ניתוח בעזרת חשמל

ניתוח בעזרת חשמל הוא שימוש בזרם חשמלי בתדר גבוה (תדר רדיו) בעל קוטביות משתנה כאמצעי לחתוך, להקריש, לייבש, או להסיר רקמות. היתרונות של השיטה כוללים את היכולת לביצוע חתכים מדויקים תוך כדי איבוד דם מצומצם.  מכשירים לניתוח בעזרת חשמל משמשים לעיתים קרובות במהלך פעולות כירורגיות כדי למנוע איבוד דם בחדרי הניתוח או בהליכי אשפוז.

צורת הפעולה

בתהליכי ניתוח בעזרת חשמל, הרקמה מחוממת על ידי זרם חשמלי. אף על פי שנעשה שימוש במכשירים חשמליים כדי לבצע צריבה בעזרת חשמל לשימושים מסוימים, ניתוח בעזרת חשמל לרוב מתייחס לשימושים שונים מאשר צריבה בעזרת חשמל (באנגלית:  Electrocautery). צריבה בעזרת חשמל נעשית באמצעות הולכת חום מן המכשיר המחומם לטמפרטורה גבוהה מאוד על ידי זרם ישיר (בדומה לצורה בה מולחמות מתכות). ניתן לבצע זאת באמצעות זרם ישיר מתאי אנרגיה למכשיר בצורת עט. ניתוח בעזרת חשמל, לעומת זאת, משתמש בתדר רדיו  בזרם חילופין כדי לחמם את הרקמה על ידי השראת זרם הגורם ליינון המולקולות בתאים אשר מעלה את הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה הבין-תאית מגיעה ל60 מעלות צלזיוס, מתרחש מוות תאי מיידי. אם רקמת תאים מתחממת לטמפרטורה של 60–99 מעלות צלזיוס, מתרחשים בו זמנית תהליך של התייבשות הרקמה, ותהליך של קרישת חלבונים. באם הטמפרטורה הבין-תאית מגיעה במהירות ל-100 מעלות צלזיוס, התוכן הבין-תאי עובר שינוי מצב צבירה מהיר לגז, גדל מאוד בנפח וכתוצאה מכך נוצר אידוי נפיץ. כשהשימוש ב"מלקחיים" חשמליות לניתוח בעזרת בעזרת חשמל מבוצע כראוי, ניתן להשתמש בקרישת החלבונים והתייבשות הרקמה לטובת סגירת כלי דם ועצירת דימום. אף על פי שהתהליך המדובר הוא בעצם "קרישה באמצעות חשמל", לרוב מתייחסים אליו כ"צריבה באמצעות חשמל". תהליך אידוי הרקמות יכול לשמש כדי לטובת הסרה או חיתוך של רקמות. תהליכי אידוי/ חיתוך וייבוש/קרישה מניבים את התוצאות הטובות ביותר עם מתח נמוך יחסית ושימוש בגל אלקטרומגנטי רציף, התהליך של "הבזק" מבוצע עם מתח גבוה יחסית וצורת גל משתנות. "הבזק" הוא סוג שטחי של קרישה, הנוצר בדרך כלל על ידי הקשתת מתח גבוה המווסת דרך הרקמות, המייבש ומקריש אותן במהירות. זרם זה מיושם לרקמות מעוכבות במיוחד, אשר משחרר חום רב - מספיק כדי לגרום לפירוק של מולקולות אורגניות לסוכרים ואפילו עד לכדי פירוק המולקולות לפחמן. לכן בשימוש בזרם זה, נוצר מרקם כהה כתוצאה מהפחמן.
ניתוח בעזרת חשמל משומש למעשה בכל צורות הניתוח כולל: ניתוחים דרמטולוגיים, ניתוחים גניקולוגיים, ניתוחי לב, ניתוחים פלסטיים, ניתוחי עמוד שדרה, אף-אוזן-גרון, ניתוחי פה ולסת, ניתוחים אורתופדיים, ניתוחים אורולוגיים, ניתוחי עצבים, ניתוחים כלליים ואף טיפולי שיניים מסוימים.
ניתוח בעזרת חשמל מבוצע באמצעות מחולל גלי רדיו (שלעיתים נקרא יחידת הניתוח בעזרת חשמל או בקיצור באנגלית: ESU) ו"ידית" הכוללת אלקטרודה אחת או שתיים - מכשיר דו-קוטבי או חד-קוטבי. כלל המכשירים לניתוח בעזרת חשמל הם למעשה דו קוטביים- לכן ההבדל בין מכשיר דו-קוטבי למכשיר חד-קוטבי הוא בעיצוב המכשיר.

