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液氮冷凍在醫學領域具有廣闊的應用前景

作者:天馳液氮罐 來源:原創 日期:2014-08-18 11:28:22 人氣:69 加入收藏 標簽:液氮 液氮冷凍

【摘要】液氮冷凍是一種較為安全且副作用少的治療方法,在皮膚科的應用日益廣泛,本文介紹了其作用機制和監測技術等方面的最新研究進展,并簡要的介紹了液氮淺冷凍療法的作用機制。

【關鍵詞】液氮冷凍療法。黑色素細胞。淺低溫冷凍

自古以來,就有把天然冰用于生產方面的記載。在希波克拉底時期,人們就知道低溫對許多疾病有治療作用。但由于工業技術水平的限制,利用低溫治療疾病發展極其緩慢。直到上世紀初液體空氣和液體氮的問世,20世紀60年代,Cooper設計出用液氮作為制冷源的冷凍裝置,通過冷凍丘腦成功治療帕金森病等神經運動性疾病和先前不能切除的腦部腫瘤,標志著現代冷凍外科的開始。經過近半個多世紀的發展,冷凍已應用到醫學的各個領域,尤其在皮膚科應用日益廣泛。

1、冷凍治療的機制

冷凍治療過程中,組織和細胞經歷凍結、融化等過程是導致其損傷的關鍵因素。

1.1 冷凍降溫時的作用

緩慢降溫時,低溫損傷源于“溶液效應”(即高溶液/溶質濃度下,細胞嚴重脫水);快速降溫時,低溫損傷源于致命的細胞內冰晶形成。一些細胞存在冷凍保存的最佳冷卻速率,證明了這一假說的合理性。

1.2 冷凍后復溫作用

快速復溫,組織在較高溫度的情況下,處于高濃度的電解質中,易于破壞;緩慢復溫,可使組織在真正溶解前(常在一lO℃~O℃)再次形成冰晶,由此形成大冰晶破壞細胞膜。

1.3 細胞膜損傷

低溫使構成細胞膜的主要成分脂質一蛋白復合物變性,致使細胞破裂。

1.4 溫度休克

低溫引起的局部溫度突然下降致使細胞發生低溫性休克,引起細胞死亡。

1.5 血管性因素

冷凍引起血管痙攣,毛細血管內皮發生改變,血小板微血拴形成,血液有形成分破壞并形成凝塊。此外,在冷凍作用下,毛細血管通透性增加,從而引起血粘度增加,靜水壓改變,血流緩慢。冷凍區周圍動靜脈分流開放,也可造成血流減少,導致組織缺血缺氧性壞死。故有學者認為血管性因素所致微循環障礙是冷凍后組織壞死的主要原因。

1.6 臨界細胞容積學說

認為在冷凍區進展中,細胞水分喪失,細胞皺縮,只能耐受到最小容積。超過此極限,細胞就破壞,從而造成組織損傷。

1.7 凋亡

在冷凍的分子生物學研究過程中,Hollisterl61發現冷凍的邊緣區部分細胞有凋亡小體,其存活數天后死亡l Hanai?等證實人類結腸癌細胞暴露在適當的低溫下(一6~36"C).部分細胞呈現凋亡過程。

1.8 免疫學效應

冷凍治療可引起抗體產生,這項研究是由Yantorno和Shulman在兔屬腺體中發現,并證明組織或器官特異性以及種屬特異性。1967年,Shulman等在用冷凍治療前列腺癌的過程中,證實有益的免疫反應發生。此后則有連續的冷凍與免疫的臨床報道。

2、冷凍治療器的發展歷史

2.1 第一代冷凍治療器

1961年,Irving Cooper和Arnold Lee設計出第一代液氮低溫探針,首先應用于神經外科,在六十和七十年代廣泛用于泌尿外科。第一代冷凍治療器由于沒有實時監測和冷凍后復溫保護,其并發癥較多且往往顯著,由于定位不準確和冷凍探頭凍結程度監測技術的落后,第一代冷凍治療器的應用未能廣泛應用。

