低频率聚焦超声对兔VX肌肉肿瘤血管作用的实验研究

摘要

背景和目的: 聚焦超声(Focused Ultrasound)是利用超声波良好的组织穿透性、方向性、聚焦性，将体外低能量的超声聚焦在体内靶组织上，形成高能量的焦点，与靶组织相互作用产生热效应、空化效应和机械效应等一系列生物学效应，来达到治疗不同疾病的目的。当焦点的能量足够高时，可使靶组织升温到≥56℃，使靶组织凝固性坏死，称为高强度聚焦超声“热切除”或热消融(High intensity focused ultrasound，HIFU ablation)，通常用于治疗实质性器官的良性和恶性实体肿瘤以及一些增生性疾病，且通常为一次性治疗；当焦点能量仅能使靶组织升温，达不到使靶组织凝固性坏死(＜56℃)，称为聚焦超声热疗(Focused ultrasound hyperthermia)，通常用于对化疗和放疗的增敏，需要多次的治疗，其机理是损伤肿瘤细胞，增加对放疗和化疗的敏感性，也称辅助性聚焦超声热疗。 上述治疗主要是利用超声的热效应，其治疗效果与肿瘤的血液供应有密切的关系，通常因肿瘤血管内血液流动带走热量而靶区组织达不到足够的升温，而影响治疗效果。为了提高热治疗效果或效率，对血供丰富的肿瘤需要结合减少血流的方法进行治疗，如:TAE、TACE，但是这些方法都是“有创性、侵入性”的方法。聚焦超声除热效应外，还有机械效应和空化效应，即非热效应。但是，目前对聚焦超声形成损伤的效应中仍很难确切描述热效应、空化效应和机械效应在组织损伤中的相对独立作用，不过可以通过调节聚焦超声的参数，来突出它的不同效应。我们的前期研究证实低频率(0.4MHz)聚焦超声照射可以实现在兔股动脉内形成血栓，闭塞血管，其机理是聚焦超声的非热效应致血管收缩甚至关闭，同时损伤血管内皮细胞，继发血栓形成，但对血管周围组织产生可复性损伤，而非凝固性坏死，提示聚焦超声的非热效应在其中起了主导的作用，因而认为低频率聚焦超声可能作为一种非侵入性关闭血管的新方法，用于血管疾病的治疗和肿瘤的治疗、辅助治疗或增效治疗。临床上肿瘤治疗失败的主要原因是肿瘤的复发和转移，而肿瘤血管又是肿瘤复发和转移的重要条件。肿瘤新生血管是在周围组织原有血管的基础上延伸扩展形成的，肿瘤的营养供应主要是由各级分支的正常血管及其延伸进入肿瘤组织内部的毛细血管提供。仅仅关闭周围正常的营养血管，肿瘤细胞还可以通过侧枝循环获得营养而继续增殖，如果能关闭肿瘤内终末供养的毛细血管，就可以达到更完全阻断肿瘤营养供应、抑制肿瘤快速增殖的目的。而肿瘤血管的结构具有特殊性，和正常血管相比差异较大，即主要由内皮细胞组成，平滑肌不完整。前期实验中所选参数的聚焦超声(0.4MHz)会对肿瘤血管产生怎么的影响，进而是否会对肿瘤的快速生长产生影响，都需要通过实验去研究。因此，本实验设计以兔VX2肌肉肿瘤模型为研究对象来探讨该频率的聚焦超声对兔VX2肌肉肿瘤血管的作用效应及对肿瘤局部生长的影响，用以初步评价0.4MHz频率的聚焦超声能否实现对肿瘤血管的栓塞，从而延缓肿瘤局部增长，为临床提供一种新的非侵入性栓塞肿瘤血管，治疗或辅助治疗肿瘤的方法。 方法：采用肿瘤组织块包埋法在兔股外侧肌建立VX2肌肉肿瘤模型，将33只荷瘤模型兔随机分为A、B两组，A组(15只)通过二维超声、彩色多普勒血流成像观察肿瘤的形态、回声及血供并计算肿瘤体积及生长率；B组(18只)通过大体解剖及病理学检查等指标观察肿瘤组织病理学和肿瘤转移的生物学特性。 将80只接种2周左右建模成功的荷瘤模型兔随机分为A、B、C和D共4组，每组20只，分别给予聚焦超声假照、焦域声强为1194W/cm2、1592W/cm2、1990W/cm2的聚焦超声照射。然后，二维超声检查聚焦超声照射前及照射后第3、7天兔VX2肌肉肿瘤的体积及回声变化并计算肿瘤增长率；彩色多普勒血流成像(color Doppler flow imaging，CDFI)、和X线数字减影血管造影(DSA)等检查聚焦超声照射后第3、7天兔VX2肌肉肿瘤血供及染色情况；HE染色光镜下观察聚焦超声照射后第3、7天兔VX2肌肉肿瘤组织(肿瘤细胞、肿瘤血管)的病理学变化，超薄切片透射电镜观察其超微结构的变化。 结果：33只实验动物接种后成瘤率高达100％，感染、死亡率为0％，荷瘤兔生长至自然死亡未见瘤体自然消退现象。模型兔的自然生存时间为(45±5)天；肿瘤转移较晚且转移部位单一，接种25天后才发生肺脏的转移，且转移灶小而少，在观察期内其他部位未发现转移灶，观察至自然死亡仍仅出现肺脏广泛转移。使用频率为0.4MH2的聚焦超声辐照后的不同时间点： (1)焦域声强为1194W/cm2时，肿瘤组织学无变化，肿瘤血供丰富染色深，肿瘤生长不被抑制。 (2)焦域声强为1592W/cm2时，辐照后第7天，光镜下可见部分肿瘤血管内皮细胞肿胀、血管腔内红细胞聚集，肿瘤细胞水样变性，肿瘤血供轻度减少，肿瘤生长轻度被抑制。 (3)焦域声强为1990W/cm2时，辐照后第3天，可见部分肿瘤血管的内皮细胞脱落，血管内早期血栓形成，不完全栓塞血管，肿瘤细胞轻微核固缩，血供减少，肿瘤生长被抑制；辐照后第7天，血管壁内皮细胞溶解，肿瘤血管内血栓形成，完全栓塞血管，肿瘤细胞核碎裂、核溶解不同程度的坏死，肿瘤极少或无血供，肿瘤生长明显被抑制。 结论：兔VX2肌肉肿瘤模型的制作方法简单易行，成瘤率高、感染、死亡率极低且生存时间长；又因接种部位较表浅，易于早期发现瘤体；肿瘤转移发生较晚且仅发生肺脏转移，其他部位未发现有转移，而接种于其他部位的肿瘤模型大都在接种后的第三周开始出现肝内、腹壁、肠系膜、肺脏及肾脏等部位的广泛转移。由此可以得出，该模型是一种较为理想的用于研究早期肿瘤治疗、肿瘤局部治疗、治疗对肺转移影响的较大动物恶性肿瘤模型。频率为0.4MHz的聚焦超声，其焦域声强不同，对肿瘤血管的影响也不同。当焦域声强为1990W/cm2时，可致肿瘤血管栓塞，肿瘤细胞继发缺血坏死，从而使肿瘤增长明显被抑制。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英汉缩略语名词对照

声明

前言

第一部分 免VX2肌肉肿瘤模型的建立及生物学特性观察

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

参考文献

第二部分 低瑞率聚焦超声对兔VX2肿瘤血管作用的实验研究

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

参考文献

全文总结

问题和展望

附图

文献综述 高强度聚焦超声血管作用的研究进展

致谢

攻读硕士学位期间发表的文章