冷冻外科是20世纪60年代发展起业的一门新兴学科。利用低温冷冻来研究组织细胞的破坏作用以治疗某些疾病,这种治疗方法也称为冷冻疗法或深低温冷冻与超低温冷冻疗法。冷冻疗法除用于浅表局限性肿瘤的治疗,还作为一种辅助性治疗手段,用于深部恶性肿瘤。冷冻治疗肿瘤。冷冻治疗肿瘤应用已久,我国古代曾记载用冰块或冰盐水贴敷乳房及颈部肿块,使之退肿止痛。国外,1851年Arnott首先应用冷冻外科治疗肿瘤。19世纪后半叶及20世纪初也陆续有些报道,但由于冷冻的技术和温度不能准确控制,以后逐渐被废弃。1961年Cooper应用液氮作为冷源,制成了能控制冷冻坏死范围的液氮冷冻机。此后,冷冻外科又走上一个新的阶段。冷冻作为一门新兴的医疗技术在良性、恶性肿瘤的治疗中得到了迅速的发展。
(一)冷冻法治疗肿瘤的机制
冷冻因条件不同,能达到截然相反的两种结果。冷冻在一定条件下可以保存组织。如保存器官、角膜、皮肤、白细胞、精子、骨髓细胞等。另一方面,冷冻又可以破坏组织、杀伤肿瘤细胞。冷冻外科是利用后一种作用。
冷冻治疗肿瘤的基本原理,大致可分为以下几个方面:①细胞内冰晶形成和冰晶的机械性损伤:迅速冷冻时,细胞死亡主要与细胞内冰晶形成有关。同时,细胞外冰晶形成,体积膨胀,互相挤压,使细胞变形和损伤。冷冻后的融化,特别是缓慢自然融化,使细胞内的小冰晶聚积成大冰晶,促使细胞破坏。②细胞脱水的皱缩:首先是细胞间隙出现冰晶,细胞外液逐渐浓缩,引起细胞内外渗透压差异,细胞内液外渗而细胞脱水和皱缩。细胞脱水,尤其是结合水减少,将改变蛋白质的理化性能,产生聚合作用。③细胞电解质毒性浓缩和PH值改变:细胞脱水、皱缩,使电解质浓度升高,酶的活力亦受冷冻干扰,这些因素促使细胞中毒和损伤。冷冻时细胞PH值降低,偏酸性,加剧了蛋白质变性。④细胞膜脂蛋白成分变性:细胞膜由各种类脂蛋白复合体组成,这些类脂蛋白复合体之间以弱键连结,极不稳定,冷冻能引起脂蛋白变性,细胞膜破裂。⑤血流淤积和微血栓形成:对活体组织的冷冻,还可以引起小血管收缩,待融化时,小血管扩张,渗透性增加,血流缓慢淤积。同时,冷冻时毛细血管迅速栓塞,微循环停止,导致局部缺血,这是细胞死亡的又一原因。⑥冷冻免疫效应:实验表明,某些冷冻手术后,会产生IgM、IgG以及其他相近的免疫球蛋白等抗体。临床亦偶见原发灶冷冻后转移灶自行退缩现象,提示冷冻的作用还可能与免疫有关。
综上所述,冷冻导致生物细胞死亡是多种因素的综合结果,缓慢冷冻时,细胞内冰晶形成和冰晶损伤是主要因素。一般变为,快速冷冻,缓慢自然融解,反复冻一融以及阻断组织血供,能使冷冻区产生最大程度的凝固坏死。通常冷冻温度低于-20℃时细胞即基本全部破坏。
(二)冷冻手术的优点
与其他手术相比,冷冻外科具有独特突出的优点,表现在以下几个方面:①出血少或无血:冷冻可使小血管收缩甚至凝结,有较好的止血作用,可大大减少术中失血。有学者用冷冻外科治疗晚期肿瘤创面渗血和出血。②疼痛不明显甚至无痛:冷冻对神经末梢具有麻醉作用,许多冷冻外科手术可在不麻醉的情况下进行。也有人用冷冻外科治疗晚期肿瘤的疼痛。③减少或防止术中癌细胞扩散:冷冻使肿瘤组织凝固,有可能减少术中因手术操作的触摸、挤压等造成医源性的癌细胞扩散。最近上海曹世龙等探索对能切除的肿瘤先作冷冻,然后切除被冷冻的肿瘤。理论上,冷冻后切除肿瘤可养活减少癌细胞扩散,从而有可能降低术后癌肿复发率。④杀菌或灭菌:冷冻有杀菌作用,故能减少或防止术中和术后感染。⑤冷冻后组织反应较轻:特别对头颈部肿瘤,冷冻治疗后瘢痕愈合良好,创面毋须植皮。⑥冷冻免疫反应:冷冻有可能增强机体免疫反应,从而能抑制或杀灭残留癌细胞。⑦冷冻合并其他治疗,疗效更好:冷冻合并手术切除、放疗、化疗等治疗肿瘤,已经引起国内外学者关注,有的已取得令人鼓舞的疗效。
