不同組織在電刀筆電極表面的粘附行為研究*

栗云龍，茹磊磊，鄭 靖，付和林

(西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/摩擦學(xué)研究所，成都 610031)

·經(jīng)驗(yàn)交流·

不同組織在電刀筆電極表面的粘附行為研究*

栗云龍，茹磊磊，鄭 靖△，付和林

(西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/摩擦學(xué)研究所，成都 610031)

目的在電切模式下研究高頻電刀切割不同組織時電極表面的組織粘附行為。方法選用新鮮的離體豬組織為實(shí)驗(yàn)材料，在電刀筆完成對組織切割實(shí)驗(yàn)后，利用數(shù)碼相機(jī)和光學(xué)顯微鏡觀察電極表面粘附組織的形貌。結(jié)果切割肌肉組織時，電極表面粘附物由黃色焦痂和絮狀肌肉組織組成；切割脂肪組織時，電極表面粘附物主要為油脂和少量黃色焦痂；切割脂肪-肌肉混合組織時，電極表面粘附物是脂肪與肌肉組織粘附物的混合體；切割皮膚組織時，電極表面粘附物主要為膠體狀黑色焦痂。結(jié)論不同組織在電極表面的粘附行為存在顯著差異，有助于分析電極表面粘附組織的產(chǎn)生形式和影響因素，為高頻電刀的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)，并且可對臨床手術(shù)操作做出相應(yīng)的指導(dǎo)。

高頻電刀；電切；電極；豬組織；表面粘附

高頻電刀自1920年應(yīng)用于臨床，至今已有近百年的歷史[1]，逐步成為手術(shù)室中重要的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)設(shè)備之一[2]。作為一種進(jìn)行組織切割的電外科能量器械，高頻電刀通過有效電極端部產(chǎn)生的高頻高壓電流與肌體接觸時對組織進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對組織的分離和凝固，從而達(dá)到切割和止血的目的[3-6]。與傳統(tǒng)手術(shù)刀相比，具有切割速度快、止血效果好、操作簡單、安全方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。在臨床上使用高頻電刀可縮短手術(shù)時間，減少患者失血及輸血量，從而降低并發(fā)癥及手術(shù)費(fèi)用，因此，高頻電刀在臨床上得到普遍應(yīng)用，在很多手術(shù)中逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械式手術(shù)刀[7-8]。但高頻電刀在切割組織時產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致組織粘附在電極表面。醫(yī)生在臨床手術(shù)中經(jīng)常遇到電極表面出現(xiàn)組織粘附，他們大多認(rèn)為這只是一種臨床現(xiàn)象，并未引起足夠的重視。實(shí)際上，組織粘附到電極表面會影響電極的導(dǎo)電性，降低電極的切割效率，使得醫(yī)生在手術(shù)過程中需要進(jìn)行反復(fù)切割或者增大切割功率，從而造成不必要的組織損傷，甚至導(dǎo)致手術(shù)失敗，而且對患者術(shù)后感染和康復(fù)產(chǎn)生不利影響。國內(nèi)外關(guān)于高頻電刀等能量器械的研究主要關(guān)注以下3個方面：(1)高頻電刀的使用與操作安全性；(2)高頻電刀與常規(guī)手術(shù)刀的療效對比；(3)不同能量器械的療效對比，主要關(guān)注傷口的愈合時間、組織損傷程度、患者的生化指標(biāo)等方面[9-12]。然而，關(guān)于能量器械表面組織粘附問題的研究則極少，電極粘附行為研究目前少見報道。

本文在自行設(shè)計(jì)的高頻電刀操作平臺上，使用不同部位的新鮮離體豬組織作為切割對象，結(jié)合電極表面的形貌分析，考察了電切模式下高頻電刀切割組織時電極表面的粘附行為，分析了粘附產(chǎn)生的形式和影響因素。

1 材料與方法

1.1 材料 實(shí)驗(yàn)選用新鮮的離體豬肌肉組織、脂肪組織、脂肪-肌肉混合組織和皮膚組織,用刀把實(shí)驗(yàn)材料切割成約5.0 cm×6.0 cm×2.2 cm的標(biāo)準(zhǔn)樣品。高頻電刀電極有標(biāo)準(zhǔn)電極、延長電極，以及不同形狀的電極，選用揚(yáng)州市華威醫(yī)療器械有限公司長65 mm標(biāo)準(zhǔn)刀型電極，材質(zhì)為醫(yī)用304不銹鋼，具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于臨床。

