医药学论文-腹腔镜CO2气腹对肿瘤种植转移影响的研究进展

医药学-腹腔镜CO2气腹对肿瘤种植转移影响的研究进展 作者:袁喜红，印慨， 郑成 【摘要】 目的:腹腔镜在肿瘤手术中的应用已逐步开展，成为肿瘤外科研究的热点之一。CO2气腹促进肿瘤种植转移一直受到广泛关注，其机制涉及CO2气腹压力、局部微酸环境、机体免疫和肿瘤细胞粘附性能改变等多方面因素。现对近年腹腔镜CO2气腹对肿瘤种植转移影响的研究进展作一综述。 【关键词】 肿瘤种植;肿瘤转移;腹腔镜术;二氧化碳气腹;综述文献 目前腹腔镜在肿瘤诊治中的应用已日益展开，如腹腔镜卵巢癌切除术、结直肠癌根治术、远端胃癌根治术、胰腺肿瘤切除术等。但腹腔镜术后发生肿瘤腹腔扩散和穿刺点转移(portsite metastasis,PSM)，使此项技术在肿瘤外科方面的推广受到质疑。有关腹腔镜CO2气腹对肿瘤种植转移的影响已成为争议的焦点。现将近年相关的研究进展作一综述。 , 腹腔镜术后肿瘤种植转移的发病概况肿瘤腹腔扩散和穿刺点转移(portsite metastasis,PSM)多发生在腹腔镜肿瘤术后3,9个月，最早发生在术后7d，典型体征是在原套管孔的一处或多处，扪及质硬、触痛的小结,,,。1978年Dobronted等首次报道了l例卵巢癌诊断性腹腔镜检查术后发生PSM。1998年Schaeff等,,,统计有9,篇文献报道194例内窥镜手术后PSM病例中141例为腹腔镜术后转移，其中1,8例为腹腔镜消化道手术，29例为腹腔镜妇科手术，4例为腹腔镜泌尿外科手术;另有23例为胸腔镜手术后转移。临床复发时间平均为6个月。文献报道,,,不同性质肿瘤的PSM发生率有较大差别，结肠癌的腹腔镜手术戳孔复发率约为0.85%，与开腹手术的0.6,~1.6%相近;而胆囊癌的戳孔复发率却高达15%左右。早期报道腹腔镜术后PSM发生率较高，1997年Larach等,,,对344例结直肠腺癌患者进行了一项前瞻性随机对照研究，随访5年，在腹腔镜组172例中发现1例PSM，发生率仅为0.6%;2000年Stocchi等,,,总结2 858例腹腔镜结肠癌切除术患者，发现仅2,例发生PSM(0(7,)。随着腹腔镜在肿瘤诊治中的应用，PSM的发病率发生了改变。以往报道的高发病率与样本量太少及手术技巧有关，而对PSM发生机制及预防认识的提高是PSM降低的重要原因。 , CO2气腹对肿瘤种植转移的影响机制目前有关CO2气腹对肿瘤种植转移影响的研究大部分是通过体外或体内的动物实验进行，其主要影响机制包括气腹机械压力、局部微酸环境、机体免疫力和肿瘤细胞生物学特性的改变等方面。 1 CO2气腹机械压力的影响 CO2气腹建成后，肿瘤细胞有可能在气压和气流的驱动下发生腹腔内播散。Wittich等,,,将CO2气腹分为,,、,、0mm Hg 3个压力组，建立气腹后注射入肿瘤细胞并维持气腹60min，11d后处死动物检测，结果显示,,,mm Hg组肿瘤的发生率明显高于4mm Hg组(P=0.039)和0mm Hg组(P=0.004),得出的结论是高压力CO2气腹利于肿瘤生长，建议在腹腔镜肿瘤外科手术中应用低气腹压力。Volz等,,,在腹膜的超微结构后,指出CO2对腹膜间皮细胞的机械高压导致基底膜暴露,底层结缔组织剥脱，面负电荷变性等使瘤细胞易于粘附生长与种植转移。CO2气腹压力增高还会影响腹腔组织、脏器的血流分配，影响肿瘤生长。Yavuz 等,,,在对猪的一组实验中发现，,、10mm Hg CO2气腹组的腹膜血流量是0mm Hg组的3倍，他们认为，高CO2气腹压力促使血流增加而利于肿瘤细胞在局部腹膜聚集、种植。Ishida等,,,建立不同压力(5、,,、,,mm Hg)及不同持续时间(30、60min)的BALB/c系小鼠气腹模型，经门静脉接种含有放射性标记的大鼠结肠癌细胞，操作后处死动物并根据放射性检测结果比较对肝转移的影响，结果表明，增加气腹压力比延长时间更易促进肿瘤的肝转移;他们认为CO2气腹机械压力导致肝脏血流减少，降低了肿瘤的冲刷能力，增加了肿瘤细胞在肝脏的聚集，导致肿瘤转移增加。 2 CO2气腹导致局部微酸环境的影响 CO2气体的水溶性很高，人工气腹中CO2气体与水结合反应会产生大量的H，，导致腹腔局部呈现微酸性环境。Volz等,,,,通过穿 刺针研究不同气腹裸鼠腹膜表面pH值变化与腹膜间皮细胞结构的改变,发现CO2对腹膜微环境可发生严重干扰，如酸中毒等,降低压力与更换其他气体可消除这些不利影响。 