Сварка живых тканей

1. Введение.
2. История создания.
3. Возможности, применение и перспективы.
4. Схема соединения костей сваркой.
5. Лазерный скальпель.
6.   Применение лазерного излучения.
7.   Аппарат для сварки мягких тканей.

Введение.

Сварка давно стала незаменимым  технологическим процессом для человечества, ведь почти все предметы, нас окружающие так или иначе с ней связаны. Она распространила свое влияние на все сферы нашей жизни. Но только совсем недавно были открыты её невероятные возможности в медицине. Одним из выдающихся достижений сварочной науки является разработка новых технологических процессов соединения и разъединения биологических тканей живых существ, включая человека. Многолетняя совместная работа инженеров кафедры «Машины и автоматизация сварочных процессов» МГТУ им. Н.Э. Баумана под руководством академика Г.А. Николаева и профессора В.И. Лощилова, медиков Центрального института травматологии и ортопедии под руководством академика М.В. Волкова и других ученых привела в начале 60-х гг. ХХ в. к созданию методов и аппаратуры для получения неразъемных соединений костных и мягких биологических тканей.

Ими же разработаны и способы  разделения (резки), наращивания (наплавки) и замещения дефектов костей. После серии успешных операций на животных сварочная технология получила разрешение на применение в клинической практике. На сегодняшний день уже проведено более 400 операций на различных органах человека.

История создания.

Достаточно широкое применение в медицине нашла высокочастотная  электрохирургия. Она применяется  для рассечения тканей и остановки или предупреждения кровотечений при разрезании тканей и сосудов. При этом оперируемые органы вынужденно теряют свои функции, и эти функции не восстанавливаются при выздоровлении пациента.

К решению проблемы соединения разрезанных мягких тканей с использованием методов высокочастотной электрохирургии обратился Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. При этом основными требованиями было обеспечение возможности соединения разреза живой ткани без применения шовного материала, скобок, сшивающих аппаратов, а также возможности восстановления физиологических функций свариваемой ткани и сохранение жизнедеятельности поврежденного органа. В 1993 году по инициативе академика Б.Е. Патона сотрудниками института электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины совместно с хирургами из Института клинической и экспериментальной хирургии АМН Украины и объединения "ОХМАТДЕТ" были проведены эксперименты, подтвердившие принципиальную возможность получения сварного соединения самых различных мягких тканей животных способом биполярной коагуляции. В 1996 году, были начаты систематические исследования данного способа соединения тканей. К решению этой проблемы через Международную Ассоциацию "Сварка" была привлечена американская фирма Consortium Service Management Group, Inc (CSMG,) Corpus Christi, Texas, возглавляемая г-ном Д.С.Роббинсом, которая в свою очередь привлекла к этим работам группу американских хирургов. В 1997 г. в США в г. Луисвиле в "Исследовательском центре ИНСТИТУТА Кристины М. КЛАЙНЕРТ МИКРОХИРУРГИИ РУК" украинские специалисты демонстрировали сварку мягких тканей животных специалистам США. Показательные операции в области общей хирургии и микрохирургии вызвали большой интерес.

Был создан международный коллектив  по разработке проекта "Сварка мягких живых тканей", участниками которого стали ученые и специалисты вышеуказанных организаций Украины и США. В 1998 г. в Украине в Киеве в госпитале Военно-Медицинского Управления СБУ начинаются опыты по сварке тканей удаленных органов человека. Чтобы сохранить физиологические свойства ткани, эксперименты проводились непосредственно после удаления органов в клинических условиях. Этому предшествовало проведение хирургических операций с применением сварочной технологии на более 1000 экспериментальных животных (белых крыс, кроликов, собак и свиней). Эти работы проводились в Киеве в экспериментальном отделе Института хирургии и трансплантологии АМН Украины.

Для того чтобы сварочная технология могла найти широкое клиническое  применение в хирургической практике, необходимо располагать убедительными данными по воспроизводимости положительных результатов применения сварочной технологии. Такие данные могут быть получены только на животных. Эвтоназия прооперированных животных в различные послеоперационные сроки и изучение препаратов сварных соединений может открыть картину заживления и восстановления ткани, подвергшейся тепловому воздействию. С этой целью была проведена экспериментальная работа на большой группе животных (крысы, кролики, собаки, свиньи) с последующими гистологическими исследованиями препаратов в различные послеоперационные сроки (14, 30, 60, 90 и 180 суток). Основными послеоперационными критериями оценки воспроизводимости качественного сварного соединения принимались: воспаление, эпителизация, утолщение стенки и деформация стенки. Оценка применения сварочной технологии производилась при операциях на кишечнике, печени, желчном пузыре. Анализ экспериментальных данных позволил сделать вывод о том, что на 30 сутки после операции стабильно наблюдается отсутствие процессов воспаления. Приводятся отдельные фрагменты структур ткани препаратов, исследуемых в различные послеоперационные сроки.