1.2 儀器與設(shè)備 研究采用國產(chǎn)的賽龍(SAIRONG)300型高頻電刀，工作頻率為330 kHz，具有電切、電凝和混合3種切割模式，本研究選用可以達(dá)到良好切割效果的電切模式。在電刀的切割過程中人為操作影響因素多，而且各種因素難以精確控制，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的離散性大，重復(fù)性差，無法進(jìn)行對比分析。因此，本研究采用自行設(shè)計(jì)制備的電刀操作平臺進(jìn)行切割操作，由電源部分、傳動部分、控制部分和夾持部分組成，可以實(shí)現(xiàn)以下功能:(1)支撐平臺的3坐標(biāo)方向移動，達(dá)到對肌體切割位置和深度的控制；(2)往復(fù)直線移動；(3)無極變速，起到調(diào)節(jié)切割速度的作用。采用該平臺可以準(zhǔn)確控制電刀的切割速度、深度、長度等參數(shù)，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和可比性。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法 將電刀筆和離體豬組織固定在電刀操作平臺的夾持裝置上，模擬手術(shù)過程中電切模式下電刀筆的切割過程。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：室溫25 ℃，功率為40 W，切割速率約5.5 mm/s，切割長度約5.0 cm，切割深度約5.5 mm，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)8次。采用數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)顯微鏡和紅外光譜儀，觀察分析電極表面粘附組織的形貌和成分。

2 結(jié) 果

2.1 切割肌肉組織時電極表面的粘附行為 在電切模式下，使用高頻電刀對新鮮離體肌肉組織進(jìn)行切割時，電極表面出現(xiàn)兩種不同狀態(tài)的粘附物，如圖1所示。可以發(fā)現(xiàn)，電極表面粘附物由黃色焦痂和干燥絮狀肌肉組織組成，其中，黃色焦痂出現(xiàn)在電極頭部，干燥絮狀肌肉組織則出現(xiàn)在電極與組織接觸的末端。

A：黃色焦痂；B：干燥絮狀肌肉組織。

圖1 切割肌肉組織時電極表面形貌

2.2 切割脂肪組織時電極表面的粘附行為 圖2示出了切割新鮮離體脂肪組織時電極的表面形貌，電極表面出現(xiàn)大量液滴狀物質(zhì)和少量黃色焦痂組織(圖2A、B)。用80 ℃的水清洗電極表面時大部分液滴狀物質(zhì)被除去(圖2C、D)，這表明液滴狀粘附物可能是油脂類物質(zhì)。圖3給出了割脂肪組織時電極粘附物的紅外譜圖。可以發(fā)現(xiàn)，在1 150 cm-1出現(xiàn)一個飽和酯C-O強(qiáng)吸收譜帶，在1 750 cm-1出現(xiàn)一個飽和脂肪酸酯C=O吸收譜帶，在2 854 cm-1、2 923 cm-1有C-H 的對稱和非對稱的伸縮振動的吸收峰，這表明粘附物中含有脂類物質(zhì)。

A：浸水前黃色焦痂；B：浸水前油脂；C：浸水后黃色焦痂；D：浸水后油脂。

圖2 切割脂肪組織時電極表面形貌

圖3 切割脂肪組織時電極粘附物的紅外譜圖

2.3 切割脂肪-肌肉混合組織時電極表面的粘附行為 切割新鮮離體脂肪-肌肉混合組織時電極表面形貌，見圖4。可以發(fā)現(xiàn)，電極表面的粘附物為液滴狀油脂類物質(zhì)與黃色焦痂組織的混合體，其中，與切割肌肉組織時電極表面形貌相比，此時電極表面的黃色焦痂明顯減輕，而且未出現(xiàn)干燥的絮狀肌肉組織。

A：黃色焦痂；B：油脂。

圖4 切割脂肪-肌肉混合組織時電極表面形貌

2.4 切割皮膚組織時電極表面的粘附行為 圖5示出了電切模式下使用高頻電刀切割新鮮離體皮膚組織時電極表面形貌。可以發(fā)現(xiàn)，切割皮膚組織時電極表面粘附明顯加劇，出現(xiàn)大塊的黑色膠體狀焦痂，同時還伴隨有極少量的黃色焦痂。

A：黃色焦痂；B：黑色膠體狀焦痂。

圖5 切割皮膚組織時電極表面形貌

3 討 論

如前所述，高頻電刀廣泛應(yīng)用于臨床手術(shù)中，而電極表面的組織粘附問題是臨床醫(yī)生經(jīng)常碰到的問題，不僅影響切割效率，而且會影響手術(shù)質(zhì)量和患者的術(shù)后愈合，此外，還會增加器械消毒的難度。因此，很有必要研究切割組織過程中電極表面的粘附行為和相關(guān)作用機(jī)制。

