Практическое использование энергии и осложнения ее применения в хирургии (обзор литературы)

Подавляющее большинство хирургических операций в современном мире производят с использованием различного вида энергий, необходимых для рассечения, коагуляции, десикации или фульгурации тканей. Несмотря на то, что применяются разные виды энергии, включая высокочастотную энергию, ультразвук, лазер, аргон, высокочастотные волны или радиоволны, фун-доментальные принципы, приводящие к разрушению тканей и гемостазу, едины – они основаны на нагревании. Процесс денатурации тканей начинается с необратимой агрегации макромолекул и спиралей коллагена примерно при 60°С. Денатурация белков, приводящая к коагуляции, происходит при 70–80°С. Далее, нагрев до 90° приводит к дегидратации и десикации. В районе 100°С внутриклеточная вода вскипает, клетки испаряются и происходит резание тканей. Окончательно карбонизация тканей происходит при 200°С [1]. В настоящее время отсутствует стандартная программа обучения хирургов, включающая физику, безопасность использования и возможные осложнения применения энергий. Последние исследования [2] показали, что многие хирурги имеют пробелы в знаниях касательно безопасности применяемых энергетических устройств. Общество Американских эндоскопических хирургов организовало программу Фундаментального использования хирургической энергии для развития образовательных курсов, которые включают теоретический и рукотворный подход к использованию энергий в операционной. В первую очередь это касается возгораний в операционной, повреждений пациента или хирурга/персонала. Цель работы – суммировать результаты ис- пользования основных видов энергии в лапароскопии, обсудить их преимущества и недостатки.

Методы

Обзор касается физики, показаний, результатов, осложнений и их сравнения при различных видах энергии в хирургии. Преимущество отдано исследованию человека и лапароскопическим процедурам. Однако работы, включающие операции на животных (как in vivo , так и in vitro ) и открытые операции, также были рассмотрены. Приоритет отдан публикациям последних лет в области новейших технологий на территории США.

Электрохирургия

Электрохирургия (ЭХ) была описана Dr. William T. Bovie в 1920 г. [3]. В 50-е годы первый биполярный блок был сконструирован доктором Leonard Malis, где были использованы два электрода – для сжатия и манипулирования тканями.

Механизм ЭХ

В электрохирургии тепло генерируется в тканях движением радиочастотного (РЧ) электрического тока, отличного от электрокаутера, где тепло передается напрямую от инструмента к тканям. Использование высокочастотного тока (вольтаж 300–500 кГц) исключает нервно-мышечную стимуляцию, которая прекращается при частоте тока свыше 100 кГц. Когда РЧ-энергия концентрируется на малой площади тканей, высокая концентрация тока нагревает ткани, что приводит к различным эффектам, включая коагуляцию, десикацию, дегидратацию и карбонизацию.

РЧ-энергия может быть приложена к тканям через любой моно- или биполярный инструмент. При монополярном воздействии электрическая дуга замыкается между электродом хирурга и пассивным (возвратным) электродом, прикрепленным к телу больного. Активный электрод может иметь любую форму (шарик, крючок, лопатка) с острым или тупым краем. Острый инструмент увеличивает плотность тока, его используют для резания. Тупой инструмент – для коагуляции. В биполярной хирургии оба электрода находятся в одном инструменте и электрическая дуга замыкается между его браншами. Биполярный инструмент, как правило, представлен зажимом или захватом. Так как в биполярной хирургии ток преодолевает малое расстояние между электродами, электрическое напряжение невелико, что благоприятно для остановки кровотечений. Биполярная хирургия более пригодна для коагуляции, чем для резания. Форма сигнала, подаваемая генератором, обеспечивает различный режим воздействия. Монополярный ток позволяет коагулировать сосуды диаметром не более 2 мм [4].

Осложнения электрохирургии

Электрохирургию на сегодня используют в 80% операционных мира. Ежегодно в США ожоги в результате неверного использования этой энергии происходят у 40 000 больных, чаще в результате монополярного воздействия. По искам за эти повреждения больным выплачивают $600 миллионов в год [5]. Описаны случаи возгорания газа, применяемого, как правило, для анестезии. Причиной осложнений могут быть такие устройства, как кардиостимулятор и дефибриллятор [6]. Металлические инструменты или импланты, которые встречаются на пути тока, могут создавать альтернативный путь его движения и приводить к повреждениям в нежелательных областях. Другой вариант – повреждение изоляции [7], прямой или емкостной пробой. Повреждение изоляции возможно при многократном использовании инструментов, повторной стерилизации, высокой интенсивности тока, протекающего через проводник. Дефект изоляции нередко бывает чрезвычайно мал и не может быть обнаружен визуально [8]. Прямой пробой возникает, когда активный электрод умышленно или неумышленно касается другого инструмента или лапароскопа, контактирующего с тканями. Хотя прохождение тока через тело больного исключено при биполярном воздействии, повреждение окружающих тканей вполне возможно [9]. Осложнения могут проявиться во время и после операции, в зависимости от вида процедуры [10–22].

