不可逆电穿孔治疗肿瘤与冷热消融治疗的原理比较

陈永成

摘 要：目前，针对肿瘤的治疗，非血管介入技术已经成为了常规手段，但是，其治疗方法和原理各不相同。总结了各种治疗手段的原理，介绍和比较了最新的不可逆电穿孔技术的优点和缺点，以期为其今后的应用提供必要的参考。

关键词：非血管介入治疗；热消融；冷消融；不可逆电穿孔

中图分类号：R730.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.024

1 微创介入治疗

近几年，在医学界，“介入治疗”已经成为了热门话题，而这种微创的“非手术”方法也逐渐被患者认识和接受。介入治疗（Interventional treatment）是介于外科、内科治疗之间的新兴治疗方法，它包括血管内介入和非血管介入治疗。简单的讲，介入治疗就是在不开刀暴露病灶的情况下，在血管、皮肤上作直径几毫米的微小通道，或经人体原有的管道，在影像设备（血管造影机、透视机、CT、MR、B超）的引导下，局部治疗病灶且创伤最小的治疗方法。经过多年的发展，介入治疗已经与外科、内科统称为三大支柱性学科。介入治疗的特点是创伤小、简便、安全、有效、并发症少和住院时间短。

2 肿瘤微创非血管介入治疗常用手段

2.1 射频消融

射频是指无线电频率，但是，它不属于无线电通信中波段的划分。因为在这样的频率范围内，辐射性能很低，所以，通讯设备中很少采用，而它在生物体中的应用主要表现为热效应。当射频的电流频率高到一定值（>100 kHz）时，会使组织内带电荷的离子运动，即摩擦生热（60～100 ℃）。射频消融设备的常用频率为200～500 kHz，输出功率为100～400 W，而具有消融和切割功能的射频治疗仪的治疗机理主要为热效应。射频波本质上是指特定范围内的电磁波。目前，医用射频大多采用工作频率为480 kHz和500 kHz。当射频电流经过人体组织时，因为电磁场的快速变化使得细胞内的正、负离子快速运动，于是它们之间以及它们与细胞内的其他分子、离子等产生摩擦，使病变部位升温，致使细胞内外水分蒸发、干燥、固缩脱落，以致无菌性坏死，进而达到治疗的目的。

2.2 微波消融

微波消融是利用频率>900 MHz（包含900 MHz）的设备，用电磁方法破坏肿瘤组织。在微波消融中，主要是依靠偶极分子的旋转产生热量。水分子是偶极分子并且有不平衡的电荷分布，在微波震荡电场中，通过水分子的剧烈运动摩擦生热，导致细胞凝固、坏死。当前，微波消融术主要采用的频率为915 MHz和2 450 MHz。微波聚能凝固灭活肿瘤的过程是组织内的极性分子在微波场的作用下，高速运动摩擦产生热量，当温度升高到60 ℃以上时，肿瘤细胞的蛋白质变性凝固，导致其不可逆性坏死。灭活的肿瘤组织可生产热休克蛋白，刺激机体的免疫系统，提高机体的免疫功能，起到抑制肿瘤细胞扩散的作用。

以上两种消融属于热消融，从临床应用的角度看，它们在适应症、治疗效果、不良效果和并发症等方面是相很近的。

2.3 氩氦刀消融

氩氦刀消融是利用超高压氩气（工作压力约为24 MPa）通过一段传输管路到达探针，再沿着高压管道流动。高压气体从位于探针尖的小孔进入膨胀空间发生节流效应，并在刀尖空间内释放压力，吸热、降温。氩气可快速降温至-180～-140 ℃，形成冰球，并可维持10～15 min。利用高压氦气（工作压力约为15 MPa）与利用氩气的物理特性相反。氦气在刀尖空间内释放压力放热，升温至30 ℃左右，并可维持1～2 min，最后，两种气体再经过传输管路外的空间释放到大气中。由此可见，氩氦刀属于冷冻消融的代表。

在冷冻初期（温度-21～-4 ℃），细胞外冰晶形成，细胞内水分进入细胞外，引起细胞内渗透压上升，细胞内脱水。失去水分的细胞会变得皱缩，细胞膜和细胞器也会因此而受损。在冷冻的第二阶段，当冷冻速度极快、温度进一步降低（温度-21 ℃以下）时，会在细胞内形成冰晶。细胞器，比如线粒体和内质网，会发生不可逆性损伤，细胞膜也会损伤，最后导致细胞死亡。

当温度升高时，会破坏细胞的两种机制（在-40～-20℃之间）：①细胞内的小冰晶再结晶或相互融合，形成大冰晶，后者会对细胞有更强的破坏作用；②细胞外间隙冰晶溶解，形成低渗状态，水再进入细胞内，引起细胞肿胀，导致细胞膜被破坏。

另外，冷冻主要表现为两种延迟作用：①破坏微血管。冷冻会导致血管收缩、血流减缓、血小板凝集、微血栓形成，进而阻断血流，组织缺血缺氧，使得靶细胞损伤。②免疫调控作用。肿瘤细胞反复冻融后，细胞破裂、细胞膜溶解，促使细胞内和处于遮蔽状态的抗原释放，解除肿瘤对机体的免疫抑制状态，提高抗肿瘤免疫的能力，从而启动对肿瘤细胞的免疫杀伤作用。

临床应用冷消融和热消融的最大优势是：①它可以用于错过手术时机的晚期癌症患者，且负荷大，涉及大血管、重要器官的肿瘤患者；②它也可以用于高龄患者，器官功能差、全身状况差、难以承受手术和麻醉的患者；③使用这种方法，在影像（CT、B超、MRI等）下，冰球消融边界清晰，有助于判断消融范围；④该方法能有效地激发机体对肿瘤的免疫能力。

3 不可逆电穿孔——纳米刀

不可逆电穿孔（Irreversible Electroporation，简称IRE）是一种非热能消融技术，在脉冲长度为70～100 ?s，电场为1 000～3 000 v/cm的作用下，细胞膜会被不可逆电击穿。在陡脉冲的作用下，细胞膜会形成大量的纳米级微孔，其数量和孔径会随着电场强度的增加而激增，从而引起膜组织断裂，导致细胞死亡。这种现象被称为不可逆性电击穿，并且电场中不会产生任何热量。

纳米刀技术就是应用高压电场中短脉冲、高电压的直流电（10～25 A）技术，使细胞膜产生大量永久性的纳米级微孔，以破坏细胞的内稳态，使细胞凋亡，然后被免疫细胞吞噬，最后利用正常细胞再生的原理治疗恶性肿瘤的一种新技术，具体治疗过程如图1所示。

纳米刀消融后的组织具有可再生性。而不可逆电穿孔只适用于细胞膜的脂质双层，如图2所示，它对膜蛋白等其他分子无任何作用——由蛋白形成的结构，比如血管弹性纤维和胶原纤维，细胞基质蛋白并未被破坏，血管和胆管等组织结构得以保留。因此，经过IRE治疗后，胶质结构并没有受到影响。

治疗第二天可见未受损伤的外膜和外弹性膜，但并没有平滑肌细胞，且内皮细胞会被重新填充。第二周，平滑肌肌细胞开始填充，血管壁组织结构没有受到影响，如图3所示。

经过IRE消融处理后，患者的神经功能会在短期内受到影响，但是，最终会完全恢复。在IRE过程中，虽然神经轴突被损伤，但各种蛋白形成组织结构，比如神经基底膜、神经内膜和神经束膜等，不会被破坏，有利于神经纤维再生，最终使神经损伤完全恢复（动物实验的结果是7周后完全恢复）。

以上3种常用的介入消融手段主要有以下优势：①消融时间短，消融区的重要组织得以保留（比如血管和神经）；②不受热沉效应的影响（热沉效应会使血管周围的肿瘤消融不彻底，容易复发）；③消融彻底，消融边界清晰，使细胞凋亡而非蛋白质变性坏死；④对不能手术的部位和冷热消融不能到达的部位，使用IRE技术能安全消融。但是，介入消融手段也存在不足之处：①强电会使肌肉收缩，所以，术中要求全麻并且使用肌松药；②可能会造成病人心律失常——心电监护仪控制同步激发；③在消融区域附近植入电子设备和金属零件，比如心脏起搏器或除颤器的患者不能使用这种治疗方式；④有癫痫病史或心律失常病史的患者，近期发生过心肌梗死的患者不能使用该治疗方法；⑤手术难度大，穿刺技术要求高——电极间要相互平齐平行，如图4所示；⑥价格昂贵，消融区域小。

4 结论

以上几种非血管介入治疗方法适用于不同的肿瘤治疗，并且各自具有优、缺点。其中，IRE纳米刀技术更为先进，可以说它是冷热消融的有机补充。但是，由于是新技术，其推广时间短，手术难度较高，所以，并没有大面积普及，目前，只在香港、台湾地区和欧美一些国家应用，中国大陆还处于动物实验研究阶段。当其正式引入中国时，笔者相信，该治疗手段将会成为第4种肿瘤微创介入治疗的常规手段，未来5年将会在全国各大医院普及。同时，它的出现也会为肿瘤患者带来福音，使本来“不可治”的肿瘤变为“可治”。

参考文献

[1]于杰，梁平.微波与射频的技术现状和肝癌的临床治疗对比[J].医学研究杂志，2008，37（10）.

〔编辑：白洁〕