Assessment of a new device for local application of microwaves to destroy colorectal metastases in the liver

Abstract


We have designed a new instrument for termoablation of colorectal metastases in the liver based on the use of high frequency energy. In order to assess the efficieny of the device, experiments on large laboratory animals were performed and the affected zone was investigated using light and electron microscopy. In the clinical practice, analyses of compound effects of microwaves on the liver metastasis in 19 colorectal cancer patients demonstrated the effectiveness of our method. Microscopic and ultrastructural investigation of the removed tissue revealed particular features of destruction of liver metastases resulting from local application of microwave energy. 10 patients with bilateral liver metastases underwent two-step surgical treatment with the use of the microwave method. Assessment of the performance of the microwave method during the second step of the operation showed that in 9 cases of 10 the metastases in the liver were destroyed.

Печень, являясь своеобразным органом-мишенью прежде всего подвержена метастатическому поражению при злокачественных новообразованиях различных органов [19]. Известно, что наиболее часто в печень метастазирует колоректальный рак [3, 11, 18]. До настоящего времени во всех странах мира отмечается рост числа больных колоректальным раком [1, 8, 12, 22]. При этом суммарно в 20-50% случаев при колоректальном раке отмечаются синхронные или метахронные метастазы в печень [16]. Установлено, что в этих ситуациях у 25% пациентов единственным органом .метастатического поражения является печень. В мировой практике продолжается накопление и обобщение опыта хирургии печени по поводу метастазов колоректального рака [7]. Представлены данные о том, что, используя критерии селекции при планировании оперативного вмешательства по поводу печеночных колоректальных метастазов, пятилетняя выживаемость после резекции печени достигает 58% [10,21]. Поэтому в последние годы с учетом прогностических факторов резекция печени при колоректальных метастазах включена в стандарты лечения [6, 17]. Совершенствование печёночной хирургии закономерно создало предпосылки для оказания эффективной хирургической помощи больным колоректальным раком с билобарным множественным метастатическим поражением печени. Для оказания помощи этой, считавшейся раньше неоперабельной группе пациентов стала разрабатываться тактика двухэташюго хирургического лечения, основанная на возможностях печени к регенерации [4, 13, 20]. При этой тактике первоначально осуществляется выключение из портального кровотока наиболее пораженной доли печени с целью максимальной стимуляции компенсаторной гипертрофии контрлатераль- мой «перспективной» доли. Вариант первого этапа операции может сочетаться с методами локального разрушения (аблации) очагов в «перспективной» доле или с атипичной ее резекцией. Временной интервал между проводимыми этапами хирургического лечения, составляющий около 4 нед, оказывается достаточным для компенсаторной гипертрофии остающейся части печени [14]. Вторым этапом удаляется пораженная метастазами доля печени с ранее редуцированным портальным кровотоком и резекция остающейся гиперплазированной доли. При необходимости, в случаях выявления рецидива после аблации, проводится повторная деструкция метастазов печени. Среди методов «контактной» термоаблации в мировой практике, в том числе и в России, наиболее широко используется радиочастотная аблация (РЧА) Недостатками существующих методов РЧА являются: сложность конструкций с небольшим ресурсом прочности, высокая стоимость используемых одноразовых электродов, недостаточный размер зоны эффективного воздействия вокруг электрода (проблема решается применением дорогостоящих многоэлектродных систем и увеличением числа аппликаций на один опухолевый узел), длительность выполнения, невозможность аблации опухоли, находящейся вблизи крупных сосудов [2, 5, 9]. К тому же отечественное