Negative Pressure Wound Therapy - Mechanisms of Action and Protecting Exposed Blood Vessels in the Wound Bed

Abstract

NPWT has recently been associated with severe complications and bleeding

when used in wounds with exposed blood vessels. The aims of this work were to investigate

the mechanisms of action of NPWT and to explore the possibility of using thin plastic discs

to protect exposed blood vessels in the wound bed during NPWT.

Three different kinds of wounds were created in pigs: 6 cm and 10 cm diameter circular

defect wounds on the back and 6 cm incision wounds in the groin, exposing the femoral

artery. Microvascular blood flow was studied with transcutaneous laser Doppler flowmetry

(LDF), invasive LDF, and thermodiffusion. Femoral artery blood flow was studied with

invasive LDF. Pressure in the wound edge tissue, in the wound cavity and periarterial

pressure was measured with pressure transducers. Wound contraction and wound fluid

removal were also studied.

Tissue pressure 0.1 cm from the wound edge decreased while an increase was found further

(0.5 cm) from the wound edge. Increased tissue pressure is believed to be the result of

wound contraction and wound edge tissue deformation. The use of a small foam wound

filler allowed significant wound contraction, which may result in considerable mechanical

stress. In contrast, gauze or a large foam filler led to less wound contraction, which may be

more appropriate when NPWT causes pain.

Furthermore, NPWT induced a decrease in blood flow 0.5 cm, and an increase 2.5 cm

from the wound edge, with a transition zone at 1 cm. This combination of hypo- and

hyperperfusion may facilitate both oxygenation and stimulate angiogenesis. However,

NPWT should be used with caution in tissues with compromised vascularity due to the risk

of ischemia.

Thin plastic discs of different designs were placed in the wound bed during NPWT.

Femoral artery blood flow and wound bed tissue blood flow decreased when NPWT was

applied, but was restored when a disc was inserted. The key mechanisms of NPWT – i.e.,

pressure transmission to the wound cavity, wound contraction, and wound fluid removal –

were not impaired by the discs. Further development and studies on the possible protective

effects of thin plastic discs used during NPWT are needed before these can be implemented

in clinical practice.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Undertrycksbehandling av sår, på engelska negative pressure wound therapy

(förkortat NPWT) är en teknik som används vid behandling av svårläkta akuta

och kroniska sår. Med hjälp av NPWT läker vissa typer av sår mycket snabbare

än vid traditionell sårbehandling. I bildtexten på nästa sida ges en kort

beskrivning av hur metoden fungerar. Tekniken utvecklades i slutet av 1990-

talet och har sedan dess blivit mycket populär. NPWT bygger på att man via en

vakuumpump skapar ett undertryck i sårhålan, som leder till en mängd vidare

effekter, t.ex. dras såret samman, vilket skapar mekaniska drag- och tryckeffekter

som aktiverar flera steg i sårläkningsprocessen. Därtill transporterar

NPWT bort överflödig sårvätska (som visat sig innehålla substanser som

hämmar sårläkning) samt genererar förändringar i blodcirkulationen till

sårområdet, som man bland annat tror gynnar nybildningen av blodkärl. Trots

att metoden används flitigt har man inte helt klarlagt vad som händer i såret vid

NPWT. Till exempel finns oenighet kring om blodflödet i sårområdet ökar eller

minskar. Denna avhandling baseras på fem studier, som presenteras nedan.

Syftet med Studie I och II var att kartlägga vad som sker i såret och dess

omgivande vävnad vid NPWT. Blodflöde, tryckförändringar och sårets kontraktion

undersöktes. Vidare studerades om olika storlek och material på

sårfyllaren ger olika effekter på sårkontraktion och undertryck i såret.

Förhoppningsvis kommer man i framtiden kunna individualisera behandlingstekniken

för att passa patienter med olika typer av sår.

Studie I visade att NPWT gav upphov till ett kraftigt undertryck i sårhålan,

som till viss del fortleddes även 1 mm ut i vävnaden. På 5 mm:s avstånd från

sårets kant finns inte längre något undertryck, utan istället ett positivt vävnadstryck.

På 10 och 20 mm avstånd påverkades inte trycket av NPWT. Vidare sågs

att en liten mängd sårfyllnadsmaterial av skum gav större sårkontraktion än en

stor mängd. Vid användning av gasväv som sårfyllnadsmaterial sågs måttlig sårkontraktion.

Vissa patienter måste avbryta NPWT på grund av att behandlingen

gör för ont. En möjlig orsak kan vara att sårkontraktionen blivit för

kraftig. Skulle smärta uppstå kan man överväga att byta sårfyllnadsmaterial till

gasväv, som ju endast gav en måttlig kontraktion av såret, jämfört med svamp.

I Studie II sågs att blodflödet vid NPWT minskade 5 mm från sårhålans kant,

medan det på 25 mm:s avstånd faktiskt ökade. Ett minskat blodflöde tror man

ökar nybildningen av blodkärl vilket underlättar sårläkning. Ett ökat blodflöde

är också gynnsamt, då detta ger förbättrad syresättning i såret, samt ökar

inflödet av näringsämnen.

På den högra bilden ses hud i genomskärning med sår centralt. Såret är fyllt med s.k.

sårfyllnadsmaterial, antingen svamp eller gasväv (i detta fall gasväv), för att underlätta

fortledningen av undertrycket till hela sårbotten. Ovanpå gasväven ligger en tunn slang, kopplad

till en vakuumpump (vänster). Via slangen skapas ett sugtryck (undertryck) i såret. Såret är täckt

med en tunn självhäftande plastfilm för att undertrycket ska behållas i såret. Plastfilmen

motverkar också bakterieöverföring från intilliggande vävnad och skapar en lagom fuktig miljö

vilket underlättar sårläkning. Via slangen leds överbliven sårvätska från sårhålan till en

uppsamlande behållare. På pumpen kan man ställa in önskat undertryck. Normalt sett brukar

man använda -80 mmHg till -120 mmHg sugtryck.

I början av 2000-talet började rapporter om biverkningar från NPWT komma.

2011 presenterade Food and Drug Administration (Läkemedelsverkets

amerikanska motsvarighet) en rapport där man beskrev 12 dödsfall och 174

skador till följd av NPWT, bara under 4 år och endast i USA. Bland annat har

man sett att hjärtats högerkammare kan spricka med omedelbar död som följd

vid undertrycksbehandling av infektioner bröstben efter öppen hjärtkirurgi.

Utöver detta har man också sett allvarliga blödningar vid behandling av sår där

stora blodkärl ligger exponerade i sårbotten. Trots dessa risker fortsätter man

behandla denna typ av sår på grund av i övrigt mycket goda behandlingsresultat,

avsaknad av alternativa behandlingsstrategier och till viss del

okunskap om effekterna av NPWT.

Vår forskningsgrupp var 2009 först i världen med att visa varför hjärtat riskerar

att spricka vid NPWT av infekterade bröstbenssår efter öppen hjärtkirurgi.

Genom försök på sövda grisar såg vi hur hjärtat sögs upp mot bröstbenets

underdel och skavde mot de vassa kanter som bildats efter kirurgi. Vi försökte

skydda hjärtat genom att lägga gasväv mellan hjärtat och bröstbenet, dock utan

resultat. När vi istället placerade en tunn platta som skydd såg vi däremot att

hjärtat inte längre tog skada. Denna skyddande platta har i senare studier visat

sig förhindra skador på hjärtat. När vi såg hur hjärtat kunde skyddas av en tunn

plastplatta fick vi idén att försöka ta fram en platta för skydd av exponerade

blodkärl.

I Studie III, IV och V undersöktes möjligheten att, vid NPWT, skydda blodkärl

som ligger exponerade i sårbotten, genom att täcka dessa med en skyddande

platta. Fem olika tunna plastplattor togs fram och undersöktes i studierna. Vår

hypotes var att dessa kunde motverka bristning och blödning i exponerade

blodkärl i sår som behandlas med NPWT. Ett exempel på sår med utsatta kärl

är ljumsksår, där lårbensartären ligger mycket ytligt. Specifikt studerades

effekten på blodflöde genom ett stort kärl (den ytliga lårbensartären) och i små

kärl i omgivande vävnad, samt hur undertrycket fortplantade sig till sårhålan.

Vidare studerades evakuering av sårvätska från sårhålan samt sårets kontraktion.

Vi såg att blodflödet i den ytliga lårbensartären minskade under NPWT av ett

sår i ljumsken på grisen. När en täckande platta placerades ovan artären

återställdes blodflödet. Samma effekt såg vi på blodflödet i sårbotten; blodflödet

minskade vid undertrycksbehandling, men när vi placerade en täckande platta i

såret så återställdes blodflödet delvis. Vi kunde också säkerställa att de grundläggande

effekterna av NPWT inte försvagades vid användning av plattorna;

undertrycket fortplantade sig till sårhålan, sårvätskan sögs bort från såret och

såret drog ihop sig.

• author: Anesäter, Erik
• supervisor: Sandra Lindstedt Ingemansson; Christian Torbrand; Malin Malmsjö
• opponent: MD, PhD Kratz, Gunnar, Professor of Plastic Surgery, Linköping University, Sweden
• organization: Thoracic Surgery
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems; Surgery
• keywords: Negative pressure wound therapy, wounds, complications, experimental surgery, blood flow
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2015:24
• pages: 88 pages
• defense location: Segerfalksalen, BMC A10, Sölvegatan 17, Lund.
• defense date: 2015-03-20 13:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-103-3
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 728ff135-4a5f-483b-8618-c075c9536bbd (old id 5052046)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:48:13
• date last changed: 2019-05-22 01:16:16