Показания и противопоказания к электрохирургии

Электрохирургия дает много термальных повреждений, при том она – наиболее популярная техника в лапароскопии. Монополярное воздействие более опасно, хотя и биполярный инструмент может привести к термальным осложнениям [11]. Биполярный ток дает наименьшее число термальных повреждений из всех видов применяемой в лапароскопии энергии [11, 12, 23]. Биполярная электрохирургия требует меньше времени для диссекции, обеспечивает лучшее качество закупорки со- судов, сопровождается меньшей кровопотерей и числом конверсий, а также дешевле, чем монополярная электрохирургия [24–27]. Во многих исследованиях показано, что биполярное воздействие предпочтительнее других видов энергии [26, 28–31]. Поэтому биполярная электрохирургия во многом универсальна для большинства электрохирургических процедур. Монополярная хирургия может быть использована при более простых хирургических операциях, причем только тогда, когда адекватный уход за инструментами может быть гарантирован. Например, для рассечения кожи перед введением эндохирургических инструментов. При соблюдении правил и мер предосторожности электрохирургия может быть использована с полной уверенностью в ее безопасности.

Ультразвуковая энергия

Использование ультразвука в медицине восходит к 1960 годам ХХ века, когда при его помощи лечили болезнь Миньера. Его стали использовать для рассечения и коагуляции тканей в конце 80-х, когда Amaral J.F. [32, 33] популяризировал технику, применив ее при 200 лапароскопических холецистэктомиях (ЛХЭ).

Механизм ультразвукового воздействия

Основной принцип действия таких ультразвуковых инструментов, как ультразвуковой скальпель, состоит в использовании низкочастотной механической вибрации (в диапазоне 20– 60 кГц) наконечника инструмента или лезвия для рассечения тканей и коагуляции [34]. Механическая вибрация, передаваемая тканям при контакте, индуцирует денатурацию белка, разрушение водородных связей внутри клетки [35]. Механическая вибрация, вызванная пьезоэлектрическим преобразователем, встроенным в инструмент, преобразует электрическую энергию в механическую вибрацию, реализуемую на его кончике для резания и коагуляции тканей [36].

В общем, резание или коагуляция при ультразвуке зависят от нескольких факторов, таких как давление сжатия, форма лезвия, контактирующего с тканями, и заданные показатели генератора [37]. Большое преимущество ультразвука состоит в том, что он продуцирует меньше тепла в сравнении с другими видами энергии (менее 80°С в сравнении со 100°С в электрохирургии), что уменьшает риск термальных повреждений [38]. По этой же причине площадь ожога также становится меньше. Отсутствие задымления при работе с ультразвуком обеспечивает хорошую визуализацию при эндоскопических/лапароско-пических процедурах. Ультразвук не передает активный ток в ткани, тем самым исключая риск электрического шока.

Осложнения ультразвука

Не так много осложнений было описано при использовании гармонического скальпеля в лапароскопии. Общий недостаток ультразвука – медленная коагуляция в сравнении с электрохирургией, изменение частоты или импеданса самих хирургических систем, обусловленное усталостью инструмента, подъем температуры, необходимость избыточного давления или не- верное использование. Ультразвук вызывает распыление жидкости, что может создавать преходящий туман. Однако общее время препаровки тканей оказывается короче при использовании ультразвукового скальпеля после преодоления «кривой обучения» [39]. Во многих исследованиях было показано, что ультразвуковое воздействие не так эффективно в плане пломбировки крупных сосудов [26, 40, 41, 43]. В частности – плотных сосудов диаметром более 3 мм [42]. Kadesky et al. [40] показали, что хотя и не было видимых на взгляд повреждений, по ходу диссекции в эксперименте на свиньях при использовании ультразвука гистологическое исследование обнаружило серьезные повреждения различных структур. Осложнения ультразвука в лапароскопии включали в себя повреждение сигмовидной кишки [44], послеоперационное кровотечение [45, 46], ишемические поражения [28].

