层流手术室电外科污染物危害与防护的综述

刘风侠 张瑞丽 刘红军 陶仁海 梁军利 崔立敏

层流手术室是采用空气洁净技术对微生物污染采取不同程度的控制,以达到控制空间环境中空气的洁净度,使之适于各类手术的要求,并提供适宜的温、湿度,创造一个清新、洁净、舒适、细菌数低的手术空间环境,让患者在手术时组织受到尽可能少的损伤,达到降低感染率的效果[1]。随着医疗技术的提高,电外科设备(electrical surgical equipment,ESU)、激光以及其他电动工具在手术中广泛应用,全身麻醉手术增多,现在的医疗工作既具有复杂性又有多重性。其中,高频电刀(高频手术器)是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械,目前已成为较为理想的电外科手术器械[2],电外科是指利用电能转换而来的热效应,对组织进行切割、凝固、汽化以达到止血的目的。在应用过程中电流作用人体组织细胞使组织中的液体汽化、组织破碎产生化学污染物。腹腔镜手术作为一种新技术,因其对患者的损伤比传统手术小,所以正日益广泛应用于临床。但是人们已开始注意到,由于腹腔镜手术中需要特殊的设备和器械,以及手术操作过程都与传统剖腹手术有很大的差异,由此也导致了手术室环境的改变,尤其是手术室空气状况的改变,有研究证明腹腔镜手术环境中存在空气污染[3],而长期暴露于这种微量电外科废气的污染环境中,可对手术室工作人员的身心健康带来不利的影响。降低手术室废气污染物,加强工作人员的健康防护已成手术室环境保护工作的重要方面[3,4]。?

1 电外科烟雾的产生

1.1 电外科烟雾的产生及成分

1.1.1 电外科烟雾的产生 高频电刀(高频手术器)及其他电动工具在手术中广泛应用,Ball调查发现,1995年美国施行的 2 400万例外科手术中超过 90%的手术有烟雾产生[5]。手术烟雾是在外科手术过程中随着能量传送到组织细胞时产生的,当电外科设备将能量传送到细胞时,产生的热量使细胞内压力升高,最终使细胞膜破裂,细胞体液被蒸发。高温使细胞中的蛋白质及其他有机物燃烧,同时也使得相邻细胞发生坏死,含有大量水蒸气的烟雾被释放出来,细胞碳化所产生的烟雾不仅妨碍手术人员的视野,而且把有害的生化物质释放到空气中。在不同的手术和手术的不同阶段,手术烟雾的浓度及成分存在较大的差异,一般的情况下手术开始阶段烟雾的浓度较高。影响烟雾产生的总量及组成成分的因素包括:手术类型、手术部位、手术医师的技术、组织病理学特征、设备使用时的能量形式及能量大小、设备使用的时间长短及频率等。腹腔镜手术作为一种新技术从一开始就有了强大的生命力,但是腹腔镜手术的大部分操作(如分离切割)都是依靠电凝钩来完成,对组织的高温烧灼过程较剖腹手术多。电凝电切时会产生大量的烟雾,为使手术术野清晰,术中全部从腹腔中吸出排放到手术室[3,6]。

1.1.2 电外科烟雾的成分 研究表明,手术烟雾中常见的成份包括:有害的化学成分、活性病毒、活性细胞、非活性颗粒、可诱导突变的物质等[7]。手术烟雾不仅有异味,还含有多种有害的化学成分,它是ESU、激光等燃烧蛋白质和体液时产生的混合物[8]。Hoglan研究认为手术烟雾中含有 600种以上的化学成分。在 ESU烟雾中含量最高的化学成份有碳氢化合物、多环芳烃、二氧化硫、腈类、脂肪酸、酚类等,其中 CO与丙烯腈及多环芳烃、二氧化硫最受关注。其他含量较少但较受关注的化学成份有氰化氢、甲醛、和苯等[7]。手术烟雾中丙烯腈的浓度可达到1.0～1.6mg/L,丙烯腈是一种无色的有毒气体,易被肺、胃肠、皮肤吸收。日本学者在对 ESU、激光、烟草产生的烟雾比较后发现,CO、激光照射 1g组织所释放烟雾的危害与 3支没有过滤嘴香烟产生的危害相当,而ESU产生的烟雾危害则是激光的 2倍[8]。

1.2 腹腔镜手术与传统手术电外科烟雾的比较

腹腔镜手术空气中二氧化碳浓度几乎达 2 069mg/m3,氮氧化合物 0.199mg/m3,甲醛 0.116mg/m3,乙醇 164.9mg/m3,这几种化学污染物均超标[3]。腹腔镜手术与传统手术比较,其术后的二氧化碳、氮氧化合物、多环芳烃、二氧化硫、甲醛、乙醇与传统手术相比较均有差别,腹腔镜手术较传统手术空气污染重[3]。在腹腔镜手术完成时,CO的浓度可达到 100～1 900 mg/L[5],远高于 1998年,美国职业安全健康管理局(The U.S.Occupational Safety and Health Administration,OSHA)起草的一份倍受关注的管理指南,即关于激光和ESU烟雾中医务人员的职业安全保护指南设定的 35mg/L的标准[8]。研究表明腹腔镜手术若不排除烟雾,由于机体吸收了大量的 CO,术后患者血液中的高铁血红蛋白(MetHb)浓度高于正常值长达 6 h,碳氧血红蛋白(COHb)的浓度超过了人体所能承受的浓度(2%),此时患者会出现头痛、头晕、恶心、心律失常等症状,若为冠心病患者,则更加严重[5]。

2 电外科烟雾废气的摄入

工作人员因长期接触微量电外科烟雾废气,这些废气积蓄于组织,手术人员每天在手术室接触 8 h对人体有害的污染气体后,要有一定的时间呼出污染气体,否则这些气体会因无法排尽而逐渐积聚而达明显的危害程度[9]。电外科烟雾废气对人体健康的危害包括以下几方面。

2.1 心理行为的影响

手术人员长期接触废气污染会出现轻度麻醉,指听力、记忆力、理解力、读数字能力及操作技能等心理行为的影响[10]。

2.2 生育功能的影响

废气污染可影响手术室工作人员的生育功能,孕前期及孕期长期暴露于电外科烟雾及麻醉废气中,可导致自发性流产率增加,婴儿畸形率增高,电外科烟雾中的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类致癌致畸变的物质,它们主要以附着于空气中的细颗粒物质的形式存在,通过呼吸进入人体是颗粒物质表面携带的主要有毒物质之一。主要来源于有机物质的不完全燃烧,另外,PAHs还存在于烟草烟雾、大气的沉降物以及烧烤烤肉等食物中。苯并(a)芘(BaP)是 PAHs中典型的一种,人群和动物实验研究表明,PAHs(BaP)可以通过胎盘导致DNA损伤[11],对人群生殖健康和胎儿生长发育有负面影响。流行病学调查研究表明,孕期暴露于PAHs将增加新生儿低出生体质量、胎儿生长受限发生的危险性[12]。而二氧化硫(SO2)是大气中普遍存在的一种污染物,国外学者自本世纪 50年代即开始研究SO2对人类健康的影响,主要集中在成人及儿童呼吸、心血管系统的影响,之后的研究发现:SO2对婴儿及胎儿的影响可能较成人、儿童更敏感。近 10年来越来越多的人群流行病学调查提出或支持不良妊娠结局可能与母亲孕期暴露于 SO2有关的观点,而且对各种不良妊娠结局的影响程度不同[13]。近年来的流行病学研究发现大气低污染水平的二氧化硫对低出生体质量、胎儿生长受限、早产及某些出生缺陷产生影响[14],并较一致的认为在孕早期母体的二氧化硫暴露对不良妊娠结局的影响较孕中晚期的暴露更为密切。孕早期胚胎比婴儿及胎儿对外界环境变化更为敏感。生殖细胞和早期胚胎对外界影响因素极为敏感,动物实验发现SO2及其体内衍生物对生殖细胞和胚胎的发育均有一定的影响,对生殖细胞的功能和微结构有毒性作用,SO2在体内的衍生物——亚硫酸氢钠和亚硫酸钠可促进中国仓鼠卵巢细胞(CHO—AS52)突变率增高。SO2可引起小鼠精子数量尤其是正常活动度精子数量的减少、不活动精子数量增加且呈剂量一效应关系;SO2还可引起不定形畸变精子的频率显著增加,使总精子畸变率随染毒剂量的增加而呈剂量依赖性增高。超微结构观察发现SO2引起小鼠睾丸组织基膜、支持细胞、精子顶体及线粒体、溶酶体超微结构破坏,这对动物的生殖功能将会带来不利影响[15]。二氧化硫体内衍生物的毒性作用机制可能是通过抑制乳酸脱氢酶的活性而发挥其毒性作用[16]。另外的研究提出 SO2是一个基因毒性因子和染色体断裂剂,可通过引起DNA损伤而诱发细胞突变和癌变[17]。

2.3 其他疾病的影响

电外科和激光手术烟雾中的成分如二氧化硫进入机体后主要以亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的形式存在,动物实验研究证明 SO2及其衍生物(亚硫酸钠和亚硫酸氢钠)为全身性毒物,不仅可影响小鼠肺组织,还可引起小鼠其他多种器官的DNA损伤和氧化损伤[18]。SO2吸入可诱导体内产生自由基和活性氧,造成血红细胞、脑、肺、气管和支气管等处脂质过氧化水平升高,并改变它们的抗氧化状态[19]。近年来医务人员逐渐认识了电外科和激光手术烟雾中的活性病毒成分,这些病毒成分包括 HIV、HPV(人类乳头状瘤病毒)、肝炎病毒、肺结核杆菌等,斯坦福大学的研究者Johnson和Robinson发现某些电动外科手术工具包括电刀、骨锯、高速刨削器都可气化含HIV的血液,产生的烟雾中含有活性的H IV,可感染培养的人类 T细胞[20]。有研究表明,HIV的DNA可在 CO2激光产生的烟雾中保持活性 14 d,在 28 d后活性完全消失[20]。到目前为止,已有皮肤与眼睛接触烟雾可能导致HIV感染的报道。但相关的病例太少,大部分研究尚停留在手术烟雾中存在的活性病毒研究的阶段,对烟雾中病毒与传染病之间的关系还有待于进一步的研究证实。

2.4 非活性颗粒

外科手术烟雾中的微小颗粒可能对手术人员和患者构成危害。较大的颗粒在到达肺部深处前就先与呼吸道发生碰撞,粘附于黏膜上,通常咳嗽能清除这些颗粒。而直径在 0.5～5.0μm的微小颗粒能进入肺的深部,对肺产生损害[21]。长期暴露在 ESU烟雾中的实验动物,肺泡中积聚了细小的颗粒,这些颗粒可引起肺充血、肺气肿等疾病[18]。

3 手术室化学污染物危害的防护

近年来,为手术室医护人员提供呼吸防护的观点开始引起人们的注意。提高手术医务人员对手术烟雾危害性的认识,加强防护意识,探讨并研究排除手术烟雾的方法是手术医务人员面临的新课题。

3.1 各种典型微小颗粒的大小比较

微小颗粒直径的大小与对身体的损害程度有关,病毒的直径 0.01～0.3μm,H IV病毒的直径是 0.18μm,HPV病毒的直径为 0.045μm,烟草烟雾的直径为 0.1～3.0μm,手术烟雾的直径为 0.1～5.0μm,细菌的直径为 0.3～15.0μm,对肺有损害的颗粒直径是 0.5～5.0μm。

3.2 口罩的选择与防护性能

口罩对手术烟雾的防护性能与口罩的滤除能力有较大的关系。不同的口罩其滤过能力存在很大的差别。使用高滤过性能的口罩能为工作人员提供更有效的保护,它可以滤除 0.1 um直径的颗粒,但同时由于其滤过性能过高可引起呼吸困难。国外有些医院在某些手术中为医护人员提供带动力的空气净化功能的呼吸面罩(PAPR),PAPR能把过滤后的空气泵入呼吸罩内部,并在内部产生正压,防止手术烟雾进入口罩内部。另外,口罩与佩戴者的匹配性也影响着口罩的防护性能,佩戴者应选择适合自己脸型的口罩,且接触紧密,舒适性好[5]。

3.3 负压吸引系统

利用负压吸引系统来吸除烟雾是手术中常用的去除烟雾的方法之一。通常每间手术室都配备这种负压吸引装置,手术助手手持负压吸引的吸引杆,随着手术的电切与电凝操作同步移动,以达到吸出烟雾的目的。研究表明,要将吸引器放于烟雾源 2.54～5.08 cm的范围内才能有效的吸除烟雾[22],如果超出这一范围,效果将会减半。而标准的吸引器为了防止堵塞没有配置高性能的过滤器,被吸走的烟雾只进入吸引瓶内,不进行负压吸引时烟雾有弥散出来的危险,这是负压吸引存在的弊端之一。

4 讨 论

4.1 职业环境与人体健康

职业环境与人体健康有密切关系,手术室环境对医务人员的健康亦有影响,长期暴露于微量电外科烟雾中,不能排除对人体健康未知损害的可能性,定期监测手术室环境污染的程度,规定麻醉药污染的许可阈值积极采取预防和减少废气污染的措施,可确保医务人员的健康不受损害。

4.2 外科烟雾排除与个人防护

外科烟雾可采用烟雾排除系统进行过滤和清除,这一系统应尽可能靠近手术区。在机械装置难以达到或不能使用的区域内应该采用个人防护设备。传统的口罩不能有效地保护工作人员,因此处于外科电器烟雾环境的工作人员应尽量配戴呼吸面罩,并对该环境的工作人员进行教育,使其知道电外科烟雾的潜在危险,并采取相应措施,进一步查清电外科烟雾的危害[23]。

[1] 翟 慧.影响层流手术室空气洁净度的相关因素及对策[J].护士进修杂志,2007,22(24):2295-2296.

