Kluczowe punkty
Doskonalsze zrozumienie podstawowej teorii konstrukcji kauteryzacji – użycia gorącego narzędzia do niszczenia tkanek – pomoże bezpieczniej wykonywać zabiegi elektrochirurgiczne. Naukowiec William Bovie nie wynalazł kauteryzacji, która pochodzi od Egipcjan z 3000 r. p.n.e.. Ale on i neurochirurg Harvey Cushing opracowali urządzenie do elektrokauteryzacji, które można łatwo stosować na sali operacyjnej i które może niezawodnie przecinać i koagulować tkanki.
Kauteryzacja przeszła długą drogę pod względem wydajności i niezawodności od czasu wprowadzenia urządzenia Bovie’go w 1920 roku i użycia go do usunięcia guza mózgu w 1926 roku, ale podstawowa teoria projektowania pozostała niezmieniona. Jak naprawdę działają te urządzenia, które uważamy za oczywiste? Co odróżnia jednobiegunowego lub dwubiegunowego „Bovie”, laser, Harmonic Scalpel (Ethicon Endo-Surgery, Inc., Cincinnati, Ohio) i LigaSure (ValleyLab, Boulder, Colo.)? Aby odpowiedzieć na te pytania, zaczniemy od kilku informacji o fizjologii ludzkich komórek i o elektryczności.
Podgrzewanie rzeczy
Gdy podgrzejesz komórkę powyżej jej normalnego fizjologicznego zakresu temperatur, zaczynają zachodzić zmiany. To, jak podgrzejesz komórkę, decyduje o tym, jaki efekt termiczny wywołasz. Zazwyczaj podgrzanie komórki do 45°C nie spowoduje trwałych uszkodzeń ani nie uniemożliwi funkcji komórkowych. W tym punkcie komórki mogą się zregenerować. Powyżej tej temperatury dochodzi do trwałego uszkodzenia. Między 45°C a 60°C białka komórkowe ulegają denaturacji i komórki umierają.
Jeśli powoli kontynuujesz ogrzewanie komórki do 90°C, woda wewnątrzkomórkowa będzie powoli wyparowywać, wysuszając komórkę. Kiedy komórka jest podgrzewana do 100°C, woda wewnątrzkomórkowa zamienia się w parę wodną, rozszerzając komórkę i wywierając nadmierne ciśnienie na błonę komórkową. Gdy rozszerzenie jest gwałtowne, komórka nie jest w stanie rozproszyć zwiększonych sił i pęka. To jest podstawowa zasada wszystkich urządzeń do kauteryzacji
Przekazywanie energii z elektryczności
Najnowsze urządzenia do kauteryzacji wytwarzają ciepło poprzez przekazywanie energii z elektryczności, zgodnie z prawem Joule’a:
Energia = gęstość prądu* (podniesiona do kwadratu) X opór X czas
(*Gęstość prądu jest zdefiniowana jako prąd podzielony przez pole przekroju poprzecznego.)
Zastosowanie prawa Joule’a do naszych urządzeń do kauteryzacji skutkuje czterema głównymi zmiennymi związanymi z wydajnością:1. Ilość energii dostarczanej do tkanki,
2. Czas dostarczania energii,
3. Obszar, na który dostarczana jest energia, oraz
4. Skład ogrzewanej tkanki/rozrzut termiczny.
Trzy kryteria oceny urządzenia
Intuicyjne jest, że można uzyskać większy efekt tkankowy przy użyciu największej energii dostarczonej do jak najmniejszego obszaru. Ważna jest również ilość czasu, w którym energia jest dostarczana. Defibrylator może dostarczyć pacjentowi 400 dżuli energii w ciągu ułamka sekundy. Laser o mocy 500 W włączony na nanosekundę może wypalić dziurę w ścianie. Żarówka o mocy 500 W włączona na 8 sekund dostarczy taką samą ilość energii, ale mniej dramatycznie. Sposób, w jaki przekazujemy energię, jest czynnikiem decydującym o tym, co chcemy osiągnąć chirurgicznie. Ale sposób, w jaki ją przekazujemy, może również powodować negatywne efekty uboczne, których chcemy uniknąć.