производство аппаратуры для РЧА пока ограничено. Поэтому продолжается поиск новых, эффективных методов локального де- витализирующего воздействия на опухолевую ткань. Необходимыми условиями для проведения методики контактного разрушения (аблации) опухолей являются: минимальная травматичность для организма, прогнозируемость оказываемого воздействия, кратковременность воздействия, простота в применении и надежность оборудования. В последние годы перспективным стал метод микроволновой аблации, который имеет несомненные преимущества перед РЧА. Выбор сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона в силу законов теплотехники позволяет более эффективно подводить мощность в область воздействия. Известно, что с увеличением частоты тока растет поглощаемая мощность на единицу объема. В результате этого резко сокращается время заданного нагрева биологической ткани. Нами в сотрудничестве с отделом физики плазмы Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) создан аппарат (рис. 1) с локализованной излучающей системой для микроволновой термоаблации опухолей печени (Патент РФ № 2368406). Работа выполнялась в рамках гранта № 02.512.12.2024 с Федеральным агентством по науке и инновациям. Цель работы - оценить эффективность созданного устройства для контактного разрушения энергией СВЧ метастазов колоректального рака в печени. Принцип действия созданной одноэлектродной системы основан на введении рабочего игольчатого электрода в опухоль печени с последующим подведением к нему энергии СВЧ. Размер зоны коагуляции зависит от величины мощности и времени нагрева. Используемый генератор работает в диапазоне 2,5 Ггц. Выходная мощность регулируется в пределах 20-500 Вт. Рис. 1. Внешний вид комплекса для контактной СВЧ деструкции тканей Первоначально проведена серия экспериментальных исследований на животных. Результаты исследований с изучением микроскопических и ультраструк- турных изменений печени после локального воздействия энергии СВЧ в различных диапазонах доказали локальность действия и позволили выбрать наиболее эффективные режимы. По результатам испытаний и проведенных замеров сертифицированными приемниками уровня потока электромагнитной энергии при работе антенны-иглы на биологическую ткань была доказана электрическая и СВЧ-безопасность прибора для медицинского персонала и пациента. Полученные данные стали обоснованием для последующего использования методики в клинических условиях. Проведено изучение воздействия созданного комплекса СВЧ-ТА, а также его режимов для определения его местной эффективности на метастазы в печени у больных колоректальным раком. Исследования выполнены у 19 больных с монолобарными метастазами колоректального рака. Сначала выполнялась локальная СВЧ-ТА метастазов в пораженной доле печени, а затем ее удаление. Для последующего изучения морфологических изменений удаленного материала соблюдали необходимые условия для временного сохранения кровотока, согласно исследованиям R. Kuromatsu (2003) [15]. С этой целью после лапаротомии под контролем ИОУЗИ в метастаз вводилась игла-антенна и проводилось СВЧ-ТА. Длительность процедуры при выходной мощности аппаратного комплекса от 150 до 200 Вт составляла 60-140 сек, находясь в прямой зависимости от размера метастаза. Время, затрачиваемое на проводимые затем этапы мобилизации доли печени, выделение элементов гепатодуоденальной связки и разделение паренхимы, до этапа непосредственной резекции печени было достаточным для сохранения необходимого кровотока в участке локального воздействия СВЧ-ТА на метастазы. Другим вариантом вмешательства было фиссуральное разделение паренхимы печени с достаточным временем сохранения кровотока до момента удаления доли. Во всех 19 случаях удаленные фрагменты печени, подвергшиеся СВЧ-ТА, кроме стандартного патоморфологического исследования были изучены также с помощью световой и электронной микроскопии (рис. 2). При этом все метастазы были разделены на две части, одна из которых после фиксации подвергалась электронно-микроскопическому исследованию, вторая - изучению при световой микроскопии (AXIOSKOP 40, Leica DM 5000). Срезы выполнялись параллельно направлению введения рабочего электрода. При электронной микроскопии ткани печени на границе с метастазами наблюдалось следующее: в большинстве гепатоци- тов внутриклеточный отёк, отсутствие гликогена, неупорядоченное расположение хроматина в ядре; грубодисперсность цитоплазмы, свидетельствующая о разобщении клеточных структур; деструкция эндоплазматического ретикулума, конденсация митохондрий с разрушением крист и матрикса; образование миелиноподобных структур, везикуляция. Эндоте- лиоциты синусоидных капилляров были с набухшими ядрами и вакуолизированными митохондриями. В просвете синусоидных капилляров определялись редкие, неправильной формы эритроциты и вакуоли- зированная плазма. В цитоплазме отдельных гепато- цитов встречались осмиофильные структуры, выяснение происхождения которых требует проведения дополнительных исследований. Рис. 2. Макропрепарат метастаза колоректального рака в печени ex vivo после СВЧ-термоаблации (вид на разрезе) Следовательно, проведенные клинические исследования применения разработанного комплекса воздействия СВЧ-ТА на метастазы колоректального рака печени у 19 больных показали его эффективность. На основе микроскопического и ультраструктурного исследования удаленных препаратов были выявлены особенности разрушения метастазов локальным воздействием энергии СВЧ. Установлено, что геометрическая зона разрушения метастаза имеет округлую форму вокруг рабочей части иглы и не зависит от плотности окружающих тканей. Размер зоны разрушения биологической ткани (опухоли) пропорционален прикладываемой энергии. Своеобразной морфологической границей зоны гарантированного разрушения служат необратимые сосудистые нарушения, следствием которых считают дополнительные ишемические повреждения в зоне воздействия. Проведение клинических исследований позволило отработать наиболее эффективные режимы работы оборудования. У 10 человек СВЧ-ТА использовалась в комплексе двухэтапного оперативного вмешательства при билатеральных колоректальных метастазах печени. Первый этап, проведенный у 5 человек с синхронными метастазами печени, заключался в удалении первичного очага в толстой кишке в сочетании с перевязкой правой долевой ветви воротной вены и СВЧ-ТА метастазов в левой доле печени. Размеры метастазов не превышали 3 см. Наведение иглы для СВЧ-ТА осуществляли под контролем ПОУЗИ. Время воздействия, в зависимости от размеров метастазов, - от 45 до 130 сек. У 3 пациентов с множественными метахронными метастазами в печени первый этап включал эмболизацию правой долевой ветви воротной вены и СВЧ-ТА 2-3 метастазов в левой доле печени. В 2 остальных наблюдениях первый вариант состоял в перевязке правой долевой ветви воротной вены и атипичной резекции левой доли печени и СВЧ-ТА одного метастаза. В сроки не ранее 4 нед после первого этапа выполнялся второй этап лечения. У 8 человек выполнялась расширенная правосторонняя гемигепатэктомия и у 2 - правосторонняя портальная гемигепатэктомия. В ходе операции проводился контроль полноты аблации очагов в левой доле. Анализируя результаты СВЧ-ТА во время второго этапа операции, отмечаем, что в 9 случаях метастазы в оставшейся левой доле были разрушены. У 1 пациента осуществлена дополнительная СВЧ-ТА метастаза в левой доле печени. Следовательно, разработанное устройство с локальным воздействием энергии СВЧ является эффективным методом разрушения метастазов колоректального рака в печени. Существенными преимуществами созданной системы от систем РЧА являются: одноэлектродность и отсутствие второго «пассивного» электрода, что исключает протекание нежелательных токов через тело пациента; процессы карбонизации и газообразования вокруг электрода не препятствуют пространственному распространению ближнего поля и тепла в зоне СВЧ-воздействия, производя геометрически равномерный прогрев тканей; короткое время воздействия; программируемость формы и размеров зоны разрушения.

V E Zagainov

Volga region medical center of the Russian Health Ministry, Nizhnii Novgorod

Email: Zagainov@gmail.com

  1. Давыдов М.И., Аксель Е.М. Заболеваемость злокачественными новообразованиями населения России и стран СНГ в 2006 г. // Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН. 2008. Т. 19. № 2 (Прил. 1). С. 53.
  2. Долгушин Б.И., Патютко Ю.И. и др. Радиочастотная термоаблация опухолей печени / Под ред. М.И. Давыдова. М.: Практическая медицина, 2007. 187 с.
  3. Коваленко Ю.А., Чжао А.В., Чугунов А.О. Выбор объема оперативного вмешательства при очаговых заболеваниях печени // 2009. Т. 14. С. 79-87.
  4. Adam R., Laurent A., Azoulay D. et al. Two-stage hepatectomy: A planned strategiy to treat irresect- able liver tumors // Ann. Surg. 2000. Vol. 232. P. 777-785.
  5. Abdalla E.K., Vautey J.N., Ellis L.M. et al. Recurrence and outcomes following hepatic resection, radiofrequency ablation, and combined resection/ab- lation for colorectal metastases // Ann. Surg. 2004. Vol. 239. №6. P. 818-825.
  6. Arru M., Aldrighetti L., Castoldi R. et al. Analysis of prognostic influencig longterm survival after hepatic resection for metastatic colorectal cancer // World J. Surg. 2008. Vol. 32. P. 93-103.
  7. Bokemeyer C., Bondarenko I., Hartmann J.T. et al. KRAS status and efficacy offirst-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer (rnCRC) with FOLFOX with or without cetuximab: The OPUS experience // J. Clin. Oncol. 2008. Vol. 26 (Suppl.): abstr 4000.
  8. Bouganim N., Kavan P., Eid M. et al. Perioperative chemotherapy with bevacizumab (BV) for liver metastases (LM) in colorectal cancer (CRC): McGill University pilot study // J. Clin. Oncol. 2009. Vol. 27 (Suppl.): abstr 5027.
  9. Curley S., Marra R, Beaty K. et al. Early and late complications after radiofrequency ablation of malignant liver tumors in 608 patients // Ann. Surg. 2004. Vol. 239. P. 450-458.
  10. Fernandez F.G., Drebin J.A., Linehan D.C. etal. Fio- fe-year survival after resection of hepatic metastases from colorectal cancer in patients screened by position emission tomography with F-18 fluorodeox- yglucose (FDG-PET) // Ann. Surg. 2004. Vol. 240. P. 438-447; discussion 447^150.
  11. Gomez D., Morris-Stiff G., Wyatt J. et al. Surgical technique and systemic inflammation influences longterm diseasefree survival following hepatic resection for colorectal metastasis // J. Surg. Oncol. 2008. Vol. 98. P.371-376.
  12. Hirano Y., Omura K., Tatsuzawa Y. et al. Tissue oxygen saturation during colorectal surgery measured by nearinfrared spectroscopy: pilot study to predict anastomotic complications // World J. Surg. 2006. Vol. 30 (3). P.457-461.
  13. Jaeck D., Oussoulzoglou E., Rosso E. et al. A two- stage hepatectomy procedure combinet with portal vein embolization to achieve curative resection for initiale unresectable nultiple and bilobar colorectal liver metastasers // Ann. Surg. 2004. Vol. 240. P. 1037-1049; discussion 49-51.
  14. Kusaka K., Imamura H., Tomiya T. et al. Expression of transformating growth factor-alpha and-beta in hepatic lobes after hemihepatic portal vein embolization //Dig. Dis. Dei. 2006. Vol. 8. P. 1404-1412.
  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 // Int. J. Mol. Med. 2003. №11. P. 199-204.
  16. Paschos K.A., Bird N. Current diagnostic and therapeutic approaches for colorectal cancer liver metastasis // Hippocratia. 2008. Vol. 12. № 3. P. 132-138.
  17. Pawlik T.M., Schulick R.D., Choti M.A. Expanding criteria for respectability of colorectal liver metasta- sts // Oncologist. 2008. Vol. 13. P. 51-64.
  18. Saltz L., Clarke S., Diaz-Rubio E. et al. Bevacizum- ab (Bev) in combination with XELOX or FOLF- OX4: Updated efficacy results from XELOX-1/ N016966, a randomized phase III trial in first-line metastatic colorectal cancer // J. Clin. Oncol. 2007. ASCO Annual Meeting Proceedings. Part I. 2007. Vol. 25 (18S; Suppl.). P.4028.
  19. Tanaka K., Shimada FI., Matsumoto C. et al. Impact of the Degree of Liver Resection on Survival for Patients with Multiple Liver Metastases from Colorectal Cancer // World J. Surg. 2008. Vol. 32. P. 2057- 2069.
  20. Togo S., Nagano N., Mascui H. et al. Two-stage hepatectomy for multiple bilobar liver metastases from colorectal cancer // Hepato-gastroenterology. 2005. Vol. 52. P.913-919.
  21. Tominson J.S., Jarnagin W.R., DeMatteo R.P. et al. Actual 10-year survival after resection of colorectal liver metastases defines cure // J. Clin. Oncol. 2007. Vol. 25. P. 4575-4580.
  22. Wai Lun Law., Hok Kwok Choi., Yee Man Lee. et al. Anastomotic leakage is associated with poor longterm outcome in patients after curative colorectal resection for malignancy // J. Gsatroinestinal. Surg. 2007. Vol. 11 (1). P.8-15.

Views

Abstract - 41

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2011 Zagainov V.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies