RU2106159C1

RU2106159C1 - Method for selectively destroying cancer tumor cells

Info

Publication number: RU2106159C1
Application number: RU96119432/14A
Authority: RU
Inventors: Сергей Львович Загускин; Виктор Николаевич Ораевский; Семен Исаакович Рапопорт
Original assignee: Сергей Львович Загускин; Виктор Николаевич Ораевский; Семен Исаакович Рапопорт
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves introducing ferromagnetic particles into the region occupied by the tumor followed by locally applied induction heat treatment in the temperature range of 42-45 C during the time depending on the type of tumor, its size, location and kind of ferromagnetic particles selected for carrying out induction heat treatment. The heat treatment is only applied at the moments when blood contents in tissue is reduced, that is, at the patient exhalation and heart diastole periods of time. Heating range is controlled by means of microwave frequency deep-seated thermometer. Heating is carried out in automatic mode using computer in biological control mode and applying mathematical models of tissular thermal conductivity and heat capacity oscillations, heating hysteresis and heat removal. Laser radiation is applied in addition to the heat treatment to increase selective load supplied to the cancer tumor cells at the moments of their power supply deficiency corresponding to blood circulation rhythms. EFFECT: enhanced effectiveness of treatment.

Description

Изобретение относится к хирургическим способам и средствам и предназначено для угнетения и деструкции раковых клеток опухолевой ткани. The invention relates to surgical methods and means and is intended for inhibition and destruction of cancer cells of tumor tissue.

Известен способ избирательной деструкции опухолевой ткани с помощью инерционного нагрева электромагнитным полем ферромагнитных частиц, введенных через кровяное русло в область локализации раковых клеток [1]. A known method of selective destruction of tumor tissue using inertial heating by electromagnetic field of ferromagnetic particles introduced through the bloodstream into the localization of cancer cells [1].

Недостатком данного способа является длительный срок нагрева, составляющий 1,5-3 ч в ограниченном диапазоне нагрева от 43 до 43,5^oС. Способ [1] не учитывает также изменение теплоемкости и теплопроводности нагреваемой опухолевой ткани при колебаниях ее кровенаполнения во время вдоха-выдоха и систолы-диастолы пациента.The disadvantage of this method is the long heating period of 1.5-3 hours in a limited heating range from 43 to 43.5 ^o C. The method [1] also does not take into account the change in heat capacity and thermal conductivity of the heated tumor tissue during fluctuations in its blood supply during inspiration expiration and systole-diastole of the patient.

Известен способ гипертермической деструкции раковых клеток опухолевой ткани в режимах электромагнитного индукционного нагрева введенных в область локализации раковых клеток ферромагнитных частиц размерами 5-10 мкм, позволяющий сократить период нагрева до 5-45 мин [2]. При этом длительность процедуры определяется видом опухоли, ее размерами, локализацией, а также конкретным типом ферромагнитных частиц, выбранных для индукционного нагрева. A known method of hyperthermic destruction of cancer cells of tumor tissue in the modes of electromagnetic induction heating introduced into the localization of cancer cells of ferromagnetic particles with sizes of 5-10 μm, which allows to reduce the heating period to 5-45 min [2]. Moreover, the duration of the procedure is determined by the type of tumor, its size, localization, as well as the specific type of ferromagnetic particles selected for induction heating.

Однако технические трудности при сохранении требуемого диапазона нагрева от 43 до 43,5^oС или его увеличение до 42-45^oС по способу [2], принятому за прототип, не позволяет гарантировать всегда сохранение нормальных клеток окружающей ткани. В этом способе также не учитываются происходящие в ритмах кровотока изменения теплоемкости и теплопроводности ткани, температурные градиенты и динамика их изменения при нагреве и охлаждении.However, technical difficulties while maintaining the required heating range from 43 to 43.5 ^o C or its increase to 42-45 ^o C by the method [2], adopted as a prototype, does not always guarantee the preservation of normal cells of the surrounding tissue. This method also does not take into account changes in the heat capacity and thermal conductivity of the tissue that occur in the rhythms of blood flow, temperature gradients and the dynamics of their changes during heating and cooling.

Предлагаемый способ индукционного нагрева введенных в область локализации опухоли ферромагнитных частиц только в фазах уменьшения кровенаполнения ткани, то есть во время диастолы и выдоха пациента, способствует увеличению КПД нагрева и уменьшению рассеяния тепла ввиду большой теплоемкости и теплоотводу жидкой фазой крови. The proposed method of induction heating introduced into the region of tumor localization of ferromagnetic particles only in the phases of decreasing blood supply to the tissue, that is, during diastole and expiration of the patient, increases the heating efficiency and reduces heat dissipation due to the high heat capacity and heat removal by the liquid blood phase.

Оба известных способа недостаточно эффективны, так как не используют дополнительно другие селективные отличия раковых клеток от нормальных и, прежде всего, резонансные отличия по частотам воздействия на них, например, лазером [3]. Both known methods are not effective enough, because they do not additionally use other selective differences of cancer cells from normal ones and, above all, resonant differences in the frequencies of exposure to them, for example, by a laser [3].

Обнаружено, что колебания участков кольцевых структур хроматина в ядре и плазматической мембраны нормальной клетки происходят с частотой около 10 кГц, а бластной клетки человека с частотой около 3 кГц, то есть примерно в 3 раза меньшей [3,4]. Известно, что избирательное угнетение раковых клеток и стимуляции обмена веществ и жизнедеятельности нормальных клеток наблюдаются при многочастотном биоуправляемом воздействии. Обнаруженное нами совместно с академиком Прохоровым А.М. и Савранским В.В. явление многочастотного параллельного резонансного захвата проявляется в том, что порог реакции живой клетки резко снижается, если воздействие производится спектром ритмов, соответствующих инвариантным соотношениям периодов биоритмов самой биосистемы. Следовательно, на этом явлении возможно обеспечить избирательное стимулирование одних клеток и угнетение клеток с патологически измененными значениями собственных биоритмов [5]. It was found that the vibrations of the sections of the chromatin ring structures in the nucleus and plasma membrane of a normal cell occur with a frequency of about 10 kHz, and that of a human blast cell with a frequency of about 3 kHz, that is, about 3 times less [3,4]. It is known that selective inhibition of cancer cells and stimulation of the metabolism and vital functions of normal cells are observed with multifrequency biocontrol exposure. Discovered by us together with academician Prokhorov A.M. and Savransky V.V. the phenomenon of multi-frequency parallel resonance capture is manifested in the fact that the response threshold of a living cell decreases sharply if the effect is produced by a spectrum of rhythms corresponding to the invariant relations of the periods of the biorhythms of the biosystem itself. Therefore, on this phenomenon it is possible to provide selective stimulation of certain cells and inhibition of cells with pathologically altered values of their own biorhythms [5].

Если воздействие электромагнитного излучения с частотой 10 кГц модулировать в ритмах тремора (10±3) Гц сигналами пульса и дыхания пациента, то в фазах уменьшения кровенаполнения устойчивость раковых клеток резко снижается. Этот режим многочастотного воздействия может быть дополнительным для повышения эффективности избирательной деструкции раковых клеток при локальном индукционном тепловом нагреве. If the influence of electromagnetic radiation with a frequency of 10 kHz is modulated in the rhythms of tremor (10 ± 3) Hz by the pulse and respiration signals of the patient, then in the phases of a decrease in blood supply the stability of cancer cells decreases sharply. This regime of multi-frequency exposure can be additional to increase the efficiency of the selective destruction of cancer cells during local induction heat heating.

Предлагаемый способ предусматривает использование дополнительно лазерного воздействия с несущей частотой 10 кГц, адекватной ритмам нормальных клеток и неблагоприятной для раковых клеток. Эта несущая частота модулируется сигналами пульса и дыхания пациента и ритмом тремора (10±3) Гц с амплитудной модуляцией каждого сигнала по 30% (для баланса кровотока) с увеличением амплитуды во время диастолы и выдоха и уменьшением во время вдоха и систолы, что избирательно усугубляет энергетический дефицит для раковых клеток. Для более глубокого проникновения лазерного луча в ткань раковой опухоли используют длину волны инфракрасного излучения, равную 0,89 мкм, с длительностью импульса 0,3 мс и импульсной мощностью от 10 до 80 Вт (в зависимости от глубины локализации опухоли). Длительность воздействия излучения может быть от 5 до 60 мин и определяется размерами опухоли и ее локализацией. The proposed method involves the use of additional laser exposure with a carrier frequency of 10 kHz, adequate to the rhythms of normal cells and unfavorable for cancer cells. This carrier frequency is modulated by the patient's pulse and respiration signals and tremor rhythm (10 ± 3) Hz with an amplitude modulation of each signal of 30% (for blood flow balance) with an increase in amplitude during diastole and expiration and a decrease during inspiration and systole, which selectively exacerbates energy deficit for cancer cells. For a deeper penetration of the laser beam into the tissue of the cancerous tumor, an infrared wavelength of 0.89 μm is used with a pulse duration of 0.3 ms and a pulse power of 10 to 80 W (depending on the depth of tumor localization). The duration of exposure to radiation can be from 5 to 60 minutes and is determined by the size of the tumor and its localization.

Предлагаемый способ может быть осуществлен, например, следующим образом. The proposed method can be implemented, for example, as follows.

