Az áram biofizikai hatása

Az áram három meghatározó fizikai paramétere az áramerősség, a feszültség és a szöveti ellenállás. Az ezek által meghatározott fizikai törvényszerűségeket az elektrosebészetben is figyelembe kell venni. Fontos további tényező az időfaktor, hiszen közel sem mindegy az áram behatásának időtartama.
Az élő szöveten áthaladó elektromos váltóáramhárom fő hatása: az elektrolitikus hatás, az izom-idegstimuláció és a termikus hatás. Ezek közül az elektrolitikus hatást és az ideg-izomstimulációt kívánatos kiküszöbölni. Előbbire az áram váltakozó jellege, utóbbira a váltakozás nagy frekvenciája szolgál. Ezen túlmenően is azonban az élő szöveteken fellépő effektus számos tényező hatásának eredője. A sebészetben az elektromos áramot ún. nagyfrekvenciás készülékek (generátorok) biztosítják, amelyek 300 kHz körüli frekvenciájú váltóárammal, 200-1000 V közötti feszültség biztosításával működnek.
Az elektromos energia másodlagos biológiai hatása, az ún. termodinamikaivagyis hőhatás, döntően függ az elért hőmérséklettől. A szövetek kb. 44 °C-on kezdenek necrotizálni, elhalni. Efölötti hőmérsékletnél (70 °C) koaguláció alakul ki, amely döntően a fehérje denaturálódáson alapszik. Műtét során ez a szövetek elfehéredésével jár és jól látható. 90 °C-on a szövetek dehidrálódnak (kiszáradnak). A párolgás 100 °C felett történik, azáltal, hogy a szöveti felmelegedés pillanatszerű, a sejtek folyadéktartalma hirtelen alakul át gázzá és a sejtek mintegy felrobbannak. Ez a folyamat már a szövetek szilárd anyagának átalakulását is okozza. Más folyamat játszódik le az un. karbonizáció (elszenesedés) során. Ha a kiszáradt szövetet további hőhatás éri, akkor a szövetek szilárd anyaga szénné redukálódik, ami többnyire nemkívánatos hatás.
Az elektrosebészetben az egyik fontos tényező az eszközrendszer unipoláris vagy bipoláris jellege. Fontos azonban hangsúlyozni, hogy ez önmagában még nem determinálja a sebészi felhasználás lehetőségeit. Az elektródok milyenségének, az alkalmazott áram fizikai jellemzőinek nagy a szerepe. Döntő jelentősége a behatolás helyén kialakuló áramsűrűségnek van (Watt/cm2). Bármely meghatározott áramsűrűség azonban a feszültség, ill. az áramerősség különböző kombinációival érhető el. Mivel a váltóáram biológiai hatásában az ún. "peak-to-peak" feszültségnek döntő szerepe van, az alkalmazó sebésznek tudnia kell, hogy a kívánt hatás mely módszerrel érhető el előnyösebben.
Egy másik fontos tényező, hogy az elektródok direkt kapcsolatban vannak-e a szövetekkel vagy sem. Ha igen, úgy az áram közvetlenül halad az eszközökről a szövetbe. Amennyiben nincs direkt érintkezés, úgy feszültségkülönbség alakul ki az elektród és a szövet között, aminek következtében szikrák keletkeznek (ún. fulguráció). Az árambelépés helyén az élő szövetben igen magas hőmérséklet lép fel, ami párolgást okoz.
Az itt vázolt tényezők és módozatok befolyásolják a választást az unipoláris és bipoláris eszköz között, mivel mindegyik más célra alkalmazható jobban.
 

Unipoláris elektrosebészet

A műtéti területre csak az aktív elektródot vezetik be, a neutrális a páciens testfelületére szélesen fekszik fel, és az áram a két elektród között folyik. A sebészetben az a cél, hogy a kívánt hatás elérése végett nagy áramerősség az aktív elektród és az ahhoz közeli szövetek között alakuljon ki. Ehhez az aktív elektród kisméretű, míg az ún. semleges elektród min. 180-200 cm felületű, és a legnagyobb áramerősség, valamint a következményes biológiai hatások az áram belépési pontján jönnek létre. Ugyanakkor az ún. kóboráramok veszélye nagy és ezt mindenkor szem előtt kell tartani. Ezt az eljárást az endoszkópos sebészet is széles körben alkalmazza, érdemes röviden részletezni a működés mechanizmusait.