В результате проведенных экспериментов  были отработаны следующие методики применения сварочной технологии при  операциях на свиньях:

• с помощью биполярного сварочного пинцета достигается соединение продольных разрезов серозной и подслизистой оболочек, мышечной ткани участка толстой кишки точечным сварным швом с достижением полной герметичности;
• достигается формирование циркулярного анастомоза толстой кишки наложением однорядного серозного сварного шва. Полная герметичность сварного шва подтверждается послеоперационным вскрытием через три месяца после эксперимента. При этом место наложения сварного шва определяется с трудом;
• достигается герметичное сварное соединение продольного разреза желчного пузыря. С помощью сварочного биполярного пинцета формировался точечный сварной шов длиной 6-7 мм.

Совокупность экспериментов на контрольной группе животных (свиньях), а также экспериментов на удаленных и удаляемых органах человека по применению сварочной технологии в общей хирургии, показавших воспроизводимость получения положительных результатов, дали основание Министерству охраны здоровья Украины выдать свидетельство о государственной регистрации применения сварочного оборудования в медицинской практике.

Это позволило в госпитале Военно-Медицинского Управления СБУ совместно с учеными  и специалистами института электросварки  им. Е.О. Патона НАНУ провести клиническое  освоение способа сварки в области общей хирургии и гинекологии.

К настоящему времени клиническое  освоение сварочной технологии при  инженерном сопровождении специалистами  института электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины проводится также  в Институте хирургии и трансплантологии и институте нейрохирургии АМН Украины, в отделении хирургии Киевской городской клинической больницы №1 и в отделении политравмы Киевской городской клинической больницы №17.

На данный период времени проведено  более 1500 операций на различных органах  человека. Ни в одном из случаев применения нового сварочного медицинского оборудования не было послеоперационных осложнений или кровотечения. На способ сварки живой ткани, включая автоматизированное сварочное медицинское оборудование и инструменты, получены патенты Украины США и Австралии.

Сущность метода и  его преимущества.

Прежде всего, следует сказать, что высокочастотная хирургия применяется  в медицине достаточно широко. Например, для рассечения тканей, остановки или предупреждения кровотечения при разрезании тканей и сосудов. Однако при этом в зоне действия электротока возникает ожог и омертвение ткани.

При применении технологии патоновцев ничего подобного не наблюдается. Схематически процесс сварки можно описать следующим образом. С помощью биполярного сварочного зажима (или пинцета) хирург соединяет рассеченные слои ткани. В момент, когда он сжимает захваченные края, под воздействием высокочастотного электротока, подаваемого по заданной программе, и происходит процесс сварки. На это уходят десятые доли секунды. Затем захваченная ткань освобождается, и процесс повторяется до полного закрытия раны.

Образование сварного соединения, говоря научным языком, базируется на эффекте термокоагуляционных превращений белковых молекул под воздействием термической энергии. Проще это можно объяснить так. Под действием электротока невысокого напряжения происходит частичное нарушение клеточных мембран, из них выделяется жидкость, которая коагулируется, и ткани сжимаются — «свариваются». Через месяц-полтора морфологическая структура ткани восстанавливается, поэтому рубца в привычном понимании этого слова после оперативного вмешательства не остается.

В Институте электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины определены условия образования сварного соединений ткани токами высокой частоты и разработан удовлетворяющий этим требованиям сварочный комплекс, в состав которого входит энергетический блок, состоящий из источника питания (высокочастотного коагулятора) с системой управления и специально созданным для этой цели программным обеспечением, подсоединяемых к источнику питания биполярных сварочных медицинских инструментов (пинцетов, зажимов и лапораскопов) и специальных сборочных приспособлений. Система управления процессом сварки действует на основе обратных связей.

