Vergleich von Radiofrequenzablation und elektrochemischer Lyse

Aus der Klinik für Chirurgie
der Universität zu Lübeck
Direktor: Prof. Dr. med. H.-P. Bruch
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Vergleich von Radiofrequenzablation und elektrochemischer
Lyse in einem Modell der isolierten und perfundierten porcinen
Leber
Inauguraldissertation
zur
Erlangung der Doktorwürde
der Universität zu Lübeck
– Aus der Sektion Medizin –
vorgelegt von
Stephan Löffler
aus Ostercappeln
Lübeck 2011
1. Berichterstatter: Priv.-Doz. Dr. med. Ralf Czymek
2. Berichterstatter: Prof. Dr. med. Dr. h.c. (BSMU) Karl-Friedrich Klotz
Tag der mündlichen Prüfung: 01.02.2012
Zum Druck genehmigt. Lübeck, den 01.02.2012
Promotionskommission der Sektion Medizin
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis ....................................................................................... 5
Abbildungsverzeichnis ........................................................................................ 6
1. Einleitung .......................................................................................................... 7
1.1 Lebermalignitäten: Ätiologie und Therapieoptionen ...................................... 7
1.2 Radiofrequenzablation .................................................................................. 9
1.3 Elektrochemische Lyse ............................................................................... 12
1.4 Zielsetzung ................................................................................................. 14
2. Material und Methodik: .................................................................................. 15
2.1 Organgewinnung ........................................................................................ 15
2.2 Perfusionssystem ....................................................................................... 16
2.3 Radiofrequenzablation ................................................................................ 20
2.4 Elektrochemische Lyse ............................................................................... 23
2.5 Makroskopische Begutachtung und histologische Aufarbeitung ................. 25
2.5.1 RFA ...................................................................................................... 25
2.5.2 ECL ...................................................................................................... 26
2.6 Statistik ....................................................................................................... 27
3. Ergebnisse: ..................................................................................................... 28
3.1 Ergebnisse zur RFA-Anwendung ................................................................ 28
3.1.1 Organe und Versuchsdurchführung ..................................................... 28
3.1.2 Allgemeine Beschreibung der RFA-Nekrose ........................................ 29
3.1.3 Makroskopische und histologische Evaluation perivaskulärer RFA ..... 31
3.1.4 Einfluss von Gefäßen auf Ablationen mittels RFA ................................ 34
3.2 Ergebnisse zur ECL-Anwendung ................................................................ 37
3.2.1 Organe und Versuchsdurchführung ..................................................... 37
3.2.2. Allgemeine Beschreibung der ECL-Nekrose ....................................... 37
3.2.3 Makroskopische und histologische Evaluation perivaskulärer ECL ...... 41
3.2.4 Einfluss von Gefäßen auf Ablationen mittels ECL ................................ 43
4. Diskussion ...................................................................................................... 45
4.1 Therapieoptionen primärer und sekundärer Lebermalignitäten .................. 45
4.1 Radiofrequenzablation ................................................................................ 47
4.2 Elektrochemische Lyse ............................................................................... 50
4.3 Bewertung beider Verfahren und Ausblick .................................................. 53
4.4 Versuchsdurchführung und Kritik am eigenen Vorgehen ............................ 56
5. Zusammenfassung ......................................................................................... 59
6. Literaturverzeichnis ....................................................................................... 60
7. Danksagungen................................................................................................ 71
8. Lebenslauf ...................................................................................................... 72
9. Veröffentlichungen der Arbeitsergebnisse .................................................. 73
Abkürzungsverzeichnis
5-JÜR A.
A
°C
C
CC
cm
ECL ECT ECU et al. g
HCC I
I.E. mA mg
min ml
mmHgn.s. PD
Q
r
RF- RFA s
t
V.
V
W
-
5-Jahres-Überlebensrate
Arteria
Ampere
Grad Celsius
Coulomb
Cholangiokarzinom
Zentimeter
Elektrochemische Lyse
Electro Chemical Treatment = ECL
Electro Chemical Unit
und weitere
Gramm
hepatozelluläres Karzinom
Stromstärke in Ampere / Milli-Ampere
Internationale Einheiten
Milli-Ampere
Milligramm
Minute
Milliliter
Millimeter Quecksilbersäule
nicht signifikant
Privatdozent
Ladung, Produkt aus Stromstärke x Zeit
Radius
RadiofrequenzRadiofrequenzablation
Sekunde
Zeit
Vena
Volt
Watt
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Star Burst Talon Array-Elektroden ……………………………………………..10
Abbildung 2: Skizze Wirkungsprinzip ECL .......................................................................13
Abbildung 3: Organpaket bei Übergabe im Schlachthof ...................................................15
Abbildung 4: Konnektion des Organs im Perfusionssystem .............................................17
Abbildung 5: Schematischer Aufbau der Perfusionssystems............................................18
Abbildung 6: Aufbau des Perfusionssystems. ..................................................................19
Abbildung 7: Hochfrequenz-Generatormodell 1500X ……………………………...………..20
Abbildung 8: Versuchsaufbau während RFA ....................................................................21
Abbildung 9: Niederspannungsgerät ECU 300 der Firma Söring .....................................23
Abbildung 10: Versuchsaufbau bei ECL. ..........................................................................24
Abbildung 11: Zuschnittschema der perivaskulären RFA-Läsionen..................................25
Abbildung 12: Messung des pH-Werts .............................................................................26
Abbildung 13: Makroskopisches Bild nach RFA Stufe 5 ...................................................30
Abbildung 14: Nicht abladiertes Lebergewebe mit intakter Gefäßwand. ...........................30
Abbildung 15: Lebergewebe nach RFA ............................................................................30
Abbildung 16: Makroskopisches Bild nach RFA Stufe 3 ...................................................32
Abbildung 17: Histologisches Korrelat des in Abb. 14 dargestellten Ablationsareals. .......33
Abbildung 18: Kühlungseffekt ..........................................................................................35
Abbildung 19: RFA-Generator bei Durchführung einer Ablation .......................................36
Abbildung 20: ECL-Nekrose nach Durchführung der Ablation ..........................................38
Abbildung 21: Histologisches Bild des Übergangbereichs ................................................39
Abbildung 22: Gegenüberstellung der Nekrosevolumina ..................................................40
Abbildung 23: Makroskopisches Bild nach Ablation mittels ECL ......................................41
Abbildung 24: Intakte Gefäßwand vor ECL ......................................................................42
Abbildung 25: Destruierte Gefäßwand nach ECL .............................................................42
Abbildung 26: Histologie des Übergangs von Kolliquationsnekrose zu intaktem Gewebe 43
Abbildung 27: pH-Messung im Bereich der Anode. ..........................................................44
Abbildung 28: pH-Messung im Bereich der Kathode. .......................................................44
_________________________________________________________Einleitung
1. Einleitung
1.1 Lebermalignitäten: Ätiologie und Therapieoptionen
Die Leber ist das häufigste Zielorgan für Karzinom-Metastasen [7, 57]. Dabei stellt
das kolorektale Karzinom (51 % aller Lebermetastasen) gefolgt von Malignomen
des Pankreas und der Mamma (jeweils 13 % aller Lebermetastasen) den
häufigsten Primarius dar [91]. Es wird davon ausgegangen, dass bis zu 50 % aller
Patienten,
die
an
einem
Karzinom
erkranken,
im
Krankheitsverlauf
Lebermetastasen ausbilden [7, 14, 57]. Beim kolorektalen Karzinom sind es bis zu
70 % aller Patienten [1, 18, 63].
Weltweit bildet das hepatozelluläre Karzinom (HCC) mit einer Inzidenz von
ungefähr
1
Million
Neuerkrankungen
pro
Jahr
die
häufigste
primäre
Lebermalignität ab [30]. Ungefähr 90 % aller primären bösartigen Lebertumoren
gehen auf das HCC zurück [10]. Aufgrund der hohen Hepatitis B-Inzidenz in Afrika
und Asien gelten diese Regionen als Hochinzidenzgebiete für das hepatozelluläre
Karzinom [35]. Doch auch in den westlichen Ländern wird in den letzten Jahren
eine deutliche Zunahme dieser Erkrankung registriert. Als Grund dafür wird die
steigende Inzidenz von Hepatitis C-Infektionen angegeben [85]. Neben der
Hepatitis B und – C-Infektion stellt die äthyltoxische Leberzirrhose einen wichtigen
Risikofaktor für die Entwicklung eines hepatozellulären Karzinoms dar. Weitere
Risikofaktoren sind Adipositas, Hämochromatose, Nikotinabusus, Einnahme von
oralen Antikonzeptiva über einen Zeitraum von mehr als fünf Jahren und die
Exposition gegenüber Aflatoxinen [8].
Das Cholangiokarzinom (CC) stellt die zweithäufigste primäre hepatische
Malignität dar und ist mit ungefähr 10 % aller malignen Lebertumoren deutlich
seltener als das HCC. Die Inzidenz wird mit 0,6 (Frauen) bzw. 0,8 (Männer)
Neuerkrankungen auf 100.000 Einwohner angegeben [37]. Zu den Risikofaktoren
für die Entstehung eines Cholangiokarzinoms gehören die primär sklerosierende
Cholangitis, Colitis ulcerosa, Choledochuszysten, chronische Salmonellose und
lang bestehende Gallengangssteine [83].
In der Therapie der genannten primären und sekundären Lebermalignitäten stellt
die chirurgische Resektion derzeit den Goldstandard dar [30, 75]. Die 5-JahresÜberlebensrate nach einem solchen Eingriff wird mit 16 – 40 % angegeben [24,
______________________________________________________________ 7
_________________________________________________________Einleitung
38, 64, 84]. Für eine adjuvante Chemotherapie mit Oxaliplatin und Irinotecan
konnte eine Verlängerung des Langzeitüberlebens von Patienten bei hepatisch
metastasiertem kolorektalem Karzinom im Vergleich zur alleinigen Resektion
belegt werden [41]. Ob eine neoadjuvante Chemotherapie bei Patienten mit
resektablen Lebermetastasen kolorektaler Karzinome durchgeführt werden sollte,
wird derzeit noch kontrovers diskutiert [76].
Zum Zeitpunkt der Diagnosestellung sind jedoch lediglich 10 – 40 % der Patienten
durch eine Leberresektion potenziell kurativ therapierbar [24, 38, 64 84]. Gründe
hierfür sind Größe, Lokalisation und Anzahl der Tumoren sowie eine schlechte
Leberfunktion oder ein schlechter Allgemeinzustand der Patienten [73]. Bei
fehlender chirurgischer Resektabilität sind andere interventionelle Verfahren als
Therapieoption zu prüfen.
Während die chirurgische Resektion für Metastasen, HCC ohne Zirrhose und CC
die Methode der Wahl ist, stellt die Lebertransplantation eine geeignete
Therapieform des HCC in Zirrhose dar [37]. Unter Einhaltung der sogenannten
Milano-Kriterien (solitäres HCC < 5 cm, maximal 3 HCC-Herde bis jeweils 3 cm)
werden
für
die
Lebertransplantation
beim
HCC
in
Zirrhose
5-Jahres-
Überlebensraten von bis zu 75 % angegeben [48].
Um therapeutische Alternativen bei Inoperabilität zu erhalten, sind in den letzten
Jahren und Jahrzehnten verschiedene Verfahren entwickelt worden, die über
unterschiedliche Wirkprinzipien eine Destruktion des Tumorgewebes erzielen
sollen. Nach ihrem zytotoxischen Wirkprinzip lassen sich die Therapieformen in
thermische (Radiofrequenzablation, Laserinduzierte Thermotherapie, fokussierter
Ultraschall,
Kryotherapie),
Brachytherapie),
radiogene
mechanisch-chemische
Chemoembolisation)
und
(selektive
innere
Radiotherapie,
(Ethanolinjektion,
transarterielle
elektrochemische
(elektrochemische
Lyse)
Therapieverfahren unterteilen.
Diese Therapieansätze können sowohl untereinander als auch mit Leberresektion
sowie Chemotherapie synchron oder metachron kombiniert werden [65, 88].
______________________________________________________________ 8
_________________________________________________________Einleitung
1.2 Radiofrequenzablation
Von den genannten Verfahren hat die Radiofrequenzablation besonders in
Deutschland, Europa und den USA zunehmend an Bedeutung gewonnen [46].
Bereits
1891
beschrieb
D’Arsonval
die
Wärmeinduktion
durch
Radiofrequenzströme in biologischem Gewebe [16]. 1911 berichtete Clark von
elektrischen Behandlungen an Patientinnen mit Mamma- und Hautkarzinomen
[11]. Cushing und Bovie wendeten 1928 ein Radiofrequenzverfahren erstmals bei
der Behandlung eines Hirntumors an [15]. Anfang der 90er Jahre des 20.
Jahrhunderts entwickelten zwei Arbeitsgruppen Systeme zur perkutanen Induktion
von Koagulationsnekrosen in Lebergewebe [50, 71].
Das Prinzip der RFA beruht auf der Wechselwirkung hochfrequenter Stromfelder
(375 – 500 kHz) mit dem Zielgewebe [87]. Ionen und Zellproteine werden dadurch
in Schwingungen versetzt, wodurch es im Anwendungsgebiet aufgrund der großen
Reibung zu einem starken Temperaturanstieg auf bis zu 100 °C kommt. Die
Ionenagitation und die Erhitzung des Gewebes führen zum Zerreißen der
Zellmembranen und zur Proteindenaturierung und erzeugen dadurch eine
Koagulationsnekrose [22, 29].
Dem Anwender bieten sich zwei Möglichkeiten, den Ablationserfolg noch während
der
Behandlung
abzuschätzen.
Impedanzgesteuerte
Systeme
registrieren
während der Ablation die Gewebeleitfähigkeit im Zielgewebe und erlauben es
dadurch, den Ablationsfortschritt zu evaluieren. Temperaturgesteuerte Systeme
hingegen messen während der Ablation stetig die Temperatur im Zielgewebe und
bieten dem Anwender auf diese Weise eine Kontrolle über den Fortschritt der
Ablation.
