研究背景高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)已广泛应用于临床治疗良恶性实体肿瘤,如肝癌、子宫肌瘤等,疗效肯定,但是也存在一定问题。如对于深部肿瘤和体积较大的肿瘤,由于超声强度高、治疗时间长,可能出现皮肤灼伤、肠穿孔、神经损伤等并发症;此外,对于靠近重要部位的肿瘤,如颅内肿瘤,HIFU消融时可能会损伤周围正常脑组织而影响大脑功能。张奕等用HIFU二次辐照法治疗肿瘤,能明显提高消融效率,降低皮肤损伤率,提高安全性,且连续两日辐照比间日辐照效果明显,可能适用于治疗体积较大的肿瘤。本课题组前期研究用不同功率的HIFU辐照兔肝VX2移植瘤,发现声功率为120 W时开始出现凝固性坏死,而180 W时可以使所有肿瘤发生凝固性坏死,而越接近120 W的非消融性HIFU(non-ablating HIFU,nA-HIFU)预辐照对后续消融效率的提高越明显。这种增效现象可能是由于声环境的改变:nA-HIFU辐照使靶组织受到一定程度的损伤,并由此发生一系列病理生理学改变,而其中一些结构或性状的改变会造成声学相关性质改变,由此提高组织中声能转换成热能的效率。本研究将从生物学和声学两个方面检测nA-HIFU辐照后靶区的声环境变化,探讨其增效机制。Natalia等用接近消融阈值声强的聚焦超声辐照兔脑组织发现有凋亡现象,而且辐照后48小时的凋亡情况比4小时的严重。吴刚等用聚焦超声辐照膀胱癌细胞,在一定时间内对其有一定的生长抑制作用。张奕等用nA-HIFU辐照兔肝组织,发现了肝细胞病理结构有一定的改变,但这种改变在辐照后7天基本消失。若能找到某种较低强度的超声,辐照后既不至于出现损伤临近的重要结构,又能使肿瘤死亡,则可以减少不必要的风险,可使用于靠近重要部位的良性或恶性肿瘤的治疗。本研究用接近120 W的nA-HIFU辐照兔肝VX2移植瘤,观察其对荷瘤兔的远期影响。目的1.研究nA-HIFU影响HIFU消融效率的生物学机制和声学机制。2.研究单纯nA-HIFU辐照兔肝VX2移植瘤对其生存期的影响及其机制。方法1.建立新西兰大白兔肝VX2移植瘤模型,于接种后22d使用,机载超声上观察肿瘤与腹壁的距离和粘连情况。2.1 20只荷瘤兔随机分为60 W组、80 W组、100 W组和假照组,每组5只,分别用相应功率的nA-HIFU辐照,辐照后1 d取靶区组织,通过TTC染色、HE染色、SDH染色、电镜观察其酶学活性和组织结构变化,即声环境的生物学特性变化。2.2 20只荷瘤兔随机分为辐照组和假照组,辐照组用100 W的nA-HIFU辐照,两组动物均于辐照后1 d取材,并测量其声速和声衰减系数,即声环境的声学特性变化。3.1 25只荷瘤兔随机分为60 W组、80 W组、100 W组、消融组和假照组,每组5只,分别用相应功率的HIFU辐照,观察皮肤损伤和生存时间。3.2 54只荷瘤兔随机分为80 W组、100 W组和假照组,假照组6只,其余两组每组24只,分别用相应功率的nA-HIFU辐照,于辐照后1 h、1 d、3 d、5 d、7 d、14 d处死荷瘤兔(假照组1只,其余两组每组4只),观察器官转移情况,通过TTC染色观察活性,HE染色观察病理结构,PCNA染色检测增殖能力情况,TUNEL染色检测细胞凋亡和死亡情况。结果1.所有新西兰大白兔成功建立兔肝VX2移植瘤模型,机载超声见肿瘤与腹壁无粘连,且在辐照体位上时肿瘤紧靠腹壁。2.1不同强度nA-HIFU辐照后,TTC染色见各组的肿瘤组织均被红染。随着nA-HIFU辐照强度的增加,HE染色见各组逐渐出现细胞肿胀、细胞间隙增宽、胞核肿胀、核周空隙等现象,100 W组见毛细血管充血和炎性细胞浸润,但各组未见大片均质红染区域;SDH染色见各组SDH活性逐渐减弱,但均有活性;电镜检查见各组逐渐出现线粒体肿胀,且程度逐渐加剧,100 W组见高尔基体扩张、内质网扩张和凋亡现象。60 W组与假照组表现相似,100W组酶的活性和病理结构变化最明显。2.2辐照组和假照组的声速、声衰减的差异均无统计学意义(P>0.05)。3.1生存时间随HIFU辐照强度增加而增加,除60 W组外,其余各组与假照组对比差异均有统计学意义(P<0.05),100 W组与消融组接近(P>0.05);除消融组,其余各组均未出现皮肤损伤。3.2 nA-HIFU辐照后不同时间,TTC染色见80W组及假照组在各时间点均被染色;100 W组肿瘤组织在辐照后1h、1d、3d均可红染,辐照后5d、7d、14d,部分肿瘤中心出现小灶状液化坏死,周围组织染色。80 W组和100 W组肿瘤组织HE染色表现同第一部分,且随nA-HIFU辐照强度增加而严重,均于辐照后第1 d最严重,以后逐渐减轻;各时间点增殖指数随强度增加而降低,随时间的延长而增高,但均低于假照组;凋亡指数随辐照强度增加而增高,80 W组第3 d最高,以后随时间的延长而降低,100 W组第7 d最高,并持续保持较高水平;坏死指数随辐照强度增加而增高,80 W组第3 d最高,以后随时间的延长而降低,100 W组第5 d最高,并持续保持较高水平。结论1.兔肝VX2移植瘤是研究HIFU治疗肿瘤安全性的良好动物模型。2.1.1本部分所用的HIFU不能使兔肝VX2移植瘤发生凝固性坏死,即为nA-HIFU。2.1.2 nA-HIFU辐照兔肝VX2移植瘤提高后续HIFU消融效率的生物学机制可能包括①随着nA-HIFU强度的增加,肿瘤组织受损程度增加,提示细胞受损可能增加了肿瘤组织对外界刺激(如超声波、热)的敏感性并降低其耐受性;②100 W的nA-HIFU能使肿瘤组织内的毛细血管充血,减少了血流带走的能量,使局部热量沉积更多、热凝固性坏死体积更大,提高HIFU消融效率。2.2未检测出nA-HIFU辐照前后肿瘤组织的声速和声衰减变化。由于设备的精度有限,不能说明nA-HIFU辐照对声学特性没有影响;但也提示,即使有影响,这种影响也不明显,可能不是nA-HIFU提高HIFU消融效率的惟一机制。更确切的结论还有待进一步研究。3.一定强度的nA-HIFU辐照兔肝VX2移植瘤能在不损伤皮肤的情况下延长荷瘤兔的生存期,并降低器官转移率,其作用随辐照强度增加而增加。其机制可能是nA-HIFU辐照直接造成细胞受损、酶的活性降低,且使组织淤血间接造成细胞缺氧,影响细胞功能,进而抑制细胞增殖,发生凋亡和亚急性坏死。