GENERALIDADES DE LOS EQUIPOS USADOS EN CRIOCIRUGÍA
Equipos de Criocirugía.
Los equipos de criocirugía, son dispositivos que se utilizan para destruir el tejido humano a base de un contacto directo a través de medios mecánicos que alcanzan temperaturas del orden de 233 K (-400 C). Watzner y Bobrow en 1962 diseñaron un sistema que marcó una verdadera revolución en el ámbito de la criocirugía. En sus trabajos de investigación utilizaron un prototipo, que a pesar de tener un relativo corto desarrollo tecnológico (debido a las limitaciones tecnológicas existentes hasta el momento), ya tenía las características comunes a los que actualmente se han utilizado. Estos equipos tienen diferentes diseños y formas:;
a) los de sonda o críopobo grueso (punta de aplicación), son del orden de 2.0 centímetros de diámetro, tienen forma de pistola con gatillo integrado de aplicación, comúnmente se utilizan en la cura del cáncer de piel y del cáncer cérvico uterino figura 1.1.
b) los de sonda o críopobo delgado, son del orden de 0.5 centímetros de diámetro, constan de un maneral con punta alargada y delgada, y son accionados por medio de un pedal, comúnmente se utilizan en cirugía retinocular (parte interna del globo ocular), así como cura del cáncer de la próstata (glándula seminal masculina) figura 1.2.
En los diseños anteriores cabe mencionar que la posición del mecanismo de accionamiento, va en relación al grado de inmovilidad que se desee tener al momento de hacer contacto con el críopobo y el órgano o mucosa del humano. También en algunos diseños se tiene en el interior del críopobo un ducto de aire caliente, con el fin de separarlo rápidamente de la zona de aplicación después del congelamiento.
Diseño común.
El diseño contiene un maneral tipo pistola dividido en cinco partes principales: Dos tubos en uno, el primero concéntrico de alimentación y el segundo de desalojo del gas refrigerante (1), también tiene un maneral o soporte principal (2), un control de flujo (3), un tubo capilar (4), y un críopobo o punta de aplicación (5), como se observa en la figura 1.1, el cual es similar al utilizado en el Hospital regional de Cancerología del estado de Guerrero.
Este diseño tiene un dispositivo de alta seguridad para su manejo y aplicación, en este caso la punta (oro, plata, platino) del críopobo es de mayor tamaño, comparándose con los criópobos utilizados en criocirugía ocular, pero en el caso de la figura1.1, críopobo de punta ancha, se ha considerado en su diseño las necesidades ergonométricas para la aplicación en la criocirugía o crioterapia del cáncer uterino.
A continuación se muestra un diseño de críopobo punta delgada utilizado específicamente en criocirugía oftálmica (figura1.3) [3]. En este caso el movimiento debe ser eliminado cuando se esta realizando la criocirugía ocular, por esta razón el equipo cuenta con un mecanismo de pedal para permitir el paso de refrigerante, liberando cualquier esfuerzo manual. El enfriamiento se inicia accionando el interruptor de pedal y al soltar el pedal se inicia automáticamente el calentamiento, para desprender la punta. Se compone de criópobos de punta delgada; el recto, el ligeramente inclinado y el inclinado, para facilitar el requerimiento de la criocirugía ocular.
En este tipo de aplicación como se comento en el inciso anterior, es necesario una descongelación más rápida para impedir una sobre congelación aledaña a los tejidos de la retina, es por eso que en la figura 1.3 se observa que por el mismo ducto se inyecta aire caliente controlado por un balín con resorte como se ve en la figura 1.3A, la cual se acomoda hasta el fondo de la punta cuando penetra el refrigerante líquido. Al conservar dicha posición, solo deja pasar una pequeña cantidad de refrigerante en estado líquido a la cámara de expansión, permitiendo la evaporación de acuerdo a la relación∆T = µπ∆p , donde µ es el coeficiente Joule-Thompson.
cuando se cambia el refrigerante por el aire caliente como fluido de descongelación, entonces el balín regresa a una posición como se observa en la figura 1.3B donde se incrementa el área de paso del fluido, ya que la presión de aire caliente es del orden de 620.5 kPa ( 6.205 bars).
Principio de funcionamiento.
