不同循環冷凍消融術對西藏小型豬肺部冷凍消融效果的比較

姚 飛 曾健瀅 陳繼冰 周 亮 吳炳輝 方 剛 鄧春娟 陳志賢 冷 尹 鄧 敏 張 波 鄧春梅 李家亮 何麗華 牛立志 左建生 徐克成

冷凍消融治療因具有冰球可視化，對大血管損傷輕微，手術創傷小，可激活免疫等許多優點而被應用于腫瘤臨床治療［1-4］。但對于冷凍治療來說，在不同組織中因局部微環境，如血流、組織的絕緣性能，電阻以及空氣流量存在差異，導致消融程序和消融效果存在差異［5］。由于肺組織的肺泡中存在大量空氣流，在一個冷凍循環結束后，肺局部區域內熱導率可增加20倍(空氣:0.024 W/mK，水:0.58 W/mK，血液:0.49～0.5 W/mK)，因此當肺部采用冷凍消融治療時，冷凍-復溫程序往往會對最終的消融效果產生重大影響［6］。2010年，Hinshaw等［7］及牛立志等［8］通過對豬肺的冷凍研究顯示，在術中可觀察到三循環冷凍-復溫程序較兩循環冷凍-復溫程序產生更大的冰球及損傷區域。但上述研究直至目前還沒有術后長期病理變化的證據。為此，本研究以西藏小型豬為研究模型，分別用兩重和三重冷凍-復溫循環程序對其肺部實施冷凍消融，旨在評價即時的冷凍損傷及術后7 d的組織病理損傷變化，期望能為肺部腫瘤冷凍找到一個合適的消融程序。

材料與方法

一、實驗動物

西藏小型豬5頭，體質量27～32 kg，普通級，動物生產許可證號為［SCXC(粵)200620015］，動物合格證號為［粵監證字0087238］，由南方醫科大學實驗動物中心提供。常規喂養，實驗前2周內接受常規檢查，無飲食和行為異常。本研究獲得復大醫院倫理委員會的批準。

二、氬氦冷凍系統

冷凍設備采用氬氦冷凍系統(EndorcareTM，CA，USA)，該系統是根據焦耳定律設計，其原理是高壓氣體經過狹窄的噴嘴進入探針尖端，壓力突然下降，不同的氣體在局部產生不同的溫度變化。氬氣引起溫度降低(可達－150℃)，氦氣可使溫度升高(可達60℃)。

三、實驗方法

將西藏小型豬捆綁固定，右側臥位，對術區進行消毒、備皮等。用速眠3 ml誘導麻醉，然后給予1.5% ～2%濃度異氟醚維持全身麻醉，氧流量保持在1.5 L/min。開胸腔暴露肺臟，選擇豬右肺上葉1點和下葉2點作為靶點，兩靶點距離為5 cm，兩支2.0 mm冷凍探針分別插入右肺上葉和下葉各靶點。①兩循環冷凍組:以100%的氬氣激活探針，使針尖溫度達(－140±5)℃持續10 min，改輸氦氣復溫至(25±5)℃，持續5 min，為第1個循環，重復上述冷凍-復溫循環，共行2個循環;②三循環冷凍組:類似于兩循環冷凍組，不同點是3個循環冷凍組冷凍-復溫循環為:先行2次冷凍5 min、復溫5 min的循環，第3循環為冷凍10 min、復溫5 min。術中對豬進行心肺監護。冷凍完畢后拔針，用明膠海綿止血。術后肌注速尿20 mg、地塞米松5 mg和青霉素160 IU。游標卡尺測量并記錄冰球表面最大直徑，記錄冷凍探針溫度變化。

四、病理觀察

所有實驗豬于術后7 d分別靜脈給予戊巴比妥注射液100 mg/kg處死(此處置方法獲得復大醫院倫理委員會批準)。沿針道解剖實驗豬肺組織，取冷凍損傷區組織，10%福爾馬林溶液固定，作常規病理切片，蘇木精-伊紅溶液染色后，在光鏡下觀察組織學改變。

五、統計分析

實驗數據以Graphpad Prism 5(GraphPad)軟件進行分析。實驗數值均使用Mean±SD描述，用配對樣本t檢驗對計量資料進行分析，以P＜0.05為差異統計學意義，P＜0.01和P＜0.001為統計學有顯著性差異。

結 果

一、不同冷凍組形成冰球大小差異

冷凍時肺部表面形成以探針為中心的界限清楚的白色圓形冰球區域(圖1A)，冰球邊緣有充血現象，冰球周圍組織形態顏色無異常。每次循環結束測量兩個冷凍組形成冰球表面最大長徑，兩循環冷凍組:1.7±0.5 cm 和2.46 ±0.06 cm。三循環冷凍組:1.5 ±0.4 cm，2.1 ±0.1 cm 和 3.1 ±0.1 cm(圖1A)。冷凍結束后，三循環冷凍組冷凍形成冰球大于兩循環形成冰球(P=0.011)。兩個冷凍程序肺部冷凍中心點溫度都在1 min內降至－120℃以下，復溫過程達到25～35℃。