(三)冷冻剂及冷冻外科器械
液氮是目前冷冻外科中应用最广泛的冷冻剂。它的沸点是-196℃。液氮是无色无臭、无毒的透明液体。和其他医用冷冻相比,具有降温低、不燃、安全和来源丰富等优点。
其他医用冷冻剂大致有氧化亚氮肥(沸点是-40℃)、氟利昂12(沸点是-30℃)、氟利昂13(沸点是-81℃)、氟利昂22(沸点是-40℃)、高压氧气(沸点是-70℃)、固态二氧化碳(干冰,沸点-79℃)、液态氧(沸点是-183℃)等,但临床上应用均较少。
根据肿瘤生长部位、肿瘤组织性质、特点等不同情况,冷冻外科的冷冻器械和冷冻头开头大小均有所不同。目前用以治疗肿瘤的冷冻机大致有以下几种。
1、 液氮冷冻机
利用液态氮变成气态的一种相变致冷方法。常用的液氮冷冻机有两种类型,一是"灌注式",将液氮直接灌入冷冻头进行治疗,具有结构简单、成本低和使用方便等特点:另一种是:喷射式",这是一种可直接喷射液氮,或装上不同类型的冷冻头进行治疗的两用手术器。它具有降温快和冷量大的特点,冷冻头温度,一般可达-180℃。
2、高压氧气"冷刀"
利用节流效应,即高压气体通过一个小孔后降压膨胀,是温度急剧下降的原理,在"冷刀"内装一只节流效应微型制冷器,一般可达-70℃。但降温及冷量不及液氮冷冻机。
3、热电制冷器
也称半导体制冷或温差电制冷。有两种不同的导体和半导体焊接后,当该点的温度有变化时,即可产生电流,此即温差电形象。利用直流电通过两个不同导体或半组成的闭合回路中,此两不同接点之间即可产生温差,即Peltier效应。据此原理,利用碲铋合金等组成温差电结,可以制冷。单级可达-30℃~-20℃,二级串联可达-38℃,三级串联可达-123℃。该法目前已用于冰冻组织切片、小血管瘤等治疗中。
(四)冷冻方法
根据肿瘤组织的部位和特点,常用冷冻方式有以下5种。
1、接触冷冻
冷冻头置于肿瘤表面轻轻加压冷冻,产生离心性冷冻,其冷冻深度相当于表面冷冻范围的半径。
2、插入冷冻
将针形冷冻头插入肿瘤内,以治疗较深部的肿瘤。
3、倾注法或称灌注法
将液氮直接倾注在病变部位,此种方法适用于骨肿瘤、膀胱肿瘤等。引种方法冷冻速度快,破坏力很强,应用时要注意保护好周围的正常组织。
4、喷溅法
液氮直接喷在病变区,适用于表面积大而高低不平的弥散浅表肿瘤。术中应保护周围组织免受冷冻损伤。
5、浸蘸法
用棉拭子或棉球对几毫米大小的瘤灶,浸足液氮后,即直立接触闰灶,由于冷冻范围和深度易控制,愈合后瘢痕较薄。
冷冻时间长短,以决于冷冻的方法和肿瘤大小,一般为30秒~30分钟,通常15分钟可达到最大的冷冻效应的80%~90%,对食道、气管、直肠、膀胱和前列腺肿瘤,则可经内镜采用细长的冷冻头作治疗。
(五)冷冻治疗的注意事项
1、 注意掌握冷冻剂量。恶性肿瘤力争快冻慢融,一次门诊能彻底冷冻破坏。
2、 术前宜向病人做好解释,婴幼儿术前禁忌喂奶,以防术中躁动返食引起呛咳、窒息;
成人空腹者易酌进饮食,尤须提防情绪紧张,冷冻时出现休克。
3、 术中防护正常组织免受冻伤,尤其提防液氨误入咽喉、气管、鼻腔、耳道、阴道、
肠道等造成意外严重冻伤、穿孔等长发症。
4、 术后局部渗出多,需注意对症(抗感染、引流等)治疗,以促进早日痊愈。
