Schlüsselpunkte
Ein besseres Verständnis der grundlegenden Konstruktionslehre des Kauters – der Verwendung eines heißen Instruments zur Zerstörung von Gewebe – wird Ihnen helfen, Elektrochirurgie sicherer durchzuführen. Der Wissenschaftler William Bovie hat den Kauter nicht erfunden, der auf die Ägypter im Jahr 3.000 v. Chr. zurückgeht. Aber er und der Neurochirurg Harvey Cushing entwickelten ein Elektrokautergerät, das im Operationssaal leicht zu handhaben war und das Gewebe zuverlässig durchschneiden und koagulieren konnte.
Der Elektrokauter hat sich in Bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit seit der Einführung von Bovies Gerät im Jahr 1920 und der Entfernung eines Hirntumors im Jahr 1926 stark weiterentwickelt, aber die grundlegende Theorie der Konstruktion ist unverändert. Wie funktionieren diese Geräte, die wir als selbstverständlich ansehen, wirklich? Was unterscheidet einen unipolaren oder bipolaren „Bovie“, einen Laser, ein Harmonic Scalpel (Ethicon Endo-Surgery, Inc., Cincinnati, Ohio) und LigaSure (ValleyLab, Boulder, Colo.)? Um diese Fragen zu beantworten, beginnen wir mit ein paar Informationen über die menschliche Zellphysiologie und über Elektrizität.
Erwärmen
Wenn man eine Zelle über ihren normalen physiologischen Temperaturbereich hinaus erwärmt, treten Veränderungen auf. Die Art der Erhitzung einer Zelle bestimmt, welcher thermische Effekt eintritt. Normalerweise verursacht die Erhitzung einer Zelle auf 45 °C keine dauerhaften Schäden oder verhindert die Zellfunktion. Ab diesem Punkt können sich die Zellen erholen. Oberhalb dieser Temperatur treten jedoch dauerhafte Schäden auf. Zwischen 45°C und 60°C denaturieren die Zellproteine und die Zellen sterben ab.
Wenn man eine Zelle langsam weiter auf 90°C erhitzt, verdampft das intrazelluläre Wasser langsam und die Zelle trocknet aus. Wenn eine Zelle auf 100°C erhitzt wird, verwandelt sich das intrazelluläre Wasser in Wasserdampf, wodurch sich die Zelle ausdehnt und ein übermäßiger Druck auf die Zellmembran ausgeübt wird. Bei einer schnellen Ausdehnung kann die Zelle die erhöhten Kräfte nicht mehr abbauen und zerreißt. Das ist das Grundprinzip aller Kauterisationsgeräte
Energieübertragung aus Elektrizität
Neuere Kauterisationsgeräte erzeugen Wärme durch Übertragung von Energie aus Elektrizität nach dem Joule’schen Gesetz:
Energie = Stromdichte* (zum Quadrat) X Widerstand X Zeit
(*Die Stromdichte ist definiert als der Strom geteilt durch die Querschnittsfläche.)
Wenn man das Joule’sche Gesetz auf unsere Kauterisationsgeräte anwendet, ergeben sich vier Hauptvariablen für die Leistung:1. Die Energiemenge, die dem Gewebe zugeführt wird,
2. die Zeit, in der die Energie zugeführt wird,
3. die Fläche, über die die Energie zugeführt wird, und
4. die Zusammensetzung des Gewebes, das erhitzt wird/thermische Ausbreitung.
Drei Kriterien zur Beurteilung eines Geräts
Es liegt auf der Hand, dass man eine größere Gewebewirkung erzielen kann, wenn man die meiste Energie auf eine möglichst kleine Fläche abgibt. Wichtig ist auch, wie lange die Energie abgegeben wird. Ein Defibrillator kann in einem Bruchteil einer Sekunde 400 Joule Energie an einen Patienten abgeben. Ein 500-W-Laser, der für eine Nanosekunde eingeschaltet wird, kann ein Loch in eine Wand brennen. Eine 500-W-Glühbirne, die 8 Sekunden lang eingeschaltet ist, gibt die gleiche Energiemenge ab, allerdings weniger dramatisch. Die Art und Weise, wie wir die Energie zuführen, ist der entscheidende Faktor für das, was wir chirurgisch erreichen wollen. Aber die Art und Weise, wie wir sie übertragen, kann auch negative Nebenwirkungen hervorrufen, die wir vermeiden wollen.