--国家医学科技（八五）攻关课题
以下内容摘录于《现代肿瘤热疗学--原理、方法与临床》本着，供大家参考。
《现代肿瘤热疗学--原理、方法与临床》出版于1997年1月，由我国国家医学（八五）攻关热疗课题组编着，名誉主编：中国抗癌协会理事长张天泽，主编：林世寅、李瑞英，副主编：毛慧生、万柏坤，编委：分别来自中国人民解放军总医院、中国医学科学院肿瘤医院、空军总医院、北京天坛医院、天津肿瘤医院、上海肿瘤医院、哈尔滨肿瘤医院、广州肿瘤医院、重庆肿瘤医院等18名肿瘤专家。
肿瘤热疗的需求
肿瘤的治疗在外科、放疗、化疗、免疫治疗都有很大发展，但对局部晚期或弥散性的肿瘤用常规治疗手段仅少数得到控制。所有癌症确诊时大约仅1/3为早期，此时为可手术治疗阶段；但多数病人为晚期即使采取各种综合治疗措施，治愈率仍很低。对这部分病人局部控制仍是初期治疗的目标，并对长期控制起决定性作用。对此即使采用破坏性的外科或化疗也不能防止局部肿瘤的进展或相继肿瘤复发，而高剂量的放疗对大肿瘤并不能提供足够的控制；对复发瘤采用任何常规治疗方法控制都较困难，并常预示着远转的来临。
美国癌症协会（1991）公布的资料，指出2/3的病人死亡时局部存在顽固的病灶，因局部失败死亡大约占1/3，当然有些肿瘤更高，如脑瘤，中枢神经系统肿瘤、头颈部癌、食管癌、卵巢癌、前列腺癌、子宫癌、膀胱癌等。因而想方设法改善或提高肿瘤局部控制率，将是提高肿瘤治疗效果的有力措施。
加温能杀死癌细胞是毫无疑问的，如果单用加温治癌，瘤体内温度须达到足够温度并维持一定的时间，才能保证癌细胞全部被杀死。
临床热疗的生物学机理
从大量的体内、体外研究资料及临床观察都证实高温更易损伤癌细胞、加热对放疗有增敏作用。现有两个基本的理论：一是高温直接的细胞毒作用，二是间接的放射增敏作用。生物学的这些理论是有根据的。
这些理论是来自于大量生物学研究并已被实践所证实。
1.高温直接的细胞毒作用。
加温超过42.5℃～43℃时，热能直接杀伤癌细胞，而且这种杀伤效果与肿瘤内普遍存在着乏O2pH值低细胞营养不良成正相关。热损伤的靶位与放疗不同，细胞浆膜、细胞骨架（线粒体、溶酶体、蛋白合成器官）及核仁更易被热损伤。
一般在血液供给不够充分的的肿瘤组织热细胞毒作用增强，像大肿瘤存在上述现象更为明显，在此情况下，即使给予相对低的40.5℃～41℃的加温，也可导致瘤细胞破坏；而对处于微环境正常的组织无影响。
2.热放射增敏作用
热放疗增敏复杂的机制还未充分子解，但已证实，放射引起的亚致死或签字致死损伤加热后将不易修复。另外，S期时相细胞对放射抗拒而对热极度敏感，还有抗放射的乏O2细胞却易受高温破坏，这些生物学的基础理论是放热互补的重要理论基础。
直接或间接改变肿瘤内的微循环明显地改善加热效果，最常用的是肿瘤的pH和血流。血流是主要的靶，因它不仅影响肿瘤的加热温度，也影响到氧和营养的供给，以及肿瘤区代谢废物的移出，相继影响pH值。
血流差的组织比血流好的组织对热更敏感。因后者可通过热消散使组织得到保护，血流差的组织加热后可导致代谢、微环境(乏O2、pH、能量消耗)的改变，从而增加了热敏性。
