微波凝固消融治疗肝癌研究进展

2011-04-02 12:50李晓峰钱国军
当代医学 2011年30期
关键词:消融经皮微波

李晓峰 钱国军

肝癌是世界范围内最常见的10种恶性肿瘤之一,其中90%以上为肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC),就全球而言,在各种肿瘤致死原因中,肝癌在男性列第7位,女性列第9位[1]。肝癌血供较丰富,恶性程度很高,生长速度快,容易发生浸润转移,且并发症严重,伴随着肝癌发病率的逐年增加,世界的医疗工作者们一直不断钻研和探索治疗肝癌的各种有效方法,包括传统手术切除、敏感药物化疗、放射介入治疗以及微创消融等治疗,其中手术切除仍被公认是根治的金标准,但是由于多种原因,患者就诊时已处于晚期,大部分失去手术治疗机会,临床上能进行手术的患者仅占20%~25%[2-5]。近10多年来,影像引导下的肿瘤微创消融治疗在国内外快速发展,现已成为临床肿瘤治疗的重要治疗方法[6]。目前,常用的微创热疗手段包括射频、微波、激光消融,其中经皮肝癌微波凝固消融治疗(percutaneous microwave coagulation therapy,PMCT)是20世纪90年代发展起来的治疗肝癌的新技术,其具有热疗效率高、创伤小、原位灭活肿瘤彻底、并发症少等优点。本文对近年来肝癌的微波消融研究进展综述如下:

1 微波消融肿瘤系统的基本构成及相关机制

微波凝固消融治疗肝癌是采用频率≥900MHz电磁波造成肿瘤组织的凝固坏死,微波场中主要依靠水分子等偶极分子的运动摩擦而产生高温能量,水分子在微波电磁场中高速不规则运动,使水分子间剧烈碰撞摩擦而产热,使局部温度瞬间升到60℃以上,从而引起癌组织凝固性坏死,即达到肿瘤原位灭活的目的[7-9]。国内董宝玮、梁萍[10]教授将微波消融治疗系统概述为三大部分:(1)现代影像系统(包括超声、CT、MRI),作用是对肿瘤进行影像学的精确定位、实时准确引导介入消融过程以及消融后的疗效判定。(2)微波系统设备(包括微波生成器,低耗柔软的同轴电缆及微波天线),微波发生器产生微波能量并由电缆传输到微波针(天线)导入肿瘤内,在微波场内水分子等偶极分子剧烈运动相互碰撞摩擦而产生高温,肿瘤由于不耐高温而瞬间发生凝固性坏死,即而达到消融肿瘤的目的。(3)能量调控和温度监测系统,对肿瘤的消融过程实时监控。实际治疗过程中,需借助引导设备及温度监测设备判断病灶消融情况,因为不同患者的情况不可能完全相同,需治疗前根据肿瘤影像学表现预设定消融时间和功率,治疗中随时调整。

微波消融肿瘤相关作用机制:

1.1 分子生物学作用 在电磁场中水分子等极性分子随微波频率变化而剧烈运动,并且细胞中的带电离子及胶状颗粒也随微波震荡而运动摩擦生热,瞬间肿瘤体内温度快速升高,高温下蛋白质凝固变性,细胞核和染色质也发生凝固,细胞甚至炭化,从而使肿瘤细胞完全坏死[11]。

1.2 促进肿瘤细胞凋亡 热疗抑制凋亡基因bcl-2、突变性p53等表达,促进凋亡基因如野生型p53、Fas等表达,可调节具有双重作用的基因如c-myc、c-fos等导致肿瘤细胞凋亡[12]。

1.3 提高机体自身的免疫功能 微波消融治疗后患者血中免疫细胞所占百分比均明显高于消融治疗初期,而手术切除组和经肝动脉介入栓塞组免疫指标与治疗前、后则无明显改变,其中部分手术组术后还出现了免疫抑制现象[13-14]。微波热凝固尚可产生Th-1细胞(T细胞和/或NK细胞)依赖的抗肿瘤免疫,匡铭等[15]研究证明微波灭活的肝癌组织能为诱导特异性抗肿瘤免疫反应提供有效抗原,细胞因子的使用能够加强这一保护性免疫作用。肿瘤微波原位灭活之后释放出抗原,激发免疫反应,加强机体抗肿瘤免疫,同时热疗还可使热休克蛋白HSP70的表达上调,患者外周血及肝治疗区细胞免疫功能得到明显增强,远期疗效较理想[16-18]。另外微波原位灭活相同体积肝组织后机体产生的白介素-1β和白介素-6的量较其它消融方法低[19],可以减轻局部炎症反映。微波热效应可增加消融区域局部血液供应,增强组织代谢能力,改善细胞营养,从而也能提高组织的免疫功能。

1.4 肿瘤自身性质特点 肿瘤的血供一般较丰富,但血流慢,散热较慢,加之肿瘤细胞较正常细胞含水量高,因此可摄入较多的微波辐射能量,同时在高温作用下细胞内各种酶类功能失调,最终使瘤体原位消灭,而正常组织微循环健全,散热功能健全,损伤较小。另外,微波辐照还能引起使受照的组织或血管内皮损伤[20],造成细胞通透性改变,最终引起肿瘤细胞消亡。

2 肝癌微波消融治疗的实验研究

经皮微波消融治疗的研究始于1994年,最初研究者在实验研究中,将功率设为60W,持续时间120S,能形成(1.6±0.3)cm×(2.4±0.4)cm的“纺锤形”凝固体。国内董宝玮等[21]于超声引导微波凝固治疗仪进行了鸡蛋清、猪肝等离体标本及14条狗肝脏进行微波实验,并对12例肝癌展开临床治疗研究,证实在功率为60~80W、消融时间为60~180s时,肝脏可形成较稳定的直径2cm的完全性凝固性坏死区;并在实验的基础上治疗了12例肝癌患者,术后肿瘤均缩小,AFP基本降至正常水平,从而为肝癌的微创治疗增添了新的力量。微波使肿瘤的原位灭活成为可能,但对微波消融范围仍不明确,佟小强等[22]在超声引导下对7头猪进行了经皮肝脏穿刺凝固疗法,取24个凝固点,凝固温度设定在65℃、凝固时间为300S,输出功率为40W,1周后处死实验动物后,取出肝脏测量凝固消融区的范围,并取标本进行病理检查;微波凝固治疗前、后及1周后分别取血检查肝功能变化,结果肝脏凝固坏死区肉眼呈白淡粉色,形状为椭圆形,其短、长轴分别为(30.08±5.83)mm和(4.75±3.66)mm,病理学检查可见肝细胞水肿、变性及凝固性坏死,周围还可见炎性反应及纤维组织增生,以及微脓肿形成,出血点及免疫细胞反应;治疗前后的肝功能变化不显著,因此微波凝固疗法能够有效引起肝脏组织的凝固坏死,为临床治疗肝脏肿瘤提供了一种新的疗法。在微波治疗取得较好疗效的同时,微波天线的高杆温问题一直阻碍了该治疗方法的发展,郑云等[23]应用增强型气冷微波固化仪,在超声引导下对6头猪的肝脏进行活体微波凝固试验,实验证明运用气冷却技术能降低微波天线杆温,从而可以通过增大微波输出功率和延长消融时间两个方面来增大消融范围;当微波功率为80W,辐射时间为600S时,单点凝固范围达到4.0cm×4.3cm;当微波功率为80W,辐射时间为1200S时,凝固范围可达到4.7cm×5.2cm,而且气冷微波消融组织无“拖尾”现象,因此得出:气冷微波消融术可以降低微波天线杆温,增大微波功率和延长辐射时间,提高固化效果。随着水冷式微波治疗仪相继研制成功,不但降低了皮肤高温烫伤等并发症,而且消融体积也有所增加,2006年张炽敏等[24]在离体活体猪肝上进行了水冷和无水冷微波消融实验,结果显示水冷天线在微波作用时可有效地降低杆温,消融形态接近椭圆,且消融区体积较无水微波针大,因此在微波天线内加入冷却循环装置,不但能降低杆温,而且得到了更好的消融疗效。理论上微波可以消融肝脏上任何部位的肿瘤,但当肿瘤靠近大血管及肝脏边缘时,可能会损周边的结构,致使术后患者生活质量下降,邵秋杰、梁萍等[25]进行了在超声引导下行经皮微波消融邻近膈肌的肝组织的实验研究,将测温针置于肝脏边缘预消融区表面邻近膈肌处,依据测温针测量的温度指标将9只实验犬平均分为3组,A组:50~60℃;B组:61~70℃;C组71~90℃,持续消融240S,术后通过病理学检查评价肝消融区相邻膈肌损伤情况,结果A组犬膈肌轻度损伤,B组及C组犬膈肌严重损伤,C组出现凝固性坏死区,得出经皮微波消融犬邻近膈肌的肝组织时,消融区表面温度50~60℃、持续消融240S时膈肌轻度损伤,可为临床安全消融邻近膈肌肝肿瘤提供参考依据。如何使消融灶更趋于肿瘤的形状-球形,王友等[26]通过冷循环微波天线对离体猪肝进行实验研究,证实功率为60~70W,凝固时间为15min时所形成的凝固范围更趋向球形,此对肝癌热消融治疗取得稳定的效果提供了指导意义。

目前微波消融术中多数研究者所应用的微波频率是2450MHz,该设备转换效率较高、输出功率可、体积相对小、价格低的特点,但理论上微波频率较高则穿透深度相应较小。相对于亚洲,在北美、欧洲等国家对915MHz微波研究的更多些,Wright等[27]进行了915MHz微波消融研究,得出活体动物实验40W、600S单电极在猪肝可形成最大直径(2.1±0.3)cm和体积为(7.4±3.9)cm3的凝固区域;在多电极针消融治疗方面,40W、600S、3根电极依次作用可形成最大直径(2.9±0.3)cm和体积为(14.6±5.2)cm3的凝固区域,同时协同作用则可形成最大直径为(4.8±0.3)cm和体积达(43.1±4.3)cm3的凝固区域。通常认为肝脏血流是影响消融效果的重要因素,Yu NC等[28]研究了肝静脉血流对消融区域的影响,探究靠近肝血管周围肿瘤的微波消融疗效,将7头实验猪分别与全麻下进行肝脏微波消融术,术后处死试验猪,取出肝脏行病理检查,结果表明尽管微波消融术中热量的散失主要取决于肝血管管径(管径大的血流量大,带走的热量也多),但多数病理显示这基本上不影响微波的消融效果。虽然射频在临床已得到成功的应用,但在理论上微波具有更大的消融范围,Yu J等[29]分别在离体和活体猪肝上对比了单根水冷微波与射频针的消融疗效,证明微波在对肝脏肿瘤完全损毁方面比射频更具有潜力。众所周知,微创治疗对机体非治疗器官功能影响较小,微波消融治疗也应具有相同的优点,Ahmad F等[30]应用实验大鼠对比微波、手术、冷冻疗法和射频术后对肾脏的影响,得出微波对肾功能影响小且机体对其具有很好的耐受性的优点。Ahmad F等[31]应用实验大鼠研究了微波、手术、冷冻疗法和射频疗法术后对肺功能的影响,应用上述方法分别损伤占肝脏15%、33%、66%体积的肝组织,结果损伤占肝66%的射频组和冷冻组实验大鼠术后全死亡,而损伤占肝66%的微波组术后全部存活,术后肺病理示损伤占肝66%的射频组和冷冻组实验大鼠的肺间隔比其它组明显增厚,得出在消融较大体积的肝组织时微波比冷冻和射频治疗对肺功能的影响小,机体能较好的耐受。因此,在大量实验的基础上,微波消融过程遇到的难题正逐步得到解决,也为临床治疗提供了参考依据。

