상처 드레싱 재료와 음압 상처 치료 시스템의 호환성을 평가하기 위한 벤치탑 모델 개발

요약

이 연구는 연속 및 간헐적 압력 설정에서 72시간 동안 압력 및 체액 수집을 평가하여 음압 상처 치료 시스템과 상처 드레싱 재료의 호환성을 평가하도록 설계된 벤치탑 모델을 제시합니다.

초록

음압 상처 치료(NPWT) 시스템은 상처 부위에 대기압 이하의 압력을 가하여 육아 조직 형성을 촉진하고 염증을 줄임으로써 상처 치유를 촉진합니다. 상처 드레싱은 치유를 향상시키기 위해 이러한 시스템과 함께 사용할 수 있습니다. 그러나 드레싱이 NPWT 장치 성능에 미치는 영향은 평가하기 어렵습니다. 이 연구의 목적은 상처 드레싱 재료와 NPWT 장치의 호환성을 테스트하기 위한 벤치탑 살형 아날로그 모델을 개발하는 것이었습니다. 본 연구에서는 키토산 기반의 첨단 상처 치료 기기가 최대 및 최소 치료 압력에서 NPWT 성능에 미치는 영향을 평가했습니다. 목표는 이 모델을 사용하여 키토산 상처 치료 장치가 있는 경우와 없는 경우의 샘플에 대한 압력 판독값과 체액 채취를 비교하는 것이었습니다. 벤치탑 모델은 여러 압력 게이지에 연결된 플라스틱 상자를 사용하여 구성되었습니다. 삼겹살 조각에 원형 결함이 생성되어 육류 유사체로 사용되어 상자에 삽입되었습니다. 결함은 표준 NPWT 폼 또는 상처 드레싱과 결합된 폼으로 채워졌습니다. 소 혈청을 함유한 시뮬레이션된 체액을 상자에 첨가한 다음 72시간 동안 최대(-200mmHg) 또는 최소(-25mmHg) 압력에서 테스트했습니다. 압력 및 체액 수집은 12시간마다 기록되었습니다. NPWT 시스템은 테스트 드레싱을 사용하거나 사용하지 않은 상태에서 72시간의 테스트 기간 동안 압력을 성공적으로 유지했습니다. 상처 드레싱의 추가는 체액 채취에 영향을 미치지 않았습니다. 테스트 박스는 72시간의 테스트 기간 동안 밀봉하고 진공 상태를 유지할 수 있기 때문에 벤치탑 모델로서 효과적인 것으로 입증되었습니다. 이 모델은 상처 드레싱 재료와 NPWT 시스템의 호환성을 평가하는 데 유용성을 성공적으로 입증했습니다.

서문

상처의 관리와 치유 과정을 돕기 위해 다양한 치료법이 존재합니다. 이러한 치료 접근법에는 첨단 상처 드레싱, 성장 인자, 고압 산소 요법, 피부 대체물 및 음압 상처 치료(NPWT)^{가 포함됩니다1}. NPWT는 시스템에 지속적 또는 간헐적으로 대기압 이하의 압력을 가하여 상처 표면에 음압을 제공하는 상처 드레싱 시스템을 말합니다. NPWT는 급성 또는 만성 상처 관리를 위한 인기 있는 치료 방법이 되었습니다². NPWT 시스템은 오픈 셀 폼, 접착성 상처 드레싱, 유체 채취 시스템 및 흡입 펌프³로 구성됩니다. 흡입 펌프 또는 진공 청소기는 상처에 일정한 압력을 유지하는 데 사용되며, 이는 혈류를 증가시키고 감염 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다⁴. NPWT는 상처에서 체액을 제거하고 부기를 줄여 육아 조직 형성을 촉진합니다¹. 임상적으로 상처에 사용되는 흡입 압력의 양은 -20mmHg에서 -200mmHg 사이이지만 테스트된 가장 관련성이 높은 압력은 -125mmHg입니다⁵.