Grundsätzlich lassen sich monopolare und bipolare Systeme voneinander
unterscheiden. Während bei den bipolaren Systemen der Strom zwischen
nichtisolierten Elektrodenabschnitten fließt, bilden bei den monopolaren Systemen
die aktive RFA-Elektrode und bis zu vier auf den Körper aufgeklebte
Neutralelektroden einen geschlossenen Stromkreis. Das körpereigene Gewebe
stellt dabei einen elektrischen Widerstand dar. Die RFA kann sowohl
laparoskopisch, offen chirurgisch als auch perkutan angewendet werden.
Unabhängig vom gewählten System werden die RFA-Elektroden gestützt durch
CT, MRT oder Ultraschall mittig in der malignen Veränderung positioniert. Durch
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_________________________________________________________Einleitung
die punktförmige spezielle Elektrode ist die Spannungs- und Stromdichte um die
platzierte Sonde am größten. Es lässt sich im Zielgebiet eine hohe Energie
konzentrieren mit den genannten Effekten der Ionenagitation und Reibungswärme
[27].
Gewebetemperaturen
über
100°C
führen
allerdings
zu
Karbonisation
(Brandschorfbildung), zu Gasbildung sowie einem starken Abfall der elektrischen
Leitfähigkeit und vermindern dadurch die Größe des abladierten Volumens [27].
Um diese Phänomene zu umgehen, wurden verschiedene Konzepte entwickelt, zu
denen der Einsatz von Multiapplikatorsystemen, das Einbringen von Salzlösung in
das Gewebe und die Nadelkühlung gehören [67].
Bei den Multiapplikatoren handelt es sich um Hohlnadeln, über die nach
erfolgreicher Positionierung im Tumorgewebe ein Elektrodenschirm ausgefahren
wird (Abbildung 1).
Stufe 5
Stufe 3
Abbildung 1: Star Burst Talon Array-Elektroden mit unterschiedlich weit ausgefahrenem
Elektrodenschirm. Die linke Elektrode ist mit einem Durchmesser von 4,7 cm vollständig
ausgefahren (Stufe 5), die rechte Elektrode ist halb ausgefahren und hat einen
Durchmesser von 2,7 cm (Stufe 3).
______________________________________________________________ 10
_________________________________________________________Einleitung
Durch die Anordnung der Elektroden in Form eines Fächers addieren sich die
Läsionen um jede einzelne Elektrode zu einem großen Ablationsvolumen.
Während
zu
Beginn
der
RFA-Entwicklung
der
Durchmesser
der
Koagulationsnekrose bei Einsatz einer Einzelelektrode in Versuchsreihen ex vivo
noch maximal 16 mm betrug, können mit den multipolaren Schirmelektroden
Nekrosen mit einem Durchmesser von bis zu 50 mm erzielt werden [67].
Vorteil der Multiapplikatoren ist, dass der Elektrodenschirm unterschiedlich weit
ausgefahren werden kann und somit die Möglichkeit einer individuellen Ablation
verschiedener Tumorgrößen gegeben ist.
Ein weiterer Ansatz zur Vergrößerung des Ablationsvolumens ist die Instillation
von Salzlösung in das Zielgewebe. Aufgrund der höheren elektrischen
Leitfähigkeit von Salzlösung im Vergleich zu Blut und Körpergewebe kann durch
eine permanente Perfusion des Tumors mit Kochsalz eine größere Nekrose
erzeugt werden [51]. Der Nachteil dieser Methode ist allerdings die schlechte
Steuerbarkeit der Verteilung der Salzlösung, wodurch die Form der Nekrose
irregulär und unvorhersehbar wird [77].
Die Nadelkühlung ist eine dritte Möglichkeit das Ablationsvolumen zu vergrößern
[40]. Dabei wird die RFA-Elektrode über einen innen liegenden Kanal mit kalter
Flüssigkeit
durchspült.
Gewebsüberhitzung
Es
mit
wird
dadurch
verhindert,
konsekutiver
dass
Brandschorfbildung
es
zu
einer
an
den
Elektrodenspitzen (Karbonisation) und in Folge dessen zu einer Behinderung der
Wärmeausbreitung in die Peripherie kommt [67].
Unabhängig vom verwendeten System ergeben sich allerdings Einschränkungen
hinsichtlich des Ablationsergebnisses bei Ablationen in der Nähe großer Gefäße
[20, 21]. Der durch den Blutstrom bedingte Kühlungseffekt des Gewebes („Heatsink-effect“) führt dazu, dass es zu einer Abnahme des Nekrosevolumens und
bedingt durch das Überleben von Tumorzellen direkt an der Gefäßwand zur
Ausbildung sogenannter „Vitalitätsschläuche“
kommen kann [5, 33, 45]. Eine
Möglichkeit dieses Risiko zu verringern besteht in der Unterbindung der
Leberperfusion (Pringle-Manöver) während der Ablation [79]. Letztlich ist die
Effizienz der RFA an Gefäßen größeren Durchmessers nicht ausreichend geklärt.
______________________________________________________________ 11
_________________________________________________________Einleitung
1.3 Elektrochemische Lyse
Neben der RFA zählt auch die bereits erwähnte elektrochemische Lyse (ECL) zu
den interventionellen, nicht resezierenden Methoden in der Therapie maligner
Leberveränderungen.
Bereits 1908 berichteten Horsley und Clark über eine klinische Anwendung der
Elektrolyse [34]. In den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde in verschiedenen
Studien über Effekte der Elektrolyse an Mäusen, Ratten, Kaninchen, Schweinen
sowie einer kleinen Anzahl von Patienten mit Lungentumoren berichtet [96]. Von
1978 bis 1982 behandelte der schwedische Radiologe Nordenström Patienten mit
inoperablen Lungentumoren mittels Elektrolyse [59, 61, 62] und leistete mit seinen
Arbeiten einen großen Beitrag zur Weiterentwicklung der ECL. Nach einer
experimentellen und klinischen Testphase zwischen 1987 und 1989 wurde die
ECL in China als sicher beurteilt und die Anwendung des Verfahrens staatlich
forciert [98], obgleich bis zum heutigen Datum valide Richtlinien bezüglich der
elektrischen Parameter und der Elektrodenpositionierung fehlen [68].
Das Prinzip der ECL besteht in der Anlage eines Gleichstroms mit einer geringen
Stromstärke unter 100 mA zwischen mindestens zwei in das Zielgewebe
eingebrachten Elektroden, wodurch es zu einer pH-Wert-Verschiebung kommt, die
zusammen mit der Bildung von Wasserstoff und Chlor letztendlich zu einem
irreversiblen Zelluntergang führt [56, 62, 74]. Durch die Anlage des Gleichstroms
entsteht ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden, in dem Ionen in
Abhängigkeit ihrer Polarität in Richtung Anode oder Kathode wandern [93]. Durch
diese Bewegungen
kommt es zur Aufspaltung interstitieller und zellulärer
Moleküle. An der Anode entwickelt sich durch Hydrolyse ein saures Milieu,
während die Umgebung der Kathode alkalisch wird (Abbildung 2) [4]. Folgende
Reaktionen finden dabei an den Elektroden statt:
Anode:
2 H2O ↔ O2 + 4 H+ + 4 e-
[pH 1 – 2]
2 Cl- ↔ Cl2 + 2 eKathode:
2 H2O+ 2 e- ↔ H2 + 2 OH-
[pH 10 – 12]
______________________________________________________________ 12
_________________________________________________________Einleitung
Abbildung 2: Prinzipskizze ECL. An der Anode entsteht ein saures Milieu mit pH-Werten
zwischen 1 und 3. Die Umgebung der Kathode präsentiert sich alkalisch mit pH- Werten
zwischen 10 und 12 (Entnommen aus [81]).
Induziert durch diese Reaktionen kommt es in der Umgebung der Elektroden zur
Ausbildung kugelförmiger Nekrosen [93]. Die Größe der erzeugten Läsion hängt
dabei von der applizierten Ladung ab [70], die als Produkt von Stromstärke und
Zeit definiert ist.
I.
Elektrische Ladung (Coulomb) = Stromstärke (Ampere)* Zeit (Sekunden)
II.
Stromstärke (Ampere) = elektrische Leistung (Watt) / Spannung (Volt)
Wenn man berücksichtigt, dass die Stromstärke bei der Anwendung am
Menschen nicht willkürlich erhöht werden kann, wird aus der oben beschriebenen
Definition deutlich, dass die applizierte Ladung und damit auch die Größe der
erzeugten Läsionen hauptsächlich von der Zeit bzw. der Anwendungsdauer
abhängt. In der Literatur wird über Ablationen mit einer Dauer von bis zu vier
Stunden berichtet [93]. Gleichwohl konnte unter Studienbedingungen gezeigt
werden, dass es sich bei der ECL um ein komplikationsarmes und zugleich
effektives Verfahren zur Behandlung nicht resezierbarer Lebertumoren handelt [3,
92, 95, 96]. Aufgrund einer bis heute nicht ausreichenden Evidenz muss allerdings
konstatiert werden, dass noch keine standardisierte Anwendung für die ECL
existiert.
______________________________________________________________ 13
_________________________________________________________Einleitung
1.4 Zielsetzung
Für die lokale Therapie maligner Leberläsionen haben sich in den vergangenen
Jahren und Jahrzehnten verschiedene Ablationsverfahren etabliert. Unter diesen
hat die Radiofrequenzablation in der Literatur und klinischen Anwendung einen
exponierten Stellenwert eingenommen. Gründe für diese Entwicklung sind die
kurze
Therapiedauer
bei
einfacher
Durchführbarkeit
und
gleichzeitiger
reproduzierbarer Nekrosegenerierung. Dennoch wird in den letzten Jahren immer
häufiger diskutiert, ob in einem gut perfundierten Organ wie der Leber der
kühlende Blutkreislauf zu einer Limitierung dieser Methode führen könnte.
Insbesondere bei Anwendung in Gefäßnähe wird über unvollständige Ablationen
mit potentiellen Tumorrezidiven spekuliert.
Das Ziel dieser Arbeit war es, in einem ex-vivo-Perfusionsmodell der Leber
perivaskuläre Radiofrequenzablationen durchzuführen und diese makroskopisch
und histologisch zu evaluieren. Diese Analyse sollte einer Einschätzung der
Nekroseausbildung und der Darstellung des zu erwartenden Kühlungseffektes
intrahepatischer Gefäße dienen.
Dem thermischen Verfahren RFA wurde mit der elektrochemischen Lyse eine
nicht temperaturabhängige Methode gegenübergestellt. Die elektrochemische
Lyse stellt in China eine nicht selten eingesetzte Methode in der lokalen Therapie
von malignen Raumforderungen dar, während sie in Europa und den USA keine
routinemäßige Anwendung erfährt.
Ein potentieller Vorteil der ECL gegenüber der RFA könnte in der Durchführung
perivaskulärer
Ablationen
liegen,
da
sie
als
nichtthermisches
Verfahren
möglicherweise keinem Kühlungseffekt unterliegt. Diese These galt es, mit dieser
Arbeit näher zu untersuchen.
Als erste Frage wurde formuliert, wie sich die mittels RFA und ECL erzeugten
Läsionen post ablationem makroskopisch und histologisch darstellen.
Desweiteren sollte die Frage beantwortet werden, ob in der perivaskulären
Ablationszone postinterventionell vitale Hepatozyten zu finden sind und welche
Effekte die beiden Verfahren auf die Gefäßwände ausüben.
Abschließend sollte untersucht werden, ob die Anwesenheit von Lebergefäßen im
Bereich
des
Ablationsareals
die
für
die
Destruktion
von
Lebergewebe
verantwortlichen Wirkmechanismen der RFA und der ECL beeinflusst.
______________________________________________________________ 14
________________________________________________Material und Methodik
2. Material und Methodik:
2.1 Organgewinnung
Zur Durchführung der Versuche wurden Lebern von Hausschweinen verwendet,
die von einem nahegelegenen Schlachthof (Bad Oldesloe) bezogen wurden.
Direkt nach der Schlachtung und der gesetzlich vorgeschriebenen Fleischbeschau
wurden die Lebern übergeben. Es handelte sich dabei um komplette Organpakete
bestehend aus Zunge, Trachea, Lunge, Herz, Zwerchfell und Leber
(Abbildung 3).
Abbildung 3: Organpaket bei Übergabe im Schlachthof. Rechts Zunge mit
Schlundmuskulatur, links Lunge, die das Herz teilweise verdeckt. Zwischen der Zunge
und der Lunge ist die Leber mitsamt Gallenblase zu erkennen. Leber und Gallenblase galt
es unter Erhalt der V. cava im Schlachthof frei zu präparieren.
______________________________________________________________ 15
________________________________________________Material und Methodik
Das Zeitintervall zwischen Schlachtung und Übergabe lag zwischen drei und zehn
Minuten. Temperaturmessungen ergaben Organtemperaturen zwischen 37,6 °C
und 39,0 °C. Die durchschnittliche Temperatur lag bei 38,2 °C. Es folgte die
Präparation der Leber unter Erhalt der anhängenden V. cava. Anschließend
wurden zwei Infusionssysteme mit der V. portae hepatis und der A. hepatica
propria verbunden, sodass hierüber eine Perfusion mit sieben bis zehn Litern
gekühlter, heparinisierter, isotonischer Elektrolytlösung (Ringerlösung, 12°C, 2.000
I.E. Heparin / Liter Elektrolytlösung) per Schwerkraft
erfolgen konnte. Die
Perfusion diente der Ausspülung von Blutbestandteilen zur Prävention von
Thromben im Lebergewebe. Eine Aufhellung der Leber, sowie der Austritt klarer
Perfusionslösung aus dem Organ wurden als Zeichen für eine suffiziente Spülung
gewertet. Nach Abschluss der Perfusion und Überführung der Leber in eine mit
isotoner Elektrolytlösung gefüllten Plastiktüte erfolgte der Transport in die
Universität zu Lübeck in einer mit „Crusheis“ gefüllten Styroporbox. Auf diese
Weise wurden insgesamt 27 Lebern mit einem Durchschnittsgewicht von 1974 ±
550 g (1216 g – 2544 g) gewonnen.
