Elektrokauter-Rauchexposition und Wirksamkeit von Rauchabsaugsystemen in der minimalinvasiven und offenen Chirurgie: eine prospektive randomisierte Studie

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 4941 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Weltweit sind medizinische Fachkräfte, die in Operationssälen (OPs) arbeiten, täglich dem Rauch von Elektrokauterisationsgeräten ausgesetzt. Ziele dieser Studie waren die Bestimmung der Zusammensetzung und Konzentration von Elektrokauterrauch im OP mittels Massenspektrometrie. Prospektive Beobachtungsstudie an einem akademischen Zentrum der Tertiärversorgung, die 122 chirurgische Eingriffe umfasste, von denen 84 1:1 per Computer randomisiert auf ein Rauchabzugssystem (SES) im Vergleich zu keinem SES-Einsatz randomisiert wurden. In der OP-Luft wurden reizende, toxische, krebserregende und mutagene VOCs beobachtet, von denen einige die zulässigen Expositionsgrenzwerte (OSHA/NIOSH) überschritten. Die mittlere Gesamtkonzentration an Schadstoffen betrug 272,69 ppb (± 189 ppb) mit einer maximalen Gesamtkonzentration an Schadstoffen von 8991 ppb (auf Chirurgenebene, kein SES). Die maximalen VOC-Gesamtkonzentrationen betrugen 1,6 ± 1,2 ppm (minimalinvasive Chirurgie) und 2,1 ± 1,5 ppm (offene Chirurgie), und die maximalen VOC-Gesamtkonzentrationen betrugen 1,8 ± 1,3 ppm am OP-Tisch „auf Chirurgenebene“ und 1,4 ± 1,0 ppm. in der OP-Raumluft entfernt vom Operationstisch. Keiner der Unterschiede war statistisch signifikant. In der offenen Chirurgie reduzierte SES die maximalen Konzentrationen spezifischer VOCs auf Chirurgenebene, einschließlich Aromaten und Aldehyden, erheblich. Unsere Daten weisen auf eine relevante Exposition von medizinischem Fachpersonal gegenüber flüchtigen organischen Verbindungen im OP hin. Die chirurgische Technik und der Abstand zu Kauterisierungsgeräten verringerten die Exposition nicht wesentlich. SES reduzierte die Exposition gegenüber bestimmten schädlichen VOCs während offener Operationen.

Studienregistrierungsnummer: NCT03924206 (clinicaltrials.gov).

Elektrokauterisationsgeräte gehören zu den effizientesten Werkzeugen zur Gewebeteilung und Blutstillung und werden routinemäßig bei den meisten chirurgischen Eingriffen eingesetzt. Dennoch ist die Exposition gegenüber Elektrokauterrauch mit potenziellen Folgen verbunden, von denen jedes Jahr Hunderttausende Beschäftigte im Gesundheitswesen betroffen sind. Dazu gehören Asthma, Emphysem, chronische Bronchitis, Hypoxie und Schwindel, Reizungen der Nase und des Rachens, Augenreizungen, Karzinome der Atemwege, Leukämie, Herz-Kreislauf-Störungen, Kopfschmerzen, Hepatitis, Allergien und andere1,2,3.

Tomita et al. zeigten, dass Dämpfe, die während einer Operation bei der Verwendung elektrochirurgischer Instrumente in die Umgebungsluft freigesetzt werden, ebenso mutagen sein können wie Zigarettenrauch4. Aufgrund von Karzinogenen wie 1,2-Dichlorethan, Benzol und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen5 wurde die durchschnittliche tägliche Auswirkung von Elektrokauterrauch auf ein bestimmtes OP-Team auf 27–30 ungefilterte Zigaretten geschätzt2. Es wurde auch gezeigt, dass Elektrokauterrauch infektiöses Material wie Viren (einschließlich SARS-CoV-2 und humanes Papillomavirus), Bakterien und/oder lebensfähige Zellen transportiert5,6,7.

Aus diesem Grund raten viele Arbeitsschutzinstitute zum Einsatz von Rauchabsaugsystemen (SES), die Einhaltung dieser Empfehlungen wird jedoch als gering eingestuft (14 % beim Einsatz von Elektrokauterisation und 47 % bei offenen Laseroperationen8).

Die Zurückhaltung bei der Verwendung von SES könnte darauf zurückzuführen sein, dass nur wenige reale Daten zur Wirksamkeit dieser Geräte verfügbar sind. In einer kürzlich durchgeführten Nasslaborstudie haben wir gezeigt, dass die Massenspektrometrie mit Protonentransferreaktion (PTR) eine Echtzeitmessung der Zusammensetzung des Elektrokauterrauchs ermöglicht. Wir haben festgestellt, dass routinemäßige OP-Masken nicht vor dieser Art von Rauch schützen, da die gefährlichen Partikel zu klein sind, und dass SES möglicherweise in der Lage ist, gefährliche Verbindungen zumindest bis zu einem gewissen Grad zu reduzieren. Wir stellten auch erhebliche Konzentrationen gefährlicher Stoffe am Abgas des SES fest, obwohl es einen Vorfilter, einen Ultra-Low Particulate Air-Filter (ULPA) und einen Aktivkohlefilter passiert hatte9.

