脉冲强磁场对小鼠移植性实体瘤的杀伤作用
作者：胡大为 张国军 王群 宋志杰 马卫军 范志民 刘国津
单位：067000 承德医学院附属医院肿瘤外科(胡大为、宋志杰、马卫军)；白求恩医科大学病理教研室(张国军、王群)；白求恩医科大学附属一院肿瘤外科(范志民、刘国津)
关键词：肿瘤；实验性；磁力学；小鼠
中华物理医学与康复杂志990109
【摘 要】 目的 探讨交变脉冲强磁场对肿瘤组织杀伤作用的机理。方法 应用交变脉冲强磁场对90只接种Louis肺癌的昆明小鼠作杀伤实验研究。对实验组与对照组荷瘤鼠抑瘤曲线、抑瘤率进行检测。结果 两组肿瘤生长曲线存在明显差异(P<0.05)。两组肿瘤生长体积和肿瘤重量均存在明显差异(P<0.01)。实验组瘤体积抑制率为52.94%,瘤重量抑制率为37.24%。结论 交变脉冲强磁场对肿瘤细胞具有杀伤和抑制生长作用,提示脉冲强磁场有可能成为治疗癌症的一种新的物理疗法。
, http://www.100md.com
【中图号】 R7333
Injurious effect of strong impulse magnetic field on implanted
solid tumor in mice
HU Dawei,ZHANG Guojun,WANG Qun,et al.Department of Oncology,Affiliated Hospital,Chengde Medical College,Chengde 067000
【Abstract】 Objective To investigate the mechanism of injurious effect of alternating impulse magnetic field on tumor.Methods The killing experiment via alternating impulse magnitic field was carried on 90 Kunming mice inoculated with Louis lung cancer.The tumor-suppressing rates and tumor-suppressing curves were observed between experimental group and control group.Results Significant differences in tumor growth curve (P<0.05),tumor mass and tumor volume existed between the two groups(P<0.01).The tumor-suppressing rates of tumor volume and mass were 52.94% and 37.24% respectively in the experimental group.The results revealed selective injurious effect and growth suppressing effect of alternating impulse magnetic field on tumor cells.Conclusion Strong alternating impulse magnetic field may be a new therapy for malignant tumors.
, http://www.100md.com
【Key words】 Neoplasms,experimental Magnetics Mice
目前国内外有关磁场对癌细胞生长分裂影响的研究都刚刚起步,绝大多数作者是通过磁场对体外培养的癌细胞进行杀伤实验,而对实体瘤进行直接实验研究的方法,在国内外尚属罕见[1-5]。为此我们选用脉冲强磁场对接种Louis肺癌的小鼠进行实验研究。在对组织形态学改变研究的基础上[6],又进行了抑瘤率、抑瘤曲线的研究,进一步探讨脉冲强磁场对肿瘤的杀伤效应及其有关机理,为将来应用于临床提供新的信息。
1 材料和方法
1.1 脉冲强磁场设备
脉冲强磁场由本校物理教研室自行设计制造的交变储能电容脉冲磁场发生器。磁极横截面积为3 cm×3 cm,N.S磁极间距在4 cm,脉冲强磁场的峰值为2.8 T,磁场强度用上海产CT3型特斯拉计测定，脉冲宽度>10 ms,重复频率为15 s/次。
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1.2 动物模型的建立
选用90只雄性昆明种小鼠,鼠龄10～12周、体质量20～22 g,分三批进行实验,每批30只,接种肿瘤后随机分为对照组和实验组,每组15只。实验应用白求恩医科大学预防医学院放射病理研究室提供的保种传代腹水型小鼠Louis肺癌瘤株,以灭菌生理盐水稀释至所需浓度,每只小鼠于右后肢皮下接种0.2 ml(内含瘤细胞2×106个),接种后常温下正常饮食饲养。
1.3 方法