5、 对巨大血管瘤及富于血管的恶性肿瘤,不宜作部分冷冻后又疏于填塞、加压包扎,应重视预防术手和脱痂过程中的因血管腔暴露而出血。
(六)冷冻外科在肿瘤治疗中的应用
冷冻外科应用较广的是人体浅表或易于直接接触部位的肿瘤,如皮肤、头颈、五官、直肠、宫颈、膀胱和前列腺等肿瘤。对内脏肿瘤报道较少,多数尚处于实验阶段。
1、皮肤肿瘤
国内外已广泛应用冷冻治疗皮肤肿瘤,并取得较好疗效,并不次于电灼、切除和放射治疗的疗效。常用治疗皮肤血管瘤、基底细胞癌、鳞形细胞癌、表皮原位癌以及瘢痕疙瘩等。术中一般不需麻醉,用热针监测肿瘤基底部有效温度,以达根治。冷冻时间自30秒~5分钟不等。冷冻后皮肤反应,最初为水肿、大泡或血泡以及浆液性渗出,1~2周干燥结痂,3~4周后愈合;较之电灼,瘢痕轻微,仅留皮肤色素减退斑,且在有软骨、肌腱等部位一般亦引起软骨炎或腱鞘炎。近年有报道冷冻治疗黑色素瘤取得良好效果。
2、食道癌
多数用作姑息性治疗,采用细长冷冻头,经食管镜插入癌区,反复冷冻数分钟,暂时解除梗阻,以达姑息治疗的目的。但是缓解期短,大多不能明显延长生命。
3、直肠癌
冷冻治疗用于直肠癌临床报道较多。其冷冻手术指征为:病人不能耐受手术;病人拒绝作结肠造瘘;或直肠癌有远处转移或局部复发。冷冻可用作盆腔腹膜反折以下任何水平直肠癌的姑息性治疗。常用方法为:鞍麻或腰麻下扩张肛门,插入直径约为3cm的直肠镜,用0.5~1cm冷冻头轻轻加压接触癌区冷冻3~5分钟,同时用吸引器吸出冷雾。术前需作肠道准备,术后1~2天给流质或半流质饮食,必要时辅以抗生素。
4、胰腺肿瘤
理论上冷冻也能有效地破坏胰腺肿瘤,目前已有实验报道,但未见临床应用报道。从胰腺头部冷冻损伤的实验中观察到,冷冻能导致胰腺组织不可逆的凝固性坏死,而不产生胰腺炎;但冷冻后淀粉酶和脂肪酶迅速显著升高,4~7天恢复正常;个别动物胆红素一度增高,可能反映了胆道的暂时性梗阻。如不超过周径的1/5可不产生类似梗阻。病理证实冷冻后胰体及尾部除有暂时性腺泡皱缩和酶原小粒减少外,没有出现类似胰头部的冷冻坏死。
5、前列腺和膀胱肿瘤
冷冻外科治疗前列腺良性、恶性肿瘤均可取得良好疗效。常用方法为局部麻醉或静脉内全麻,病人取膀胱截石位,膀胱完全排空并注入150~500ml空气,然后自尿道插入冷冻窥镜,作直肠指检以确定冷冻头位置,冷冻持续数分钟。这种方法亦适用于膀胱肿瘤的冷冻治疗,手术切开胶膀胱,用冷冻头直接冷冻。切开会阴。显露前列腺直接冷冻。术后并发症有局部坏死组织脱落引起感染以及出血等,但一般并不引起严重后果。至于肾脏的冷冻治疗,尚处于实验阶段。最近有报道治疗阴茎肿瘤,也有一定疗效。
6、骨肿瘤
冷冻治疗原发性或转移性骨肿瘤的临床报道很多。冷冻对不适宜手术或放疗不敏感的骨肿瘤更为适用。冷冻方式多数为先作刮除手术,再对残留薄层骨肿瘤灌注液态氮冷冻。术后近期并发症有血肿、坏死或感染,远期并发症有病理性骨折,且不易愈合,故术中常同时作内固定手术。
7、肺癌
上海医科大学肿瘤医院曾对19例肺肿瘤实行冷冻手术综合治疗,其中6例原发性肺癌、2例单侧转移性肺癌、1例肺错构瘤,生存期均获延长。使用方法是喷雾法、接触法或倾注法。
8、头颈、五官肿瘤
国内外已广泛应用于头颈部肿瘤、眼内肿瘤和口腔肿瘤等治疗,其适应证为:有严重全身性疾病不能耐受手术者;病变侵及骨骼,如作手术则造成畸形者;肿瘤虽然局限,但手术难以切除;手术和放疗后复发者。
9、妇科肿瘤