Basierend auf den bisher veröffentlichten Daten, einschließlich unserer eigenen, haben wir daher eine Untersuchung der Zusammensetzung und Konzentration von Elektrokauterrauch in einem Operationssaal unter realen Bedingungen durchgeführt.

Die Hauptziele unserer Studie bestanden darin, die Konzentrationen schädlicher flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) im OP zu messen und die Wirksamkeit von SES in der täglichen Praxis zu bewerten sowie zu untersuchen, ob der chirurgische Ansatz (d. h. offen vs. minimalinvasiv) und Die Entfernung zur Kauterquelle hat Einfluss auf die Exposition des OP-Personals gegenüber chirurgischem Rauch.

Der primäre Endpunkt unserer Studie war die Bestimmung der Konzentration gefährlicher VOCs im OP auf Chirurgenebene während einer Operation mit Elektrokauterisationsgeräten. Die Operationen wurden 1:1 in SES-Nutzung vs. keine SES-Nutzung randomisiert und prospektiv aufgezeichnet, um Messungen mit und ohne SES-Nutzung vergleichen zu können. Zu den sekundären Endpunkten gehörten „direkte“ (Operationsteam am OP-Tisch – gekennzeichnet mit „auf Chirurgenebene) vs. „indirekte“ (OP-Personal entfernt vom Operationstisch – gekennzeichnet mit „in der Raumluft“) Rauchexposition und ein Vergleich der Rauchexposition je nachdem die verwendete Operationstechnik (offene vs. minimalinvasive Chirurgie). Die Studie wurde während eines Zeitraums von vier Monaten (Mai 2019 bis September 2019) in einem speziellen OP eines akademischen Zentrums der Tertiärversorgung (Abteilung für Allgemeine Thoraxchirurgie am Inselspital, Universitätsspital Bern, Universität Bern, Schweiz) durchgeführt. Eingeschlossen wurden aufeinanderfolgende chirurgische Eingriffe mit einer geplanten Dauer von > 1 Stunde. Ausschlusskriterien waren eine Kontraindikation für den Einsatz von Elektrokauterisation (d. h. Patienten mit einem implantierten Kardioverter-Defibrillator (ICD) und/oder einem implantierten Neurostimulator).

Auf eine formelle ethische Genehmigung durch die kantonale Ethikkommission (KEK, Bern) wurde verzichtet, da für diese Studie keine Patientendaten verwendet wurden und nur die Art des Eingriffs (offene oder minimalinvasive Operation) erfasst wurde. Die Studie wurde auf Clinicaltrials.gov (NCT03924206) registriert. Alle teilnehmenden medizinischen Fachkräfte gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Die Studie wurde im Einklang mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt.

Chirurgische Eingriffe wurden von demselben Operationsteam in einem OP durchgeführt, der den neuesten Standardanforderungen entsprach, einschließlich einer vertikalen Laminarströmung (0,3–0,6 m/s) und einem Anästhesiegas-Absaugsystem. Es wurden hauptsächlich anatomische Lungenresektionen durchgeführt. Die Entscheidung, den Eingriff „offen“ oder „minimalinvasiv“ durchzuführen, wurde vom unabhängigen Operateur vor der Randomisierung auf eine Operation mit oder ohne SES getroffen. „Offene Chirurgie“ beinhaltete den Zugang zum Operationsfeld über eine muskelschonende anterolaterale Thorakotomie. „Minimalinvasive Chirurgie“ umfasste Operationen, die mittels VATS (videoassistierte Thoraxchirurgie) unter Verwendung einer uniportalen VATS-Technik mit einem 3–4 cm langen Einschnitt in der Mittelaxillarlinie im 5. Interkostalraum und der Verwendung eines weichen Wundschutzes (kein Rippenspreizer) durchgeführt wurden , keine CO2-Insufflation).

Offene und minimal-invasive Eingriffe wurden randomisiert (1:1, computergestützte Randomisierung in 4er-Blöcken) in Operationen mit oder ohne SES, nachdem die Art des chirurgischen Eingriffs (offen vs. minimal-invasiv) festgelegt wurde (Abb. 1). Die Leistungsanalyse basierte auf früheren Daten10: Konzentrationen von Butadien, Benzol und Furfural mit und ohne SES wurden beim Schneiden von Muskelgewebe verwendet und hinsichtlich der Entfernung korrigiert (2 × Entfernung, unter Annahme der Hälfte der Konzentrationen). Alpha wurde auf 0,05 und die Studienstärke auf 90 % festgelegt, was darauf hindeutet, dass in der Gruppe der „offenen Operationen“ eine Stichprobengröße von 15 Operationen erforderlich war.

Flussdiagrammübersicht der Datenanalyse. *1 Atemanalyse wurde aus technischen Gründen ausgeschlossen. **Insgesamt mussten 17 Datensätze aufgrund unvollständiger Daten (n = 6) oder aus technischen Gründen (n = 11) ausgeschlossen werden.

Bei insgesamt 35 chirurgischen Eingriffen (offen und minimalinvasiv) wurde die OP-Raumluft abseits des OP-Tisches gemessen, indem der Einlass des MS direkt auf dem MS selbst platziert wurde (ca. 150 cm über dem Boden und mindestens mit 200 cm Abstand zum OP-Tisch).

Darüber hinaus wurde bei insgesamt 3 offenen Eingriffen die vom Operateur ein- und ausgeatmete Luft mittels einer speziellen Gesichtsmaske gemessen (weitere Details siehe unten und in Abb. 3).

Es wurde ein standardmäßiges monopolares Kautergerät (VIO 300D, ERBE Swiss AG, Winterthur, Schweiz) mit folgenden Einstellungen verwendet: Koagulation: Spray, Effekt 2, 80 W; und Schnitt: Effekt 4, 100 W. In der Gruppe ohne SES wurde ein Standard-Kauterstift verwendet und der freigesetzte Rauch wie üblich durch Flüssigkeitsabsaugung mit einer Yankauer-Kunststoffspitze beseitigt. In der Gruppe „mit SES“ wurde ein mobiler SES (IES 2, ERBE Swiss AG, Winterthur, Schweiz) eingesetzt, der aus einem speziellen Stift mit integriertem Aspirator in der Nähe der Elektrokauterspitze bestand. Vom Kauterstift gibt es einen Standard-Elektrostecker und einen zusätzlichen Absauganschluss, der zur Rauchabsaugmaschine führt (Abb. 2). Die Rauchabsaugung wird automatisch aktiviert, sobald der Kauter verwendet wird. Das IES 2 hat eine Saugleistung von > 550 l/min und wurde während unserer Studie mit 100 % Saugleistung betrieben, was zu einem Durchfluss von 110 l/min am Einlass des Kauterisierungsgeräts führte. Die abgesaugte Luft durchläuft einen dreistufigen Filterprozess: Zuerst entfernt ein „Vorfilter“ große Partikel und flüssige Bestandteile, dann fängt ein ULPA-Filter (Ultra-Low Penetration Air) feine Partikel und Mikroorganismen von bis zu 0,1 μm ab ein Wirkungsgrad von 99,9995 % und schließlich soll ein Hochleistungs-Aktivkohlefilterteil Gerüche und VOCs absorbieren.

OP-Aufbau für Messungen auf Chirurgenebene. Der Einlass des Massenspektrometers (I) wurde auf Höhe des Mundes/der Nase des Chirurgen (D) direkt über dem Operationsfeld (C) platziert. (Abbildung erstellt mit Adobe Photoshop Version 22.4.2; https://www.adobe.com/products/photoshop.html).

VOCs in der Gasphase wurden mittels Echtzeit-Protonentransferreaktions-Massenspektrometrie (Vocus S PTR-TOF, Tofwerk AG, Schweiz) gemessen. VOCs wurden durch chemische Ionisation mit niedriger Energie ionisiert und anhand der genauen Masse identifiziert. Das Instrument arbeitete mit einer Messfrequenz von 1 Hz und maß einen Massenbereich von 0–800 Th mit einem Auflösungsvermögen von 5000 (FWHM m/dm). Vor jeder Operation wurden eine 1-minütige Instrumenten-Leerprobe, eine 1-minütige Kalibrierung und eine zweite 1-minütige Instrumenten-Leerprobe durchgeführt. In ähnlicher Weise wurde nach jedem Vorgang ein 90-sekündiger Geräteleerlauf durchgeführt, gefolgt von einer 10-minütigen Kalibrierung unter Verwendung einer Standardgasmischung. Der Instrumentenhintergrund wurde anhand der Messungen vor der Operation subtrahiert. Das Massenspektrometer (MS) nahm Proben durch einen PFA-Einlass mit 2,5 m 1/8″ Innendurchmesser, der auf 80 °C erhitzt wurde, um eine Kondensation von VOCs auf der Ebene des Einlasses und der Rohrleitungen zu vermeiden, bevor sie die Messkammer des MS erreichten. Die Spitze des Einlasses wurde entweder über dem chirurgischen Schnitt auf Höhe von Mund und Nase des Chirurgen („auf Höhe des Chirurgen“) oder auf der Oberseite des Instruments, entfernt vom Operationstisch, an der Rückseite des OPs („Raumluft“) platziert “).

Um den inspiratorischen und exspiratorischen Atem von Chirurgen zu analysieren, wurde zunächst eine spezielle Vollgesichtsmaske (Full Face Mask Comfort Gel Blue, Philips Respironics, Philips AG, Horgen, Schweiz) mit Einlass-/Auslass-MS-Messungen verwendet. Der beheizte Einlass wurde direkt an der Gesichtsmaske befestigt (Abb. 3). Nur drei Operationen wurden mit der Gesichtsmaske überwacht, da diese die Sicht des Chirurgen behindert und die Fähigkeit zur Durchführung oder Unterstützung der Operation beeinträchtigt. Die Exposition des Chirurgen gegenüber einer bestimmten Verbindung hängt von der Konzentration der Verbindung in der Luft, dem Atemminutenvolumen und der Expositionszeit ab. Die inhalierte Menge einer VOC wurde bei einer angenommenen Minutenlüftung von 5 l und einer durchschnittlichen Betriebszeit von 120 min berechnet.

Eine Gesichtsmaske mit speziellem Anschluss für den Massenspektrometrie-Einlass (roter Kreis) ermöglichte die Messung der inhalierten und ausgeatmeten VOCs während der Operation.

Der Einsatz von SES während der beiden verschiedenen Arten von Operationen (offen und minimalinvasiv) wurde randomisiert, um den Einfluss von Störvariablen zu verringern.

Es wurde eine univariate Analyse der verschiedenen Umgebungen durchgeführt, um die mittleren VOC-Gesamtkonzentrationen sowie die durchschnittlichen maximalen VOC-Gesamtkonzentrationen der verschiedenen Umgebungen zu bestimmen (offene Chirurgie auf Chirurgenebene mit und ohne SES, minimalinvasive Chirurgie auf Chirurgenebene mit und ohne SES, Raum). Luftmessungen etc.).

Anschließend verwendeten wir eine multiple lineare Regressionsanalyse, um die Auswirkungen der einzelnen experimentellen Parameter zu trennen. Jedem experimentellen Parameter (mit SES, ohne SES, in Raumluft, auf Chirurgenebene, offen und minimalinvasiv) wurde für jede Operation ein Wert von Null oder Eins zugewiesen; Anschließend wurde eine Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt, um die Auswirkung auf die VOC-Konzentrationen im Zusammenhang mit jedem Parameter zu quantifizieren. Die lineare Regressionsanalyse zeigt, dass diese experimentellen Parameter nur einen kleinen Teil der Variabilität der gemessenen maximalen und mittleren Gesamt-VOC erklären (R = 0,17). Die experimentellen Parameter können jedoch einen größeren Teil der Variabilität der mittleren Konzentrationen vieler einzelner VOCs erklären (im Durchschnitt R = 0,3).

Bei insgesamt 122 chirurgischen Eingriffen wurden die Konzentrationen von Elektrokauterrauch gemessen. Daten von 105 Operationen verblieben im endgültigen Datensatz (Abb. 1), wobei n = 17 aus technischen Gründen ausgeschlossen wurden. Davon hatten n = 6 unvollständige Daten und n = 11 wiesen leistungskritische Instrumentenparameter außerhalb der Toleranz auf.

Ungefähr 1300 Ionenmassen wurden mit der Datenverarbeitungssoftware Tofware (Tofwerk, Schweiz) quantifiziert. Nach Ausschluss von Primärionen, bekannten gemeinsamen Fragmenten und Ionen mit sehr kleinem Signal oder niedrigen geschätzten Geschwindigkeitskonstanten wurden 1064 Ionenmassen (die einzelne VOCs darstellen) für die Analyse ausgewählt. Die gesamten VOC-Konzentrationen, definiert als die Summe der 1064 durch PTR-MS quantifizierten VOCs, hatten eine typische durchschnittliche Konzentration von 403 Volumenteilen pro Milliarde (ppb) und eine typische maximale Konzentration von 1,7 Teilen pro Million (zusätzlich). Abb. 1). Wir haben auch die Gesamtkonzentration an VOCs berücksichtigt, die bekanntermaßen krebserregend, mutagen, reizend und/oder toxisch sind (Tabelle 1). Letzteres hatte eine durchschnittliche Konzentration (auf Chirurgenebene, kein SES) von 272,69 ppb und eine maximale Konzentration von 8991 ppb. Obwohl nur wenige Stoffe (einschließlich Formaldehyd, Methanol und 1,3-Butadien/1-Butin) die von NIOSH/OSHA14 festgelegten Expositionsgrenzwerte überschritten, erreichten die gemessenen kumulativen Höchstkonzentrationen bekanntermaßen schädlicher VOCs bis zu fast 9 ppm für offene Stoffe Operationen, bei denen kein SES verwendet wurde. Die Statistik umfasst alle gemessenen Operationen mit Ausnahme der Atemanalyse. Das VOC-Gemisch wurde von kleinen sauerstoffhaltigen VOCs dominiert, insbesondere Formaldehyd, Methanol, Acetaldehyd, Aceton, Acrolein, Ethanol und 2-Butadion (ergänzende Abbildung 2).

Es wurden VOCs mit bekannten oder vermuteten gesundheitsschädlichen Auswirkungen festgestellt. Eine Liste von interessanten Verbindungen wurde zusammengestellt, indem VOCs berücksichtigt wurden, die gemäß der Literatur zuvor in chirurgischem Rauch angegeben wurden: VOCs, die gemäß dem europäischen CMR-Rating, der Internationalen Agentur für Krebsforschung der WHO oder der Gefahrenerklärung des GHS gesundheitsschädliche Auswirkungen haben können. und VOCs, die einen starken Geruch haben. Tabelle 1 gibt einen Überblick über potenziell schädliche Verbindungen, die in erheblichen Konzentrationen im Rauch vorkommen. Bei den gemeldeten Konzentrationen handelt es sich um Durchschnitts- und Höchstwerte aller Betriebe. Die Konzentrationen der zusätzlich nachgewiesenen VOC sind in der ergänzenden Tabelle 1 aufgeführt.

Es wurden die Konzentrationen einzelner schädlicher VOCs und der Gesamt-VOCs bewertet. Wir untersuchten die Auswirkungen auf maximale und mittlere Konzentrationen. Tabelle 1 enthält die durchschnittlichen sowie maximalen nachgewiesenen Konzentrationen aller gemessenen schädlichen VOCs während aller thoraxchirurgischen Eingriffe auf Chirurgenebene. Da unser Hauptziel darin bestand, VOC-Konzentrationen auf Chirurgenebene zu erkennen und die Wirksamkeit des Rauchabsaugsystems zu bewerten, haben wir uns zunächst diese Ergebnisse angesehen. In Bezug auf die Leistungsanalyse vor der Studie wurde die Mindestanzahl an Messungen mit 16 (kein SES) und 15 (mit SES) vollständigen Datensätzen in der offenen Gruppe erreicht.

Beim Vergleich der durchschnittlichen VOC-Konzentrationen auf Chirurgenebene in allen Operationen ohne SES (272,69 ± 188,9) mit der Situation auf Chirurgenebene mit SES (247,22 ± 145,11) war der Unterschied nicht signifikant (p = 0,53).

In Abb. 4 zeigen Boxplots den Vergleich der Konzentrationen spezifischer schädlicher VOCs mit und ohne SES zwischen offener und minimalinvasiver Chirurgie.

Maximale Konzentrationen ausgewählter VOCs auf Chirurgenebene bei offenen Eingriffen und minimalinvasiven Eingriffen. In jedem Unterdiagramm werden Vorgänge, bei denen SES verwendet wurde (rot), mit Vorgängen verglichen, bei denen es nicht verwendet wurde (schwarz). p-Werte sind angegeben. Die horizontalen Strichmarkierungen stellen die während der einzelnen Vorgänge gemessenen Konzentrationen dar, und die Box- und Whisker-Diagramme zeigen das Maximum, das 75. Perzentil, den Durchschnitt (Kreismarkierung), das 50. Perzentil und das 25. Perzentil für alle Vorgänge.

Beim Vergleich aller Betriebe mit SES und ohne SES, unabhängig vom Messort oder der Verfahrensart, war der Unterschied in der Gesamt-VOC nicht signifikant. Die durchschnittliche maximale Gesamt-VOC-Konzentration mit SES betrug 1633 ppb (± 1382), verglichen mit 1716 ppb (± 1049) ohne SES (p = 0,37), und die typische mittlere Gesamt-VOC-Konzentration mit SES betrug 381 ppb (± 142) im Vergleich zu 421 ppb (± 179) ohne SES (p = 0,17). Der Einsatz von SES reduzierte sowohl die durchschnittlichen als auch die maximalen erlebten Konzentrationen bestimmter VOCs, jedoch nicht für alle VOCs. Zu den VOCs, deren mittlere Konzentration bei Verwendung eines SES niedriger war, gehörten Acrylnitril (7 ppb mit SES vs. 15 ppb ohne SES, p = 0,02), Pentadien (2,4 ppb vs. 2,8 ppb, p = 0,02) und Methyl-2-butenal ( 82 ppb vs. 100 ppb, p = 0,04). Darüber hinaus waren die maximalen Konzentrationen einiger zusätzlicher VOCs niedriger, wenn ein SES verwendet wurde, darunter Formaldehyd (1722 ppb vs. 519 ppb, p < 0,0001), Acetonitril (8,2 ppb vs. 12,9 ppb, p = 0,02), Propionitril (0,6 ppb vs . 1,5 ppb, p = 0,04), Crotonaldehyd (0,9 ppb vs. 1,8 ppb, p = 0,03) und Pyridin (0,12 ppb vs. 0,27 ppb, p = 0,04).

Die maximale Gesamt-VOC unterschied sich statistisch nicht zwischen offenen Verfahren (im Durchschnitt 2064 ± 1536 ppb) und minimal-invasiven Verfahren (1590 ± 1157 ppb) (p = 0,10), noch war die mittlere Gesamt-VOC signifikant unterschiedlich (385 ± 156 ppb bei offenen Verfahren). Verfahren vs. 415 ± 182 ppb bei minimalinvasiven Verfahren, p = 0,26). Die lineare Regressionsanalyse zeigte einen ähnlichen Effekt, wobei die maximale Gesamt-VOC bei offenen Eingriffen etwa 170 ppb höher war als bei minimal-invasiven Eingriffen (mittlere Gesamt-VOC, ns).

Allerdings waren einige spezifische VOC-Werte bei offenen Eingriffen im Vergleich zu minimalinvasiven Eingriffen erhöht. Nahezu alle schädlichen VOCs (Tabelle 1) wiesen bei offenen Verfahren statistisch signifikant (alle p ≤ 0,05) höhere Maxima auf. Die mittleren Konzentrationen einiger verschiedener VOCs waren auch bei offenen Eingriffen erhöht, insbesondere Pentadien (3,4 ppb offen vs. 2,57 ppb minimal-invasive Chirurgie, p = 2 × 10–5), Crotonaldehyd (0,43 vs. 0,32 ppb, p = 4 × 10–5). 4) und g-Butyrolacton (0,67 vs. 0,52 ppb, p = 0,001). Umgekehrt waren die mittleren Konzentrationen von Acetonitril (0,90 ppb vs. 1,27 ppb, p = 0,004) und Acetaldehyd (123 vs. 144 ppb, p = 0,04) bei minimalinvasiven Eingriffen erhöht.

Da die durchschnittlichen und gesamten VOCs bei minimalinvasiven und offenen Eingriffen unterschiedlich waren und Messungen auf Chirurgenebene möglicherweise am relevantesten für das Verständnis der damit verbundenen gesundheitlichen Auswirkungen sind, führten wir eine eingehende Analyse durch, in der wir die Konzentrationen spezifischer VOCs auf Chirurgenebene mit und ohne SES verglichen , für offene Operationen und separat für minimalinvasive Operationen (Abb. 4). Der Einsatz eines Rauchabsaugsystems reduzierte die Exposition von Chirurgen gegenüber schädlichen Verbindungen bei offenen Operationen, hatte jedoch bei minimalinvasiven Operationen weniger Auswirkungen. Vollständige Daten zu den Konzentrationen aller VOCs mit und ohne SES und chirurgischen Eingriffen finden Sie in der Ergänzung.

Im Allgemeinen haben wir beobachtet, dass die durchschnittlichen VOC-Konzentrationen auf Chirurgenebene nur geringfügig höher sind als die Konzentrationen in der Raumluft, die maximalen Konzentrationen auf Chirurgenebene können jedoch höher sein als in der Raumluft. Dies wurde für die Gesamt-VOC und einzelne schädliche VOCs beobachtet. Der durchschnittliche maximale Gesamt-VOC für alle auf Chirurgenebene gemessenen Operationen betrug 1759 ppb (± 1316), verglichen mit einem durchschnittlichen Maximalwert von 1442 ppb (± 1051) für alle Raumluftmessungen (p = 0,15). Der Unterschied im Mittelwert betrug 404 ppb (± 172) auf Chirurgenebene, verglichen mit 382 ppb (± 120) in der Raumluft (p = 0,29). Die lineare Regressionsanalyse, die die verschmelzenden Effekte der SES-Nutzung und der Art des Eingriffs trennt, zeigt, dass der Wechsel von der Raumluft zum Standort des Chirurgen die maximale Gesamt-VOC um etwa 120 ppb und die mittlere Gesamt-VOC um etwa 22 ppb erhöht. Zu den einzelnen VOCs mit den größten Unterschieden zwischen der OP-Tisch- und der Raumluft gehören Blausäure (durchschnittlich 0,46 ppb (Chirurgenniveau) vs. 0,17 ppb (Raumluft), p = 0,0002), Formaldehyd (7,9 ppb vs. 3,2 ppb, p =). 0,0004), Butadien (13,2 ppb vs. 7,5 ppb, p = 0,002), Butene (3,8 ppb vs. 1,5 ppb, p = 0,0003) und Pentadien (2,9 ppb vs. 1,8 ppb, p ~ 0).

Für Acetaldehyd wurde eine durchschnittliche Konzentration von 136 ppb (± 52 ppb SD) gemessen, was bedeutet, dass pro Operation 146 µg (± 56) Acetaldehyd inhaliert wurden. Weitere gefährliche Verbindungen waren Butadien 15 µg pro Arbeitsgang (± 17), Formaldehyd 4,8 µg (± 7,3), Methanol 4,6 µg (± 3,9), Ethanol 34 µg (± 33), Phenol 6,3 µg (± 1,3) und Butene 4,3 µg (± 6,6) (vollständige Liste siehe Tabelle 1). Da ein- und ausgeatmete Atemzüge getrennt gemessen wurden, wird die Aufnahme als Konzentrationsunterschied zwischen ein- und ausgeatmeter Atemluft berechnet (ergänzende Abbildung 3). Die VOC mit dem höchsten Konzentrationsunterschied (größte Aufnahme) war Acetaldehyd, von dem 77 ppb oder etwa 40 % pro Atemzug inhaliert werden. Auch Butadien und Ethanol zeigten eine hohe Aufnahme (3 ppb bzw. 16,9 ppb).

Im Allgemeinen reichte die Aufnahme von 1 % (Phenol, das im Wesentlichen unverändert bleibt) über 90 % (Butadien) bis zu 100 % (Indan/Methylstyrol).

Wir untersuchten die zeitliche Entwicklung der VOC-Konzentrationen und stellten fest, dass maximale VOC-Konzentrationen typischerweise innerhalb der ersten Minuten eines Betriebs auftreten. Um dies zu zeigen, haben wir für jeden Vorgang die 100 VOCs mit den höchsten Konzentrationen ausgewählt und dann den Zeitpunkt bestimmt, zu dem jede VOC die höchste Konzentration erreichte (ergänzende Abbildung 4a; gestrichelte Linie zeigt die erwartete Verteilung an, wenn es keine systematischen Muster gäbe). Maximale Konzentrationen bestimmter VOCs (z. B. Acetaldehyd) werden am wahrscheinlichsten innerhalb der ersten 5–10 Minuten einer Operation festgestellt. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass einige VOCs später ein Maximum erreichen (ergänzende Abbildung 4b).

Hier zeigen wir, dass medizinisches Fachpersonal bei der Verwendung von Elektrokauterisationsgeräten im OP erheblichen Mengen an reizenden, toxischen, krebserregenden und mutagenen flüchtigen organischen Verbindungen ausgesetzt ist. Die Exposition ist nicht auf das Operationsteam am OP-Tisch beschränkt, sondern erstreckt sich auf das gesamte im OP-Bereich anwesende Personal (einschließlich beispielsweise Krankenschwestern und Anästhesisten). Durch die Wahl der Operationstechnik und den Einsatz handgehaltener SES können die maximalen Konzentrationen bestimmter gefährlicher Substanzen, insbesondere bei offenen Operationen, reduziert werden.

Wenn man die gemessenen Konzentrationen und ihre Beziehung zu den vom National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) und früheren Richtlinien (OSHA)10 definierten Expositionsgrenzwerten betrachtet, scheint es, dass die meisten Grenzwerte auf Schwellenwertgrenzwerten (Threshold Limit Values, TLVs) aus dem Jahr 1968 basieren11. Das stimmt Es ist jedoch zu beachten, dass Grenzwerte im Allgemeinen für einzelne Verbindungen festgelegt werden und die Exposition gegenüber Mischungen toxischer und krebserregender Substanzen und deren entsprechende kumulative Wirkungen nicht berücksichtigen. Darüber hinaus sind für viele Stoffe noch keine Expositionsgrenzwerte definiert, und es besteht eine Exposition gegenüber verschiedenen Verbindungen mit direkter Genotoxizität (z. B. Formaldehyd, Acetaldehyd, Butadien usw.), unabhängig von der Konzentration12.

Als wir die Gehalte an Verbindungen im Elektrokauterrauch untersuchten, fanden wir viele Ähnlichkeiten mit Verbindungen, die häufig im Zigarettenrauch vorkommen (z. B. Acetaldehyd mit etwa 2000 µg pro Zigarette und Butadien mit 130 µg pro Zigarette13,14). Unsere Daten zeigen, dass die bei inspiratorischen/exspiratorischen Atemanalysen gemessenen Konzentrationen mit der Exposition gegenüber etwa einem Zehntel einer ungefilterten Zigarette pro chirurgischem Eingriff vergleichbar sind. Ähnlich wie beim Zigarettenrauchen kann sich das Risiko von OR-Elektrokauterrauch wahrscheinlich häufen, was im Laufe der Zeit zu gesundheitlichen Problemen führen kann.

Wichtige Einschränkungen dieser Studie erfordern eine Diskussion. Zunächst präsentieren wir Daten aus einer monozentrischen Untersuchung, die die externe Validität einschränken. Dennoch könnte die Randomisierung des Einsatzes von SES die Abschätzung der SES-induzierten Wirkungen ermöglicht haben. Zweitens sind verschiedene Arten von Elektrokauterisationsgeräten erhältlich, ebenso wie es verschiedene handgehaltene SES-Geräte gibt, und daher können unterschiedliche VOC-Konzentrationen erzeugt werden. Dennoch wurde die Studie bewusst so konzipiert, dass sie reale Bedingungen beurteilt, und zwar unter Verwendung eines stabilen OP-Aufbaus und nicht unter künstlichen Versuchsbedingungen. Darüber hinaus haben wir die Wirksamkeit des für diese Studie verwendeten SES-Systems untersucht und festgestellt, dass die Konstruktion mit der Rauchabsaugung an der Spitze des Kauterisierungsgeräts zu den praktischsten und effektivsten gehört15.

Außerdem muss darauf hingewiesen werden, dass sich unsere Studie ausschließlich auf thoraxchirurgische Eingriffe konzentrierte, bei denen vor allem der Zugang zum Operationsfeld Rauchemissionen durch Elektrokauter verursacht. Die Befunde und Ergebnisse anderer, „elektrokauterintensiverer“ Operationen (z. B. größere Weichteileingriffe wie beispielsweise eine Bauchdeckenstraffung oder Dermolipektomie) könnten zu einer noch stärkeren Luftverschmutzung im OP führen.

Andere Gruppen haben das Problem des chirurgischen Rauchs in anderen Situationen untersucht, beispielsweise während der Tonsillektomie16. Obwohl dieser spezielle chirurgische Eingriff insgesamt geringere Konzentrationen gefährlicher flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) zu verursachen scheint, wurde die Rauchexposition durch die Verwendung eines Rauchabsaug-Bleistiftkauters immer noch deutlich reduziert. Während Ersteres wahrscheinlich auf den relativ „kleinen Eingriff“ (in Bezug auf Wundfläche und Operationszeit) zurückzuführen ist, könnte Letzteres darauf zurückzuführen sein, dass die Operation in einem relativ kleinen und mehr oder weniger geschlossenen Raum stattfindet.

Cheng et al.17 hingegen fanden bei Brustoperationen recht hohe Konzentrationen schädlicher VOCs und konnten darüber hinaus nachweisen, dass eine höhere Elektrokauterleistung (> 27,5 Watt) höhere Konzentrationen an VOCs erzeugen würde. In ähnlicher Weise untersuchten Tokuda et al.18 gefährliche Elektrokauterdämpfe bei Brustoperationen und stellten im Einklang mit unseren eigenen Erkenntnissen fest, dass der Unterschied zur Kauterquelle nicht zu wesentlich geringeren Konzentrationen schädlicher VOCs führt und dass tatsächlich das gesamte OP-Personal exponiert ist zu besagten Stoffen. Im Gegensatz zu unseren Studienergebnissen stellte die Tokuda-Gruppe bei Verwendung eines SES eine Verringerung der gesamten VOCs fest, was möglicherweise mit der spezifischen Art von Operationen zusammenhängt, bei denen bei brusterhaltenden Operationen und Mastektomieverfahren überwiegend Fettgewebe kauterisiert wird. Wiederum ähnlich wie in unserer Studie wurde einer der Hauptschadstoffe, Formaldehyd, durch den SES deutlich reduziert (Tokuda: deutliche Reduzierung der durchschnittlichen Konzentrationen; unsere Studie: signifikante Reduzierung der maximalen Konzentrationen).

Zusammenfassend deuten unsere Daten darauf hin, dass medizinisches Fachpersonal im OP erheblich schädlichen flüchtigen organischen Verbindungen ausgesetzt ist. Während die Verwendung eines SES, die Art des chirurgischen Ansatzes und die Entfernung zur Kauterisationsquelle keinen signifikanten Einfluss auf die Gesamt-VOCs hatten, führten alle drei Faktoren zumindest zu einer Reduzierung der maximalen Konzentrationen spezifischer schädlicher VOCs. Wir empfehlen daher, die maximalen Konzentrationen schädlicher VOCs nach Möglichkeit zu reduzieren, bis wirksamere Maßnahmen zum Schutz des Gesundheitspersonals vor Elektrokauterrauch untersucht und entwickelt wurden.

NIOSH-Studie kommt zu dem Schluss, dass medizinisches Personal immer noch häufig chirurgischem Rauch ausgesetzt ist. November 2015. Verfügbar unter https://www.cdc.gov/niosh/updates/upd-11-03-15.html. Zuletzt aufgerufen am 5. März 2021.

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Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium der Lungenliga Bern, Schweiz (verliehen an GJK) unterstützt.

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Michael Größl

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Jörg C. Schefold

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Markus M. Lüdi

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Muhammad Al-Hurani

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Studienkonzeption und -design: GK, MG, JS, MH, FL; Datenerfassung: GK, MG, ML, CQ, PD, JL, MA, MH, FL, SS; Analyse und Interpretation von Daten: Alle Autoren; Manuskripterstellung: Alle Autoren; Kritische Überarbeitung und endgültige Genehmigung: Alle Autoren.

Korrespondenz mit Gregor J. Kocher.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Kocher, GJ, Koss, AR, Groessl, M. et al. Elektrokauter-Rauchexposition und Wirksamkeit von Rauchabsaugsystemen in der minimalinvasiven und offenen Chirurgie: eine prospektive randomisierte Studie. Sci Rep 12, 4941 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08970-y

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Eingegangen: 06. August 2021

Angenommen: 15. März 2022

Veröffentlicht: 23. März 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-08970-y

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