2.2 Perfusionssystem
Nach der Organgewinnung und dem Transport in die Universität zu Lübeck
erfolgte hier die Implementierung der Leber in ein Perfusionssystem, das in seinen
Grundzügen dem von Herrn PD Dr. Lubienski in Heidelberg entwickelten Modell
zur Perfusion von Rinderlebern entstammt [47] und für die Versuche mit
Schweinelebern entsprechend adaptiert und modifiziert wurde. Die Leber wurde
für die Durchführung der Versuche in einer Plexiglaswanne in 10 Litern
aufgewärmter, heparinisierter, isotoner Elektrolytlösung (Ringerlösung, 38°C,
5.000 I.E. Heparin) aufbewahrt (Abbildung 4). Ein Dialysegerät (Hospal Dasco
BSM-22SC, Medolla, Italien) diente der arteriellen Perfusion (110 – 130 mmHg)
über die A. hepatica propria. Die venöse Perfusion (5 – 15 mmHg) erfolgte mittels
Zahnradpumpe (ISMATEC ISM 405A, Glattbrugg, Schweiz) über die V. portae
hepatis.
______________________________________________________________ 16
________________________________________________Material und Methodik
Abbildung 4: Konnektion des Organs im Perfusionssystem. Am oberen rechten Rand der
Plexiglaswanne sind die Manometer zur Überwachung des portalvenösen und arteriellen
Drucks angebracht.
Der arterielle sowie der portalvenöse Kreislauf unterlagen kontinuierlichen
manometrischen Druckkontrollen, sodass die Zieldruckbereiche durch individuelle
Pumpeneinstellungen für alle Versuchsdurchführungen jederzeit eingehalten
werden konnten. Die Perfusatlösung wurde für beide Kreisläufe durch die
entsprechenden Pumpen der Plexiglaswanne entnommen. Den Pumpen war ein
Umwälzthermostat (Haake, Typ 001-4202/ 001-7992, Berlin, Deutschland)
vorgeschaltet, welches auf 42 °C eingestellt wurde, um in Organen und
Plexiglaswanne eine Perfusattemperatur von 38 °C zu erreichen. Durch einen
Oxygenationsfilter (Maquet, Jostra Quadrox Safeline®, Hirrlingen, Deutschland)
wurde die Perfusatlösung mit Sauerstoff (2 Liter O2/min) angereichert und über
zwei Abflüsse dem portalvenösen und dem arteriellen Schenkel zugeführt. Eine
Übersicht über den Versuchsaufbau geben Abbildung 5 und Abbildung 6.
______________________________________________________________ 17
________________________________________________Material und Methodik
Abbildung 5: Schematischer Aufbau des Perfusionssystems. Das Perfusat verlässt die
Plexiglaswanne über das Schlauchsystem und wird im Wärmebecken auf 42 °C erhitzt,
bevor es sich in einen portalvenösen und einen arteriellen Schenkel aufteilt. Der
portalvenöse Schenkel wird der Zahnradpumpe zugeführt und erreicht über die V. portae
die Leber. Der arterielle Schenkel durchfließt einen Oxygenator bevor er die
Dialysemaschine erreicht, welche mit der A. hepatica propria verbunden ist. Der
Perfusionsdruck beider Schenkel wird über Manometer kontrolliert.
______________________________________________________________ 18
________________________________________________Material und Methodik
Abbildung 6: Aufbau der Perfusionssystems mit Dialysegerät (arterieller Schenkel),
Umwälzthermostat, Zahnradpumpe (portalvenöser Schenkel) und Plexiglaswanne
mitsamt konnektierter Schweineleber (von links nach rechts).
______________________________________________________________ 19
________________________________________________Material und Methodik
2.3 Radiofrequenzablation
Für
die
perivaskulären
Radiofrequenzsystem
Ablationen
(Firma
RITA,
mittels
RFA
kam
Medical
Systems,
ein
monopolares
Manchester,
USA)
bestehend aus dem Hochfrequenz-Generatormodell 1500X und den zugehörigen
Star Burst Talon Array-Elektroden zum Einsatz (Abbildung 7).
Abbildung 7: Hochfrequenz-Generatormodell 1500X und die zugehörigen Star Burst
Talon Array-Elektroden.
Die monopolare Ablationsform macht die Errichtung eines geschlossenen
Stromkreises zwischen RFA-Sonde, Zielgewebe und RFA-Generator zwingend
erforderlich. In diesem Versuchsaufbau wurden die Schweinelebern dafür auf
einem Metallgitter positioniert, das mit dem Hochfrequenzgenerator verbunden
wurde (Abbildung 8).
______________________________________________________________ 20
________________________________________________Material und Methodik
Abbildung 8: Versuchsaufbau während RFA. Die Schweineleber liegt auf einem
Metallgitter, das den Stromkreis schließt. Die perivaskulär platzierte RFA-Sonde wird
durch einen Haltearm in Position gehalten.
Die Einführung der RFA-Sonden in das Lebergewebe erfolgte ultraschallgestützt.
Dabei wurden die RFA-Sondenspitzen in einem Abstand von 10 mm neben einem
Lebergefäß (Durchmesser > 5 mm) positioniert. Nach korrekter Platzierung der
RFA-Sonde
wurde
der
Elektrodenschirm
ausgefahren
und
die
Ablation
durchgeführt. Der Aufheizphase, in der die Elektroden die Zieltemperatur von 105
°C erreichten, schloss sich die Ablationsphase an, in der die erreichte Temperatur
gehalten wurde. Die Ablationsphase war mit 10 Minuten fest eingestellt.
Temperaturfühler in den Elektroden dienten dabei der Überwachung der einzelnen
Elektrodentemperaturen. Nach den Ablationen wurde in allen Ansätzen eine
Kauterisation des Einstichkanals, die sogenannte „Track Ablation“, mit 25 W über
______________________________________________________________ 21
________________________________________________Material und Methodik
eine Minute durchgeführt. Sie dient in der Praxis der Reduzierung von
Nachblutungen und der Elimination von Tumorrestgewebe im Einstichkanal [42].
Es wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt, in denen der Elektrodenschirm
jeweils unterschiedlich weit ausgefahren wurde. In der ersten Versuchsreihe
wurde der Elektrodenschirm auf Stufe 3 ausgefahren. Der Elektrodenschirm war
dabei in einer Tiefe von 2,7 cm und einem Durchmesser von ebenfalls 2,7 cm
aufgespannt. Laut Bedienungsanleitung des Herstellers wird diese Einstellung für
die Erzeugung von Nekrosen mit einem Durchmesser von bis zu 3 cm empfohlen.
In der zweiten Versuchsreihe wurde der Elektrodenschirm auf Stufe 5
ausgefahren. Vermessungen des Elektrodenschirms ergaben bei dieser Stufe eine
Tiefe von 4,0 cm und einen Durchmesser von 4,7 cm. Der Hersteller empfiehlt
diese Einstellung für die Erzeugung von Nekrosen mit einem Durchmesser von bis
zu 5 cm.
______________________________________________________________ 22
________________________________________________Material und Methodik
2.4 Elektrochemische Lyse
Für die Ablationen mittels ECL wurden ein Niederspannungsgerät ECU (Electro
Chemical Unit) 300 (Firma Söring GmbH Medizintechnik, Quickborn, Deutschland)
und die zugehörigen Platinelektroden mit einem Durchmesser von 1 mm
(Abbildung 9) verwendet.
Abbildung 9: Niederspannungsgerät ECU 300 der Firma Söring. Das Steuergerät, das
mit den Elektroden verbunden ist, dient der Polung der Elektroden. Insgesamt gibt es drei
Ablationskanäle.
Die Stromstärke betrug während der Ablationen 50 mA bei einer Spannung von 25
V. Insgesamt wurden 6 Versuchsreihen mit verschiedenen Ladungen (150 C, 300
C und 600 C) und jeweils einem Elektrodenabstand von 2 cm und 4 cm
durchgeführt.
Alle Versuchsreihen wurden im Zweier-Cluster (Verwendung von zwei Elektroden
gegensätzlicher
Polarität)
durchgeführt.
Die
beiden
Elektroden
wurden
ultraschallgestützt so positioniert, dass mittig zwischen ihnen ein portalvenöses
Gefäß (Durchmesser > 5 mm) verlief.
______________________________________________________________ 23
________________________________________________Material und Methodik
Das Niederspannungsgerät ECU 300 verfügt über drei getrennt voneinander
programmierbare Ablationskanäle, was die parallele Durchführung von bis zu drei
Ablationen ermöglichte.
Für die Fixierung der Elektroden wurde eine Schablone aus Plexiglas verwendet
(Abbildung 10), die gewährleistete, dass die Elektroden während der gesamten
Ablation ihre Position nicht veränderten.
Abbildung 10: Versuchsaufbau bei ECL. Durchführung von zwei Ablationen zeitgleich.
Der Elektrodenabstand beträgt für beide Ablationen 4 cm, die Elektroden werden mit
Schablonen fixiert.
______________________________________________________________ 24
________________________________________________Material und Methodik
2.5 Makroskopische Begutachtung und histologische Aufarbeitung
2.5.1 RFA
Nach Ablauf der Ablationszeit und Durchführung der „Track Ablation“ wurden die
gesetzten Läsionen entlang des Stichkanals eröffnet. Die Nekrosen wurden dabei
mittig zerteilt, damit so die maximale Breite bestimmt werden konnte. Es schloss
sich die Vermessung der durch die Nekrosezone ziehenden Lebergefäße an.
Nach der makroskopischen Beschreibung einer jeden Läsion folgte eine Fixierung
des Gewebes in Formalin (4,5 %-ige, gepufferte Formaldehyd-Lösung) für 48
Stunden. Danach wurden die Läsionen in Gewebestreifen der Maße 2 cm x 1 cm
zugeschnitten. Der Zuschnitt erfolgte nach dem in Abbildung 11 dargestellten
Schema. Buchstabenmarkierungen an den Zuschnittkassetten dienten der
späteren Zuordnung.
Die Gewebeblöcke wurden schließlich in Paraffin eingebettet, auf Objektträger
zugeschnitten und mittels Hämatoxylin – Eosin – Färbung eingefärbt. Die
histologische Auswertung erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Institut für
Pathologie der Universität zu Lübeck.
Abbildung 11: Zuschnittschema der perivaskulären RFA-Läsionen zur weiteren
histologischen Untersuchung. Die gesamte Ablationszone wird für die histologische
Auswertung aufgearbeitet.
______________________________________________________________ 25
________________________________________________Material und Methodik
2.5.2 ECL
Nach Durchführung der ECL wurden die Läsionen analog zu dem Vorgehen nach
RFA entlang der Einstichkanäle der ECL-Elektroden eröffnet. Es folgte die
Vermessung und die makroskopische Beschreibung der Nekrosen. Das Volumen
der zylindrisch imponierenden Nekrosen nach ECL wurde unter Anwendung der
Formel V = π r2 x h (V = Volumen, r = Radius der Nekrose, h = Höhe der Nekrose)
ermittelt.
Messungen des pH-Werts (Orion 3-Star Plus Portable pH-Meter, Thermo Fisher
Scientific, Waltham, USA) jeweils im Bereich der Kathode und Anode einer jeden
Läsion sollten das Ausmaß der pH-Veränderungen ermitteln, die einen Großteil
des destruierenden Effekts der ECL ausmachen (Abbildung 12). Perivaskuläre
pH-Messungen innerhalb der Nekrosezonen sollten Aufschluss darüber geben, ob
die ECL in ihrer Wirkung durch Gefäßverläufe beeinflusst und eventuell
abgeschwächt wird.
Nach 48-stündiger Fixierung in Formalin folgte entsprechend dem Vorgehen nach
RFA der Zuschnitt auf Objektträger und die Färbung mit Hämatoxylin–Eosin. Auch
diese Präparate wurden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Pathologie
histologisch ausgewertet.
Abbildung 12: Messung des pH-Werts im sauren Bereich der Anode nach Durchführung
der ECL.
______________________________________________________________ 26
________________________________________________Material und Methodik
2.6 Statistik
Die statistische Auswertung umfasste die deskriptive Analyse der ermittelten
Daten. Dabei kamen folgende Testverfahren zur Anwendung: Chi-Quadrat-Test
für dichotome Messwerte, Mann-Whitney U-Test für unabhängige Messwerte und
der Wilcoxon-Test für abhängige Messwerte.
Aufgrund der relativ kleinen Versuchsreihen wurden die Messwerte als nicht
normal verteilt angesehen. Es wurde dabei unter beidseitiger Testung ein
Signifikanzniveau von α = 0,05 angenommen.
Mittels linearer Regression wurden mögliche Korrelationen zweier Messwerte
errechnet. Als Maß für die Stärke dieser Korrelation wurde der Pearson –
Korrelationskoeffizient bestimmt.
Zur statistischen Auswertung wurde das Statistikprogramm PASW 18 (Fa. SPSS,
Cary, USA) genutzt.
______________________________________________________________ 27
________________________________________________________Ergebnisse
3. Ergebnisse:
3.1 Ergebnisse zur RFA-Anwendung
3.1.1 Organe und Versuchsdurchführung
Insgesamt wurden 59 Läsionen in 15 Schweinelebern mittels RFA gesetzt. Das
mittlere Organgewicht betrug 2046 ± 707 g (1216 g – 2544 g). Postinterventionelle
Gewichtskontrollen ergaben ein Durchschnittsgewicht von 2107 + 645 g (1230 g 2636 g). Diese Gewichtszunahme war nicht signifikant (p = 0,142). Eine
intraexperimentelle Ödembildung konnte in der histologischen Untersuchung
ausgeschlossen werden, was wir als indirekten Hinweis für die Validität des
Versuchsaufbaus
werten.
Das
durchschnittliche
Zeitintervall
zwischen
Schlachtung und Reperfusion im Perfusionsmodell betrug transportbedingt 181 ±
82 Minuten (105 min – 360 min). Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Eckdaten dieser
Versuchsreihen im Überblick:
Tabelle 1: Eckdaten zur Anwendung der RFA. Bei Ablationen auf Stufe 3 wurde der
Elektrodenschirm partiell ausgefahren, Stufe 5 bezeichnet die Ablationen mit vollständig
ausgefahrenem Elektrodenschirm.