冷冻治疗妇科肿瘤已经广泛应用于临床。冷冻治疗宫颈间变、宫颈原位癌和I期宫颈癌等,取得满意效果。对浸润范围较广的宫颈癌则不宜作为首选方法,但是对晚期患者也可以作姑息性治疗。冷冻亦用以破坏卵巢癌手术难以切除的部分,或切除盆腔肿瘤之前先使肿瘤内液体凝结,经及外阴癌的治疗。
10、神经科方面
将颅骨钻一小孔,插入细长的冷冻头破坏垂体,治疗垂体肿瘤。
11、乳腺癌
有报道冷冻外科合并手术切除治疗郛腺癌,有可能减少术中癌细胞扩散,但是远期疗效尚不肯定。也有学者冷冻外科治疗晚期乳腺癌,以缩小癌灶和减少创面渗血。
12、肝癌
上海第二医科大学肝癌研究所,通过近几十年来对肝癌的冷冻治疗研究,拥有了较多的经验及成果。
(1)冷冻方法:采用硬膜外或全身麻醉。右肋缘下切口剖腹显露肝癌。对位于表浅的肝癌,采用直径3.5cm或5cm盘形冷冻头接触冷冻。将冷冻头置于癌表面并轻轻按压,使其与癌块紧密接触,然后开始降温。对位于肝脏深部的肝癌,用针形冷冻头插入瘤体内冷冻。用术中B超监测冷冻头插入位置和冷冻范围。单次冷冻一般为15分钟,对癌块较大者采用分区重复冷冻,使冷冻区能包括了全部癌块。冷冻时用吸引器吸除冷冻气雾以保持术野清晰。如用针形冷冻头插入冷冻区,拔除冷冻头留下的组织内腔道,可用明胶海绵、止血纱布填塞,或用止血胶等,必要时可缝合止血。
必须指出,须等组织冰块在肉眼观察下完全解冻后仔细检查、彻底止血,才能放置引流管后关腹,以免发生术后继发性出血及胆瘘。冷冻前后按肝切除术常规处理。冷冻范围较小或无肝硬化者术后继发性出血及胆瘘。冷冻前后按肝切除术常规处理。冷冻范围较小或无肝硬化者术后恢复一般顺利,大面积冷冻尤其是合并硬化者,需用早期积极的护肝治疗,如输入血浆、白蛋白、新鲜血和凝血剂。
(2)冷冻治疗肝癌的适应证:冷冻治疗肝癌的主要适应证大致是:合并严重肝硬化,不能耐受手术切除者;主要切除后,余肝或切缘有残癌者;复发性肝癌因余肝小,切除后肝功能可能失代偿者。
(3)冷冻治疗后的效果:上海第二医科大学肝癌研究所自1973年11月~1994年5月,液态氮局部冷冻治疗肝癌152例。男130例,女22例,年龄26~72岁(中位48岁)。全部病例均经病理证实:原发性肝癌(PLC)145例,继发性肝癌(SLC)7例。随方至1994年5月。145例患者冷冻后1、3、5年生存率分别为69.2%、49.2%、34.8%,其中41例PLC≤5cm患者分别为78.5%、58.4%、44.2%,104例PLC>5cm患者分别为59.9%、35.7%、17.3%。如不考虑肿瘤大小,而按不同冷冻类型计算,单纯冷冻组(64例)1、3、5年生存率分别为56.5%、43.6%、27.5%;冷冻合并肝动脉插管和(或)结扎组(39例)分别为68.9%、37.6%、22.6%;主瘤切除残癌冷冻组织(27例)为82.8%、65.9%、65.9%;肝癌冷冻后,冷冻区同期手术切除组织(15例)为100%、88.9%、 74.1%。7例SLC患者冷冻后平均生存223个月。冷冻加肝动脉结扎插管术后9年4个月仍健在,并已恢复工作。
临床肝癌患者冷冻治疗后尸检病理表明,冷冻区域内的肝细胞和癌细胞呈凝固性坏死,与周围组织界限清楚。包膜往往有增厚,病程长者表面纤维颜痕形成而收缩。冷冻区与正常组织交界处见胶原纤维增多,有时出现浆细胞浸润,病程长者则被纤维结缔组织所包裹,原冷冻区仅留下白色薄层瘢痕组织,无残癌。通过观察冷冻肿瘤的免疫效应实验发现:冷冻可诱发机体免疫功能,从而抑制肿瘤生长。