Electrochirurgia

Electrochirurgia reprezinta aplicarea curentului electric cu frecventa inalta asupra tesutului biologic, ca mijloc de taiere, pentru coagulare sau pentru distrugerea unui anumit tesut. Beneficiile elctrochirurgiei includ abilitatea de a realiza taieturi precise cu pierdere de sange limitata. Instrumentele din electrochirurgie sunt utilizate frecvent in timpul operatiunilor chirurgicale pentru prevenirea pierderii de sange, atat in saloanele de chirurgie din spitale cat si pentru proceduri realizate la pacientii nespitalizati.

In procedurile chirurgicale, tesutul este incalzit de catre curentul electric. Cu toate ca instrumentele electrice pot fi utilizate pentru cauterizarea tesuturilor in diverse aplicatii, electrochirurgia este in general utilizata pentru o metoda destul de diferita de electrocauterizare.

Exista posibilitatea utilizarii conducerii termice de la o proba incalzita catre o temperatura incandescenta a unui curent direct. Aceasta ar putea fi obtinuta prin curent direct de la celule intr-un instrument cu lanterna.

Electrochirurgia utilizeaza insa curent alternativ pentru a incalzi direct insusi tesutul. Cand acest lucru rezulta in distrugerea vaselor mici de sange si oprirea sangerii, este din punct de vedere tehnic un proces de electrocoagulare, cu toate ca electrocauterizarea este uneori vaga si este utilizata pentru a o descrie din alt punct de vedere decat cel tehnic.

Electrochirurgia este confundata adesea cu diatermia. Spre deosebire de inclazirea Ohmica cu curent electric care trece prin tesutul conducator in electrochirurgia conventionala, diatermia reprezinta incalzirea dielectrica, produsa de rotatia dipolilor conventionali la frecventa inalta alternand cu campul electric. Acest efect este utilizat pe scara larga in cuptoarele cu microunde care opereaza la frecvente de gigahertzi.

Electrochirurgia este utilizata in mod obisnuit in proceduri dermatologice, ginecologice, cardiace, de chirurgie plastica, oculare, ale coloanei vertebrale, maxilofaciale, ortopedice, urologice, neurologice sau de chirurgie generala precum si in proceduri dentare.

Electrochirurgia este realizata cu ajutorul unui generator de electrochirurgie si a unui instrument de mana care include unul sau mai multi electrozi, numit si cutit RF. Aparatul utilizat pentru taiere sau coagulare in diverse interventii chirurgicale poarta denumirea informala de „Bovie”, dupa inventatorul acestuia.

Dezvoltarea primelor instrumente electrochirurgicale comerciale a fost realizata de catre William T. Bovie, care a elaborat primul instrument in timp ce lucra la universitatea Harvard.

Prima utilizare a unui generator electrochirurgical intr-o sala de operatie s-a petrecut in anul 1926 in octombrie, intr-un spital din Boston, Massachusetts. Operatia a constat in indepartarea unei mase tumorale din capul unui pacient si a fost realizata de catre Harvey Cushing. In anul 1940 s-a introdus primul instrument cu frecventa inalta.

Stimularea electrica a celulelor neurale si musculare

Celulele neurale si musculare sunt excitabile electric, de exemplu pot fi stimulate de curent electric. In cazul pacientilor umani, o astfel de stimulare poate produce durere acuta, spasm muscular si chiar stop cardiac.

Sensibilitatea celulelor nervoase si musculare in campul electric se datoreaza canalelor ionice voltaj-dependente prezente in membranele celulare. Pragul stimularii nu variaza foarte mult la frecvente joase. Totusi, pragul incepe sa creasca cu scaderea duratei unui ciclu atunci cand scade sub un minim caracteristic, numit cronaxie.

In mod tipic, cronaxia celulelor neurale este de aproximativ la o valoare de 0,1-10 ms, deci sensibilitatea la stimularea electrica (inversul pragului de stimulare) scade cu cresterea frecventei in raza de actiune KHz sau mai sus. Trebuie tinut cont de faptul ca frecventa curentului electric alternativ este inversul duratei a unui singur ciclu. Pentru a minimizaefectele stimularii musculare si neurale, echipamentul electrochirurgical opereaza in mod tipic la frecvente radio de 100 kHz la 5 MHz.

