不可逆電穿孔治療腫瘤與冷熱消融治療的原理比較

陳永成

摘 要：目前，針對腫瘤的治療，非血管介入技術(shù)已經(jīng)成為了常規(guī)手段，但是，其治療方法和原理各不相同。總結(jié)了各種治療手段的原理，介紹和比較了最新的不可逆電穿孔技術(shù)的優(yōu)點和缺點，以期為其今后的應(yīng)用提供必要的參考。

關(guān)鍵詞：非血管介入治療；熱消融；冷消融；不可逆電穿孔

中圖分類號：R730.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.024

1 微創(chuàng)介入治療

近幾年，在醫(yī)學(xué)界，“介入治療”已經(jīng)成為了熱門話題，而這種微創(chuàng)的“非手術(shù)”方法也逐漸被患者認(rèn)識和接受。介入治療（Interventional treatment）是介于外科、內(nèi)科治療之間的新興治療方法，它包括血管內(nèi)介入和非血管介入治療。簡單的講，介入治療就是在不開刀暴露病灶的情況下，在血管、皮膚上作直徑幾毫米的微小通道，或經(jīng)人體原有的管道，在影像設(shè)備（血管造影機(jī)、透視機(jī)、CT、MR、B超）的引導(dǎo)下，局部治療病灶且創(chuàng)傷最小的治療方法。經(jīng)過多年的發(fā)展，介入治療已經(jīng)與外科、內(nèi)科統(tǒng)稱為三大支柱性學(xué)科。介入治療的特點是創(chuàng)傷小、簡便、安全、有效、并發(fā)癥少和住院時間短。

2 腫瘤微創(chuàng)非血管介入治療常用手段

2.1 射頻消融

射頻是指無線電頻率，但是，它不屬于無線電通信中波段的劃分。因為在這樣的頻率范圍內(nèi)，輻射性能很低，所以，通訊設(shè)備中很少采用，而它在生物體中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為熱效應(yīng)。當(dāng)射頻的電流頻率高到一定值（>100 kHz）時，會使組織內(nèi)帶電荷的離子運動，即摩擦生熱（60～100 ℃）。射頻消融設(shè)備的常用頻率為200～500 kHz，輸出功率為100～400 W，而具有消融和切割功能的射頻治療儀的治療機(jī)理主要為熱效應(yīng)。射頻波本質(zhì)上是指特定范圍內(nèi)的電磁波。目前，醫(yī)用射頻大多采用工作頻率為480 kHz和500 kHz。當(dāng)射頻電流經(jīng)過人體組織時，因為電磁場的快速變化使得細(xì)胞內(nèi)的正、負(fù)離子快速運動，于是它們之間以及它們與細(xì)胞內(nèi)的其他分子、離子等產(chǎn)生摩擦，使病變部位升溫，致使細(xì)胞內(nèi)外水分蒸發(fā)、干燥、固縮脫落，以致無菌性壞死，進(jìn)而達(dá)到治療的目的。

2.2 微波消融

微波消融是利用頻率>900 MHz（包含900 MHz）的設(shè)備，用電磁方法破壞腫瘤組織。在微波消融中，主要是依靠偶極分子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量。水分子是偶極分子并且有不平衡的電荷分布，在微波震蕩電場中，通過水分子的劇烈運動摩擦生熱，導(dǎo)致細(xì)胞凝固、壞死。當(dāng)前，微波消融術(shù)主要采用的頻率為915 MHz和2 450 MHz。微波聚能凝固滅活腫瘤的過程是組織內(nèi)的極性分子在微波場的作用下，高速運動摩擦產(chǎn)生熱量，當(dāng)溫度升高到60 ℃以上時，腫瘤細(xì)胞的蛋白質(zhì)變性凝固，導(dǎo)致其不可逆性壞死。滅活的腫瘤組織可生產(chǎn)熱休克蛋白，刺激機(jī)體的免疫系統(tǒng)，提高機(jī)體的免疫功能，起到抑制腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散的作用。

