Desenvolvimento de um Modelo de Bancada para Avaliação da Compatibilidade de Materiais de Curativos com Sistemas de Terapia de Feridas por Pressão Negativa

Resumo

Este estudo apresenta um modelo de bancada projetado para avaliar a compatibilidade de materiais de curativos com sistemas de terapia de feridas por pressão negativa, avaliando a pressão e a coleta de fluidos ao longo de 72 h sob configurações de pressão contínua e intermitente.

Resumo

Os sistemas de terapia de feridas por pressão negativa (NPWT) facilitam a cicatrização de feridas aplicando pressão subatmosférica ao leito da ferida, o que promove a formação de tecido de granulação e reduz a inflamação. Curativos de feridas podem ser usados com esses sistemas para melhorar a cicatrização; no entanto, os efeitos dos curativos no desempenho do dispositivo NPWT são difíceis de avaliar. O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo análogo de carne de bancada para testar a compatibilidade de materiais de curativos com dispositivos NPWT. Neste estudo, um dispositivo avançado de tratamento de feridas à base de quitosana foi avaliado quanto aos seus efeitos no desempenho do NPWT sob pressões terapêuticas máximas e mínimas. O objetivo era usar o modelo para comparar leituras de pressão e coleta de fluido para amostras com e sem o dispositivo de tratamento de feridas de quitosana. O modelo de bancada foi construído usando uma caixa de plástico conectada a vários manômetros. Um defeito circular foi criado em um pedaço de barriga de porco, usado como análogo da carne, e inserido na caixa. O defeito foi preenchido com espuma NPWT padrão ou espuma combinada com o curativo. Fluido corporal simulado contendo soro bovino foi adicionado à caixa, que foi então testada nas pressões máxima (-200 mmHg) ou mínima (-25 mmHg) por 72 h. A pressão e a coleta de fluidos foram registradas a cada 12 h. O sistema NPWT manteve com sucesso a pressão durante o período de teste de 72 horas, com e sem os curativos de teste. A adição dos curativos não afetou a coleta de fluidos. A caixa de teste provou ser eficaz como um modelo de bancada, pois pode ser selada e mantida em condições de vácuo durante o período de teste de 72 horas. Este modelo demonstrou com sucesso sua utilidade na avaliação da compatibilidade de materiais de curativos com sistemas NPWT.

Introdução

Existem diferentes abordagens terapêuticas para auxiliar no tratamento e cicatrização de feridas. Tais abordagens terapêuticas incluem curativos avançados, fatores de crescimento, oxigenoterapia hiperbárica, substitutos cutâneos e terapia de feridas por pressão negativa (NPWT)¹. NPWT refere-se a sistemas de curativos que aplicam pressão subatmosférica contínua ou intermitente ao sistema, o que fornece pressão negativa à superfície da ferida. A NPWT tornou-se uma modalidade de tratamento popular para o tratamento de feridas agudas ou crônicas². O sistema NPWT consiste em uma espuma de célula aberta, curativo adesivo para feridas, um sistema de coleta de fluidos e uma bomba de sucção³. A bomba de sucção, ou vácuo, é usada para manter uma pressão constante na ferida, o que ajuda a aumentar o fluxo sanguíneo e reduzir o risco de infecção⁴. O NPWT promove a formação de tecido de granulação, removendo o fluido da ferida e reduzindo o inchaço¹. Clinicamente, a quantidade de pressão de sucção utilizada para feridas varia de -20 mmHg a -200 mmHg, mas a pressão mais relevante testada é -125 mmHg⁵.