סוגי מכשירים

"צורבן" (דיאתרמיה, באנגלית: Diathermy) הוא למעשה חימום דיאלקטרי, המיוצר על ידי רוטציה של מולקולה בעלת דיפול חשמלי. ניתן במובנים מסוימים להתייחס ל"צורבן" כמושג נרדף לניתוח בעזרת חשמל ואילו בהקשרים אחרים ניתן להתייחס אליו כחימום דיאלקטרי בלבד. השימוש בתופעה זו נעשה לרוב בתנורי מיקרוגל או מכשירים פולשניים לרקמות הפועלים בתדירויות באזור ג'יגה-הרץ. בתדרים נמוכים יותר, המאפשרים חדירה עמוקה יותר, משתמשים בתהליכים תעשייתיים.
המכשיר החד-קוטבי, הנקרא "אלקטרודה פעילה", דורש את השימוש במכשיר חד קוטבי נוסף, הנקרא "אלקטרודה מפזרת",  המונח במיקום אחר על גוף החולה ונועד למעשה "לפזר" את גלי הרדיו ולמנוע פציעה כתוצאה מחימום הרקמות. לעיתים מתייחסים בטעות ל"אלקטרודה המפזרת" כ"הארקה" או "אלקטרודה נייטרלית", התייחסות שכזאת היא מוטעית כיוון שאלקטרודה זו גם היא מחוברת למחולל גלי רדיו ומקבלת  זרם לשם סגירת מעגל, ולא מחוברת לקרקע או למשטח נייטרלי. גם המונח "אלקטרודת החזרה" אינו מדויק טכנית, כיוון שזרם החזרה מתייחס למצב של זרם משתנה המוביל למצב שבו אותו הזרם יוצא משתי האלקטרודות.
מכשירים דו-קוטביים לרוב מעוצבים עם שתי אלקטרודות "פעילות", כגון מלקחיים לאיטום כלי דם. עם זאת, ניתן לעצב את המכשירים כך שאחת האלקטרודות היא "אלקטרודה מפזרת". היתרון העיקרי של מכשירים דו-קוטביים מהוא שחלק קטן של המטופל נמצא בין שתי האלקטרודות ובכך רק חלק קטן חשוף לזרם חשמלי, דבר המפחית את הסיכון לפיזור הזרם שעלול לגרום לאירועים מסכנים. עם זאת, למרות העובדה שמכשירים אלו מצליחים לתפקד בנוזל, קשה להשתמש בהם כדי לאדות או לחתוך רקמות.

