摘 要：手术烟雾中生物成分是否存在传播相关疾病的风险虽没有定论，但其危害性逐渐得到公认，并且采取了一系列的措施进行防控。随着新型冠状病毒肺炎的暴发和持续，手术烟雾是否含有新型冠状病毒，是否具有传染性引起讨论。我们对手术烟雾形成、组分以及相关感染风险的研究进行了综述，旨在引起对手术烟雾诱发感染风险的重视，加强相关研究以提供更好的防控措施。
关键词：手术烟雾 感染风险 控制
新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019,COVID-19）的暴发流行，再次引发了人们对手术室工作人员病毒传播风险的担忧和关注。这不仅与麻醉期间气管插管和拔管有关，还与手术烟雾中潜在的感染性微粒的释放有关。虽然还没有与手术烟雾有关的新型冠状病毒（新冠病毒）感染病例的报告，但手术时产生烟雾的安全性仍成为一个争议领域。手术烟雾中的有害成分已经被证实具有细胞毒性、遗传毒性和诱变效应，同时会对肺部造成刺激，导致急性和慢性炎症变化，另外无论有没有加热过程，手术烟雾都含有生物成分，包括活性和非活性细胞物质，可能造成疾病传播，特别是感染性疾病。既往有部分研究进行了探讨，但未能达成一致共识，目前尚无公开的研究或数据来探索能量装置产生的手术烟雾中是否存在新冠病毒颗粒和是否具有传染性，对此多个外科管理机构和协会发布了关于安全使用能量装置的建议和一些防控措施，但这些建议并不一致，甚至互相冲突[1-3]，给临床工作带来了很大的困惑。基于此，我们拟综合现有的研究，结合新冠病毒的特征，对手术烟雾相关感染风险进行全面回顾，为手术相关从业人员正确防控提供参考。
1 手术烟雾的产生和成分特点
手术烟雾是指在手术过程中应用高频电刀、激光或超声刀等所产生的能量，使组织细胞内压力升高导致细胞膜破裂，细胞内成分挥发，细胞内液被蒸发产生，同时高温使组织蛋白质和其他有机物燃烧碳化产生大量烟雾释放于空气。研究发现，手术烟雾中95%为电外科装置产生的热量作用于组织释放出的水或蒸气，另外5%主要可分为燃烧副产物（非生物）和细胞碎片，以颗粒物质的形式组成[4]，包括细菌、病毒颗粒和恶性细胞等[5]。电刀和激光系统产生手术烟雾的机理相同，因此这2种手术方法产生的烟雾非常相似。在这个过程中（切割、凝固、汽化或消融组织），靶细胞被加热到沸点，导致细胞膜破裂并将微粒分散到空气或气腹中，而在使用超声波手术刀时，通过高强度超声聚焦于局部组织进行切割凝固等，无需加热过程，这一过程通常被称为“低温汽化”[6]。一般来说，低温下手术烟雾比高温产生的更容易携带有传染性和有活力的物质[7]。研究表明，超声波手术刀会导致生物气溶胶的形成，这些气溶胶是由可呼吸大小的物质组成的，当使用此装置时应启动局部排气系统或排烟方法，以减少接触血液、血液副产品和潜在的传染性物质[8]。也有研究指出，几乎没有形态完整的细胞，也没有发现有活力的细胞[9]，很明显，与激光和电刀相比，超声波手术刀产生的手术烟雾组成的研究也较少。2 手术烟雾中超细颗粒与感染
手术烟雾所产生颗粒的平均空气动力学尺寸因产生他们所用的能量方法而大不相同。电刀产生的颗粒最小，平均空气动力学尺寸为0.07μm；激光凝固组织产生直径约为0.31μm的颗粒，而最大的颗粒（0.35～6.50μm）由超声波刀产生[10-12]。这些装置中任何一种小颗粒都倾向于从他们的生产点传播至更远的距离，最远可达到100 cm[13]，此外，产生颗粒物的浓度或数量取决于解剖的组织，最高的排放源于实质器官和脂肪的烧灼，最低的来自肌肉组织[14]，在10种不同的组织类型中，肝脏被证明是外科手术烟雾中颗粒物质量浓度最高的。