Para la explicación del funcionamiento del equipo de criocirugía, se presentan la figuras 1.4 y 1.5, las cuales servirán para la descripción de operación y uniones mecánicas de todo el equipo de criocirugía con sus accesorios, partiendo desde que inicia el movimiento del gas refrigerante al salir de su recipiente de almacenamiento en estado líquido, hasta el término del recorrido final del refrigerante expulsado a la atmósfera.
Finalmente como el críopobo va colocado sobre la rosca que sostiene al tubo capilar y esta a su vez tiene orificios intermedios, este arreglo permite el regreso del refrigerante evaporado en la punta metálica. El gas evaporado se regresa impulsado por la misma energía almacenada en los recipientes por el ducto adiabático, después de atravesar los orificios concéntricos pasa al tubo de mayor diámetro (porte 4 figura1.4), el cual conducirá el gas refrigerante hacia la atmósfera.
A continuación se muestra la figura 1.5, que consiste en un diagrama de flujo que representa lo anteriormente expuesto en forma sintetizada, el cual podría utilizarse como un manual de operación sencilla del propio equipo.
Ventajas y Aplicaciones mas comunes.
El aparato de criocirugía ofrece las siguientes ventajas [1] :
A) El enfriamiento puede hacerse de modo ambulatorio(sin hospitalización) y sin anestesia, pendiente de intervención en caso necesario.
B) Tratamiento y desprendimiento del tejido necrotizado(muerto) sin hemorragias
C) Cura sin cicatriz
A continuación se muestra la tabla 1.1, con la descripción de los usos más comunes donde aplica la criocirugía.
Criocirugía del cáncer cérvico uterino (CACU):
El cáncer cérvico uterino es un proceso destructivo de los tejidos. Las causas del desarrollo de este mal varían desde; el tabaquismo, el virus del herpes, la disminución de la respuesta inmunológica, la deficiencia nutricional, el uso de anticonceptivos hormonales, y finalmente el que representa el factor de riesgo mas grave, el virus del papiloma humano (VPH). Sí analizamos la incidencia de cáncer en México [1,4,5,6], actualmente existe en nuestro país una estadística angustiante (50 casos por cada 100,000 habitantes al año), la cual es de las más elevadas en todo el mundo. En los Hospitales Regionales de Cancerología del Sector Salud, se aplican tratamientos en los procesos primarios de cáncer de cuello uterino utilizando técnicas de crioterapia. De los datos anteriores se puede deducir la relevancia que tiene la aplicación de terapias específicas para el tratamiento del cáncer cérvico uterino, por lo tanto, es un soporte de gran valía para el desarrollo tecnológico, el estudio relacionado de un equipo de “crioteraplicación” o criocirugía, en los programas médicos para la cura del CACU al nivel local.
Antecedentes de la Criocirugía del CACU.
A partir de 1930 Openchowski utilizó una solución salina helada con la finalidad de detener actividad tumoral de los grandes procesos del aparato ginecológico bajo, después de lograr algunos resultados positivos, esto no se convirtió un proceso terapéutico (curativo) definitivo. may (1942) utilizó la cánula (tubo de orificio delgado) de freón para el tratamiento de los procesos inflamatorios del endocérvix (parte interna del útero). Cooper (1961) inició el manejo del nitrógeno líquido para el tratamiento de procesos neoplásicos tempranos con buenos resultados, pero con la desventaja de que el equipo era demasiado grande y su producción en serie no era costéable, por lo que no se continuo utilizando. Watzner y Bobrow (1962) iniciaron la utilización de tubos de hielo seco de bióxido de carbono como tratamiento de las lesiones del canal endocervical, procedimiento muy semejante al que se utiliza en la actualidad.
Bases físicas y efectos en los tejidos.
La criocirugía es la destrucción local de las capas superficiales del epitelio cervicouterino por medio de la aplicación de temperaturas inferiores al congelamiento, una temperatura de 233 K (-400 C) o menor producirá necrosis tisular (muerte de tejidos aledaños). Los principales procesos de refrigeración para el críopobo son:
1. Cambio de fase, evaporación de un fluido refrigerante que es inyectado por un tubo en el interior del críopobo sin hacer contacto directo con la piel.
2. Expansión isotrópica en la punta del críopobo y adiabática en el trayecto de regreso y escape del gas, utilizándose metales como el oro y la plata o platino, siendo oro el de mayor conductividad térmica.
Las transformaciones biológicas que se efectúa sin intercambio de calor con el exterior, hacen que el procedimiento más utilizado sea el de congelamiento, que consiste en aplicar la punta del críopobo en la superficie del tejido a tratar, produciéndose los mecanismos de acción que explican los cambios celulares, químicos, morfológicos y destructivos los cuales son:
a) Deshidratación y concentración tóxica de electrolitos por la extracción de agua.
b) Desnaturalización (cambio de medio biológico) de las moléculas líquidas proteicas dentro de las membranas.
c) Cristalización y ruptura de las membranas celulares.
d) Choque térmico.
e) Éxtasis (inmovilización) vascular (bazos sanguíneos) .
Según Ostergad, Sako y Pérez Tamayo, existen dos fases de permeabilidad vascular (posibilidad de dar paso en el interior de los vasos) que aparecen como respuesta de la agresión térmica:
La primera es inmediata y rápida, dura 30 segundos y se manifiesta por vasoconstricción capilar (reducción de los capilares).
La segunda es de aparición tardía, lenta y duradera y se caracteriza por la presencia de factores que activan la permeabilidad capilar, incluyendo cambios degenerativos en el epitelio (parte superior que cubre un órgano, tejido o mucosa).
Por otro lado los gases utilizados en criocirugía deben tener un punto de ebullición dentro del rango de congelamiento de la piel, por ejemplo nitrógeno líquido, dióxido de carbono, freón 22 o 404 A aseotrópico y óxido nitroso como las temperaturas de congelación que se muestran en la tabla 1.2.
Factores que intervienen para el éxito de la aplicación:
- Tipo de criopobo: usándose con el metal que permita mayor facilidad en la aplicación sabiendo que el de mejor conductividad es el oro.
- Características del cerviz, las pacientes con hipertrofias (malformaciones mayores) endocervicales y desgarros antiguos, requerirán de mayor tiempo para alcanzar la congelación deseada, sucediendo lo contrario con pacientes de mejores condiciones .
- La masa de refrigerante, en el depósito cilíndrico debe garantizar el tiempo de aplicación hasta el término normal del tratamiento.
- La temperatura de aplicación, debe ser del orden de 233 K (-400 C) o más baja , por lo que también se debe tener una relación de tiempo de aplicación y suficiente masa de fluido refrigerante.
- Área de seguridad, es la congelación que se produce alrededor del criopobo y se recomienda no sea menor de 5 milímetros por fuera de la lesión a tratar, independientemente del tiempo que se requiera para lograrlo .
Criocirugía de la retina ocular.
La retina es una parte esencial del ojo humano, su nombre se debe esencialmente a que en su interior, se lleva a cabo el proceso primario de la captación de las imágenes observadas. Su posición se localiza en la segunda capa de la parte interna del fondo del globo ocular (figura 1.3.1) y está formada por terminaciones pequeñas en forma de conos y bastoncillos los cuales son fotorreceptores nerviosos, cuya finalidad es convertir los rayos luminosos que entran al ojo humano, en impulsos eléctricos que serán descifrados en el cerebro como imagen observada. Los conos captan y descifran en el cerebro los colores y los bastones solo el blanco y el negro, para formar en su conjunto las imágenes.
a) Golpes originados por acción violenta o deportes de alto impacto y o involuntarios
b) Diabetes (incapacidad del aparato digestivo para la absorción de la glucosa).
c) Albuminuria (cantidades elevadas de albúminas en el torrente sanguíneo),
d) Sífilis (enfermedad venérea).
Dentro de las causas más frecuentes están los golpes y la diabetes, sin embargo cualesquiera que fueran las causas de lesiones en la retina, se le tiene que restaurar a través de una cirugía, la cual se denomina cirugía de reimplantación de la retina, la cual consiste en tratar de poner la retina nuevamente en contacto con la pared del globo ocular, para propiciar una adherencia coriorretiniana (contener o mantener la retina) alrededor de todas las roturas retinianas [3].
Métodos para crear una Adherencia Coriorretiniana.:
Dentro de los métodos existentes para la cura del desprendimiento de retina se han venido utilizando los siguientes métodos:A) LA CRIOCIRUGÍA (congelación a 253 K (–20 0 C) de la parte a tratar).
B) LA DIATERMIA (métodos eléctricos o de alta temperatura que permiten cambios en los tejidos).
C) LA FOTOCOAGULACION (utilización de rayo láser sobre las partes afectadas).