Показания и противопоказания для ультразвука

Основной вывод большинства исследований сторонников ультразвука состоит в том, что минимальное термальное распространение приводит к минимальным термальным повреждениям. Однако есть сообщения, опровергающие заявления касательно достоверности измерения температуры ткани рядом с кончиком инструмента. Emam and Cuschieri [47] показали, что большая мощность ультразвуковой установки (Ultracision и Autosonix) дает значительное термальное распространение (до 25,7 мм) и высокую температуру (140°С на расстоянии 10 мм) в эксперименте на свиньях. Kinoshita et al. [48] показали, что температура (150°С) и термальное распространение (10 мм) при ультразвуке значительно меньше, чем в электрохирургии (350°С и 22 мм соответственно) – на сосудах свиньи при резании и коагуляции. Есть много сообщений об успешном применении ультразвука в лапароскопии, включая гинекологию [49–52], ЛХЭ [53–55], аппендэктомию [56], миомэктомию [57, 58], колопрок-тологию [59], сальпингэктомию [60] и лапароскопическое лечение внематочной беременности [61]. Ультразвуковой скальпель (Harmonic ACE) также успешно используется для обработки сосудов легкого при его видеоассистированной резекции [62]. Хотя эффективность метода доказана в гинекологии, это не подходящий метод для реконстуктивной хирургии бесплодия из-за кавитационного эффекта [51]. Janssen et al. [55] показали, что при ЛХЭ кривая обучения при использовании ультразвука значительно короче в сравнении с электрохирургией. В целом можно сказать, что у ультразвука больше преимуществ, чем недостатков. Вероятно, роль этого метода в хирургии будет возрастать [63].

Лазер

Первое сообщение об использовании лазера в лапароскопии относят к 1979 г. [64], регулярное использование лазера началось с 1982 г. [65]. Лазер быстро получил широкое распространение в медицине, начиная со сложных косметических операций и вплоть до лечения фибрилляций предсердий [66, 67]. Сегодня его применяют более всего в гинекологии.

Механизм воздействия

Лазер вырабатывает тепло благодаря сфокусированному лучу света. В лазерной системе электромагнитные или оптические волны, многократно усиленные оптическим резонатором, выходят в виде световых волн. Эта энергия поглощается тканями и проявляется в виде резания и коагуляции. В медицине используют лазер в диапазоне волн от инфракрасных до ультрафиолетовых [68, 69].

Осложнения

Недостатки лапароскопической лазерной хирургии включают высокую стоимость специфического оборудования, необходимость длительного обучения специфики лазера в лапароскопии, риск воспламенения горючих материалов и увеличение продолжительности операции. Одним из наиболее существенных осложнений лазера признана газовая эмболия, которая может быть фатальной [70–81]. Из осложнений ЛХЭ возможно повреждение печеночной артерии с развитием аневризмы и гемобилии [82]. Описаны послеоперационные кровотечения. В обзоре на 2344 лазерных лапароскопических операций за 11 лет Ewen et al. [83] сообщили о 9 серьезных осложнениях, из которых 3 состояли во внутрибрюшном кровотечении, потребовавшем лапаротомии, и одном случае тяжелой эмфиземы при адгезиолизисе CO2-лазером.

Показания и противопоказания к использованию лазера

Эффективность лазера в лапароскопии была показана в 1989 г., когда when Reddick et al. [84] выполнили 25 лазерных ЛХЭ в США без существенных осложнений. В лапароскопии лазер использую, как правило, в гинекологии, чаще для лечения бесплодия [85–90]. Также в косметологии и офтальмологии. В лапароскопии лазер заменил биполярные щипцы [91, 92]. Лазер применяют в эндохирургии ожирения с уменьшением послеоперационного дискомфорта, быстрым и не осложненным выздоровлением. Осложнения лазерной лапароскопии включают в себя газовую эмболию, кровотечение и эмфизему [93].

Коагуляция в струе аргона – Argon beam coagulation (АВС)

Ward et al. [94] первыми сообщили об использовании АВС в хирургии головы и шеи в 1989. В малоинвазивной хирургии первым свои наблюдения опубликовал Low et al. [95] в 1993 г. Многие исследователи сообщали как об эффективности, так и об опасности АВС, и это хорошо документировано [96–98].

Механизм АВС

В электрохирургии высокочастотный ток применяют для прижигания и контроля за кровотечением. При АВС направленный пучок газа аргона оказывает сходное действие на ткани путем ионизации. Как и лазер, это бесконтактный метод, когда газ аргон – хороший проводник электричества, выступает в качестве транспортного средства для тока от инструмента к тканям. АВС происходит быстрее, чем обычная коагуляция и обеспечивает большую равномерность воздействия, которое более поверхностно и меньше повреждает ткани. При этом образуется меньше дыма, чем при использовании обычной системы. Так как аргон имеет высокую плотность, струя газа удаляет кровь с коагулируемой поверхности, сама коагуляция становится более эффективной с образованием меньшего струпа [99]. АВС-система обычно связана с электрохирургическим генератором, где газ аргон освобождается с кончика инструмента для обеспечения гемостаза.

Осложнения АВС

Наибольшее ограничение использование АВС-системы – потенциальная опасность газовой эмболии. Многочисленные случаи остановки сердца описаны при использовании аргона из-за газовой эмболии по причине нерастворимости его в кровяном русле [97, 98, 100]. Встречаются и летальные исходы [101–103], в некоторых случаях больных удается спасти [104–108].

Показания и противопоказания к АВС

Несмотря на риск, АВС продолжают использовать в хирургии [109–113]. Dowling et al. [114] сообщили, что АВС была наиболее эффективна в лечении травм селезенки в сравнении с традиционной техникой (ушивание, электрокоагуляция, пальцевое сдавление) в эксперименте на свиньях. Основные принципы безопасности при использовании АВС в лапароскопии состоят в следующем: 1) для предотвращения эмболии поток газа аргона должен быть как можно меньшим [115], 2) следует избегать контакта кончика инструмента с тканями, первый должен быть направлен под острым углом к последним [116]. В других исследованиях, где аргон сравнивали с традиционной хирургией [117] для лечения первичного спонтанного пневмоторакса при помощи видео-ассистированной торакоскопии, не было обнаружено значительных преимуществ АВС. Нерешенной проблемой остаются многочисленные случаи фатальной и не фатальной эмболии. Результат во многом зависит от квалификации и благоразумия хирурга.

Сравнительное исследование

Выбор вида энергии, применяемой в каждом конкретном случае, зависит от особенности процедуры [118–142]. Например, при ЛХЭ используют лазер, электрохирургию и ультразвук. Во многих работах авторы подробно не описывают вид энергии при ЛХЭ; другие параметры, такие как операционный койко-день, продолжительность операции, время восстановления после таких осложнений, как повреждение внепеченочных желчных протоков (ВЖП), желчеистечение, конверсия и другие несчастные случаи. Многое авторы считают, что ультразвук более эффективен, чем клипирование и электрохирургия, основываясь на продолжительности операции и частоте повреждений ВЖП. Huscher et al. [143] утверждает, что ультразвук менее опасен при диссекции вблизи желчных структур. Более того, он позволяет обработать как пузырный проток, так и артерию без дополнительного лигирования и клипирования. Относительно бескровное поле также позволяет различать анатомические структуры. Redwan et al. [144] полагают, что операция с ультразвуком короче, желчеистечение не наблюдается – ни большое, ни малое. Нет достоверных данных сравнения лазера и электрохирургии – по продолжительности операции и частоте повреждений информация противоречива. То же самое можно сказать по поводу сопоставления лазера и ультразвука. Моно-полярная и биполярная электрохирургия дают сходное время продолжительности операции, хотя осложнений в первом случае больше.

Обсуждение

Сравнение данных литературы показывает, что в начале 90-х годов предпочтение в лапароскопии отдавали монополярной электрохирургии, тогда как биполярное воздействие и лазер использовали реже. Однако в последнее время, даже с появлением новых электрохирургических инструментов, предпочтение постепенно сдвигается в сторону ультразвуковой энергии, имеющей массу преимуществ в лапароскопии. Лазер при ЛХЭ применяют совсем редко, хотя в лапароскопии эндометриоза он по-прежнему популярен. АВС весьма эффективен для обеспечения гемостаза и, несмотря на высокую смертность и интраоперационные осложнения, его продолжают использовать.

Поиски оптимальной энергии для обеспечения гемостаза с минимальным повреждением окружающих тканей и снижением риска для здоровья пациента продолжаются. Профилактика ранних и поздних осложнений по-прежнему актуальна. Каждая энергия имеет свои плюсы и минусы, для врача важно глубокое понимание физики процессов. Относительные недостатки и преимущества существующих видов энергии представлены в табл. 1.

Harrell et al. [145] упоминали, что при опросе 500 хирургов в 1993 г., 18% сообщили, что имели электрохирургические повреждения при лапароскопии и 54% слышали о таких осложнениях от коллег. Больше несчастных случаев наблюдали в раннюю эпоху лапароскопии, в последнее время смертность и число осложнений снизились. Например, нежелательные последствия ЛХЭ, которые составляли 2–4% в 1994 г. [146], снизились до 0,4% в 2005 г. [147]. В таблице 2 представлены различные причины смерти, связанные с использованием энергии в лапароскопии. Многие исследования показали, что результат большинства эндоскопических процедур зависит от квалификации специалиста и его осведомленности в области медицинского оборудования. Мнения хирургов о различных энергиях противоречивы: аппараты, высоко оцениваемые в одних исследованиях, подвергаются критике в других. Более того, аппараты, хорошо работающие в лаборатории, зачастую не проявляют свои преимущества в условиях реальной операционной. Поэтому необходима стандартизированная система подготовки хирургов в условиях клиники. Фундаментальное понимание того, как та или иная энергия работает в условиях операционной, какой эффект оказывает на ткани, чрезвычайно важно. Особое значение имеет соблюдение принципов безопасности для минимизации повреждений [148–162].

