臨床消融腫瘤中不可逆電穿孔的技術發(fā)展

1、<p>　　臨床消融腫瘤中不可逆電穿孔的技術發(fā)展</p><p>　　近年來，隨著各種消融技術的發(fā)展，腫瘤的治療已經(jīng)從傳統(tǒng)的外科手術過渡到微創(chuàng)治療，特別是近些年來出現(xiàn)的不可逆電穿孔技術，具有創(chuàng)傷小、恢復快、住院周期短等特點，尤其避免了熱消融易遇到的“熱沉效應”，使得包繞大血管等重要組織的腫瘤不再是消融禁區(qū)，非熱消融腫瘤技術———不可逆電穿孔( irre-versible electroporation，

2、IRE) 已經(jīng)成功在動物實驗中驗證了其有效性和安全性。在一系列研究工作后，美國AngioDynamic 公司推出了首臺不可逆電穿孔治療儀( 又稱納米刀) ，2009 年進入臨床，2011 年 10 月美國FDA 批準 IRE 用于臨床后，已成功應用于肝、胰腺、前列腺、腎等部位的實體腫瘤治療，而中國國家食品藥品監(jiān)督管理總局( CFDA) 也于 2015 年 6 月批準 IRE 用于肝和胰腺腫瘤的消融，越來越多的研究顯示了 IRE在腫瘤治療

3、中的療效［1-4］。本文通過介紹 IRE 裝置及其主要工作原理，然后從動物實驗、臨床前期研究對其其安全性和有效性的分析，將 IRE 與當前消融技術進行了比較，總結其自身技術的局限性以及存在的問題，以期為不可逆電穿孔改進的方向</p><p>　　1、IRE 裝置及應用</p><p>　　IRE 又稱為納米刀，是一種新的腫瘤消融技術，該技術是通過利用超短的高壓直流電( 1 500 ～3 0

4、00 V)產(chǎn)生微秒級的電脈沖，作用在細胞膜磷脂雙分子層上，導致細胞膜形成多個納米級的不可逆孔道，破壞細胞內(nèi)外平衡，從而促使細胞凋亡。該技術的優(yōu)勢就是可以對毗鄰重要組織，如神經(jīng)、血管、膽管等有保留作用，當前臨床上使用的 IRE 裝置是美國 AngioDynamics 公司生產(chǎn)的。裝置主要由高能直流發(fā)生器、腳踏開關、心電同步儀、電極針組成［5］。電壓為50 ～1 000 V 時對細胞膜產(chǎn)生可逆性電穿孔，通常于 180 min 后閉合。高能直

5、流發(fā)生器可產(chǎn)生 1 500 ～3 000 V 的直流( 25 ～40 A)高壓電脈沖，使消融組織內(nèi)細胞的細胞膜上產(chǎn)生多個納米級微孔，不可逆轉地破壞細胞內(nèi)外平衡，誘導細胞凋亡并最終死亡，同時激活機體免疫反應，發(fā)揮控制腫瘤的作用［6-8］。心電同步監(jiān)護儀主要用于消融術中對患者生命體征的實時監(jiān)測。電極針有單極和雙極，針的規(guī)格長度有 15 cm 和 25 cm。消融時至少需要多根探針( 1 根主針及 1 根以上副針) 進行工作，最多可連接 6

6、根探針。IRE 消</p><p><b>　　2、動物實驗</b></p><p>　　IRE 作為一種新興腫瘤消融方法，已在各種動物模型研究中證實了安全性和有效性，前期實驗在豬、兔、鼠等動物的肝、胰腺、前列腺、腎以及四肢等部位進行了消融實驗，收集了大量數(shù)據(jù)，證明了不可逆電穿孔的安全性和有效性［9-12］。</p><p>　　IRE 消融小

