Materialeigenschaften von Peritonealdialysekathetern : Ein Stresstest zur Simulation eines Langzeitgebrauchs

Abstract

Hintergrund. Die Peritonealdialyse ist in Deutschland seit ihrer ersten Anwendung 1923 einen weiten Weg gegangen. Dennoch spielt sie hierzulande eine vergleichsweise geringe Rolle [4]. Ein erheblicher Teil der im Saarland durchgeführten Peritonealdialyse-Vorgänge erfolgt in der Peritonealdialyse-Ambulanz des Uniklinikums des Saarlandes. Hier fielen seit Juli 2011 vermehrt auftretende Materialdefekte in Form von Perforationen etwa einen Zentimeter distal der kutanen Katheteraustrittsstelle auf [9]. Da diese Schädigungen mit einer erhöhten Anzahl an Peritonitiden einhergingen [9], stellte sich rasch die Frage, wie die besagten Materialschäden zustande kommen. Da eine Änderung der Produktionsweise durch den Hersteller als Ursache ausgeschlossen werden konnte, fokussierte sich die Suche hauptsächlich auf schädigende Einflüsse. Material und Methoden. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen konzentrieren sich auf die chemische Belastung der Katheter durch darin befindliche Flüssigkeit sowie die mechanische Belastung durch Abknicken, um die Beanspruchung im Langzeitgebrauch zu simulieren. Bei Letzterem wurde zwischen einer statisch-mechanischen und einer dynamisch-mechanischen Belastung unterschieden. In die Arbeit wurden insgesamt elf Exemplare zweier handelsüblicher Peritonealdialyse-Katheter-Typen von zwei unterschiedlichen Herstellern und aus fünf verschiedenen Produktionschargen eingeschlossen. Diese wurden einer oder zwei der o.g. Belastungen zugeführt. Für die chemische Belastung erfolgte die Befüllung mit hochkonzentrierter Peritonealdcialyse-Lösung oder Sterofundin. Die mechanische Belastung wurde durch dauerhaftes oder dynamisches Abknicken simuliert. Für Letzteres wurde eigens eine Abknickvorrichtung konzipiert und hergestellt. Anschließend wurden die Katheter mit Hilfe eines Druckversuchs, einer Mikroskopie, einer Rasterelektronenmikroskopie und schließlich einer hochauflösenden Auflichtmikroskopie untersucht. Ergebnisse. Im Rahmen der chemischen Belastung fielen Gaseinschlüsse in allen Kathetern auf. Die Menge war abhängig von der Zeit seit der letzten Befüllung. Bei Lagerung in Flüssigkeit traten diese nicht auf. Eine Schädigung im Sinne der gesuchten Perforation konnte nicht beobachtet werden. Ein Katheterstück, das 80.000 Mal geknickt wurde, wies aber eine strukturelle Schwäche auf. In der Rasterelektronenmikroskopie und der hochauflösenden Mikroskopie zeigten sich Strukturauffälligkeiten, die möglicherweise in Zusammenhang mit der mechanischen Belastung stehen. Längsverlaufende Risse konnten in allen Kathetern nachgewiesen werden, auch in einer nativen Kontrolle. Einordnung. Die beobachteten Schädigungen sind nicht durch die in dieser Arbeit durchgeführten Belastungen erklärbar. Die Arbeit liefert aber Ansatzpunkte für weitere Materialforschung an Peritonealdialyse-Kathetern.

Background. Peritoneal dialysis has come a long way since its first usage in 1923. Nevertheless, it only plays a minor role in Germany nowadays [4]. In Saarland a significant number of peritoneal dialysis treatments takes place at the University Hospital of Saarland. In this institution, a growing number of material defects has been detected starting in July 2011. They presented themselves as perforations about one centimeter distal of the cutaneous exit site [9]. As the described defects seemed to be related to a growing number of peritoneal infections [9], the question about the defect’s genesis automatically arose. Since a change in the production procedure could be ruled out by the producing companies as a cause, the focus fell on external damaging factors. Material and methods. The experiments performed in this thesis are focused on chemical damage caused by the intraluminal dialysate as well as mechanical damage caused by folding of the catheter to simulate its long-term usage. The mechanical stress test was performed in two qualities: static mechanical stress caused by permanent folding and dynamic mechanical stress caused by multiple flexions of the catheter. Eleven catheters of two different types were included in the experiments. They came from two different producers and five different production lots. Each one was put under at least one and a maximum of two of the above-mentioned stress test types. Chemical stress was simulated by filling the catheters with high concentrated dialysate or Sterofundin, whereas mechanical stress was applied by keeping the catheters in a folded position for several days or dynamically folding them multiple times. Therefor a folding-device was required which was specifically designed and produced for this purpose. The stress tests were followed by evaluation of the catheter material via a pressure test, microscopy, scanning electron microscopy and high-definition microscopy. Results. Following the chemical stress test, gas accumulations were noted in all catheters. The amount depended on the time passed since the last filling. When storing the catheter in liquid, no gas accumulations were detected. A material defect, similar to the perforation noted in the clinical routine, could not be reproduced. One of the catheters showed a structural instability after being folded 80,000 times. Structural peculiarities were observed in the scanning electron microscopy and the high-definition microscopy, which could be related to prior mechanical stress. Longitudinal cracks were seen in all tested catheters even in a native control. Conclusion. The material defect detected in clinical routine could not be reproduced by the stress tests performed in this experiment. Further research needs to be done for which this article offers a starting point.