Histopathological and Biochemical Examinations of the Effects of Bipolar Electrocauter and Quantum Energy Surgical Device Both of Which are Thermal Affected Surgical Devices on Rabbit Liver

Abstract

Objectives: Quantum Energy Surgical Device (QESD) is a recent thermal working surgical device which works with the principle of tissue application of highly quantum-energized argon gas atoms that are transformed into plasma by employing kinetic energy. In this study, we aimed to examine the operation periods, hemostasis and histological changes on the cutting surface, and the free radicals that can be formed during this period in the partial hepatectomies performed with QESD and bipolar electrocautery (BEC). Patients and Methods: Partial hepatectomies were performed with BEC and with QESD on 10 rabbits each. Obtained materials during the operation (acute-term group) and 7 days after the operation (short-term group) were prepared for light microscopy, electron microscopy and measurements of free radicals. Results: In the operations with QESD, hemorrhage was found to be much less and the operation procedures were determined to be accomplished in a much shorter time in comparison with BEC. In the histopathological examinations, while various changes were determined on the cutting surfaces of both groups with regard to thermal trauma, the superiority of QESD drew attention regarding hemostasis activities, damage formed and amelioration periods. Free radicals were determined to be formed less in QESD operations. Conclusion: The conclusions indicate that QESD method is superior to BEC method with respect to total operation period, hemostasis efficiency and wound amelioration. It is revealed that the free radicals are within acceptable levels in both devices. Turkish Başlık: Termal Etkili İki Cerrahi Cihaz Olan Bipolar Elektrokoter ve Quantum Energy Surgical Device'ın Tavşan Karaciğerine Etkilerinin Histopatolojik ve Biyokimyasal Olarak İncelenmesi Anahtar Kelimeler: Quantum energy surgical device (QESD); elektrokoter; kısmi hepatektomi; histopatoloji; ultrastrüktür; serbest radikaller Amaç: Quantum Energy Surgical Device (QESD) kinetik enerji verilerek plazma haline dönüştürülen yüksek kuantum enerjili argon gazı atomlarının dokulara uygulanması prensibi ile çalışan yeni bir termal cerrahi cihazdır. Bu çalışmada tavşan karaciğerinde QESD ve bipolar elektrokoter (BEC) ile yapılan kısmi hepatektomilerde toplam ameliyat süresi, hemostaz, kesit yüzeyindeki histolojik değişimler ve bu süreçte oluşabilecek serbest radikallerin incelenmesi amaçlandı. Hastalar ve Yöntemler: Onar tavşanda BEC ve QESD ile kısmi hepatektomi yapıldı. Ameliyat anında (akut grup) ve ameliyattan 7 gün sonrası (kısa süre grup) elde edilen materyaller ışık mikroskopisi ve elektron mikroskopisi için ve serbest radikallerin ölçümleri için hazırlandı. Bulgular: QESD ile yapılan uygulamalarda BEC'e kıyasla kanamanın çok daha az olduğu ve operatif prosedürlerin daha kısa sürede tamamlandığı saptanmıştır. Histopatolojik incelemelerde kesit yüzeylerinde her iki grupta da termal travmayla ilişkin farklı değişiklikler saptanmakla birlikte, hemostaz etkinliği yönünden ve oluşan hasar bakımından ve yara iyileşmesi bakımından QESD'in üstünlüğü ortaya çıkmıştır. Serbest radikallerin QESD'de daha az oluştuğu görülmüştür. Sonuç: Bu sonuçlar QESD'in operasyon süresi, hemostaz etkinliği ve yara iyileşmesi bakımından BEC'e kıyasla daha üstün olduğunu ortaya koymuştur. Serbest radikallerin her iki cihazda da kabul edilebilir düzeyde olduğu görülmüştür.

Keywords

• Quantum energy surgical device (QESD); electrocautery; partial hepatectomy; histopathology; ultrastructure; free radicals

Termal Etkili İki Cerrahi Cihaz Olan Bipolar Elektrokoter ve Quantum Energy Surgical Device’ın Tavşan Karaciğerine Etkilerinin Histopatolojik ve Biyokimyasal Olarak İncelenmesi

Öz

Amaç: Quantum Energy Surgical Device (QESD) kinetik enerji verilerek plazma haline dönüştürülen yüksek kuantum enerjili argon gazı atomlarının dokulara uygulanması prensibi ile çalışan yeni bir termal cerrahi cihazdır. Bu çalışmada tavşan karaciğerinde QESD ve bipolar elektrokoter (BEC) ile yapılan kısmi hepatektomilerde toplam ameliyat süresi, hemostaz, kesit yüzeyindeki histolojik değişimler ve bu süreçte oluşabilecek serbest radikallerin incelenmesi amaçlandı. Hastalar ve Yöntemler: Onar tavşanda BEC ve QESD ile kısmi hepatektomi yapıldı. Ameliyat anında (akut grup) ve ameliyattan 7 gün sonrası (kısa süre grup) elde edilen materyaller ışık mikroskopisi ve elektron mikroskopisi için ve serbest radikallerin ölçümleri için hazırlandı. Bulgular: QESD ile yapılan uygulamalarda BEC'e kıyasla kanamanın çok daha az olduğu ve operatif prosedürlerin daha kısa sürede tamamlandığı saptanmıştır. Histopatolojik incelemelerde kesit yüzeylerinde her iki grupta da termal travmayla ilişkin farklı değişiklikler saptanmakla birlikte, hemostaz etkinliği yönünden ve oluşan hasar bakımından ve yara iyileşmesi bakımından QESD'in üstünlüğü ortaya çıkmıştır. Serbest radikallerin QESD'de daha az oluştuğu görülmüştür. Sonuç: Bu sonuçlar QESD'in operasyon süresi, hemostaz etkinliği ve yara iyileşmesi bakımından BEC'e kıyasla daha üstün olduğunu ortaya koymuştur. Serbest radikallerin her iki cihazda da kabul edilebilir düzeyde olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Quantum energy surgical device (QESD), elektrokoter, kısmi hepatektomi, histopatoloji, ultrastrüktür, serbest radikaller

References

1. Toombs JP, Bauer MS. Basic operative techniques. Slatter DH. editor. Textbook of small animal surgery. 2nd ed. Philadelphia: WB Saunders; 1993. p. 168-91.
2. Parker RB. Electrosurgical techniques. In: Bojrab MJ, editor. Current techniques in small animal surgery. 4th ed. Baltimore: Williams & Wilkins; 1998. p. 41-4.
3. Chehrazi B, Collins WF Jr. A comparison of effects of bipolar and monopolar electrocoagulation in brain. J Neurosurg 1981;54:197-203.
4. Laredo FG, Sanchez-Valverde MA, Lasaosa JM, Agut A, Navarro JA. Comparison between the effects of electrosurgical coagulation and hot air coagulation on blood vessels. Eur Surg Res 1993;25:233-8.
5. Link WJ, Zook EG, Glover JL. Plasma scalpel excision of burns. An experimental study. Plast Reconstr Surg 1975;55:647-63.
6. Link WJ, Incropera FP, Glover JL. The plasma scalpel. Med Prog Technol 1976;4:123-31.
7. Link WJ, Incropera FP, Glover JL. A plasma scalpel: comparison of tissue damage and wound healing with electrosurgical and steel scalpels. Arch Surg 1976;111:392-7.
8. Glover JL, Bendick PJ, Link WJ, Plunkett RJ. The plasma scalpel: a new thermal knife. Lasers Surg Med 1982;2:101-6.

9. Nechaĭ AI, Kostiuk GA, Dzhaiani SV, Iushkin AS, Kalashnikov SA. Characteristics of the healing of wounds of the stomach, intestines and liver after exposure to the plasma scalpel. Vestn Khir Im II Grek 1989;143:7-12.
10. Sinha UK, Gallagher LA. Effects of steel scalpel, ultrasonic scalpel, CO2 laser, and monopolar and bipolar electrosurgery on wound healing in guinea pig oral mucosa. Laryngoscope 2003;113:228-36.
11. Lukomskiĭ GI, Stupin IV, Kachikin AS, Tikhonova GN. Plasma scalpel in pulmonary surgery. Grud Serdechnososudistaia Khir 1990;2:41-5.
12. Payne NS, Tindall GT, Fleischer AS, Mirra SS. Evaluation of the plasma scalpel for intracranial sur- gery: a pilot study. Surg Neurol 1979;12:247-50.
13. Savel'ev VS, Stupin IV, Volkoedov VS. Prospects for the use of the plasma scalpel in surgical practice. Khirurgiia 1986;10:153-6.
14. Elmaci I, Kurtkaya O, Ercan F, Tuncer N, Bakirci N, San T, et al. The effects of quantum energy surgical device and of bipolar coagulation: a comparative experimental study. Acta Neurochir 2002;144:377-83.
15. Paglia DE, Valentine WN. Studies on the quantitative and qualitative characterization of erythrocyte gluta- thione peroxidase. J Lab Clin Med 1967;70:158-69.
16. Beauchamp C, Fridovich I. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylam- ide gels. Anal Biochem 1971;44:276-87.
17. Ohkawa H, Ohishi N, Yagi K. Assay for lipid perox- ides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Anal Biochem 1979;95:351-8.
18. Henderson MR, Link WJ, Incropera FP, Glover JL. Gas transport resulting from plasma-scalpel surgery. Med Biol Eng 1974;12:208-13.
19. Perk C, Mutlu Z, Gürel A, Haktanır D. Comparison of electrocautery and quantum energy surgical devices in experimental partial hepatectomies. Turk J Vet Anim Sci 2006;30:77-82.
20. Cotran RS, Kumar V, Collins T, Robbins SL. Tissue repair: cellular growth, fibrosis, and wound heal- ing. In: Cotran RS, Kumar V, Collins T, Robbins SL, editors. Robbins pathologic basis of disease. 6th ed. Philadelphia: Saunders; 1999. p. 59-70.
21. Brady JE, editor. General chemistry: principles and structure. 5th ed. New York: John Wiley and Sons; 1990.
22. Feynman RP, Leighton RB, Sands M. The kinetic theory of gases. In: Feynman lectures on physics: mainly mechanics, radiation, and heat. Vol 1. 5th ed. Massachusetts: Addison-Wesley; 1970. p. 39.
23. Halliday D, Resnick R, Walker J, editors. Fundamentals of physics. 5th ed. New York: John Wiley and Sons; 1997. p. 489-1111.
24. Sies H. Oxidative stress: from basic research to clini- cal application. Am J Med 1991;91:31S-38S.
25. Moldow CF, Jacob HS. Endothelial culture, neutro- phil or enzymic generation of free radicals: in vitro methods for the study of endothelial injury. Methods Enzymol 1984;105:378-85.
26. Champe PC, Harvey RA. Lippincott’s Illustrated Reviews serisinden: Biyokimya. (Çeviri: Tokullugil A, Dirican M, Ulukaya E) 2. baskı. İstanbul: Nobel Tıp Kitabevi; 1997. s. 33-4.
27. Ward PA. Mechanisms of endothelial cell killing by H2O2 or products of activated neutrophils. Am J Med 1991;91:89-94.
28. Rosen GM, Pou S, Ramos CL, Cohen MS, Britigan BE. Free radicals and phagocytic cells. FASEB J 1995;9:200-9.