7、型豬肝，電極針放置在門靜脈、肝動脈、膽囊附近時，動物均存活，消融區(qū)的血管、膽管以及鄰近組織均被保留，術中術后未發(fā)生心律失常、出血、膽汁漏等并發(fā)癥，術后短時間內(nèi)肝功能會出現(xiàn)短暫損害和炎癥表現(xiàn)，隨后逐漸恢復正常［13-15］。IRE 消融肝的優(yōu)點在于: 具有組織選擇性，保留重要組織，毗鄰膽管、血管等附近的肝腫瘤可以被精確消融而不損傷血管和膽管，甚至消融區(qū)內(nèi)有血管，也不會導致血管畸形或破裂，也無“熱沉效應”，消融徹底。血管 IRE 消融大血管

8、附近組織時［16］，不會出現(xiàn)血栓、動脈瘤、動脈破裂等嚴重并發(fā)癥，血管形態(tài)無明顯改變，雖會導致血管平滑肌細胞數(shù)目短時間內(nèi)變少，管徑變薄，但血管彈力纖維仍舊存在，可保持血管腔的基本形態(tài)不變，因此，不會影響血管所供應的組織和器官功能。但部分實驗表明，消融區(qū)會有炎癥反應和小血管受影響，損傷血管內(nèi)皮細胞，導致部分血管出現(xiàn)狹窄及組織纖維化［17］。</p><p>　　IRE 直接消融坐骨神經(jīng)可導致軸索腫脹、破碎和遠端軸索變

9、性，造成肌肉弛緩性癱瘓，但神經(jīng)內(nèi)膜和束膜結構得以保存，坐骨神經(jīng)連續(xù)性存在，髓鞘結構可以重建，神經(jīng)纖維再生，功能也能恢復。李偉通過對鼠的坐骨神經(jīng)行 IRE 消融，消融后所有小鼠都存活，但出現(xiàn)弛緩性癱瘓，7 ～ 10 周后功能恢復正常。因此腫瘤包繞神經(jīng)不是 IRE 消融的禁忌證，但應進行消融后神經(jīng)功能的恢復與鍛煉。Luo 等［18］通過對新西蘭白兔坐骨神經(jīng)行 IRE 消融，結果也證明消融后導致神經(jīng)損傷，但其結構和功能短時間內(nèi)會恢復正常。&l

10、t;/p><p>　　2013 年 Wimmer 等［19］利用 IRE 消融 6 頭豬胰腺，術后小豬均存活至指定時間，病理學檢查可見消融區(qū)域無血管異常，消融后 1 d 出現(xiàn)壞死、水腫，消融后14 d可見局部纖維化，所有豬未出現(xiàn)淀粉酶和脂肪酶明顯升高情況。動物前列腺的實驗研究最早在 2007年進行，Onik 等［12］借助獵犬首次開展了 IRE 消融前列腺的研究，結果消融后 6 條犬全部存活，病理檢查可見消融區(qū)尿道結

11、構完整，其內(nèi)神經(jīng)、血管腔保持正常。</p><p>　　動物的腎消融研究早在 2011 年就報道過，Deodhar等［20］對豬的腎消融，整個消融區(qū)未見溫度相關性損傷，對腎皮質(zhì)可造成完全壞死而對周圍正常細胞影響較小。綜上所有動物實驗研究表明，IRE 在全身各部實體腫瘤中安全有效，且具有廣泛的應用前景。</p><p><b>　　3、臨床應用</b></p>

12、;<p>　　IRE 首次應用于臨床治療前列腺癌，隨后也在肝、胰腺、腎等部位的腫瘤治療中得到廣泛臨床應用，這里主要介紹 IRE 在肝、胰腺實體腫瘤中的應用。</p><p>　　肝癌是我國死亡率第二的惡性腫瘤，僅次于肺癌( 城市) 或胃癌( 農(nóng)村) ，如不治療，其五年生存率不足1% ，一般肝癌患者發(fā)現(xiàn)時已是晚期，僅有20% ～ 30%的患者有手術切除指征，而化療對其生存率無明顯提高。臨床上已證實 I

