廖彩荷， 劉廣鵬， 葉信海

?

CO2激光煙霧顆粒的粒徑測(cè)定及元素分析

廖彩荷， 劉廣鵬， 葉信海

目的 測(cè)定超脈沖CO2激光治療時(shí)產(chǎn)生的煙霧顆粒大小，并進(jìn)行元素成分分析。方法 超脈沖CO2激光治療時(shí)開啟可移動(dòng)式吸煙機(jī)，使用1周的吸煙機(jī)過濾芯海綿作為實(shí)驗(yàn)組，未經(jīng)使用的過濾芯為對(duì)照組。掃描電鏡測(cè)量過濾芯內(nèi)煙霧顆粒大小及分布，X射線光電子能譜儀分析檢測(cè)煙霧顆粒的組成元素及構(gòu)成比。結(jié)果 掃描電鏡顯示，超脈沖CO2激光治療產(chǎn)生的煙霧顆粒平均直徑為3.37 μm，能譜分析顯示激光煙霧主要元素成分為碳和氧，另有微量鈉、硫、氯元素。結(jié)論 超脈沖CO2激光的煙霧顆粒與PM 2.5微粒大小相當(dāng)，屬于對(duì)肺有損害的微顆粒，建議醫(yī)學(xué)激光治療時(shí)增強(qiáng)醫(yī)患人員防護(hù)意識(shí)與措施。

二氧化碳； 激光煙霧； 成分； 粒徑； PM 2.5

激光具有定位精確、微創(chuàng)和療效確切等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于皮膚科、整形科、五官科、口腔科。激光煙霧是激光高溫?zé)平M織致蛋白質(zhì)、脂肪及體液不完全燃燒形成的混合物，形態(tài)表現(xiàn)為分散到空氣中肉眼可見的可被吸入的細(xì)小微粒、煙霧或氣溶膠，也稱為激光導(dǎo)致的空氣污染物[1-2]。目前，國外對(duì)其化學(xué)成分及危害的研究較多，而國內(nèi)對(duì)激光煙霧的防護(hù)尚無具體法規(guī)，只是規(guī)定應(yīng)具有負(fù)壓煙霧抽吸裝置。自2015年8～10月，上海市第十人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院選取超脈沖CO2激光，對(duì)其煙霧擴(kuò)散分布、粒徑大小及元素成分進(jìn)行研究，為規(guī)范激光治療的防護(hù)措施提供理論依據(jù)。

1 設(shè)備與方法

1.1 主要儀器設(shè)備

超脈沖CO2激光治療儀(XH-CO2型，武漢鐳射科技有限公司)，移動(dòng)式吸煙機(jī)(JYLB-200A型，重慶京渝激光生物研究所有限公司)，掃描電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社)，X射線光電子能譜儀(日本電子株式會(huì)社)。

1.2 研究方法

1.2.1 激光治療室煙霧濃度測(cè)算 根據(jù)《上海市醫(yī)療技術(shù)臨床應(yīng)用準(zhǔn)入管理辦法》，激光專用診療室場(chǎng)地面積一般應(yīng)在25 m2以上。激光治療室面積為25 m2，估算空間體積為70 m3。隨機(jī)選取整形外科手術(shù)切除廢棄的圓形色素增生性皮膚病變(黑痣、斑痣、疣狀新生物)，測(cè)量其直徑及質(zhì)量，重復(fù)采集3次數(shù)據(jù)，推算煙霧空間濃度。

1.2.2 樣品收集 超脈沖CO2激光治療儀主要用于體表色素增生性病變的治療，平均每天使用時(shí)間 ≥ 1.5 h，臨床治療中常用激光脈沖寬度0.8～1.0 ms，頻率16～20 Hz，脈沖周期50～60 ms，能量密度32～35 J/cm2，終端輸出功率≥ 30 W。使用CO2脈沖激光治療儀的同時(shí)開啟可移動(dòng)式吸煙機(jī)。吸煙機(jī)使用參數(shù)為大氣壓力范圍700～1060 hPa，整機(jī)最大功率1500 W，采用連續(xù)控制方式。集煙罩距離治療部位5.0 cm，入口處放置合適大小的海綿泡沫作為過濾芯(直徑3.0 cm、厚度0.7 cm)。收集連續(xù)使用1周的吸煙機(jī)過濾芯海綿用于以下檢測(cè)，以未經(jīng)使用暴露在同一環(huán)境中的過濾芯作為對(duì)照。

1.2.3 樣品預(yù)處理 在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的過濾芯中央剪取 2 mm×2 mm×2 mm的樣品塊，雙面膠帶固定在樣品托上，抽真空去除表面污染物，通過鍍金法矯正樣品的電荷。

1.2.4 掃描電鏡觀察 將處理后的對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組樣品塊分別行掃描電子顯微鏡觀察，測(cè)量顆粒直徑并拍照。

1.2.5 X射線光電子能譜儀測(cè)定 將處理后的對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組樣品塊分別洗脫顆粒，用石油醚清洗后烘干，置于光電子能譜儀下檢測(cè)分析，選取孔隙間顆粒測(cè)定其元素構(gòu)成譜圖。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。兩樣本元素質(zhì)量比均值進(jìn)行成組t檢驗(yàn)，P﹤0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 激光治療室煙霧濃度測(cè)算

通過測(cè)量手術(shù)切除皮膚病變的面積和重量，計(jì)算得出直徑1 mm圓形皮膚病損(包含表皮層與真皮層)的平均質(zhì)量為(8.8±2.1) mg (n=3)。推算在70m3的治療區(qū)域內(nèi)，如無吸煙除塵裝置，激光燒灼直徑1mm的皮膚病變組織可產(chǎn)生的理論煙霧濃度為(125±30)μg/m3。

2.2 標(biāo)本大體觀察

對(duì)照組未使用的過濾芯海綿呈乳白色圓柱形，質(zhì)地均勻，孔隙清楚。實(shí)驗(yàn)組經(jīng)抽吸CO2激光煙霧1周的過濾芯為棕黑色，中央?yún)^(qū)域顏色深于外圍?？紫督Y(jié)構(gòu)存在，外形大小與對(duì)照組相比無明顯改變。

2.3 掃描電鏡觀察

2.3.1 激光煙霧顆粒分布情況 掃描電鏡顯示，對(duì)照組的過濾芯海綿呈規(guī)則的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小200.00～500.00μm，邊界光滑，密度較為均勻；實(shí)驗(yàn)組的過濾芯鏡下顯示，海綿框架結(jié)構(gòu)已被破壞，孔徑大小不等，腔壁變薄，排列紊亂。煙霧顆粒黏附在多孔結(jié)構(gòu)表面，數(shù)量密集。高倍鏡下(×500)可見超脈沖CO2激光煙霧顆粒大小不等，形狀不規(guī)則，有球形、半球形、片狀、羽狀、多角形等(圖1)。

圖1 超脈沖CO2激光煙霧顆粒的電鏡觀察a.×35b.×200c.×500

Fig 1 Observation of the CO2laser smoke particles with SEM. a. ×35. b. ×200. c. ×500.

2.3.2 激光煙霧粒徑測(cè)定 掃描電鏡1200倍鏡下可清晰顯示單個(gè)CO2激光煙霧顆粒。實(shí)驗(yàn)組過濾芯選取3處不重疊范圍，每處隨機(jī)取10個(gè)邊界完整的煙霧顆粒，應(yīng)用電鏡自帶軟件測(cè)量顆粒長度并標(biāo)記，測(cè)得煙霧顆粒直徑為(3.37±1.11) μm(n=30，圖2)。

圖2 掃描電鏡測(cè)量煙霧粒徑

Fig 2 Mensuration of the diameter of laser smoke with SEM.

2.4 能譜分析檢測(cè)

能譜分析儀檢測(cè)顯示,對(duì)照組海綿材料主要元素成分為碳和氧。實(shí)驗(yàn)組的煙霧顆粒除碳、氧元素外，還含有鈉、硫、氯(表1)。兩組所含碳和氧元素的質(zhì)量比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(n=3，P>0.05)。

表1 兩組過濾芯內(nèi)顆粒所含元素質(zhì)量比

組別碳氧鈉硫氯實(shí)驗(yàn)組67.81±2.5229.42±1.981.41±0.350.63±0.760.73±0.88對(duì)照組70.32±15.2029.68±15.20---

3 討論

3.1 激光煙霧的危害

激光煙霧是一種影響人體健康的危害物，主要成分包括有毒有害化學(xué)物質(zhì)、活性致病菌及病毒、細(xì)胞組織團(tuán)塊及可誘導(dǎo)突變的物質(zhì)等[3-4]。既往研究發(fā)現(xiàn)，激光煙霧中含有多種有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，如苯系物、碳氧化合物、醛類化合物、酚類化合物、脂肪酸等，其中CO與丙烯腈是最主要的有毒化學(xué)物質(zhì)[3]。CO可在血液中與氧氣競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合血紅蛋白，形成碳氧血紅蛋白，組織器官反復(fù)缺氧后紅細(xì)胞比積升高。丙烯腈是一種無色、有辛辣氣味、易揮發(fā)的有毒物質(zhì)，經(jīng)皮膚及呼吸道吸收，導(dǎo)致惡心、眼表不適和上呼吸道疼痛等不適。進(jìn)入細(xì)胞后的丙烯腈能抑制線粒體上的細(xì)胞色素氧化酶活性，阻斷細(xì)胞電子傳遞鏈的循環(huán)[4]。特別是表皮組織不完全燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的苯、二甲苯等苯系物[5]。苯系物會(huì)破壞骨髓造血，損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)及危害肝腎功能，包括貧血、白血病、頭暈、頭痛、記憶力下降、癌變等。在激光煙霧的元素組成方面，Weld等研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)鏡手術(shù)煙霧顆?？煞殖尚⌒皖w粒和大型顆粒。小型顆粒多為球形，是由液體蒸發(fā)形成的球形晶核，主要化學(xué)成分有鈉、鉀、鎂、鈣等；大型顆粒是未完全燃燒的人體組織碎片，主要化學(xué)成分為碳和氧[6-8]。本研究發(fā)現(xiàn)，CO2激光煙霧也含有鈉、硫、氯等元素，與上述研究結(jié)果相符。顆粒大小和數(shù)量也是激光煙霧危險(xiǎn)性的重要因素。本研究還發(fā)現(xiàn),超脈沖CO2激光煙霧顆粒粒徑多小于10.00 μm，均值接近PM 2.5(particular matter 2.5)，屬于對(duì)肺有損害的可吸入微顆粒(0.50～5.00 μm)。PM 2.5的微小顆粒能深入肺泡并沉積于肺泡區(qū)，滯留后產(chǎn)生炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)；也可通過氣血交換進(jìn)入血液循環(huán)，改變血液成分，導(dǎo)致血管重建，對(duì)呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)均產(chǎn)生諸多危害[9-10]。我們測(cè)算在70 m3的治療區(qū)域內(nèi),每燒灼直徑1 mm的皮膚組織產(chǎn)生的煙霧濃度約為125 μg/m3，且主要空氣污染物為PM 2.5。所以，短時(shí)間內(nèi)的激光治療就足以使室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到污染的程度。

3.2 激光煙霧的防護(hù)

激光煙霧對(duì)職業(yè)暴露人群存在潛在的健康危害，但目前我國對(duì)此研究還重視不夠，防護(hù)意識(shí)與措施有待提高。例如《上海市激光治療質(zhì)量控制條例》只是籠統(tǒng)規(guī)定“CO2激光、餌激光等燒灼性激光操作的治療室應(yīng)配備吸煙除塵裝置，并保持良好通風(fēng)”。 而美國國家職業(yè)安全與衛(wèi)生研究院(National Institute for Occupational Safety and Health， NIOSH)在1996年即建議控制手術(shù)中使用激光產(chǎn)生煙霧，強(qiáng)調(diào)使用高性能的過濾器通風(fēng)系統(tǒng)以及對(duì)工作人員采取全方位保護(hù)措施[11]。為減少PM 2.5激光煙霧顆粒的吸入，同時(shí)也防止造成二次污染室外空氣環(huán)境，我們建議激光診療室應(yīng)強(qiáng)制使用含空氣凈化過濾網(wǎng)的通風(fēng)排煙系統(tǒng)，對(duì)吸入的煙氣進(jìn)行無害化處理。為了保護(hù)激光煙霧暴露人群的身體健康，還應(yīng)加強(qiáng)煙霧防范教育，了解激光煙霧的危害性。并正確使用個(gè)人防護(hù)措施，例如正確佩戴高過濾性的口罩、眼部防護(hù)鏡、手套和穿隔離衣等。普通外科口罩只能濾除5.00 μm以上的微顆粒[12]。本研究結(jié)果表明，這種口罩不能對(duì)超脈沖CO2激光煙霧提供有效的防護(hù)作用，因此，建議患者及醫(yī)師使用帶活性炭吸附層的高效防PM 2.5口罩。

總之，激光煙霧是激光治療中不可避免的問題。隨著激光設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，煙霧顆粒的危害也隨之日益凸顯，要求醫(yī)務(wù)人員規(guī)范激光操作，主動(dòng)防護(hù)，全面保護(hù)個(gè)人健康。

[1] 潘 靜, 李亞潔. 手術(shù)煙霧對(duì)職業(yè)暴露人群健康影響的初步研究[J]. 護(hù)理學(xué)報(bào), 2012,19(9):5-8.

[2] Seo HM, Choi JY, Min J, et al. Carbon dioxide laser combined with botulinum toxin a for patients with periorbital syringomas[J]. J Cosmet Laser Ther, 2016,18(3):149-153.

[3] Carbajo-Rodríguez H, Aguayo-Albasini JL, Soria-Aledo V, et al. Surgical smoke: risks and preventive measures [J]. Cir Esp, 2009,85(5):274-279.

[4] Fan JK, Chan FS, Chu KM. Surgical smoke[J]. Asain J Surg, 2009,32(4):253-257.

[5] 王 玲, 周素玲, 魯桂蘭, 等. 手術(shù)煙霧危害及防護(hù)措施研究進(jìn)展[J]. 護(hù)理學(xué)報(bào), 2013,(7):17-21.

[6] Al Sahaf OS, Vega-Carrascal I, Cunningham FO, et al. Chemical composition of smoke produced by high-frequency electrosurgery[J]. Ir J Med Sci, 2007,176(3):229-232.

[7] Weld KJ, Dryer S, Ames CD, et al. Analysis of surgical smoke produced by various energy-based instruments and effect on laparoscopic visibility[J]. J Endourol, 2007,21(3):347-351.

[8] Lopez R, Lacey SE, Lippert JF, et al. Characterization of size-specific particulate matter emission rates for a simulated medical laser procedure-a pilot study[J]. Ann Occup Hyg, 2015,59(4):514-524.

[9] 王育梅, 洪新如, 宋巖峰. 大氣顆粒物與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展[J]. 國外醫(yī)學(xué)(衛(wèi)生學(xué)分冊(cè)), 2008,35(3):130-133.

[10] 常旭紅, 張 鈺, 吳建茹, 等. 大氣顆粒物暴露與人體心血管疾病急性效應(yīng)關(guān)系研究的系統(tǒng)評(píng)價(jià)[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2012,31(1):1-8.

[11] Alvira FC, Bilmes GM, Flores T, et al. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) quality control and origin identification of handmade manufactured cigars[J]. Appl Spectrosc, 2015,69(10):1205-1209.

[12] 周 青. 美國對(duì)手術(shù)室煙霧的管理和防范[J]. 中華護(hù)理雜志, 2013,48(12):1080-1082.

Mensuration of particle diameter of carbon dioxide and elemental analysis of smoke particles

LIAOCai-he,LIUGuang-peng,YEXin-hai.

(ShanghaiTenthPeople′sHospitalofNanjingMedicalUniversity,Nanjing210029,China)

YEXin-hai,Email:dryxh@189.cn

Objective To measure the particle size and analyze the chemical elements of the smoke produced by ultra pulsed CO2laser treatment. Methods A smoking machine with sponge filter was used when turning on the ultra pulsed CO2laser for treatment. After one week the filter was observed with scanning electron microscope to detect the diameter and distribution of smoke particles, while the blank filter served as the control. The chemical elements and composition ratio of laser smoke were determined using energy disperse spectroscopy. Results It was demonstrated that the mean diameter of CO2laser smoke particles was approximately 3.37 μm. Furthermore, carbon and oxygen were the main elements in laser smoke measured with energy disperse spectroscopy, with trace elements of sodium, sulfur and chlorine. Conclusion The diameter of CO2laser smoke was similar to the size of PM 2.5, which is harmful to lungs definitely. Enhancing individual awareness and safety control when using medical lasers is recommended.

Carbon dioxide; Laser smoke; Smoke composition; Particle size; PM 2.5

國家自然科學(xué)基金(81171475,31271027) 作者單位：210029 江蘇 南京，南京醫(yī)科大學(xué)上海市第十人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)院(廖彩荷，葉信海);上海市第十人民醫(yī)院 整形 外科(劉廣鵬) 第一作者：廖彩荷(1992-)，女，浙江人，碩士研究生. 通信作者：葉信海，210029，南京醫(yī)科大學(xué)上海市第十人民院臨床醫(yī)學(xué)院，電子信箱：dryxh@189.cn

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.07.003

R454.2

A

1673-7040(2016)07-0392-04

2016-04-10)