妇科手术中高频电刀的作用原理及其对外围组织的影响

陈程，施晓波

（中南大学湘雅第二医院妇产科生殖中心，长沙 410011）

高频电刀于1920年开始应用于临床手术中，至今已近100 年历史，并随着科学技术的发展而不断完善，其灵活性、安全性等亦不断提高，并在外科领域的应用范围也不断扩大，逐渐成为必备的手术设备之一［1］，特别在微创外科、腔镜手术中的应用，极大地促进了微创手术的发展［2］。然而高频电刀的广泛使用，使人们也逐渐关注到它对作用组织和周围组织的损伤或影响［3-4］，及其带来的远期并发症。

一、高频电刀的三个物理效应［5］

1.热效应：当高频电流通过人体软组织时，由于每一震荡电流的脉冲时间极短，离子很难引起迁移，只在富有结滞性的体液中震荡，由于摩擦而产生大量热能，从而达到手术止血或者切割组织的作用，高频电刀就是利用高频电流通过机体的这种热效应为工作基础。

2.集肤效应：又称趋肤效应［6］。电子在导体内总是沿着电阻最小的路线流动，在导体表面及近表层的结构元与导体表面基本平行，电子在其间换位流动较组织深处阻力小，故当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面通过。在腔镜手术中，电流通过高频电刀传导至操作组织后在其表面通过，而不流经人体内部脏器组织，从而避免了高频电流对脏器造成伤害［5］。

3.法拉第效应：低频交流电与人体神经传导的电流频率极为相似，会引起刺激并会中断神经系统的传导，而低于100kHz的交流电会产生有限的刺激，如肌肉痉挛、疼痛、心室纤维颤动甚至有致命的危险，此为法拉第效应。当电流频率达到100kHz以上时，法拉第效应将明显减少，当超过300kHz时，电流对神经肌肉的刺激完全可以忽略不计。而高频电刀发出的是300～750kHz的交流电，从而避免了法拉第效应，对人体神经和肌肉几乎不存在直接刺激。

二、高频电刀的工作原理和模式［1］

高频电刀是一个变频变压器，通常采用针形或刃形电极（常见的是环形、针形、球形、三角形、方形等），有效面积很小，它能将50 Hz／200 V 的低频低压电流变为300～750kHz、几千甚至上万伏的高频高压电流，一方面避免了法拉第效应，另一方面利用热效应与集肤效应，使与电刀接触的小面积的人体软组织的表层及近表层的组织在瞬间流经大密度电流，瞬即产生大量的热量，使电刀作用下的组织发生爆发性脱水，使得直接作用组织瞬间变为脱水组织［7］，故热效应是高频电刀作用于临床手术操作中的主要作用基础。因高频电刀功率的不同，可分为电凝和电切两种作用，电凝以止血，电切以切割组织，从而达到手术中止血和切割组织的操作目的。电凝和电切作用时使用的功率不同，电凝最佳功率为30～60 W，而电切最佳功率为80～100 W，作用时间一般为2～4s。

另外，高频电刀通过两种工作模式发挥作用：（1）单极状态：单极高频电刀工作时，电流流经路线是高频信号发生器—手术电极刀—作用组织—病人电极板—返回高频信号发生器，形成一个闭合回路［8］。常用的单极高频电刀接触人体组织面积小，接触处电流密度大，瞬间产生了较强的热效应，达到对接触处组织的切割和凝固止血作用。而流经人体其他组织到达病人电极板的高频电流，因为组织阻力大，故电流密度迅速下降，逐渐衰减。一般认为对电刀接触范围之外的人体软组织不会产生明显热效应和肉眼可见的损伤。但对于临近电刀接触的组织，逐渐衰减的高频电流是否会引起损伤，尚需进一步研究。（2）双极状态：双极高频电刀一般用来电凝或电灼，它是通过两级镊子（或手钳）的两个尖端，一个为正极，一个为负极，无需接病人电极板。工作时的电流流经路线是高频信号发生器—手术电极钳的正极—作用组织—手术电极钳的负极—返回高频信号发生器，形成闭合回路［8］。应用高频电流的热效应达到对钳夹组织的电凝止血或电灼作用。除手术电极钳之间的人体组织会受到明显高频电流的热效应作用外，其他周边组织并无明显高频电流通过，所以认为不会有高频电流对接触处之外的人体组织产生热效应和损伤。

三、高频电刀对作用周围组织产生影响的理论 基 础［9］

除外高频电刀作用组织因瞬间流经大剂量电流产生热效应而发生爆发性脱水，其接触组织之外的临近组织亦可有逐渐衰减的电流通过（以高频电刀的单极工作状态更为常见），该部分电流可以通过热作用和非热作用对作用组织周围其他的组织产生损伤或者影响。

1.热作用：指电流通过机体产生的焦耳热对机体各组织器官造成的损伤。在高电压且接触时间较长时，热作用占主导地位，局部组织温度超过生理温度2～5 ℃时可产生细胞损伤，从而损伤组织、器官。热作用特点如下：（1）流量效应［10］：电切和电凝的工作功率不同，分别为80～100 W 和30～60 W，其通过热效应对作用范围外组织的热损伤程度不同，呈负相关，即电切比电凝对周围组织的损伤作用较小。有研究表明，在设定功率的宫腔镜下子宫内膜去除术中，切割电极对组织的热损伤深度不随功率增加而加深；凝固电极对组织的热损伤却随功率增加而降低［10］。故在适用功率范围内，高频电刀作用功率越高对组织的热损伤越低，且电流剂量累积效应不明显。（2）时间累积效应［10］：手术中对组织的操作时间与作用组织及周围组织的损伤呈正相关。临床手术中高频电刀操作时间在2～4s，如超过5s，可对作用组织以外的周围组织产生损伤，且随着作用时间的延长，由于时间的累积效应和流量累积效应，产生的热损伤越严重；而在实际临床手术中电切或电凝时，作用一次往往不能达到切割或止血的目的，故存在重复操作，虽然不是持续操作，但是两次操作时间间隔往往较短，约1～2s。临床上在电切或电凝时会在操作部位淋以冷生理盐水，除了辅助止血作用，更重要的是局部降温作用，以尽量减轻周围组织的热损伤，一定程度上降低了热损伤的时间累积效应。

2.非热作用：指电流对带电荷的或者具有电偶性的组织成分的直接破坏。人体组织具有电偶性，故而电流可对其造成非热损伤。非热作用有两种作用方式，包括电穿孔和蛋白质变性。（1）电穿孔：当电流通过细胞时，导致细胞外表面电压发生改变，诱导产生跨膜电压［11］。随着电压逐渐增大，导致细胞膜上被诱导的跨膜电压亦逐渐增高［12］，电对细胞膜的作用力逐渐平衡甚至大于细胞膜自身的水合作用力，最终导致电穿孔的发生［13］；电压越大，导致的电穿孔越不易修复，当超过细胞膜孔道修复能力后，电穿孔成为不可逆，且孔道间可相互融合，形成大的孔道，细胞膜的完整性遭到破坏，细胞崩塌死亡；另外，随着电穿孔的增多，细胞外的大量离子进入细胞内，细胞内的某些离子亦可流漏到细胞外，细胞内离子发生剧烈变化，细胞内渗透压明显增高，当其超过细胞的承受能力时，细胞即可崩解坏死［9］。（2）蛋白质变性：哺乳动物的细胞膜中蛋白质约占30%，通常这些蛋白质由酸性、碱性基团构成侧链。一方面，这些侧链可直接被电场作用，导致其变性；另一方面，这些侧链具有电偶特性，可沿跨膜形成一个大的电偶力矩，在电场的作用下，逐渐增大场强，就能引起这些侧链的结构改变，引起化学键的断裂，从而造成这些蛋白的分崩离析，并引起细胞不可逆的损伤［9］。

四、高频电刀对卵巢及其功能的影响

据文献报道，湖南长沙地区育龄期妇女（20～49岁）不孕症发病率为11.08%、子宫肌瘤发病率为9.8%、卵巢囊肿发病率为3.1%［14］。对于有手术指征的这类患者，腹腔镜下手术成为其首选手术方式。在妇科手术中，无论开腹手术还是腹腔镜、宫腔镜、宫颈高频电刀环切术等微创手术，高频电刀均为必备手术器械之一，在腔镜手术中更为重要，在手术中往往承担着切割分离、电凝止血等重要作用［15］。

在临床上，除了卵巢疾病（如卵巢巧克力囊肿、单纯卵巢囊肿、卵巢内成熟畸胎瘤、卵巢颗粒细胞瘤等）的手术需在卵巢组织上操作外，对盆腔其他组织病变（子宫浆膜下肌瘤、盆腔子宫内膜异位症、腹腔镜双侧输卵管整形等）的操作中，应尽量避免触及卵巢，以保持卵巢组织的完整性及卵巢功能的完好性［16］。