NPWT의 생체 외 실험은 테스트를 위한 적절한 벤치탑 모델이 없기 때문에 어려운 과제입니다. 현재 NPWT 시스템을 테스트하는 방법에는 유한 요소 분석(FEA) 컴퓨터 시뮬레이션이 포함되며, 이는 NPWT가 절개 부위에 미치는 영향을 테스트하는 데 사용되었습니다⁶. 다른 모델에는 유체 흡수⁷을 테스트하는 데 사용할 수 있는 탁상용 한천 기반 상처 모델이 포함됩니다. 생체 내에서는 돼지 모델도 상처 치유를 조사하는 데 사용되었다⁸. 이러한 모델은 이론적으로 상처가 어떻게 치유되어야 하는지 예측하기 위해 컴퓨터에서 쉽게 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라 모델 재료를 통해 끌어당기는 유체를 테스트하는 등의 장점이 있습니다. 생체 내 검사는 시스템이 살아있는 피험자에서 작동하는지 여부를 결정하는 데 결정적인 역할을 합니다⁸. 이러한 모델에는 모두 단점도 있습니다. 컴퓨터 시뮬레이션은 상처가 실생활에서 어떻게 치유되는지 정확하게 나타내지 않을 수 있습니다. 한천 기반 모델은 상처를 통해 체액이 잘 모이는 것을 보여줄 수 있지만, 조직과 근육을 통해 체액이 어떻게 당겨지는지는 나타내지 않을 수 있다⁷. In vivo 모델은 비용이 많이 들고 연구를 완료하는 데 상당한 리소스가 필요합니다. 또한 동물을 반쯤 움직이지 못하게 유지하는 것이 어려울 수 있으므로 동물이 시스템을 당기는 데 문제가 있을 수 있으며, 이는 혼란스러운 결과를 초래할 수 있습니다.

NPWT에는 실제 조직을 사용하여 시스템에 사용하기 위해 새로운 재료를 테스트할 수 있도록 벤치탑 모델이 필요합니다. 새로운 모델은 체액 수집이 조직과 근육에 의해 어떻게 영향을 받는지를 반영할 수 있어야 합니다. 또한 새 모델은 진공 펌프가 공급하는 압력만큼 상처가 압력을 받고 있는지 여부를 확인하기 위해 상처 부위 내부의 압력 판독값을 제공할 수 있어야 합니다. 추가 상처 드레싱, 다양한 유형의 폼 및 상처 위에 있는 다양한 접착 드레싱과 같은 새로운 재료/장치를 테스트할 수도 있습니다.

특정 상처는 감염 위험을 줄여 치유 과정을 돕기 위해 추가 상처 드레싱이 필요합니다. 추가적인 상처 드레싱 재료가 필요할 수 있는 또 다른 이유는 상처 부위 표면과 오픈 셀 폼 사이의 조직 성장을 방지하기 위해서입니다. 이 추가 드레싱은 상처 부위가 오픈 셀 폼에 달라붙는 위험을 줄여 NPWT 시스템⁹을 정지시킬 때 손상과 통증을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이러한 추가 드레싱은 오픈 셀 폼 주위에 배치하여 상처 베드와 폼 사이의 장벽 멤브레인 역할을 할 수 있습니다. 파라핀 또는 바셀린이 내장된 거즈와 같은 특정 물질이 상처 부위와 거품 사이의 인터페이스로 사용되었습니다. 파라핀은 시스템에서 ound⁹로의 압력 전달에 영향을 미치지 않음으로써 상처 드레싱으로서 긍정적인 잠재력을 보여주었습니다. 그러나 바셀린이 함유된 거즈는 체액 수집을 억제하는 것으로 보고되었기 때문에 적절한 추가 물질로 간주되지 않았다⁹.

키토산 기반 상처 드레싱은 항균 효과와 생체 적합성으로 인해 NPWT 중에 추가할 수 있는 좋은 추가 드레싱이 될 수 있습니다^10,11. 키토산은 키틴의 N-탈아세틸화 유도체로, 곰팡이와 절지동물에서 발견되는 천연 다당류입니다^12,13. 키토산은 광범위한 그람 음성 및 그람 양성 박테리아에서 고유한 항균 특성을 나타내었습니다¹⁴. 따라서 키토산 멤브레인은 쉽게 생산할 수 있고, 유통 기한이 길며, 타고난 항균 효과를 나타내기 때문에 상처 치료에 널리 사용되고 있다¹⁰. 이 멤브레인은 또한 우수한 생체 적합성 생분해를 나타내며 무독성입니다¹⁰.

이 연구에서는 키토산 및 글리코사미노글리칸 고급 상처 치료 장치인 Foundation DRS를 조사하여 NPWT와의 생체 적합성을 확인했습니다. Foundation DRS는 상처의 세포 침입 및 신혈관 신생을 촉진하기 위해 이상적인 핸들링 특성과 다공성을 위해 제조된 생분해성 피부 재생 골격입니다. 이 장치는 다양한 부상 및 용도의 치유에 유리합니다. 욕창, 당뇨병성 족부 궤양, 1도 화상, 외상 상처, 탈피 상처 및 외과 상처와 같은 광범위한 상처에 사용하기 위해 만들어졌습니다^10,11. Foundation DRS는 장치가 젖었을 때 하이드로겔로 변하는 것을 방지하는 제조 공정으로 인해 NPWT에 사용하기에 좋은 옵션입니다. 이 장치는 젖었을 때 열린 기공 구조를 유지하므로 NPWT^12,13을 적용하는 동안 유체가 흐를 수 있습니다.

