The basis of cryotherapy was laid in the middle of the 19th century; today it is actively developing, minimally invasive and alternative method of prostate cancer treatment. The effectiveness of cryosurgery of the tissues depends on the quality of visualization of the process, of fast freezing and slow process of thawing, and also of repeating of the freeze-thaw cycles. The main factors that have a damaging effect on the tissue under the influence of low temperatures are: formation of intracellular and extracellular ice crystals, increase of the concentration of electrolytes and mechanical damage of structural components of cells. Studies have shown that the temperature below -40°С is lethal to cancer cells. The possibility of real-time visual control gives us the ability to control the process freezing and thawing.
cryotherapy, cryobiology, prostate cancer, the process of freezing and thawing.
История криотерапии тесно связана с событиями в физике низких температур, а именно с открытием эффекта Джоуля-Томпсона, который заключается в том, что газ, выходя через ебольшое отверстие в зону низкого давления, изменяет свою температуру (рис. 1). Последующие экспериментальные исследования на животных показали, что криохирургическое воздействие возможно применить в ряде областей медицины: разрушать отдельные участки мозга, подвергать деструкции опухоли, а также патологические очаги в различных органах человеческого организма. Современная криохирургия берет свое начало с работы, описанной Cooper I. S. и соавт. в 1961 г. [1]. В работе рассказывалось об изобретении для замораживания ткани мозга. Описанный авторами криохирургический зонд с вакуумной термоизоляцией для лечения паркинсонизма по сути явился прототипом для последующих криозондов широкого применения. кинсонизма по сути явился прототипом для последующих криозондов широкого применения. В связи с отсутствием точного контроля над процессом замораживания частота осложнений (недержание мочи, отхождение струпа слизистой оболочки уретры, ректальные фистулы) была достаточно велика. Данный факт привел к значительному снижению интереса к криохирургии вплоть до конца 1980-х годов. Тем не менее, принимая во внимание потенциальные выгоды от проведения криоаблации, работы по изучению данной методики были продолжены. В 1988 г. Onik G. M. и соавт. [2] в своей работе опубликовали данные о введении игл и контроле за формированием «ледяного шара» при помощи ультразвукового исследования (УЗИ). В 1994 г. были разработаны температурные сенсоры, обеспечившие точное достижение требуемой температуры, что привело к значительному повышению эффективности лечения [3]. Внедрение J. K. Cohen в середине 1990-х годов в практику уретрального катетера, согревающего слизистую оболочку уретры, привело к снижению частоты недержания мочи и отхождения струпа мочеиспускательного канала [4]. С целью защиты сосудисто-нервных пучков от воздействия низкой температуры N. K. Janzen и соавт. [5] в эксперименте на простате собак было предложено использовать активное оттаивание, которое проводилось во время первого или второго цикла замораживания простаты. Данный факт привел к большому интересу в области фокальной нервосберегающей криоаблации. В 1996 году Американской ассоциацией урологов криоаблация была рекомендована как вариант первичной и сальважной терапии рака предстательной железы РПЖ [6].
1. Cooper I. S., Lee A. S. Cryostatic congelation: a system for producing a limited, controlled region of cooling or freezing of biologic tissues. J Nerv Ment Dis. 1961; 1 (33): 259–63.
2. Onik G. M., Cohen J. K., Reyes G. D. et al. Transrectal ultrasound-guided percutaneous radical cryosurgical ablation of the prostate. Cancer 1993; 72: 1291–9.
3. Lee F. US-guided percutaneous cryoablation of the prostate cancer. Radiology 1994; 192: 769–76.
4. Cohen J. K., Miller R. J., Shuman B. A. Urethral warming catheter for use during cryoablation of the prostate. Urology 1995; 45: 861–4.
5. Janzen N. K., Han K. R., Perry K. T. et al. Feasibility of nerve-sparing prostate cryosurgery: applications and limitations in a canine model. J Endourol. 2005; 19: 520–5.
6. Baust J. M., Klossner D. P., Robilotto A. et all. Vitamin D3 cryosensitization increases prostate cancer susceptibility to cryoablation via mitochondrial-mediated apoptosis and necrosis. BJU Int. 2012; 109 (6): 949–58.
7. Mundth E. D. Studies on the pathogenesis of cold injury: microcirculatory changes in tissue injured by freezing. Proc Symp Arctic Biol Med. 1964; 4: 51–72.
8. Steponkus P. L., Lynch D. V. Freeze/thaw induced destabilization of the plasma membrane and the effects of cold acclimation. J Bioenerg Biomembr. 1989; 21: 21–41.
9. McGrath J. J., Caravalho E. G., Huggins C. E. An experimental comparison of intracellular ice formation and freeze-thaw survival of HeLa S-3 cells. Cryobiology. 1975; 12: 540–50.