直径<10μm的颗粒可被吸入，直径<2.5μm的粉尘通常被称为“肺损伤性粉尘”，因为他们更容易沉积在肺泡而不是上呼吸道。作为参考，新冠病毒是一种阳性单链RNA病毒，含有约30 kb的线性基因组，与冠状病毒家族的其他成员一样，该病毒的直径大小在50～200 nm之间，通常约为120 nm[15]。这可能在病毒的发病机制中起作用，因为众所周知，新冠病毒通过血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2）受体进入宿主，ACE2受体高度集中于肺泡肺细胞，在上呼吸道黏膜中的密度较低[16]，外科口罩即使正确佩戴也只能有效地过滤出>5μm的颗粒，这使得包括病毒颗粒在内的超细颗粒过滤困难。虽然个别病例可能有所不同，但如果没有足够的通风和个人防护设备，外科医生在使用电外科设备时通常会接触到非常高浓度的超细颗粒，这些颗粒中可能存在新冠病毒，病毒被吸入后更容易沉积于肺泡，而肺泡上刚好存在大量病毒进行宿主需要的ACE2受体，因此潜在感染的风险不能被忽视，在确切的证明出来之前，需考虑相关的防护。
3 非生物成分与感染
体外研究已经鉴定出150多种燃烧副产物，包括碳氢化合物、酚类、腈类和脂肪酸。手术烟雾中最突出的化学物质包括一氧化碳、丙烯腈、氰化氢和甲醛等[17-18]。一氧化碳可导致头痛、呕吐或疲劳和恶心，长期接触可导致心脏问题（如心律失常、心肌缺血、心脏病风险增加），高浓度可导致昏迷和死亡。在已知的实验中，手术烟雾中最高浓度含量为2 200 ppm，远高于环境健康危害评估办公室发布的急性暴露参考量[19]。丙烯腈是一种无色且易挥发的液体，很容易通过皮肤和肺部吸收，并通过释放氰化物来发挥其毒性。短期接触可导致眼睛刺激、恶心、呕吐、头痛、打喷嚏或虚弱和头晕，长期接触会导致实验动物患恶性肿瘤，并与人类更高的恶性肿瘤发病率相关。皮肤反复或长时间接触丙烯腈可能会产生刺激和皮炎，研究发现手术室人员的暴露水平为1.0～1.6 ppm，低于规定限值[20]。氰化氢是一种无色有毒气体，很容易被肺部、胃肠道和皮肤吸收，它与细胞色素氧化酶中的铁结合，从而抑制细胞氧的利用，还可与一氧化碳协同作用，损害组织氧合。外科手术期间产生大量烟雾时，周围环境中的浓度已被发现高达10 ppm，即允许的接触限值[20]。甲醛在已知的实验中最高浓度含量为0.24 ppm，高于急性接触限值（0.05 ppm），对健康的危害包括刺激眼睛、鼻子和呼吸系统，可引起咳嗽和支气管痉挛，被列为致癌物，并已被证明可导致大鼠的鼻肿瘤[21]。此外，在结直肠手术期间，在电烙笔附近和手术室的环境空气中检测到高浓度的苯，然而，最近的研究发现，氰化氢和丙烯腈升高，但没有达到毒性水平，苯无法进行系统检测，这就对手术室中存在这些化学物质及其与疾病的相关性提出了质疑。总之，外科烟雾非生物成分是危险有害的，但风险的严重程度尚未确定，除了与肺部、循环系统和其他器官疾病有关外，也存在潜在的致癌性，但与感染性疾病关系并不密切[22]。
4 生物成分与感染
研究证实，外科手术烟雾中存在感染性微粒，并对吸入手术烟雾中生物成分的感染风险进行了评估[23]。通过激光束照射产生携带标记基因（NeR）的重组逆转录病毒的细胞株上清液收集不同部位、不同距离的气溶胶，证实激光蒸气可以含有传染性病毒、病毒基因或活细胞，并可能促进感染的传播或肿瘤细胞的扩散[24]。目前研究最多的是人乳头瘤样病毒（humanpapilloma virus,HPV)[25]，另外还包括乙型肝炎病毒（hepatitis B virus,HBV）、人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus,HIV）、传染性脊髓灰质炎病毒[26]、细菌[27-28]和活细胞[29]等。4.1 人乳头瘤样病毒
