а) Отличие монополярных цепей от биполярных. Все современные электрохирургические аппараты предлагают возможность модуляции электрического тока, при этом радиочастотный импульс подается по моно- или биполярной схеме с непрерывной или прерывистой формой волны. По традиции мы называем эти два варианта «рассечение и коагуляция» в честь методик воздействия на ткани, описанных Уордом и Бови в 1920-х гг.
Однако термины «рассечение и коагуляция» являются некорректными, поскольку они относятся к типам воздействия на ткани, а не к форме волны, которая подробно рассматривается ниже. Кроме того, термин «монополярный ток» также является ошибочным, поскольку все электрические цепи технически должны быть биполярными.
Более подходящим будет говорить о различии между электрохирургическими схемами в контексте активных и рассеивающих электродов по отношению друг к другу. При монополярных цепях активный электрод (инструмент, создающий тканевой эффект) и рассеивающий электрод расположены на расстоянии друг от друга.
Таким образом, радиочастотная энергия поступает в организм через активный электрод и рассеивается по множеству путей, следуя по пути наименьшего сопротивления к рассеивающему электроду для завершения электрической цепи, меняя направление тысячи раз каждую секунду (рис. 1).
Рисунок 1. Монополярная электрическая цепь. Радиочастота подается от электрохирургического аппарата через активный электрод к пациенту, рассеивается по пациенту и возвращается в электрохирургический аппарат через удаленно расположенный возвратный электрод, завершая цепь
Концентрация радиочастотной энергии на активном электроде (высокая плотность тока) отвечает за локальное воздействие на ткани (например, ожог) в этом месте. И наоборот, диффузная природа радиочастотной энергии через тело и в месте расположения рассеивающего электрода (низкая плотность тока) объясняет, почему нет заметного эффекта.
Используя этот принцип, хирург может изменять степень воздействия активным электродом на ткань, просто меняя площадь поверхности инструмента, используемого для подачи тока (например, модулируя плотность тока при использовании стандартного электрохирургического электрода «лопатки» с режущей кромкой по сравнению с широкой поверхностью лезвия, обращенного к ткани, или при использовании игольчатого электрода), или изменяя настройки мощности (рис. 2).
Рисунок 2. Плотность тока. Более высокая концентрация радиочастотной энергии на активном электроде отвечает за тканевой эффект, достигаемый на этом участке. Увеличение размера электрода уменьшает плотность заряда и снижает локальный эффект. Далее, поскольку электрический ток излучается в сторону от активного электрода, эффект воздействия на ткани резко снижается
В биполярных цепях активный и рассеивающий электроды являются компонентами одного прибора и имеют сходные площади поверхности. Таким образом, плотность тока на обоих электродах в основном одинакова. Важно отметить, что единственной частью пациента, вовлеченной в биполярную цепь, является ткань, расположенная непосредственно между электродами (рис. 3). Тем не менее тепло может выходить за края электродов, известное как латеральное термическое распространение.
Рисунок 3. Биполярная электрическая цепь. Радиочастота подается от электрохирургического аппарата через активный электрод к пациенту и возвращается в электрохирургический аппарат через рассеивающий электрод, расположенный в том же инструменте, завершая цепь. В цепь вовлекается только ткань, расположенная между электродами
б) Отличие непрерывной формы волны от прерывистой. В монополярных схемах радиочастотная энергия может подаваться либо в виде непрерывной волны (рассечение), либо в виде прерывистых импульсов (коагуляция) электрического тока. В режиме рассечения через активный электрод подается непрерывная синусоидальная волна (непрерывный рабочий цикл). В противоположность режиму рассечения в режиме коагуляции радиочастотная энергия подается импульсами, при этом за определенное время энергия подается только приблизительно 6% этого времени (прерванный рабочий цикл).
В фазе покоя высушенная, охлажденная и свернувшаяся ткань с денатурированными белками увеличивает сопротивление и, таким образом, повышает напряжение, необходимое для непрерывной подачи энергии.
Большинство электрохирургических аппаратов имеют режим BLEND (BLEND — режим смешанного резания), в котором рабочий цикл изменяется в диапазоне от 40 до 80%, что позволяет сочетать свойства рассечения и коагуляции (рис. 4). Важно отметить, что при использовании режима BLEND подаваемая мощность зависит от настройки режима рассечения. Например, если настройка режима рассечения составляет 60 Вт, а режима коагуляции — 40 Вт, то при 50% режиме BLEND будет выдаваться 60 Вт в течение 50% времени и 0 Вт в оставшиеся 50% времени (то есть настройка режима коагуляции не влияет на выход энергии при выборе режима BLEND).
Рисунок 4. Непрерывные (рассечение) и прерывистые (коагуляция) рабочие циклы отличаются продолжительностью подачи радиочастотной энергии во времени и напряжением, необходимым для подачи этой энергии. Большинство генераторов предлагают режим BLEND, который обеспечивает некоторые особенности обоих режимов, изменяя продолжительность рабочего цикла
Все биполярные устройства передают радиочастотную энергию с помощью непрерывной синусоидальной формы волны (рассечение). Современные инструменты, доступные для использования в биполярном режиме, также используют сжимающую силу для снижения пульсового давления в сосудах и, следовательно, кровотока через промежуточную ткань и обеспечения слияния стенок сосудов (коаптация). Это помогает энергии оставаться сконцентрированной между электродами для достижения максимального воздействия на ткани. Кроме того, часто используются механизмы обратной связи для определения того, когда промежуточная ткань достаточно высушена.
Такая технология оценки реакции ткани позволяет адаптивному электрохирургическому аппарату измерять импеданс тканей тысячи раз и прекращать подачу энергии при достижении полного тканевого эффекта.
Хотя термины «рассечение и коагуляция» прочно вошли в наш электрохирургический лексикон, в отношении тканевого эффекта полезнее думать о форме волны и применяемой технике. Радиочастотная энергия может использоваться для рассечения тканей посредством быстрого повышения температуры в бесконтактном режиме (вапоризация) или коагуляции тканей посредством медленного глубокого обезвоживания и денатурации белков (десикация) или посредством электрической дуги с поверхностным распылением электронов (фульгурация), что часто приводит к карбонизации тканей (табл. 1).
При каждом из этих воздействий присутствовали температурные изменения. Хотя гибель клеток зависит от времени, температуры и давления, мы знаем, что необратимые повреждения в тканях обычно происходят при температуре >60 °C в результате внутриклеточной денатурации белков и коагуляции. Клеточная дегидратация (испарение воды) происходит при нагревании тканей до >90 °C, что называется десикацией. Быстрое повышение температуры до >100 °C приводит к разрыву клеточных стенок, поскольку жидкая вода превращается в пар в результате процесса, известного как парообразование.
При температуре >250 °C ткани начинают обугливаться и карбонизироваться, что приводит к эффекту фульгурации.
в) Тканевые эффекты:
1. Воздействие формы волны и контакта с тканями. Как упоминалось ранее, в режиме рассечения подается непрерывная синусоидальная форма волны, чередующаяся по направлению на высокой частоте, определяемой электрохирургическим аппаратом. Если радиочастота подается через небольшой активный электрод (высокая плотность тока) и с использованием бесконтактной техники, генерируется быстрое и интенсивное внутриклеточное тепло, в результате чего пораженные клетки испаряются. Пар занимает пространство, значительно превышающее объем воды в камере, что создает два эффекта. Во-первых, он буквально взрывает клетки.
Во-вторых, что не менее важно, он рассеивает выделяемое тепло для уменьшения термического повреждения прилегающих тканей. Следовательно, эффект коагуляции практически отсутствует.
Если активный электрод перемещается слишком медленно или слишком долго находится на одном месте, ткань высушивается, сопротивление увеличивается, и ткань обезвоживается медленнее (высыхает). Именно поэтому для эффективного и результативного разделения тканей хирург должен использовать непрерывную форму волны (режим рассечения) с маленьким или тонким активным электродом, который активируется непосредственно перед контактом с тканями. При пиковом напряжении около 200 В ионизированный воздух способствует образованию слоя пара по мере того, как электрод скользит по взрывающимся клеткам с минимальным окружающим теплом или коагуляцией тканей.
В режиме коагуляции с частотой 500 ГГц всплески радиочастотной энергии происходят >31 000 раз в секунду. Однако в режиме чистой коагуляции это составляет <5% времени. Именно во время интервалов «выключения» ткани охлаждаются и денатурируются (коагулируются), что увеличивает сопротивление. Если бы форма волны в режиме коагуляции имела такое же пиковое напряжение, как и форма волны в режиме рассечения, средняя мощность, передаваемая за единицу времени, была бы меньше, поскольку радиочастотная энергия большую часть времени выключена. Для того чтобы обеспечить такую же мощность, форма волны в режиме коагуляции должна обеспечивать такое же среднее напряжение, как и форма волны в режиме рассечения.
Для этого необходимо наличие больших пиковых напряжений в течение того процента времени, когда подается радиочастотная энергия (рис. 5).
