Negative Pressure Wound Therapy - Effects on Sternotomy Wounds and the Intrathoracic Organs

Abstract

Negative pressure wound therapy (NPWT) has been widely adopted for the treatment of deep sternal wound infections due to its excellent clinical outcome. However, the mechanisms of action and effects on hemodynamics have not been thoroughly elucidated. The aims of the work presented in this thesis were, therefore, to examine the effects of NPWT on sternotomy wounds and on the intrathoracic organs. An uninfected porcine sternotomy wound model was used in all studies.



The studies showed that negative pressure is transmitted only to tissues that are in direct contact with the foam dressing and not to deeper parts of the wound or thoracic cavity.



As NPWT was applied, a transient increase was seen in the plasma levels of norepinephrine and epinephrine, followed by an increase in the adrenergic co-transmitter neuropeptide Y, which may reflect the effect of NPWT on the intrathoracic organs. Increased levels of the sensory nerve transmitter substance P may result from shearing forces arising from the mechanical effects of the negative pressure.



Magnetic resonance imaging showed that cardiac output increased while the cardiac pumping efficiency decreased following sternotomy, and then returned to presternotomy values when the negative pressure resealed the thorax. NPWT contracts the wound and causes macrodeformation of the wound edge tissue. This may contribute to the clinical benefits of NPWT over open-chest treatment, including the stabilizing effect and reduced need for mechanical ventilation.



The results of the present work underline the importance of correct placement of the wound filler with regard to pressure transmission. The findings also reduce concerns that NPWT could impair cardiac output, and emphasize the beneficial effects of temporary closure provided by NPWT on restoring the intrathoracic anatomy.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bakgrund



En till fem procent av de patienter som genomgår öppen hjärtkirurgi får en efterföljande infektion i operationssåret och bröstbenet. Infektionen kan leda till allvarliga komplikationer såsom blodförgiftning, organsvikt och i värsta fall till att patienten avlider. De traditionella metoder som används för att behandla den här typen av infektion har visat sig ha en hög dödlighet, i vissa studier upp till tjugofem procent. Undertrycksbehandling är en relativt ny behandlingsmetod som effektiviserar läkningsprocessen och minskar dödligheten drastiskt.



Innan undertrycksbehandlingen påbörjas måste patienten sövas och det infekterade såret öppnas. Infekterad och död vävnad samt ståltrådar och suturer tas bort. Såret fylls upp med ett sårfyllnadsmaterial kallad skumsvamp som har en öppen struktur för att kunna fortplanta undertrycket. Såret täcks därefter med en självhäftande plast för att

det ska bli lufttätt. En slang från skumsvampen kopplas till en vakuumpump och när denna sätts på bildas ett undertryck i såret som dras ihop och sårvätska sugs ut. Såret efter hjärtkirurgi är stort och komplicerat och det är viktigt att se till så att organen i

bröstkorgen (t.ex. hjärtat) inte påverkas negativt av undertrycket.



Målsättning



Målet med denna avhandling har varit att utforska effekterna av undertrycksbehandling på såret och organen i bröstkorgen. Samtliga studier är gjorda på nersövda grisar. Valet av försöksdjur har styrts av att anatomin på bröstkorgen hos grisar är mycket lik människans.



Resultat och diskussion



Studie I visar att undertrycket bara når de delarna av såret som står i direkt kontakt med skumsvampen, d.v.s. sårkanterna och framsidan av hjärtat. Undertrycket når således inte djupare ner i bröstkorgen. Detta kan förklara fynden i studie III där vi visar att den sårvätska som finns i botten på bröstkorgen inte sugs upp av undertrycket. När patienterna rör sig mellan förbandsbytena är det dock troligt att vätskan så småningom förflyttas i riktning mot såröppningen så att den kan sugas upp. Det viktiga att ta med sig av studie I är att skumsvampen måste placeras i alla delar av såret där läkningseffekter önskas. Fynden i studie I talar också för att det bildas en tryckskillnad mellan den

främre och den bakre delen av hjärtat. Detta leder till att hjärtat sugs upp mot det uppsågade bröstbenet och det finns en risk för att hjärtat skadas när det stöter mot de vassa benkanterna. Just nu pågår intensiv forskning för att ta fram en platta som kan läggas som skydd över hjärtat.