Experimentos ex vivo de NPWT são um desafio devido à falta de modelos de bancada adequados para teste. Os métodos atuais para testar sistemas NPWT incluem simulações computacionais de análise de elementos finitos (FEA), que têm sido usadas para testar como o NPWT afeta os locais de incisão⁶. Outros modelos incluem modelos de feridas à base de ágar de bancada, que podem ser usados para testar a absorção de fluidos⁷. In vivo, modelos suínos também têm sido usados para examinar a cicatrização de feridas⁸. Esses modelos têm vantagens como serem fáceis de simular em um computador para prever como uma ferida deve cicatrizar em teoria, bem como testar o fluido sendo puxado através de um material modelo. O teste in vivo é definitivo para determinar se o sistema funciona em indivíduos vivos⁸. Todos esses modelos também têm desvantagens. Uma simulação de computador pode não representar com precisão como uma ferida cicatrizaria na vida real. Um modelo baseado em ágar pode mostrar uma boa coleta de fluido sendo puxado através da ferida, mas pode não representar como o fluido seria puxado através do tecido e do músculo⁷. Os modelos in vivo são caros e requerem recursos significativos para concluir um estudo. Além disso, pode ser difícil manter os animais semi-imóveis, então pode haver desafios com eles puxando o sistema, o que pode ter resultados confusos.

Um modelo de bancada é necessário para NPWT para que novos materiais possam ser testados para uso com o sistema usando tecido real. O novo modelo deve ser capaz de refletir como a coleta de fluidos é afetada pelo tecido e músculo. O novo modelo também deve ser capaz de fornecer leituras de pressão dentro do leito da ferida para determinar se a ferida estava recebendo tanta pressão quanto a bomba de vácuo estava fornecendo. Novos materiais/dispositivos também podem ser testados, como curativos adicionais, diferentes tipos de espuma e diferentes curativos adesivos na parte superior da ferida.

Certas feridas requerem curativos adicionais para ajudar no processo de cicatrização, reduzindo o risco de infecção. Outra razão pela qual materiais adicionais de curativo podem ser necessários é evitar o crescimento de tecido entre a superfície do leito da ferida e a espuma de células abertas. Esse curativo adicional reduz o risco de o leito da ferida aderir à espuma de células abertas, o que ajuda a reduzir os danos e a dor ao interromper o sistema NPWT⁹. Esses curativos adicionais podem ser colocados ao redor da espuma de células abertas para atuar como uma membrana de barreira entre o leito da ferida e a espuma. Certos materiais têm sido usados como interface entre o leito da ferida e a espuma, como parafina ou gaze embebida em vaselina. A parafina mostrou potencial positivo como curativo de feridas, não afetando a transferência de pressão do sistema para o^exterior9. No entanto, foi relatado que a gaze embebida em vaselina inibe a coleta de fluidos e, portanto, não foi considerada um material adicional apropriado⁹.

Os curativos à base de quitosana podem ser um bom curativo adicional para adicionar durante o NPWT devido aos seus efeitos antimicrobianos e biocompatibilidade^10,11. A quitosana é um derivado N-desacetilado da quitina, que é um polissacarídeo natural encontrado em fungos e artrópodes^12,13. A quitosana exibiu propriedades antibacterianas inerentes em um amplo espectro de bactérias gram-negativas e gram-positivas¹⁴. Portanto, as membranas de quitosana tornaram-se populares no tratamento de feridas porque podem ser facilmente produzidas, têm longa vida útil e apresentam efeitos antimicrobianos inatos¹⁰. Essas membranas também apresentam boa biocompatibilidade, biodegradação e não são tóxicas¹⁰.

Neste estudo, o Foundation DRS, um dispositivo avançado de tratamento de feridas com quitosana e glicosaminoglicano, foi examinado para determinar sua biocompatibilidade com NPWT. Foundation DRS é um andaime de regeneração dérmica biodegradável fabricado para características de manuseio e porosidade ideais para promover a invasão celular e a neoangiogênese em feridas. Este dispositivo é vantajoso para a cura em uma variedade de lesões e usos diferentes. Foi criado para uso pretendido em uma ampla gama de feridas, como úlceras por pressão, úlceras de pé diabético, queimaduras de primeiro grau, feridas traumáticas, feridas deiscentes e feridas cirúrgicas^10,11. O Foundation DRS é uma boa opção para uso em NPWT devido ao seu processo de fabricação, que evita que o dispositivo se transforme em hidrogel quando molhado. Este dispositivo mantém uma estrutura de poros abertos quando molhado, o que deve permitir que o fluido flua durante a aplicação do NPWT^12,13.

O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo análogo de carne de bancada que pudesse ser usado para testar a compatibilidade de materiais de curativos com dispositivos NPWT. Clinicamente, as pressões variam de -80 mmHg a -125 mmHg para a maioria das aplicações NPWT⁴. Para simular as piores condições de uso clínico, foi utilizada uma configuração de pressão mais alta e mais baixa (-25 mmHg e -200 mmHg). Outro objetivo deste estudo foi determinar se a adição do dispositivo de tratamento de feridas de quitosana interferiu nas leituras de pressão e coleta de líquido do NPWT. Interrupções na coleta de fluidos ou perdas de pressão durante a NPWT podem levar a uma má cicatrização de feridas e resultados clínicos. A coleta de fluido deve ser semelhante aos grupos de teste com e sem o dispositivo de tratamento de feridas de quitosana. As leituras de pressão também devem ser semelhantes entre os grupos de teste ao longo de 72 h. Em ambientes clínicos, o curativo é trocado a cada 48-72 h, portanto, cada amostra foi testada por 72 h neste estudo³. Durante o teste, as leituras de pressão devem ser observadas para garantir que não haja queda na pressão.

Protocolo

Os detalhes dos reagentes e dos equipamentos utilizados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Criação da caixa de teste

1. Obtenha um recipiente de plástico de 3,2 xícaras.
2. Crie um orifício de 2 polegadas de diâmetro no centro da tampa do recipiente. Além disso, faça dois furos de 3/8 em dois cantos da tampa do recipiente a aproximadamente 1/2 polegada da vedação da borda. Use uma serra copo para criar os furos.
   NOTA: Um esquema mostrando a configuração geral do teste usando uma máquina NPWT comercial conectada a uma caixa analógica de carne de bancada construída em laboratório é mostrado na Figura 1. Este esquema descreve como a caixa é usada para experimentos. A caixa criada para este experimento é mostrada na Figura 2.
3. No primeiro dos 3/8 orifícios, conecte um manômetro diretamente ao orifício.
   NOTA: Este medidor foi usado para monitorar quedas de pressão fora do tecido de teste, o que indicaria vazamentos no tecido.
4. No segundo orifício de 3/8, passe um pequeno tubo IV flexível com um diâmetro externo inferior a 3/8 através do orifício até um comprimento de 7 polegadas no lado interno da tampa. Em seguida, encaixe o tubo de pressão em um manômetro de baixa pressão fora do recipiente.
   NOTA: O tubo de pressão foi colocado no leito da ferida durante o teste.

2. Preparação análoga da carne

1. Use barriga de porco salgada disponível comercialmente, conhecida aqui como tecido, para simular o músculo e o tecido adiposo para o teste NPWT.
2. Crie um defeito de ferida circular na superfície do tecido usando um bisturi de lâmina # 21 com aproximadamente 1,5 polegadas de largura por 0,75 polegadas de profundidade. Em seguida, fenesrate o tecido através da gordura de cada lado com um bisturi de lâmina # 21.
3. Depois que o defeito da ferida for criado, limpe o tecido para remover o excesso de gordura da pele e, em seguida, mergulhe durante a noite em água deionizada para remover o excesso de sal.

