铜离子电化学疗法治疗痔的机制探讨

谢振年¹ 李东冰¹ 郝丽丽¹ 王芳丽² 魏玲³ 周明强³

1 中国中医科学院西苑医院（北京 100091）

2 北京航天中心医院（北京 100084）

3 北京理化测试中心（北京 100065）

课题来源：北京市首发基金 荣获2011年北京市科技进步奖二等奖

痔是临床常见病、多发病,我国痔疮发病率达54%。临床上常见症状有出血、脱出、疼痛和肛门刺激症等表现，如果不及时治疗可导致贫血，嵌顿，影响生活质量。痔治疗的目的在于减轻、消除主要症状，最大限度地保护肛门生理功能，治疗过程中尽可能保留肛垫的结构及肛管黏膜完整性,以达到术后不影响或尽可能少影响精细控便能力的目的^{［2］［3］［4］}。铜离子电化学疗法治疗痔经过大量临床观察是既安全有效又经济简便，既能减少痛苦、并发症，又可缩短术后恢复时间的低侵袭性外科治疗方法。我科从1998年开始将其应用于临床，从2001年对其进行系统观察，其中ECTCI技术治疗1723例痔患者，已被临床证实获得了很好的疗效，对痔出血临床有效率达到占98.7%，痔脱出达到62.1%^{［5］［6］}，验证了ECTCI技术在年迈、重度糖尿病、心梗、器官移植术后、白血病、血友病等全身状况极差条件下治疗病人的确切疗效，由于其宽泛的适应症、安全性及可靠性，但其治疗的机制是什么，目前均不得而知。查阅文献发现铜离子在临床治疗中的作用机理，至今国际上仍无人研究，其机理的研究，可以使铜离子电化学技术更加科学化，使更多的痔患者受益，并为在其他领域的广泛推广奠定基础。研究从三方面进行铜离子电化学疗法的机理探讨：

实验一  铜针表面附着物的检测

未治疗的铜针表面呈亮黄色，治疗后铜针两电极颜色不同，较治疗前均有变化。为什么会发生这种变化？究竟发生了何种变化？

1实验器材

实验仪器：铜离子电化学治疗仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜X射线能谱仪、核磁共振波谱仪、气相色谱-质谱联用仪。

  实验器械：刀片、镊子、吸管、滤纸等。

  实验试剂：氯仿、酒精等。

2实验方法

①标本采集：将治疗后铜针用酒精轻拭去表面血块及棉絮，将正负电极表面附着物分装于两个干燥、密封性较好的玻璃瓶中并标记。

②样品分离：铜针表面附着物通过目测可将两种样品中主要物质粗分为三类：亮红色物质、黑色物质及白色物质。

③物质结构分析：剪掉铜针，用止血钳钳夹铜针，吸管吸取少许氯仿，沿同一方向冲洗铜针，将冲洗液置于玻璃瓶中，过滤冲洗液，将其分为氯仿可溶物和不可溶物质，分别作红外检测。

④元素分析：取正负电极表面附着物，用扫描电子显微镜X射线能谱仪对样品分别取样检测，初步推断附着物元素组成及可能的物质。

3实验结果

3.1氯仿直接淋洗两电极红外谱图

绿色曲线—负极中的氯仿可溶物；蓝色曲线—正极中的氯仿可溶物

注：负极和正极中的氯仿可溶物红外光谱特征峰相同。

3.2正负两电极附着物的白色物红外光谱比较图

注：正负两极附着物的红外光谱特征峰相同。

3.3负极白色物质氯仿淋洗后溶液的红外谱图

3.3.1负极附着物的白色物质中氯仿不溶物的红外谱图

注：该红外谱图与纤维素类物质的红外光谱较为相似。

3.3.2负极附着物的白色物质中氯仿可溶物的红外谱图

 3.4能谱分析结果

 3.4.1正极能谱分析结果

局部图1

注：正极中C、O元素含量最多。

局部图2注：正极中有以Cu和Cl元素为主成份。

3.4.2负极能谱分析结果

局部图3

注：负极含有C、O元素为主的有机物。

局部图

注：负极中含有以Cu和Cl元素为主的物质。

4结论

4.1红外光谱分析结论

   氯仿直接淋洗两电极可溶物，负极和正极中的氯仿可溶物红外光谱特征峰相同，推测为相同物质；氯仿直接淋洗两电极不溶物，分别对两电极中的白色物质、黑色物质做红外谱图，发现白色物质成分较为单一，而黑色物质成分复杂。直接刮取的正负电极附着物中，除白色物质的信号外，还有其他物质存在，成份并不单一。亮红色的物质为金属铜。

