韋禹帆，鐘鈺婷，李席如

（1.南開大學醫(yī)學院，天津 300071；2.解放軍醫(yī)學院，北京 100853；3.解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心普通外科，北京 100853）

0 引言

電外科設備（electrosurgical unit，ESU）是指利用高頻電能達到對組織進行切割、分離、止血、消融等手術目的的設備，包括高頻電刀、氬氣刀、等離子刀和超聲刀等，被廣泛應用于各種外科手術中。隨著新型能量模態(tài)的不斷發(fā)展，將不同能量形式進行結合，可有效提升ESU 的有效性和安全性，但其帶來的組織熱損傷、對大血管較差的封閉效果以及對神經(jīng)的損傷等仍是待解決和優(yōu)化的問題。圍手術期注冊護士協(xié)會的相關數(shù)據(jù)顯示，每年大約有4 萬名患者因ESU 導致燒傷[1]。目前，ESU 應用于血管封閉時，只能對≤7 mm 的中小動靜脈進行有效封閉，探究如何實現(xiàn)對大血管的有效凝血以及血管封閉效果的影響因素也成為未來的重要課題。此外，ESU 造成的醫(yī)源性神經(jīng)損傷也是外科領域重要的問題之一，其熱擴散作用可能造成神經(jīng)軸突和髓鞘的破裂，導致患者術后產(chǎn)生神經(jīng)麻痹、水腫甚至吸入性肺炎等并發(fā)癥。

目前，尚無一款經(jīng)濟實用、切割止血效果較好且對周圍組織熱損傷較小的ESU。臨床前動物試驗有助于探索和優(yōu)化ESU，構建離體模型和動物模型，模擬ESU 在人體各組織器官中的切割、止血以及對神經(jīng)損傷的影響，評估其有效性和安全性。這對于ESU的研發(fā)和改進，減少術中出血、縮短手術時間以及減少術后并發(fā)癥等具有重要的應用價值和臨床意義。本文對ESU 臨床評價用動物模型的構建方法和評估ESU 有效性和安全性的指標等進行綜述，分析其優(yōu)缺點，并對未來的發(fā)展趨勢進行展望。

1 動物切割凝血模型

通過構建動物切割凝血模型，可評估ESU 對皮膚和其他器官組織的游離、切割凝血效果以及安全性。隨著醫(yī)療技術的不斷創(chuàng)新和人類對美的追求標準的提升，術后的疤痕修復效果以及其大小、長度等因素也被考慮到手術成功與否的評估標準內(nèi)。目前，設備刀頭局部溫度高，對皮膚熱損傷大，疤痕形成明顯，臨床上暫無可直接應用于皮膚切割的ESU。因此構建動物切割凝血模型，用以評估ESU對皮膚的切割凝血效果以及術后的疤痕修復效果具有重要意義。

1.1 模型構建

1.1.1 皮膚創(chuàng)傷愈合模型

豬由于其在生理、解剖結構以及免疫系統(tǒng)上，尤其是表皮、真皮層等皮膚結構組成方面與人體相似，成為了理想的動物實驗對象。Bateman 等[2]構建了豬側腹皮瓣創(chuàng)傷模型，在一個皮瓣區(qū)域內(nèi)直觀地對比切口和正常皮膚以評估切口愈合情況。但豬側腹皮瓣創(chuàng)傷模型對動物的創(chuàng)傷較大且易造成傷口感染，降低試驗精準性，因此Scott 等[3]構建了動物背側垂直創(chuàng)傷切口模型，進一步優(yōu)化了切口設計。該模型適用于狗等體型細長的動物，切口之間的間距較大，避免了相互影響。皮膚切口愈合過程中存在水腫、炎癥和瘢痕形成等情況，動物模型也在逐漸完善以進行不同愈合時間點相關指標的評估。Loh 等[4]構建了皮膚創(chuàng)傷愈合模型，分別在第0 天、第21 天、第28 天、第35 天和第42 天在豬背側作全層皮膚切口，從而得到不同愈合期創(chuàng)傷切口。不同皮膚愈合觀察期的試驗設計模擬了臨床皮膚切口的愈合過程，對評估術后疤痕修復效果具有重要意義。Wu 等[5]則構建了象限切口模型，使切口以評估指標為標準得以直觀分類，但豬皮膚組織未得到充分利用。本研究以豬為研究對象對皮膚創(chuàng)傷愈合模型進行了總結（如圖1 所示），但創(chuàng)傷切口大小及間距也需根據(jù)具體試驗方案調(diào)整。皮膚創(chuàng)傷愈合模型是目前應用較為廣泛的皮膚模型，可實現(xiàn)不同疤痕愈合期時間點的切口觀察，且對皮膚利用度較高。但目前尚無標準化皮膚創(chuàng)傷愈合模型的構建方法，包括模型中愈合期時間點、動物試驗部位、切口深度的不同選擇等，降低了不同研究間的可比性。