13、RE 消融肝惡性腫瘤安全有效，可保留毗鄰的組織，無血管損傷，也不損傷膽管。2013年 Silk 等［21］通過對腫瘤距離肝內(nèi)膽管小于 1 cm 的11 例肝腫瘤患者行 IRE 治療，評估膽管相關的并發(fā)癥，比較 IRE 前后的上腹部 CT 影像，監(jiān)測手術前后的血清膽紅素和堿性磷酸酶，發(fā)現(xiàn)這 2 個指標術后有短暫的升高，而后恢復正常，行 IRE 治療的11 例患者的22 個病灶，僅 1 例需要膽管支架，其余均未發(fā)現(xiàn)膽管損傷。IRE 消融肝惡

14、性腫瘤的主要并發(fā)癥有肝膿腫、心肌梗死、氣胸、心律失常和血胸等，消融中出現(xiàn)的并發(fā)癥都可控和可預測。Niessen 等［3］回顧性分析71 例既不可切除又不能熱消融的肝癌患者行 IRE 治療后的生存時間，其總體中位生存時間是 26． 3 個月，無治療相關死亡。Cannon 等一項針對 44 例肝腫瘤患者行IRE 消融的前瞻性多中心研究也證</p><p>　　胰腺癌生長時多包繞血管、神經(jīng)以及胰管等重要組織，由于其生長

15、速度快，起病隱匿，一般發(fā)現(xiàn)時已是晚期，80%的患者都已失去了手術機會，尤其是胰頭部，其解剖位置較深，毗鄰腸系膜上動脈、十二指腸、膽總管及腹腔干等重要結構，且周圍神經(jīng)組織豐富，利用射頻、微波及冷凍等消融技術會導致相關血管組織損傷，易造成出血、胰漏等嚴重并發(fā)癥［22-25］，且由于熱沉效應致消融不徹底，腫瘤易復發(fā)，胰腺癌放化療效果很差，因此 IRE 消融已在胰腺癌消融方面有很大的優(yōu)勢，目前國內(nèi)外廣泛應用 IRE 治療局部晚期胰腺腫瘤( lo

16、cal advanced pancreatic carcinoma，LAPC) 。Martin等［26］通過對54 例晚期胰腺癌患者行 IRE 消融，對比常規(guī)放化療，IRE 消融能夠有效提高患者生存率。張肖等［27］對 5 例中晚期胰腺癌患者行 IRE 消融，取得了較好療效。Martin 等［28］對 200 例 LAPC 研究發(fā)現(xiàn)，IRE 聯(lián)合放化療可提高患者的生存率，中位生存期高達24． 9 個月。劉少朋等［29］對18 例 LAP

17、C 行 IRE 消融，術后 CA19-9 水平逐漸降低，疾病控</p><p>　　4、與其他消融方法比較</p><p>　　IRE 是一種非熱消融方法，只需要很少的能量輸入就可導致細胞死亡，IRE 消融用時更短、更高效，相比其他物理消融，IRE 可以有效保留周圍組織結構，不損傷血管、膽管、輸尿管等組織結構，且不受熱沉效應影響，消融更徹底，消融邊界更清晰，由于 IRE 是誘導細胞凋亡，在

18、 1 個月內(nèi)就會出現(xiàn)很明顯的病灶縮小，同時會激活人體內(nèi)免疫系統(tǒng)，有助于機體對腫瘤的控制，因此，IRE 在治療腫瘤方面有得天獨厚的優(yōu)勢。</p><p>　　除了 IRE，腫瘤消融技術還有射頻、微波和冷凍消融等，每一種技術都能在局部麻醉下進行，適應證廣，在臨床應用中有各自的優(yōu)勢和劣勢［30-32］。射頻消融是一種常用的腫瘤熱消融技術，利用高頻電流( 大于 10 kHz) 使活體中組織離子隨電流變化的方向振動，從而使

19、電極周圍的組織相互摩擦產(chǎn)生熱量，導致組織凝固性壞死，消融時針尖局部溫度可達 60 ～80 ℃ ，一般消融范圍以 3 cm 內(nèi)為最佳。微波消融也是一種熱消融技術，它在微波能量光譜中利用電磁波對組織產(chǎn)生熱效應，產(chǎn)生的熱能強于射頻消融，消融時針尖周圍溫度可高達120 ℃，因此消融范圍更廣，可達7 ～ 8 cm。射頻消融和微波消融都是被廣泛使用的消融技術，但是因血流因素會出現(xiàn)熱沉效應，使得消融血管附近的腫瘤時熱量很難控制。而冷凍消融則是利用氣體

20、節(jié)流效應，即高壓氣體流經(jīng)小孔后，在膨脹空間內(nèi)產(chǎn)生急劇膨脹，吸收周圍的熱量，使其周圍溫度發(fā)生顯著降低，通過冷凍及復溫對腫瘤組織、細胞進行物理性殺滅。當腫瘤靠近大血管時，循環(huán)血會升高冷凍探針周圍溫度從而降低治療效果，并且冷凍消融可引起消融邊緣區(qū)的鄰近結構組織損傷，導致消融不徹底，甚至無法實施冷凍消融。以</p><p>　　IRE 由于自身特性，其適應證有限。因 IRE 發(fā)射高壓電脈沖會導致心律失常和肌肉震顫，所以

21、IRE 消融時需要心電監(jiān)護和全身麻醉氣管插管，患者有心律失?；蚪谟行墓５惹闆r則成為絕對禁忌。體內(nèi)金屬異物如安裝的心臟起搏器或膽道支架等的存在也是 IRE 消融的絕對禁忌證，消融區(qū)金屬支架的存在會導致消融區(qū)電場重新分布，使消融區(qū)出現(xiàn)異常高溫導致出血甚至死亡。</p><p>　　Mnsson 等［33］報道了 1 例 IRE 消融時因膽道支架導致死亡的嚴重并發(fā)癥。IRE 消融范圍有限，治療范圍一般為5 cm 內(nèi)的

22、腫瘤，且以3 cm 左右消融效果最佳［34］。</p><p><b>　　5、應用前景與展望</b></p><p>　　目前，微創(chuàng)消融作為一種腫瘤局部治療的方法，在臨床中應用越來越廣泛，但對于毗鄰大血管、膽管、輸尿管等重要組織結構的腫瘤，常規(guī)的溫度消融則是禁區(qū)，消融風險大，且由于熱沉效應導致消融不完全，療效欠佳，腫瘤易復發(fā)。而 IRE 因不損傷血管、膽管、輸尿管等

23、組織結構，不受熱沉效應影響的特點，在復雜部位腫瘤消融的應用前景很廣泛。然而，由于 IRE 消融機制并未完全研究透徹，臨床中也存在一些問題。盡管 IRE 被認為是非熱消融，但在很多研究中觀察到了熱效應，如消融區(qū)的氣泡、消融針周邊溫度升高，病理切片染色中觀察到細胞凋亡和壞死并存等現(xiàn)象，表明IRE 消融存在著少量的熱效應［35］，而消融時出現(xiàn)的熱效應會產(chǎn)生和射頻、微波類似的熱損傷。這些熱效應與消融參數(shù)關系尚未完全明確，消融電壓、電極針長度、電

24、極間距、脈沖數(shù)、脈沖長度、單個脈沖時長等消融參數(shù)如何設置使得消融效果最優(yōu)化是今后研究的方向。在當前術前計劃中，未考慮到不同組織異質(zhì)性，導致同樣參數(shù)條件下不同組織的消融范圍不一樣，如何根據(jù)不同組織和個體制定個性化術前計劃方案也是待解決的問題。另外，手術需要在全麻下使用肌松劑并在心電監(jiān)護中進行，消融時的心率失常、肌肉</p><p>　?。蹍⒖嘉墨I］　?。?］Yan L，Chen YL，Su M，et al． A

25、single-institution experience with openirreversible electroporation for locally advanced pancreatic carcinoma［J］． Chin Med J ( Engl) ，2016，129( 24) :　?。?］Scheltema MJ，van den Bos W，Wagstaff PG，et al． Irreversible electr

26、opo-ration，a new modality in focal therapy for prostate cancer［J］． Arch EspUrol，2016，69( 6) : 337 － 344．　?。?］Niessen C，Beyer LP，Pregler B，et al． Percutaneous ablation of hepatictumors using irreversible electroporation: