不同组织在电刀笔电极表面的粘附行为研究*

栗云龙，茹磊磊，郑 靖，付和林

(西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/摩擦学研究所，成都 610031)

·经验交流·

不同组织在电刀笔电极表面的粘附行为研究*

栗云龙，茹磊磊，郑 靖△，付和林

(西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/摩擦学研究所，成都 610031)

目的在电切模式下研究高频电刀切割不同组织时电极表面的组织粘附行为。方法选用新鲜的离体猪组织为实验材料，在电刀笔完成对组织切割实验后，利用数码相机和光学显微镜观察电极表面粘附组织的形貌。结果切割肌肉组织时，电极表面粘附物由黄色焦痂和絮状肌肉组织组成；切割脂肪组织时，电极表面粘附物主要为油脂和少量黄色焦痂；切割脂肪-肌肉混合组织时，电极表面粘附物是脂肪与肌肉组织粘附物的混合体；切割皮肤组织时，电极表面粘附物主要为胶体状黑色焦痂。结论不同组织在电极表面的粘附行为存在显著差异，有助于分析电极表面粘附组织的产生形式和影响因素，为高频电刀的优化设计提供参考数据，并且可对临床手术操作做出相应的指导。

高频电刀；电切；电极；猪组织；表面粘附

高频电刀自1920年应用于临床，至今已有近百年的历史[1]，逐步成为手术室中重要的现代医学设备之一[2]。作为一种进行组织切割的电外科能量器械，高频电刀通过有效电极端部产生的高频高压电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对组织的分离和凝固，从而达到切割和止血的目的[3-6]。与传统手术刀相比，具有切割速度快、止血效果好、操作简单、安全方便等诸多优点。在临床上使用高频电刀可缩短手术时间，减少患者失血及输血量，从而降低并发症及手术费用，因此，高频电刀在临床上得到普遍应用，在很多手术中逐渐取代传统的机械式手术刀[7-8]。但高频电刀在切割组织时产生高温，导致组织粘附在电极表面。医生在临床手术中经常遇到电极表面出现组织粘附，他们大多认为这只是一种临床现象，并未引起足够的重视。实际上，组织粘附到电极表面会影响电极的导电性，降低电极的切割效率，使得医生在手术过程中需要进行反复切割或者增大切割功率，从而造成不必要的组织损伤，甚至导致手术失败，而且对患者术后感染和康复产生不利影响。国内外关于高频电刀等能量器械的研究主要关注以下3个方面：(1)高频电刀的使用与操作安全性；(2)高频电刀与常规手术刀的疗效对比；(3)不同能量器械的疗效对比，主要关注伤口的愈合时间、组织损伤程度、患者的生化指标等方面[9-12]。然而，关于能量器械表面组织粘附问题的研究则极少，电极粘附行为研究目前少见报道。

本文在自行设计的高频电刀操作平台上，使用不同部位的新鲜离体猪组织作为切割对象，结合电极表面的形貌分析，考察了电切模式下高频电刀切割组织时电极表面的粘附行为，分析了粘附产生的形式和影响因素。

1 材料与方法

1.1 材料 实验选用新鲜的离体猪肌肉组织、脂肪组织、脂肪-肌肉混合组织和皮肤组织,用刀把实验材料切割成约5.0 cm×6.0 cm×2.2 cm的标准样品。高频电刀电极有标准电极、延长电极，以及不同形状的电极，选用扬州市华威医疗器械有限公司长65 mm标准刀型电极，材质为医用304不锈钢，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，广泛应用于临床。

1.2 仪器与设备 研究采用国产的赛龙(SAIRONG)300型高频电刀，工作频率为330 kHz，具有电切、电凝和混合3种切割模式，本研究选用可以达到良好切割效果的电切模式。在电刀的切割过程中人为操作影响因素多，而且各种因素难以精确控制，导致实验结果的离散性大，重复性差，无法进行对比分析。因此，本研究采用自行设计制备的电刀操作平台进行切割操作，由电源部分、传动部分、控制部分和夹持部分组成，可以实现以下功能:(1)支撑平台的3坐标方向移动，达到对肌体切割位置和深度的控制；(2)往复直线移动；(3)无极变速，起到调节切割速度的作用。采用该平台可以准确控制电刀的切割速度、深度、长度等参数，提高实验结果的重复性和可比性。