二、術后冷凍區域表面和內部損傷變化

7 d后處死動物，解剖觀察，冷凍中心區肉眼可見近圓形紅褐色病灶，呈骨髓樣，質地糜爛;病灶周邊可見暗紅色水腫圈，觸摸質地柔軟，與外周組織分界較明顯(圖1B、C)。其他區域組織眼觀無異常。兩循環冷凍組與三循環冷凍組表面損傷區最大長徑分別達到:3.87±0.64 cm和3.95±0.81 cm(圖1B)。兩組冷凍損傷區冷凍中心點距離為5cm，而冷凍形成冰球較大，內部損傷區存在重疊區。沿兩冷凍中心點中間垂直切開，可見一橢圓形損傷區域。游標卡尺分別測量兩循環冷凍組與三循環冷凍組冷凍損傷區深度為:3.57±0.4 cm和3.8±0.44 cm(圖1C、D)。7 d后兩循環冷凍組與三循環冷凍組冷凍引起損傷區表面最大長徑和損傷深度差異不顯著。

圖1 肺部冷凍表面與內部損傷

三、冷凍損傷區病理變化

病理檢查結果顯示兩循環冷凍組與三循環冷凍組存在相同的病理分區(圖2):①中心壞死區，可見較多壞死組織，呈紅色;②炎癥區，可見中性粒細胞和淋巴細胞浸潤;③肉芽腫區，可見大量纖維細胞和毛細血管增生，還有少量中性粒細胞;④充血區，該區域內有肺泡縱膈增寬，大量紅細胞滲出，細胞壞死;⑤凋亡區，正常肺泡組織，肺泡間隔清晰，可見纖維增生、淋巴細胞侵潤及凋亡細胞。上述病例分區1～4，構成冷凍損傷的完全壞死區，凋亡區仍可見正常組織及細胞。兩循環冷凍與三循環冷凍組冷凍引起的完全壞死區域分別為:1.84 ±0.6 cm 和 2.46 ±0.5 cm，二者差異有統計學意義(圖 3，P=0.031)。而兩循環冷凍組引起的細胞凋亡區域更大，但三循環組所引起壞死區域更大。

圖3 冷凍消融效果比較

討 論

近年來，肺部冷凍相關研究已取得一定進展。Izumi等［9］以豬為動物模型，證實豬肺部冷凍手術的可行性，并指出兩循環冷凍比單循環冷凍更能延長出血時間和降低肺部泄漏的空氣。Littrup等［10］建立人肝、肺冷凍程序，即冷凍采用雙循環，冷凍10 min，復溫5 min，該冷凍程序現已被廣大外科醫生接受。Gage等［2］報道冷凍周期的設計取決于多種因素，包括凍結和解凍的持續時間、解凍率、組織溫度、周期數和周期間隔等。Hinshaw等［7］將10-5-10-5 min冷凍-復溫修正為3-3-7-7-5-5 min冷凍-復溫，并在對這兩種不同冷凍程序進行比較時發現，在相同的冷凍-復溫時間內，肺部三循環冷凍較兩循環冷凍存在如下優勢:影像下可更早形成消融區;更短冷凍時間和更大消融區域。本試驗發現，豬肺部三循環冷凍組形成冰球長徑較大，7 d后三循環冷凍組引起的病理上完全壞死區達到24.6 mm，也顯著大于兩循環冷凍組所引起18.4 mm完全壞死區(圖3)。在相同的冷凍時間內三循環冷凍肺部消融效果更好。提示更為復雜的消融程序會造成更強細胞壞死效應。

Whittaker等［11］指出，受解凍時間的影響，第二冷凍周期后細胞內形成較大規模冰晶。本研究顯示冷凍過程中實際形成冰球直徑大于冰球表面直徑，冷凍形成的冰球區大于冷凍造成真實損傷區，因此在判斷肺癌冷凍效果時不能簡單只依靠冰球大小來判斷，而應依據觀察冷凍組織病理變化來做判斷。在CT或B超監控下，冰球的形成呈現可視化，但細胞壞死往往距離冰球前沿還有5～10 mm距離，因此術中在影像學下監控冰球的大小臨床意義有限［12］。病理學在評價消融效果時更為直觀、準確，且在冷凍后不同時間點均可進行評估。本研究顯示三循環組比兩循環組將冷凍壞死等溫線向外推6.4 mm，兩循環組引起的壞死區域距離冷凍損傷區邊緣約為2 mm，而三循環組引起的壞死區超出了壞死區邊沿約4 mm。這表明三循環冷凍-復溫程序與兩循環冷凍-復溫程序產生的冷凍損傷區域相似，但三循環產生的完全壞死區域更大。在臨床上，準確地監控完全壞死區具有重要的意義，特別當消融靶區域比鄰敏感組織，如食管、喉返神經和肺中央氣管等。本次實驗還發現，兩組冷凍損傷區均可見大量壞死組織、中性粒細胞和淋巴細胞浸潤及充血現象，而在損傷區邊緣可見纖維增生、淋巴細胞侵潤及凋亡細胞，但三循環冷凍組與兩循環冷凍組相比，所引起組織壞死范圍更廣，凋亡區域較小。Sabel等［13-15］報道冷凍促使機體免疫激活，炎性細胞浸潤會促使機體發生二次細胞凋亡，部分凋亡細胞因冷凍造成局部缺氧而最終壞死，但也有部分活性細胞會在巨噬細胞的修復機制幫助下通過caspase-3途徑恢復。因此在冷凍消融治療腫瘤過程中，在相同條件下減小凋亡區，增大壞死區將會達到更好的消融效果。

綜上表明，在肺部三循環冷凍-復溫程序較兩循環復溫-冷凍程序更易引起類似冷凍損傷，但三循環冷凍-復溫程序會引起更為廣泛的組織壞死。三循環冷凍-復溫程序更適合肺部腫瘤冷凍消融治療。

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