Источник питания подключается к сети с напряжением 220 В, частотой 50 Гц. 
Максимальная мощность до 500 ВА., 
Максимальное напряжение 280 В,  
Максимальная частота 440 Гц, 
Габариты порядка 300 х 160 х 220 мм, 
Вес 16 кг.

Чтобы восстановление физиологической  функции разрушенного органа протекало  быстро и не влекло за собой осложнений, тепловое вложение должно быть минимальным, но достаточным для образования  соединения. В связи с этим требования к управлению процессом сварки существенно повышаются. В то же время важно, чтобы процесс управления был простым для хирурга. Его внимание не должно отвлекаться на настройку аппаратуры и это не должно приводить к потере времени. С этой целью создана и успешно применена адаптивная система автоматического управления процессом сварки.

— В опытах на большой группе животных мы сравнивали действие сварки с обычными, т. н. традиционными методами соединения тканей, — рассказывает профессор Юрий Фурманов. — Если в случае использования шовных материалов через месяц после операции на толстом кишечнике легко находили места соединения ткани, то обнаружить их там, где применялась сварочная технология, было просто невозможно. Мы даже делали во время операций специальные метки (цветным шовным материалом), чтобы затем найти места соединений — рубцы были очень тонкие, я бы даже сказал элегантные, практически незаметные.

Но, понятное дело, не только в эстетике заключается преимущество новой технологии. Применяемые сегодня методы соединения тканей имеют существенные недостатки, о которых хорошо знают специалисты. Среди них — и развитие воспалительного процесса в тканях, и наличие в оперируемом органе постороннего материала со всеми возможными негативными последствиями, и угроза проникновения инфекции, и т. п., что негативно сказывается на результатах оперативного вмешательства. При применении сварочной технологии, по свидетельствам хирургов, не зафиксировано ни одного случая послеоперационных осложнений; достигается полная герметизация соединения в месте сварного шва и обеспечивается асептичность; значительно сокращаются кровопотери, время проведения операции, а также время нахождения больного под наркозом. Ну и, понятно, отпадает необходимость в шовном материале, клипсах и других хирургических инструментах.

А ведь сколько усилий нескольких поколений исследователей-клиницистов  было направлено на создание этих самых шовных материалов, клеев, степлеров и т. п.! Вместе с тем и сегодня нельзя считать, что проблема решена. Наоборот, она обрела еще большую актуальность в связи с широким внедрением в клиническую практику новых методик, таких как лазерная хирургия, лапароскопия и др.

Привлекательность новой хирургической технологии уже успели оценить специалисты. На сегодня в клинических условиях получены отличные результаты при оперативных вмешательствах на внутренних органах (кишечнике, желудке, печени), при гинекологических восстановительных операциях. Метод доказал свою незаменимость при лапароскопических операциях, например, на желчном пузыре, когда с помощью пинцетика с электродами одной манипуляцией достигается быстрая и надежная герметизация его стенки. И никаких следов хирургического вмешательства!

Проведенные испытания на прочность  сварных соединений на удаленных полых органах человека показали, что:

• Культя тонкой кишки, образованная точечным сварным швом с помощью биполярного пинцета выдерживает более 2 атм. (1500 мм.рт.ст).
• Соединение продольного разреза тонкой кишки, полученное с помощью точечного сварного шва выдерживает давление до 240 мм.рт.ст.
• Сварной шов продольного разреза тонкой кишки выполненный одномоментной сваркой с помощью биполярного зажима выдерживает давление до 260 мм.рт.ст.
• Телескопическое соединение большой подкожной вены полученное с помощью двух моментной сварки выдерживает давление до 4,00 атм. (3000 мм.рт.ст.).
• Соединение продольного разреза большой подкожной вены выполненное точечным сварным швом выдерживает давление до 2,00 атм. (1500 мм.рт.ст.).

Установлено принципиальное отличие воздействия на живую ткань процесса сварки по сравнению с широко применяемым процессом коагуляции. Процесс коагуляции вызывает ожег и омертвление ткани в месте воздействия нагрева в то время, как при применении сварочной технологии достигается значительно меньшее травмирование тканей и отсутствие ожогов, что подтверждается морфологическими исследованиями, а также отсутствием в процессе сварки выделения дыма и неприятного запаха. Исключается поражение ткани в месте сварки, что способствует более быстрому и легкому заживлению ткани прооперированного органа, восстановлению его морфологической структуры и функций.