Efectos sobre los tejidos
La criocirugía actúa por la disolución de membranas celulares. Durante la congelación, forma cristales intracelulares de hielo, con lo que se produce una lesión mecánica (ver figura 1.3.3). Durante la descongelación el agua y los electrolitos se separan, produciendo un cambio del pH con ruptura de las membranas celulares (disolución).
La fuerza de adherencia que la crioterapia produce entre la retina y el epitelio pigmentado es aproximadamente proporcional a la intensidad de aplicaciones como se manifiesta en la gráfica 1.3.4.
Para la obtención de la gráfica, fue necesario observar que la intensidad de la reacción de congelación dependía de cuanto tiempo se hubiera aplicado el críopobo, de la baja temperatura que pudiera alcanzar y de la cantidad de presión que se ejercía sobre la esclerótica.
Cuando el efecto de congelación se extiende solo a nivel de la membrana limitante externa, los fotorreceptores de los bastones se regeneran y se entremezclan con las vellosidades del epitelio pigmentado [3].
Criocirugía de Cáncer de la piel humana.
La piel humana es el órgano protector del cuerpo humano, de acuerdo a la ecuación de DuBois, tiene un área aproximada de dos metros cuadrados según la talla y el peso, esta compuesta por la dermis y la epidermis, una piel sana normalmente no produce molestias en el ser humano, una piel enferma, necesitará aun que parezca exageración una cura inmediata, tomando en cuenta que siendo nuestro escudo, sería la puerta de entrada de cualquier organismo destructor, en caso de no atender cualquier enfermedad en ella, como se comenta en los siguientes incisos, existen diferentes enfermedades de la piel, que van desde pequeñas lesiones, pequeñas verrugas, hasta problemas de origen cancerígenos. Así como se comenta que existen varios tipos de enfermedades también se conocen los diferentes tipos de tratamiento, aun que, se hará un comentario de los mismos, esta investigación solo abordará el tratamiento posible en las protuberancias de la piel así como el cáncer. Tomando Como referencia las figuras 1.3.5 y1.3.6 que aparecen en la parte baja, el Cáncer de Piel es más común de lo que se cree, es curable en etapas tempranas. El tipo más frecuente es el carcinoma baso celular, donde la exposición solar intensa y por largos periodos de tiempo es el detonador de esta enfermedad, puede aparecer en las zonas siguientes: Pabellones auriculares, labios, nariz, cara, cuello (región posterior), brazos, tórax anterior, piernas y pies, ya que son los sitios más frecuentes de cáncer de piel [7,8].
1.- Carcinoma Basocelular: Es de los tres, el tumor más común de los cáncer de piel encontrados en los caucásicos, siendo además el menos peligroso si se detecta en estadios tempranos. Comienza por una pequeña pápula o hundimiento de piel que sangra, provoca picazón y hace una costra que nunca cura, proceso que dura alrededor de 2 a 3 semanas. Luego, comienzan a elevarse los bordes de la úlcera tornándose rojos, rosados, y lo más frecuente, blanco perlados traslúcidos, con vasos sanguíneos mínimos visibles. Este tipo de cáncer de piel no se disemina a otras partes del cuerpo, pero si no se trata, puede extenderse por debajo de la piel y llegar a hueso provocando daños serios e irreversibles.
2.- Carcinoma Espinocelular: Es el segundo tipo de cáncer de la piel más frecuente encontrado en caucásicos. Se presenta como una placa roja descamativa y/o ulcerada. Este tipo de cáncer alcanza grandes tamaños, y de no tratarse se disemina o da metástasis eventualmente.
3.- Melanoma Maligno: Es el menos común de los tres pero el más agresivo, tanto es así, que es causa de muerte de aproximadamente 5.000 personas cada año en los Estados Unidos. Puede aparecer de repente en cualquier parte de la piel, es decir, en zonas expuestas o no al sol. Los lunares son el origen de éstos, y pueden afectar a personas de piel clara o piel oscura, reconociéndose el rol hereditario como de suma importancia. Para el autoexamen de los pacientes se tiene la regla de ABCD que indica: Asimetría de la lesión, Bordes irregulares, color variado (marrón, negro, a veces sin color), y diámetro grande mayor de 6 mm. Existen diversas modalidades terapéuticas, entre ellas electrodesecación, Escisión quirúrgica, Criocirugía, Cirugía Micrográfica de Mohs, Quimioterapia tópica (ingestión de medicamentos) y Radioterapia (aplicación de rayos atómicos).
Problemas que aun no se detectan.
