Circulatory and metabolic responses of malignant tumors during localized hyperthermia

Abstract

The effect of localized hyperthermia on the circulatory responses and on the oxygen and glucose supply has been evaluated in tissue-isolated rat tumors utilizing an in situ perfusion system. On the average, localized hyperthermia caused a significant increase in total tumor blood flow after raising of the mean tumor temperature from 37 °C to 39.5 °C. At higher temperatures (42 °C) total tumor blood flow decreased to a level somewhat below the flow during normothermia. However, there were great interindividual differences in the response of blood flow to temperature. The changes in blood flow were paralleled by variations of the 0₂-consumption and of the glucose uptake of the tumor tissue. The alteration of the oxygen and glucose supply seem to be predominantly mediated through changes of tumor blood flow with temperature. Tumor microcirculation appears to be improved at moderate hyperthermic temperatures (39 °C–40 °C) and deteriorated at higher temperatures. Whereas a vasodilation of tumor vessels seems to be a paramount factor for flow improvements, a reduction of red blood cell flexibility due to severe tissue acidosis, multiple microthromboses as well as occlusions of microvessels should be taken into consideration as factors for flow impairments at higher tumor temperatures. An gewebsisolierten Tumoren der Ratte wurde mit Hilfe einer in situ-Perfusion der Einfluß einer lokalen Hyperthermie auf das Durchblutungsverhalten sowie die Sauerstoff- und Glucoseversorgung des Gewebes untersucht. Eine Erhöhung der Gewebetemperatur von 37 °C auf 39,5 °C führte hierbei zu einer signifikanten Zunahme der mittleren Tumordurchblutung. Ein weiterer Anstieg der mittleren Tumortemperatur auf 42 °C hatte eine Abnahme der Tumordurchblutung auf ein Niveau zur Folge, das etwas unter der Durchblutung bei 37 °C lag. Bei einigen Tumoren zeigten sich erhebliche Abweichungen von diesem mittleren Durchblutungsverhalten bei Hyperthermie. Die temperaturbedingten Durchblutungsänderungen gehen mit gleichsinnigen Veränderungen des Sauerstoffverbrauches und der Glucoseaufnahme des Tumorgewebes einher. Beide Verbrauchsgrößen sind demnach unter Hyperthermiebedingungen im wesentlichen eine Funktion der Durchblutung. Die Mikrozirkulation in den Tumoren scheint bei einer mäßigen Hyperthermie (39 °C–40 °C) verbessert zu sein; bei stärkerer Erwärmung des Gewebes wird sie eingeschränkt. Während vor allem eine Vasodilatation von Tumorgefäßen bei einer 39,5 °C-Hyperthermie für die Durchblutungssteigerung in Betracht zu ziehen ist, müssen als Ursachen für die Einschränkung der Tumordurchblutung bei 42 °C ein Verlust der Erythrocytenflexibilität (bei Vorliegen einer ausgeprägten Gewebsacidose) und das Auftreten multipler Mikrothromben mit konsekutiven Verschlüssen kleinster Tumorgefäße genannt werden.