肿瘤内的pH值可通过高血糖（糖酵解）和借助周围血管扩张调整灌注（Hydrolazine， sodium，nitroprusside）而下降，实验研究资料证明通过修饰剂的应用加热效果是有前景的。
肿瘤热疗在临床呈现出的突出效果、使人惊讶和深思，常常出乎医生的预料，所以人们对这一领域的前景充满信心和希望。
Deway等人（1977）的细胞学动物学实验证明，加热对细胞有直接的细胞毒性作用，实验发现，组织受热升温到41℃至45℃（有效治疗温度范围），并维持数十分钟以上，可以杀灭哺乳动物的癌瘤细胞。这一结论已在临床肿瘤热疗中得到证实，并已成临床肿瘤治疗时的一项最基本的生物学量化依据。
热疗的分子和细胞生物学机理
1.大分子的变化
40℃～45℃可以诱发蛋白结构的改变，并与pH的高低有关。
2. 细胞膜和细胞骨架
一般认为，细胞膜是加温治疗的靶器官。受热后细胞膜的主要成分，磷脂质、脂肪酸、胆固醇、蛋白质等受到影响，细胞膜的流动性和通透性均发生改变，从而导致细胞死亡。细胞过热后，膜损伤严重，染色体发生畸变，后者形成多核巨细胞，分裂后死亡。
生物膜在常温下多呈液晶态，温度变化可影响膜的相变及流动性。生物膜的各种主要功能（能量转换、物质运送、信息传递等）都与膜的流动性密切相关。高热可使癌细胞线粒体膜的流动性改变，致膜上酶复合体及多酶体系的有序性破坏，酶失去其功能，癌细胞也随之死亡。
3. 高温对RNA、DNA和蛋白质合成的影响
加温43℃2小时，聚合酶解聚，细胞内RNA和DNA合成减弱，核分裂减少，均反应癌细胞繁殖和生长抑制，阻止癌细胞进入分裂期。实验证明，高温能使与DNA结合的染色体蛋白质发生损害。
4. 高温的生化代谢特征
高温对癌细胞的杀灭效应在于癌细胞内的代谢变化，例如RNA代谢变化，合成速度减慢，DNA和蛋白质合成障碍，细胞丧失增值能力。此外，正常组织加热后RNA、DNA和蛋白质也会发生类似变化。实验证明，高热具有选择性抑癌效应。
（1）肿瘤组织pH的改变
受热后组织的显着变化之一是瘤内pH降低。pH迅速降低，增强了对癌细胞的热杀伤效应，并可抑制肿瘤细胞对热损伤的修复和产生耐热性。
将LIA腹水细胞42.5℃加温1小时，测算接种成功率，结果表明，pH从7.2降至6.4时，使肿瘤的接种成功率从100％下降为0％，说明肿瘤在低pH时对高温更为敏感。pH的下降，溶酶体在酸性环境中增多，活性增强，碱性和酸性磷酸酶增高，促进肿瘤细胞自我消失。
（2）对肿瘤微代谢的影响
淤血、缺氧和内呼吸抑制：加温早期局部发生淤血，血管扩张及血管停滞，特别是微血管在42℃时Norikoff肝癌和Ehrlich腹水瘤对氧的摄取量较38℃时少，但正常组织无变化。电镜观察，加温早期主要是细胞和细胞质的变化；细胞缩小，微绒毛消失，线粒体控泡化及髓样变，数目减少；微绒毛消失，表面积减少，通过膜扩散的氧相对减少，细胞内呼吸主要在线粒体内进行，线粒体的受损，则癌细胞内呼吸抑制，加重癌细胞缺氧和功能不足，影响细胞内各种代谢。
5. 加温的病理形态学及超微结构特征
同样加温条件下，肿瘤组织比周围正常组织病理损害严重。电镜检查发现，过热细胞的溶酶体大量增加，线粒体破坏，多聚核蛋白体解聚，加温后数小时内细胞出现空泡和脂肪滴，细胞膜破坏，细胞损伤明显；1～2天后出现变性、坏死，3天以后逐渐恢复。加温可使溶酶体活性增加，RNA合成受损后DNA及蛋白质的合成障碍，从而加速细胞的溶解和死亡。
