体外冲击波的生物力学作用:
体外冲击波本质上是一种超声,通过压电晶体经电刺激释放能投入人体组织的高频声波。超声对于组织的效应可以大体分为热学和非热学两种。体外冲击波主要利用的是超声的非热学效应,而且声波振幅越高非热学效应越强。
这种效应主要依赖空穴,通过在血液中产生一系列小气泡来传递超声的能量。空穴通过三种潜在的机制来调节超声对血管的效应。1、微流:通过震荡的气泡形成液体流动从而把剪应力传递到细胞膜和内皮表面(超声波本身也可以直接对细胞膜产生剪应力)。2、气泡的喷射:气泡的非对称性爆破产生的喷射,从血管内腔进入组织(叫做刺出),或者从组织进入血管内腔(导致局部的血管壁内凹),两者都提高了血管的渗透性。3、气泡的膨胀和收缩:气泡膨胀或者压缩可以导致血管的膨胀或内凹,从而提高血管的渗透性。
体外冲击波的分子生物效应:
近年来研究表明体外冲击波的直接细胞学效应未必是通过声波空穴来实现的。Nishida等首先发现对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)进行体外冲击波刺激,可以上调血管内皮生长因子VEGF及其受体fms样酪氨酸-1(Flt-1)的表达。
另有研究证明,体外冲击波能上调抗炎症介质的产生以及NO的合成,由此体外冲击波通过产生NO实现了从粉碎结石到抗炎和促进血管再生的跨越。而且在体外冲击的刺激下,NO可以在非酶促条件下快速合成,进而直接迅速扩张血管,调节随后的血管再生和炎症反应过程。
另有报道显示,体外冲击波能诱导干细胞增殖迁移,促进其向内皮细胞、心肌细胞、平滑肌细胞分化,并减少其凋亡[8,9]。其它一些生物学效应也相继被报道,比如超极化、Ras激活以及应力纤维和细胞间隙的产生。
体外冲击波的理化性质和装置原理:
目前体外冲击波已经开始应用于缺血性心脏病患者,只需将冲击波发生器放置于胸壁表面,体外冲击波探头可滴定式释放经过聚焦的脉冲声波能量,经机载实时超声心动图精确定位心肌缺血靶区(避免剪应力和空穴效应对肺和肠等富含气体的非靶器官造成损害),依靠实时体表心电图R波触发体外冲击波在心电活动绝对不应期发放(以防止R-on-T的现象发生),体外导入心肌的低能冲击波物理能量(0.09mJ/mm2)在心肌组织细胞内产生机械剪应力和空穴效应,提高血管的渗透性,促进心肌内微血管的修复再生,发挥促心肌血运重建的治疗作用。
体外冲击波在心血管方面的作用日本学者Nishida等首先研究发现,冲击波治疗能显著上调体外培养的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中血管内皮生长因子(VEGF)的mRNA表达水平及其受体fms样酪氨酸-1(Fit)的表达水平,其最大有效能量为0.09mJ/mm2,大约相当于体外碎石治疗强度的10%。德国专家Caspari等也发现低能量的冲击波可以上调体外培养上皮细胞的血管再生因子。基于细胞实验的结果,Nishida等开展了体外冲击波的动物试验。他们在猪的冠脉左回旋支置入ameroid缩窄器造模,4周后造影发现冠脉完全闭塞,然后,把16头猪随机分成2组,每组8头。一组为对照组,另一组为治疗组接受体外冲击波治疗(每周3次,击/点,共9点,能量为0.09mJ/mm2。通过4周的体外冲击波治疗,结果显示治疗组的左心室射血分数、室壁厚度和局部心肌血流都得到了完全恢复,而对照组心肌功能障碍和局部血流减少没有任何改善。在治疗过程中和治疗后,均未见心律失常或其他相关症状。
