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背景和目的高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)是一种新兴的非侵入性局部治疗技术。HIFU治疗肿瘤的机制除了热机制外,还有机械机制和空化机制。非热机制(机械机制和空化机制)在HIFU治疗中的作用一方面认为应尽量对空化现象进行抑制,另一方面认为空化有助于热损伤和监控。目前对HIFU形成损伤的机制中仍很难确切描述热机制、空化机制和机械机制在组织损伤中相对独立作用。单纯的非热损伤(机械机制和空化机制)在HIFU治疗中的研究和应用较少。实验首先进行脉冲高强度聚焦超声(pulsed high intensity focused ultrasound,PHIFU)辐照离体牛肝组织,探讨形成非热损伤的辐照参数。然后在此辐照参数下进一步研究PHIFU联合超声微泡造影剂(ultrasound contrast agent ,UCA)非热损伤活体肿瘤组织的可行性及非热损伤的生物学行为,为HIFU治疗肿瘤提供新方法和基础理论支持,进一步推进HIFU技术在肿瘤治疗中的应用。材料和方法参数设置时维持总能量恒定,按不同工作周期1%、5%、15%、25%、50%、75%和100%分成7组,在B超图像监控下将热电偶测温探针插入牛肝,并使针尖位于PHIFU焦点,然后进行定点辐照。观察各辐照参数下焦域温度、灰度和组织学改变。采用肿瘤组织块开腹包埋接种方法,建立兔肝VX2移植瘤动物模型。将36只荷瘤兔随机分为假照组、PHIFU组和PHIFU+UCA组。用第一部分实验筛选出的辐照参数(超声频率0.87 MHz、焦距150 mm、声功率150 W、脉冲重复频率100 Hz、工作周期15%)对兔肝VX2移植瘤进行PHIFU辐照。治疗后1天取材观察肿瘤组织学改变、超微结构改变,应用末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)介导脱氧核苷酸(dUTP)缺口末端标记技术(in situ deoxynucleotityl transferase-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)检测细胞凋亡和用免疫组化法检测细胞增殖核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA),并用凋亡指数(apoptosis index, PI)和增殖指数(proliferating index, AI)比较细胞凋亡和增殖情况。结果PHIFU辐照离体牛肝时,工作周期25%、50%、75%和100%组平均温升分别为63.4±9.2℃、65.0±11.5℃、66.6±9.9℃、79.6±10.6℃,最高温度大于85℃且有明显的凝固性坏死。1%、5%和15%组平均温升分别29.2±1.9℃、30.0±2.8℃、31.0±2.4℃,最高温度不高于56℃且无肉眼可见的凝固性坏死形成。在25%、50%、75%、100%组,PHIFU损伤后形成的凝固性坏死区光镜下主要表现为胞浆颜色变淡,部分核仁消失、细胞核固缩、染色质边集且随工作周期延长而增加。15%组光镜下细胞间裂隙增宽,肝细胞胞浆内见大量大小不等空泡,而1%组、5%组无明显改变,核仁清晰。PHIFU辐照兔肝VX2移植瘤后,假照组、PHIFU组和PHIFU+UCA组经2,3,5-氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride ,TTC)染色后,肉眼可见肿瘤组织被均匀红染,表明各组均无肉眼可见的凝固性坏死形成。光镜下PHIFU组见肿瘤细胞胞浆嗜伊红染色浅,细胞肿胀,胞浆疏松,胞浆内大量空泡,少量细胞核固缩、染色质边集;PHIFU+UCA组见胞浆内大量大小不等空泡,可见染色质边集和细胞核固缩。电镜下见PHIFU组瘤细胞胞浆内大量线粒体肿胀和内质网扩张,PHIFU+UCA组部分细胞核固缩和染色质边集,两组肿瘤组织内均见凋亡小体及细胞胞浆内大小不等空泡。TUNEL法检测发现,假照组发现少量阳性染色的肿瘤细胞,PHIFU组和PHIFU+UCA组见较多细胞核棕褐色染色的阳性细胞。PCNA检测结果表明,假照组靶区组织见大量着色部位在肿瘤细胞核的阳性细胞,而PHIFU组和PHIFU+UCA组阳性染色细胞少。PHIFU组和PHIFU+UCA组肿瘤组织的AI比假照组高,而PI阳性表达率比假照组低。PHIFU+UCA组AI比PHIFU组高,但PHIFU+UCA组PI比PHIFU组低。结论1.脉冲工作周期长在PHIFU辐照时可形成热凝固性坏死,而脉冲工作周期短可通过非热效应损伤组织。2.一定工作周期的PHIFU(超声频率0.87 MHz、焦距150 mm、声功率150 W、脉冲重复频率100 Hz、工作周期15%)可通过非热效应损伤肿瘤,表现为胞浆内大小不等空泡和促进肿瘤细胞凋亡及抑制其增殖。3.微泡造影剂可增强超声对组织的非热效应损伤。4.可通过控制PHIFU的工作周期实现非热损伤,为HIFU治疗肿瘤提供了一种新的治疗思路。