1.3 实验方法 将电刀笔和离体猪组织固定在电刀操作平台的夹持装置上，模拟手术过程中电切模式下电刀笔的切割过程。实验参数如下：室温25 ℃，功率为40 W，切割速率约5.5 mm/s，切割长度约5.0 cm，切割深度约5.5 mm，每组实验重复8次。采用数码相机、光学显微镜和红外光谱仪，观察分析电极表面粘附组织的形貌和成分。

2 结 果

2.1 切割肌肉组织时电极表面的粘附行为 在电切模式下，使用高频电刀对新鲜离体肌肉组织进行切割时，电极表面出现两种不同状态的粘附物，如图1所示。可以发现，电极表面粘附物由黄色焦痂和干燥絮状肌肉组织组成，其中，黄色焦痂出现在电极头部，干燥絮状肌肉组织则出现在电极与组织接触的末端。

A：黄色焦痂；B：干燥絮状肌肉组织。

图1 切割肌肉组织时电极表面形貌

2.2 切割脂肪组织时电极表面的粘附行为 图2示出了切割新鲜离体脂肪组织时电极的表面形貌，电极表面出现大量液滴状物质和少量黄色焦痂组织(图2A、B)。用80 ℃的水清洗电极表面时大部分液滴状物质被除去(图2C、D)，这表明液滴状粘附物可能是油脂类物质。图3给出了割脂肪组织时电极粘附物的红外谱图。可以发现，在1 150 cm-1出现一个饱和酯C-O强吸收谱带，在1 750 cm-1出现一个饱和脂肪酸酯C=O吸收谱带，在2 854 cm-1、2 923 cm-1有C-H 的对称和非对称的伸缩振动的吸收峰，这表明粘附物中含有脂类物质。

A：浸水前黄色焦痂；B：浸水前油脂；C：浸水后黄色焦痂；D：浸水后油脂。

图2 切割脂肪组织时电极表面形貌

图3 切割脂肪组织时电极粘附物的红外谱图

2.3 切割脂肪-肌肉混合组织时电极表面的粘附行为 切割新鲜离体脂肪-肌肉混合组织时电极表面形貌，见图4。可以发现，电极表面的粘附物为液滴状油脂类物质与黄色焦痂组织的混合体，其中，与切割肌肉组织时电极表面形貌相比，此时电极表面的黄色焦痂明显减轻，而且未出现干燥的絮状肌肉组织。

A：黄色焦痂；B：油脂。

图4 切割脂肪-肌肉混合组织时电极表面形貌

2.4 切割皮肤组织时电极表面的粘附行为 图5示出了电切模式下使用高频电刀切割新鲜离体皮肤组织时电极表面形貌。可以发现，切割皮肤组织时电极表面粘附明显加剧，出现大块的黑色胶体状焦痂，同时还伴随有极少量的黄色焦痂。

A：黄色焦痂；B：黑色胶体状焦痂。

图5 切割皮肤组织时电极表面形貌

3 讨 论

如前所述，高频电刀广泛应用于临床手术中，而电极表面的组织粘附问题是临床医生经常碰到的问题，不仅影响切割效率，而且会影响手术质量和患者的术后愈合，此外，还会增加器械消毒的难度。因此，很有必要研究切割组织过程中电极表面的粘附行为和相关作用机制。