年,Burneikaitē等发表了一项关于CSWT的荟萃研究,其中包括39项研究共计例患者,所有研究均显示CSWT可以显著改善患者的心绞痛症状和(或)生活质量,提高运动耐量,减少硝酸酯类药物用量,并观察到在大多数研究中,左心室功能和心肌灌注得到改善。但已进行的有关CSWT的临床研究通常规模较小,随访时间较短,缺乏关于死亡率等事件的数据。
医院自7年开展CSWT临床研究,目前CSWT已经正式成为临床常规开展的冠心病综合治疗措施之一。CSWT主要适应证包括:根据病史,结合核素心肌显像提示存在心肌缺血的冠心病难治性心绞痛或缺血性心肌病心力衰竭患者,不适宜或不愿行经皮冠状动脉介入治疗和冠状动脉旁路移植术,经正规药物治疗后仍有心绞痛(CCSⅢ~Ⅳ级),或缺血性心肌病仍有心力衰竭症状(NYHAⅢ~Ⅳ级)。
目前CSWT治疗方案国际上大多数临床中心所采用的9周方案。体外冲击波治疗每个治疗靶点击,能量为0.09mJ/mm2,通常在一个心肌节段需要2~3个聚焦点的冲击波治疗,每次根据缺血范围治疗6~12点,3次/周,3次治疗为1组,间隔3周进行1组治疗,9周内共治疗9次。治疗前后分别评估患者的心绞痛症状及心功能、用药情况、核素99mTc-MIBI心肌血流灌注情况及LVEF变化,PET心肌代谢改变情况,并在震波治疗过程中全程心电监护观察有无心律失常发生或血压变化,以及随访心电图和心肌损伤标志物等指标评估治疗安全性。
CSWT治疗属于无创治疗,具有良好的安全性。目前除了严重肺部疾病影响超声定位、心内血栓或心脏肿瘤、心原性休克等血流动力学不稳定状态以外,CSWT治疗没有其他绝对禁忌证。因此对于高龄难以耐受冠状动脉介入或旁路移植手术,或因合并出血性疾病、肾功能不全等情况,不适合冠状动脉介入或旁路移植治疗的冠心病患者,CSWT可以作为药物治疗的有力补充。
例如,在临床上常见冠心病患者因合并血液系统疾病或其他出血高危因素,无法耐受双联抗血小板药物治疗,因此未能接受冠状动脉介入或旁路移植治疗。而CSWT治疗的低能量冲击波,在国内外研究和临床应用中,均未发现在包括合并血液系统疾病或其他出血高危因素的冠心病患者的治疗及随访过程中,发生与CSWT治疗相关的出血情况。在我院的CSWT治疗患者中,也有因再生障碍性贫血、骨髓增生异常综合征等合并疾病,不能耐受双联抗血小板治疗的患者,在这些患者接受CSWT治疗期间,均未发生出血事件,并且随访血常规、出凝血功能也无恶化表现。在其后最长反复CSWT治疗3个疗程、随访2年的过程中,患者均未出现出血事件。
此外,最近研究将CSWT治疗的适应证拓展至急性冠状动脉综合征的治疗领域。通常认为,体外冲击波治疗改善心肌缺血,需要较长时间的反复治疗才能改善患者的微循环供血,因此不适合应用于急性冠状动脉综合征的治疗。但动物实验显示,CSWT可以改善急性心肌梗死模型的左心室重构。
总之,CSWT技术作为一项新兴的非药物治疗方法,在冠心病治疗的临床研究中初见疗效,并具有良好的安全性,可以作为药物治疗、介入治疗及冠状动脉旁路移植治疗的良好补充。但由于CSWT在治疗冠心病领域尚属较新方法,对于患者的长期疗效如症状缓解、心功能变化以及死亡率的影响,还缺乏相应数据,值得进一步开展研究。
参考文献崔洁,西雁,钱菊英,体外冲击波在心血管疾病中的治疗进展[J].中国心血管杂志,,23(3):-.DOI:10./j.issn.-..03.
西雁,崔洁,林贻梅,等.体外冲击波治疗难治性心绞痛的初步疗效及安全性[J].上海医学,9,32(10):-.
崔洁,葛均波,西雁,等.体外冲击波治疗缺血性心肌病心力衰竭的初步疗效[J].上海医学,:33(12):-.
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