3. Carregamento da câmara de teste

1. Encha o fundo da câmara de teste com espuma de célula aberta com 1,5 polegadas de espessura. Em seguida, coloque o lenço em cima da espuma.
   NOTA: Centralize manualmente a amostra de tecido para que o defeito da ferida criado fique diretamente sob o orifício na parte superior da tampa.
2. Para os grupos experimentais, adicione o dispositivo de tratamento de feridas de quitosana dentro do defeito da ferida para que a parte inferior e as laterais do defeito sejam cobertas. Em seguida, preencha o restante do defeito com a espuma de célula aberta.
3. Insira o tubo de pressão conectado ao manômetro na câmara de teste na espuma de célula aberta que é usada para preencher o defeito. Certifique-se de que este tubo seja colocado aproximadamente na metade da superfície do defeito da ferida.
4. Cubra o tecido com o curativo adesivo para feridas. Em seguida, faça um pequeno corte no curativo adesivo, diretamente em cima do meio da espuma de células abertas, preenchendo o defeito da ferida.
5. Passe o bico de vácuo pela tampa da câmara de teste e coloque-o em cima do curativo adesivo, onde o pequeno corte foi feito. Depois de colocar o bico de vácuo, feche a tampa da câmara de teste para pressionar o curativo adesivo e o bico de vácuo para baixo, o que ajuda a criar uma vedação.
6. Conecte o recipiente de coleta de fluido de 500 mL à bomba de vácuo e, em seguida, conecte o bico de vácuo ao recipiente de coleta de fluido.

4. Criação do fluido corporal simulado

1. Criar um fluido corporal simulado de acordo com Marques et ^al.15.
2. Faça o fluido corporal simulado combinando 8,035 g de NaCl, 0,355 g de NaHCO₃, 0,225 g de KCl, 0,231 g de K₂HPO₄3H₂O, 0,311 g de Cl₂Mg6H₂O, 0,292 g de CaCl, 0,072 g de NaSO₄^2-, 6,118 g de (HOCH₂)₃CNH₂, e 39 mL de HCl 1 M em 960 mL de água deionizada para elevar a solução total a 1 L.
   NOTA: A composição do fluido corporal simulado é mostrada na Tabela 1.
3. Em seguida, combine o fluido corporal simulado com soro bovino na proporção de 3:1. Suplementar a solução final com 5% de 10x antibióticos/antimicóticos para controle microbiano. Agitar a solução depois de adicionar o soro bovino e os antibióticos/antimicóticos e conservá-la no frigorífico.
   NOTA: A solução final será referida como a solução completa. Esta solução não deve ser mantida estéril e deve ser fresca antes de cada amostra ser testada.

5. Condições de ensaio

1. Ajuste as configurações na bomba de vácuo para as amostras, dependendo da condição de teste.
   NOTA: Os grupos de teste são: Grupo 1 Controle (n = 3): Espuma isolada com sucção contínua a -200 mmHg; Grupo 2 Controle (n = 3): Espuma isolada com sucção intermitente de 0 a -200 mmHg; Grupo 3 (n = 3): Dispositivo de tratamento de feridas de quitosana sob espuma com sucção contínua a -200 mmHg; Grupo 4 (n = 3): Dispositivo de tratamento de feridas de quitosana sob espuma com sucção intermitente de 0 a -200 mmHg; Grupo 5 Controle (n = 3): Espuma isolada com sucção contínua a -25 mmHg; Grupo 6 Controle (n = 3): Espuma isolada com sucção intermitente de 0 a -25 mmHg; Grupo 7 (n = 3): Dispositivo de tratamento de feridas de quitosana sob espuma com sucção contínua a -25 mmHg; Grupo 8 (n = 3): Dispositivo de tratamento de feridas de quitosana sob espuma com sucção intermitente de 0 a -25 mmHg.
2. Para grupos de teste de pressão máxima, ajuste a pressão em -200 mmHg. Para grupos de teste de pressão mínima, ajuste a pressão em -25 mmHg. Em seguida, coloque as configurações da bomba de vácuo em pressão intermitente ou contínua. Execute todas as amostras por 72 h.
   NOTA: A configuração contínua aplicou pressão continuamente por 72 h. A configuração intermitente aplicou pressão na proporção de 5/2 (5 min de pressão, seguido de 2 min sem pressão) por 72 h. Os valores máximo e mínimo foram escolhidos com base na faixa de pressão que os sistemas clínicos NPWT podem usar. Um ciclo de 72 h foi escolhido com base no período de tempo em que o NPWT é normalmente usado clinicamente antes de realizar uma troca de curativo³.
3. Durante o teste, registre a pressão no manômetro e a quantidade de fluido no recipiente de coleta de fluido a cada 12 h por 72 h.
4. Se a quantidade de fluido corporal análogo cair abaixo de 75% do topo da câmara de teste, conforme observado visualmente, remova o manômetro secundário e adicione uma solução completa à câmara.
   NOTA: A preparação de amostras e a configuração do teste podem ser vistas na Figura 3.
5. Após 72 h, desligue a bomba de vácuo e desconecte o recipiente de coleta de fluido do bocal de vácuo. Remova o recipiente de coleta de fluido da bomba de vácuo.
6. Remova o tecido da câmara de teste e retire o curativo adesivo da ferida. Em seguida, retire a espuma de células abertas e observe se o dispositivo de tratamento de feridas de quitosana ainda estava intacto. É considerado intacto se puder ser removido sem quebrar, rasgar ou rasgar; no entanto, pequenos rasgos ou afinamento são aceitáveis se a membrana puder ser removida completamente.