La congelación de células de cáncer es una opción para los pacientes con cáncer de próstata que no responden a la terapia de radiación, pueden beneficiarse de un procedimiento en el que las células del cáncer se congelan y se destruyen, según publicaron investigadores norteamericanos en la revista 'Urology' [8,9]. Los investigadores descubrieron que el 97 por ciento de estos pacientes con cáncer localizado en la glándula de la próstata, quedaron libres del cáncer dos años después de haberse sometido a este procedimiento, conocido como criocirugía. "La prueba de que la congelación destruye las células del cáncer es indiscutible", según concluyeron los autores. Y añadieron que la "criocirugía” es una opción viable para el tratamiento de los pacientes que tienen una biopsia que prueba una anomalía local seguido de una terapia de radiación para el cáncer de próstata".
Alrededor de 54.000 pacientes, o el 30 por ciento de los que se les diagnostica un cáncer de próstata cada año, se someten a una terapia de radiación como primera terapia. Sin embargo, el cáncer regresará en el 40 por ciento de los casos de estos pacientes, según el informe.
Las opciones actuales de tratamiento para los pacientes con un cáncer de próstata que ha reaparecido incluyen la prostatectomía radical, una complicada intervención quirúrgica que puede llevar a la incontinencia o a la impotencia; y una terapia hormonal, que puede retrasar la progresión de la enfermedad pero no reduce el tamaño de los tumores.
El estudio, realizado por el doctor Aaron Katz y sus colegas en el Columbia Presbyterian Medical Center en Nueva York, incluyó a 43 pacientes con cáncer de próstata, de un promedio de 69 años de edad, que se sometieron a una criocirugía porque la terapia de radiación no curó su enfermedad. Los pacientes recibieron una terapia hormonal durante 3 meses para reducir el tamaño de la glándula de la próstata y después se sometieron a una criocirugía. Cada tres meses, los investigadores realizaron pruebas para comprobar el estado del cáncer. A los 22 meses, el 97 por ciento de los pacientes se habían curado. Sólo el 9 por ciento de los pacientes mostraron incontinencia urinaria. Algunos pacientes mostraron leves dolores rectales o hinchazón después de la criocirugía, pero estos síntomas desaparecieron en tres meses. Katz y sus colegas señalaron que se esperan un refinamiento de la criocirugía para mejorar los resultados.
Por otro lado se han estado haciendo en las universidades de oftalmología y dermatología más sobresalientes del mundo, estudios de investigación relacionados con los efectos colaterales que puede tener el uso de la criocirugía aplicada en piel, criocirugía ocular, contra con métodos alternativos existentes como son la, evaporación con rayo láser, coagulación por rayo láser.
Un ejemplo muy importante son los trabajos que han desarrollado Matsuo T., Noso-Fujimoto M. y Matsuo N., del Departamento de Oftalmología de la Universidad Médica de Okayama en Japón. Estos trabajos mencionan los efectos adversos que pueden presentar la aplicación de la foto coagulación por arco de Xenón (láser) y Criocirugía en 28 pacientes con un total de 52 ojos con enfermedades de retinopatía prematura, para lo cual se anotaron resultados de la división de dos grupos, de los cuales finalmente se encontró un porcentaje de diferencia del 0.04 %, considerándose por tal motivo irrelevante la diferencia, traduciéndose en que las técnicas modernas, poseen hasta la fecha el mismo grado de efectividad.
En conclusión hay momentos en los que no se puede distinguir un tratamiento específico, el cual nos pueda hacer tener la certeza en que será el mejor en algunos casos, anteriormente se tenía gran seguridad a la radioterapia, hoy existe la certeza que con criocirugía se puede mejorar la cura de cáncer en próstata, y es posible que el día de mañana se realicen nuevas investigaciones.
Al parecer pudiera considerarse inútil la presente información para lograr los objetivos trazados para un análisis termodinámico y desarrollo de un equipo de criocirugía, sin embargo fue necesario que los conocimientos de la ingeniería mecánica, se apoyaran en esta información, como son los tamaños de lesiones, tiempos posibles de aplicación, las formas y la profundidad de las lesiones, los gases que ya han sido utilizados.
Lo anteriormente mencionado aportó los datos necesarios para iniciar con bases sólidas los objetivos que se establecieron en la introducción de la investigación, considerando que para el inicio del capítulo II fue necesario saber muy a fondo la mayoría de los datos aportados en el presente capítulo.
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