В 1907 г. американец Ли Де Форест сконструировал аппарат, который с помощью переменного тока высокой частоты рассекал ткани. В России электрический ток для хирургического лечения опухолей начали использовать в 1910–1911 гг. в Военно—медицинской академии. Электрохирургия основана на преобразовании электрической энергии в тепловую. Для рассечения и коагуляции ткани используется электрический ток высокой частоты. Для работы в режиме коагуляции применяют модулированный (импульсный) электрический ток высокой частоты. Для работы в режиме «резание» применяют немодулированный переменный ток низкого напряжения. Эффект электрохирургического резания оптимален, когда кончик электрода находится в непосредственной близости от тканей, но не касается их. Рассечение тканей более эффективно, если электрод имеет острый край, что обеспечивает максимальную плотность энергии. Маловаскуляризированные ткани (жировая клетчатка) обладают относительно высоким тканевым сопротивлением, поэтому рассечение таких тканей требует более высокой мощности. Для рассечения тканей с хорошим кровоснабжением (мышцы, паренхима) достаточно минимальной мощности. В зависимости от способа применения тока высокой частоты различают следующие методики: монополярная (рабочим инструментом хирурга является активный электрод, пассивный же электрод обеспечивает электрический контакт с телом пациента за пределами операционного поля; создание тепла в рассекаемом участке ткани обусловлено разницей в размерах электродов); биполярная (оба выхода генератора соединены с активными электродами, тепловое воздействие осуществляется на ограниченном пространстве между двумя электродами).
Суть метода заключается в устранении патологического образования путем его быстрого локального замораживания. Рабочей частью аппаратов для криохирургии являются быстро охлаждаемые наконечники. Как правило, криоагентом служат жидкий азот, температура кипения которого –196 °C, фреон (–12 °C) и т. д. Криоинструмент с контактным наконечником можно рассматривать лишь как точечный источник холода. Поэтому невозможно замораживание больших массивов патологических новообразований и возможности криохирургической техники ограничены удалением лишь небольших по объему патологических образований. В результате различных свойств воды при высокой скорости охлаждения в ткани возникают термомеханические напряжения, тканевая структура деформируется и образуются смещения и трещины, которые наиболее выражены по краям патологического очага, в результате чего замороженная зона может быть удалена в виде своеобразного «ледяного шара». Локальный кровоток при криовоздействии практически не меняется. Криохирургический метод нашел применение в онкологии, офтальмологии, дерматологии, урологии, проктологии и т. д. Локальное замораживание является одним из основных методов деструкции в стереотаксической нейрохирургии.
Такие приборы в большинстве случаев основаны на преобразовании электрического тока в ультразвуковую волну (магнитострикционное или пьезоэлектрическое явление). В основе работы магнитострикционных преобразователей лежит способность тел из железа, никеля, их сплавов и некоторых других материалов периодически менять свои размеры в переменном магнитном поле. В ультразвуковой хирургии применяют инструменты, режущий край которых непрерывно колеблется с частотами 10—100 кГц и амплитудой 5—50 мкм. Механизм воздействия ультразвука на ткани основан на том, что высокочастотная вибрация приводит к механическому разрушению межклеточных связей; и на кавитационном эффекте (создание за короткий промежуток времени в тканях отрицательного давления, что приводит к закипанию внутри—и межклеточной жидкости при температуре тела; образующийся пар приводит к разделению тканей). Также происходит коагуляция в связи с денатурацией белков. Образующаяся пленка коагуляции насколько прочна, что современные ультразвуковые скальпели позволяют пересекать даже крупные (до 7–8 мм) сосуды без предварительного их лигирования. Применение ультразвукового ножа наиболее целесообразно при выделении и иссечении рубцов, удалении опухолей, вскрытии воспалительных очагов, а также при выполнении пластических операций. Кроме того, ультразвуковой нож может быть использован как ультразвуковой щуп для нахождения в тканях металлических и других инородных тел (т. е. работает по принципу эхолокации). Для этого не нужно соприкосновения с объектом. Особенно удобны для работы на костях.
В основе рассечения ткани потоком плазмы лежит образование плазменного потока при пропускании через высокоскоростную струю инертного газа (аргона) электрического тока большой силы. Мощность получаемой при этом струи плазмы обычно составляет около 100 Вт. Манипуляторы установок представляют собой взаимно заменяемые металлические цилиндры с заостренной частью и соплом диаметром 2 мм (коагулятор) или 0,6 мм (деструктор), которые предварительно стерилизуются в парах формалина. Наибольшая эффективность достигается при работе с мышцами, тканью легкого, при рассечении ткани паренхиматозных органов, когда диаметр поврежденных в ходе разреза сосудов и протоков не превышает 1,5 мм (эффект коагуляции). Сосуды и протоки диаметром более 1,5 мм необходимо прошивать или клипировать; при операциях на желудке и кишечнике плазменные скальпели используются для рассечения стенок полых органов. Плазменное воздействие на ткань сопровождается ультрафиолетовым излучением и выделением атомарного кислорода, что способствует дополнительной стерилизации раны. Кроме того, плазменный поток обладает выраженным анальгезирующим действием, позволяет обработать любую точку операционной раны, не оказывает отрицательного влияния на репаративные процессы.
Механизм действия лазерного скальпеля основан на том, что энергия монохроматичного, когерентного светового пучка резко повышает температуру на соответствующем ограниченном участке тела и приводит к его мгновенному сгоранию и испарению. Тепловое воздействие на окружающие ткани при этом распространяется на очень небольшое расстояние, так как ширина сфокусированного пучка составляет 0,01 мм. Под влиянием лазерного излучения также происходит «взрывное» разрушение ткани от воздействия своеобразной ударной волны, образующейся при мгновенном переходе тканевой жидкости в газообразное состояние. Особенности биологического действия лазерного излучения зависят от ряда его характеристик: длины волны, длительности импульсов, структуры ткани, физических свойств ткани. Рассмотрим характеристики основных применяемых в хирургии лазеров.
Лазер с длиной волны 1064 нм. Излучение проникает относительно глубоко, до 5–7 мм. При температуре свыше 43 °C белковые молекулы необратимо повреждаются (денатурируют), ткань погибает, подвергаясь термической коагуляции; при температуре выше 100 °C начинается испарение воды; при температуре свыше 300 °C происходит горение с выделением продуктов сгорания и осаждением их на поверхности кратера.
Разрушение ткани путем формирования в ходе лазерной операции кратера, отверстия или разреза называется абляцией, а условия, при которых она происходит, – абляционным режимом работы лазера. При низкой мощности излучения и кратковременной экспозиции нагревание ткани относительно невелико и происходит лишь ее коагуляция или плавление (субабляционный режим).