电镜观察，43.5℃60分每日2次处理的癌细胞，体积萎缩变小，细胞器减少而排列紊乱，自 体和残质体增加，核固缩，核仁出现多数透光区，部分癌细胞核染色质均质化，呈细颗粒状，通过扩大的核孔和核膜破损外逸到细胞外，前者常被溶酶体包围，后者则形成染色体碎片和粗大的团块，DNA染色（fealgen）法阳性，继而胞浆凝固，核质消失，癌细胞发生坏死，光镜下系凝固坏死。
6. 热敏性与癌基因及细胞凋亡
脑组织的能量代谢是很高的，特别在高温条件下。43℃是细胞热杀伤和血凝的临界温度。所以，43℃是人体生理现象的重要温度，而低于脑组织坏死的43℃临界温度40℃即可诱发凋亡的发生，40℃下能量循环变快，这正是细胞凋冷死亡所需之能量。
加温治癌的生物学合理性
肿瘤组织血管，微循环结构特点以及肿瘤的生理环境因素，构成高温治癌的生物学基础。
1.肿瘤的血管结构及微循环与正常组织相比，肿瘤血管网系统先天不良，表现为肿瘤血管结构粗糙紊乱，不规则扩张扭曲；毛细血管壁缺乏弹性，脆弱，易破裂；内皮细胞更新速度较肿瘤细胞低2倍；毛细血管的大量窦状隙平时处于开放状态，温度的升高不能改善血流；肿瘤增大压迫血管易形成闭塞；肿瘤血管神经感受器不健全，故对温度的反应性差。上述肿瘤血管形态学特点，致使肿瘤血流速度缓慢，血流量低，常为邻近正常组织的10％，而肿瘤组织受热后，散热不良，热量聚集，温度往往高于邻近组织3℃～7℃。这种温差可使肿瘤处于杀伤温度时，正常组织温度仍较低而不受损，从而形成高温作用于肿瘤组织的选择性。
肿瘤内的血流在不同类型的肿瘤是不同的，即使在同一个肿瘤血管与血流的分布也不十分均匀。一般来讲，肿瘤血液供应的特点使加温治疗肿瘤非常符合其病理生理特点，与正常组织相比，肿瘤的血运具有系统供血差，完整的血管少的特点。肿瘤是新生物，其内血管的生长是由周围正常组织的血管向肿瘤内生长而逐渐形成的，而神经的生长很缓慢，这样肿瘤内的血管很多是管壁不完整，无神经支配的状态，由此形成很多的血窦以至不能形成完整的动静脉系统，血流不通畅。肿瘤细胞直接生长进入血管腔或出血都会引起血管的阻塞，肿瘤进行性的生长引起血流进一步恶化。
肿瘤内的毛细血管总是呈现开放状态而正常组织内的许多毛细血管是关闭着的。在生理温度下肿瘤内的血流量比正常组织中的血流量大，当受热时肿瘤内血流量的增加与正常组织中的血流相比相对为少，正常组织在受热后由于血管扩张及血管壁通透性的增加引起血流的大量增加。结果，加温后热量在肿瘤内被血流带走比正常组织慢，因此受热严重。肿瘤内的温度有可能高于周围的正常组织。
2.乏氧细胞的热敏性
实体肿瘤中乏氧细胞的存在是大部分肿瘤放、化疗失败的主要原因。实体肿瘤中的乏氧细胞相对热敏性高，乏氧是肿瘤细胞无节制增殖造成。
3.高温的细胞周期效应
在S期的细胞过热后膜的损伤严重，可出现染色体畸变，形成多核细胞，分裂后死亡。对热敏感的S期。主要是其染色体通过蛋白质或类脂质变性而影响自身复制，蛋白链延长影响DNA合成导致细胞死亡。
热的直接细胞毒效应
42℃以上高温选择性破坏肿瘤的主要理论是
肿瘤体积增大，微血管发育不健全，正常组织血流比肿瘤大2.5～3倍；