תצורות נפוצות

ישנן מספר תצורות אלקטרודה נפוצות שנעשה בהן שימוש:
במכשירים "דו-קוטבית" הזרם מועבר למטופל באמצעות זוג אלקטרודות באותו הגודל. לדוגמה, מלקחיים מיוחדים, כאשר כל צד מחובר לצד אחר של מחולל הזרם. כאשר "תופסים" באמצעות המלקחיים חלק מרקמה מסוימת,  הזרם החשמלי נע בין שני קצוות המלקחיים ובכך נוצר חימום של רקמת היעד על יד תנועת יונים מסונכרנת בין התאים.
בתצורה "חד קוטבית" המטופל מחובר לאלקטרודה מפזרת, שהיא בעצם לוחית גדולה יחסית העשויה מתכת או פלסטיק מצופה מתכת, המחוברת למחולל זרם. המנתח משתמש ב"אלקטרודה פעילה" מחודדת או בצורת סכין שבמגע עם הרקמה, ניתן להסירה.  שימוש זה נקרא "חיתוך בעזרת חשמל". ניתן גם בתצורה זאת לאטום כלי הדם לצורך שמירה על מערכת הדם. הזרם החשמלי נע בין האלקטרודה הפעילה לאלקטרודה המפזרת ועובר דרך כל גופו של המטופל. כיוון שהזרם נחלש ככל שהוא עובר מרחק, צפיפות הזרם פוחתת במהירות (בריבוע). מכיוון שעוצמת חימום הרקמה נובעת כפונקציה של מרחק הזרם, מתרחש חימום רב באזור האלקטרודה המפזרת ואילו בשאר חלקי הגוף לא מתרחש כמעט חימום כלל.
על חלקים מהגפיים כגון אצבע, שטח החתך לפיזור הזרם הוא מוגבל, דבר אשר עלול לגרום לצפיפות זרם גבוהה יותר ולכן לחימום לאורך היקף הגף.
עיצוב נוסף למכשיר דו-קוטבי הוא של שתי אלקטרודות בעלות אותו העיצוב, אך האלקטרודה המפזרת גדולה יותר מהאלקטרודה הפעילה. כיוון שצפיפות הזרם גדולה משמעותית באזור האלקטרודה הפעילה, רוב החימום נוצר שם ומיקום האלקטרודה המפזרת נהפך לפחות משמעותי. לפעמים תצורה כזו נקראת ססקי-פולארית (באנגלית: sesquipolar), בשל המילה בלטינית sesqui שמשמעותה יחס של 1.5.
ניתן לבצע ניתוח בעזרת חשמל בהספק נמוך ובתדר גבוה במכונות ייעודיות בעלות אלקטרודה מפזרת שאינן מוארקות. ניתן לבצע ניתוח בעזרת חשמל ללא אלקטרודה מפזרת בזרם נמוך ובתדירות בינונית (100–500 קילו-הרץ) שנמצאת בין יכולת הקיבול של הגוף לבין יכולת הקיבול של האדמה. 
דוגמה אחת של מכונה כזו נקראת הייפראקטור (באנגלית: hyfreactor). מקור השם הוא מראשי התיבות של "חותך בתדר גבוה", אבל כיום משמש כשם כללי למכונות לניתוח בעזרת חשמל בעלות אלקטרודה אחת ושאינן מוארקות. מכיוון שקיימת סכנה לסגירת מעגל עם חלק מגופו של המטופל ובכך לגרום לכוויה, השימוש במכונות אלו נעה רק על מטופלים בהכרה ועל שולחנות מבודדים בלבד.
תחת ההתניות הללו, הייפראקטורים לא משמשים לשם חיתוך רקמות אלא להריסת נגעים קטנים וכן להפסקת דימומים שנוצרו במהלך ניתוח.

גירוי חשמלי של תאי עצב ושריר

תאי עצב ושריר רגישים לגירוי חשמלי, כלומר ניתן להפעיל אותם באמצעות זרם חשמלי. למטופלים מסוימים, גירוי שכזה עלול לגרום כאב אקוטי, התכווצויות שרירים, ואפילו דום לב. הרגישות של תאי עצב ושריר לחשמל קיימת בשל תעלות יונים ממותגות מתח שממוקמות בקרום התא. בתדרים נמוכים הגירוי אינו עובר את סף הגירוי לפתיחת התעלות. עם זאת, הסף מתחיל כאשר משך זמן הפעימה (או מחזור) יורד מתחת למינימום מסוים שנקרא כרונאקסי (באנגלית: chronaxie). בדרך כלל, כרונאקסי של תאי עצב הוא  0.1–10 מילי-שניות, כך שהרגישות לגירוי חשמלי (המעבר של גירוי הסף) פוחתת כאשר התדירות היא בטווח הקילו-הרץ ומעלה. כדי למזער את ההשפעות על גירוי שרירים וגירוי עצבי, ציוד לניתוח בעזרת חשמל פועל בתדרים שבין 100 קילוהרץ ל-5 מגה הרץ.
עבודה בתדרים גבוהים יותר, עוזרת גם למזער את כמות המימן והחמצן שנוצרים בתהליך אלקטרוליזה של מים. שיקול זה חשוב במיוחד עבור הליכים המבוצעים בסביבה מימית תחומה, שבה יצירה של בועות גז עלולה להפריע להתליכים בגוף. לדוגמה, בועות שיווצרו במהלך ניתוח תוך עיני עשויות לטשטש את שדה הראיה.

אופני ניתוח בעזרת חשמל

במצב חיתוך,  האלקטרודה נוגעת ברקמה, וצפיפות ההספק הגבוהה מאדה את המים בתוך הרקמה. כיוון שאדי מים לא מוליכים חשמל במצב טבעי, זרם חשמלי לא יכול לזרום דרך שכבת האדים. ניתן להעביר זרם בשכבה זו אם משתמשים במתח גבוה יחסית (מעל ל-200 וולט) ההופך את אדי המים לפלזמה מוליכה. אדי מים ושברי רקמה נפלטים ויוצרים תוך כדי כך שקע. משטח המגע של האלקטרודות שנועדו לחיתוך, מורכב לרוב מחוט מוליך דק או מלולאה שכזו, בניגוד ללהב שטוח בעל שטח פנים מעוגל.
כדי לבצע קרישה  באמצעות חשמל, משתמשים בצורות גל בעלות ממוצע כוח נמוך יותר, המייצרות חום שאינו מייצר פיצוץ, אלא קרישה תרמית במקום.
ייבוש בעזרת חשמל מתרחש כאשר האלקטרודה נוגעת ברקמה החשופה לאוויר וכמות החום הנוצרת נמוכה יותר מהדרוש לחיתוך. פני השטח של הרקמה וכן שכבות מעט עמוקות יותר מתייבשים ויוצרים מקרש ("טלאי" של שכבות מתות). טכניקה זו עשויה לשמש לטיפול בגושים מתחת לעור, במצב בו רוצים להשאיר נזק מינימלי לפני השטח של העור.
במצב הבזק, מהאלקטרודה מורחקת מהרקמה וכך כאשר מרווח האוויר שבין הרקמה למכשיר מיונן,  במתח מתפרק בצורת קשת חשמלית. במצב זה חריכת הרקמה היא שטחית יותר, כי הזרם משתרע על פני שטח גדולים יותר מאשר רק הקצה של האלקטרודה, במצב זה, נוצרת חריכה או השחמה בשטח גדול יותר מאשר מצב בו פועלים רק עם קצה האלקטרודה ולכן טכניקה זאת משמשת לטיפול בנגעים שטחיים ביותר כגוון נגעי עור. יינון של מרווח האוויר דורש מתח בתחום הקילו-וואט.
פרט לאפקטים התרמיים ברקמות, שדה חשמלי יכול לייצר נקבוביות בממברנת התא - תופעה הנקראת אלקטרופורציה. אפקט זה עשוי להשפיע על תאים יותר מאשר נזק תרמי.