以上兩種消融屬于熱消融，從臨床應(yīng)用的角度看，它們在適應(yīng)癥、治療效果、不良效果和并發(fā)癥等方面是相很近的。

2.3 氬氦刀消融

氬氦刀消融是利用超高壓氬氣（工作壓力約為24 MPa）通過一段傳輸管路到達(dá)探針，再沿著高壓管道流動。高壓氣體從位于探針尖的小孔進(jìn)入膨脹空間發(fā)生節(jié)流效應(yīng)，并在刀尖空間內(nèi)釋放壓力，吸熱、降溫。氬氣可快速降溫至-180～-140 ℃，形成冰球，并可維持10～15 min。利用高壓氦氣（工作壓力約為15 MPa）與利用氬氣的物理特性相反。氦氣在刀尖空間內(nèi)釋放壓力放熱，升溫至30 ℃左右，并可維持1～2 min，最后，兩種氣體再經(jīng)過傳輸管路外的空間釋放到大氣中。由此可見，氬氦刀屬于冷凍消融的代表。

在冷凍初期（溫度-21～-4 ℃），細(xì)胞外冰晶形成，細(xì)胞內(nèi)水分進(jìn)入細(xì)胞外，引起細(xì)胞內(nèi)滲透壓上升，細(xì)胞內(nèi)脫水。失去水分的細(xì)胞會變得皺縮，細(xì)胞膜和細(xì)胞器也會因此而受損。在冷凍的第二階段，當(dāng)冷凍速度極快、溫度進(jìn)一步降低（溫度-21 ℃以下）時，會在細(xì)胞內(nèi)形成冰晶。細(xì)胞器，比如線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，會發(fā)生不可逆性損傷，細(xì)胞膜也會損傷，最后導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

當(dāng)溫度升高時，會破壞細(xì)胞的兩種機(jī)制（在-40～-20℃之間）：①細(xì)胞內(nèi)的小冰晶再結(jié)晶或相互融合，形成大冰晶，后者會對細(xì)胞有更強(qiáng)的破壞作用；②細(xì)胞外間隙冰晶溶解，形成低滲狀態(tài)，水再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞腫脹，導(dǎo)致細(xì)胞膜被破壞。

另外，冷凍主要表現(xiàn)為兩種延遲作用：①破壞微血管。冷凍會導(dǎo)致血管收縮、血流減緩、血小板凝集、微血栓形成，進(jìn)而阻斷血流，組織缺血缺氧，使得靶細(xì)胞損傷。②免疫調(diào)控作用。腫瘤細(xì)胞反復(fù)凍融后，細(xì)胞破裂、細(xì)胞膜溶解，促使細(xì)胞內(nèi)和處于遮蔽狀態(tài)的抗原釋放，解除腫瘤對機(jī)體的免疫抑制狀態(tài)，提高抗腫瘤免疫的能力，從而啟動對腫瘤細(xì)胞的免疫殺傷作用。

臨床應(yīng)用冷消融和熱消融的最大優(yōu)勢是：①它可以用于錯過手術(shù)時機(jī)的晚期癌癥患者，且負(fù)荷大，涉及大血管、重要器官的腫瘤患者；②它也可以用于高齡患者，器官功能差、全身狀況差、難以承受手術(shù)和麻醉的患者；③使用這種方法，在影像（CT、B超、MRI等）下，冰球消融邊界清晰，有助于判斷消融范圍；④該方法能有效地激發(fā)機(jī)體對腫瘤的免疫能力。

3 不可逆電穿孔——納米刀

不可逆電穿孔（Irreversible Electroporation，簡稱IRE）是一種非熱能消融技術(shù)，在脈沖長度為70～100 ?s，電場為1 000～3 000 v/cm的作用下，細(xì)胞膜會被不可逆電擊穿。在陡脈沖的作用下，細(xì)胞膜會形成大量的納米級微孔，其數(shù)量和孔徑會隨著電場強(qiáng)度的增加而激增，從而引起膜組織斷裂，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這種現(xiàn)象被稱為不可逆性電擊穿，并且電場中不會產(chǎn)生任何熱量。

納米刀技術(shù)就是應(yīng)用高壓電場中短脈沖、高電壓的直流電（10～25 A）技術(shù)，使細(xì)胞膜產(chǎn)生大量永久性的納米級微孔，以破壞細(xì)胞的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，使細(xì)胞凋亡，然后被免疫細(xì)胞吞噬，最后利用正常細(xì)胞再生的原理治療惡性腫瘤的一種新技術(shù)，具體治療過程如圖1所示。

納米刀消融后的組織具有可再生性。而不可逆電穿孔只適用于細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層，如圖2所示，它對膜蛋白等其他分子無任何作用——由蛋白形成的結(jié)構(gòu)，比如血管彈性纖維和膠原纖維，細(xì)胞基質(zhì)蛋白并未被破壞，血管和膽管等組織結(jié)構(gòu)得以保留。因此，經(jīng)過IRE治療后，膠質(zhì)結(jié)構(gòu)并沒有受到影響。

治療第二天可見未受損傷的外膜和外彈性膜，但并沒有平滑肌細(xì)胞，且內(nèi)皮細(xì)胞會被重新填充。第二周，平滑肌肌細(xì)胞開始填充，血管壁組織結(jié)構(gòu)沒有受到影響，如圖3所示。

經(jīng)過IRE消融處理后，患者的神經(jīng)功能會在短期內(nèi)受到影響，但是，最終會完全恢復(fù)。在IRE過程中，雖然神經(jīng)軸突被損傷，但各種蛋白形成組織結(jié)構(gòu)，比如神經(jīng)基底膜、神經(jīng)內(nèi)膜和神經(jīng)束膜等，不會被破壞，有利于神經(jīng)纖維再生，最終使神經(jīng)損傷完全恢復(fù)（動物實驗的結(jié)果是7周后完全恢復(fù)）。

以上3種常用的介入消融手段主要有以下優(yōu)勢：①消融時間短，消融區(qū)的重要組織得以保留（比如血管和神經(jīng)）；②不受熱沉效應(yīng)的影響（熱沉效應(yīng)會使血管周圍的腫瘤消融不徹底，容易復(fù)發(fā)）；③消融徹底，消融邊界清晰，使細(xì)胞凋亡而非蛋白質(zhì)變性壞死；④對不能手術(shù)的部位和冷熱消融不能到達(dá)的部位，使用IRE技術(shù)能安全消融。但是，介入消融手段也存在不足之處：①強(qiáng)電會使肌肉收縮，所以，術(shù)中要求全麻并且使用肌松藥；②可能會造成病人心律失常——心電監(jiān)護(hù)儀控制同步激發(fā)；③在消融區(qū)域附近植入電子設(shè)備和金屬零件，比如心臟起搏器或除顫器的患者不能使用這種治療方式；④有癲癇病史或心律失常病史的患者，近期發(fā)生過心肌梗死的患者不能使用該治療方法；⑤手術(shù)難度大，穿刺技術(shù)要求高——電極間要相互平齊平行，如圖4所示；⑥價格昂貴，消融區(qū)域小。

4 結(jié)論

以上幾種非血管介入治療方法適用于不同的腫瘤治療，并且各自具有優(yōu)、缺點。其中，IRE納米刀技術(shù)更為先進(jìn)，可以說它是冷熱消融的有機(jī)補(bǔ)充。但是，由于是新技術(shù)，其推廣時間短，手術(shù)難度較高，所以，并沒有大面積普及，目前，只在香港、臺灣地區(qū)和歐美一些國家應(yīng)用，中國大陸還處于動物實驗研究階段。當(dāng)其正式引入中國時，筆者相信，該治療手段將會成為第4種腫瘤微創(chuàng)介入治療的常規(guī)手段，未來5年將會在全國各大醫(yī)院普及。同時，它的出現(xiàn)也會為腫瘤患者帶來福音，使本來“不可治”的腫瘤變?yōu)椤翱芍巍薄?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]于杰，梁平.微波與射頻的技術(shù)現(xiàn)狀和肝癌的臨床治療對比[J].醫(yī)學(xué)研究雜志，2008，37（10）.

〔編輯：白潔〕