3 肝癌微波消融治疗的临床研究

微波消融治疗:20世纪70年代,Tabuse首次报道微波作为手术器械应用于肝切除术中止血获得成功之后,微波在临床应用越来越来越广泛,但当时在临床上微波技术主要用于外科手术中止血和组织切割。目前,临床上常用的微波治疗有开腹微波治疗、经皮微波治疗、腹腔镜微波治疗。Seki等[32]较早报道了于超声引导经皮微波凝固治疗小肝癌(直径≤2cm)取得较好效果,此后微波消融原位灭活肿瘤相关的研究引起广泛关注。关于微波治疗确切效果,国内吕明德等[33]报道超声引导经皮微波凝固治疗肝细胞肝癌50例107个结节,小于等于2cm的46个结节用单电极,大于2cm的用多电极消融治疗,技术性成功率分别为98%和92%,患者1、2及3年生存率为96%、83%和73%。Martin RC等[34]研究了从2004年1月到10月期间对20位肝癌患者行微波治疗(其中男性13人女性7人,中位年龄为65岁),术后平均随访19个月,随访期间均未见消融区域复发肿瘤,因此得出微波消融治疗是一种可靠、高效、安全、痛苦小的肝癌治疗方法。经腹腔镜微波凝固肝细胞癌是也取得了较好的治疗效果,Jagad RB等[35]报道了经腹腔镜微波凝固肝细胞癌57例(原发性肝癌11例,转移性肝癌46例),治疗期间没有发生严重的并发症,但术后有4例患者发生了肝脓肿,2例行经皮肝穿刺脓肿抽吸术,随访CT示病灶消融完全,得出经腹腔镜微波凝固肝细胞癌替代开腹微波凝固治疗肝癌是可行的、安全的,优点是创伤更小,较安全有效。此外,Martin RC等对100例行微波治疗的肝癌患者进行研究,术后90天内无病例死亡,除1例发生肝脓肿外无出血等并发症,中位期观察36个月后,其中5例不完全消融,2例原位复发,37例肝内其它部位发现复发灶,证明对于不适合手术切除的肝癌行微波治疗是有效地安全的,并能够减少肝癌原位复发率。对于肝脏较大肿瘤,微波消融也显现出它的强大优势,Kuang M[37]等报道了90例肝癌患者应用水循环内冷却微波天线经皮微波消融,肿瘤大小分组为≤3.0Cm、3.1~5.0cm、5.1~8.0cm,完全消融的成功率分别为94.0%、91.0%、92.0%,只有5.0%的患者出现消融后近期的局部进展,这项研究结果也证明了微波消融对较大肿瘤消融的可行性。微波治疗虽在临床取得了较好的疗效,但缺少大样本的相关研究,Liang P[38]对13年中1136例肝脏恶性肿瘤病人共计1928个肿瘤进行了超声引导下的经皮微波消融治疗,共计进行了3697次微波消融治疗(平均每例病人1.8次),记录死亡率和治疗相关的严重及轻度并发症,随后进行数据分析,以确定严重并发症的发生率是否与手柄类型、肿瘤的大小、部位或微波消融治疗的次数有关,结果死亡2例,与进行微波消融治疗无直接联系;发生严重并发症30例(2.6%),轻度并发症包括发热、疼痛,无症状的胸腔积液,胆囊壁增厚,动脉门静脉分流,胆管轻度狭窄和无需治疗的皮肤烧伤,得出微波消融治疗肝脏恶性肿瘤耐受性好,严重并发症的发生率低。微波治疗肝癌已在临床上取得了较大的进步,近期疗效肯定,但中、长期疗效还待进一步研究。

4 肝癌微波消融联合其它治疗的应用

联合治疗可通过相互协同或互补作用,增强疗效,并减少并发症等优点,在临床上应用广泛。经皮微波联合肝动脉化疗栓塞术(transcathelter arterial chemoembolization,TACE)不仅起到栓塞和化疗的作用,而且TACE能阻断肝癌的动脉血供,减弱了肝血流所引起的散热效应,Seki等[39]对18例肝癌患者先行肝动脉化疗栓塞术治疗,然后1~2d行微波消融术,结果17例癌结节呈完全坏死表现;选择肝动脉化疗栓塞术后1~2d内进行微波凝固治疗不仅可以最大程度地利用组织缺血缺氧和炎症反应增加微波的局部疗效,而且还会降低栓塞血管再通[40]。Ishida等[41]通过肝动脉化疗栓塞术联合暂时性阻断肝静脉血流,达到同时阻塞肿瘤区的供血动脉和引流静脉后行经皮微波消融术组较仅肝动脉化疗栓塞术+经皮微波消融术组可获得更大的凝固消融范围,最大凝固直径分别为(42.9±8.3)mm和(32.6±8.0)mm。Shibata等[42]通过插管球囊联合暂时阻断肝动脉和门静脉来减少肝血流的方法,使微波凝固最大直径由未阻断血流时的(26.9±8.5)mm显著增大到阻断血流后的(41.1±9.3)mm。何文等[43]报道微波联合肝动脉化疗栓塞术治疗大肝癌缓解率为88.6%,1、2、3、5年生存率分别为88.6%、71.4%、60.0%、42.9%,均高于单纯微波组及单纯TACE组。徐延峰等[44]将56例肝癌患者行肝动脉化疗栓塞术+微波联合治疗与单纯微波治疗,结果瘤灶直径≥5.0cm的19个结节中,联合治疗组在瘤体缩小、血流信号消失、生存期方面优于微波治疗组。赵昌等[45]研究认为联合治疗(TACE+微波)0.5、1、2年累积生存率明显高于单纯肝动脉化疗栓塞术治疗,而0.5、l、2年的累积复发转移率低于单纯肝动脉化疗栓塞术治疗。张亮等[46]研究认为联合治疗(微波+无水乙醇)组肿瘤完全坏死率89.9%高于单纯微波组75.0%。Yang WZ等[47]对35例患者41个肝癌病灶(≤3cm)行联合治疗(肝动脉化疗栓塞术+微波,间隔1~3周),治疗后通过活检和加强CT证明病灶均被灭活,其中25例甲胎蛋白治疗前较高者联合治疗后10天后血浆AFP明显降低,在接下来的随访中,有1例患者在原病灶同一肝段出现复发灶,另有1例在原病灶周边出现复发病灶,得出微波联合介入治疗小肝癌是安全有效地且无严重的并发症。根据临床上研究证明,微波联合其它治疗较单纯微波治疗,能更有效地原位灭活肝脏肿瘤,提高术后患者的生存质量,因此应不断探索新的联合治疗方法,更好的减轻病人的痛苦。

5 问题和展望

微波消融治疗肝癌在取得良好消融效果的同时,也因肿瘤形态不规则或消融较大体积肿瘤时潜在的消融不完全可能,这部分未完全灭活的肿瘤细胞会很快造成肿瘤复发或转移,如何改进术前对病灶影像定位,术中对消融灶密切的影像监视和术者的技术熟练程度及经验显得极为迫切。与此同时肝癌术后复发一直困扰着各国的医学专家们,同样微波消融术也存在着同样的问题,如何降低微波消融术后的复发率仍是一个很棘手的世界难题,如何减少肝癌微波术后的并发症(如黄疸、肝区出血,气胸、胸腔积液,少见并发症有心跳骤停),同时又将肿瘤完全原位消融灭活也是亟待解决的问题。微波治疗肝癌近期疗效确切,但中、远期疗效仍有待于分析研究。而且目前,国内外还没有出台关于微波治疗的统一标准规范,应呼吁有关部门尽快制定统一的行业标准,从而推动微波消融术的更快发展,更好的造福于患者。

与此同时微创疗法治疗肝癌具有创伤小,副作用和并发症少的优点,逐渐发展成为不适合手术治疗肝癌的重要的治疗手段。在临床应用日益广泛近10多年来,肝癌微波消融的动物实验及临床实验及应用均取得了较理想的疗效,其在肝癌的热消融治疗中已证实是一种有安全、有效且极具前景的肝肿瘤治疗方法。其优点在于对病灶原位灭活减轻肿瘤负荷的同时,能限制对正常肝组织的损伤,与射频相比,微波具有具有可靠的组织凝固热量,基本不受周围组织结构的干扰,微波消融的组织温度上升较快,在短时间内能获得理想的消融范围,且不需要回路电极板,并且还可以增加消融灶周围血流和淋巴循环,提高机体耐受力和免疫力。深入研究其与TACE、放化疗、生物靶向治疗、基因治疗等治疗手段的协同或互补作用机制,寻找肝癌最优方案组合治疗模式,为肝癌的综合治疗提供科学的理论依据,目前微波消融肝脏肿瘤方面已取得了令人鼓舞的成绩,相信随着微波技术的提高改进以及其它治疗方法的联合应用,在微创时代以微波为代表的微创治疗必将极具前景。

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