.