ניתוח בעזרת חשמל בסביבה רטובה

ישנם מתקנים רטובים ויבשים לניתוח בעזרת חשמל. מכשירים בשדה רטוב פועלים בתמיסת מי מלח, או בפצע פתוח. חימום נוצר כאשר זרם עובר בין שתי האלקטרודות. החימום גדל ככל שהזרם צפוף יותר. לכן, לרוב אלו האלקטרודות הקטנות והחדות ביותר שמפיקות את החום הב ביותר.
רוב המערכות בשדה רטוב עובדות בשני מצבים: "חיתוך" הגורם לאזור קטן מהרקמה להתאדות, ו"קרישה" הגורם לרקמה ל"התייבש" (במובן של עצירת דימומים). רקמות "מיובשות" מתות (ולאחר מכן מושלות או מוחלפות ברקמות פיברוטיות) אך הן נותרות שלמות באופן זמני לאחר תהליך הניתוח בעזרת חשמל. לרוב עומק מוות הרקמה הוא מספר מילימטרים מאזור מגע האלקטרודה.
בחיתוך, אם רמת המתח גבוהה מספיק, החום שמופק גורם ליצירת כיס אדים. כיס האדים בדרך כלל מגיע לטמפרטורות של כ-400 מעלות צלזיוס, אשר מאדות ומפוצצות קטעים קטנים של רקמה רכה, וכתוצאה מכך נוצר חתך.
קרישה - כאשר פועלים במצב "קרישה" מתח הפלט הוא בדרך כלל נמוך יותר מאשר במצב חיתוך ופחות כוח מועבר. לכן מופק פחות וכתוצאה מכך לא נוצר כיס אדים. הרקמה נשארת שלמה בכללותה, אבל בנקודת המגע מתבצע הרס תאי וכלי דם קטנים נהרסים ונאטמים, בכך מתבצעת עצירה של דימום נימי או דימום מעורקים קטנים.

צורות גל לניתוח בעזרת חשמל

צורות גל שונות משמשות להליכים שונים. לחיתוך משתמשים לעיתים קרובות בגל סינוס רציף בתדר בודד. חימום הרקמות המהיר מוביל לאידוי נפיץ של הנוזל הבין-תאי. אם המתח גבוה מספיק (מעל ל-400 וללט מפסגה לפסגה). כיס האדים מיונן, ונוצרת פלזמה מוליכה. זרם חשמלי ממשיך לזרום מן האלקטרודה המתכתית דרך הגז המיונן ולתוך הרקמה. התחממות היתר המהירה של הרקמה מובילה לאידוי, שבירה ופליטת השברים, דבר המאפשר חיתוך רקמות. בשימוש בגל מתמשך, החום הרציף מוביל לרוב ליצירת אסור נזק תרמי בקצוות הנגע. ניתוחים בעזרת חשמל בזרם רציף, לרוב מבוצעים בצורות גל בטווח של 300-10,000 וולט מפסגה לפסגה. 
ניתן להשיג דיוק גבוה יותר באמצעות שימוש בצורות גל של פולסים. שימוש בפרצים בעלי משך של כמה עשרות מיקרו-שניות מעניק את האפשרות לחתוך את הרקמה, בעוד אזור דיפוזיית החום לא עובר את הרמה התאית. ניתן למנוע הצטברות חום לאחר שימוש במספר פרצים אם ישנו מרווח זמן מספק בין הפרצים, דבר המאפשר לרקמה להתקרר.
היחס בין זמן הפעולה לזמן ההפסקה ניתן לשינוי לשם שליטה על קצב החימום. פרמטר הקשור לכך, מחזור הפעולה, מוגדר כיחס זמן הפעולה לאורך המחזור (הזמן של מחזור פועל-מופסק יחיד). בטרמינולוגיה של הנדסת חשמל, תהליך זה של שינוי המשרעת בגל מחזורי נקרא אפנון.
לטובת קרישה, ההספק הממוצע בדרך כלל הוא מתחת לסף הדרוש לחיתוך. לרוב, משתמשים בגל סינוס שמופעל ומופסק בקצב מהיר. הראפקט המצטבר הוא תהליך חימום איטי יותר, אשר גורם לרקמות להתקרש. במכונות בעלות מצב קרישה/חיתוך פשוט, מחזור הפעולה הנמוך של מצב הקרישה לרוב יכול להשמע על ידי האוזן האנושית כבעל תדירות נמוכה וטון מחוספס יותר מאשר מוד החיתוך באותו הציוד.
מכשירי ניתוח בעזרת חשמל מודרניים רבים מאפשרים שליטה בזמן אמת על צורות גל מורכבות לשם התאמת הפעולה לרקמה.