在卵巢疾病的手术中，经高频电刀电切或电凝止血操作后，电极作用中心区发生不同程度的汽化改变，从而达到切割或止血的效果。但中心作用区域之外的周围卵巢组织，亦可发生不同程度的损伤，距离中心作用区越远，损伤程度越小。有研究表明双极电刀与单极电刀在手术操作过程中对卵巢组织存在损伤［17-20］，且对卵巢近期功能的损伤程度不同，单极电刀较双极电刀明显［21-22］。梁军等［23］关于腹腔镜巧克力囊肿剥除术中高频电刀电凝的研究表明，卵巢疾病手术中采用高频电刀电切或电凝后，卵巢储备功能受到影响，表现为黄体生成素（LH）、卵泡刺激素（FSH）升高，雌二醇（E2）、窦卵泡数较术前减少，且术后6月较术后1月更为明显。但金瑞林等［24］关于单侧卵巢子宫内膜异位症腹腔镜手术中高频电刀电凝止血对卵巢储备功能的研究表明，术后1 月较术前LH、FSH 均有升高，且窦卵泡数减少，表明术后卵巢储备功能受到损伤，然而术后6 月较术前LH、FSH轻度升高、窦卵泡数轻度减少，较术后1 月LH、FSH 有所降低，窦卵泡数稍增多，表明卵巢储备功能在术后6 月能部分恢复。另外，王丽娜等［25］关于腹腔镜下卵巢巧克力囊肿剥除术中3 种止血方法的研究，比较了术前、术后1 月及术后6 月的FSH、LH、E2水平及窦卵泡数，认为单极电凝止血和双极电凝止血较镜下缝合止血更易造成卵巢储备功能的降低，单极电凝止血比双极电凝止血造成卵巢储备功能的降低程度更为明显。由于随访、实验时间跨度等因素的影响，对卵巢储备功能的研究基本局限于术后6 月［26］，所以仅能得知术后短期内卵巢功能的变化，而对于手术中高频电刀对卵巢功能的远期影响尚缺追踪研究。

五、高频电刀对子宫内膜的影响

子宫内膜息肉是一种常见的妇科疾病，除了引起阴道不规则流血，还能引起患者不孕［27］。据相关调查，我国子宫内膜息肉不孕症状患者占据了全部不孕症患者7.2%～15.6%［28］。既往常采用诊刮术来治疗子宫内膜息肉，随着宫腔镜和高频电刀的出现，临床上出现了宫腔镜直视下息肉刮除术、微剪刀剪切术、电切术等。宫腔镜直视下息肉电切术是将高频电刀置于子宫内膜息肉的基底层根部，逐渐切割，深达根部下方约2 mm 浅肌层，必要时切除息肉周边少许正常内膜组织，以减少术后复发。有研究报道，宫腔镜直视下息肉刮除术较电切术具有高的复发率［29］，两种手术后患者月经量均减少，但电切术后患者月经量减少更为明显。高天明等［30］报道，宫腔镜下子宫内膜息肉微型剪刀切除术后半年内患者月经量较术前明显减少，随访至1年时月经量基本恢复同术前；而高频电刀电切术后半年及1年时患者月经量均较术前明显减少。

众所周知，子宫内膜基底层下5～6 mm 的肌层内为丰富的血管网，当高频电刀电切深度把握欠佳就可能导致术中大出血。根据李爱华等［31］的研究，电刀可对其作用组织周围约5～6 mm 的组织产生不可逆的损伤，高频电刀切除子宫内膜息肉时，电切深达息肉根部以下约2 mm 的浅肌层，除外对黏膜下肌肉产生影响，更有可能对浅肌层内的血管网产生不同程度的影响，从而影响子宫内膜的血液供应，导致子宫内膜薄、月经量明显减少。之后王燕等［32］提出，对子宫内膜息肉患者，若不考虑生育问题，首选宫腔镜下子宫内膜息肉电切术，而要求生育的患者采用宫腔镜下定点刮匙刮宫术。另外，宫腔镜下息肉电切术中，高频电刀在工作时产生的热作用和非热作用能否对周围子宫内膜造成损伤，比如对雌、孕激素受体等的破坏，尚需进一步研究。