在1988年，GARDEN等[30]在二氧化碳激光产生的蒸汽或称手术烟雾中提取出了完整的牛乳头瘤病毒DNA和人乳头瘤病毒DNA，用不同的激光参数照射4例牛纤维乳头状瘤产生的蒸气被收集在与真空系统一致的腔室中，与牛乳头瘤病毒DNA探针杂交显示，在所有功率密度和能量通量使用的情况下，牛乳头瘤病毒DNA是完整的，同时还收集了7名接受疣二氧化碳激光治疗患者的激光蒸气，7名患者中有2名患者的蒸气中存在完整的人乳头瘤病毒DNA。这些研究表明，完整的病毒DNA通过激光治疗疣的蒸气释放到空气中，与文献[31-32]的研究结果一致，SOOD等[33]分析49例宫颈电热圈环形切除术产生手术烟雾成分，在其中80%的样本中发现HPV DNA。
为了进一步研究这些手术烟雾中存在的HPV是否具有生物活性或传染性，2002年GARDEN等[34]用二氧化碳激光照射牛乳头瘤病毒诱导的皮肤纤维乳头状瘤（激光设置在临床使用的设置范围内），手术烟雾被吸入并收集，然后重新植入小牛的皮肤上。研究发现，通过接种这些动物出现肿瘤生产，经生化和组织学证明，与激光羽流中的病毒类型相同，提出手术烟雾可以传播疾病。BEST等[35]也证明了小鼠乳头状瘤病毒（mouse papillomavirus type 1,MmuPV1）的手术烟雾传染性，同样的研究方法，使用电外科治疗已建立MmuPV1尾部疣的裸鼠，然后将未受感染的裸鼠暴露于手术烟雾中发现，小鼠的感染率极高，同时治疗期间捕获的手术烟雾也具有高度传染性。但是也有研究得出不同的结论，有研究收集了激光切除生殖器疣的烟雾，并对其进行代谢活性检测[36]，而另一项研究则使用激光切除喉乳头状瘤的手术烟雾接种人和猪细胞株，并寻找随后细胞感染的迹象[37]，这些研究均未发现手术烟雾含有代谢活跃或具有传染性的HPV。
在临床研究中，研究人员在医务人员对HPV相关病变进行相应的电外科治疗后对其不同烟雾暴露部位进行采样，然后分析样本中是否存在HPV DNA以确定医务人员是否在直接暴露于手术烟雾后受到HPV的污染，但未能形成共识，多项研究之间存在互相冲突的结论。其中2项研究未能在操作人员样本中检测到任何HPV DNA[38-39],2项研究在操作人员的鼻腔样本中检测到HPV DNA[40-41],1项研究在行喉部和尿道乳头状瘤手术后的医护人员手套上检测出HPV阳性。HPV基因型与患者的相同，其来源不能排除二氧化碳激光烟雾或者手术器械间接污染手套，在后续的患病率研究中发现医务人员存在较大的风险[42]。HALLMO等[43]报告了1位外科医生在用激光治疗生殖器湿疣后感染了喉乳头状瘤病。病毒分型与其治疗的患者中发现的乳头状瘤病毒类型相同，并且没有发现其他任何可能的方式导致他的喉部与病毒接触。在梅奥诊所进行的1项观察性研究发现，尽管戴着外科手套和口罩，但与年龄和性别相匹配的对照组相比，使用二氧化碳激光进行手术的医生鼻咽疣发病率增加。这是一个在普通人群中不常见的感染区域，因此需要考虑手术烟雾中的HPV是这些疣的病因[44]。另外有研究将手术烟雾与HPV(6、11和13型）的传播联系起来，进一步发展为口咽鳞状细胞癌[45]。这些病例均长期暴露于手术烟雾中，没有其他可识别的危险因素，考虑为手术烟雾的传播，但这些研究多为个案报道，证据级别较低。
综合以上研究，目前普遍认为治疗HPV相关病变时产生的手术烟雾可能含HPV DNA，并且手术烟雾中的HPV DNA会污染手术室员工的上呼吸道，但没有足够的证据表明具有生物活性的HPV通过烟雾传播至医务人员。文献[46]的研究并未发现在手术烟雾暴露后手术室工作人员中HPV相关疾病的患病率增加。
4.2 乙型肝炎病毒
只有1项针对手术烟雾中HBV的研究，KWAK等[47]选取了11例术前均为乙型肝炎（乙肝）表面抗原（hepatitis B surface antigen,HBsAg）阳性的手术患者，其中2例表面抗体阳性，2例核心抗原阳性，3名患者在研究期间正在服用抗乙肝病毒药物。使用高效收集器获得水溶胶形式（使用旋转气溶胶收集器将手术部位产生的空气颗粒和微生物收集在灭菌磷酸缓冲盐溶液中）的手术烟雾并对其成分进行分析。结果在10例患者（包括结直肠切除4例，胃切除3例，肝楔形切除3例）的手术烟雾中检出HBV，提示手术烟雾可能存在传播HBV感染的潜在风险。
4.3 人类免疫缺陷病毒
BAGGISH等[48]用二氧化碳激光处理感染HIV的浓缩组织培养小球，激光冲击产生的蒸汽碎片通过无菌硅橡胶管排出，然后通过与烟雾抽气器串联无菌培养基。该研究首先确定了激光手术烟雾中存在HIV DNA，并证明了感染传播到培养细胞中（从硅橡胶收集管中获得的颗粒碎片的聚合酶链反应分析在立即取样和第14天培养的材料中均呈阳性），同时也发现烟雾中HIV DNA可能已经发生了改变，从而阻止了他在感染后的繁殖（第28天未观察到HIV培养细胞的持续感染）。另外，有研究使用不同的激光对感染HIV的细胞培养物进行处理，未观察到烟雾暴露诱导的阳性感染培养细胞[49]。
4.4 其他病毒
在研究其他病毒的过程中，用不同的激光对感染不同病毒（伪狂犬病病毒、水痘带状疱疹病毒）的细胞培养物进行处理，以鉴定手术烟雾产生受感染的阳性培养细胞的能力，大多数研究均呈阴性结果[50-51]。
4.5 其他生物成分
除了病毒，在激光手术过程中还检测到了活菌，从13个手术过程中采集的样本进行培养，培养物中生长出凝固性阴性葡萄球菌、棒状杆菌，还有奈瑟菌属。在另外2个体外实验中，也从激光产生的手术烟雾中培养出细菌，活性噬菌体也被证明存在于激光手术烟雾中[52-53]。
5 结语
研究发现，目前手术烟雾相关感染性疾病研究主要是针对HPV，而HBV、HIV研究较少，虽然手术烟雾中的病毒并不意味着空气传播的传染，但一些关于HPV的报道支持这种可能性。因此具体到新冠病毒，虽然与既往研究病毒不同，但考虑到新冠病毒已在血液和粪便中出现，不能排除通过手术烟雾传播病毒的理论风险，因此完全有必要进行相应的防护策略应对潜在的风险如术前患者流行病学筛查、临床评估和鼻咽拭子检测，高效的排烟装置使用，指定手术室和改进的手术室设置都是必要的[54]。甚至有个别激进的学者认为在新冠病毒暴发的情况下，由于病毒在手术室人员中传播的风险非常高，必须尽量减少或避免使用电外科疗法[55]，但目前普遍认为虽然存在潜在传播的风险，但通过系列的防控措施，电外科手术包括腹腔镜及机器人手术是可以开展的[56]。由于目前尚无针对新冠病毒在手术烟雾中传染性的研究，既往的研究也没有能够提供一个高质量的证据表明手术烟雾和病毒传染的确切因果关系，因此需要针对这一专题进行具体的临床研究来了解病毒在不同手术烟雾中的有效存在及其浓度和潜在的致病能力，以更好的应对当前的复杂局面。作者声明本文无实际或潜在的利益冲突