Functionarea la frecvente inalte ajuta de asemenea la minimizarea cantitatii de hidrogen si oxigen generata de electroliza apei. Aceasta consideratie este in mod special importanta pentru aplicatiile in mediu lichid, in compartimente inchise, unde generarea de baloane de gaz ar putea interfera cu procedura. De exemplu, balonasele produse in timpul unei operatii in interiorul ochiului ar putea obstrua vizionarea campului de lucru.

Configuratii comune de electrozi pentru instrumentele cu impamantare

Se diferentiaza mai multe tipuri de configuratii de electrozi sau topologii de circuite:

In configuratia bipolara voltajul este aplicat pacientului prin intermediul unei perechi de lectrozi de dimensiuni similare. De exemplu, un forceps special, conectat la un pol al generatorului AC si cu celalalt capat conectat la celalalt pol al generatorului.

In momentul in care o bucata de tesut este tinuta cu forcepsul, curentul electric de inalta frecventa trece dintr-o parte in alta a forcepsului, incalzind tesutul la nivelul caruia se intervine.

In configuratia monopolara pacientul este atasat la electrodul de intoarcere, o placa de metal relativ larga sau un plastic metalizat conectat la electrodul de intoarcere al sursei AC. Chirurgul utilizeaza un electrod ascutit pentru a realiza contactul cu tesutul. Curentul electric trece de la electrodul activ, prin corp pana la electrodul de intoarcere si apoi inapoi la generatorul electrochirurgical. Din moment ce curentul electric se imprastie de la electrodul ascutit pe cand intra in corp, densitatea curentului scade rapid direct proportional cu distanta de la electrod. Din moment ce rata incalzirii este proportionala cu patratul densitatii electrice, incandescenta apare intr-o regiune localizata sau aproape de varful probei. La nivelul unei extremitati precum degetul, exista o suprafata limitata pentru intoarcerea curentului pentru a se imprastia, ceea ce ar putea rezulta in densitate a curentului inalta si o incalzire in cadrul volumului extremitatii.

Exista de asemenea o configuratie comuna intermediara, cand ambii electrozi sunt loccalizati la nivelul aceleiasi probe, dar electrodul de intoarcere este mult mai mare decat cel activ. Din moment ce densitatea curentului este mai inalta in fata electrodului mic, incandescenta si efectul tisular asociat au loc in fata electrodului activ, si exact pozitia electrodului de intoarcere in tesut nu este critica.

Uneori o astfel de configurare poarta denumirea de „sesquipolara”, cu toate ce originea termenului din latina reprezinta un procent de 1,5.

Electrochirurgia cu frecventa inalta relativ slaba poate fi realizata la pacientii constienti nespitalizati fara electrod de intoarcere. Operarea la curent de frecventa scazuta fara electrod de intoarcere este posibila pentru ca la frecvente medii (de 100-500 kHz) pe care le genereaza masina, capacitatea proprie a organismului pacientului este suficient de mare pentru a permite curentului sa se comporte ca o cale de intoarcere (care este intre corpul pacientului si potentialul de intoarcere al aparatului).

Un exemplu de astfel de aparat poarta denumirea de „hyfrecator”. Acest termen a aparut in anul 1940 ca denumire a unei institutii pentru „High Frequency Eradicator” dar acum se refera generic la aparatele din clasacelor cu un singur electrod, non-izolat cu putere scazuta, utilizate in mod special pentru birouri.

O cale de intoarcere accidentala aditionala prin impamantare reprezinta un pericol de arsura la un nivel indepartat de electrodul de proba si din acest motiv instrumentele cu un singur electrod sunt utilizate doar pe pacientii constienti de existenta unor astfel de complicatii, si numai in conditii speciale.

Intr-o astfel de setare, aparatele nu sunt utilizate pentru a taia tesuturi, ci pentru a distruge leziuni relativ mici ca intindere si de asemenea pentru stoparea sangerarii in incizii chirurgicale realizate cu instrumente cu lame taioase sub anestezie locala.

Modalitati electrochirurgicale

In situatia in care se utilizeaza pentru taire, electrodul atinge tesutul si se aplica o densitate de putere mare pentru a vaporiza continunul de apa al tesutului. Din moment ce vaporii de apa nu sunt conductivi in mod normal, curentul electric nu poate trece de stratul de vapori. Distribuirea de nergie dincolo de pragul de vapori poate continua daca se aplica voltaj suficient de mare (>+/- 200 V) pentru a ioniza vaporii si a-l transforma in plasma conductiva. Vaporii si fragmentele din tesutul supraincazlit si ejectat, se formeaza un crater. Suprafetele electrozilor se utilizau pentru taiere, adesea insa se utilizeaza o sarma mai subtire, in detrimentul unei lame plate cu suprafata rotunda.