[2] 张徐军,沈孝兵,汪国雄.高频电刀术中烟雾致遗传毒性作用的实验研究[J].南京铁道医学院学报,1999,18(3):166-167.

[3] 梁杰聪,刘衍民,吴邦华,等.腹腔镜与剖腹手术环境空气污染状况比较研究[J].中国职业医学,2003,30(6):19-22.

[4] 杨继庆 ,李海涛.激光的危害和防护[J].科技创新导报 ,2008,5(3):123-125.

[5] 宋文娟,戴红霞,张石红.手术烟雾防护的研究进展[J].护士进修杂志,2004,19(9):839-842.

[6] Ball K.Surgical smoke:is it safe to Breathe?[J].Todays Surg Nurse,1996,18(5):16-21.

[7] 曹艳冰,戴红霞,宋文娟.手术室职业危害因素及职业防护研究进展[J].解放军护理杂志,2006,23(6):47-49.

[8] Yeh HC,Turner RS,Jones RK,et al.Characterization of Aerosols Produced during Surgical Procedures in Hospitals[J].Aerosol Science and Teohnology,1995,22(2):151-161.

[9] Hoglan M.Potential Hazards from Electrocautery Plume[J].Canadian Operating Room Nurs J,1995,13(4):10-16.

[10] 李智文,任爱国,刘建蒙,等.室内燃煤空气污染与出生缺陷的病因假设[J].中国生育健康杂志,2009,20(1):61-63.

[11] Yulin LT.John FQ.Polycyclic aromatic hydrocarbons in smoke particles from wood and duff burning[J].Atnospheric Environment,1992,26(6),1177-1181.

[12] Bostrom CE,Gerde P,Hanberg A,et al.Cancer risk assessment,indicators and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air[J].Environ Health Perspect,2002,110(3):451-489.

[13] Fryns JP.Van Buggenhout G.Structural chromosome rearrangements in couples with recumbent fetal wastage[J].Eur JObstet Gynecol Reprod Bio1,1998,81(2):171-176.

[14] Hayatsu H.Bisulfitemodification ofnuc leic acids and their constituents[J].Prog Nucleic Acid Res Mol Biol,1976,16:75-124.

[15] Chen H,Shaw BR.Kinetics of bisulfite-induced cytosine deam ination in sindle-stranded DNA[J].Biochemistry,1993,32(14):3535-3539.

[16] Yadav JS,Kaushik VK.Effects of sulphur dioxide exposure on human chromosomes[J].Mutat Res,1996,359(1):25-29.

[17] Lu W,Lillehoj EP,Kim KC.Effects of dexamethasone on Muc5ac mucin production by primary airway goblet cells[J].Am JPhysiol Lung Cell Mol Physiol,2005,288(1):52-60.

[18] 孟紫强,张 波,秦国华.二氧化硫对小鼠不同组织器官的氧化损伤作用[J].环境科学学报,2001,21(6):768-773.

[19] 孟紫强,耿 红,秦国华,等.二氧化硫吸入对小鼠心脏脂质过氧化和抗氧化指标的影响[J].中华劳动卫生职业病杂志,2003,21(6):448-449.

[20] Johnson GK,Robinson WS.Human immunodeficiency virus-1(HIV-I)in the vapors of surgical power instruments[J].Journal of Medical Virology,2005,33(1):47-50.

[21] Ziegler BL,Thomas CA,Meir T,et al.Generation of infectious retrovirus aerosol through medical laser irradiation[J].Lasers in surgery and Medicine,1998,22(1):37-41.

[22] Dahm S,Steptoe P,Luttropp H,et al.Charcoalasan airway isoflurane reflection filter[J].European Journal Anesthesiology,2004,15(2):230-233.

[23] 杨翠芳.外科电器烟雾的职业安全及健康管理[J].国外医学◦护理学分册,1999,18(7):319-320.