实验动物分3批,每批30只,小鼠于肿瘤接种后第7 d,肿瘤直径达1.0±0.1 cm时,开始行磁场治疗,将小鼠固定在特制的鼠架上,后腿肿瘤部分放置在两个磁极面正中,瘤体距磁极约1 cm。脉冲磁场强度的峰值为2.8 T,每只小鼠曝磁时间25 min,接受100次脉冲的治疗。对照组小鼠放置在两个相似的假磁极间25 min。而后两组在同等条件下饲养。曝磁后每天用游标卡尺测量对照组和实验组肿瘤长、短两直径,计算瘤体积V= π/6〔(A+B)/2〕3(A、B分别为肿瘤长短径)[7],取对照组每天平均瘤体积作肿瘤自然生长曲线,取实验组每天平均瘤体积作肿瘤抑制曲线。并于接种后22 d(曝磁后15 d)将两组小鼠全部拉颈处死,称量肿瘤质量及测量体积,计算肿瘤体积和质量抑瘤率。肿瘤体积抑瘤率=(对照组瘤体积-实验组瘤体积)/对照组瘤体积×100%。肿瘤质量抑瘤率=(对照组瘤质量-实验组瘤质量)/对照组瘤质量×100%[7]。
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1.4 统计学处理
对照组和实验组结果均以均数±标准差(
±s)表示, 肿瘤抑制曲线采用t检验。
2 结果
2.1 对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线
对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线见图1,从图1可以看到两组肿瘤生长在曝磁后第5 d开始出现差别,实验组肿瘤生长受抑制,随着小鼠荷瘤生存时间的延长,两组肿瘤生长速度的差别逐渐增大。两组曲线间具有显著性差异(P<0.05)。
图1 对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线
, 百拇医药
实验组与对照组比较P<0.05
2.2 肿瘤体积抑制率及肿瘤质量抑制率
从表1可见曝磁后15 d对照组及实验组肿瘤生长体积和肿瘤质量均存在明显差异(P<0.01)。肿瘤体积抑制率=52.94%,肿瘤质量抑制率=37.24%。
表1 曝磁后15 d两组荷瘤小鼠肿瘤体积及肿瘤质量
的变化(
±s)
组别
例数
肿瘤体积(cm3)
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肿瘤质量(g)
对照组
15
5.318±2.249
2.390±0.840
实验组
15
2.070±1.290*
1.500±0.1703* *
注:*P<0.01 * *P<0.01
3 讨论
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本实验结果证明,脉冲强磁场对小鼠Louis肺癌组织细胞具有选择性杀伤作用。对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线存在明显差异,在曝磁后第5 d开始出现差别,实验组肿瘤生长受抑制,随着小鼠荷瘤生存时间的延长,两组肿瘤生长速度的差别逐渐增大。两组曲线间具有显著性差异(P<0.05)。两组肿瘤生长体积和肿瘤质量均存在明显差异(P<0.01)。瘤体积抑制率为52.94%,瘤质量抑制率为37.24%。进一步证实交变脉冲强磁场具有选择性杀伤和抑制肿瘤组织生长的作用。
脉冲强磁场产生生物效应的机制是[8]: ①脉冲磁场所产生的感应电流会直接作用于细胞膜,电流对细胞表面有电化效应, 这效应会影响激素-受体的相互作用,腺苷酸酶活性,钙离子的胞内浓度和膜的运输,甚至使细胞膜破裂,从而影响细胞的生理功能抑制细胞生长;②脉冲磁场可以使细胞的染色体断裂,抑制RNA的转录,影响基因表达;③脉冲磁场在导电组织中所引起的电动势和涡流的大小,除了正比于磁强变化率外,还依赖于磁场通过的导体面积及磁化率。这一点是非常重要的,脉冲强磁场选择性杀伤和抑制肿瘤组织,而对正常组织器官无任何损伤的特点就基于此。由于肿瘤细胞与正常细胞相比,有体积、结构、功能和代谢的异常,它们具有超过正常细胞的增生能力。这种增生和机体不相协调,与正常细胞相比表现了明显的不协调性。因此,我们认为脉冲强磁场选择性杀伤癌细胞的作用机理是多方面的。除与上述某些因素有关外,可能主要与下面因素有关:①正常细胞与癌细胞具有不同的电磁势,癌细胞的磁化率比正常细胞高5%～10%;②癌细胞的体积比正常细胞大,可能使穿过癌细胞的磁能量较多感应电动势较大;③癌细胞较正常细胞增殖旺盛,DNA合成增多,这些差异使癌细胞对脉冲强磁场的敏感性高于正常组织和细胞。因此,当脉冲强磁场的强度达到一定程度时,就可以使癌细胞的染色体断裂,DNA合成受抑,细胞膜破裂,癌细胞生长分裂受到抑制或死亡,从而起到杀伤癌细胞抑制肿瘤生长的作用,同时又不损伤正常组织器官。
, 百拇医药
脉冲强磁场选择性抑制肿瘤组织生长或杀伤肿瘤组织,而对正常组织器官无任何副损伤的作用。与传统的放疗相比有其独具的优点。提示脉冲强磁场可能成为治疗癌症的一种新的物理疗法。本实验结果为脉冲强磁场选择性抑制肿瘤组织生长或杀伤肿瘤组织机制的研究提供了一些可靠的实验依据。
参考文献
1 李国栋.生物磁学及其应用.北京：北京科学技术出版社，1983.82-96.
2 蒋秉植，杨健美.磁场与肿瘤.中国肿瘤杂志，1993，2(7):20-21.
3 胡修愚,邓仁清,杨宣来,等.癌症的新物理疗法.医学物理,1991,3(3):27-29.
4 夏绪刚，黄兆民.近十五年国内磁医学研究进展.中华物理医学杂志，1995，17:118-120.
, 百拇医药
5 张小云，刘栋，张小鄂，等.磁场对细胞生长分裂的影响及其机制的探讨.中国科学B辑，1989，2:164-168.
6 胡大为,王群,范志民.脉冲强磁场对小鼠Louis肺癌杀伤作用的形态学研究.中华物理医学杂志,1998,20:133-135.
7 张恩罴，钟强荣，孙振权，等.血卟啉衍生物对人食管鳞状细胞癌裸鼠移植瘤的放射增敏研究.癌症杂志，1992，11(1):10-11.
8 刘普和.物理因子的生物效应.北京：科学出版社，1992.145-183.
收稿 1997-09-15
修回 1998-12-25, 百拇医药
单位：067000 承德医学院附属医院肿瘤外科(胡大为、宋志杰、马卫军)；白求恩医科大学病理教研室(张国军、王群)；白求恩医科大学附属一院肿瘤外科(范志民、刘国津)
关键词：肿瘤；实验性；磁力学；小鼠
中华物理医学与康复杂志990109
【摘 要】 目的 探讨交变脉冲强磁场对肿瘤组织杀伤作用的机理。方法 应用交变脉冲强磁场对90只接种Louis肺癌的昆明小鼠作杀伤实验研究。对实验组与对照组荷瘤鼠抑瘤曲线、抑瘤率进行检测。结果 两组肿瘤生长曲线存在明显差异(P<0.05)。两组肿瘤生长体积和肿瘤重量均存在明显差异(P<0.01)。实验组瘤体积抑制率为52.94%,瘤重量抑制率为37.24%。结论 交变脉冲强磁场对肿瘤细胞具有杀伤和抑制生长作用,提示脉冲强磁场有可能成为治疗癌症的一种新的物理疗法。
, http://www.100md.com
【中图号】 R7333
Injurious effect of strong impulse magnetic field on implanted
solid tumor in mice
HU Dawei,ZHANG Guojun,WANG Qun,et al.Department of Oncology,Affiliated Hospital,Chengde Medical College,Chengde 067000
【Abstract】 Objective To investigate the mechanism of injurious effect of alternating impulse magnetic field on tumor.Methods The killing experiment via alternating impulse magnitic field was carried on 90 Kunming mice inoculated with Louis lung cancer.The tumor-suppressing rates and tumor-suppressing curves were observed between experimental group and control group.Results Significant differences in tumor growth curve (P<0.05),tumor mass and tumor volume existed between the two groups(P<0.01).The tumor-suppressing rates of tumor volume and mass were 52.94% and 37.24% respectively in the experimental group.The results revealed selective injurious effect and growth suppressing effect of alternating impulse magnetic field on tumor cells.Conclusion Strong alternating impulse magnetic field may be a new therapy for malignant tumors.
, http://www.100md.com
【Key words】 Neoplasms,experimental Magnetics Mice
目前国内外有关磁场对癌细胞生长分裂影响的研究都刚刚起步,绝大多数作者是通过磁场对体外培养的癌细胞进行杀伤实验,而对实体瘤进行直接实验研究的方法,在国内外尚属罕见[1-5]。为此我们选用脉冲强磁场对接种Louis肺癌的小鼠进行实验研究。在对组织形态学改变研究的基础上[6],又进行了抑瘤率、抑瘤曲线的研究,进一步探讨脉冲强磁场对肿瘤的杀伤效应及其有关机理,为将来应用于临床提供新的信息。
1 材料和方法
1.1 脉冲强磁场设备
脉冲强磁场由本校物理教研室自行设计制造的交变储能电容脉冲磁场发生器。磁极横截面积为3 cm×3 cm,N.S磁极间距在4 cm,脉冲强磁场的峰值为2.8 T,磁场强度用上海产CT3型特斯拉计测定，脉冲宽度>10 ms,重复频率为15 s/次。
, http://www.100md.com
1.2 动物模型的建立
选用90只雄性昆明种小鼠,鼠龄10～12周、体质量20～22 g,分三批进行实验,每批30只,接种肿瘤后随机分为对照组和实验组,每组15只。实验应用白求恩医科大学预防医学院放射病理研究室提供的保种传代腹水型小鼠Louis肺癌瘤株,以灭菌生理盐水稀释至所需浓度,每只小鼠于右后肢皮下接种0.2 ml(内含瘤细胞2×106个),接种后常温下正常饮食饲养。
1.3 方法
实验动物分3批,每批30只,小鼠于肿瘤接种后第7 d,肿瘤直径达1.0±0.1 cm时,开始行磁场治疗,将小鼠固定在特制的鼠架上,后腿肿瘤部分放置在两个磁极面正中,瘤体距磁极约1 cm。脉冲磁场强度的峰值为2.8 T,每只小鼠曝磁时间25 min,接受100次脉冲的治疗。对照组小鼠放置在两个相似的假磁极间25 min。而后两组在同等条件下饲养。曝磁后每天用游标卡尺测量对照组和实验组肿瘤长、短两直径,计算瘤体积V= π/6〔(A+B)/2〕3(A、B分别为肿瘤长短径)[7],取对照组每天平均瘤体积作肿瘤自然生长曲线,取实验组每天平均瘤体积作肿瘤抑制曲线。并于接种后22 d(曝磁后15 d)将两组小鼠全部拉颈处死,称量肿瘤质量及测量体积,计算肿瘤体积和质量抑瘤率。肿瘤体积抑瘤率=(对照组瘤体积-实验组瘤体积)/对照组瘤体积×100%。肿瘤质量抑瘤率=(对照组瘤质量-实验组瘤质量)/对照组瘤质量×100%[7]。
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1.4 统计学处理
对照组和实验组结果均以均数±标准差(
±s)表示, 肿瘤抑制曲线采用t检验。2 结果
2.1 对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线
对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线见图1,从图1可以看到两组肿瘤生长在曝磁后第5 d开始出现差别,实验组肿瘤生长受抑制,随着小鼠荷瘤生存时间的延长,两组肿瘤生长速度的差别逐渐增大。两组曲线间具有显著性差异(P<0.05)。
图1 对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线
, 百拇医药
实验组与对照组比较P<0.05
2.2 肿瘤体积抑制率及肿瘤质量抑制率
从表1可见曝磁后15 d对照组及实验组肿瘤生长体积和肿瘤质量均存在明显差异(P<0.01)。肿瘤体积抑制率=52.94%,肿瘤质量抑制率=37.24%。
表1 曝磁后15 d两组荷瘤小鼠肿瘤体积及肿瘤质量
的变化(
±s)组别
例数
肿瘤体积(cm3)
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肿瘤质量(g)
对照组
15
5.318±2.249
2.390±0.840
实验组
15
2.070±1.290*
1.500±0.1703* *
注:*P<0.01 * *P<0.01
3 讨论
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本实验结果证明,脉冲强磁场对小鼠Louis肺癌组织细胞具有选择性杀伤作用。对照组肿瘤生长曲线及实验组肿瘤抑制曲线存在明显差异,在曝磁后第5 d开始出现差别,实验组肿瘤生长受抑制,随着小鼠荷瘤生存时间的延长,两组肿瘤生长速度的差别逐渐增大。两组曲线间具有显著性差异(P<0.05)。两组肿瘤生长体积和肿瘤质量均存在明显差异(P<0.01)。瘤体积抑制率为52.94%,瘤质量抑制率为37.24%。进一步证实交变脉冲强磁场具有选择性杀伤和抑制肿瘤组织生长的作用。
脉冲强磁场产生生物效应的机制是[8]: ①脉冲磁场所产生的感应电流会直接作用于细胞膜,电流对细胞表面有电化效应, 这效应会影响激素-受体的相互作用,腺苷酸酶活性,钙离子的胞内浓度和膜的运输,甚至使细胞膜破裂,从而影响细胞的生理功能抑制细胞生长;②脉冲磁场可以使细胞的染色体断裂,抑制RNA的转录,影响基因表达;③脉冲磁场在导电组织中所引起的电动势和涡流的大小,除了正比于磁强变化率外,还依赖于磁场通过的导体面积及磁化率。这一点是非常重要的,脉冲强磁场选择性杀伤和抑制肿瘤组织,而对正常组织器官无任何损伤的特点就基于此。由于肿瘤细胞与正常细胞相比,有体积、结构、功能和代谢的异常,它们具有超过正常细胞的增生能力。这种增生和机体不相协调,与正常细胞相比表现了明显的不协调性。因此,我们认为脉冲强磁场选择性杀伤癌细胞的作用机理是多方面的。除与上述某些因素有关外,可能主要与下面因素有关:①正常细胞与癌细胞具有不同的电磁势,癌细胞的磁化率比正常细胞高5%～10%;②癌细胞的体积比正常细胞大,可能使穿过癌细胞的磁能量较多感应电动势较大;③癌细胞较正常细胞增殖旺盛,DNA合成增多,这些差异使癌细胞对脉冲强磁场的敏感性高于正常组织和细胞。因此,当脉冲强磁场的强度达到一定程度时,就可以使癌细胞的染色体断裂,DNA合成受抑,细胞膜破裂,癌细胞生长分裂受到抑制或死亡,从而起到杀伤癌细胞抑制肿瘤生长的作用,同时又不损伤正常组织器官。
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脉冲强磁场选择性抑制肿瘤组织生长或杀伤肿瘤组织,而对正常组织器官无任何副损伤的作用。与传统的放疗相比有其独具的优点。提示脉冲强磁场可能成为治疗癌症的一种新的物理疗法。本实验结果为脉冲强磁场选择性抑制肿瘤组织生长或杀伤肿瘤组织机制的研究提供了一些可靠的实验依据。
参考文献
1 李国栋.生物磁学及其应用.北京：北京科学技术出版社，1983.82-96.
2 蒋秉植，杨健美.磁场与肿瘤.中国肿瘤杂志，1993，2(7):20-21.
3 胡修愚,邓仁清,杨宣来,等.癌症的新物理疗法.医学物理,1991,3(3):27-29.
4 夏绪刚，黄兆民.近十五年国内磁医学研究进展.中华物理医学杂志，1995，17:118-120.
, 百拇医药
5 张小云，刘栋，张小鄂，等.磁场对细胞生长分裂的影响及其机制的探讨.中国科学B辑，1989，2:164-168.
6 胡大为,王群,范志民.脉冲强磁场对小鼠Louis肺癌杀伤作用的形态学研究.中华物理医学杂志,1998,20:133-135.
7 张恩罴，钟强荣，孙振权，等.血卟啉衍生物对人食管鳞状细胞癌裸鼠移植瘤的放射增敏研究.癌症杂志，1992，11(1):10-11.
8 刘普和.物理因子的生物效应.北京：科学出版社，1992.145-183.
收稿 1997-09-15
修回 1998-12-25, 百拇医药