活体猪肝微波消融的动物实验探析

时间:2017-06-25

我国是世界上肝癌发生率最高的国家之一[1]. 近年来， 随着肿瘤治疗观念的转变， 以追求根治为目的的治疗手段逐步被以提高生存质量为目的的微创治疗所取代， 微波消融是其中近年来发展较快的一种微创治疗方式， 尤其是小肝癌， 经皮微波消融治疗的近、 远期疗效可与手术相媲美[2-6]. 但是局部复发率仍较高成为限制微波消融疗效的关键， 因此如何提高消融范围是目前消融研究的热点。 与射频消融不同， 微波消融是利用细胞内外的带电粒子和极性分子在微波交变电场作用下的高频反复的转向运动所产生的热能， 使组织温度升高， 从而使得作用区域的组织细胞发生凝固性坏死。

　　根据这一原理， 本实验通过消融前于活体猪肝组织内注入蒸馏水或生理盐水以增加组织的含水量或者离子浓度， 以期增加摩擦产热， 从而评估其对消融范围以及温度场的影响。

　　1 材料与方法。

　　1.1 实验设备与材料。

　　1.1.1 实验设备 ①冷循环微波消融仪器： 2 450 MHz 微波消融仪 （南京庆海微波电子研究所）， 功率范围为 0 ~ 100 W, 消融时间范围为 1 ~ 99 min 连续可调。 ②微波消融天线： 14 G 微波消融天线 （长度 15 cm, 外径 1.9 mm）， 内置水冷循环。 ③注射针： 21 G 经皮肝穿刺胆道造影针 （percutaneous transhepaticcholangiography needle, PTC 针 ）， 用于向肝组织内注射蒸馏水或生理盐水。 ④温度装置： 20 G 测温针 （南京庆海微波电子研究所）， 长度为 20 cm, 精确度为 0.1 ℃， 反应时间小于 1 s.

　　1.1.2 实验材料 南方医科大学动物实验中心提供的西藏小型猪30 头 , 雌 性 13 只 , 雄 性 17 只 , 体 重为 44.7 ~ 55.5 kg （平 均49.7 kg）， 均具有健康合格证。

　　1.2 实验方法。

　　1.2.1 实 验分组 设置主机输出功率 60 W、 80 W, 消 融时间为10 min 进行微波消融。 于消融前分别预先用 PTC 针向猪肝组织内注射 5 mL 蒸馏水 （蒸馏水组） 或生理盐水 （生理盐水组），并以正常猪肝 （未预先用液体处理） 作为对照组。 每个组合重复 5 次。

　　1.2.2 实 验步骤 ①西藏小型猪术前禁食 24 小 时 、 禁饮 12 小时， 术前半小时肌注阿托品 1.0 mg 防止呼吸道分泌物过量引起窒息。 经耳缘静脉滴注普鲁卡因氯胺酮混合液 （100 mL 盐酸普鲁卡因溶液中加入 4 mL 氯胺酮针剂） 维持麻醉状态， 仰卧位放置于实验操作台上， 消毒、 铺无菌手术巾， 并取肋下 "人"字形切口打开腹腔， 充分显露肝脏。 ②将消融针刺入肝组织内， 尽量保证消融范围包含在肝实质内。 微波作用前用 PTC 针在微波天线进针路径两侧旁开 0.5 cm 处分别注射蒸馏水 （蒸馏水组） 或生理盐水 （生理盐水组）。 进针深度与微波天线的进针深度相同， 每侧分别注射 2.5 mL （两侧共 5 mL）， 拔出 PTC针。 ③将 3 个 20 G 的测温针分别平行于微波天线， 于微波天线旁开 0.5 cm、 1.0 cm、 1.5 cm 进针， 进针深度与微波天线进针深度相同， 分别标记为 t1、 t2、 t3, 以测量组织内温度的变化，每隔 1 min 记录一次温度。 ④微波消融： 开启水冷循环系统后，开始微波消融术， 按实验预先设计的分组依次行 10 min 消融，术后给予过量的麻醉剂处死动物， 取下肝脏标本。 ⑤数据测量： 沿微波天线平行的针道层面切开消融区域。 评估消融区域的形状、 对称程度、 碳化情况； 标尺平行消融天线的针道测量消融灶最大长径 （longitudinal diameter, Dl）， 垂直针道测量最大横径 （transverse diameter, Ds）； 根据记录的 t1、 t2、 t3处的温度， 并绘制各个功率下 t1、 t2、 t3处的温度曲线。

　　1.3 统计分析 采用 SPSS 16.0 软件， 计量资料均以 x ± s 的形式表示， 采用 t 检验进行分析， P <0.05 为差异有统计学意义。

　　2 实验结果。

　　2.1 消融范围 所有消融灶边界与周围正常组织分界清楚 。 每个消融区根据颜色可分为 3 个不同的区域， 即沿针道的箭头状的碳化区、 凝固区 （即碳化区周边的黄白色区域）、 红色充血区。 随着功率设置的增加， 微波消融的范围 （消融灶的长径和横径） 也呈增大的趋势。 主机输出功率相同时， 蒸馏水组和生理盐水组消融灶的长径和横径均较对照组的长径和横径增大， 差异有统计学意义 （P <0.05）， 但蒸馏水组和生理盐水组消融灶的长径和横径差异无统计学意义。

