低温与冷冻疗法

5．7　低温与冷冻疗法

5．7．1　概述

低温医学是在低温生物学的基础上，研究低温对人体组织的影响，以及应用低温技术治疗疾病的一门新兴的医学科学。其主要内容包括：低温生理、低温保存、冷冻免疫、冷冻损伤和以治疗为目的的低温冷冻疗法。

低温冷冻疗法按温度降低程度可分为三类：①冷疗法，即治疗温度在0℃以上，体温以下。它作用于机体后不引起组织损伤，但可以通过寒冷刺激引起机体发生一系列功能性改变而达到治疗目的；②冷冻疗法，即温度在0～－100℃范围。作用于机体后，组织细胞发生冻结和破坏现象；③深度冷冻疗法，即温度继续下降到－100℃以下。

低温冷冻疗法广泛应用于皮肤科、妇产科、外科、眼科、耳鼻喉科、口腔科、麻醉科等，并取得良好的临床疗效，特别是对某些疾病，如：皮肤表面的痣、血管瘤、浅表肿瘤、眼睑炎性肉芽肿、慢性肥厚性鼻炎、内痔、慢性宫颈炎等疗效显著，采用冷冻综合疗法治疗某些恶性肿瘤的疗效明显提高，并且在临床实践的基础上不断得到改进，随着冷冻器械的不断革新，冷冻治疗从原来只治疗表浅的病变，发展到治疗体内器官的病变，从开腔直视下发展到内窥镜监视下穿刺式冷冻治疗。

低温冷冻疗法作为一种物理治疗方法，操作简单，术中患者痛苦少、安全、费用低廉，对临床某些疾病的治疗效果肯定，只要适应症选择恰当，不失为一种良好的临床治疗方法。

5．7．2　低温冷冻疗法的治疗作用

1．低温冷冻疗法对机体的影响

（1）对局部细胞的影响。人体细胞致死温度的临界范围是－20～－60℃，这是杀伤力最强的温度区域。恶性肿瘤细胞比正常细胞对冷冻更为敏感。两次冻融的杀伤效果比一次冻融的强。图5．37为细胞在－21℃～－175℃时，细胞内形成冰晶，细胞器（如线粒体和内质网）因此而发生不可逆性损伤，继之损伤细胞膜，最终导致细胞死亡的情况。

图5．37　低温对细胞的影响

（2）对组织代谢的影响。现已证明低温状态可使正在参与生理过程的活化分子数量减少，局部组织细胞的代谢减慢，耗氧量减少。

（3）对血循环的影响。短时间的冷刺激，可使周围血管收缩，外周血流量下降，并能改变血管的通透性，有减少渗出和防止水肿的作用。但长时间的冷刺激，可继而引起血管扩张反应。

（4）对肌肉神经系统的影响。短时间的冷刺激，可提高肌肉的应激能力，肌张力增高。但长时间的冷刺激则引起组织内温度降低，肌肉僵直，肌张力降低。

短时间的冷刺激，可使神经兴奋性增加，但长时间的低温反应会使神经兴奋性降低，因而有解痉、镇痛和麻醉等作用。

2．低温冷冻疗法的治疗作用

（1）降低体温。局部或全身降温后，先是毛细血管收缩，继而皮肤血管扩张，机体散热增加，体温降低。可用于高烧患者、中暑患者、脑损伤和脑缺氧者。

（2）镇痛解痉。低温可使细胞代谢减弱，神经兴奋性降低，因而有镇痛解痉的作用。可用于软组织挫伤后、牙痛等。

（3）破坏作用。冷冻对细胞有破坏作用，可以造成组织损伤和死亡。临床上用于治疗痣、疣、恶性肿瘤、肉芽肿、瘢痕等疾病。

（4）减轻局部充血或出血。低温可使毛细血管收缩，减轻局部充血或出血，防止皮下血肿形成。临床上常用于软组织挫伤的早期、鼻出血、胃出血等疾病。

（5）控制炎症扩散（消炎作用）。低温可使局部血流减少，细菌的活力和细胞的代谢降低，因而可以抑制炎症的扩散。

（6）止痒、镇静。如用于神经性皮炎、瘙痒症等。

（7）冷冻黏连及炎性反应。用－30℃以下的冷冻探头直接与晶体囊膜接触，产生冷冻黏连，不易造成囊膜撕破。临床上用于眼科白内障摘除。用－200～－50℃的冷冻探头接触眼球壁，可产生无菌性炎性反应，视网膜脉络膜渗出和黏连，临床上用于治疗视网膜脱离。

（8）免疫作用。组织细胞或肿瘤冷冻损伤后，除失去其活力之外还产生冷冻免疫反应，这种反应机理目前尚不清楚。临床上用于治疗恶性肿瘤转移癌的研究。

5．7．3　冷疗的操作技术

1．常用医用制冷剂

（1）液氮。液氮是经过液化的氮气，分子式为N₂，化学性质稳定，无色、无味、透明、易流动，是一种常用医疗制冷剂。在一个大气压下的沸点为－195．8℃，因液氮沸点很低，所以须将其贮存在特殊容器内（称为杜瓦瓶），防止迅速蒸发。也可将其贮存于有胆的小型容器内，如保温瓶。治疗时便于携带、搬运。

（2）液态二氧化碳。液态二氧化碳分子式为CO₂，常压下形成一定比例的固态（即干冰）和液态，当温度降至－78．5℃时形成干冰，干冰吸热升华可直接形成气态。当温度不超过临界温度31℃，压力高于三相点压力即大于0．53MPa时，呈液态的二氧化碳。干冰不易保存，常温下液态二氧化碳在一定的加压状态下贮存于钢瓶内运输。

（3）氟利昂。氟利昂是氟化碳氢化合物，无毒，不燃烧，不爆炸，是一种很安全的制冷剂，广泛应用于制冷行业。但因某些氟利昂制冷剂会破坏大气臭氧层，国际上已通过“蒙特利尔”公约全面限制及禁止使用某些氟利昂制冷剂，所以，氟利昂在冷冻治疗中的应用也将受到限制。

冷冻治疗中常用的有两种：氟利昂12（R12，二氟二氯甲烷），沸点－29．8℃，冰点－155℃，在多级活塞式制冷机中可达到－70℃的低温。氟利昂22（R22，二氟一氯甲烷），沸点－40．8℃，冰点－160℃，这两种氟利昂均可以气态或高压下液态形式贮存于钢瓶中备用。

2．冷冻方法

冷冻疗法是利用低温冷冻（制冷剂如液氮和冷冻治疗机）对组织细胞的破坏作用治疗疾病的方法。

（1）接触法（contact method）。这是临床上最常用的方法，有棉签法和冷冻探头接触法两种。

①棉签法（cotton－stick method）。此法是最简单、原始的接触法。方法是用大小适当的消毒棉签蘸取液氮后直接压迫病变部位，持续一定时间（数秒至数分钟），然后将棉签从病变部位移开，待皮肤自然复温后，同样操作反复进行，直至病变部位发白变硬。

棉签法适用于表浅细小的病变，如疣、痣、表浅的血管瘤等或在无冷冻治疗器的条件下也可采用。

②冷冻探头接触法。根据病变部位大小，选择不同形状的冷冻探头（图5．38为治疗支气管炎的冷冻探头），稍加压力，直接接触病变部位，停留数秒至数分钟，然后将冷冻探头移开，待皮肤自然复温，这个过程称为一个冻融周期。根据病情，可如此操作反复多次。冷冻头通过管道与液氮贮液罐相连组成冷冻治疗机（图5．39为治疗支气管炎的冷冻机）。

图5．38　冷冻探头

图5．39　冷冻治疗机

（2）喷射法（spraying method）。此方法是用特殊喷头代替冷冻头，液氮通过喷头直接喷射至病变部位。喷射时注意保护好病变周围的正常组织以免造成损伤。

喷射法的特点是冷冻效果比接触法迅速，组织破坏力强，而且不受病变形状和大小的限制，对高低不平和不规则的病变尤为适用。但局部反应较重，治疗后局部呈明显水肿，渗出较多。

（3）刺入法（penetrating method）。刺入法的冷冻探头是直径2mm的针状双层套管，直接刺入病变中心。若病变范围较广，可插入数支针形冷冻探头同时进行。此方法适用于治疗较深或较大病变。

（4）冻－切－冻法（freeze－excision method）。此方法是冷冻和手术切除并用的治疗方法，即先用适当的冷冻方法使病变冻结，再用手术刀或电刀或激光等切除病变，或边切边冻，最后在病变基底部再次冷冻，以减少出血，防止癌细胞扩散。适用于治疗突起的或较厚的病变。

（5）浸入法（soaking method）。将病变部位直接浸入液氮中，2～3min后取出。此法只限于指、端或足跟等处，尤其是对表面凹凸不平或菜花样的巨大恶性肿瘤。治疗时注意勿使正常组织接触液氮造成损伤。

5．7．4　冷疗设备

1．分类

临床上常用的冷冻治疗机类型主要有以下几种：手持式、软管式和浸冷式冷冻治疗机、体腔内低温治疗仪、双相传输式液氮冷冻治疗机。

（1）手持式冷冻机。结构简单、轻便，易于移动，在临床上应用较早。由管道、贮液罐、冷冻头三部分组成。管道由粗细不同的两种金属管套接而成，粗管在外层，细管在内部，两管之间有环形空隙，液氮经内管输送至冷冻头内，使液氮在冷冻头内气化而制冷。贮液管外面是金属壳，里面一般是保温杯胆，用于贮存液氮。冷冻头安接在管道的前端，为适应不同病变的治疗，可制成多种形状、大小不同的冷冻头。

（2）软管式冷冻治疗机。制作原理与手持式冷冻机基本相同，只是体积较大，一次贮存液氮量较多，结构形式略有不同。管道部分是采用不锈钢螺旋式波纹软管，制成较长的双层管道。一般还装配有定温、测温、复温等自动控制装置。

（3）浸冷式冷冻治疗器。制备一套不同形状冷冻头的金属棒，另备一个贮液罐，罐口盖上有许多可插入金属棒的圆洞。使用时先将液氮灌入贮液罐，然后将需用的金属棒插入圆洞内，金属棒上端悬挂于盖板上，下部浸入液氮制冷。治疗时可根据病变大小与形状选择适当冷冻头的金属棒。

（4）体腔内低温治疗仪。该仪器和各种内窥镜配合使用，主要适用于体腔内治疗，如食道、支气管、胃肠、妇科、膀胱等。它可以在不做手术切开的条件下，治疗许多腔内肿瘤，减少患者痛苦，是一种较先进的医疗设备。

（5）双相传输式液氮冷冻治疗器。它采用气液两相进行传输，输液管采用聚乙烯或尼龙材料，柔软性好，治疗时探杆可灵活改变角度和方向，加足一次液氮可使用2h左右，克服了手持式冷冻机的一些不足之处。

此外，还有一种半导体冷冻器，它是直接利用电能制冷的小型冷冻器，它携带方便、易于操作、冷冻持久、温度可调，适用于巡回医疗。其不足之处是一般只能达到－20℃左右，要想获得更低温度，必须采用多级半导体制冷，但级数越大，成本越高，消耗功率越大。

2．肿瘤冷冻治疗设备

用于肿瘤冷冻治疗的基本设备有两类：开放式和闭合式。开放式主要采用液氮，应用时将液氮直接倾注或用棉签蘸取涂抹于靶组织上，或将液氮置于特殊喷射瓶内，对准病变喷洒。液氮接触表面温度较高的靶组织时，迅速沸腾，带走大量热量，引起组织内温度急剧降低。此法多用于皮肤等表浅部位的肿瘤，或用于开放性手术过程，对不能切除的肺、肝等器官表浅的肿瘤进行冷冻。

闭合式冷冻即探针冷冻，制冷源（冷媒）不直接接触靶组织，而是在闭合系统内引起探针顶端温度急剧降低。目前有两种闭合式制冷系统，即液氮系统和氩氦系统。

（1）液氮冷冻系统。目前应用的液氮冷冻设备主要为压力式液氮冷冻机，其制冷的工作压力由气泵产生。探针由3根同心长管组成（图5．40）。内层管用于输注液氮进入探针顶端，内层和中层管之间的间隙用于气化的氮气从探针顶端回流，外层和中层管的间隙是真空绝缘层，用于防止液氮输送过程中热量进入过早的沸腾。探针顶端是一空间相对大的“室”，液氮从内层管进入此室，气化的氮气再从此室回入内层与中层管的间隙中。液氮在探针尖端“室”内沸腾，从探针周围吸收热量，使局部冷冻。只要液氮快速通过探针顶端并维持沸腾状态，则探针顶端周围温度便维持液氮的沸点温度（－196℃）。压缩液氮通过热交换系统，进入冷探针，在尖端产生超低温，液氮在探针内保持液态，回入控制器内。

图5．40　CMS Accuprobe System 450液氮冷冻机和配备的冷冻探针

液氮冷冻仪的缺点：需要液氮输出和回收，因此设备体积较大，使用不便；穿刺探针较粗，组织损伤大；冷冻速度慢，靶区冷冻不完全。

（2）氩氦冷冻系统。该系统以氩气为冷媒、氦气为热媒。冷冻原理是根据Joule－Thomson定律：常温高压气体突然释放进入低压区后，可在局部产生温度急剧变化。氩氦冷冻系统即根据此原理，利用氩气快速降温，利用氦气快速升温。

氩氦冷冻系统的关键技术集中于冷冻探针，在中国习称为“氩氦刀”（图5．41）。探针直径2～8mm不等。针杆内有盘形进流管，管道外有翅形换热器，针尖有温差电偶测温器和节流喷嘴。高压氩气或氦气通过传输管进入针杆，高速通过进流管，从节流喷嘴释放，进入容积相对较大的膨胀区，高压急剧降至常压，从而产生急速降温或升温的绝热节流效应。降至常压的气体通过进流管外的翅片返回并释放于大气中。节流后的氩气可通过翅形换热器，促进进流管内氩气的温度进一步降低（图5．42）。上述氩气的降温和氦气的升温均在极短时间内发生，一般在数十秒内氩气可使针尖温度降至－165℃，氦气使温度升至40℃。

图5．41　氩氦冷冻探针

图5．42　氩氦冷冻探针的结构

目前有美国Endocare公司和以色列Galilmedical公司生产氩氦冷冻系统。美国Endocare公司生产的氩氦冷冻治疗系统（Endocare Cryocare System）由控制主机和4或8根冷冻探针（“氩氦刀”、“超导刀”）组成（图5．43）。探针中空，有2mm、3mm、5mm、8mm多种直径。气体输出功率的调控范围为0～100%，可按需要选择。配备的氩气容器的最大压力为41．4MPa（6000Psi），产生冷冻效应所需的压力范围是17．3～41．4MPa（2500～6000Psi）。

图5．43　氩氦冷冻治疗系统（Endocare Cryocare System）

与液氮冷冻系统相比，氩氦冷冻系统有下列特点。

①可调控温度范围大（40℃～－165℃），降温速度比液氮冷冻更快。

②氩气、氦气为正常空气中含有的惰性气体，在刀尖内释放后可自行排出，无需回收。

③冷冻探针直径较细，冰球仅出现于针尖，针杆不会被冷冻，不易损伤穿刺路径上的组织。

④在系统中引入了氦气热效应系统。氦气在针尖内急速释放，几秒内即可使靶组织急速复温或升温，通过热效应杀伤肿瘤细胞。

⑤冷冻与复温均在主机液晶显示屏上明确显示。每一根冷冻探针的针尖温度均显示为温度曲线，从而使操作者能及时了解靶组织内的冷冻过程。

⑥温差电偶直接安装在针尖，可连续监测靶组织内的温度。

⑦配有多达8根独立的温差电偶测温计，主要用于监控冷冻边缘区的温度，既可保证有效冷冻区的建立，又可预防损伤不应冷冻的重要的邻近器官或组织。