電切模式下使用高頻電刀切割不同組織時，電極表面的粘附行為存在顯著差異。這可能是因?yàn)椴煌锝M織中水、蛋白質(zhì)、脂類等水平不同，切割不同組織時組織在電極表面發(fā)生的化學(xué)變化和劇烈程度不同所致。肌肉組織由75%的水和25%的固體物構(gòu)成。在電刀切割肌肉組織時，電極與組織接觸部分是依靠電阻發(fā)熱產(chǎn)生的熱量進(jìn)行切割，而電極后端是由其前端通過熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生的熱量，所以在電極切割組織時從電極頭部到末端溫度是逐漸降低的。故電極表面靠近頭部區(qū)域溫度較高，使得與電極頭部接觸的肌肉組織內(nèi)的蛋白質(zhì)熱變性、碳化，從而在電極表面形成黃色的焦痂組織；從電極頭部到末端表面溫度逐漸降低，與電極接觸的肌肉組織損傷從蛋白質(zhì)熱變性、碳化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)熱變性、凝固，因此，在電極與組織接觸的末端出現(xiàn)以干燥絮狀肌肉組織為主的粘附物。脂肪組織由10%～30%的水、2%的蛋白質(zhì)和80%的脂類構(gòu)成。脂肪組織中的脂類物質(zhì)經(jīng)過加熱產(chǎn)生化學(xué)變化生成了油，因而透明液滴狀的油脂在熱水中很容易被清除；而其中少量的蛋白質(zhì)經(jīng)過熱變化使其變性，產(chǎn)生的黃色焦痂組織粘附到電極表面，與肌肉組織相比顏色較淺。脂肪-肌肉混合組織是由肌肉組織和脂肪組織按照非特定比例構(gòu)成，所以切割脂肪-肌肉混合組織時粘附組織是脂肪組織與肌肉組織粘附產(chǎn)物的組合。皮膚組織由的水、70%的膠原蛋白和微量糖類/脂類構(gòu)成。在切割皮膚組織時，電極表面的粘附物主要為膠體狀黑色焦痂。這是因?yàn)槠つw組織中的膠原蛋白遇熱會發(fā)生收縮(熱縮溫度為60～65 ℃)，當(dāng)溫度較高時變?yōu)槊髂z，粘附在電極表面；而微量的糖類/脂類遇熱則碳化，形成了黃色焦痂。切割脂肪組織時電極粘附物的紅外譜圖顯示的對稱和非對稱的伸縮振動的吸收峰，都是由脂肪的官能團(tuán)振動引起的[13-15]。

對比不同組織在電極表面的粘附情況還發(fā)現(xiàn)，組織中的水分起到極其重要的作用。組織含水量越低，組織阻抗越大，則在電極表面單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，水分汽化損失的熱量就會減少，致使電極在切割組織時的溫度越高，導(dǎo)致組織發(fā)生的化學(xué)變化更加劇烈，從而影響電極表面的組織粘附。以肌肉組織和皮膚組織為例，電極切割肌肉組織時表面形成一層薄薄的黃色焦痂，切割皮膚組織時電極表面形成一層厚厚的黑色焦痂。如前所述，肌肉組織含水量高達(dá)75%，而皮膚組織含水量為20%～35%，這會導(dǎo)致電極切割皮膚組織時的表面溫度明顯高于切割肌肉組織時的表面溫度，使得皮膚組織中的蛋白質(zhì)等物質(zhì)在電極表面發(fā)生顯著的碳化，從而在電極表面形成黑色焦痂，粘附加劇。

以上分析表明，導(dǎo)致電刀電極表面粘附行為差異的主要因素是組織成分和溫度，因此，在手術(shù)過程中可以采用以下兩種措施來減少粘附物的產(chǎn)生、避免不必要的組織損傷：(1)切割不同部位的組織時，可以適當(dāng)增大或者降低電刀功率來確保最優(yōu)的手術(shù)效果，譬如，切割肌肉組織時降低電刀功率，切割脂肪組織時提高電刀功率；(2)可考慮增加恒溫反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)、在電刀筆部位增加自動噴水裝置等措施，優(yōu)化高頻電刀。

需要指出的是，本研究采用離體組織代替活體組織有一定的局限性，下一步研究將采用活體動物實(shí)驗(yàn)，深入研究高頻電刀切割組織時血液等生命活性物質(zhì)對電極表面組織粘附行為的影響及作用機(jī)制。

在高頻電刀電切模式下切割不同組織時，電極表面的組織粘附行為存在著顯著差異。切割肌肉組織時，電極表面粘附物由黃色焦痂和絮狀肌肉組織組成；切割脂肪組織時，電極表面粘附物主要為油脂和少量黃色焦痂；切割脂肪-肌肉混合組織時，電極表面粘附物是脂肪與肌肉組織粘附物的混合體；切割皮膚組織時，電極表面粘附物主要為膠體狀黑色焦痂。生物組織中水、蛋白質(zhì)、脂類等含量的不同，導(dǎo)致電極表面出現(xiàn)不同的粘附行為。本研究結(jié)果為進(jìn)一步揭示電極表面組織粘附的成因及去除奠定了基礎(chǔ)。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.29.033

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51290291)。

:栗云龍(1988-)，在讀碩士，主要從事生物摩擦學(xué)及表面工程研究?！?/p>

，Tel:(028)87634037;E-mail:zhengj168@163.com。

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1671-8348(2015)29-4131-03

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