Электро-химический лизис (подробнее)

Методика электрохимического лизиса новообразований

Химико-физические принципы электрохимического лизиса

ЭХЛ представляет собой разрушение биологических тканей под воздействием постоянного электрического тока.
С химико-физической точки зрения, мы можем рассматривать организм, как совокупность биологически закрытых электрических контуров (БЗЭК), наиболее распространенными из которых являются замкнутые сосудисто-интерстициальные контуры (ЗСИК), представляющие собой питательные каналы всех тканей, включая раковые. Артерии и вены в составе ЗСИК имеют в 200 раз более высокое изолирующее свойство стенок по сравнению с проводящей плазмой крови. В силу этого, артерии и вены формируют проводящие ?кабели?, которые также электрически связаны по капиллярам с интерстициальной жидкостью, настолько же электропроводной, как и плазма крови.

ЭХЛ новообразований включает в себя воздействие гальванического тока, фарадического тока и тока смещения, являющихся составляющими электричества, а также воздействие продуктов электрохимических реакций и транспортировок, которые происходят при взаимодействии электрических и магнитных полей с электрохимической системой тела (БЗЭК-системами).

Процесс ЭХЛ состоит из двух фаз, электрофоретическая зарядка (Фаза I) и разгрузка (Фаза II). Электроны перемещаются в металлических частях контура ЭХТ, а ионы в электролите тела. При низком начальном напряжении ток в схеме не течет. Причина в том, что границы раздела фаз электрод-электролит, а также границы ионопроводящих сред организма представляют собой резисторы, которые необходимо преодолеть. При постепенном увеличении вольтажа между электродами, постоянный электрический ток начинает течь при определенном напряжении, которое соответствует уровню выше так называемого напряжения равновесия. Величина разности потенциалов выше напряжения равновесия будет управлять контуром и называется потенциалом превышения. При этом происходит множество эффектов с формированием анодных и катодных продуктов реакции. Образование продуктов реакции и поток ионов соответствуют электрофоретической зарядке клетки (поляризация системы, Фаза I).

Когда внешний источник силы поляризовал клетку, создается самоуправляющаяся система. Это означает, что ток будет течь в обратном направлении, и клетка будет разряжаться (Фаза II). Причем, биологическая ткань способна к самостоятельному реверсированию тока. Это возможно из-за множества БЗЭК-систем в тканях, которые также содержат окислительно-восстановительные ферменты, служащие обратимыми электродами.

Гидролиз (разложение воды) приводит к образованию кислотности у анода (положительно заряженный электрод) (H+), pH=2 и щелочности у катода (отрицательно заряженный электрод) (ОН-) pH=12 (рис. 1). Эти соединения разрушают ткань вокруг электродов (рис. 2), вызывая коагуляционный (H+) (рис. 3) и колликвационный (ОН-) (рис. 4) некроз. В кислотном некрозе также участвует Cl2. Он составляет малую часть, поскольку относительно большие молекулы Cl2, не неся избытка заряда, не могут конкурировать с разрушительным эффектом ионов H+. Эти протоны легко распространяются и мигрируют более быстро в поле анода, чем любые другие ионы. Их воздействию на ткань противодействует буферная емкость тканевых полей, которая объясняет очень крутой пограничный градиент протонов.


Рисунок 1. Схема электролиза слабого электролита.

К А

Рисунок 2. Поперечный срез через опухоль. Видны зоны коагуляционного некроза у анода (А) и колликвационного у катода (К). Зона некроза у анода имеет меньший диаметр (Каплан М.А., 2005, с разрешения).


Рисунок 3. Коагуляционный некроз у анода, х100 (Каплан М.А., 2005, с разрешения).


Рисунок 4. Колликвационный некроз у катода, х100 (Каплан М.А., 2005, с разрешения).

Помимо газов Cl2 и O2 у анода, у катода также образуется H2. Газообразные вещества поднимают давление в ткани и вмешиваются в тканевую циркуляцию и реакции электрод-электролит. Они формируют пузырьки газа у анода и катода. Электрические поля вызывают смещение заряда в этих диэлектрических материалах с вторичной адсорбцией газов на электродах. Маленькие пузырьки газа также ?выталкиваются? в ткань под влиянием газового давления, и в поле анода, близко к электроду ? также в межклеточные пространства путем диэлектрофореза.

Очевидно, что образование газа на электродах нарушает процесс ЭХЛ, отделяя электроды от электролита. Уменьшение проведения тока в течение фазы I ЭХЛ с колебаниями напряжения часто воспринимается пациентами, как боль, и обусловливается образованием пузырьков газа на электродах. Этому недостатку можно препятствовать, вводя у электродов или через их просвет изотонический солевой раствор.

Часто, но ложно полагают, что за все эффекты ЭХЛ ответственны исключительно ионы H+ и ОН- и другие продукты реакций взаимодействия электрод-электролит. Однако ситуация значительно более сложна, из-за множества механизмов, связанных с БЗЭК, которые приводят к структурным и функциональным эффектам в рамках концепции отдаленного воздействия электромагнитного поля. Поэтому зона окончательного повреждения ткани при ЭХЛ превышает суммарную зону первичного некроза.

В частности, в области катода происходит воронкообразное сужение судов из-за увеличения тургорного давления, вызванного электроосмотическим током тканевой воды от анодной к катодной части поля, где происходит колликвация.

При гистологическом исследовании на периферии электрического поля определяются рассеянные места диапедезных кровоизлияний в виде отложений гематина. Это можно объяснить тем, что циркуляция электрического поля отдаленно активирует множество мест переноса электронов через эндотелиальные окислительно-восстановительные белки. Вырабатываются продукты реакции, приводящие к разрушению крови и формированию множества капиллярных микротромбозов. Вероятно, что расположение злокачественных клеток в области с заторможенным капиллярным кровообращением, приводит к их регрессу или отмиранию.

Таким образом, отдаленные эффекты электромагнитного поля в биологических тканях связаны с блокированием микрососудистого русла. Причем, в поле катода капилляры блокируются в результате электроосмотического переноса жидкости, а в поле анода ? из-за микротромбозов (рис. 5). Опухолевая ткань более чувствительна, чем нормальная ткань к химиотерапии, теплоте, холоду и радиации. Очевидно, что достаточно длительная обструкция сосудов серьезно вмешается в условия жизни такой ткани.



Рисунок 5. Отдаленные влияния поля на микроциркуляцию. 4 суток после ЭХЛ (Каплан М.А., 2005, с разрешения).


При ЭХЛ поле анода привлекает белые клетки крови, которые, как известно, заряжены электроотрицательно. Накопление лейкоцитов in vivo в тканевом поле анода с высокой вероятностью указывает на то, что индуцированная полем активация иммунологической системы вызывается ЭХЛ.

Также считается, что различные иммуномодуляторы, активизирующие макрофаги со способностью выборочного разрушения клеток новообразований, вводятся в действие электрофоретическим током ЭХЛ. После эндоцитозного образования содержащих иммуномодуляторы липосом, создающего цитоагрессивные макрофаги, их наведение на цель обеспечивается током ЭХЛ.

Полярность электрического поля оказывает важное воздействие на ионные каналы клеточных мембран. Они закрываются электроположительным и открываются электроотрицательным полем. Исключение ? эндотелиальные артериальные капилляры, которые сегментарно закрываются электроположительными и электроотрицательными полями, активизируя ЗСИК.

Заряженные агенты, такие как электроположительный адриамицин или электроотрицательный 5-фторурацил, можно вводить через электрод или у электрода. Когда электрод имеет одинаковую полярность с агентом (лекарством), равномерное распределение препарата с высокой концентрацией может привести к хорошему регрессу и паллиативным эффектам даже при больших, неизлечимых раковых образованиях.

Помимо воздействия на мембранные ионные насосы, состоящего в открытии ионных каналов клеточных мембран для химиотерапевтических препаратов в течение электроотрицательной фазы, достаточное напряжение тока приводит к разделению рыхло связанных заряженных элементов злокачественной ткани и, таким образом, создает благоприятные условия для локальной химиотерапии.

ЭХЛ обладает следующими основными преимуществами перед другими методами абляции опухолей:

? Нейтральная температура в очаге абляции позволяет выполнять процедуру под местным обезболиванием с премедикацией.
? Объем абляции практически неограничен, т.к. зависит только от числа используемых электродов.
? Значительно меньшая себестоимость операции.

Формулы

Количество электричества (кулон) Q = I?t.
Электрическое сопротивление участка цепи (закон Ома) R = U/I, где Q ? заряд [К]; I ? сила тока [А]; t ? время [с]; U ? напряжение [В]; R ? электрическое сопротивление [Ом].

Оборудование

• ECU 300