4.2能谱分析结论

对正负两电极刮取物质黑色物质做能谱分析，得出：两电极中含有两类物质，一类的有机物，一类是以Cu和Cl元素为主的无机物，初步推测为CuCL₂。

实验二  ECTCI治疗前后痔区H₂O₂含量变化

1实验器材

术前术后痔区血、抗凝管、过氧化氢试剂盒（含过氧化氢检测试剂、过氧化氢标准溶液、过氧化氢检测裂解液）、A560酶标仪，离心机、PH为6.0的磷酸缓冲液等

2实验方法

（1）血液样品准备：选取12例ECTCI治疗前后痔区血液各3ml，立即放置于-80℃冰箱中冻存。

（2）H₂O₂浓度的测定：①把H₂O₂检测试剂放在冰上溶解；②在检测孔内加入50ul标准品；③每个孔内加入100ulH₂O₂检测试剂；④轻轻震荡或敲打混匀，室温（15-30℃）放置半小时。然后立即测定A560；⑤根据标准曲线计算出样品中H₂O₂。

3实验结果

3.1 标准曲线结果

3.2 H₂O₂浓度结果     （单位：um/L）

注：经配对样本t检验，结果表明，ECTCI治疗前后痔区H₂O₂浓度相比，H₂O₂浓度较术前增高（P＜0.05），有统计学意义。

实验三  ECTCI治疗前后痔区离子变化

1实验器材

     术前术后痔区血样3ml、血样处理剂、电解池、复合电极等。

2实验方法

（1）取20ul痔区治疗前后血样品置于血样处理试剂的试剂管中，充分振摇均匀后静置5min。然后取250ul处理过的血样置于电解池中。

（2）将小型复合电极接入电解池中，固定后将电极低端插入溶液中。打开仪器控制装置上校正按钮，进行校正后，按下测量按钮开始测量，5min后可以读出血样中的离子量。测量结束。

3实验结果               

ECTCI治疗前后痔区离子变化   ( x±S）

注：经配对样本t检验，▲痔区术后Cu²⁺数量较术前增多（P＜0.05）,有统计学意义；△Cl^—和Fe²⁺术前术后无明显差异（P＞0.05）。

4 讨论

铜离子电化学疗法（Electro-chemical Therapy by Cupric Ion，以下均简称为ECTCI）治疗痔的理念是在祖国医学枯痔钉疗法的理论体系基础上加以改进，并借助电化学疗法的方法和理论，创造了本项技术。由于其宽泛的适应症、安全性及可靠性，已在近百家医院上万例病人中安全应用，同时在2011年获得北京市科技进步奖，奠定了本技术可以广泛推广的基石，具有重要的现实意义和社会价值^{[7] [8] [9]}。

铜作为一种微量金属元素经肠管吸收，分布到肠道粘膜细胞内，细胞内有两种结合铜的蛋白，一种为铜锌超氧化物歧化酶，一种为含硫基的蛋白质[7]。铜锌超氧化物歧化酶是一种金属酶[8]，对热、PH的稳定性较高，一方面与其是金属酶有关，另一方面也与本身结构有关。Cu.Zn-SOD活性中Cu²⁺能被H₂O₂还原成Cu⁺，不仅导致酶分子中Cu²⁺含量下降，而且改变了酶蛋白部分氨基酸侧链的电荷性质，从而改变了酶分子的构象，酶活性几乎全部丧失[9]，同时，ECTCI治疗后痔区H₂O₂浓度较前发生显著性升高，H₂O₂也能明显地使铜锌-SOD活力降低，同时提高5-HT表达，增强血管收缩。酶分子中Cu²⁺浓度下降，而痔区Cu²⁺增多，Cu²⁺是铜锌-SOD发生催化作用必不可少的一种催化因子，并且Cu⁺可以和H₂O₂通过Fenton反应形成Cu²⁺-OH，使酶迅速失活，随着H₂O₂浓度的增大，失活速度也加快。

4.1血管内皮细胞损伤机理

实验结果表明：ECTCI治疗后痔区H₂O₂浓度较前发生显著性升高，H₂O₂属于活性氧，是体内氧化代谢的中间产物，是一种氧自由基，在体内可转变成细胞毒性极强的OH是一种膜易透性氧化剂，当积累到一定程度时会造成血管内皮细胞的损伤[10]。Mc Bride A G[11]认为内皮损伤效应与失活铜锌超氧化物歧化酶水平增加有关。然而SOD活性减低和H₂O₂浓度增高，进一步加剧了血管内皮细胞损伤。

4.2各种离子变化的含义与H₂O₂浓度增高的可能原因

ECTCI治疗痔区Cu²⁺含量显著升高，证明Cu²⁺大量脱落，局部形成高浓度，这是治疗的重要物质基础。而Cl^-和Fe²⁺含量没有变化，说明没有吸附其他物质。H₂O₂浓度增高，可能是局部产生了大量氧气（治疗中可见气泡溢出）诱发的过氧化合反应，是造成扩张血管内皮细胞炎症反应的有益物质基础。