2.2第二代冷凍治療器

20世紀80年代末,隨著超聲成像技術的發展,第二代冷凍治療器隨之產生,由于監測技術的應用,冷凍探頭可精確定位,冷凍過程中實時監控和冷凍過程的控制及可視化等,將溫度傳感器與探頭相結合,可直接測量靶區溫度,其并發癥明顯減少,第二代冷凍治療器在臨床上得到廣泛的應用。

2.3 第三代冷凍治療器

20世紀90年代,利用焦耳一湯姆遜原理美國研制了一種新的以低溫為主、冷熱交替的冷凍治療設備,簡稱“氬氦刀”,真正實現了低溫冷凍技術的臨床應用。第三代冷凍治療器的作用機制是:高壓氫氣在刀尖的快速膨脹使組織快速降溫形成與針桿形狀相對應的冰球,當輸出高壓氦氣時,又使冰球在數分鐘內解凍并迅速升溫。由于氬氣與氦氣制冷或加熱均局限于針桿的尖端區域,針桿的其余部分有良好的冷熱絕緣性,因此不會對穿刺路徑上的組織產生嚴重損傷。

3、冷凍治療的最新監測技術

嘲熱電偶測溫儀首先用于監測冷凍邊緣的溫度,用于防止產生嚴重的并發癥。在上世紀90年代,超聲成像技術是常用的監測方法,并在腫瘤的治療中取得了很好的效果,由于超聲成像自身的局限性,如冰晶引起的成像陰影及不能顯示冷凍過程中病變的變化過程,使超聲成像技術應用受到限制。磁共振成像可克服陰影的成像問題且可提供三維凍結區域,但費用昂貴使其不能得到廣泛應用。電阻抗成像技術(EIT)是一項相對成熟的技術,是一種簡單有效而低廉的低溫治療監測技術,其應用于低溫治療有其顯著的優點。

4、黑色素細胞對冷凍的敏感性

黑色素細胞分布在表皮的基底層,能產生黑色素顆粒,黑色素顆粒的多少與皮膚顏色的深淺有關。黑色素顆粒能夠吸收紫外線,使深層組織免受紫外線輻射的損害。在皮膚的各結構成分中,黑色素細胞對冷凍較為敏感。在研究豚鼠皮膚深度冷凍后的色素變化和黑色素細胞的分布時,發現在深冷凍的中心區皮膚出現了色素減退或脫失,光鏡下可見黑色素細胞消失,而在深冷凍的邊緣區卻出現了色素增加,光鏡下見黑色素細胞數目增加。提示冷凍區邊緣的冷凍劑量較中心區小。故Burge等認為輕微的冷凍刺激可增加黑色素細胞的合成功能和使之前多巴胺陰性的黑色素細胞合成黑色素,而遷移至冷凍邊緣區的黑色素細胞能耐受次致死冷凍劑量從而合成大量的黑色素。

5、液氮冷凍方法的分類

目前,可以把液氮冷凍分為兩類。

5.1通過對細胞和組織無明顯損傷作用使局部皮膚治療溫度控制在一1℃~6℃之間,從而產生某些生物學效應以達到治療目的冷凍方法稱之為液氮淺低溫冷凍。

液氮淺低溫冷凍作用機制:

(1)血管性因素:由于較弱的冷刺激,局部血管先保護性收縮,復溫后毛細血管反射性擴張,溫度升高,促進了血管的新生和改善了血管的舒縮功能;

(2)神經系統因素:由于局部冷刺激,可通過神經傳導,調節中樞神經系統的功能;同時,又通過反射作用于植物神經,也調節了皮膚血管的舒縮功能;

(3)表皮增生。

5.2通過對細胞和組織產生損傷或壞死作用以達到治療目的的冷凍方法稱之為液氮深低溫冷凍。

6、展望

液氮冷凍在臨床上已成為一種常規的治療方法,但由于這種療法有一定的副作用和禁忌癥,隨著現代科學技術的發展,冷凍基礎理論和臨床研究的深入開展,促進了現代化冷凍器械的溫度可控性的實現以及多種精巧形狀冷凍探頭的成功制造,拓展了冷凍外科的適應癥及臨床應用,在醫學領域具有廣闊的應用前景。

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