圖1 豬皮膚創(chuàng)傷愈合模型

1.1.2 組織器官切割凝血模型

動物組織器官切割凝血模型主要分為離體模型和活體動物模型2 種。離體模型對ESU 的有效性和安全性進行初步探究，活體動物模型模擬其在人體內(nèi)的應用過程，為臨床應用提供證據(jù)和前提。ESU 被廣泛應用于臨床各專科領域中，基于不同應用情景和組織器官，臨床評價用動物模型的構建方法也愈豐富。

ESU 因其能有效降低出血量并減少手術時間而被廣泛應用于開放性或腔鏡下的肝臟及膽囊切除術中。根據(jù)ESU 不同的臨床應用情景，本文總結了多種動物肝臟切割凝血模型（如圖2 所示）。Macdonald等[6]構建了肝臟組織創(chuàng)傷切口模型，切口設計簡單有效，且可同時評估ESU 的切割和凝固止血作用。氬離子凝固術可用于器官或組織大面積滲血的處理，Glowka 等[7]比較了氬氣刀和氦氣刀對肝臟的凝血作用，構建離體肝組織灌注模型并利用鈦模具標準化凝血區(qū)進行活體豬實驗，模擬臨床應用情景，適用于非接觸型器械的凝血效果評估。Carus 等[8]評估了ESU在微創(chuàng)腔鏡手術中對肝臟組織的作用效果，應用脈沖器官灌注訓練器在豬離體肝肝組織上進行試驗，并對不同ESU 凝固止血效果進行后續(xù)的評估分析。目前，對于ESU 在部分復雜且切割凝血方式多樣化手術中的應用，如肝葉切除術等，仍難以進行探索和客觀的量化評估，未來動物肝臟切割凝血模型的設計應與臨床術式相符合。

圖2 動物肝臟切割凝血模型

ESU 工作時局部溫度較高，可能造成皮下脂肪的液化壞死。Applewhite 等[9]通過構建皮膚及皮下組織塊切割凝血模型，在組織塊的皮下與脂肪交界處橫向進行切割凝血，評估超聲刀對皮下脂肪的組織熱損傷程度。一些骨科和脊柱手術應用ESU 解剖骨骼肌以暴露手術部位，但熱損傷影響創(chuàng)傷愈合，導致患者術后疼痛甚至功能受損。Usas 等[10]利用C57BL/6鼠，在其左右兩側腓腸肌中部做50%寬度、100%深度的切口后縫合并分別于術后1、2、4、8 周時間點收集腓腸肌標本，評估ESU 對肌肉組織的損傷程度。通過構建皮下脂肪和肌肉切割凝血模型評估ESU對組織損傷的程度，有助于ESU 的優(yōu)化，從而減少患者術后脂肪液化壞死、肌肉疼痛及運動功能受損等并發(fā)癥的發(fā)生。