Studie II visar att nivån av vissa stresshormoner ökar i blodet vid undertrycksbehandling av sår efter hjärtkirurgi. Orsaken till denna ökning är okänd men skulle kunna förklaras av förändringar av de anatomiska förhållandena i bröstkorgen då såret sluts av undertrycksbehandlingen. Studie II visar också att i samband med behandlingen ökar utsöndringen av hormoner som kan bidra till inflammation och smärta. Ökad utsöndring av dessa ämnen kan bero på att det uppstår dragkrafter mellan såret och skumsvampen när undertrycket kopplas på. Det är tyvärr vanligt att patienten har ont av behandlingen och undertrycksnivån får då minskas.



Tidigare studier har visat att undertrycksbehandling leder till en försämring av hjärtats pumpfunktion. Detta är något som har oroat läkarna eftersom många patienter som genomgår hjärtkirurgi redan har ett svagt hjärta. I studie III har vi med hjälp av MR-kamera (magnetresonans-kamera) mätt hjärtats pumpfunktion. Resultaten visar att den mängd blod som hjärtat pumpar varje minut ökar då bröstkorgen öppnas under en operation, för att sedan återgå mot det normala när bröstkorgen stängs av sugkrafterna i undertrycksbehandlingen. Studie III visar också att hjärtats och lungornas volymer ökar då bröstkorgen öppnas, för att återgå mot sina ursprungsvolymer när undertrycket kopplas på. Sammantaget så återskapar undertrycksbehandlingen bröstkorgens anatomi

och hjärtfunktion och stabiliserar bröstkorgen. Detta gör att patienten inte behöver ligga i respirator utan kan röra sig fritt på avdelningen och därmed återhämta sig snabbare.



I studie IV visar vi, med hjälp av MR-kamera, hur undertrycksbehandlingen drar ihop såret i bröstkorgen. De dragkrafter som uppstår i sårkanterna tror vi leder till att vävnad nybildas och såret läker.



Konklusion



Denna avhandling ger ökad kunskap om undertrycksbehandlingens effekter på såret och organen i bröstkorgen. Undertrycket drar ihop såret, vilket sannolikt stabiliserar bröstkorgen och stimulerar sårläkningen. Tyvärr så utsätts hjärtat för en sugkraft som kan vara skadlig och det pågår intensiv forskning för att skydda hjärtat vid undertrycksbehandling. Som tur är så påverkas inte hjärtats pumpfunktion i nämnvärd grad av behandlingen. Istället så återskapas de ursprungliga anatomiska och fysiologiska förhållandena. Vi hoppas att denna nyvunna kunskap kan komma patienterna till nytta i framtiden.

• author: Torbrand, Christian
• supervisor: Malin Malmsjö; Richard Ingemansson; Martin Ugander
• opponent: Associate Professor Örtenwall, Per, Division of Trauma, Sahlgrenska University Hospital, Gothenburg, Sweden
• organization: Ophthalmology, Lund
• publishing date: 2012
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ophthalmology
• keywords: NPWT, negative pressure, vacuum-assisted closure, sternotomy wounds, deep sternal wound infection, mediastinitis, thoracic surgery, pressure transduction, neurohormones, neuropeptides, total heart volume variation, cardiac output, wound contraction, macrodeformation
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2012:93
• pages: 112 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neuroscience Center, Sölvegatan 17, Lund, Sweden
• defense date: 2012-11-16 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87189-56-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: f5b19670-c9e0-4c0d-aed0-dcf9aa6c7842 (old id 3158064)
• date added to LUP: 2016-04-01 13:58:51
• date last changed: 2019-05-22 04:01:50