超声空化的生物学效应机制及其应用(2)

发布时间：2021-06-07

射声波或增强能量局部沉积，减少焦域后获得的能量，提示空化

可用于保护焦点后区域。”】。但声场中的气泡也会增强焦域前

能量沉积，且稳态空化会使气泡向ＨＩＦＵ换能器方向迁移，造成

焦点前组织的损伤和对原焦域的屏蔽，使ＨＩＦＵ致坏死区域的

变形。Ｃａｌｅｂ等‘”’研究表明，高温时也可以抑制气泡增强温升；温度和气泡遮蔽都影响着焦域内气泡的活动。总的来说，空化可以增强ＨＩＦＵ目标区域内能量的利用率，但同时需要避免空化造成的焦域前后损伤和坏死形状的不可控，在实际应用中应

从中寻找合适的平衡点。

二、机械效应

１．溶细胞作用和组织摧毁术：空化溶细胞的机制主要是剧

烈的惯性空化或完整气泡的射流或微声流对细胞膜造成的剪切

力Ｈ“，其他机制可能还包括惯性空化产生的化学物质和自由辐

射。Ｗａｒｄ等’１副发现，Ｈｅｌａ３细胞悬液中有意义的细胞溶解或声

孔效应只在生化效应（如胀忘和凋亡）发生之前的联合。造影剂组，并提示造影剂气泡的稳态振动和气泡分裂产生的空化核起

到了莺要作用。于廷和等‘”１用非致死剂量超声辐射卵巢癌细胞３ＡＱ后观察到线粒体肿胀、嵴断裂，甚至膜破裂，胞浆内出现空泡，提示空化的机械作用。近年来，ｘｕ等‘驯提出利用空化进

行组织摧毁术。即用低占空比高强度短脉冲超声机械地破坏细胞并分裂组织且分界锐利。离体和活体试验‘…在猪和犬的心房壁和房间隔造成了位置形状精确的穿孔。ｘｕ等‘２驯认为，组织摧毁术组织中的微泡可以在声压快速的周期性压缩和稀疏化

的过程中产生，这是因为他们所用治疗头的频率较低

（７８８ｋＨｚ）。比常用的ＨＩＦＵ频率（１—２ＭＨｚ）和诊断超声频率更易产生空化；且ｘｕ等一¨的活体研究主要是在动物心房壁或房间隔上进行的，存在类似于固体和水的界面，比软组织内部更易产生空化。用ＨＩＦＵ辐射小鼠Ｈ。肝移植瘤‘“１、大鼠肝癌‘”。、兔ＶＸ：肝移植瘤（联合造影剂）Ⅲｏ和人乳腺癌组织发现，细胞膜和核膜连续性丧失。核周间隙增宽；染色质边集，细胞质内出

现较多的空泡样结构，线粒体脊断裂等，提示空化的机械溶细胞

作用。此外，Ｚｈｏｕ等‘”１研究发现，脉冲高强度聚焦超声（ｐｕｌｓｅｄ

ｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆｏｃｕｓｅｄ

ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ，ＰＨＩＦＵ）联合造影剂町以用来非

热消融兔肝ＶＸ，移植瘤，提示空化用于机械消融实体肿瘤的可能性。

２．增加细胞膜通透性和药物传递：超声作用于细胞可使细胞膜对大分子开放使之进入细胞，称为声孔效应口“。由于剧烈程度的不同，细胞膜上的小孔可逆或非可逆，称为可修复性声孔效应和致死性声孔效应【２”。声孔效应主要是由搴化作用中气泡的振动或萎陷和伴随发生的微声流、冲击波、射流等将气泡周围的细胞膜击穿形成。利用声孔效应等可以使细胞膜通透性增加，提高局部进入细胞的药物浓度，增强药物疗效和利用率；增强靶向性，减少药物对其它器官的损害。体外研究大量声空化

条件下的前列腺癌细胞ＤＵｌ４５发现，大部分入胞现象发生在超声辐照后的数分钟内；理论模型认为细胞膜开口最初有３００

ｎｍ，

而后逐渐缩小。有２０一５０ｓ的半衰期２ｓ］。０’Ｎｅｉｌｌ等。２引研究排

除了高热作为增强药物传递的主要机制的可能性；但ＰＨＩＦＵ可

以使增强效应持续２４ｈ以上，长于高温和声空化的时间，提示

可能存在其它调节传递的机制。一些研究均表明，超声可以提高某些药物进入细胞的浓度，并证明超声空化与这些药物具有

协同作用瑚‘３“。

万方数据

２２５

３．肿瘤免疫与肿瘤转移：空化作用增加细胞膜脂质双分子

层的流动性，使镶嵌于其中的肿瘤抗原暴露增加；若肿瘤细胞破裂，细胞浆和细胞核内的肿瘤抗原释放并充分暴露，机体对肿瘤组织的免疫反应增加。付敏等‘“。研究发现，ＨＩＦＵ处理制成的

固化瘤苗抑瘤率和生命延长率显著高于水浴法（６５℃）制得者。

王文见等门副用ＨＩＦＵ辐射大鼠肝癌后发现外周血淋巴细胞活性增高，并接近正常肝对照组，说明ＨＩＦＵ可以提高淋巴细胞免

疫功能，并有望达到正常机体水平。钟华等一副用Ｍｉｌｌｉｃｅｌｌ．ＰＣＦ培养小室法发现经超声联合造影剂辐照后的结肠癌细胞Ｌｏｖｏ的迁移运动明显受抑制作用。但Ｄｏｕｇｌａｓ等一刮用碎石冲击波（１ｉｔｈｏｔｒｉｐｔｅｒｓｈｏｃｋｗａｖｅ，ＬＳＷ）联合空气或造影剂活体辐射鼠黑

色素瘤Ｂ１６一Ｄ５提示ＬＳＷ空化可以增加肿瘤转移率和死亡率，大量释放入循环系统的肿瘤细胞或细胞碎片可能有致死效应。究竟守化是否会增加肿瘤转移率和死亡率，上述差异是否源于肿瘤细胞生长环境的差异、超声辐射方式不同或其它原因，尚待进一步研究。

４．碎石：液体中结石表面的凹陷、裂缝都可能俘获气泡”’。当环境压强减小时，这些气泡可以脱离固体表面而自由悬浮在液体中形成空化核。这些空化核惯性萎陷时在结石表面产生高速射流并对其造成极大的冲击，使结石表面或内部产生裂隙，最终使结石碎裂。体外实验中，人工结石前后端面都可见到空蚀斑；窄化可以破坏像胆固醇这样可抵抗剪切的材料。高黏性

（例如胆汁中）和超静压可以抑制夺化而明显地降低碎石效率；

在初始层裂发生之后结石的破碎过程中，空化贡献很大一“。

三、自由辐射和自由基

空化效应的细胞毒性主要归因于气泡惯性崩溃产生的光辐

射和自由基的产生等。光辐射的效应同电离辐射作用于人体产生的效应是一样的”１；紫外线和软ｘ射线的释放也可能导致细

胞的溶解。实验证明，声动力治疗过程中活性氧的存在，声敏剂ＡＴＸ－７可将空化过程产生的激发态的ＯＨ的能量转移给溶液中产生的氧，产生能够杀死肿瘤细胞的１０：和０ｉ一”。

展

望

超声窑化有多种机制，且各机制之间相瓦影响；其丰要通过

增强温升、机械效应和／或自由辐射影响牛物系统；但机体组织

也是复杂的，当空化发生时，组织声环境和介质状态将晕动态变

化，其表现及作用将更加复杂。超声空化的生物学效应机制及