电切模式下使用高频电刀切割不同组织时，电极表面的粘附行为存在显著差异。这可能是因为不同生物组织中水、蛋白质、脂类等水平不同，切割不同组织时组织在电极表面发生的化学变化和剧烈程度不同所致。肌肉组织由75%的水和25%的固体物构成。在电刀切割肌肉组织时，电极与组织接触部分是依靠电阻发热产生的热量进行切割，而电极后端是由其前端通过热传导而产生的热量，所以在电极切割组织时从电极头部到末端温度是逐渐降低的。故电极表面靠近头部区域温度较高，使得与电极头部接触的肌肉组织内的蛋白质热变性、碳化，从而在电极表面形成黄色的焦痂组织；从电极头部到末端表面温度逐渐降低，与电极接触的肌肉组织损伤从蛋白质热变性、碳化逐渐转变为蛋白质热变性、凝固，因此，在电极与组织接触的末端出现以干燥絮状肌肉组织为主的粘附物。脂肪组织由10%～30%的水、2%的蛋白质和80%的脂类构成。脂肪组织中的脂类物质经过加热产生化学变化生成了油，因而透明液滴状的油脂在热水中很容易被清除；而其中少量的蛋白质经过热变化使其变性，产生的黄色焦痂组织粘附到电极表面，与肌肉组织相比颜色较浅。脂肪-肌肉混合组织是由肌肉组织和脂肪组织按照非特定比例构成，所以切割脂肪-肌肉混合组织时粘附组织是脂肪组织与肌肉组织粘附产物的组合。皮肤组织由的水、70%的胶原蛋白和微量糖类/脂类构成。在切割皮肤组织时，电极表面的粘附物主要为胶体状黑色焦痂。这是因为皮肤组织中的胶原蛋白遇热会发生收缩(热缩温度为60～65 ℃)，当温度较高时变为明胶，粘附在电极表面；而微量的糖类/脂类遇热则碳化，形成了黄色焦痂。切割脂肪组织时电极粘附物的红外谱图显示的对称和非对称的伸缩振动的吸收峰，都是由脂肪的官能团振动引起的[13-15]。

对比不同组织在电极表面的粘附情况还发现，组织中的水分起到极其重要的作用。组织含水量越低，组织阻抗越大，则在电极表面单位时间内产生的热量越多，水分汽化损失的热量就会减少，致使电极在切割组织时的温度越高，导致组织发生的化学变化更加剧烈，从而影响电极表面的组织粘附。以肌肉组织和皮肤组织为例，电极切割肌肉组织时表面形成一层薄薄的黄色焦痂，切割皮肤组织时电极表面形成一层厚厚的黑色焦痂。如前所述，肌肉组织含水量高达75%，而皮肤组织含水量为20%～35%，这会导致电极切割皮肤组织时的表面温度明显高于切割肌肉组织时的表面温度，使得皮肤组织中的蛋白质等物质在电极表面发生显著的碳化，从而在电极表面形成黑色焦痂，粘附加剧。

以上分析表明，导致电刀电极表面粘附行为差异的主要因素是组织成分和温度，因此，在手术过程中可以采用以下两种措施来减少粘附物的产生、避免不必要的组织损伤：(1)切割不同部位的组织时，可以适当增大或者降低电刀功率来确保最优的手术效果，譬如，切割肌肉组织时降低电刀功率，切割脂肪组织时提高电刀功率；(2)可考虑增加恒温反馈调节系统、在电刀笔部位增加自动喷水装置等措施，优化高频电刀。

需要指出的是，本研究采用离体组织代替活体组织有一定的局限性，下一步研究将采用活体动物实验，深入研究高频电刀切割组织时血液等生命活性物质对电极表面组织粘附行为的影响及作用机制。

在高频电刀电切模式下切割不同组织时，电极表面的组织粘附行为存在着显著差异。切割肌肉组织时，电极表面粘附物由黄色焦痂和絮状肌肉组织组成；切割脂肪组织时，电极表面粘附物主要为油脂和少量黄色焦痂；切割脂肪-肌肉混合组织时，电极表面粘附物是脂肪与肌肉组织粘附物的混合体；切割皮肤组织时，电极表面粘附物主要为胶体状黑色焦痂。生物组织中水、蛋白质、脂类等含量的不同，导致电极表面出现不同的粘附行为。本研究结果为进一步揭示电极表面组织粘附的成因及去除奠定了基础。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.29.033

国家自然科学基金资助项目(51290291)。

:栗云龙(1988-)，在读硕士，主要从事生物摩擦学及表面工程研究。△

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

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1671-8348(2015)29-4131-03

2015-04-16

2015-05-08)