Jacobi等,,,,在一组体外试管实验中证实，充入CO2改变了癌细胞的内外H，浓度,pH值从7.5降到6.6,将需氧代谢转变为厌氧代谢从而处于酸中毒状态,有利于激活细胞有丝分裂相关酶,促肿瘤生长,细胞内NADH/NAD+比值不变,从而保护细胞免受氧自由基的破坏。Kuntz等,,,,比较了不同气体(空气、笑气、氦气、CO2)不同压力腹腔镜大鼠皮下、腹腔内、血液pH值的变化,结果表明，CO2对皮下、腹腔内pH影响较大,其他气体则影响甚微,并认为低pH是CO2促肿瘤生长与种植的原因之一。为此，吴步初等,,,,观察了静脉推注5%NaHCO3的CO2气腹组、CO2气腹组及对照组带瘤Wister大鼠的肿瘤生长及穿刺点转移情况，结果静脉推注5%NaHCO3的CO2气腹组、CO2气腹组及对照组穿刺点转移率无明显差异，他们认为,CO2气腹影响肿瘤细胞生长和播散的机制复杂，不能完全用CO2引起机体酸中毒解释。 2.3 CO2气腹对机体免疫的影响 与开腹手术相比，腹腔镜手术对机体全身免疫系统的影响较小;但在腹腔镜手术中，由于CO2气腹的作用，机体局部免疫功能受抑制更加严重。West等,,,,通过体外不同气体培养下腹腔巨噬细胞分泌TNFα(肿瘤坏死因子α)、IL1(白细胞介素1)及细胞内pH值变化的研究,并检测了小鼠体内腹膜组织pH的变化及巨噬细胞分泌的TNFα,认为无论体内外CO2的暴露均可显著减弱脂多糖(,,,)介导的细胞因子释放;在体外, CO2培养下巨噬细胞分泌TNFα、IL1显著减弱,细胞内pH值显著下降,认为巨噬细胞胞质酸化pH降低明显抑制其功能,由于TNFα有显著的抗肿瘤作用,局部免疫功能下降会导致肿瘤细胞的粘附增殖,推测CO2致使免疫下调的首要原因是腹膜巨噬细胞功能抑制,从而对肿瘤细胞的杀伤力大为减弱。同时有研究认为，CO2气腹造成腹壁局部组织氧分压下降，细胞内游离钙离子浓度上升，影响腹膜细胞增殖,,,,;CO2气腹后腹膜细胞超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢酶等抗氧化物质明显减少，致使腹膜细胞的防御能力减低,,,,。Takeuchi等,,,,检测了CO2气腹剖腹组和免气腹剖腹组肝脏和脾脏局部脏器NK细胞活性，结果表明，CO2气腹组术后24h肝脏、脾脏等局部脏器NK细胞活性比免气腹组下降明显(P<0.05)，指出CO2气腹会降低肝脏和脾脏等局部脏器的免疫力。 4 CO2气腹对肿瘤粘附性能的影响 1、CD,, 及其变异体CD,,V6 CO2气腹作用，肿瘤细胞对机体组织粘附力增强。Kim等,,,,体外实验研究发现，CO2气腹处理后，肿瘤细胞表面促进肿瘤转移相关的粘附分子ICAM1、 CD,,std(标准型)表达增强;而抑制肿瘤转移相关的粘附分子钙粘着蛋白表达却明显减少。Gutt等,,,,随机将30只WAG/RIJ系大鼠分为CO2气腹组、无气腹组、剖腹组，并均在90min的手术过程中向门静脉注射等量结肠癌细胞，28d后用免疫组织化学和图像分析技术检测肝脏转移癌中CD,,V5、CD,,V6的表达，表明CO2气腹组的表达明显高于无气腹组。另一方面，经过CO2气腹作用，机体组织对肿瘤细胞粘附力增强。Ziprin等,,,,观察发现，CO2气腹下腹膜间皮细胞对肿瘤细胞粘附增强，而且伴有的ICAM1表达增加。 Izumi 等,,,,随机将BALB/C系小鼠分成3组，在脾内注入结肠癌细胞后分别进行CO2气腹术、开腹术、单纯麻醉，术后采用RTPCR法检测小鼠肝脏组织ICAM1mRNA表达，结果表明，CO2气腹组肝脏组织ICAM1mRNA表达高于其他组(P<0.05)，从而得出结论，CO2气腹能增强肝脏组织中ICAM1表达，促进肝脏对肿瘤细胞的粘附，导致肿瘤肝转移。因此，CO2气腹可能通过增强肿瘤细胞和腹膜、腹腔脏器之间相互粘附的性能促进肿瘤的种植转移。 5 其他因素 腹腔镜肿瘤手术过程中，不可避免会产生一定量的悬浮肿瘤细胞。人工CO2气腹建立、稳定时由于压力梯度、气流吹入作用使CO2从戳孔处渗漏，在戳孔局部 形成湍流，使肿瘤细胞漂浮迁移戳孔处，引起肿瘤细胞种植，即所谓的“烟囱效应” 。大量冷CO2气体的吹入使腹腔内体温过低，也容易导致肿瘤腹腔种植转移。腹腔镜术后仔细完整的切除口处的腹膜、筋膜、皮肤层和穿刺点周围组织可以明显降低穿刺部位的种植转移。 , 预防对策 1 一般预防措施 根据研究,,,，,,,，目前降低肿瘤种植转移的有效措施主要包括:(1)完善规范的术前检查和诊断，严格掌握腹腔镜肿瘤手术的指征;(2)熟练掌握手术技巧，缩短CO2气腹存留时间;(3)采用加热湿化的CO2降低肿瘤细胞的雾化状态;(4)严格遵循无瘤原则，避免接触肿瘤，用塑料袋自切口取出肿瘤;(5)手术结束时先放气再拔套管，防止烟囱效应;(6)切除戳孔周围组织后关闭切口。