Coagularea este realizata prin utilizarea unor semnale cu putere mai scazuta, generand incalzire insuficienta pentru vaporizarea exploziva, producand insa o coagulare termica.

Disecarea electrochirurgicala apare atunci cand electrodul atinge tesutul deschis iar gradul de caldura generata este mai scazut decat cel necesar pentru taiere.

Suprafata tisulara si o parte din stratul mai profund al probei se usuca si formeaza un coagulum (o parte uscata de tesut necrozat). Aceasta tehnica ar putea fi utilizata pentru tratamentul nodulilor subcutanati unde se doreste distrugere tegumentara minimala.

In mod de fulguratie, electrodul este tinut departe de tesut, deci spatiul de aer dintre electrod si tesut este ionizat, se petrece o descarcare a unui electric.

In aceasta abordare arderea tesutului este mai superficiala, deorece curentul electric este imprastiat la nivelul suprafetei tesutului mai mare decat varful electrodului. Sub aceste conditii, carbonizarea superficiala a tegumentului este vazuta pe o suprafata mai mare decat atunci cand se opereaza in contact cu proba iar aceasta tehnica este deci utilizata pentru leziuni foarte superficiale sau protruzive precum polipi fibroepiteliali. Ionizarea spatiului aerian necesita voltaj in distanta kV.

In afara de efectele termale asupra tesuturilor, spatiul electric poate produce pori in celulele membranare, fenomen care poarta denumirea de electroporar. Acest efect ar putea afecta celulele dincolo de distanta distrugerii termale.

Electrochirurgia din campul ud

Se diferentiaza instrumente pentru camp uscat si pentru camp ud. Cele pentru campul ud opereaza in solutie salina sau in cazul leziunilor deschise. Incalzirea este un rezultat al curentului alternativ care trece intre cei doi electrozi. Incalzirea este in general ceamai mare acolo unde densitatea curentului este cea mai mare. Astfel, este in general electrodul cel mai mic sau ascutit cel care genereaza cea mai mare caldura.

Cele mai multe instrumente utilizate pentru campul umed pentru taiere sau coagulare opereaza in doua moduri: taierea produce o suprafata mica de tesut sa fie vaporizata si coagularea produce uscarea tesutului, in sensul stoparii sangerarii la nivelul unui anumit tesut. Tesuturile „uscate” sunt distruse si vor fi indepartate de tesut fibros dar sunt temporar intacte dupa aplicarea electrochirurgicala. Profunzimea necrozei tesutului este in mod tipic cu cativa mm aproape de contactul cu electrodul.

Taierea: Daca nivelul voltajului este suficient de mare, caldura generata poate produce un „buzunar” de vapori. Acesta atinge in mod tipic temperaturi de aproximativ 400 de grade Celsius, ceea ce vaporizeaza si explodeaza o sectiune mica de tesut moale, rezultand intr-o incizie.

Coagularea: atunci cand sistemul opereaza in „modul de coagulare” voltajul este in general mai mic decat in modul de taiat si puterea distribuita este mai mica. Astfel, acest lucru genereaza mai putina caldura si nu se genereaza „buzunarul de vapori”. Tesutul ramane in mare intact dar celulele sunt distruse si etanseizate, oprind sangerarea din arterele mici si capilare.

Undele din electrochirurgie

Diferitele unde pot fi utilizate pentru diverse proceduri electrochirurgicale. Pentru taiere, se utilizeaza o unda cu frecventa unica in general. Inclazirea rapida a tesutului conduce catre o vaporizare exploziva a fluidului interstitial. Daca voltajul este suficient de mare (>400 V varf la varf), stratul de vapori este ionizat, formand plasma conductiva. Curentul electric continua sa treaca de la electrodul de metal prin gazul ionizat in tesut. Supraincalzirea rapida a tesutului rezulta in vaporizarea acestuia, fragmentarea sau ejectia fragmentelor, permitand taierea tesutului.

In aplicatiile undelor continue difuzia caldurii conduce in mod tipic la formarea unor suprafete de leziuni termale semnificative la nivelul marginilor leziunii. Voltajul din circuit deschis in undele electrochirurgicale este in mod tipic intre 300-10.000 V varf la varf.

Precizia mai inalta poate fi obtinuta cu ajutorul undelor pulsatile. Utilizarea unor explozii de zeci de microsecunde in durata in care tesutul poate fi taiat, in timp ce dimensiunea zonei de difuzie a caldurii nu depaseste scala celulara.

Acumularea de caldura in timpul aplicarii repetitive a acestor explozii poate fi de asemenea impiedicata daca exista suficient declaj intre acestea, peritand tesutului sa se raceasca. Proportia dintre utilizarea si repaus poate fi variata pentru a permite controlul ratei de incalzire. Un parametru relationat, ciclul de datorie, este definit ca o rata a timpului activ cu perioada (timpul unui singur ciclu deschis-inchis).

In terminologia ingineriei electrice, acest proces de alternare a amplitutidinii unei unde periodice este numit modulatie.

Pentru coagulare, puterea medie este in mod tipic redusa intre pragul de taiere. In mod tipic, undele sunt pornite si oprite in succesiune rapida. Efectul per total este un proces de incalzire mai incet, ceea ce face ca tesutul sa se coaguleze. In modul de coagulare simpla sau taiere, ciclul tipic de coagulare este in mod obisnuit auzit de ureche ca o freceventa joasa si ca un ton mai aspru decat tonul de frecventa mai inalta din modul de taiere cu acelasi echipament.

Multe dintre generatoarele moderne din electrochirurgie ofera unde sofisticate cu putere ajustabila in timp real, bazate pe modificarile din impedanta tesutului.

Preventia leziunilor nedorite

Pentru utilizarile cu putere inalta in timpul anesteziei, modalitatea monopolara se bazeaza pe un contact intre o suprafata mare a corpului, in mod tipic cel putin intregul spate al pacientului si electrodul de intoarecere, cunoscut ca dispozitiv dispersiv.

Arsurile severe (de gradul III) pot aparea in cazul in care contactul cu electrozii de intoarcere este insuficient sau cand un pacient vine in contact cu obiecte metalice care servesc ca o cale de legatura catre pamant.

Pentru a preveni arsurile nedorite, tegumentul este curatat si se utilizeaza un gel conductiv pentru a stabili contactul cu electrodul de intoarcere. Impamantarea corecta electrica trebuie sa fie urmarita in aranjarea electrozilor. Se recomanda de asemenea sa se utilizeze o unitate moderna electrochirugicala care include un sistem de monitorizare a electrodului de intoarcere care testeaza in mod continuu contactul in siguranta cu pacientul. Aceste sisteme interogheaza impedanta unui electrod de intoarcere si va declansa o alarma, oprind generatorul sa functioneze in cazul unor defecte. Primele generatoare se bazau pe electrozi cu o singura placuta si astfel nu existau mijloace de verificare a legaturii in siguranta cu pacientul. Electrozii de intoarcere ar trebui intotdeauna sa aiba contact complet cu tegumentul si sa fie plasati pe aceeasi parte a corpului si aproape de partea unde se realizeaza procedura.

Daca exista orice fel de metal in corpul pacientului, electrodul de intoarece este plasat pe partea opusa a corpului fata de metal si sa fie plasat intre metal si partea opusa. Acest lucru opreste curentul sa treaca in mod selectiv prin metal in traiectul catre electrodul de intoarcere.

De exemplu, in cazul unui pacient care are o proteza de sold pe partea dreapta si este planificat pentru interventie chirurgicala, electrodul de intoarece este plasat in stanga corpului pe partea laterala a abdomenului inferior, ceea ce plaseaza electrodul de intoarcere intre locatia meralului si campul operator si pe partea opusa fata de metal. Daca exista metal pe ambele parti ale corpului, electrodul de intoarcere este plasat intre metal si locul de procedura daca este posibil. Localizarile obisnuite ale electrodului de intoarcere includ portiunile laterale ale coapselor, abdomenului, spatelui sau omoplatilor.

Utilizarea optiunii bipolare nu necesita plasarea unui electrod de intoarcere intrucat curentul trece doar printre laturile forcepsului sau ale altui instrument bipolar.

Electrochirurgia ar trebui sa fie utilizata doar de catre un medic care a urmat specializare in acest domeniu si care este familiar cu astfel de tehnici utilizate pentru prevenirea arsurilor.

Exista preocupari privind toxicitatea fumului chirurgical produs in cadrul utilizarii electrochirurgiei. S-a dovedit ca acesta contine chimicale care ar putea produce leziuni prin inhalarea acestui fum de catre pacienti, medicul chirurg sau echipa operatorie.