6. Análise estatística

1. Use os valores de pressão que foram registrados a cada 12 h durante o período de teste dos três corpos de prova por condição de teste para análise estatística. Para análise estatística, foi utilizado o valor final da coleta de fluidos dos três corpos de prova por condição de teste.
   NOTA: Para todas as análises estatísticas, o nível de significância foi estabelecido em α = 0,05.
2. Calcule a média e os desvios-padrão (n = 3/grupo) em cada ponto de tempo. Antes de realizar a análise estatística, realize testes de normalidade para cada grupo usando o teste de Shapiro-Wilk (por exemplo, sucção contínua a -200 mmHg, sucção contínua a -25 mmHg, sucção intermitente a -200 mmHg e sucção intermitente a -25 mmHg) para determinar se a ANOVA ou o teste de Kruskal-Wallis é apropriado.
3. Analise os dados dos grupos experimental e controle submetidos às mesmas condições de teste de pressão (por exemplo, sucção contínua a -200 mmHg; sucção contínua a -25 mmHg; sucção intermitente a -200 mmHg ou sucção intermitente a -25 mmHg) usando uma ANOVA de duas vias ou teste de Kruskal Wallis usando o tipo de membrana e o tempo como fatores principais.
4. Se diferenças estatísticas foram identificadas, realizar análises post-hoc. Use o teste post-hoc HSD de Tukey após a ANOVA ou o teste post-hoc de Dunn após o teste de Kruskal-Wallis para determinar quais grupos são diferentes.
5. Usando os valores finais de coleta de fluido para cada amostra nos grupos controle e experimental, execute um teste t bicaudal assumindo variâncias desiguais.
   NOTA: A pressão foi analisada em cada ponto de tempo para garantir que não houve queda significativa na pressão durante o período de teste. Embora a coleta de fluidos tenha sido examinada a cada momento, ela foi analisada apenas no momento final. Isso ocorre porque cada tecido tinha diferentes perfis de gordura e músculo, resultando em diferentes taxas de coleta de fluidos, tornando a coleta geral de fluidos mais útil para análise do que a coleta de fluidos por pontos de tempo.

Resultados

O objetivo do estudo foi desenvolver um modelo de bancada para NPWT que usa um análogo de tecido e usar o modelo para investigar a compatibilidade de materiais de curativos com uma máquina de terapia de feridas por pressão negativa. O modelo foi usado para estudar se a máquina NPWT era capaz de manter a pressão ao longo do tempo com a adição de um dispositivo de tratamento de feridas. O modelo também foi usado para determinar se a pressão gerada e o fluido coletado pela máquina...

Discussão

Existem alguns modelos de bancada para NPWT, mas eles têm limitações significativas. Loveluck et al. desenvolveram um modelo de computador FEA para determinar como o NPWT afetou os locais de incisão suturados, mas não levou em conta materiais adicionais para curativos⁶. Rycerz et al. desenvolveram modelos baseados em ágar para avaliar a distribuição da solução de instilação em feridas durante o NPWT⁷. Embora o ágar tenha fornec...

Materiais

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.