Wissenschaftliche Grundlagen & Fallstudien zur hyperbaren Oxygenierung in der Krebstumorbehandlung

Aus früheren Artikeln können wir ersehen, dass die meisten Sensibilisierungsmechanismen nicht nur die Abtötung von Tumorzellen durch Medikamente erhöhen, sondern auch eine potenzielle Bedrohung durch erhöhte Schädigung normaler Zellen darstellen. Frühere Studien haben gezeigt, dass HBO Chemotherapie-Mäuse sensibilisiert, und die Überlebensrate und durchschnittliche Überlebenszeit von HBO-Chemotherapie-Mäusen höher sind als die der reinen Chemotherapiegruppe, was darauf hindeutet, dass HBO die toxischen Nebenwirkungen von Chemotherapeutika reduziert. Diese Schlussfolgerung ist jedoch nicht streng, da die Tumorremissionsrate der HBO-Chemotherapiegruppe von vornherein höher ist als die der reinen Chemotherapiegruppe. Zu diesem Zeitpunkt zeigt die höhere Überlebensrate der ersteren im Vergleich zur letzteren nicht an, dass HBO die Nebenwirkungen der Medikamente reduziert. Darüber hinaus kann hyperbarer Sauerstoff die retikuläre Struktur des Zentralnervensystems stimulieren, die Großhirnrinde erregen und geht häufig mit Euphorie einher. Daher ist es auch nicht streng, die Nebenwirkungen von Chemotherapeutika allein anhand des psychischen Zustands der Mäuse zu beurteilen. Um die Auswirkungen von Chemotherapeutika auf normales Gewebe unter HBO-Bedingungen zu untersuchen, sollten daher spezifische Indikatoren im tierischen Körper gemessen werden. Die Studie von Takiguchi et al. (2001) zeigte, dass die Konzentration von Chemotherapeutika in Tumorgeweben von Tieren der HBO-Chemotherapiegruppe höher war als die von Tieren der reinen Chemotherapiegruppe, und die Konzentration in normalen Gewebezellen wie Leber und Niere war ebenfalls höher als die der letzteren. Dies beweist direkt, dass Chemotherapeutika unter HBO-Bedingungen die Schädigung normaler Gewebe erhöhen. Es ist ersichtlich, dass hyperbarer Sauerstoff die Empfindlichkeit von Chemotherapeutika gegenüber Tumorgewebe verstärkt und gleichzeitig die Schädigung normaler Gewebe durch Chemotherapeutika erhöht. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass die Immunfunktion von Tieren unter HBO in unterschiedlichem Maße unterdrückt wird, und ob dieser Effekt mit der Chemotherapie synergiert, um Schäden an normalen Geweben zu verursachen, bleibt zu untersuchen. Daher ist es notwendig, eine Methode zu erforschen, um die nachteiligen Faktoren der HBO-Chemotherapie für den Körper zu reduzieren.

Tierversuche in inländischen Studien haben gezeigt, dass die Retention des Hypoxie-Gewebe-Bildgebungsmittels 99mTc-HL91 in Maus-Tumorgeweben nach 25-minütiger Behandlung mit hyperbarem Sauerstoff (HBO) abnimmt. Die Anzahl hypoxischer Zellen in den Maus-Tumoren nimmt ab, und der Sauerstoffstoffwechsel verbessert sich signifikant. Mit verlängerter Zeit in der hyperbaren Sauerstoffkammer nimmt die Retention des Bildgebungsmittels 99mTc-HL91 in Maus-Tumorgeweben allmählich zu, und die Wirksamkeit von HBO nimmt allmählich ab. Die oben genannten Experimente zeigen, dass nach der HBO-Behandlung für einen bestimmten Zeitraum unter Normaldruck ein Hochsauerstoffzustand in Tumoren aufrechterhalten werden kann.

Bei der Sauerstoffversorgung gibt es einen Zeitunterschied zwischen normalen Geweben und Tumorgeweben, wobei die Sauerstoffkonzentration im Tumorgewebe im Vergleich zu normalem Gewebe langsam abnimmt. Bereits 1989 schlugen Vaupel und andere vor, dass aufgrund verschiedener struktureller und funktioneller Unterschiede zwischen den Blutgefäßen in Tumorgeweben und normalen Geweben das Gefäßsystem in Tumorgeweben im Vergleich zu normalen Geweben langsamer und in geringerem Ausmaß auf Veränderungen der Sauerstoffkonzentration in der Umgebung reagiert [14]. Zhang Shulun und Kollegen vom Capital Institute of Pediatrics verwendeten Mikroelektroden, um die Veränderungen der Sauerstoffkonzentration in Tumorgeweben und gesundem Muskelgewebe von T-739-tumortragenden Mäusen bei Inhalation von Gasen mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen zu messen, und bestätigten die Unterschiede im Sauerstofftransport zwischen Tumor- und Normalgeweben. Yu Hong und andere (1997) schlugen vor, dass durch die Nutzung der Unterschiede in den Veränderungen des Sauerstoffgehalts, die durch Variationen der Sauerstoffkonzentration zwischen Tumor- und Normalgeweben verursacht werden, ein spezifischer Zeitraum identifiziert werden könnte, in dem die Inhalation niedriger Sauerstoffkonzentrationen zu einem schnelleren Abfall des Sauerstoffgehalts in normalen Geweben und einer relativ niedrigeren Sauerstoffkonzentration führt, während der Sauerstoffgehalt in Tumorgeweben langsam abnimmt und die Sauerstoffkonzentration relativ höher bleibt [15]. Wenn in diesem Zeitraum eine Strahlentherapie oder Chemotherapie durchgeführt wird, kann sie selektiv sein, wodurch Tumorgewebe maximal zerstört und normales Gewebe geschützt wird, Nebenwirkungen reduziert und therapeutische Gewinnfaktoren (TGF) erhöht werden.

Antikrebsmedikamente haben eine deutlich höhere zytotoxische Wirkung auf sauerstoffreiche Zellen als auf hypoxische Zellen.

HBO sensibilisiert die Chemotherapie, was durch entsprechende Literatur und Mechanismen gestützt wird. Antikrebsmedikamente haben eine deutlich höhere zytotoxische Wirkung auf sauerstoffreiche Zellen als auf hypoxische Zellen, wobei freie Radikale der Hauptgrund für diese Sensibilisierung sind. Die Verwendung von Medikamenten mit chinonähnlichen Strukturen in der Chemotherapie ist häufiger, da Chinone unter Einwirkung von Enzymen Semichinon-Radikale bilden können, die mit Sauerstoff reagieren können, um Superoxidradikale zu erzeugen und so Zellschäden zu verursachen. Viele Antikrebs-Antibiotika und Alkylanzien zeigen besonders ausgeprägte Wirkungen. Hypoxische Zellen sind jedoch aufgrund ihres hohen Reduktionspotenzials in einer hypoxischen Umgebung geschützt, in der die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies nicht leicht erfolgt und leicht gelöscht werden kann. Die Durchführung einer niedrig-Sauerstoff-Chemotherapie während eines bestimmten Zeitraums nach der hyperbaren Sauerstofftherapie führt zu einem langsamen Abfall des Sauerstoffgehalts und einer relativ höheren Sauerstoffkonzentration in Tumorgeweben, wodurch diese relativ sauerstoffreiche Zellen werden, während normales Gewebe einen schnelleren Abfall des Sauerstoffgehalts und eine relativ niedrigere Sauerstoffkonzentration erfährt, wodurch es zu hypoxischen Zellen wird. Daher kann die Toxizität von Chemotherapeutika für normales Gewebe verringert werden.

Die Niedrigsauerstoff-Strahlentherapie nach der hyperbaren Sauerstofftherapie kann Tumorzellen mit hohem Sauerstoffgehalt wirksam abtöten und gleichzeitig normales Gewebe schützen.

Wie bereits erwähnt, gibt es einen Zeitunterschied beim Transport von O2 zwischen Tumorgewebe und normalem Gewebe. Wenn kurz nach der HBO Niedrigsauerstoff eingeatmet wird, wird dieser Zeitunterschied größer, was die selektive Wirkung von Chemotherapeutika erleichtert. Da zudem nach der HBO-Behandlung unter Normaldruck für eine bestimmte Zeit ein Zustand mit hohem Sauerstoffgehalt im Tumor aufrechterhalten werden kann, ist es – solange die Konzentration und Dauer der Niedrigsauerstoff-Inhalation nach der HBO kontrolliert werden – nach wie vor möglich, einen relativ höheren Sauerstoffpartialdruck im Tumorgewebe aufrechtzuerhalten. Dies wurde bei der Kombination von HBO mit Niedrigsauerstoff-Strahlentherapie bestätigt. Dadurch können die Chemotherapeutika ihre verstärkte Empfindlichkeit auch dann beibehalten, wenn niedrige Sauerstoffkonzentrationen eingeatmet werden. In den letzten Jahren haben chinesische Wissenschaftler das Konzept der Hoch-Niedrig-Sauerstoff-Strahlentherapie vorgeschlagen, und vorläufige experimentelle Ergebnisse haben eine signifikante Verbesserung der tumorabtötenden Wirkung und eine Verringerung der Schädigung normalen Gewebes gezeigt, was zu einer deutlichen Erhöhung des therapeutischen Gewinnfaktors (TGF) führte. In einer Studie von Ren Yangang et al. (2003) wurden Lewis-Lungenkrebs-Mäuse einer Hochdruck-Sauerstoff- gefolgt von einer Niedrigsauerstoff-Strahlentherapie unterzogen, und die Ergebnisse zeigten, dass nicht nur die strahlenbedingte Abtötungswirkung auf den Tumor gewährleistet, sondern auch die durch Strahlung verursachte Schädigung normalen Gewebes verringert wurde. Bisher beschränkte sich die Forschung zur Hochdruck-Sauerstoff- gefolgt von Niedrigsauerstoff-Therapie jedoch auf deren Kombination mit Strahlentherapie. In Anbetracht dessen, dass die Chemotherapie ebenso wie die Strahlentherapie eine stärkere zytotoxische Wirkung auf sauerstoffreiche Zellen als auf hypoxische Zellen hat und die Chemotherapie auch eine wichtige klinische Methode zur Behandlung von Tumoren ist, ist es notwendig, die Wirkung der Hochdruck-Sauerstoff- gefolgt von Niedrigsauerstoff-Chemotherapie experimentell zu beobachten, um neue Ideen für die klinische Tumorchemotherapie zu liefern.