Заключение

В этом обзоре обсуждены преимущества и недостатки различных энергий, применяемых в хирургии. Когда мы рассма-

Преимущества и недостатки различных видов энергии

Таблица 1

Преимущества	Недостатки
Монополярная электрохирургия
1.    Простое, легкое в использовании оборудование 2.    Дешевизна в сравнении с другими видами энергии 3.    Укорачивает время операции 4.    Лучший метод для рассечения кожи [156] 5.    Малое термальное распространение на окружающие ткани – 1,5–2 мм [157]	1.    Возможно повреждение пациента при прямом и емкостном пробое. Пробой изоляции, дефекты в области пассивного (возвратного) электрода 2.    Конфликт с водителем ритма и другой аппаратурой 3.    Риск возгорания в операционной 4.    Задымление 5.    Высокая температура на кончике электрода, длительный период остывания до безопасной температуры в сравнении с другими видами энергии [12]
Биполярная электрохирургия
1.    Прохождение тока только через оперируемые ткани 2.    Хорошо пломбирует сосуды 3.    Задает единую температуру при работе с различными тканями разной толщины [10] 4.    Инструмент может иметь различную форму: ножницы, щипцы, зажим, ect.	1. Операция продолжительнее, чем при использовании монополярной электрохирургии, воздействие не столь эффективно на сосудах малого диаметра 2. Зона термального поражения зависит от мощности прибора и квалификации пользователя – Ligasure дает термальное поражение в интервале 0,6– 6 мм [26, 41, 162] 3. Задымленность значительная
Ультразвуковая энергия
1.    Дым отсутствует, имеет место небольшой туман из-за кавитационного эффекта 2.    Лучший метод для закупорки малых сосудов (до 2 мм) [27, 41, 162] 3.    Обеспечивает лучшее качество заваривания на малых мощностях [157] 4.    Сокращает время операции	1.    Создает высокую температуру на кончике инструмента, что может привести к повреждению соседних тканей или органов при контакте с ними в момент включения [10] 2.    Продуцируемая температура обратно пропорциональна толщине ткани [10] 3.    Термальное поражение может доходить до 8,5 мм [26] 4.    Воздействие неэффективно при диаметре сосудов более 2 мм [26, 41]
Лазер
1.    Наиболее эффективен в гинекологии 2.    Рубец менее выражен в сравнении с другими видами энергии	1.    Очень дорог 2.    Риск возгорания 3.    В целом, увеличивает время операции 4.    Газовая эмболия может быть фатальной 5.    Одно из двух – точность или эффективность – должны быть принесены в жертву [163]
Коагуляция в струе аргона
1.    Наиболее эффективна для осуществления гемостаза при операциях, сопровождающихся большой кровопотерей [96, 109, 113] 2.    Ускоряет время коагуляции 3.    Струя аргона устраняет кровь и сгустки из операционного поля, коагулируемая поверхность становится однородной 4.    Меньше дыма, чем при использовании обычной электрохирургии 5.    Термальное распространение стабильно (2–3 мм) [145]	1.    Основной недостаток – опасность газовой эмболии, что связано с плохой растворимостью аргона в крови. Это может привести к остановке сердца и смерти [97, 98, 100] 2.    Используют только для коагуляции, но не для резания

триваем термальные повреждения, монополярная хирургия дает их больше, чем ультразвук. Ультразвук обеспечивает лучшее заваривание малых сосудов, а электрохирургия – больших. АВС более эффективна на неровной поверхности, но она опасна газовой эмболией. Лазер очень дорог и на сегодня предназначен для гинекологических лапароскопических операций, хотя раньше его широко использовали и при ЛХЭ. Что касается продолжительности операции, то она наименьшая при использовании ультразвука. В плане смертности и осложнений наибольшее число нежелательных последствий наблюдают при использовании лазера и АВС, ими могут пользоваться лишь хирурги, хорошо владеющие этими технологиями. Электрохирургия наиболее популярна в лапароскопии, давно и хорошо знакома хирургам, повышение уровня ее безопасности минимизирует частоту повреждений.