В область локализации раковых клеток вводят выбранные для определенного вида опухоли ферромагнитные частицы, например, путем катетеризации кровеносного сосуда, по которому в опухоль протекает кровь. Затем осуществляют индукционный нагрев введенных ферромагнитных частиц под контролем СВЧ термометра. С помощью компьютерной программы в соответствии с математической моделью изменения теплопроводности,теплоемкости и гистерезисной температурной зависимости автоматически определяют длительность импульса индукционного нагрева в фазах уменьшения кровенаполнения. Для этого с помощью сигналов с датчиков пульса и дыхания пациента и генератора (10±3) Гц модулируют интенсивность нагрева так, что нагрев происходит только в моменты диастолы и выдоха пациента. Для этих целей используют серийно выпускаемые аппараты для биоуправляемой хронофизиотерапии "Альто-терапевт-био", "Мустанг-био" [6] и др. или аналогичную программу биоуправления с использованием компьютера и аналого-цифрового преобразователя для введения в компьютер сигналов с датчика пульса и дыхания. Одновременно с индукционным нагревом с помощью аппарата "Альто-терапевт-био" производится лазерное облучение опухоли с несущей частью импульсов 10 кГц и 30%-ной амплитудной модуляцией в ритмах тремора (10±3) Гц, дыхания и пульса с увеличением амплитуды во время выдоха и диастолы. Ferromagnetic particles selected for a particular type of tumor are introduced into the localization region of the cancer cells, for example, by catheterizing a blood vessel through which blood flows into the tumor. Then carry out induction heating of the introduced ferromagnetic particles under the control of a microwave thermometer. Using a computer program in accordance with the mathematical model of changes in thermal conductivity, heat capacity and hysteresis temperature dependence, the duration of the induction heating pulse in the phases of decreasing blood filling is automatically determined. To do this, using the signals from the pulse and respiration sensors of the patient and the generator (10 ± 3) Hz, the heating intensity is modulated so that heating occurs only at the patient's diastole and expiration times. For these purposes, commercially available devices for biocontrolled chronophysiotherapy "Alto-therapist-bio", "Mustang-bio" [6], etc., or a similar biocontrol program using a computer and an analog-to-digital converter for inputting signals from a pulse sensor and breathing. Along with induction heating, the Alto-therapist-bio apparatus performs laser irradiation of the tumor with a carrier part of 10 kHz pulses and 30% amplitude modulation in the rhythms of tremor (10 ± 3) Hz, respiration and pulse with an increase in amplitude during exhalation and diastoles.

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США N 5067952, Гудов В.Ф., Яхонтов Н.Е. и др. "Способ и аппаратура для лечения опухолей с помощью локальной гипертермии", от 26.11.91.LITERATURE
1. US patent N 5067952, Gudov V.F., Yakhontov N.E. and others. "Method and apparatus for the treatment of tumors using local hyperthermia", from 11.26.91.

2. Патент США N 5236410, Гранов А.М. и Гранов Д.И. "Способ лечения опухоли", от 17.08.93. 2. US patent N 5236410, Granov A.M. and Granov D.I. "A method of treating a tumor," from 08.17.93.

3. Никитенко А.А., Савранский В.В., Загускин С.Л. Изучение колебательных процессов в клетке с помощью лазерного проекционного микроскопа. Препринт ИОФАН N 99, М., 1988. 3. Nikitenko A.A., Savransky V.V., Zaguskin S.L. Study of oscillatory processes in a cell using a laser projection microscope. Preprint IOFAN N 99, M., 1988.

4. Загускин С.Л., Никитенко А.А., акад.Овчинников Ю.А., акад.Прохоров В. В. и др. О диапазоне периодов колебаний микроструктур живой клетки // Доклады АН СССР, т.277, N 6 М., 1984, с.1468-1471. 4. Zaguskin SL, Nikitenko AA, academician Ovchinnikov Yu.A., academician Prokhorov V.V. et al. On the range of periods of oscillations of living cell microstructures // Doklady AN SSSR, v.277, N 6 M., 1984, pp. 1468-1471.

5. Загускин С.Л. Системный анализ биоритмологической диагностики и управление жизнедеятельностью. Современные проблемы изучения и сохранения биосферы. т.1, "Свойства биосферы и ее внешние связи". Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1992, с.72-82. 5. Zaguskin S.L. System analysis of biorhythmological diagnostics and life management. Modern problems of studying and preserving the biosphere. t.1, "Properties of the biosphere and its external relations." St. Petersburg, Gidrometeoizdat, 1992, p. 72-82.

6. Инструкция и технический паспорт к аппарату "Альто-терапевт-био", фирма "Альто", М., 1996. 6. Instructions and technical passport for the device "Alto-therapist-bio", the company "Alto", M., 1996.

7. Инструкция, технический паспорт к аппарату "Мустанг-био", фирма "Техника", М., 1966. 7. Instruction, technical passport for the Mustang-bio apparatus, Technika firm, M., 1966.

Claims

1. A method for the selective destruction of cancer cells, comprising introducing ferromagnetic particles into the region of the tumor localization followed by local induction heating in the temperature range from 42 to 45 ^o C for a time determined by the types of tumor, its size, localization and type of ferromagnetic particles selected for induction heating, characterized in that the heating is performed at the time of exhalation and diastole of the patient’s heart.

2. The method according to claim 1, characterized in that simultaneously with heating the tumor localization region, it is laser irradiated with a wavelength of 0.89 μm, a pulse power of 10 to 80 W for 5 to 60 minutes with a pulse repetition rate of 10 kHz for a duration 0.3 ms with 30% amplitude modulation in the rhythms of tremor (10 ± 3) Hz, pulse and respiration at the time of exhalation and diastole of the patient.