מניעת פגיעה לא מכוונת

עבור שימושים כירורגיים במתח גבוה הכוללים הרדמה, השיטה החד-קוטבית מסתמכת על חמגע חשמלי טוב בין שטח פנים גדול בגוף המטופל (בדרך כלל לפחות כל החלק האחורי של המטופל) ואלקטרודת או משטח ההחזרה (הנקרא גם האלקטרודה המפזרת או משטח המטופל). כוויות חמורות (דרגה 3) עלולות להתרחש אם לא קיים מגע מספיק עם אלקטטרודת ההחזרה, או כאשר מטופל בא במגע עם עצמים מתכתיים דבר שגורם להארקה לא מכוונת.

כדי למנוע כוויות לא מכוונות, העור מנוקה, ומורחים חלקים מגוף המטופל בג'ל מוליך כדי לשפר את שטח המגע עם אלקטרודת ההחזרה. בנוסף חיווט הבניין חייב להיות מוארק כהלכה. מומלץ גם להשתמש בערכות ניתוח בעזרת חשמל מודרניות שכוללות רכיב המנטר את פעולת אלקטרודת ההחזרה. מערכות אלו בודקות מצבים של פיצול זרם או החזרה כפולה ואם מאותר מצב שכזה הן מפסיקות את הזרם היוצא מהמכונה. מכשור קודם הסתמך על אלקטרודה אחת ולכן לא היו אמצעים כאלו לוידוא שלומו של המטופל. אלקטרודת ההחזרה צריכה להיות תמיד במגע עם גוף המטופל וכן באותו צד בגוף שבו מתרחש התהליך.
אם יש מתכת בגוף המטופל, האלקטרודת ההחזרה תמוקם בצד הנגדי של המתכת בגוף, בין אזור הטיפול לבין המתכת בגוף המטופל. כך זה מונע מהזרם לעבור באופן סלקטיבי דרך המתכת בדרך לאלקטרודת ההחזרה. אם קיימת מתכת בשני הצדדים של גוף המטופל, אלקטרודת ההחזרה תמוקם בין המתכת לבין אזור הטיפול במידת האפשר. מקומות נפוצים למיקום אלקטרודת ההחזרה נמצאים באזור החיצוני של הירכיים, הבטן, הגב, או הכתפיים.
בעת עבודה בצורה דו-קוטבית אין צורך למקם אלקטרודת החזרה כיוון שהזרם עובר רק בין קצות המלקחיים החשמליים או כלי דו-קוטבי אחר.
ניתוח בעזרת חשמל צריך להתבצע אך ורק על ידי רופא אשר קיבל הכשרה ספציפית בתחום ומי שמכיר את הטכניקות בשימוש על מנת למנוע כוויות.
הועלו גם חששות לגבי רעילות של עשן כירורגי המיוצר בתהליך של ניתוח בעזרת חשמל. הוכח בעבר שעשן זה מכיל חומרים כימיים אשר עלולים לגרום נזק בשאיפה למטופלים, או לצוות.

היסטוריה

הפיתוח של המכשיר המסחרי הראשון לניתוח בעזרת חשמל נזקף לזכותו של ויליאם ט. בובי, שפיתח את המכשיר הראשון לניתוח בעזרת חשמל בעת שעבד באוניברסיטת הרווארד. הניתוח הראשון התרחש בראשון באוקטובר 1926, בבית החולים פיטר בנט בירגהם בבוסטון. הניתוח -הסרת גוש מראש המטופל - בוצע על ידיד הארווי קושינג. ההייפראקטור המסחרי הראשון שפועל בכוח נמוך שווק לראשונה בשנת 1940.