Рисунок 5. Когда пиковое напряжение одинаково между чистым током в режиме рассечения и чистым током в режиме коагуляции (как показано на панели а), количество мощности, передаваемой в коагуляцию, составляет только одну треть от мощности в режиме рассечения. И наоборот, когда пиковая мощность одинакова между чистым током в режиме рассечения и чистым током в режиме коагуляции (как показано на панели б), пиковое напряжение в режиме коагуляции примерно в 3 раза больше, чем в режиме рассечения
Создаваемые высоковольтные искры более широко рассеяны, и из-за эффекта прерывистого нагрева температура клеток повышается не быстро или недостаточно для испарения. Следовательно, клетки обезвоживаются медленнее и не взрываются, создавая разрез в ткани, в результате повышается сопротивляемость тканей. Вследствие более высокого пикового напряжения (большей электродвижущей силы) формы волны в режиме коагуляции могут пропустить ток через более высокое сопротивление, что позволяет проводить поверхностную фульгурацию и более глубокую десикацию тканей, даже после наступления дегидратации. Фульгурация и высушивание представляют собой формы коагуляции тканей.
При высушивании концентрация тока связана с площадью контакта ткани с активным электродом. Это создает глубокое проникновение тепла и минимальное обугливание поверхности ткани. С другой стороны, фульгурация происходит при (бесконтактном) поверхностном искрообразовании. Вследствие высокого пикового напряжения при высокой плотности тока искры распыляются случайным образом в повторяющихся прерывистых циклах, что приводит к некрозу и обугливанию тканей. При одинаковой плотности тока бесконтактная фульгурация более эффективна для создания поверхностного некроза и обугливания. Однако контактное высушивание приводит к большей глубине обезвоживания тканей.
Скорость, с которой перемещается активный электрод, также может повлиять на тканевой эффект. Напомним, что при идеальной скорости активный электрод скользит по траектории испаряющихся клеток, рассекая ткани с минимальными побочными эффектами. С другой стороны, слишком медленное перемещение электрода (увеличение времени выдержки) приведет к увеличению тепла в окружающих тканях, что станет причиной эквивалентной степени коагуляции тканей. После фульгурации поверхностные ткани действуют как собственный изолятор. Пребывание в одной и той же ткани дольше, чем это необходимо для эффекта фульгурации, может привести к более глубокому повреждению ткани с риском возникновения блуждающих путей потока электронов.
Аналогично слишком быстрое перемещение активного электрода приведет к контактному режиму непрерывной формы волны (высыханию), поскольку он проскакивает через микросреду ионизированного воздуха, который создает слой пара из испарившихся клеток.
2. Форма электрода. Хирург может использовать комбинацию форм волны, характеристик активных электродов и хирургической техники для достижения тканевого эффекта (рис. 6). Дополнительные манипуляции с тканевыми эффектами могут быть достигнуты путем изменения размера электрода. Размер электрода контролирует плотность тока. Игольчатый электрод дает большую плотность тока, чем широкая поверхность электрохирургического электрода-лезвия.
Рисунок 6. Переменные, влияющие на тканевые эффекты, включают манипуляции с электродами (контактные или бесконтактные), форму волны (режимы рассечения против коагуляции или BLEND), размер электрода (плотность тока) и скорость перемещения активного электрода
Именно поэтому электрод с игольчатым наконечником будет быстрее создавать более высокую температуру, способствующую вапоризации (разрезанию), в то время как широкое лезвие приведет к более низкой плотности тока и более медленному и низкому повышению температуры, способствующему высушиванию тканей.
3. Тканевое сопротивление. Наконец, для достижения желаемого тканевого эффекта хирург должен принимать во внимание строение ткани. Импеданс (сопротивление) тканей, который в первую очередь зависит от содержания воды, также влияет на результат электрохирургического вмешательства. Импеданс высок в пересушенных и рубцовых тканях, умерен в жировых тканях и очень низок в сосудистых тканях с повышенным содержанием воды. Во время электрохирургии импеданс ткани динамичен. Более того, мощность, необходимая для достижения определенного электрохирургического эффекта, может варьировать в зависимости от пациента.
Худые, мускулистые пациенты в целом лучше проводят электричество. Тучные или истощенные пациенты могут создавать большее сопротивление тканей электрическому току, поэтому для достижения того же эффекта может потребоваться большая мощность.
Потребность в мощности для достижения заданного электрохирургического эффекта будет выше всякий раз, когда электрод прикладывается к области с более высоким импедансом. При более высоком сопротивлении возрастает вероятность того, что блуждающий ток будет искать альтернативные места действия. Например, при испарении воды и коагуляции тканей сопротивление возрастает иногда до такой степени, что ток не может протекать через ткань.
4. Расположение рассеивающего (возвратного) электрода. Рассеивающее расположение электродов также является важным фактором. Чем дальше от места операции, тем больше сопротивление и тем выше мощность, необходимая для достижения хирургического эффекта. Если хирург рефлекторно увеличивает мощность и, соответственно, выходное напряжение, ток, скорее всего, преодолеет сопротивление тканей и будет искать альтернативный путь наименьшего сопротивления к земле, что может привести к непреднамеренной термической травме.