宫颈环形电切术（LEEP）是近几年才发展起来的一种宫颈锥切方法，是采用金属环通以高频电流锥形切除宫颈组织术，现在已经逐步广泛应用于临床。LEEP在手术时间、患者疼痛和术中出血量、术后阴道排液等方面明显优于宫颈冷刀锥切术（CKC）［33-34］。LEEP中环形高频电刀常常采用3.8 MHz的超高频电流，在接触机体组织的瞬间，由组织本身产生阻抗，并吸收电波产生高热完成切割、止血等作用［35］。环形高频电刀在切割病变宫颈组织时，一般持续（6±3）min［36］，较CKC手术时间［（30±6）min］明显缩短，且术中出血量明显减少。

临床上常有LEEP术后患者因月经量减少就诊，除外宫颈粘连或狭窄的因素，还有一部分不明原因的月经量减少。LEEP术还有以下远期并发症：宫颈管狭窄、宫颈管粘连、宫颈塑形欠佳、宫颈内膜异位症、宫颈管内膜缺失、罕见宫颈骨化等。结合临床上患者LEEP术后不明原因的月经量减少的现象，根据LEEP的作用原理可能推测：当环形高频电刀切除宫颈病变组织时，高频电流如果可以经过宫颈管黏膜向子宫腔内黏膜传导，虽然电流逐渐衰减，但可以通过热效应和非热效应对子宫内膜造成损伤；另外，LEEP 术持续时间约6min，造成局部极高热，并且操作时间明显长于腔镜手术中电凝或电切的作用时间，其热效应的时间累积效应可能更为明显，如果高热由宫颈向子宫腔内传导，可能损伤子宫内膜，从而导致患者术后月经量减少。但具体情况尚需动物实验或临床实验进一步研究论证。

六、高频电刀对其他组织的影响

高频电刀除对手术中需要切断或止血的组织作用外，尚会有逐渐衰减的电流流经作用范围外的周围组织，通过热效应和非热效应可对周围的组织造成程度不同的影响。根据与电刀作用组织的距离不同，周围组织所受的影响亦不相同。一些研究［31，37-38］采用兔活体皮肤、肾脏组织、肌肉组织，研究高频电刀的作用及对周围组织的损伤影响，结果显示随着输出功率的逐渐增大，高频电刀作用中心区组织（即与电刀接触的组织）的汽化深度和汽化表面积逐渐增大，且电刀作用处之外的组织亦受到损伤。通过电镜可以观察到皮肤和肾脏组织灼伤缘0～6mm 范围的组织发生凝固性坏死，甚至还可见到细胞内超微结构的轻微损伤；在肌肉组织灼伤缘0～6mm 范围的组织发生凝固性坏死外，而且细胞内超微结构的损伤十分严重。虽然随着电流的衰减，损伤程度从完全破坏（不可逆损伤）到轻度破坏（可逆损伤）不等，但电刀对不同组织损伤程度和范围是不同的。

以上只研究了皮肤、肌肉、肾脏组织邻近高频电刀中心作用区及距创缘6mm 以内的范围，尚未研究电灼创缘与正常组织（未受电流影响）间的最近距离，但足以证明高频电刀除了电极的直接作用组织外，可以通过热效应及非热效应对作用周边的正常组织也可产生从可逆到不可逆的不同程度的直接损伤。

七、结语

高频电刀除电切和电凝作用外，还可以通过热效应和非热效应对周围组织产生从完全破坏到轻微损伤不同程度的影响。对于妇科内分泌及辅助生殖来说，手术中高频电刀的使用可能造成卵巢组织、卵巢功能及子宫内膜的损伤。研究表明高频电刀操作后在短期内可造成卵巢功能减退，甚至较长时期的子宫内膜受损，而亦有LEEP术后月经量明显减少的临床现象。故在临床手术操作过程中，还应尽量减少对卵巢、子宫内膜的直接操作，尽可能保留更多的正常卵巢组织、内膜组织，还应减少高频电刀的使用频率和时间，减少对作用组织的重复操作，必要时增加重复操作的间隔时间，并辅以冷生理盐水，尽可能减少对卵巢组织、子宫内膜的损伤，以保存患者卵巢和子宫内膜结构和功能的完好，进而保护患者的生殖健康。而对于高频电刀操作对于组织结构和功能的远期影响仍值得关注和研究。

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