1.2 評價指標

ESU 在切割凝血過程中，失血量、手術煙霧的產(chǎn)生、對組織的急性熱損傷程度以及疤痕形成相關指標等均是其重要的評價指標。

1.2.1 熱損傷程度

ESU 對組織熱損傷程度的影響因素包括使用方法、設備類型及工作時間和相應的功率。局部溫度是反映組織熱損傷程度和ESU 熱擴散較直觀的指標。在皮膚創(chuàng)傷愈合模型中，測量局部溫度主要通過利用高清晰度熱像儀記錄每個設備激活期間的熱分布并形成熱分布圖。在組織器官切割凝血模型中，還可以利用T 型熱電偶探頭插入周圍組織，并將探頭與溫度記錄軟件相連進行記錄分析[9]。Kadesky 等[11]的研究表明，高功率超聲切割后在膽管和主動脈等重要結構附近可通過組織學檢查發(fā)現(xiàn)肉眼未見的熱損傷。組織學水平上，ESU 刀頭的局部高溫使皮膚組織失去正常結構，組織細胞破裂融合成片狀，纖維腫脹變寬，發(fā)生玻璃樣變，形成凝固壞死區(qū)。ESU 對組織的側向熱損傷程度主要就是通過對傷口進行組織學切片染色處理，光鏡下測量組織凝固壞死深度進行評估的。

1.2.2 疤痕形成相關指標

疤痕是創(chuàng)傷后皮膚修復和愈合過程中引起的正常皮膚組織的外觀形態(tài)和組織病理學的改變，其愈合過程分為局部炎癥反應期、細胞增殖分化及肉芽組織形成期和組織重建期3 個階段。ESU 因其合并側向熱損傷往往造成周圍組織的缺血壞死甚至碳化，對疤痕修復不利。

目前，常用以監(jiān)測皮膚疤痕物理特征的參數(shù)包括顏色、表面積、深度和柔韌性等（如圖3 所示[12]）。皮膚顏色異常是疤痕患者的常見癥狀，可通過色度計確定反射光強度并利用光吸收模式來量化色素沉著，以及通過激光多普勒測定血流灌注和血管分布。皮膚疤痕表面積是評估疤痕形成較為直觀的指標，包括透明示蹤或攝影方法等。而疤痕深度則是為了量化總體疤痕體積。皮膚疤痕柔韌性的測量主要包括壓力、吸引、扭轉和張力等參數(shù)。柔韌性較好的疤痕可與正常皮膚一起滑動和拉伸，發(fā)揮正常的生理功能，增加患者疤痕愈合的滿意度。Lucas 等[13]的研究顯示，創(chuàng)傷早期的炎癥反應能促進組織和疤痕修復，而創(chuàng)傷后期炎性細胞過度浸潤則會影響愈合效果，測定炎癥細胞浸潤程度（如T 淋巴細胞、巨噬細胞等）可反映創(chuàng)傷切口愈合情況。

圖3 皮膚疤痕物理特征的參數(shù)測量示意圖[12]

1.2.3 其他相關指標

動物切割凝血模型中，失血量是評估凝血效果最直觀的指標之一。失血量可以通過濾紙直接放置于創(chuàng)傷傷口處60 s，并將濾紙掃描為數(shù)字圖像格式定量分析得到。手術煙霧是ESU 高溫灼燒組織導致蛋白質不完全燃燒而產(chǎn)生的混合物。Karjalainen 等[14]通過定制手術切割和煙霧濃度標準化平臺結合低壓電子沖擊器，對ESU 在豬各種組織器官中應用時產(chǎn)生的煙霧進行顆粒分析和評估，以期減少ESU 在應用過程中產(chǎn)生的煙霧，在清晰手術視野等方面得到優(yōu)化和提升。

2 血管封閉模型

目前，越來越多的血管封閉器械應用于腔鏡手術中，促進了腔鏡手術的發(fā)展，可對中小動靜脈進行有效封閉，臨床上大血管的封閉仍以縫合結扎及應用止血夾等方法為主，探究如何實現(xiàn)對大血管的有效凝血封閉以及血管封閉效果與血管其他特性有無關聯(lián)也是未來的重要課題之一。