10. Neel H. B., DeSanto L. W. Cryosurgical control of cancer: effects of freeze rates, tumor temperatures, and ischemia. Ann Otol Rhinol Laryngol. 1973; 2: 16–723.
11. Whittaker D. K. Mechanisms of tissue destruction following cryosurgery. Ann R Coll Surg Engl. 1984; 66: 313–8.
12. Mazur P. Physical-chemical factors underlying cell injury in cryosurgical freezing. In: Rand R., Rinfret A., von Leden H., editors. Cryosurgery. Charles C. Thomas; Springfield, IL.: 1968; 32–51.
13. Tatsutani K., Rubinsky M., Onik G. et al. Effect of thermal variables on frozen human primary prostatic adenocarcinoma cells. Urology 1996; 48: 441–7.
14. Whittaker D. K. Repeat freeze cycles in cryosurgery of oral tissues. Br Dent J. 1975; 139: 459–65.
15. Neel H. B., Ketcham A. S., Hammond W. G. Cryonecrosis of normal and tumor-bearing rat liver potentiated by occlusion. Cancer. 1971; 28: 1211–18.
16. Giampapa V., Oh C., Aufses A. The vascular effect of cold injury. Cryobiology. 1981; 18: 49–54.
17. Gowardhan B., Greene D. Cryotherapy for the prostate: an in vitro and clinical study of two new developments; advanced cryoneedles and a temperature monitoring system. BJU Int. 2007; 100 (2): 295–302.
18. Cytron S., Greene D., Witzsch U. et al. Cryoablation of the prostate: technical recommendations. Prostate Cancer Prostatic Dis 2009; 1: 1–8.
19. Littrup P. J., Mody A., Sparschu R. et al. Prostatic cryotherapy: ultrasonographic and pathologic correlation in the canine model. Urology. 1994; 44 (2): 175–83.
20. Lam C. M., Shimi S. M., Cuschieri A. Ultrasonic characterization of hepatic cryolesions. Arch Surg. 1995;130: 1068–72.
21. Gilbert J. C., Rubinsky B., Roos M. S. et al. MRI monitored cryosurgery in the rabbit brain. Magn Reson Imaging. 1993; 11: 1155–64.
22. Joosten J. J., Muijen G. N., Wobbes T. et al. In vivo destruction of tumor tissue by cryoablation can induce inhibition of the secondary tumor growth: an experimental study. Cryobiology. 2001; 41: 49–58.
23. Sabel M. S., Nehs M. A., Su G. et al. Immunologic response to cryoablation of breast cancer. Breast Cancer Res Treat. 2005; 90: 97–104.
24. Matsumura K., Sakata K., Saji S. et al. Antitumor immunologic reactivity in the relatively early period after cryosurgery: Experimental studies in the rat. Cryobiology. 1982; 19: 263–72.
25. Soanes W. A., Ablin R. J., Gonder M. J. Remission of metastatic lesions following cryosurgery in prostatic cancer: immunologic considerations. J Urol. 1970; 104: 154–9.
26. Lubaroff D. M., Reynolds C. W., Canfield L. Immunologic aspects of the prostate. Prostate. 1981; 2: 233–48.
27. Hoffmann N. E., Bischof J. C. The cryobiology of cryosurgical injury. Urology. 2002; 60: 40–9.
28. Cooper A. J., Fraser J. D. Cyclophosphamide pretreatment in tumor cryotherapy: a comparison with alternative drugs. Cryobiology. 1983; 20: 78–82.
29. Clarke D. M., Baust J. M., Van Buskirk R. G. et al. Chemo-cryo combination therapy: an adjunctive model for the treatment of prostate cancer. Cryobiology. 2001; 42: 274–85.
30. LePivert P. J., Morrison D. R., Haddad R. S. et al. Percutaneous Tumor Ablation: Microencapsulated Echoguided Iterstitial Chemotherapy Combined with Cryosurgery Increases Necrosis in Prostate Cancer. Technol Cancer Res Treat. 2009; 8: 207–16.
31. Goel R., Swanlund D., Coad J. et al. TNF-alpha-based accentuation in cryoinjury--dose, delivery, and response. Mol Cancer Ther. 2007; 6: 2039–47.
32. Baust J. M., Klossner D. P., Robilotto A. et al. Vitamin D3 cryosensitization increases prostate cancer susceptibility to cryoablation via mitochondrial-mediated apoptosis and necrosis. BJU Int. 2012; 109 (6): 949–58.
33. Koushafar H., Rubinsky B. Effect of antifreeze proteins on frozen primary prostatic adenocarcinoma cells. Urology. 1997; 49: 421–5.
34. Pham L., Dahiya R., Rubinsky B. An in vivo study of antifreeze protein adjuvant cryosurgery. Cryobiology. 1999; 38: 169–75.
35. Muldrew K., Rewcastle J., Donnelly B. J. et al. Flounder antifreeze peptides increase the efficacy of cryosurgery. Cryobiology. 2001; 42: 182–9.
