Pathophysiological aspects of hyperthermia

Abstract

Blood flow in many rapidly growing tumors is sluggish leading to an impairment of convective heat dissipation which facilitates tumor heating compared to normal tissues. In addition, the compromised microcirculation causes a hostile metabolic micromilieu which can modulate the therapeutic effect of heat. After clinically relevant heat doses, a shut-down of tumor microcirculation is often observed creating a “heat-reservoir” and aggravating tumor hypoxia, acidosis, and substrate and energy depletion, factors which are known to greatly enhance tumor cell killing by heat. Since the mechanisms described are mostly derived from experimental results on fast-growing animal tumors, the clinical relevance, i.e., the applicability of these pathophysiological aspects to human tumors, has to be tested during clinical application of hyperthermia.

Zusammenfassung

In vielen schnell wachsenden Tumoren bzw. Tumorarealen ist die Durchblutung so weit reduziert, daß der konvektive Wärmetransport beträchtlich eingeschränk ist. Dies erleichtert eine therapeutische Erwärmung viler Tumoren im Vergleich zum benachbarten Normalgewebe. Darüber hinaus führt die inadäquate Perfusion in vielen Tumoren zu Veränderungen des metabolischen Mikromilieus, welche die Effizienz der therapeutischen Hyperthermie erheblich steigern können. Bei entsprechend hohen Wärmedosen tritt häufig in schnell wachsenden Tumoren eine deutliche Einschränkung der Mikrozirkulation auf woraus therapeutisch relevante Temperaturanstiege im Tumorgewebe resultieren. Dabei verstärken sich die Gewebehypoxie und Azidase, verbunden mit einer Einschränkung der Substratversorgung der Tumorzellen und einer konsekutiven Verschlechterung ihres energetischen Status. Diese durch die Hyperthermie verstärkte Beeinträchtigung des Tumormetabolismus steigert wiederum den zytotoxischen Effekt der Hyperthermie. Die beschriebenen Befunde wurden fast ausschließlich an schnell wachsenden, relativ schlecht durchbluteten Nagetiertumoren erhoben. Aus diesem Grund muß die klinische Relevanz solcher Veränderungen für menschliche Tumoren erst noch bestätigt werden. In relativ gut durchbluteten Tumoren bzw. in ausreichend versorgten Tumorarealen werden die beschriebenen, eine therapeutische Hyperthermie begünstigenden Effekte häufig nicht beobachtet.