2.1 模型構建

離體模型是對ESU 血管封閉有效性的初步探索，目前以采集動物脾、胃、腸系膜及頸動靜脈試驗為主，利用不同血管封閉器械進行凝血封閉并評估血管最大破裂壓力等指標[15-16]。此外，離體模型簡單方便，也可進行血管封閉性能影響等機制層面的探究。Wyatt 等[17]通過改變豬離體頸總動脈用于血管封閉的大小和形態(tài)，并以彈性蛋白染色程度評估封閉質量，提出雙極血管封閉設備可封閉＜5 mm 的血管，且其凝血效果與血管形態(tài)無關。但實施動物體內(nèi)試驗仍然是必要的，其優(yōu)點包括可設置觀察期、進行體內(nèi)環(huán)境支持下的動態(tài)指標評估及模擬臨床情境等。Diamantis 等[18]利用ESU 對新西蘭大白兔的胃短動靜脈凝血，并設置了不同長度的觀察期，通過剖腹探查，記錄胃組織受損程度、腹腔游離液體量等參數(shù)和術后穿孔等并發(fā)癥，比較了4 種血管封閉器械的凝血效能。Schuld 等[19]利用豬腸系膜動靜脈評估2 種不同ESU 的凝血效果并通過動態(tài)熱成像評估了其熱性能。而Crispi 等[20]則構建了豬體內(nèi)血管封閉模型，評估切割不同血管時和切開后10 min 2 個時間點，在正常血壓和藥物誘導動脈高壓2 種狀態(tài)下超聲刀的血管封閉效果，模擬了其在體內(nèi)的應用，術中情況如圖4（a）所示。但Crispi 等[20]的研究模型構建的局限性在于觀察時間較短且無法評估動物術后狀態(tài)。Kraemer 等[21]通過2 個階段手術，彌補了其觀察期短、評估指標不足等問題。

2.2 評價指標

Newcomb 等[16]通過使用輸液泵向血管內(nèi)注入恒定流速的生理鹽水，持續(xù)監(jiān)測血管內(nèi)壓力，記錄血管破裂前的最大壓力，評估ESU 的血管封閉效果，如圖4（b）所示。Katsuno 等[22]在此基礎上設計了靛藍-胭脂紅染色生理鹽水輸液裝置，最大破裂壓力即從血管殘根處觀察到的彩色生理鹽水滲漏點處的壓力，可直觀評價ESU 止血效能，該裝置示意圖如圖4（c）所示。有研究顯示血管膠原蛋白、彈性蛋白與血管最大破裂壓力有關，可能對血管封閉效果具有預測作用[23]。此外，電極壓力也是影響封閉質量的重要因素之一。Chen 等[24]通過在雙極血管封閉器械手柄上安裝一個壓阻式力傳感器，測量操作者對手柄施加的力以評估手柄壓力與血管最大破裂壓力之間的關系。

此外，對于局部溫度測量和熱損傷程度的評估，除前文所提及的方法外，馬森染色和天狼猩紅染色2 種特殊染色技術可以對組織切片中血管膠原蛋白和肌纖維可視化，尤其是變性的熱損傷區(qū)，這使得熱損傷程度的評估更加精準和直觀，典型血管熱封閉的馬森染色切片圖像如圖4（d）所示[21]。此外，還有研究針對ESU 血管封閉過程中凝血效果、組織粘連程度、橫斷效果等設計了評分量表，以提高評估的精準性和客觀性[25]。

圖4 血管封閉模型及其評價指標測量圖

3 神經(jīng)損傷模型

ESU 因其較好的切割止血和血管封閉效果而得到廣泛應用，但醫(yī)源性神經(jīng)損傷使其在神經(jīng)周圍組織的應用仍具有一定的限制，如前列腺切除術、腦外科手術、頭頸外科手術和脊柱手術等。

3.1 模型構建

神經(jīng)損傷模型目前研究較少，大部分動物模型的構建仍以甲狀腺手術模型為主。甲狀腺切除術等術中應用ESU 可能會引起暫時性喉返神經(jīng)麻痹甚至損傷。鼠的坐骨神經(jīng)走行方式、大小與人體喉返神經(jīng)相似，是較合適的喉返神經(jīng)損傷模型實驗動物。超聲刀由于依靠機械能完成切割作用，無電流通過組織，對周圍組織熱損傷較小[26]。為探究超聲刀對神經(jīng)熱損傷和功能作用的影響程度，Carlander 等[27]構建了鼠的坐骨神經(jīng)刺激模型并在手術前后進行肌電圖檢測。Chen 等[28]通過實行假手術的方式對坐骨神經(jīng)刺激模型進行了完善，經(jīng)大腿后外側入路暴露坐骨神經(jīng)，并于距坐骨神經(jīng)不同距離的股二頭肌表面激活器械、進行切割或實行假手術，手術前后誘發(fā)神經(jīng)復合動作電位以檢測神經(jīng)電生理功能。Chen 等[28]的研究考慮到ESU 應用距離對神經(jīng)的影響，得到了ESU 應用時的安全距離，這一發(fā)現(xiàn)有助于規(guī)范臨床電刀的操作，減少患者術后并發(fā)癥的產(chǎn)生。由于鼠坐骨神經(jīng)與人體之間仍具有差異，犬、豬等大型動物也可應用于神經(jīng)損傷模型的構建[9]。Yang 等[29]利用超聲刀和LigaSure 對犬模型進行甲狀腺手術，術中距喉返神經(jīng)不同距離激發(fā)ESU，通過監(jiān)測肌電圖及組織學觀察甲狀腺組織形態(tài)和喉返神經(jīng)超微結構，評估犬模型甲狀腺手術中應用止血能量外科設備的可行性。

3.2 評價指標

動物神經(jīng)損傷模型評估指標主要包括對神經(jīng)的熱損傷檢測、功能檢測以及形態(tài)學觀察3 個方面。熱損傷的檢測包括局部溫度測量和組織學檢測，后者通過對神經(jīng)節(jié)段進行HE 染色，觀察神經(jīng)血管和炎癥細胞變化。功能檢測主要通過記錄肌電圖電位進行評估[30]。形態(tài)學上通過病理學檢查，光鏡下觀察神經(jīng)軸突、髓鞘形態(tài)，并參考卡蘭德等級評分以評估其損傷程度[31]。

4 各模型構建方法優(yōu)缺點分析

構建ESU 臨床評價用動物模型，通過熱損傷程度、失血量等指標對ESU 的有效性和安全性進行評估，有助于探索新型能量模態(tài)、優(yōu)化能量轉化方式及參數(shù)，減少組織損傷、神經(jīng)損傷并提升止血效能，為ESU 的優(yōu)化和改進提供重要線索和證據(jù)支持。但目前的動物模型構建方法也存在一定問題：（1）尚無標準化動物模型設計。既往動物模型的構建方法多種多樣，各具側重和創(chuàng)新，利弊共存，但尚未標準化，降低了不同研究間的可比性。（2）與臨床應用的差異?；铙w動物模型可為臨床應用提供前提，但無法滿足多樣化的臨床手術情景需求，需提高動物模型和臨床應用一致性，根據(jù)不同臨床應用情景提供相應的模型構建方案。（3）尚未形成統(tǒng)一的ESU 動物模型評價體系。部分評價指標具有主觀性和差異化，如熱損傷凝固壞死區(qū)域的判定、血管有效封閉的標準及神經(jīng)損傷程度的分級等。且仍有部分性能無法通過客觀有效的評價方法和數(shù)據(jù)描述，如ESU 應用過程中所產(chǎn)生煙霧的性質、量的測定及切割組織的流暢度等，均是動物模型構建和評價過程中亟待解決和優(yōu)化的問題。

5 結語

電外科是一個正蓬勃發(fā)展、研究不斷更新的領域。ESU 可實現(xiàn)切割、分離、止血、消融等手術目的，除本文提及的高頻電刀、超聲刀等傳統(tǒng)ESU 外，一些新型能量器械也逐漸應用于臨床各領域手術中，如等離子電刀、激光刀等。ESU 的探索和優(yōu)化過程仍需大量的離體和活體動物模型試驗，以減少組織熱損傷、出血和神經(jīng)麻痹等問題。而隨著電外科領域的不斷發(fā)展，手術機器人、編程軟件自動化樣本切除裝置及影像學檢測等手段減少了人為操作帶來的誤差和偏倚，提高了實驗精準性[32-35]。未來ESU 臨床評價用動物模型的發(fā)展應與人工智能、計算機信息自動化等技術相結合，將動物模型設計標準化的同時形成統(tǒng)一的評價體系，應更加滿足臨床實際應用的需求，促進ESU 的不斷優(yōu)化和改進。