이 연구의 목적은 상처 드레싱 재료와 NPWT 장치의 호환성을 테스트하는 데 사용할 수 있는 벤치탑 살점 아날로그 모델을 개발하는 것이었습니다. 임상적으로 대부분의 NPWT 응용 분야에서 압력 범위는 -80mmHg에서 -125mmHg 사이입니다⁴. 최악의 임상 사용 조건을 시뮬레이션하기 위해 더 높은 압력 및 더 낮은 압력 설정(-25mmHg 및 -200mmHg)을 사용했습니다. 이 연구의 또 다른 목적은 키토산 상처 치료 장치의 추가가 NPWT의 압력 판독 및 체액 수집을 방해하는지 확인하는 것이었습니다. NPWT 투여 중 체액 채취가 중단되거나 압력이 손실되면 상처 치유 및 임상 결과가 저하될 수 있습니다. 수액 채취는 키토산 상처 치료 장치가 있거나 없는 테스트 그룹과 유사해야 합니다. 압력 판독값은 72시간 동안 테스트 그룹 전체에서 유사해야 합니다. 임상 환경에서 상처 드레싱은 48-72시간마다 교체되므로 본 연구에서는 각 샘플에서 72시간 동안 테스트되었습니다³. 테스트하는 동안 압력 강하가 없는지 확인하기 위해 압력 판독값을 관찰해야 합니다.

프로토콜

이 연구에 사용된 시약 및 장비의 세부 사항은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 테스트 박스 생성

1. 3.2컵 플라스틱 용기를 구합니다.
2. 용기 뚜껑 중앙에 직경 2인치의 구멍을 만듭니다. 또한 가장자리 씰에서 약 3/8인치 떨어진 용기 뚜껑의 두 모서리에 두 개의 1/1 구멍을 만듭니다. 구멍 톱을 사용하여 구멍을 만듭니다.
   참고: 실험실에서 제작한 탁상형 살점 아날로그 상자에 연결된 상업용 NPWT 기계를 사용한 전체 테스트 설정을 보여주는 회로도가 그림 1에 나와 있습니다. 이 회로도는 상자가 실험에 사용되는 방법을 간략하게 설명합니다. 이 실험을 위해 만든 상자는 그림 2에 나와 있습니다.
3. 3/8 구멍 중 첫 번째 구멍에서 압력 게이지를 구멍에 직접 연결합니다.
   알림: 이 게이지는 조직의 누출을 나타내는 테스트 조직 외부의 압력 강하를 모니터링하는 데 사용되었습니다.
4. 두 번째 3/8 구멍에서 외경이 3/8 미만인 작고 유연한 IV 튜브를 구멍을 통해 뚜껑 안쪽의 7인치 길이까지 공급합니다. 그런 다음 압력 튜브를 용기 외부의 저압 게이지에 끼웁니다.
   알림: 테스트 중에 압력 튜브를 상처 부위에 넣었습니다.

2. 육체 아날로그 준비

1. 시중에서 판매되는 소금에 절인 삼겹살(이하 조직이라고 함)을 사용하여 NPWT 테스트를 위해 근육 및 지방 조직을 시뮬레이션합니다.
2. 너비 약 1.5인치, 깊이 0.75인치인 #21 블레이드 메스를 사용하여 조직 표면에 원형 상처 결함을 만듭니다. 그런 다음 #21 블레이드 메스로 양쪽의 지방을 통해 조직을 천공합니다.
3. 상처 결손이 생긴 후에는 조직을 닦아내어 피부의 과도한 지방을 제거한 다음 탈이온수에 하룻밤 담가 과도한 염분을 제거합니다.

3. 테스트 챔버의 로딩

1. 테스트 챔버 바닥을 1.5인치 두께의 오픈 셀 폼으로 채웁니다. 그런 다음 거품 위에 티슈를 놓습니다.
   알림: 조직 샘플을 수동으로 중앙에 배치하여 생성된 상처 결함이 뚜껑 상단의 구멍 바로 아래에 있도록 합니다.
2. 실험군의 경우, 상처 결손 내부에 키토산 상처 치료 장치를 추가하여 결함의 바닥과 측면이 덮이도록 합니다. 그런 다음 나머지 결함을 오픈 셀 폼으로 채웁니다.
3. 테스트 챔버의 압력 게이지에 연결된 압력 튜브를 결함을 채우는 데 사용되는 개방형 셀 폼에 삽입합니다. 이 튜브가 상처 결함 표면에서 대략 절반 아래에 위치하는지 확인하십시오.
4. 접착성 상처 드레싱으로 조직을 덮습니다. 그런 다음 오픈 셀 폼의 중간 바로 위에 접착 드레싱을 작게 잘라 상처 결함을 채웁니다.
5. 진공 노즐을 테스트 챔버의 뚜껑을 통해 끼우고 작은 절단이 이루어진 접착 드레싱 위에 놓습니다. 진공 노즐을 배치한 후 테스트 챔버의 뚜껑을 닫아 접착 상처 드레싱과 진공 노즐을 아래로 눌러 밀봉을 만드는 데 도움이 됩니다.
6. 500mL 유체 수집 캐니스터를 진공 펌프에 연결한 다음 진공 노즐을 액체 수집 캐니스터에 연결합니다.

4. 시뮬레이션된 체액의 생성

1. Marques et ^al.15에 따라 시뮬레이션된 체액을 만듭니다.
2. NaCl 8.035g, NaHCO3 0.355g, KCl 0.225g, _K2HPO43H2O0.231g,_Cl2Mg6H2O0.311g, CaCl 0.292g,_NaSO4^2-0.072g, (HOCH₂)_3CNH2 6.118g을 조합하여 모의 체액을 만들고, 및 960mL의 탈이온수에 39mL의 1M HCl을 주입하여 총 용액을 1L로 만듭니다.
   참고: 시뮬레이션된 체액의 조성은 표 1에 나와 있습니다.
3. 그런 다음 시뮬레이션된 체액과 소 혈청을 3:1 비율로 결합합니다. 미생물 제어를 위해 5%의 10x 항생제/항진균제로 최종 용액을 보충합니다. 소 혈청과 항생제/항진균제를 첨가한 후 용액을 저어 냉장고에 보관합니다.
   참고: 최종 솔루션을 완전한 솔루션이라고 합니다. 이 용액은 멸균 상태로 유지되어서는 안 되며 각 샘플을 테스트하기 전에 새로 만들어야 합니다.

5. 테스트 조건

1. 테스트 조건에 따라 샘플에 대한 진공 펌프의 설정을 조정합니다.
   참고 : 테스트 그룹은 다음과 같습니다 : 그룹 1 제어 (n = 3) : -200 mmHg에서 연속 흡입으로 거품 만로; 그룹 2 제어 (n = 3) : 0에서 -200 mmHg까지 간헐적 인 흡입으로 거품 만; 그룹 3 (n = 3) : -200 mmHg에서 연속 흡입으로 거품 아래의 키토산 상처 치료 장치; 그룹 4 (n = 3) : 0에서 -200 mmHg까지 간헐적 인 흡입력을 가진 폼 아래의 키토산 상처 치료 장치; 그룹 5 제어 (n = 3) : -25 mmHg에서 연속 흡입으로 거품 단독; 그룹 6 제어 (n = 3) : 0에서 -25 mmHg까지 간헐적 인 흡입으로 거품 단독; 그룹 7 (n = 3) : -25 mmHg에서 연속 흡입으로 거품 아래의 키토산 상처 치료 장치; 그룹 8 (n = 3) : 0에서 -25 mmHg까지 간헐적 흡입하는 폼 아래의 키토산 상처 치료 장치.
2. 최대 압력 테스트 그룹의 경우 압력을 -200mmHg로 설정합니다. 최소 압력 테스트 그룹의 경우 압력을 -25mmHg로 설정합니다. 그런 다음 진공 펌프 설정을 간헐적 또는 연속 압력으로 설정합니다. 모든 샘플을 72시간 동안 실행합니다.
   알림: 연속 설정은 72시간 동안 지속적으로 압력을 가했습니다. 간헐적 설정은 72시간 동안 5/2 비율(5분 압력 후 압력 없이 2분)로 압력을 가했습니다. 최대값과 최소값은 임상 NPWT 시스템이 사용할 수 있는 압력 범위에 따라 선택되었습니다. 붕대 교체를 시행하기 전에 NPWT를 일반적으로 임상적으로 사용하는 시간에 따라 72시간 주기가 선택되었습니다³.
3. 테스트하는 동안 압력 게이지의 압력과 유체 수집 캐니스터의 유체 양을 12시간 동안 72시간마다 기록합니다.
4. 육안으로 관찰된 바와 같이 체액 아날로그의 양이 테스트 챔버 상단의 75% 미만으로 떨어지면 보조 압력 게이지를 제거하고 챔버에 완전한 솔루션을 추가합니다.
   참고: 샘플 준비 및 테스트 설정은 그림 3에서 볼 수 있습니다.
5. 72시간 후 진공 펌프를 끄고 진공 노즐에서 유체 수집 캐니스터를 분리합니다. 진공 펌프에서 유체 수집 캐니스터를 제거합니다.
6. 테스트 챔버에서 조직을 제거하고 접착 상처 드레싱을 당겨 제거합니다. 그런 다음 오픈 셀 폼을 꺼내 키토산 상처 치료 장치가 아직 손상되지 않았는지 관찰합니다. 깨지거나 찢어지거나 찢어지지 않고 제거할 수 있는 경우 손상되지 않은 것으로 간주됩니다. 그러나 멤브레인을 완전히 제거할 수 있는 경우 경미한 찢어짐이나 얇아짐이 허용됩니다.

6. 통계 분석

1. 통계 분석을 위해 테스트 조건당 3개의 테스트 표본에서 테스트 기간 동안 12시간마다 기록된 압력 값을 사용합니다. 통계 분석을 위해 3개의 테스트 표본의 최종 유체 수집 값이 테스트 조건별로 사용되었습니다.
   참고: 모든 통계 분석에서 유의 수준은 α = 0.05로 설정되었습니다.
2. 각 시점에서 평균과 표준편차(n = 3/그룹)를 계산합니다. 통계 분석을 수행하기 전에 Shapiro-Wilk 검정(예: -200mmHg에서 연속 흡입, -25mmHg에서 연속 흡입, -200mmHg에서 간헐적 흡입, -25mmHg에서 간헐적 흡인)을 사용하여 각 그룹에 대해 정규성 검정을 수행하여 ANOVA 또는 Kruskal-Wallis 검정이 적절한지 확인합니다.
3. 멤브레인 유형과 시간을 주요 요인으로 사용하는 양방향 ANOVA 또는 Kruskal Wallis 검정을 사용하여 동일한 압력 테스트 조건(예: -200mmHg에서 연속 흡입, -25mmHg에서 연속 흡입, -200mmHg에서 간헐적 흡입 또는 -25mmHg에서 간헐적 흡입)을 받은 실험 및 대조군에 대한 데이터를 분석합니다.
4. 통계적 차이가 확인되면 사후 분석을 수행합니다. 분산 분석 후 Tukey의 HSD 사후 검정 또는 Kruskal-Wallis 검정 후 Dunn 사후 검정을 사용하여 어떤 그룹이 다른지 확인합니다.
5. 대조군 및 실험군의 각 샘플에 대한 최종 유체 채취 값을 사용하여 불균등 분산을 가정하여 양측 t-검정을 수행합니다.
   참고: 테스트 기간 동안 압력이 크게 떨어지지 않았는지 확인하기 위해 각 시점에서 압력을 분석했습니다. 수액 포집은 매번 검사되었지만 최종 시점에서만 분석되었습니다. 이는 각 조직의 지방과 근육 프로필이 다르기 때문에 체액 수집 속도가 달라 시점별 체액 수집보다 전체 체액 수집이 분석에 더 유용하기 때문입니다.

결과

이 연구의 목표는 조직 유사체를 사용하는 NPWT용 벤치탑 모델을 개발하고, 이 모델을 사용하여 상처 드레싱 재료와 음압 상처 치료 기계의 호환성을 조사하는 것이었습니다. 이 모델은 NPWT 기계가 상처 치료 장치를 추가하여 시간이 지나도 압력을 유지할 수 있는지 연구하는 데 사용되었습니다. 이 모델은 또한 상처 치료 장치가 있는 상태에서 NPWT 기계에 의해 생성된 압?...

토론

NPWT를 위한 몇 가지 벤치탑 모델이 있지만, 여기에는 상당한 한계가 있습니다. Loveluck 등은 NPWT가 봉합된 절개 부위에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 FEA 컴퓨터 모델을 개발했지만 추가적인 상처 드레싱 재료는 고려하지 않았습니다⁶. Rycerz 등은 NPWT⁷ 시행 중 상처에 대한 점안 용액 분포를 평가하기 위해 한천 기반 모델을 개발했습...

자료

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.