无气腹腹腔镜技术和He气腹可能降低肿瘤种植转移的发生，但无气腹增加了手术的难度和时间，He则价格昂贵且不易获得。 2 药物预防 目前研究较多的药物有滔罗定、 聚维酮碘、肝素、5FU等。Jacobi等,,,,经大量小鼠体内和体外实验证实，滔罗定与滔罗定+肝素能有效抑制CO2气腹术后肿瘤种植转移的发生，而单用肝素效果不佳。同时指出肝素只能在体内起作用，其机制主要是与腹膜表面纤维连接蛋白结合后阻断肿瘤细胞与细胞外基质结合，使瘤细胞不易粘附;滔罗定则不论体内外均有强大的抗瘤作用，其机制主要是抑制血单核细胞对IL1的释放及显著的抗病原体粘附能力，并且可能有直接杀伤肿瘤细胞的作用。滔罗定使用已经进入临床试验阶段。Schneider等,,,,在一组猪的气腹模型中发现用5%聚维酮碘冲洗器械组PSM发生率明显低于未处理组(13.8% vs63.8% )。目前用聚维酮碘冲洗器械和腹腔较容易在临床推广。在抗肿瘤粘附抗体应用方面，Hirabayashi等,,,,在CO2气腹下向BALB/C系小鼠注入人胃癌细胞的同时注入抗整合素抗体、抗CD,,抗体，与仅注入人胃癌细胞相比此法能明显减少种植肿瘤的重量(P<0.05)。这为今后预防CO2气腹术后肿瘤种植转移的发生提供了新途径。 , 展 望 目前腹腔镜CO2气腹对肿瘤种植转移的影响机制尚不完全明确，暂无特殊有效的治疗，主要是预防为主。对预防措施认识的提高是降低PSM发生率的关键。根据现有的研究结果，可以通过改变腹腔镜手术时腹腔的内环境以减少肿瘤种植转移。例如，降低手术中CO2气腹压力，改变局部微酸性环境，药物灌洗等方法来减少CO2气腹对肿瘤种植转移的不利影响。由于腹腔镜手术具有创伤少、恢复快、住院时间短等优势，腹腔镜技术用于早期恶性肿瘤手术已为大多数肿瘤外科医师认同。尽管没有多中心的前瞻性随机对照研究来客观评价腹腔镜下恶性肿瘤手术的优劣,但在世界各地,腹腔镜下恶性肿瘤手术的临床实践和研究仍在不断迅速发展。我们有理由相信，随着研究的深入,肿瘤种植转移的潜在风险会得到很好的控制，腹腔镜在肿瘤外科方面的应用将具有非常广阔的前景。 【参考文献】 ,,, Martinez J，Targarona EM，Balague C，et al.Port site metastasis.An unresolved problem in laparoscopic surgery.A review,,,.Int Surg，1995，80(4):315321(,,, Schaeff B，Paolucci V，Thomopoulos J，et al(Port site recurrences after laparoscopic surgery.A rewew,,,.Dig Surg，1998，15(2):124134(,,, Reymond MA,Bien N,Pross M,et al.The status of portsite recurrence,,,.Kongressbd Dtsch Ges Chir Kongr，2001，118(9):187191.,,, Larach SW，Patankar SK，Ferrara A，et al.Complications of laparoscopic colorectal surgery(Analysis and comparison of early vs latter experience,,,.Dis Colon Rectum,1997，40(5):592596(,,, Stocchi L，Nelson H(Wound recurrences following laparoscopicassisted colectomy for cancer,,,.Arch Surg，2000，135(8):948 958.,,, Wittich P,Steyerberg EW,Simons SH,et al.Intraperitoneal tumor growth is influenced by pressure of carbon dioxide pneumoperitoneum,,,.Surg Endosc,2000,14(9):817819. 作者:袁喜红，印慨， 郑成 ,,, Volz J,Koster S,Schaeff B,et al.Laparoscopic surgery:the effects of insufflation gas on tumorinduced lethality in unde mice,,,.Am J Obstet Gynecol,1998,178(4):793795. ,,, Yavuz Y,Ronning K,Lyng O,et al.Effect of carbon dioxide pneumoperitoneum on tissue blood flow in the peritoneum,rectus abdominis,and diaphragm muscles,,,.Surg Endosc,2003,17(10):16321635.,,, Ishida H,Hashimoto D,Nakada H,et al.Increased insufflation pressure enhances the development of liver metastasis in a mouse laparoscopy model:possible mechanisms,,,.Surg Endosc,2002,16(2):331335.,,,, Volz J,Koster S,Spacek Z,et al.Characteristic alterations of the peritoneum after carbon dioxide pneumoperitoneum,,,.Surg Endosc,1999,13(16):611614.,,,, Jacobi CA,Sabat R,Bohm B,et al.Pneumoperitoneum with carbon dioxide stimulates growth of malignant colonic cells,,,.Surgery,1997,121(1):7278.,,,, Kuntz C,Wunsch A,Bodeker C,et al.Effect of pressure and gas type on intraabdominal,subcutaneous,and blood pH in laparoscopy,,,.Surg Endosc,2000,14(4):367371.,,,, 吴步初,喇端端,季晓琼,等.二氧化碳 气腹对肿瘤细胞生长和播散影响的研究,,,.现代诊断与治疗,2004，15(4):199201. ,, ,, West MA,Hackam DJ,Baker J,et al.Mechanism of decreased in vitro murine macrophage cytokine release after exposure to carbon dioxide,,,.Am Surg,1997,226(2):179 190.,,,, Wildbrett P,Oh A,Naundorf D,et al.Impact of laparoscopic gases on peritoneal microenvironment and essential parameters of cell function,,,.Surg Endosc,2003,17(1):7882.,,,, Taskin O,Buhur A,Birincioglu M,et al.The effects of duration of CO2 insufflation and irrigation on peritoneal microcirculation assessed by free radical scavengers and total glutathion levels during operative laparoscopy,,,.J Am Assoc Gynecol Laparosc,1998,5(2):129133.,,,, Takeuchi I,Ishida H,Mori T,et al.Comparison of the effects of gasless procedure,CO2 pneumoperitoneum,and laparotomy on splenic and hepatic natural killer activity in a rat model,,,.Surg Endosc,2004,18(2):255260.,,,, Mohri Y.Prognostic significance of Ecadherin expression in human colorectal cancer tissue,,,.Surg Today,1997,27(7):606612.,,,, Maeda K,Kang SM,Sawada T,et al.Expression of intercellular adhesion molecule1 and prognosis in colorectal cancer,,,.Oncol Rep,2002,9(3):511514.,,,, 陈冰，黄文斌.CD44V6在结直肠癌中的表达及其临床意 义,,,.世界华人消化杂志，2002，10(4):471472.,,,, Kim ZG,Mehl C,Lorenz M,et al.Impact of laparoscopic CO2insufflation on tumorassociated molecules in cultured colorectal cancer cells,,,.Surg Endosc,2002,16(8):11821186.,,,, Gutt CN,Kim ZG，Schemmer P,et al.Impact of laparoscopic and conventional surgery on Kupffer cells,tumorassociated CD44 expression,and imtrahepottic tumor spread,J,.Arch Surg,2002，137(12):14081412.,,,, Ziprin P,Ridgway PF,Peck DH,et al.Laparoscopic enhancement of tumor cell binding to the peritoneum is inhibited by antiintercellular adhesion molecule1 monoclonal antibody,,,.Surg Endosc,2003,17(11):18121817.,,,, Izumi K,Ishikawa K,Tojigamori M,et al.Liver metastasis and ICAM1 mRNA expression in the liver after carbon dioxide pneumoperitoneum in a murine model,,,.Surg Endosc,2005,19(8):10491054. ,, ,, Franklin ME Jr,Rosenthal D,AbregoMedina D,et al.Prospective comparison of open vs.laparoscopic colon surgery for carcinoma.Fiveyear results,,,.Dis Colon Rectum,1996,39(10 suppl):s3546.,,,, Targarona EM,Martinez J,Nadal A,et al.Cancer dissemination during laparoscopic surgery:tubes,gas and cells,,,.World J Surg,1998,22(1):5560.,,,, Jacobi CA，Wenger F,Sabat R,et al.The impact of 1aparoscopy with carbon dioxide versus heliun on immunologic function and tumor growth in a rat model,,,.Dig Surg，1998，15(2)16.,,,, Schneider C,Jung A,Reymond MA,et al.Efficacy of surgical measures in preventing portsite recurrences in a porcine model,,,.Surg Endosc,2001,15(2):121125.,,,, Hirabayashi Y,Yamaguchi K,Shiraishi N，et al.Portsite metastasis after CO2 pneumoperitoneum:role of adhesion molecules and prevention with antiadhesion molecules,,,.Surg Endosc,2004,18(7):11131117.