A vágás effektusa relatíve nagy áramerősségű, alacsony, de 200 V-ot elérő feszültségű, folyamatosan ható nagyfrekvenciájú áram alkalmazása mellett jön létre. Az aktív elektród megközelíti a szövetet, de nincs direkt kapcsolatban vele, hanem egy “gőzbuborékon” keresztül érintkezik és köztük elektromos ívek keletkeznek. Az áramot generáló készülék a vágáshoz ún. módosítatlan váltóáramot biztosít. Ehhez megfelelően nagy áramsűrűségre van szükség, ami a szövetnedveket olyan gyorsan gőzzé alakítja, hogy annak nyomása a sejtmembránokat szétdarabolja. Mind az optimálisnál gyengébb, mind az erősebb áramerősség a koaguláció mértékét. növeli, más-más mechanizmussal. Optimális vágáskor túlsúlyban van a párolgás a koaguláció felett és a sebészi vágás során a szöveti elhalt terület keskenyebb, csökkentve a következményes fertőzés lehetőségét is. Ugyanebben az irányban hat a kisebb felszínű elektród gyorsabb mozgatása, szemben a vaskosabb, lassabban mozgatott elektród hatásával. A vágás dominanciájú effektus a generátor vonatkozásában is módosítható a nagyobb koagulációs hatás irányában. Ez úgy történik, hogy az áramot az idő egy bizonyos százalékában a generátor ismételten szünetelteti (nem-folyamatos) vagy pedig úgy is, hogy amplitúdómodulált nagy frekvenciás áramot hoz létre. Ezenkívül a feszültség emelkedésével is (változatlan áramerősség mellett) a vágás mellett megjelenik a koagulációs hatás. Ez biztosítja a vágással egyidejűleg a kiserek vérzésének csillapítását.
A laparoszkópia során használt elektrokoagulációs műszerek egyrészt abban térnek el a laparotomiánál alkalmazottaktól, hogy az a nyél, ami az elektromos hatást átadó műszervéget a hasba "behozza", a többi élő szövettől gondosan és nagy biztonsággal el van szigetelve.

A másik sajátossága e műszereknek, hogy igen sok esetben kombinált funkcióra konstruálták őket: az ollók, fogók, disszektorok az elektrokoagulációs generátorral összekapcsolhatók. Létezik olyan szívó-öblitő cső, amelyben unipoláris tűkoagulátor is bevezethető. Ezek a kombinációk fizikai értelemben lehetővé teszik, hogy az eszközök cseréje nélkül váltson át az operatőr egy másik művelet végzésére. Mindez azonban több hibalehetőséget is jelenthet.
 

Bipoláris elektrosebészet

A műtéti területre bevezetett eszköz két, egymástól szigeteléssel elválasztott része a két elektród. Elektromos áram elsődlegesen csak a két elektród közé került szöveten halad át. A mai készülékek bipoláris üzemmódban általában egy alacsony feszültségű, nagy áramerősségű, folyamatos hullámformát képeznek. A bipoláris eszköz elektródái (a csipesz szárai) csupán néhány mm távolságban vannak egymástól (1-2 mm zárt állapotban). Ezért ennek használatakor kisebb áramsűrűséget lehet és kell alkalmazni, mint az unipoláris rendszernél. Ennek oka egyrészt az, hogy az elektródok közötti szövetek ellenállása sokkal kisebb, másrészt a nagyobb áram magát az eszközt is tönkretenné. E tényezőkből fakadóan a bipoláris elektrokoaguláció vágásra kevésbé használható, mint az unipoláris, viszont deszikkálásra (kiszáradásra) sokkal inkább alkalmas.

Ha a bipoláris elektródot deszikkálásra alkalmazzák, (ami gyakori igény) akkor az áramsűrűség alacsony, mivel az eszköz elektródfelülete nagy. Ezért a deszikkálódás lassan megy végbe, ami türelmet igényel. Ezt a folyamatot érdemes kivárni. Nagyobb energiát alkalmazva ugyanis a hőmérséklet a szövetnek az elektróddal határos felszínén azonnal megemelkedik és a létrejövő elszenesedés miatt a megragadott szövet az eszközre tapad. Ez nem kívánatos, sőt az eszköz levételének megkísérlésekor szövetdarabok tépődhetnek le, vérzéshez vezetve. Ugyanakkor a mélyebb szöveti rétegek deszikkációja megáll, helyette az alkalmazott nagyobb energia fulgurációszerű jelenséghez vezethet. Mindezek alapján kisülés (szikra) vagy elszenesedés észlelésekor az eszközt alacsonyabb fokozatra kell állítani. A bipoláris deszikkáció a sebész türelmét igénylő eljárás, amit a módszer alkalmazójának tudomásul kell vennie.
A laparoszkópos műtéteknél legáltalánosabban használt a tubasterilizáló fogó, valamint a Kleppinger-féle bipoláris fogó. Ezzel összefoghatók koagulálni kívánt szövetek, de vérző felületek is koagulálhatók, ha oldalról úgy érintik a nyitott fogót az adott szervhez, hogy a koagulálni kívánt felület a fogó pofái közé kerüljön.
 

Termokoaguláció

Mindkét előző módozatnál áram folyik át az élő szöveteken. Ezt küszöböli ki az a módszer, ahol az áram csak az eszközön folyik keresztül és annak megfelelően kialakított részét felmelegíti. Itt a szöveti hőhatás az elsődleges és a "kóboráramok" veszélye kisebb.
A SEMM által kialakított rendszerű készüléken 80-120 °C közötti kívánt hőmérséklet és a behatás időtartama előre is beállítható. A hőmérséklet emelkedésével párhuzamosan változó hangmagasságú hangjelzés kíséri az eszköz aktív részének felmelegedését. A hőmérséklet csökkenésének lassúsága hátrány ugyan, de a hangjelzés megszűnése a 60°C alá történő csökkenést jelzi, ami már sebészi értelemben vett szövetroncsolást (elhalást) nem okoz.