電気・レーザー手術の原理

子宮鏡検査における電気メスの使用は、不妊治療に卵管焼灼術が用いられていた1970年代にまで遡ります。子宮鏡検査では、高周波電気メスを用いて止血と組織剥離を同時に行います。子宮鏡検査における電気凝固の最初の報告は1976年、ニューワースとアミンが改良型泌尿器科用切除鏡を用いて粘膜下筋腫リンパ節を切除した際になされました。

電気外科手術と電気焼灼術および吸熱療法の主な違いは、高周波電流を患者の体内に流すことです。後者の2つの方法は、加熱された導体または熱ユニットから組織への熱エネルギーの接触伝達に基づいています。電気外科手術のように、電子が組織内を方向性を持って移動することはありません。

組織に対する電気外科作用のメカニズム

高周波電流が組織を通過すると、熱エネルギーが放出されます。

熱は、電気回路の中で最も直径が小さく、したがって電流密度が最も高い部分で放出されます。これは電球を点灯するときと同じ法則です。細いタングステンフィラメントが加熱され、光エネルギーを放出します。電気外科手術では、この現象は回路の直径が小さく抵抗が大きい部分、つまり外科医の電極が組織に接触する部分で発生します。患者のプレート部分では熱は放出されません。その広い面積は熱を分散させ、エネルギー密度が低いためです。

電極の直径が小さいほど、電極に隣接する組織の体積が小さくなるため、より速く加熱されます。そのため、針電極を使用する場合、切開は最も効果的で、外傷も最小限に抑えられます。

組織に対する電気外科手術の効果には、主に切断と凝固の 2 種類があります。

切断と凝固には、様々な形態の電流が使用されます。切断モードでは、低電圧の連続交流電流が供給されます。切断メカニズムの詳細は完全には解明されていません。おそらく、電流の影響下で細胞内のイオンが連続的に移動することで、温度が急上昇し、細胞内液が蒸発します。爆発が起こり、細胞の体積が瞬時に増加し、膜が破裂し、組織が破壊されます。私たちはこのプロセスを切断として認識しています。放出されたガスが熱を放散し、より深い組織層の過熱を防ぎます。そのため、組織は小さな横方向の温度伝達と最小限の壊死領域で解剖されます。創傷表面のかさぶたは無視できます。表面凝固のため、このモードでの止血効果はわずかです。

凝固モードでは、全く異なる形態の電流が使用されます。これは高電圧のパルス交流です。電気活動の急上昇が観察され、その後、正弦波が徐々に減衰します。電気外科用発電機（ESG）は、時間の6%のみ電圧を供給します。この間、装置はエネルギーを生成せず、組織は冷却されます。組織は切開時ほど急速に加熱されません。高電圧の短時間の急上昇は組織の血管を遮断しますが、切開時のような蒸発は引き起こしません。休止期間中、細胞は乾燥します。次の電気ピークに達するまでに、乾燥細胞の抵抗が増加し、放熱が促進され、組織の乾燥がさらに深まります。これにより、組織深部へのエネルギー浸透が最大限に促進され、タンパク質の変性と血管内血栓の形成が促進されます。このようにして、ESGは凝固と止血を行います。組織が乾燥するにつれて抵抗が増加し、最終的には血流が事実上停止します。この効果は、電極が組織に直接接触することで得られます。影響を受ける領域は面積こそ小さいものの、深さは顕著です。

切断と凝固を同時に行うために、混合モードが用いられます。混合流は、切断モードよりも高い電圧で、凝固モードよりも低い電圧で形成されます。混合モードは、切断と同時に隣接する組織の乾燥（凝固）を確実にします。現代の心電図には、両方の効果の比率が異なる複数の混合モードが搭載されています。

異なる波の機能（一方の波は組織を切断し、もう一方の波は組織を凝固させる）の分担を決定する唯一の変数は、発生する熱量です。大量の熱が急速に放出されると、組織の蒸発、つまり切断が起こります。少量の熱がゆっくりと放出されると、組織の乾燥、つまり凝固が起こります。

バイポーラシステムは凝固モードでのみ動作します。温度が上昇すると電極間の組織は脱水されます。一定の低電圧を使用します。