肿瘤升温后造成血流不畅，由于肿瘤血管缺乏生理反射，加上血窦多，故肿瘤比正常组织散热困难。正常组织则借助良好的血运降温，使其维持在完全可耐受的温度，而肿瘤因蓄积热、致癌细胞死亡，这种现象即肿瘤的选择性加温。肿瘤的营养不良，低氧和低pH的外环境，均有利于扩大细胞毒效应。肿瘤细胞的热敏性明显高于正常细胞，往往不是由于热敏性的内在差异，而是各自所处的微环境不同。这样中度加温治疗，血运好的正常组织可以耐受，而大部分实体肿瘤细胞遭到破坏。
加温后组织内血流微环境的改变
受热组织的血流对于组织接受的热量程度极为重要。肿瘤和正常组织的血管热反应表现不同。高温使正常组织血流增加而避免热损伤。42℃～43℃加温引起肿瘤微血管的关闭，造成热的积蓄。这种血管闭锁，自然导致肿瘤内热生理量的增加，同时也加重环境酸度，转而扩大了生物热敏性。肿瘤和正常组织这种不同的血管反应形成了肿瘤的选择性，优先性加热。
1.正常组织血流的改变
正常细胞能较长时间耐受42℃～43℃高热，而肿瘤细胞在42℃以上很快灭活。肿瘤细胞对热敏性加热后肿瘤组织内血循环改变有关；
低或中等度加热（38～41℃），正常组织的血管通透性改变，血流量增加，而肿瘤组织内血管通透性、血流量改变不明显，或仅有一过性血流量增加。高温（43℃～45℃）使正常组织的血流量进一步增加，停止加热后2小时内温度可恢复正常，而肿瘤组织在43℃以上时血流量明显减少，停止加热后血流量更趋减少，使肿瘤组织散热困难。因此，加热同样温度，在肿瘤组织内比肿瘤周围的正常组织温度要高，且高温持续的时间长，其结果造成瘤细胞的不可逆性损害。
正常组织在47℃1小时发生血流淤滞，而肿瘤组织在41℃就可发生。正常组织临界温度45.7℃。而肿瘤组织为43℃。上述结果表明，一般加温后肿瘤组织中的血流低于周围组织及宿主相应的正常组织，正常组织血流的加速起散热作用。肿瘤组织血流缓慢，散热障碍，受热多，此乃是温热疗法对肿瘤有选择作用的基础。杨天恩报道，肿瘤受热后血流量高者，疗效差；反之肿瘤血流量低者，疗效好。
加温后肿瘤的血流
加温后引起肿瘤内血流的迟缓是由于：
血管内皮细胞的肿胀；
毛细血管壁内的肿瘤细胞和内皮细胞的崩解伴随着血液的渗漏；
白细胞粘附到血管壁上；
红细胞脆性和血液粘滞度的增加。
这些变化在受热的肿瘤内由于酸性环境而加剧。而有些正常组织内的血管，在温度高达46℃时，仍保持着完整的状态。
加温期间，血液和组织温度之间的关系
加温时肿瘤组织与周围正常组织相比是否温升较高，取决于受热后二者血流、血流量改变之间的比例。体积较大的肿瘤，受热后血流量增加较少，长时间受热后血流反而下降，其内温升大于周围正常组织。
加温后肿瘤组织与正常组织的血流量不同，取决于肿瘤内血管的形态和机能特点：
肿瘤的血管多为新生的血管，神经感受器发育不全，反应不良；
多由单层内皮构成的毛细血管和血窦，由于生长迅速常挤压血管，发生扭曲闭塞和血栓形成，造成血流障碍，压力增高易于破裂；
血管皮内细胞间隙大，癌细胞常浸润管壁而使管腔狭窄或形成瘤栓。此乃加温后肿瘤组织较正常组织血流量少的根本原因。
肿瘤易受血液循环影响，大体积肿瘤易蓄热而升温，达到肿瘤细胞致死的温度，加之大肿瘤常伴有乏氧，营养不良和低pH，更增加高温治疗的敏感性。