　　2.2 温度效应 ①在消融开始后， 实验组的 t1处温度上升速度。

　　较对照组迅速， 即曲线较陡， 峰值较对照组高， 3 ~ 5 min 后上升缓慢， 7 ~ 8 min 后到达一个相对的平台期。 t2处的温度曲线相对较缓和平稳， 7 ~ 8 min 后达到相对平台期。 而 t3处的温度缓慢上升， 趋于斜线， 其峰值低于 t1、 t2. ②随着主机输出功率设置的增加， t1、 t2、 t3处峰值温度也相应增加。 ③在主机输出功率相同时， 实验组和对照组 t1、 t2、 t3处的温度差异有统计学意义 （P <0.05）， 但两个实验组之间温度差异无统计学意义 （P>0.05）。

　　3 讨论。

　　与射频消融相比， 微波消融具有瘤内温度高、 升温速度快、 消融范围大、 不受电阻影响等优点， 目前广泛应用于实体肿瘤的治疗中， 尤其是肝癌的微创治疗， 取得良好的近期与远期疗效。 但如何增大微波消融的范围以提高肿瘤完全消融率、减少肿瘤局部复发是目前亟待解决的关键问题。

　　国内曹兵生等[7]研究结果显示： 60 W × 300 s 微波消融离体猪肝， 消融前于肝脏组织内注射 10 mL 蒸馏水能够增大消融范围。 但是此研究未考虑到微波消融活体组织的 "Heat-sink" 效 应[8]对结果的影响， 即血流灌注导致局部热量被血流带走从而消融范围减小， 另外曹兵生等[7]的实验研究所采用是旧式的植入式微波天线， 受碳化等因素影响较大， 而目前微波天线已发展到水冷式裂隙式微波天线， 使微波天线的组织匹配性及产热的效率提高。 因此本实验设置使用水冷式裂隙式微波天线消融活体肝组织研究消融前注射生理盐水或者蒸馏水对消融范围的影响。

　　有研究[9]显示微波消融会呈现 "时间饱和" 的特点，Wang Y 等[10]、 Hines-Peralta 等[11]的研究显示， 在活体组织微波消融中， 消融功率设置为 75 ~ 100 W 时， 90%的消融区的最大横径会在 10 分钟左右时达到一个平台期， 继续延长消融时间其消融灶的横径不再增加。 因此在本实验中选择 10 分钟作为实验组和对照组的消融时间。 微波消融是用频率 ≥ 900MHz 的电磁波产生交变电场 , 细胞内 、 外液中的极性分子（水、 蛋白质 ） 和带电粒子 （钾、 钠、 氯等带电粒子 ） 也随之做高频反复的转向运动。 极性分子和带电粒子激烈的振动， 造成分子、 粒子之间的相互碰撞、 摩擦， 将一部分动能转化为热能， 使组织温度升高， 从而发生组织坏死[12]. 消融前用蒸馏水或生理盐水预处理活体猪肝， 增加了组织中的极性分子 （水）和带电粒子 （钠、 氯）， 使得产热增多， 消融范围增大。 活体肝脏组织由于肝动脉及门静脉双重供血， 产生 "Heat-sink ef-fect" （热沉降效应 ） 明显 , 而增加组织含水量产生的热量也许可以补偿这部分热损失， 致使活体肝脏组织的消融范围增大。 实验组与对照组在 t1、 t2、 t3处的温度差异， 也说明蒸馏水组和生理盐水组产热增加。

　　微波消融和射频消融的致热原理不同。 射频消融引起组织发生坏死是通过交变电流使组织中的离子不停地做反复转向运动， 从而摩擦生热[13]. 射频消融前于肝组织内注射生理盐水，能够减少组织的碳化及气化， 能降低电阻抗， 增强加热组织的导电性， 增大消融范围[14]. 而微波消融并不依赖组织的电特性， 受组织的碳化影响小， 组织吸收微波能量与组织的含水量有很大关系， 含水量多的组织比含水量少的组织更容易吸收微波[15]. 但是本实验发现 , 蒸馏水组与生理盐水组相比 , 并没有增加消融范围， 可能与极性分子和带电粒子在微波消融中共同起作用有关。 本研究存在的不足之处在于研究结果仅局限于正常猪肝， 还有待于进一步进行临床研究。

　　总之， 微波消融前于肝脏组织内预注射 5 mL 蒸馏水或生理盐水可增加消融范围以及提高微波消融温度场的温度。 相同的主机输出功率以及相同的消融时间时， 微波消融前于肝内注入少量蒸馏水或生理盐水有望提高消融灶的消融范围。

　　参考文献：
　　[1] Jemal A, Bray F, Center MM, et al. Global cancer statistics [J] . CACancer J Clin, 2011, 61 （2） : 69-90.
　　[2] Lencioni R, Crocetti L, De Simone P, et al. Loco -regional interven-tional treatment of hepatocellular carcinoma: techniques, outcomes,and future prospects [J] . Transpl Int, 2010, 23 （7） : 698-703.
　　[3] Qian J. Interventional therapies of unresectable liver metastases [J] . JCancer Res Clin Oncoly, 2011, 137 （12） : 1763-1772.
　　[4] Veltri A, Gazzera C, Rotondella C, et al. Image-guided microwave ab-lation of hepatic tumours: preliminary experience [ J] . Radiol Med,2012, 117 （3） : 378-392.

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