CC BY
53
использование локального воздействия энергии свч для термического разрушения опухолей печени (в КЛИНИКЕ)
УДК 616.36—006:612.57 Поступила 27.12.2010 г.
©В.Е. Загайнов, к.м.н., зав. кафедрой хирургии ФОИС1; главный специалист по хирургии2;
А.В. Костров, д.ф-м.н., зав. лабораторией3;
А.В. Стриковский, к.т.н., научный сотрудник3;
Г.Г. Горохов, зав. 2-м хирургическим отделением2;
СА Васенин, зав. 3-м хирургическим отделением2;
Л.В. Шкалова, зав. патологоанатомическим отделением2;
П.И. Рыхтик, зав. отделением лучевой диагностики2;
И.В. Шатохина, врач отделения лучевой диагностики2;
М.Л. Бугрова, к.б.н., научный сотрудник ЦНИЛ НИИ ПФМ1;
С.Н. Авдонин, к.м.н., доцент кафедры хирургии ФОИС1
Жижегородская государственная медицинская академия, Н. Новгород;
2Приволжский окружной медицинский центр ФМБА России, Н. Новгород;
3Институт прикладной физики РАН, Н. Новгород
По результатам экспериментальных исследований использования отечественного прибора для контактного термического разрушения опухолей локальным воздействием энергии сверхвысоких частот разработана методика разрушения опухолей печени и применена в клинике. Метод гипертермии опухолей локальным СВЧ-воздействием показал высокую эффективность за счет короткого времени воздействия, программируемости формы и размеров области разрушения. Выделены специфические зоны разрушения ткани опухоли.
Ключевые слова: опухоли печени, локальное СВЧ-воздействие, методы деструкции опухоли.
English
The use of a local effect
of a superhigh frequency (sHF) energy
for the liver tumor thermal destruction (in clinic)
V.E. Zagainov, MD, Head of the Surgery Department the Faculty of Overseas Admissions1;
Chief Specialist on Surgery2;
A.V. Kostrov, PhD, Leading Research Worker3;
A.V. strikovsky, PhD, Research Worker3;
G.G. Gorokhov, Head of the II Surgical Department2; s.A. Vasenin, Head of the III Surgical Department2;
L.V. shkalova, Head of the Pathologoanatomical Department2;
P.I. Rykhtick, Head of the Radiodiagnosis Department2;
I.V. shatokhina, Physician of the Radiodiagnosis Department2;
M.L. Bugrova, PhD, Research Worker, SRI CSRL of the APM1;
s.N. Avdonin, MD, Associate Professor, the Surgery Department the Faculty of Overseas Admissions1 1Nizhny Novgorod State Medical Academy, Nizhny Novgorod;
2Volga District Medical Center of the Federal Medicobiological Agency of Russia, Nizhny Novgorod; institute of Applied Physics of the RAS, Nizhny Novgorod
Для контактов: Загайнов Владимир Евгеньевич, тел./факс 8(831)437-08-93, тел. моб. +7 951-906-65-43; e-mail: Zagainov@gmail.com. Использование локального воздействия энергии СВЧ для термического разрушения опухолей ... СТМ J 2011 - 1 29
A method of the liver tumor destruction is elaborated according to experimental investigations of a domestic device. It is used for a contact thermal destruction of tumors by the SHF energy local effect and applied in the clinic. The method of the tumor hyperthermia by a local SHF-ef-fect has demonstrated a high effectiveness due to a short period of effect and the ability program the form and the size of the destruction area. Specific zones of the tumor tissue destruction are revealed.
Key words: tumors of the liver, local SHF-effect, methods of a tumor destruction.
Локальная направленная девитализация тканей, или аблация, при лечении опухолей печени позволяет добиться результатов, сопоставимых с хирургическими [1, 2]. Радиочастотная термоаблация — широко распространенный метод локальной деструкции опухолей печени с использованием энергии радиочастотного диапазона [3]. Она используется как самостоятельный метод, так и в комбинации с хирургическими резекциями [3, 4]. Известно применение метода для разделения паренхимы при резекциях печени. К недостаткам его следует отнести: длительность процедуры, сложную пространственную геометрию зоны разрушения, определяемую различной электропроводностью тканей вокруг электрода, невозможностью перегрева ткани печени вблизи крупных сосудов ввиду эффекта «теп-лоотноса» [5, 6]. Существует необходимость контроля и поддержания электропроводности тканей вблизи электрода вплоть до введения солевых растворов [7, 8]. Широкое применение радиочастотной аблации в отечественной клинической практике ограничено крайне высокой стоимостью импортного оборудования и расходных рабочих электродов. В последние годы стали появляться зарубежные публикации с анализом опыта применения в медицине устройств, работающих в СВЧ-диапазоне [9]. Аппаратные комплексы для СВЧ-термоаблации лишены большинства недостатков, свойственных приборам, работающим в радиочастотном диапазоне [10, 11].
В Нижнем Новгороде создан первый отечественный аппаратный комплекс для контактного локального разрушения ткани печени энергией СВЧ [12—14]. Проведенные экспериментальные исследования показали его высокую эффективность [13].
Цель работы — изучить результаты локального разрушающего воздействия энергии СВЧ на опухолевую ткань и паренхиму печени при использовании разработанного комплекса.
Материалы и методы. Коллективом сотрудников Приволжского окружного медицинского центра ФМБА России и Института прикладной физики РАН Н. Новгорода разработана технология и изготовлен комплекс для микроволновой термоаблации с локализованной излучающей системой [1]. Используемый генератор работает в диапазоне 2,5 ГГц. Выходная мощность регулируется в пределах 20—500 Вт. В настоящее время разработан комплект конструкторской документации и комплекс подготовлен к серийному выпуску.
Проведенные ранее экспериментальные исследования показали высокую эффективность метода для локального разрушения паренхимы печени в эксперименте. Результаты экспериментальных исследований
и протоколы изучения безопасности работы оборудования для медицинского персонала и пациентов были представлены в Локальный этический комитет Нижегородской региональной медицинской ассоциации. Локальным этическим комитетом было разрешено применение аппаратного комплекса в клинике (протокол №40/2 от 8 февраля 2008 г.).
Для исследования эффективности использования комплекса выполняли локальную СВЧ-аблацию колоректальных метастазов в печени с последующим их удалением для изучения в световой и электронной микроскопии. С этой целью после лапаротомии под ультразвуковым наведением выполняли пункцию метастаза (рис. 1), затем производили СВЧ-воздействие заданной мощности. Через 45 мин после выполнения процедуры СВЧ-термоаблации удаляли фрагмент печени (доли) с зоной воздействия энергии СВЧ.
Такому воздействию подверглись 10 метастазов колоректального рака в печени. Размер опухолевых узлов колебался от 2 до 3 см: 6 опухолей — до 2 см, 4 — от 2,5 до 3 см. Длительность процедуры аблации (локального разрушения) составляла от 60 до 140 с и зависела от размера очага. Подводимая мощность варьировала в диапазоне 150—200 Вт. После резекции доли все метастазы, подвергшиеся СВЧ-воздействию, изучались при световой микроскопии, а 4 из них — с использованием электронной микроскопии.
Рис. 1. Открытая СВЧ-термоаблация метастаза колоректального рака в печени
Материал для световой микроскопии фиксировали в 10% растворе формалина с последующей заливкой в парафин по стандартной методике. Полученные срезы ткани окрашивали гематоксилином-эозином и исследовали на микроскопе Leica DM 5000 [13].
Для электронно-микроскопического исследования образцы тканей фиксировали в 2,5% растворе глута-рового альдегида на фосфатном буфере (рН=7,4) и в 1% растворе четырехокиси осмия, затем обезвоживали в спиртах восходящей концентрации и заключали в смесь эпон-аралдит [15]. Полутонкие и ультратонкие срезы производили на ультратоме ULTRACUT (Reichert-yung), окрашивали метиленовым синим и фуксином. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца по методу Reynolds и изучали на электронном микроскопе morgagni 268D ф. FEI (Нидерланды).
Результаты. Непосредственно после СВЧ-аблации наблюдалось формирование аналогичных эксперименту макроскопически различимых концентрических зон воздействия (рис. 2): темно-коричневая с очагами обугливания — центральная зона, серо-желтая малокровная — зона сосудистых нарушений и периферический ободок сосудистых реакций в виде полнокровия и кровоизлияний. Размеры и форма некроза повторяли расчетные, вне зависимости от различий в плотности опухоли и окружающей паренхимы печени.
При световой микроскопии (рис. 3) в центральной зоне (зона А) наблюдались коагуляционный некроз с широкими кавернозно-подобными полостями, неравномерно заполненными кровью и агрегатами фибрина, очаговые кровоизлияния по типу геморрагического пропитывания (рис. 3, а). На расстоянии 0,8—1,0 см от канала электрода (зона В) просматривались деформированные железы метастаза, окруженные коагуляционным некрозом с причудливыми очертаниями, клетками вытянутой формы (рис. 3, б).
В наиболее удаленной от электрода зоне С, на границе метастазов с тканью печени, при световой микроскопии выявлялись атипичные гиперхромные клетки аденокарциномы, которые выглядели «жизнеспособ-
Рис. 2. Макропрепарат метастаза колоректального рака в печени ex vivo после СВЧ-термоаблации (вид на разрезе)
Рис. 3. Микроскопические изменения в зонах А и В после СВЧ-термоаблации метастаза колоректального рака в печени: а — микропрепарат центральной зоны А (световая микроскопия, окраска гематоксилином-эозином, х100); б — микропрепараты метастаза зоны В (световая микроскопия, окраска гематоксилином-эозином, х400)
ными» (рис. 4, а). Однако при большем увеличении (х1000) отмечен пикноз ядер и участки с отсутствием четких границ между клетками, что является косвенным признаком нежизнеспособности этих клеток.
При электронно-микроскопическом исследовании зоны С наблюдались мозаичные изменения: в одних клетках некроз проявлялся в виде пикноза ядер, содержащих гетерохроматин, разной степени деструкции митохондрий от дезориентации и разрушения крист до образования вакуолей (рис. 4, б), появления миелиноподобных фигур в цитоплазме, являющихся следствием разрушения фосфолипидов мембран (рис. 4, в). В других клетках опухоли выявлялись гиперплазия митохондрий, отсутствие вакуолей и миелиноподобных структур в цитоплазме, наличие ядрышка в ядре и единичные клетки с отеком цитоплазмы, содержащие вакуолизированные мембранные структуры с осмио-фильными включениями (рис. 4, г).
Таким образом, данные электронно-микроскопического анализа зоны С продемонстрировали необра-
Рис. 4. Острые изменения в зоне С после СВЧ-термоаблации метастаза колоректального рака в печени: а — микропрепарат (световая микроскопия, окраска гематоксилином-эозином, х1000); б — митохондрия опухолевой клетки с деструктивными изменениями (электронная микроскопия, х28 000); в — миелиноподобная фигура в цитоплазме опухолевой клетки (электронная микроскопия, х8900), г — мембранные структуры с осмиофильными включениями в цитоплазме опухолевой клетки (электронная микроскопия, х8900)
тимые изменения в опухолевых клетках, которые при световой микроскопии выглядели интактными. Неполноценность этих клеток с точки зрения опухолевой прогрессии связана со структурными нарушениями внутриклеточных образований. По-видимому, необходимо изучение зоны поражения при СВЧ-термоаблации в более отсроченном периоде (не менее 3 сут). Эти изменения согласуются с исследованиями R. Kuromatsu с соавт. [16], которые показали развитие некроза в зоне парабиотических изменений после радиочастотной аблации.
Микроскопическое изучение зоны С в паренхиме печени, свободной от опухолевого роста, после локального СВЧ-воздействия выявило резкую дилата-цию и полнокровие синусоидов, наличие пикноморф-ных гепатоцитов с явлениями компрессии и ядрами с глыбчатым хроматином, явления кариорексиса, резко расширенные сосуды с отечной белковой жидкостью в просвете, выраженные нарушения кровообращения в виде полнокровия, тромбоза сосудов, зернистую дистрофию гепатоцитов. При электронно-микроскопи-
ческом исследовании этой зоны в гепатоцитах наблюдаются внутриклеточный отек, отсутствие гликогена, неупорядоченное расположение хроматина в ядре; грубодисперсность цитоплазмы, деструкция эндоп-лазматического ретикулума, конденсация митохондрий с разрушением крист и матрикса, образование миелиноподобных структур, везикуляция. Эндотелио-циты синусоидных капилляров — с набухшими ядрами и вакуолизированными митохондриями. В просвете синусоидных капилляров встречаются редкие эритроциты неправильной формы, вакуолизированная плазма. В цитоплазме отдельных гепатоцитов отмечаются осмиофильные структуры, происхождение которых требует проведения дополнительных исследований.
Таким образом, в гепатоцитах исследуемой зоны выявляются некробиотические изменения, а в синусоидных капиллярах — выраженные деструктивные изменения, несовместимые с дальнейшим нормальным функционированием. Эти изменения контрастируют с микроструктурой неизмененной паренхимы печени у тех же больных: в интактных гепатоцитах
отсутствуют конденсация митохондрий и деструкция крист, отек, миелиноподобные фигуры, деструкция эндоплазматического ретикулума. В синусоидных капиллярах выявляется грубодисперсная плазма без вакуолизации.
Заключение. Однократное локальное применение энергии СВЧ для термоаблации опухолей печени с помощью отечественного комплекса приводит к интенсивной термокоагуляции опухоли диаметром 3 см за короткий промежуток времени (60—100 с) с формированием некроза заданной овоидной формы, не зависящей от плотности и водонасыщения тканей.
Диаметр и форма зоны прогнозируемого воздействия СВЧ-термоаблации не зависят от размеров и формы метастатического очага, а определяются лишь временем и мощностью воздействия.
Работа выполнена в рамках госконтракта №02.512.12.2024 с Федеральным агентством по науке и инновациям.
Литература
1. Петренко К.Н., Барсукова Е.О., Полищук Л.О., Фисен-ко Е.П., Шатверян Г.А., Скипенко О.Г. Результаты радиочастотной аблации при лечении колоректальных метастазов печени. Российский журнал ГГК 2007; 3: 84—89.
2. Сергеева О.Н. Радиочастотная абляция при очаговых поражениях печени. Дис. ... канд. мед. наук. М; 2005.
3. Долгушин Б.И., Патютко Ю.И. и др. Радиочастотная термоаблация опухолей печени. Под ред. М.И. Давыдова. М: Практическая медицина 2007; 187 с.
4. Abdalla E.K., Vautey J.N., Ellis L.M. et al. Recurrence and outcomes following hepatic resection, radiofrequency ablation, and combined resection/ablation for colorectal me-tastases. Ann Syrg 2004; 239(6): 818—825.
5. Kim S.K., Lim H.K., Ryu J.A. et al. Radiofrequensy ablation of rabbit liver in vivo: effect of the Pringle maneuver on patologic changes in liver surrounding the ablation zone. Korean J of Radiol 2004; 5: 240—249.
6. Должиков А.А., Куликовский В.Ф., Набережнев Д.И., Луценко В.Д. Воздействие радиочастотной термоаблации на структуру интактной и ишемизированной
печени. Бюллетень Волгоградского научного центра РАМН 2006; 1: 34—37.
7. Lee J.M., Kim Y.K., Lee Y.H. et al. Percutaneous radiofre-cuency thermal ablation with hypertonic saline injection: in vivo study in a rabbit liver model. Korean J of Radiol 2003; 4: 27—34.
8. Lu D.S., Raman S.S., Limanond P. et al. Influence of large peritumoral vessels on outcome of radiofrequency ablation of liver tumors. J of Vascular and Intervent Radiol 2003; 14: 1267—1274.
9. Gravante G., Ong S.L., Metcalfe M.S. et al. Hepatic microwave ablation: a review of the histological changes following thermal damage. Liver Int 2008; 28(7): 911—921.
10. Lloyd D.M., Metcalfe M.S. et al. A comparative histological evaluation of the ablations produced by microwave, cryotherapy and radiofrequency in the liver. J of Pathology 2009; 41(2): 168—172.
11. Curley S., Marra P., Beaty K. et al. Early and late complications after radiofrequency ablation of malignant liver tumors in 608 patients. Ann Surg 2004; 239: 450—458.
12. Загайнов В.Е., Костров А.В., Стриковский А.В., Плотников А.Ф., Горохов Г.Г. Способ и устройство для разрушения злокачественных опухолей. Патент РФ №2368406. Опубл. 27.09.2009 г.
13. Загайнов В.Е., Костров А.В., Стриковский А.В. и др. Новый метод термического разрушения опухолей печени локальным воздействием энергии СВЧ. Соврем технол мед 2010; 3: 6—13.
14. Загайнов В.Е., Атдуев В.А., Васенин С.А. и др. Разработка метода и макета лечебного комплекса для контактного термического разрушения злокачественных опухолей с помощью электромагнитной энергии сверхвысоких частот. В кн.: Материалы итоговой конференции ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007—2012 годы». М; 2009; с. 174—175.
15. Kuromatsu R., Tanaka M, Shimauchi Y. et al. Light and electron microscopic analyses of immediate and late tissue damage caused by radiofrequency ablation in porcine liver. International Journal of Molecular Medicine 2003; 11: 199—204.
16. Микроскопическая техника. Под редакцией Д.С. Саркисова и Ю.Л. Перова. М: Медицина; 1996; 544 с.