Stufe 3
Stufe 5
35
24
Tiefe: 2,7 cm
Tiefe: 4,0 cm
Elektrodenschirms:
Durchmesser: 2,7 cm
Durchmesser: 4,7 cm
Anwendungsbereich laut
Ablationen bis 3 cm Ø
Ablationen bis 5 cm Ø
12,28 ± 0,81 min
12,43 ± 1,17 min
-
7 von 24 (29,2%)
Anzahl der Ablationen:
Maße des
Hersteller:
Anwendungsdauer :
(Aufheizphase +
Ablationsphase)
Anzahl der Abbrüche:
______________________________________________________________ 28
________________________________________________________Ergebnisse
Bei 35 Anwendungen wurde
die RFA-Sonde auf Stufe 3 ausgefahren. Der
Durchmesser des Elektrodenschirms betrug dabei 2,7 cm. Die mittlere
Anwendungsdauer betrug 12,28 ± 0,81 Minuten (10,7 min – 13,8 min). In dieser
Zeit führte der RFA-Generator sowohl die Aufheizphase auf 105 °C als auch die
Ablation des Zielareals durch. Alle 35 Ablationen konnten erfolgreich durchgeführt
werden. In 24 Ansätzen wurde der RFA-Elektrodenschirm vollständig (Stufe 5)
ausgefahren und war dabei auf einen Schirmdurchmesser von 4,7 cm
aufgespannt. Die mittlere Anwendungsdauer betrug für die Anwendungen auf
Stufe 5 12,43 ± 1,17 min (11,8 min – 15,5 min) und war damit nicht signifikant
länger als auf Stufe 3 (p = 0,433). Unter der Anwendung mit vollständig
ausgefahrenem Schirm kam es in 29,2 % der Anwendungen (n = 7) zu einem
Abbruch der Ablation. Der RFA-Generator brach in diesen Fällen nach 10 min den
Aufheizvorgang ab, da innerhalb des Elektrodenschirms die Zieltemperatur von
105 °C nicht erreicht wurde.
3.1.2 Allgemeine Beschreibung der RFA-Nekrose
Bereits bei Entnahme der Lebern aus dem Perfusionsmodell konnten die
gesetzten Läsionen als runde Verhärtungen durch die Leberkapsel manuell
getastet werden. Nach dem Zuschnitt der gesetzten Läsionen imponierten diese
durch eine hellere Farbe und eine härtere Gewebekonsistenz im Vergleich zum
angrenzenden Lebergewebe. Der Übergang von abladiertem Lebergewebe zu
intakter Leber war unscharf. Die Läsionen erschienen birnenförmig, wobei die
Formgebung in Abhängigkeit von der Gefäßpräsenz innerhalb der Versuchsreihen
stark variierte (vgl. Abbildung 13 mit Abbildung 16).
Die durchschnittliche Breite aller Ablationen auf Stufe 5 betrug 24,9 ± 7,3 mm (0
mm – 38 mm). Ablationen auf Stufe 3 waren im Durchschnitt 22,37 ± 5,84 mm
breit (14 mm – 40 mm) und unterschieden sich damit nicht signifikant von den
Ablationen auf Stufe 5 (p = 0,055).
______________________________________________________________ 29
________________________________________________________Ergebnisse
Abbildung 13: Makroskopisches Bild nach RFA Stufe 5 (Leber 37, Ansatz 3). Die
Nekrose erscheint birnenförmig, der Übergang zu intaktem Lebergewebe ist unscharf. Die
Breite der Nekrose beträgt 38 mm.
Abbildung
14:
Nicht
abladiertes
Lebergewebe mit intakter Gefäßwand
(HE-Färbung, Vergrößerung 100-fach).
Abbildung 15: Lebergewebe nach RFA.
Verquollene Sinusoide, die Zellgrenzen
sind
aufgehoben.
(HE-Färbung,
Vergrößerung 100-fach).
______________________________________________________________ 30
________________________________________________________Ergebnisse
Bei der histologischen Untersuchung stellten sich die erzeugten Nekrosen durch
eine Zerstörung interstitieller Leberstrukturen dar (vgl. Abbildung 14 mit
Abbildung 15).
Die Sinusoide waren verquollen und die Zellgrenzen nicht klar voneinander
abgrenzbar. Das Zytoplasma der abladierten Hepatozyten erschien leicht
eosinophiler als das der intakten Zellen. Die Zellkerne waren pyknotisch. Die
Grenze zwischen zerstörtem und intaktem Lebergewebe war auch histologisch
nicht eindeutig zu bestimmen, da die genannten Veränderungen einen fließenden
Übergang zeigten.
Zusammenfassend
lässt
sich
sagen,
dass
die
RFA
im
perivaskulären
Kompartiment unscharf begrenzte und in ihrer Form unregelmäßige Nekrosen
produzierte, deren Größe durch Variation des Elektrodenschirms nicht signifikant
beeinflusst werden konnte.
3.1.3 Makroskopische und histologische Evaluation perivaskulärer RFA
Bereits makroskopisch zeigte sich beim Zuschnitt und Vermessen der Nekrosen,
dass die Nekrosebildung deutlich durch Gefäßverläufe beeinflusst wurde (vgl.
Abbildung 13 mit Abbildung 16).
So zeigte sich nach 52,5 % aller RFA-Anwendungen (n = 31), dass Gefäße im
Ablationsgebiet einen makroskopisch sichtbaren Einfluss auf die Größe und Form
der gesetzten Nekrose ausgeübt hatten (Tabelle 2). Dabei kam es in 15,3 % aller
RFA-Anwendungen (n = 9) zu einer Verkleinerung der Nekrose sowie in 20,3 % (n
= 12) zu perivasalen Aussparungen (makroskopisch Abbildung 16, histologisch
Abbildung 17).
In 16,9 % aller Ablationen durch RFA (n = 10) zeigte sich eine Kombination aus
Verkleinerung der Nekrose und perivasaler Aussparung. Es existierten keine
signifikanten Unterschiede zwischen Ablationen auf Stufe 3 und Stufe 5 in Bezug
auf diesen Gefäßeffekt.
______________________________________________________________ 31
________________________________________________________Ergebnisse
Abbildung 16: Makroskopisches Bild nach RFA Stufe 3 in der Nähe eines Gefäßes mit
einem Durchmesser von 9mm (Leber 26, Ansatz 1). Der rötliche Gefäßsaum deutet an,
dass das perivaskuläre Gewebe nicht vollständig zerstört wurde. Die Breite der Nekrose
beträgt 17 mm.
Tabelle 2: Übersicht über den Gefäßeffekt. Unter RFA total sind alle Gefäßeffekte bei
Ablationen mittels RFA aufgeführt. Es existieren keine signifikanten Unterschiede
zwischen den Versuchsreihen RFA Stufe 3 und RFA Stufe 5.
Gefäßeffekt
RFA total
RFA Stufe 3
RFA Stufe 5
Gefäßeffekt
makroskopisch
- davon Verkleinerung
52,5%
(31 von 59)
15,3%
(9 von 59)
20,3%
(12 von 59)
16,9%
(10 von 59)
70,1%
(82 von 117)
42,9%
(15 von 35)
14,3%
(5 von 35)
17,1%
(6 von 35)
11,4%
(4 von 35)
69,6%
(48 von 69)
66,7%
(16 von 24)
16,7%
(4 von 24)
25,0%
(6 von 24)
25,0%
(6 von 24)
57,8%
(48 von 83)
56,3%
(27 von 48)
60,0%
(21 von 35)
- davon Aussparung
- Verkleinerung +
Aussparung
Intakte Gefäßwände
(Gesamtnekrose)
Intakte Gefäße <
1cm Distanz zur
RFA-Sonde
70,8%
(34 von 48)
______________________________________________________________ 32
________________________________________________________Ergebnisse
Abbildung 17:
Histologisches Korrelat des in Abbildung 16 dargestellten
Ablationsareals (HE-Färbung, Vergrößerung 25-fach). Die Gefäßwand ist intakt. Ein
schmaler Saum von vitalem Lebergewebe umgibt das Gefäß. Verglichen mit dem
Zytoplasma der vitalen Hepatozyten erscheint das der destruierten Hepatozyten verstärkt
eosinophil. Die Sinusoide sind im destruierten Gewebe verquollen, die Zellgrenzen
aufgehoben.
Die histologische Begutachtung ergab, dass insgesamt
70,1 % aller Gefäße
(Durchmesser > 1 mm, n = 82), die innerhalb der makroskopisch als nekrotisch
beschriebenen Areale verliefen, nicht von der Ablation destruiert wurden, sondern
histologisch vital erschienen.
Gefäße, deren Entfernung zur RFA-Sonde weniger als 1 cm betrug, waren noch
zu 57,8 % (n = 48) intakt. Auch hier zeigte sich kein signifikanter Unterschied
zwischen Stufe 3 und Stufe 5.
Histologisch war bei diesen Gefäßen der komplette Wandaufbau erhalten. Intima,
Muskularis
und
Adventitia
erschienen
regelmäßig.
Auch
das
perivasale
Lebergewebe wies keine nekrotischen Veränderungen auf (Abbildung 17). Dieser
schmale Saum an vitalen Hepatozyten ging fließend in abladiertes Gewebe über.
______________________________________________________________ 33
________________________________________________________Ergebnisse
Destruierte Gefäße zeigten sich durch Intimazerreißungen und eine aufgequollene
Tunica media. Das Zytoplasma der nekrotischen Hepatozyten erschien vermehrt
eosinophil und die Zellgrenzen waren nicht klar abgrenzbar. Die Sinusoide waren
verquollen, sodass das gesamte Nekrosegebiet verschwommen wirkte.
Insgesamt kann die Nekrose nach perivasaler RFA als unvollständig bezeichnet
werden, da sie Gefäßwände und perivasales Lebergewebe aussparte.
3.1.4 Einfluss von Gefäßen auf Ablationen mittels RFA
Mit zunehmendem Durchmesser der Blutgefäße innerhalb des Ablationsareals
kam es zu einer Abnahme der Breite der Nekrose, dem sogenannten „Heat-sinkeffect“. Da der „Heat-sink-effect“ nicht nur von einem einzelnen Gefäß, sondern
von der Gesamtheit aller Gefäße innerhalb der Läsion erwirkt wird, diente der
Summendurchmesser aller Gefäße, die die Nekrosezone durchzogen, als Maß für
die Perfusion am Ablationsort. Abbildung 18 stellt den „Heat-Sink-Effekt“ für die
Versuchsreihen mit partiell geöffneter Sonde und vollständig geöffnetem
Elektrodenschirm (RFA Stufe 3 bzw. Stufe 5) graphisch dar. Die Breite der
Nekrose ist in diesem Diagramm in Abhängigkeit vom Summendurchmesser aller
Gefäße innerhalb der Nekrosezone aufgetragen.
Der blaue Graph zeigt die Ergebnisse für RFA Stufe 3. Er sinkt von 26 mm
Nekrosenbreite bei einem Summendurchmesser von 5 mm auf 17 mm
Nekrosenbreite bei einem Gefäßdurchmesser von 23 mm. Der Pearson –
Korrelationskoeffizient beträgt für diese Versuchsreihe r = - 0,325, was einer
geringen Korrelation zwischen Zunahme des Gefäßdurchmessers und Abnahme
der Nekrosenbreite entspricht.
Der rote Graph zeigt die Ergebnisse für Ablationen auf Stufe 5. Er sinkt von einer
durchschnittlichen Nekrosenbreite von 38 mm bei einem Summendurchmesser
von 5 mm auf 13 mm Nekrosenbreite bei einem Gefäßdurchmesser von 20 mm.
Der Pearson – Korrelationskoeffizient beträgt für die Versuchsreihe Stufe 5 r = 0,612 und gibt damit eine mittlere Korrelation zwischen Zunahme des
Gefäßdurchmessers
und
Abnahme
der
Nekrosenbreite
an.
Ab
einem
Summendurchmesser von 14 mm war die durchschnittlich Nekrosenbreite von
______________________________________________________________ 34
________________________________________________________Ergebnisse
Ablationen mit vollständig ausgefahrenem Elektrodenschirm kleiner ist als
diejenige von Ablationen bei partiell ausgefahrenem Elektrodenschirm.
Abbildung 18: Kühlungseffekt („Heat-sink-effect“): Grafische Darstellung der
Nekrosenbreite in Abhängigkeit von der Summe der Gefäßdurchmesser. Ablationen auf
Stufe 3 in blau, Ablationen auf Stufe 5 in rot. Mit Zunahme des
Gesamtgefäßdurchmessers nimmt die Breite der Nekrose ab. Ab einem
Gesamtgefäßdurchmesser von 14 mm konnten durch RFA Stufe 3 größere Nekrosen
erzeugt werden als durch Ablationen auf Stufe 5.
______________________________________________________________ 35
________________________________________________________Ergebnisse
Abbildung 19: RFA-Generator bei Durchführung einer Ablation (Leber 26, Ansatz 1).
Während die Elektrodenspitzen 1,2 und 5 eine Temperatur über 105 °C erreicht haben,
beträgt die Temperatur der Messpunkte 3 und 4 72 °C bzw. 80 °C. In der
makroskopischen Begutachtung zeigte sich, dass diese beiden Elektroden in der Nähe
des portalvenösen Gefäßes lagen (Abbildung 16). Durch diese Lagebeziehung wurde die
Aufheizung der Elektroden 3 und 4 auf 105 °C verhindert.
Mithilfe von Temperaturfühlern in den RFA-Elektroden konnte gezeigt werden,
dass perivaskulär positionierte RFA-Elektroden die im RFA-Generator angelegte
Zieltemperatur von 105°C nicht erreichten (Abbildung 19). Dieser Umstand führte
dazu, dass das Lebergewebe in der Umgebung eines Gefäßes nicht ausreichend
erhitzt und destruiert werden konnte.
______________________________________________________________ 36
________________________________________________________Ergebnisse
3.2 Ergebnisse zur ECL-Anwendung
3.2.1 Organe und Versuchsdurchführung
Zur Untersuchung der ECL in Gefäßnähe wurden insgesamt 24 Ablationen in 12
Schweinelebern durchgeführt. Das durchschnittliche Organgewicht betrug bei
Entnahme im Schlachthof 1885 ± 247 g (1495 g – 2300 g). Postinterventionelle
Messungen ergaben ein Durchschnittsgewicht von 1911 ± 238 g (1513 g – 2356
g). Diese Gewichtszunahme war nicht signifikant (p = 0,682). Bei der
histologischen Untersuchung der Präparate konnte eine interstitielle Ödembildung
im nicht abladierten Gewebe ausgeschlossen werden. Dies wird als indirekter
Hinweis auf die Validität des Versuchsaufbaus gewertet. Die durchschnittliche
Dauer zwischen Schlachtung und Reperfusion im Perfusionsmodell betrug
transportbedingt 98 ± 16 Minuten (80 min – 145 min).
Von den insgesamt 24 Anwendungen wurden acht Ablationen mit einer Ladung
(Q) von 150 Coulomb, acht Ablationen mit 300 C und acht Ablationen mit 600 C
durchgeführt. Jeweils vier dieser Ablationen wurden mit einem Elektrodenabstand
von 2 cm, die übrigen vier Ablationen mit einem Elektrodenabstand von 4 cm
durchgeführt, wobei die Ultraschall gestützte Positionierung so erfolgte, dass mittig
zwischen den Elektroden ein Gefäß verlief. Da die Ablationen mit einer
Stromstärke (I) von 50 mA durchgeführt wurden, ergaben sich entsprechend der
physikalischen Formel Q = I * t Anwendungsdauern von 50 min für Ablationen mit
150 C, 100 min bei Q = 300 C und 200 min bei Q = 600 C.
3.2.2. Allgemeine Beschreibung der ECL-Nekrose
Bereits während der Ablationen traten an den Einstichstellen der ECL-Elektroden
Gasblasen auf. Nach Abschluss der Ablation waren die Nekrosen durch die
Leberkapsel manuell tastbar. Dabei erschien das abladierte Gewebe an der
Kathode weicher, das Gewebe an der Anode härter als das nicht abladierte
Lebergewebe. Nach Eröffnung der Ablationszone entlang der ECL-Elektroden
imponierten die Nekrosezonen durch eine scharf begrenzte Farbveränderung und
waren somit klar von nicht abladiertem Gewebe abgrenzbar. Die Nekrose um die
Kathode erschien dunkler, die Nekrose um die Anode heller als das umgebene
Lebergewebe (Abbildung 20).
______________________________________________________________ 37
________________________________________________________Ergebnisse
Lebergefäß
Abbildung 20: ECL-Nekrose nach Durchführung der Ablation (Leber 14, Ansatz 1, 600 C,
Elektrodenabstand 2 cm). Links Nekrose an der Kathode, rechts Nekrose an der Anode.
Das Lumen des Gefäßes zwischen den Nekrosen ist aufgrund der weichen Konsistenz
der Nekrose um die Kathode zusammengesunken. Im rechten Gefäß ist die
Gasblasenbildung an der Anode zu erkennen.
Histologisch imponierte die Nekrose an der Kathode als Kolliquationsnekrose mit
blass eosinophilem Zytoplasma und achromatischen Zellkernen (Abbildung 21).
Die Zellgrenzen waren nicht voneinander abgrenzbar und die Sinusoide
verquollen. Insgesamt zeigte sich das nekrotische Gewebe im Bereich der
Kathode
verschwommen.
Es
existierte
ein
scharfer
Übergang
von
Kolliquationsnekrose zu strukturell intaktem Lebergewebe.
An der Anode zeigte sich das histologische Bild einer Koagulationsnekrose. Das
Zytoplasma der Hepatozyten erschien stark eosinophil, die Zellkerne waren
morphologisch gut darstellbar. Die Zellgrenzen waren gut abgrenzbar und die
Sinusoide erhalten. Auch hier zeigte sich ein scharfer Übergang zwischen
Nekrose und intaktem Lebergewebe.
Den Übergang zwischen beiden Nekrosen bildete eine schmale, scharf begrenzte
eosinophile
Übergangszone. Weder in den
Nekrosezonen noch
in
der
eosinophilen Übergangszone konnten morphologisch erhaltene Hepatozyten
gefunden werden.
______________________________________________________________ 38
________________________________________________________Ergebnisse
Abbildung 21: Histologisches Bild des Übergangbereichs zwischen den beiden Nekrosen
um Anode und Kathode nach ECL (HE-Färbung, Vergrößerung 100-fach).
Die geometrische Form der Läsionen um Anode und Kathode imponierte als
Zylinder, sodass der mathematischen Formel entsprechend die Berechnung der
einzelnen Nekrosevolumina erfolgte (Tabelle 3). Durch Addition der einzelnen
Volumina an Anode und Kathode wurde das Gesamtnekrosevolumen berechnet.
Es zeigte sich, dass mit zunehmender Ladung auch die Nekrosevolumina stiegen
(Abbildung 22). So konnte eine deutliche Zunahme des Nekrosevolumens bei
einer Erhöhung der applizierten Ladung von 150 C auf 300 C nachgewiesen
werden. Bei einer weiteren Erhöhung der Ladung auf 600 C fiel dieser
Volumenzuwachs geringer aus. Ein Vergleich der Nekrosevolumina zwischen den
Ablationen mit 2 cm und 4 cm Elektrodenabstand zeigte, dass bei den
Versuchsreihen Q = 300 C und Q = 600 C größere Nekrosen durch einen weiteren
Elektrodenabstand erzielt werden konnten (Abbildung 22). Signifikant war dieser
Unterschied jedoch nur für die Gesamtnekrose und Anodennekrose in der
Versuchsreihe Q = 300 C.
Desweiteren fiel auf, dass die jeweils an der Kathode erzeugten Nekrosen größer
waren als an der Anode (Tabelle 3). Dieser Unterschied war bei Anwendung des
Wilcoxon – Tests für abhängige Messwerte jedoch nicht signifikant.
______________________________________________________________ 39
________________________________________________________Ergebnisse
Tabelle 3: Übersicht über die erzeugten Nekrosevolumina für 150 C, 300 C und 600 C für
Ablationen mit 2 cm Elektrodenabstand und 4 cm Elektrodenabstand. Signifikante
Unterschiede zwischen den Versuchsreihen sind in Klammern angegeben (n.s. = nicht
signifikant).
Volumen
Gesamtnekrose
Nekrose Anode
Nekrosevolumen (cm³)mm
Nekrose Kathode
Ladung in
Coulomb
150 C
(n.s.)
300 C
(p=0,021)
600 C
(n.s.)
150 C
(n.s.)
300 C
(p=0,021)
600 C
(n.s.)
150 C
(n.s.)
300 C
(n.s.)
600 C
(n.s.)
Nekrose in cm3
(2 cm Abstand)
Nekrose in cm3
(4 cm Abstand)
10,2 + 4,5
9,2 + 3,0
20,5 + 1,9
31,1 + 5,6
26,2 + 6,1
32,1 + 2,2
4,5 + 1,4
3,0 + 0,4
7,1 + 1,7
12,9 + 2,7
9,8 + 3,0
10,8 + 2,5
5,7 + 4,4
6,3 + 3,1
13,4 + 2,5
18,3 + 7,7
16,4 + 6,6
21,3 + 2,8
40
30
20
2cm Abstand
4cm Abstand
10
0
0
200
400
600
800
Ladung (C)
Abbildung 22: Gegenüberstellung der Nekrosevolumina nach ECL mit Elektrodenabständen
von 2 cm (blau) und 4 cm (rot). Von 150 C auf 300 C großer Zuwachs an Nekrosevolumen.
Von 300 C auf 600 C nur noch geringer Volumenzuwachs. Ab 300 C größeres
Nekrosevolumen für ECL mit 4 cm Elektrodenabstand.
______________________________________________________________ 40
________________________________________________________Ergebnisse
3.2.3 Makroskopische und histologische Evaluation perivaskulärer ECL
Makroskopisch reichten die Nekrosen bis direkt an die Gefäße heran (Abbildung
23). Perivaskuläre Aussparungen konnten unabhängig vom Elektrodenabstand (2
cm, 4 cm) und von der angelegten Ladung (150 C, 300 C, 600 C) in keinem
Präparat gefunden werden.
In der histologischen Untersuchung wurden im Anwendungsgebiet der ECL auch
in unmittelbarer Gefäßnähe keine morphologisch erhaltenen Hepatozyten
nachgewiesen.
Abbildung 23: Makroskopisches Bild nach Ablation mittels ECL (300 C, 2 cm
Elektrodenabstand). Links Nekrosezone an der Kathode, rechts Nekrosezone an der
Anode. Die Nekrosen reichen jeweils bis direkt an die Gefäße heran.
______________________________________________________________ 41
________________________________________________________Ergebnisse
Als Zeichen der Zerstörung von Gefäßwänden im Bereich der Kathode
imponierten partielle Intimazerreißungen und eine Auflösung der Struktur der
Tunica media (vgl. Abbildung 24 mit Abbildung 25).
Abbildung 24: Intakte Gefäßwand vor
ECL mit regelrechtem Wandaufbau und
normaler Parenchymstruktur. (HEFärbung, Vergrößerung 100-fach).
Abbildung 25: Destruierte Gefäßwand
nach ECL innerhalb der
Kolliquationsnekrose (HE-Färbung,
Vergrößerung 100-fach).
Im Bereich der Anode zeichneten sich destruierte Gefäßwände durch eine erhöhte
Eosinophilie des Zytoplasmas aus.
Weder die
Ruptur einer kompletten Gefäßwand
noch eine
interstitielle
Ödembildung als Zeichen eines Perfusataustritts in das perivaskuläre Gewebe
wurden in einem Präparat sichtbar. Thrombosen oder Infiltrationen von
immunkompetenten Zellen konnten bei Verwendung einer akorpuskulären
Perfusionslösung
erwartungsgemäß
nicht
gefunden
werden.
Der
scharfe
Übergang von Nekrose zu intaktem Lebergewebe, wie er in Kapitel 3.2.2
beschrieben wurde, setzte sich auch an der Gefäßwand fort (Abbildung 26).
Insgesamt produzierte die ECL eine regelmäßige, scharf begrenzte Nekrose, die
keine perivasalen Aussparungen aufwies und Gefäßwände und Hepatozyten
gleichermaßen destruierte.
______________________________________________________________ 42
________________________________________________________Ergebnisse
Abbildung 26: Histologie des Übergangs von Kolliquationsnekrose zu intaktem Gewebe.
Es existiert eine scharfe Grenze zwischen destruiertem und intaktem Gewebe. Diese
Grenze schließt die Gefäßwand mit ein. (HE-Färbung, Vergrößerung 25-fach).
3.2.4 Einfluss von Gefäßen auf Ablationen mittels ECL
Messungen des postinterventionellen pH-Werts innerhalb der erzeugten Nekrosen
ergaben durchschnittliche pH-Werte von 0,9 (0,6 – 1,8) an der Anode und 12,2
(11,4 - 12,6) an der Kathode. Es konnte ein scharfer Umschlag im pH-Wert
zwischen nekrotischem und vitalem Gewebe nachgewiesen werden. Zwischen
beiden Nekrosen bestand ein sprunghafter Übergang im pH-Wert mit einer
rapiden pH-Wertveränderung zwischen dem sauren Milieu an der Anode und dem
basischen Milieu an der Kathode. Auch in direkter Gefäßnähe konnte eine
Veränderung dieses Milieus nicht nachgewiesen werden (Abbildung 27 und
Abbildung 28).
______________________________________________________________ 43
________________________________________________________Ergebnisse
Lebergefäß
Abbildung 27: pH-Messung an der Anode. Auch in unmittelbarer Nähe zum Gefäß
Nachweis eines sauren Milieus (pH 1,8).
Lebergefäß
Abbildung 28: pH-Messung der Kathode. Direkt am portalvenösen Gefäß liegt der pHWert mit 11,46 im alkalischen Bereich.
______________________________________________________________ 44
_________________________________________________________Diskussion
4. Diskussion
4.1 Therapieoptionen primärer und sekundärer Lebermalignitäten
Lebermetastasen stellen in Europa 90 % aller malignen Raumforderungen der
Leber dar [55]. Bis zu 50 % der Patienten, die an einem Karzinom erkranken,
entwickeln im Laufe ihres Lebens Lebermetastasen [7, 14, 57]. Die 5Jahresüberlebensrate von Patienten mit hepatisch metastasiertem kolorektalem
Karzinom liegt ohne Therapie bei unter 3 % [23]. Eine R0-Resektion der
hepatischen Filiae eines kolorektalen Karzinoms kann die 5-Jahresüberlebensrate
auf 16 – 40 % erhöhen [24, 38, 64 84].
In den Hochinzidenzgebieten Afrika und Asien stellt das hepatozelluläre Karzinom
den häufigsten intrahepatischen Tumor dar [30]. Ungefähr 10 % aller primär
malignen
Leberveränderungen
werden
durch
das
Cholangiokarzinom
hervorgerufen [37].
Für nahezu alle genannten Lebermalignitäten stellt die chirurgische Resektion
derzeit die Methode der Wahl dar. Die Ausnahme bildet das nicht metastasierte
hepatozelluläre
Karzinom
in
Zirrhose,
dessen
beste
Therapieform
die
Lebertransplantation darstellt [37].
Bei Diagnosestellung können allerdings nur 10 – 40 % der Patienten diesen
potentiell kurativen Therapien zugeführt werden [24, 38, 64 84], sodass
verschiedene lokal ablative Verfahren entwickelt wurden, die eine Destruktion des
Tumorgewebes erwirken sollen.
Die Brachytherapie zählt zu den radiogenen Therapieregimen. Die CT-gestützte
Anwendung zur Behandlung von Lebermetastasen wurde erstmals 2003
beschrieben. Von 21 behandelten Patienten entwickelten sechs Probanden
Übelkeit und Erbrechen, nur ein Patient entwickelte mit der Obstruktion des
Ductus choledochus eine ernsthafte Komplikation, die mittels Stent versorgt
werden konnte. Die lokale Tumorkontrolle lag nach 12 Monaten bei 70 % [69].
Die Ethanolinjektion und die transarterielle Chemoembolisation zählen zu den
mechanisch–chemischen
Therapieverfahren.
Bei
der
transarteriellen
Chemoembolisation wird über den arteriellen Weg ein Chemotherapeutikum
appliziert und nachfolgend ein Verschluss dieser Strombahn erwirkt. Bisher hat
sich hinsichtlich der verwendeten Substanzen jedoch noch kein einheitliches
______________________________________________________________ 45
_________________________________________________________Diskussion
Therapieschema durchgesetzt. Als Embolisationssubstanzen werden unter
anderem Mikrospheren oder Kollagene verwendet. In der Behandlung des
hepatisch metastasierten Karzinoms konnte mit dieser Methode eine 1Jahresüberlebensrate von 70 % und eine 3-Jahresüberlebensrate von 23 %
erreicht werden [82]. Die Ethanolinjektion ist eine günstige und relativ einfach
durchzuführende Methode, die sich allerdings aufgrund der geringen Kontrolle
über die Verteilung des Alkohols nur zur Behandlung kleiner Tumoren eignet, wie
die Arbeiten von Livraghi zeigen konnten [43].
Zu den thermischen Methoden zählen die Radiofrequenzablation (RFA), die
laserinduzierte Thermotherapie, der fokussierte Ultraschall und die Kryotherapie.
Letztere hat mit bis zu 40,7 % eine relativ hohe Komplikationsrate [66]. Hierbei
handelt es sich häufig um starke Blutungen durch Einrisse von Lebervenen [25].
Die perioperative Mortalität wird mit 1,5 % angegeben [80]. Beim fokussierten
Ultraschall wird über die Bündelung von Ultraschallwellen mittels speziellen Linsen
Hitze innerhalb des Gewebes erzeugt [36]. Dabei werden in tierexperimentellen
Studien Temperaturen von 80 °C erreicht [2]. Ergebnisse zur intrahepatischen
Anwendung
am
Menschen
bleiben
abzuwarten.
Die
laserinduzierte
Thermotherapie führt über die Absorption eines bestimmten Lasers zur
Denaturierung von Proteinen und zur Erwärmung des Gewebes. Die mittlere
Überlebenszeit
bei
der
Therapie
von
Lebermetastasen
unterschiedlicher
Primärtumoren wird mit 15,2 – 36 Monaten angegeben [17, 89].
Unter
allen
bisher
Radiofrequenzablation
genannten
in
lokalen
Europa
Ablationsverfahren
gegenüber
den
hat
anderen
sich
die
Methoden
weitestgehend durchgesetzt. Nicht zuletzt aufgrund ihrer hohen klinischen
Praktikabilität hat sie eine weite Verbreitung in der Therapie maligner
Leberläsionen gewonnen [46]. Bei der Behandlung von Lebermetastasen mit einer
Größe von unter drei Zentimetern konnten in einzelnen Studien im Vergleich zur
chirurgischen Resektion gleichwertige Ergebnisse erzielt werden [53]. Dennoch
wird darüber spekuliert, ob die RFA bei perivaskulärer Anwendung eine
Verminderung ihrer Effizienz erfährt und es ist umstritten, welches Verfahren in
dieser Situation eines gefäßnahen nicht resezierbaren Tumors die Methode der
Wahl darstellt [49].
______________________________________________________________ 46
_________________________________________________________Diskussion
Zu den potentiellen Alternativen zählt die elektrochemische Lyse (ECL), die bisher
in Deutschland keinen Stellenwert besitzt aber in China und Russland Anwendung
erfährt. Ein Vergleich von perivaskulären Ablationen beider Verfahren im gleichen
Versuchsaufbau wurde bisher nicht durchgeführt. Ziel dieser Arbeit war es daher,
gefäßnahe Anwendungen von RFA und ECL näher zu untersuchen.
4.1 Radiofrequenzablation
Die Radiofrequenzablation hat insbesondere in Europa und den USA zunehmend
an Bedeutung erlangt [46]. Sie stellt ein thermisch-ablatives Verfahren dar, das
über Wärmeinduktion eine Nekrose im Tumorgewebe erzeugt. Ausfahrbare
Schirmelektroden, die mittig in der Zielstruktur positioniert werden, dienen der
Übertragung dieser Wärmeenergie.
In der vorliegenden Arbeit konnten mittels monopolarer RFA unscharf begrenzte
und in ihrer Form unregelmäßige Läsionen produziert werden, deren Größe durch
Variation des Elektrodenschirms nicht signifikant beeinflusst werden konnte. Der
Übergang von destruiertem Gewebe innerhalb des Ablationsareals zu vitalem
Lebergewebe erschien besonders in der histologischen Untersuchung unscharf.
Während die Läsionen in der hier vorliegenden Arbeit in unmittelbarer Gefäßnähe
gesetzt wurden, um den Kühlungseffekt von Gefäßen auf die RFA näher zu
untersuchen, führten Hinz et al. im Jahr 2008 Ablationen mittels RFA und ECL in
den peripheren Kompartimenten von Schweinelebern durch, um die Effektivität
und Sicherheit beider Verfahren zu untersuchen.
Auch für die Anwendung in der Leberperipherie konnten Hinz et al. zeigen, dass
nach Ablationen mittels RFA eine Übergangszone zwischen vollständiger Nekrose
und vitalem Lebergewebe existiert, in welcher avitale und intakte Zellen gefunden
werden können [32].
Für die klinische Anwendung, sowohl sonographisch als auch CT-gestützt, besteht
aufgrund einer sich ausbildenden Unschärfe in der Bildgebung das Problem, bei
laufender Therapie das Ausmaß der vollständigen Nekrose zu verifizieren.
Konsekutiv fehlt eine Kontrolle über die vollständige Tumorablation während der
Anwendung. Im Falle residualer Tumorzellen resultiert die Gefahr eines
Lokalrezidives.
______________________________________________________________ 47
_________________________________________________________Diskussion
Mulier et al. konnten in einer Metaanalyse von 2005 nachweisen, dass die
Lokalrezidivrate nach RFA bei 12,4 % liegt [54]. Diese hohe Rate könnte ein
Grund dafür sein, weshalb die 5-JÜR von Patienten mit hepatisch metastasiertem
kolorektalem Karzinom nach RFA mit 5 - 26 % angegeben wird [19] und damit
nicht an die Ergebnisse der chirurgischen Resektion heranreicht.
Aufgrund der unregelmäßigen geometrischen Formen der durch RFA erzeugten
Läsionen war es in dieser Arbeit auf mathematischem Wege nur schwer möglich,
Nekrosevolumina zu berechnen. Wir beschränkten uns deshalb darauf, mittels
Analyse der Nekrosenbreite das Ausmaß der erzeugten Läsionen zu beschreiben.
Bei vollständig ausgefahrener RFA-Elektrode konnten in dieser Arbeit Läsionen
mit einer Breite von 25 mm erzeugt werden. Dieser Wert liegt deutlich unter den
Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen, die einen Nekrosedurchmesser von bis zu
50 mm erreichen konnten [67]. Die Diskrepanz der Ergebnisse führen wir darauf
zurück, dass in der vorgelegten Arbeit alle Ablationen perivaskulär durchgeführt
wurden
und
der
„Heat-sink-effect“
der
Ausbildung
größerer
Nekrosen
entgegenwirkte.
Rossi et al. beobachteten den „Heat-sink-effect“ bereits 1999. Sie führten RFA an
Lebern von Schwein und Kalb durch und kamen zu dem Ergebnis, dass eine
Unterbrechung des Blutflusses zur Ausbildung größeren Läsionen führt [72]. Die
Autoren gingen davon aus, dass der Flüssigkeitsstrom innerhalb eines
Blutgefäßes die von der RFA-Elektrode induzierte Wärmeentwicklung absorbiert
und über Konvektion zu einer Kühlung des perivaskulären Gewebes führt. Die
These eines solchen Kühlungseffekts periablativ verlaufender Gefäße wird durch
die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bestätigt, da sich die Ablationen in
Gefäßnähe als unvollständig präsentierten. Die induzierten Läsionen sparten 70,1
% aller Gefäße gänzlich aus. Die Gefäßwände wurden nicht destruiert, sondern
zeigten sowohl makroskopisch als auch histologisch einen anatomisch intakten
Aufbau. Ferner konnte gezeigt werden, dass ein Saum vitaler Hepatozyten die
Blutgefäße umgab.
Lehmann et al. analysierten 2009 den „Heat-sink-effect“ unter Einsatz eines
bipolaren RFA-Systems ex situ an Schweinelebern. Die Arbeitsgruppe führte
perfundierte Glasröhren in die Lebern ein und vollzog in unterschiedlichen
Abständen dazu RF-Ablationen. Die Autoren konnten zeigen, dass der Abstand
______________________________________________________________ 48
_________________________________________________________Diskussion
zwischen RFA-Elektrode und Gefäß maßgeblich für das Ausmaß eines
Kühlungseffekts verantwortlich ist [39].
Das in der hier vorliegenden Arbeit verwendete Perfusionsmodell stellt eine
Verbesserung der Methodik von Lehmann et al. dar, weil es die physiologischen
Perfusionsbedingungen
der
Leber
besser
abbildet.
Doch
auch
unter
Leberperfusion über V. portae und A. hepatica propria konnte ein deutlicher „Heatsink-effect“ beobachtet werden.
Da der „Heat sink effect“ nicht aus einem einzelnen Gefäß, sondern aus dem
Gesamtblutfluss
resultiert,
wurden
zur quantitativen
Beschreibung dieses
summativen Effektes die Querdurchmesser aller Gefäße > 1 mm innerhalb der
erzeugten Läsionen zu einem Gesamtdurchmesser addiert und der Breite der
Läsionen gegenübergestellt. Es konnte dadurch gezeigt werden, dass mit
Zunahme des Gesamtgefäßdurchmessers die durchschnittliche Breite der
erzeugten Läsionen abnahm. Wir schlussfolgern aus diesem Ergebnis, dass das
Ausmaß
des
„Heat-sink-effects“
abhängig
vom
Gesamtgefäßdurchmesser
innerhalb der erzeugten Läsion ist.
Ein Vergleich der Ablationsergebnisse bei partiell (Stufe 3) und vollständig (Stufe
5) ausgefahrenem RFA-Elektrodenschirm ergab, dass in Abwesenheit von
Gefäßen größere Läsionen mittels Ablation auf Stufe 5 erzeugt werden konnten.
Ab einem Gesamtgefäßdurchmesser von 14 mm war die durchschnittliche Breite
der erzeugten Läsionen von Ablationen auf Stufe 5 allerdings kleiner als die Breite
der Läsionen, die durch Ablationen auf Stufe 3 hervorgerufen wurden. Zudem
registrierten wir unter RF-Ablationen auf Stufe 5 eine Abbruchquote von 29,2%.
Der RF-Generator konnte in diesen Fällen die Schirmelektrode aufgrund des
Kühlungseffekts benachbarter Gefäße nicht auf die Zieltemperatur von 105 °C
erhitzen und brach den Ablationsvorgang ab. Ablationen auf Stufe 3 zeigten
dieses Phänomen nicht. Wir führen diese Beobachtung darauf zurück, dass
Ablationen bei vollständig ausgefahrenem Elektrodenschirm stärker vom „Heatsink-effect“ beeinflusst werden als Ablationen mit partiell ausgefahrenem Schirm.
Für die klinische Praxis bedeutet dies, dass bei Anwendung der RFA in
unmittelbarer Gefäßnähe ein unvollständig ausgefahrener Elektrodenschirm zu
einer effizienteren Ablation führen kann.
______________________________________________________________ 49
_________________________________________________________Diskussion
Letztendlich muss konstatiert werden, dass die RFA bei intrahepatischer
Anwendung einem deutlichen „Heat-sink-effect“ unterliegt, was zu unterwarteten
perivaskulären Verkleinerungen sowie Aussparungen der erzeugten Läsion führen
kann.
4.2 Elektrochemische Lyse
Die elektrochemische Lyse stellt ein lokal ablatives Verfahren dar, das über eine
pH-Wertverschiebung im Gewebe sowie die Freisetzung von Chlor und
Wasserstoff zu einer Nekrose des Zielareals führt [40, 96]. Desweiteren postuliert
Nordenström, dass der Gleichstrom, der bei diesem Verfahren zwischen
mindestens zwei in das Zielgewebe eingebrachten Platinelektroden fließt, auch
eine direkte Schädigung des Ionentransportsystems erwirkt [58]. Aufgrund des
elektrischen Feldes wandern positiv geladene Ionen wie Na +, K+, Ca2+ Mg2+ in
Richtung Kathode, während negativ geladene Cl--Ionen Richtung Anode migrieren
[40]. Diese Veränderungen des Elektrolythaushaltes führen letztendlich zu einem
Zusammenbruch des Membranpotentials und dem Funktionsverlust essentieller
Enzymreaktionen [58].
In China wurden in den vergangenen 20 Jahren über 10.000 Patienten mit
verschiedenen malignen Tumoren mittels ECL therapiert [56, 98]. In Deutschland,
Europa und den USA hingegen konnte sich dieses Verfahren in der Behandlung
nicht resektabler Malignitäten bislang nicht gegen die RFA durchsetzen, obgleich
verschiedene Autoren die Sicherheit und Effektivität der ECL untersuchten und
diese positiv bewerteten [3, 32, 92, 95, 96].
Bis
dato
lässt
sich
in
der
Literatur
medizinischer
Datenbanken
keine
Standardisierung über die anzuwendenden Parameter Ladung, Stromstärke,
Spannung und Elektrodenanordnung erkennen. Nordenström empfiehlt in einer
seiner
ersten
Arbeiten
über
die
ECL,
100
Coulomb
pro
Zentimeter
Tumordurchmesser zu verwenden [58] und spricht sich für die Positionierung einer
einzelnen Anode zentral im Tumor und mehrerer Kathoden in der Peripherie der
malignen Raumforderung aus [60], während die chinesische Arbeitsgruppe um Xin
et al. in klinischen Anwendungen der ECL Ablationen mittels 30 bis 100 C pro
Zentimeter Tumordurchmesser durchführte und dabei mehrere Anoden im Tumor
______________________________________________________________ 50
_________________________________________________________Diskussion
und die gleiche Anzahl an Kathoden im Randbereich außerhalb der malignen
Läsionen positionierte [97]. Andere Autoren sprechen sich dafür aus, die
anzulegende Ladung nicht vom Tumordurchmesser, sondern von dem zu
abladierenden Tumorvolumen abhängig zu machen [68]. So kommen Heiberg et
al. zu dem Ergebnis, dass im Tiermodell Maus 30 – 50 C pro cm³ Tumormasse
mittels ECL appliziert werden sollten [28]. Die verwendeten Stromstärken reichen
von 0,4 μA bei Gleichstrombehandlungen von Ratten durch Habal et al. [26] bis
hin zu 80 mA in der klinischen Anwendung beim Menschen im Zielorgan Lunge
durch Xin et al. [99].
Aufgrund dieser heterogenen Datenlage bezüglich der anzuwendenden Parameter
entschieden wir uns dazu, mehrere Versuchsreihen durchzuführen, in denen wir
die Parameter Ladung (150 C, 300 C, 600 C) und Elektrodenabstand (2 cm, 4 cm)
variierten, um post ablationem evaluieren zu können, ob diese beiden Parameter
das
Ablationsergebnis
bei
perivaskulärer
Anwendung
beeinflussen.
Die
Stromstärke betrug bei allen Ablationen 50 mA, wie sie auch Wemyss-Holden et
al. bei intrahepatischer Anwendung der ECL am lebenden Schwein verwendeten
[95]. Die Spannung lag bei 25 V, da bei der Verwendung höherer Spannungen um
40 V eine unkontrollierte Entstehung von Gewebsnekrosen beschrieben wurde
[62]. Wir entschieden uns für die Verwendung von lediglich zwei Elektroden, um
eine eindeutige histologische Evaluation der verschiedenen Nekrosetypen um
Anode und Kathode durchführen zu können. Bei Verwendung mehrerer
Elektrodenpaare
perivaskulären
wäre
diese
Ablationszone
eindeutige
Beurteilung
aufgrund
insbesondere
eventuell
der
auftretender
Überlagerungsphänomene der verschiedenen Nekroseareale erschwert worden.
In der vorliegenden Arbeit konnten mittels ECL scharf begrenzte,
zylinderförmige Läsionen produziert werden, deren Volumen durch die Variation
der applizierten Ladung beeinflusst werden konnte. Die Erhöhung der applizierten
Ladung von 150 C auf 300 C führte zu einem deutlichen Zuwachs des
Nekrosevolumens, während bei einer weiteren Erhöhung der Ladung auf 600 C
diese Zunahme geringer ausfiel. Diese Beobachtung könnte damit der Dosis Wirkungsbeziehung entsprechen, wie sie durch von-Euler et al. 2003 postuliert
wurde. Die Autoren konnten eine logarithmische Beziehung zwischen Dosis und
______________________________________________________________ 51
_________________________________________________________Diskussion
Wirkung bei Applikation von 5, 10 und 90 Coulomb in der Leber von Ratten und
Hunden nachweisen [90].
Vitale Zellen innerhalb des Ablationsareals konnten in keinem Präparat
nachgewiesen werden. Die histologische Auswertung zeigte, dass es im gesamten
Bereich
der
erzeugten
Läsionen
zu
einer
kompletten
Auflösung
Zellmembranen und Nuclei kam. Diese Beobachtung schloss
der
auch die
perivaskuläre Nekrosezone mit ein, die ebenfalls in allen Ansätzen vollständig
abladiert werden konnte.
Die Arbeitsgruppe um Hinz et al., die RFA und ECL in vivo an Schweinelebern
durchführte, beschrieb auch eine scharfe Demarkierung der durch ECL erzeugten
Läsion vom intakten Lebergewebe [32]. Die Formgebung der Läsionen wird von
den Autoren jedoch als irregulär beschrieben, was den Ergebnissen unserer Arbeit
widerspricht. Wir führen diese Differenz darauf zurück, dass Hinz et al. eine
quadratische Anordnung von 4 ECL-Elektroden wählten, während die ECL in der
vorliegenden Arbeit mit 2 Elektroden durchgeführt wurde.
Hinz et al. legten in der Analyse ihrer Ergebnisse den Focus auf eine durch ECL
hervorgerufene
konsekutiver
neutrophilen
Entzündungsreaktion
Infiltration
von
Granulozyten.
innerhalb
Lymphozyten,
Bei
des
Ablationsareals
Plasmazellen,
Verwendung
einer
Histiozyten
mit
und
akorpuskulären
Perfusionslösung in unserem Modell und unmittelbarer Aufarbeitung des Organs
nach Anwendung der ECL konnten solche Sekundäreffekte nicht verifiziert
werden.
Über die Größe der durch ECL erzeugten Läsionen wurden von Hinz et al. keine
Angaben gemacht. Auch die perivaskuläre Ablationszone wurde nicht näher
beschrieben.
In der vorliegenden Arbeit konnten sowohl makroskopisch als auch in der
histologischen Auswertung der Präparate keine perivaskulären Aussparungen der
durch ECL erzeugten Läsionen nachgewiesen werden. Perivaskulär gelegene
Hepatozyten und Gefäßwände wurden gleichermaßen von der ECL destruiert,
ohne dass eine Kontinuitätsunterbrechung oder Ruptur der gesamten Gefäßwand
nachgewiesen werden konnte. Der scharfe Übergang von destruiertem zu
intaktem Gewebe zeigte sich gleichermaßen im Leberparenchym sowie an den
Gefäßwänden. Wir schlussfolgern daraus, dass Gefäßverläufe innerhalb des
______________________________________________________________ 52
_________________________________________________________Diskussion
Ablationsareals keinen Einfluss auf die Ausbildung mittels ECL erzeugter Läsionen
haben.
Wie eingangs beschrieben, sehen Li et al. den hauptsächlichen Wirkmechanismus
der ECL in einer pH-Wertveränderung im Zielgewebe [40]. Durch Hydrolyse
entstehen letztendlich die Azidität an der Anode und die Alkalität an der Kathode.
In der vorliegenden Arbeit betrug der mittlere pH 0,9 im Bereich der Anode und
12,2 an der Kathode. Diese Ergebnisse entsprechen damit den Angaben anderer
Arbeitsgruppen [40, 52]. Auch in unmittelbarer Nähe zu Gefäßen konnte in
unseren Untersuchungen eine Veränderung der Azidität im Bereich der Anode
oder der Alkalität an der Kathode nicht nachgewiesen werden. Es wird daher die
These aufgestellt, dass die pH-Wertalteration im Zielgewebe, die vermutlich den
hauptsächlichen Wirkmechanismus der ECL in der Ablation von Tumorgewebe
darstellt, nicht von Gefäßverläufen innerhalb des Ablationsareals beeinflusst wird.
Zusammenfassend
stellen
wir
fest,
dass
in
dem
hier
beschriebenen
Perfusionsmodell kein Gefäßeffekt auf Ablationen mittels ECL nachgewiesen
werden konnte.
4.3 Bewertung beider Verfahren und Ausblick
Aufgrund des konkurrierenden Wirkmechanismus von RFA und ECL sowie der
unzureichenden Datenlage bezüglich der Ablationsergebnisse nach ECL drängt
sich ein experimenteller Vergleich beider Verfahren auf.
Während die RFA als sehr weit verbreitetes Ablationsverfahren in der westlichen
Welt gilt [9, 13], wurde die ECL in den vergangenen 20 Jahren überwiegend in
China an über 10.000 Patienten durchgeführt [46, 98]. Diese klinische Anwendung
stützt sich bis heute nur auf eine marginale Evidenz.
Ein Vergleich der Überlebensraten von Patienten, die mittels RFA und ECL
therapiert wurden, stellt sich als äußerst schwierig dar, da es nur wenige
veröffentlichte Studien über die Anwendung der ECL am Menschen gibt. Die
Arbeiten aus China weisen häufig keine Verlaufsbeobachtung der Patienten auf.
Desweiteren fanden die Durchführungen der ECL außerhalb von geplanten
Studien statt, sodass eine Klassifikation oder Stadieneinteilung der behandelten
Malignome häufig unterlassen wurde. Nilsson et al. verglichen im Jahr 2000 in
______________________________________________________________ 53
_________________________________________________________Diskussion
einer Übersichtsarbeit bezüglich der ECL die Überlebensraten in China zwischen
1987 und 1997 mit den Krebsstatistiken der USA von 1973 bis 1996 und kamen
zu dem Ergebnis, dass für Lungen-, Leber- und Ösophaguskarzinome eine
wesentlich niedrigere Mortalität der ECL-Gruppe aus China aufgezeigt werden
konnte [56]. Wie eingangs bereits erwähnt, fehlt es allerdings auch dieser Arbeit
an einer Klassifikation und Stadieneinteilung der behandelten Malignome. Ferner
werden die Therapieregime, die der Krebsstatistik der USA zugrundeliegen, nicht
näher erläutert, sodass die Aussagekraft dieser Arbeit deutlich einschränkt ist.
Es bleibt festzuhalten, dass eine vergleichende Beurteilung beider Verfahren
bezüglich des Langzeitüberlebens aufgrund der unzureichenden Datenlage derzeit
nicht zuverlässig möglich ist.
Hinz et al. stellten beide Verfahren 2008 in einem in-vivo-Experiment an
Schweinelebern gegenüber und kamen zu dem Ergebnis, dass die ECL in Bezug
auf die Zerstörung künstlich erzeugter Lebertumoren genauso effektiv sei wie die
RFA [32]. Die Arbeitsgruppe erzeugte eine aus Agarose, Zellulose, Glyzerin und
Methylenblau bestehende Tumormimikry, die in insgesamt 8 Schweinelebern
injiziert wurde. Anschließend wurden diese Tumormodelle bei jeweils drei
Versuchstieren mittels RFA und ECL abladiert. Die Autoren kamen schließlich zu
dem Ergebnis, dass in allen Versuchstieren eine vollständige Zerstörung der
Tumormodelle erreicht werden konnte.
In der hier vorliegenden Arbeit wurden RFA und ECL in einem ex-vivoPerfusionsmodell an Schweinelebern durchgeführt. Intension dieser Arbeit war es,
perivaskuläre Ablationen mit beiden Verfahren im selben Versuchsmodell
durchzuführen und die Ergebnisse zu evaluieren, da das Verhalten der ECL bei
perivaskulären Ablationen in der Literatur bis dato wenig untersucht wurde.
Während in dieser Arbeit für die RFA der bereits 1999 von Rossi et al.
beobachtete „Heat-sink-effect“ [72] nachgewiesen wurde, konnten mittels ECL
auch in unmittelbarer Nähe zu Portalvenen homogene Läsionen erzeugt werden.
Vitale Zellen innerhalb der erzeugten Läsionen wurden nach ECL auch in
unmittelbarer Nähe zu Gefäßen nicht nachgewiesen.
In der klinischen Anwendung bei der Behandlung von hepatisch metastasierten
Malignitäten könnte diese Eigenschaft der ECL einen Vorteil gegenüber der RFA
beinhalten, weil die Gefahr eines Lokalrezidivs, ausgehend von inkomplett
______________________________________________________________ 54
_________________________________________________________Diskussion
abladiertem Tumorgewebe, reduziert werden könnte. Da es sich in dieser Arbeit
um eine experimentelle Arbeit an einem Perfusionsmodell handelt, bleibt es
jedoch unbestritten, dass diese Ergebnisse einer Überprüfung durch weitere
Studien bedürfen. Dennoch sprechen wir uns aufgrund der erhöhten Gefahr von
Lokalrezidiven bei perivaskulärer Anwendung der RFA dafür aus, dass
intrahepatische
perivaskuläre
RF-Ablationen
nur
unter
einer
reduzierten
Leberperfusion, z.B. mittels Pringle-Manöver durchgeführt werden sollten.
Wemyss – Holden et al. sehen einen weiteren Vorteil der ECL gegenüber der RFA
darin, dass die intrahepatische Anwendung nur extrem selten zu Thrombosen
führe und desweiteren bisher keine Blutungskomplikationen beschrieben seien
[94].
Ein Vorteil der RFA liegt unserer Meinung nach in ihrer einfacheren Handhabung,
da bei monopolarer RFA nur eine Sonde (bei ECL zwei Elektroden) platziert
werden muss, was die Anwendung dieser Methode deutlich erleichtert.
Hildebrand et al. veröffentlichten 2007 eine Arbeit, in der ein Prototyp zur
intraoperativen Navigation einer laparoskopischen RFA vorgestellt wurde [31].
Über eine 3D-Darstellung der Leber, in der auch Lebergefäße und Lebertumoren
dargestellt wurden, war es den Autoren möglich, die korrekte Lage der RFASonde in Bezug auf den Tumor zu dokumentieren und die RFA-Sonde genau in
der Mitte des Tumors zu positionieren. Eine solche 3D-Navigation könnte auch für
die Anwendung der ECL von enormem Vorteil sein, um Fehlpositionierungen der
ECL-Elektroden zu verhindern, insbesondere dann, wenn die Anwendung mit
mehr als zwei ECL-Elektroden pro Tumor durchgeführt werden soll.
Ein
weiterer
Vorteil
Anwendungsdauer. Die
der
RFA
gegenüber
der
RFA ist mit einer vom
ECL
ist
die
kürzere
Hersteller empfohlenen
Ablationszeit von 10 min nach Erreichen der Betriebstemperatur schnell
durchzuführen, wenn man berücksichtigt, dass für die ECL je nach applizierter
Dosis bis zu 200 min (600 C, bei 50 mA) pro Ablationsvorgang benötigt werden.
Das verwendete Gerät (ECU 300) der Firma Söring verfügt allerdings über drei
getrennt voneinander anzusteuernde Ablationskanäle, sodass bei simultaner
Ablation mehrerer Leberherde zumindest eine partielle Zeitersparnis erreicht
werden kann. Die klinische Anwendung kann grundsätzlich bei beiden Methoden
perkutan erfolgen. Eine Verbesserung der Praktikabilität bei Therapie mit ECL
______________________________________________________________ 55
_________________________________________________________Diskussion
kann unter Umständen erreicht werden, wenn die Patienten während der
Applikationsdauer unter Umgehung des Operationssaales intensivmedizinisch
betreut werden.
Cockburn et al. kombinierten 2007 beide Verfahren in einem Versuchsaufbau [12].
Die Arbeitsgruppe applizierte in einer ersten Phase einen Gleichstrom mit einer
Spannung von 9 V. In der zweiten Phase wurde die Applikation dieses
Gleichstroms fortgeführt und gleichzeitig eine RFA durchgeführt. Die Autoren
kommen zu dem Ergebnis, dass mittels dieser sogenannten „Bimodal electric
tissue ablation (BETA)“ größere Nekrosen erzeugt werden können als mit
gewöhnlicher RFA. Ob dieses Verfahren allerdings auch Vorteile in der
Durchführung perivaskulärer Ablationen bietet, blieb offen und muss in weiteren
Studien untersucht werden.
4.4 Versuchsdurchführung und Kritik am eigenen Vorgehen
Zur Reduktion von Tierversuchen wurden in der vorliegenden Arbeit alle
Untersuchungen
ex-vivo
an
einem
Perfusionsmodell
mit
Schweinelebern
durchgeführt, die aus einem Schlachthof in Bad Oldesloe bezogen wurden. Die
Grundzüge dieses Perfusionsmodells gehen dabei auf Arbeiten von Lubienski und
Bitsch über ein bovines Leberperfusionsmodell zurück [6, 47] und wurden an die
besonderen Gegebenheiten des Versuchstiers Schwein angepasst.
Obgleich wir einen nahegelegenen Schlachthof in unsere Arbeiten integrieren
konnten, kam es aufgrund des Transports und den zu treffenden Vorbereitungen
im Labor zu Ischämiezeiten zwischen 90 min und 180 min. In dieser Zeit wurden
die Schweinelebern ohne Sauerstoffversorgung und Perfusion auf Crusheis
gelagerten. Wir gehen jedoch davon aus, dass diese perfusionsfreien Zeiten die
Ablationsergebnisse nicht wesentlich beeinflusst haben, da es mitunter auch in der
Transplantationsmedizin zu hypothermen Organtransportzeiten von mehreren
Stunden kommt. Darüber hinaus postulierte die Arbeitsgruppe um Schon et al.
2001, dass auch nach einstündiger warmer Ischämiezeit und anschließender
vierstündiger extrakorporaler Leberperfusion von einer intakten Organfunktion
auszugehen sei [78].
______________________________________________________________ 56
_________________________________________________________Diskussion
Um den vaskulären Perfusionseffekt zu imitieren, wurde auf ein etabliertes
Perfusionsmodell zurückgegriffen [6, 39, 47, 51, 77]. Dieses Modell stellt eine
Annäherung insbesondere an die physikalischen Kühlungseffekte im Organsystem
dar, weist aber Limitierungen hinsichtlich systemischer körpereigener Reaktionen
auf.
Kritisch muss zu der vorliegenden Arbeit angemerkt werden, dass alle Ablationen
in gesundem Lebergewebe durchgeführt wurden. Im Gegensatz zu anderen
Arbeitsgruppen [31, 32] verzichteten wir bewusst auf die Verwendung einer
Tumormimikry in Form von Kollagen- oder Agar-Gel-Präparaten, da es Ziel dieser
Arbeit war, die perivaskulären Ablationsareale post ablationem makroskopisch und
histologisch zu beschreiben. Eine solche Auswertung wäre nach dem Einbringen
von Fremdmaterial in die Ablationsareale nicht mehr möglich gewesen.
Desweiteren verweisen wir auf eine Studie von Li et al., in der gezeigt werden
konnte, dass gesunde und maligne Zellen in vergleichbarer Weise durch ECL
zerstört werden [40]. Die Verwendung einer Tumormimikry hielten wir daher in
diesem Versuchsmodell mit der genannten Zielsetzung nicht für sinnvoll und
führten alle Ablationen in gesundem Lebergewebe durch.
Die bis heute bekannten Tumormodelle mit Implantation von Karzinomzellen für
experimentelle Studien beziehen sich ausschließlich auf Kleintierversuche.
Reproduzierbare Modelle für die Untersuchung intrahepatischer Malignome am
Großtier stehen bisher noch nicht zur Verfügung. Letztendlich entschieden wir uns
für die Durchführung der Versuche in gesundem Lebergewebe am Großtier
Schwein, weil davon ausgegangen werden muss, dass Ergebnisse über
Perfusionseffekte auf beide Verfahren (RFA und ECL) im Kleintierversuch nicht
auf die Anwendung am Menschen hätten übertragen werden können.
Bei Verwendung eines Perfusionsmodells wird explizit darauf hingewiesen, dass
die vorliegenden Ergebnisse einer Kontrolle durch in-vivo-Studien bedürfen. So ist
es möglich, dass immunologische Faktoren ebenso wie die Aktivierung
thrombogener Faktoren einen bisher nicht evaluierbaren Einfluss auf die
Ablationen mittels RFA und ECL ausüben. So beschrieben Hinz et al. 48 Stunden
nach Durchführung der ECL eine Infiltration von immunkompetenten Zellen [32],
die allerdings von Wemyss – Holden et al. in mehreren Studien nicht
nachgewiesen werden konnte [86, 94, 96]. Erwartungsgemäß konnte in der
______________________________________________________________ 57
_________________________________________________________Diskussion
vorliegenden
Arbeit
eine
solche
Infiltration
von
Entzündungszellen
bei
Verwendung einer akorpuskulären Perfusionslösung nicht beobachtet werden.
Letztendlich gilt es, Auswirkungen dieser systemischen Faktoren in weiteren
Untersuchungen zu evaluieren.
______________________________________________________________ 58
__________________________________________________Zusammenfassung
5. Zusammenfassung
Zum Zeitpunkt der Diagnosestellung sind viele Lebermalignitäten nicht mehr
kurativ
operabel,
sodass
Radiofrequenzablation
auf
(RFA)
nicht-resezierende
oder
die
Methoden
elektrochemische
wie
Lyse
die
(ECL)
zurückgegriffen werden muss. Es existieren bisher keine vergleichenden Daten
über die Wirkung beider Methoden im selben Versuchsaufbau bei Durchführung
perivaskulärer Ablationen.
Es wurden insgesamt 83 Ablationen (59 RFA, 24 ECL) an 27 Schweinelebern in
einem ex-vivo Perfusionsmodell durchgeführt. Die sonographisch gestützt
perivaskulär gesetzten Läsionen wurden post ablationem nach makroskopischer
Beurteilung in Formalin fixiert, mittels Hämatoxylin-Eosin gefärbt und der weiteren
histologischen Bewertung zugeführt.
Nach Anwendung der RFA konnten makroskopisch in 52,5 % aller Ablationen
perivaskuläre
Aussparungen
im
Ablationsareal nachgewiesen
werden.
In
Abhängigkeit vom Durchmesser der angrenzenden Gefäße kam es zu einer
Verkleinerung der erzeugten Läsionen.
Die histologische Untersuchung der
Präparate ergab weiterhin, dass 70,1 % aller Gefäße, die in der makroskopisch
beschriebenen Nekrosezone lagen, nach RFA vital erschienen.
Nach perivaskulärer Anwendung der ECL konnte weder makroskopisch noch
histologisch
ein
Einfluss
des
intravasalen
Flüssigkeitsstroms
auf
die
Ablationsareale nachgewiesen werden. Morphologisch erhaltene Hepatozyten
wurden im Anwendungsgebiet der ECL auch in unmittelbarer Gefäßnähe
histologisch nicht nachgewiesen. Ferner erschienen die Gefäßwände aller
Gefäße, die durch die Nekrosezone verliefen, destruiert. Die Gefäßkontinuität war
dabei in allen Präparaten erhalten.
Es wird geschlussfolgert, dass die ECL im Gegensatz zur RFA in diesem
Versuchsaufbau bei perivaskulärer Ablation Nekrosen ausbildet, die nicht von
intravasalen Flüssigkeitsströmungen beeinflusst werden und somit zuverlässiger
zu einer Zerstörung des Zielareals führen. Diese Erkenntnisse bedürfen der
weiteren
Untersuchung
in
einem
in-vivo
Experiment,
um
den
Einfluss
immunkompetenter Zellen, thrombogener Faktoren und anderer Körperreaktionen
auf RFA und ECL evaluieren zu können, da das Perfusionsmodell hier an seine
Grenzen stößt.
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_____________________________________________________Danksagungen
7. Danksagungen
Danken möchte ich an erster Stelle ganz besonders meinem Doktorvater Herrn
Priv.-Doz. Dr. med. Ralf Czymek aus der Klinik für Chirurgie des UK-SH Campus
Lübeck für die Überlassung des Themas und sein unbeschreibliches Engagement,
mit dem er mich bei der Bearbeitung dieses Themas zu jeder Zeit auf eine
einmalige Weise unterstützt hat. Ohne seine Geduld und zahlreichen wertvollen
Ideen wäre die Fertigstellung dieser Arbeit nicht möglich gewesen. Ich wünsche
ihm alles Gute und viel Erfolg für seine weitere Zukunft.
Dank gilt auch Herrn Prof. Dr. Bruch als Direktor der Klinik für Chirurgie des UKSH Campus Lübeck und Herrn Prof. Dr. Feller als Direktor des Instituts für
Pathologie des UK-SH Campus Lübeck für die Bereitstellung des Arbeitsplatzes
und der Arbeitsmaterialien.
Ganz besonders möchte ich mich bei Herrn Maximilian Gebhard aus dem Institut
für Pathologie des UK-SH Campus Lübeck bedanken, der mich in die Arbeit am
Mikroskop eingearbeitet hat und mir bei der Auswertung der Präparate geholfen
hat. Ebenso danke ich Frau Gisela Grosser-Pape und Herrn PD Dr. Dr.
Habermann
sowie
Forschungslabor
für
den
die
übrigen
stetige
Mitarbeitern
Unterstützung
aus
bei
dem
der
chirurgischen
Anfertigung
der
histologischen Präparate.
Frau Killaitis aus der Klinik für Chirurgie des UK-SH Campus Lübeck möchte ich
herzlich für die Unterstützung bei der statistischen Auswertung danken.
Bedanken möchte ich mich auch bei den übrigen Doktoranden der Arbeitsgruppe
Jan-Bscharah Nassrallah und Dorothea Dinter für die stets gute Zusammenarbeit.
Bei Cathi möchte ich mich für ihre Unterstützung während des gesamten
Studiums, ihre Liebe und die wundervolle Zeit mit ihr bedanken.
Zuletzt möchte ich mich ganz herzlich bei meinen Eltern bedanken, die mir das
Studium erst ermöglicht haben und durch deren liebevolle Art mir diese Zeit immer
in schöner Erinnerung bleiben wird.
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_____________________________________________________Lebenslauf
8. Lebenslauf
Name:
Stephan Löffler
Geburtsdatum:
17.04.1987
Geburtsort:
Ostercappeln
Anschrift:
Heideeck 1
49143 Bissendorf
Staatsangehörigkeit:
deutsch
Religion:
ev.-luth.
Schulausbildung:
1993 – 1997: Grundschule Wissingen
1997 – 1999: Orientierungsstufe Schulzentrum Bissendorf
1999 – 2005: Ratsgymnasium Osnabrück
Studium:
2005/10: Beginn des Studiums der Humanmedizin an der
Universität zu Lübeck
2007/09: Erster Abschnitt der Ärztlichen Prüfung
2010/01: Beginn der Dissertation im Fach Chirurgie
2010/08: Beginn des Praktischen Jahres
Wahlfach (Orthopädie):
Schön Klinik Neustadt
Innere Medizin:
Schön Klinik Neustadt
Chirurgie:
Sana Klinik Lübeck
2011/10: Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung
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________________________________Veröffentlichungen der Arbeitsergebnisse
9. Veröffentlichungen der Arbeitsergebnisse
Posterpräsentationen
Dritter Lübecker Doktorandentag, Lübeck 10.06.2009 *
Lebermetastasen in Gefäßnähe - Radiofrequenzablation (RFA) vs. Elektrochemische Lyse (ECL)
Löffler S, Dinter D, Gebhard M, Habermann J, Bruch HP, Lubienski A, Czymek R
185. Tagung der Vereinigung Nordwestdeutscher Chirurgen, Lübeck 03.06.2010 – 05.06.2010
Perivaskuläre Ablationen – Vergleich zwischen elektrochemischer Lyse und Radiofrequenzablation
Löffler S, Gebhard M, Habermann J, Roblick UJ, Bruch HP, Czymek R
Vorträge
3. Jahrestagung Viszeralmedizin, Hamburg 02.10.2009
Intrahepatische Radiofrequenzablation versus elektrochemische Lyse ex vivo: Was passiert
perivaskulär?
Czymek R, Löffler S, Dinter D, Gebhard M, Lubienski A, Bruch HP
186. Tagung der Vereinigung Nordwestdeutscher Chirurgen, Hamburg 09.12.2010 –
11.12.2010 **
Intrahepatische Ablation: Radiofrequenzablation versus elektrochemische Lyse
Czymek R, Löffler S, Dinter D, Nassrallah J, Bruch HP
Originalarbeiten
Journal of Surgical Research 2010 Dec 3. [Epub ahead of print]
Intrahepatic radiofrequency ablation versus electrochemical treatment ex vivo.
Czymek R, Loeffler S, Dinter D, Gebhard M, Schmidt A, Jungbluth T, Kleemann M, Bruch HP,
Lubienski A
Saudi Journal of Gastroenterology 2011 [im Druck]
Electrochemical treatment: An investigation of dose-response relationships using an isolated liver
perfusion model
Czymek R, Dinter D, Loeffler S, Gebhard M, Laubert T, Lubienski A, Bruch HP, Schmidt A
Auszeichnungen:
* Posterpreis der Universität zu Lübeck - Dritter Lübecker Doktorandentag 10.06.2009 (s.o.)
** Günther-Haenisch-Preis (dotiert mit 4000€) – 186. Tagung der Vereinigung Nordwestdeutscher
Chirurgen 09.12.2010 – 11.12.2010 (s.o.)
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