Das Zeitintervall zwischen dem HBO-Gerät und der Niedrigsauerstofftherapie beeinflusst den therapeutischen Gewinnfaktor.

In den Experimenten von Ren Yangang et al. (2003) wurde die Niedrigsauerstoff-Strahlentherapie 10 Minuten nach der HBO durchgeführt. Gemäß der oben genannten Literatur ist dieses Zeitintervall, falls eine Niedrigsauerstoff-Chemotherapie nach der hyperbaren Sauerstofftherapie sinnvoll ist, so kurz wie möglich zu halten. Aufgrund von Einschränkungen der klinischen Gerätebedingungen ist es jedoch möglicherweise nicht machbar, die Niedrigsauerstofftherapie unmittelbar nach der HBO-Behandlung durchzuführen. Daher ist es notwendig, das wirksame Zeitintervall zu bestimmen. Wenn sich herausstellt, dass ein längeres Zeitintervall bei der Niedrigsauerstoff-Chemotherapie noch einen hohen therapeutischen Gewinnfaktor erreichen kann, wäre dies von größerer klinischer Bedeutung.

Bei der Tumortherapie mit Doxorubicin kann ein Austritt in die umgebenden Blutgefäße eine Nekrose des lokalen Weichteilgewebes, der Muskeln, Nerven usw. verursachen. Aktas untersuchte die therapeutische Wirkung von HBO anhand eines Tiermodells. Wistar-Ratten wurde subkutan Doxorubicin 0,7 ml (2 mg/ml) in den oberen Teil des rechten Hinterbeins injiziert. Die HBO-Gruppe (n = 43) erhielt HBO bei 2,5 ATA für 80 Minuten zweimal täglich über insgesamt 28 Tage. Die Kontrollgruppe (n = 42) erhielt keine HBO-Behandlung. Die Schadensfläche wurde nach 4 Wochen gemessen, und es wurden keine signifikanten Veränderungen zwischen den beiden Gruppen an Tag 7 und 14 beobachtet. Jedoch zeigte die HBO-Gruppe an Tag 21 und 28 eine signifikant kleinere Schadensfläche im Vergleich zur Kontrollgruppe. Von ihnen erholten sich 16 Ratten bis Tag 40 vollständig.

Zusammenfassend hat die hyperbare Sauerstofftherapie erhebliche Fortschritte bei der Behandlung maligner Tumoren gemacht und zeigt vielversprechende Perspektiven für die adjuvante Therapie. Sie hat Anerkennung von Wissenschaftlern erlangt. Es gibt jedoch noch viele Fragen, die in der praktischen klinischen Anwendung weiterer Erforschung bedürfen. Es wird angenommen, dass hyperbarer Sauerstoff in naher Zukunft als eine der umfassenden Behandlungsmethoden für maligne Tumoren weit verbreitet eingesetzt werden wird und eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der therapeutischen Wirksamkeit, der Verringerung toxischer Nebenwirkungen und der Verbesserung der Lebensqualität von Krebspatienten spielen wird.

Bezüglich des Mechanismus, wie hyperbarer Sauerstoff das Tumorwachstum hemmt, deuten aktuelle Forschungen auf die folgenden Faktoren hin:

• Hyperbarer Sauerstoff kann freie Sauerstoffradikale erhöhen, die eine zytotoxische Wirkung auf Tumoren haben. Maligne Tumorzellen haben ein unvollkommenes antioxidatives System, was sie anfälliger für Angriffe und Abtötung durch freie Radikale macht. Daher hat hyperbarer Sauerstoff eine fördernde Wirkung auf normale Zellen, aber eine gewisse hemmende Wirkung auf maligne Tumoren.

• Hyperbarer Sauerstoff kann die Immunfunktion regulieren und die zytotoxische Wirkung von Immunzellen auf Tumoren verstärken.

• Tumoren zeigen unter hypoxischen Bedingungen ein verstärktes malignes Verhalten, insbesondere Invasivität. Hyperbarer Sauerstoff kann den Sauerstoffpartialdruck innerhalb des Tumors erhöhen.

• Ob hyperbarer Sauerstoff den durch Hypoxie induzierten Anstieg des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors und die anschließende Krebsmetastasierung blockieren kann, bleibt noch zu bestätigen.