体外心脏震波治疗冠心病的科学性

关键词:体外心脏震波;血管新生;科学性;冠心病;缺血心肌;   摘要:   冠心病已成为21世纪危害人类健康的主要杀手,虽然药物治疗,冠脉介入治疗(PCI)及冠脉搭桥(CABG)已使治疗大为改观,但许多病人仍疗效不佳或丧失了手术指征。虽然目前还没有方法可使受损心肌再生,但通过诱导体内血管新生和侧枝循环开放来恢复、增加冬眠、顿抑心肌功能是完全可能的。国外的离体研究、动物实验、人体研究均表明,体外心脏震波通过滴定式释放低能宽频电磁式超声脉冲对缺血靶心肌产生空穴、剪切效应,促进一氧化氮(NO)、血管内皮生长因子(VEGF)高表达,从而扩张血管,促进冠脉侧枝开放,刺激血管新生,能明显改善缺血心肌灌注,缓解心绞痛,为难治冠心病治疗开辟了全新的思路。这种利用机械波物理学、几何学、生物学原理进缺血心肌治疗的方法极具创造性、科学性。现就该技术的科学性作一综述。   1  治疗波物理特点   体外心脏震波治疗波为一低能宽频电磁双向脉冲。是电流通过一圆柱体金属线圈时,迅速改变线圈直径而产生的圆柱状治疗波。这种治疗波能量相当于震波碎石的十分之一,和单纯正弦曲线碎石冲击波不同,心脏低能震波除迅速增加的压力脉冲外还有一低张力波成份, 故是具有宽广频率范围的双向波(如图1),这种波在组织中几乎无衰减,穿透力强,剪切力小,可较稳定的到达治疗靶区[1],不造成人体组织损伤,充分具备治疗缺血靶心肌物理特点。  
2  聚焦几何学特点   聚焦是根据治疗波和声波等具有相同反射、折射的物理学和几何学原理完成的。未经聚焦的心脏治疗波是发散的,不能起治疗作用,经过聚焦的波作用于缺血靶区发挥非侵入式治疗作用,能量集中、精确,还可缓解皮肤疼痛、避免损伤组织。目前聚焦方式主要有两种:反射体反射和声学透镜折射。心脏震波使用的是半椭圆体反射(如图2、5),反射角48度,因治震波发生是圆柱状的,反射后便呈圆锥状聚集(如图3、5)。MODULITH  SLC的聚焦系统经抛物面反射聚焦于150mm深处,相当于治疗波进入患者体内的最大深度(图5)。其深度可通过可调节水蘘高度来控制,该聚焦系统几何参数还有发生孔大小和聚焦范围。发生孔大小是指声学透镜冲击波管或反射体的大小。在同等能量下较大的发生孔径产生的冲击波经过皮肤时有较低的能量穿透密度,对皮肤和治疗路径上组织损伤较小[1],理论上治疗孔径接近180度较好,但要求震波治疗探头体积大,操作笨重、造价高。聚焦范围指冲击波聚集范围大小,聚点越小,定位越精确。震波聚焦点横截面呈圆形,根据能量不同直径为3.5mm~8.0mm,径向长度为90mm~110mm(如图4),故焦点大小为:3.5mm~8.0mm×3.5mm~8.0mm×90mm~110mm,聚焦范围小而精确。心脏震波治疗孔径角度48度(图5),皮肤的能量穿透密度合适无皮肤损伤和明显疼痛,水囊大小适中,适合操作,价格适中。 3  传播介质选用的科学性   声波的物理学特性同样适用于体外心脏震波,在具有不同声阻介质的表面会部份反射或折射,而在相似声阻的介质中,几乎无衰减。体外心脏震波产生后,需要一种介质将其能量经震波源、水囊、皮肤、皮下组织逐层到达治疗靶区。由于水具有和人体组织相似的声阻,在物理学上,可将人体软组织视为生理盐水,故治疗波在人体软组织与水之间的传播如同在一个均质场传播一样,故能有效地进入人体。故水被作为心脏震波传播的理想介质,震波在水中产生,通过柔软可调节水囊定位心脏缺血靶区,可避免治疗波经过气体发生衰减,同时可通过控制水量(水囊高度)来控制治疗深度,联合机载超声,锁定治疗靶区,极具科学性。 4  体外心脏震波低能治疗波的选择   治疗波到达心脏缺血靶区域以后,高能量震波可以产生巨大的剪切力,低能量冲击波主要是产生低剪切力和空穴效应。低能量冲击波经过人体组织时,虽然其传播特性和水相似,但体内或多或少含有微小气体。在经过这些气体时,在气体表面产生一压一拉的作用,产生空穴效应(Cavitation effect)、剪切效应(shear stress)而达到治疗目的[2-3]。体外心脏震波是选择低能治疗波的上述效应来进行治疗的。 5  体外心脏震波生物效应的利用   上述空穴效应形成的微气泡通过正负双向压缩运动,使组织局部产生剪切力(shear stress)、超微气流、内向爆炸力,导致组织亚细胞结构改变。以上刺激将上调血管内皮生长因子(VEGF)mRNA 及其受体fms样酪氨酸-1(flt-1)高表达,刺激血管新生、增加治疗区域血流量;同时提高内皮源性NO合成酶活性,促进NO的高表达,研究表明在不依靠NO合酶的情况下也能温和、稳定的产生NO,同时可降低肿瘤坏死因子及其它炎性细胞因子水平,起到扩冠、改善冠脉内皮功能、抗炎、防止心室重构的作用[4-11],能提高缺血靶心肌血供,改善顿抑心肌、冬眠心肌的功能,达到治疗冠心病的目的。 6  影像定位系统   定位的准确性十分重要,直接关系疗效,常用的定位系统有X线或超声。X线双平面定位是目前常采用的,其观察视角大,结果直观,图像清晰,但具有辐射性顾不适合实时监测。超声定位无辐射,可实时监测,采用超声横切及纵切面相结合锁定治疗部位,同时可将超声和震波源设计在双同心圆上。MODULITH  SLC体外心脏震波治疗仪使用的就是这种同心圆设计的超声定位系统。经操作臂将超声探头和电磁震波源固定在一同心圆上,对于心脏可取胸骨旁长轴、短轴、四腔,心尖四腔、两腔、心尖左室长轴。按照美国超声心动图学会推荐的16节段划分法进行定位[12]。并可上下、左右、前后自由调整超声探头和震波方向,轻松准确锁定缺血靶心肌。 7  缺血靶心肌中治疗点分布平面图   治疗时患者平卧,常规心电、血压、呼吸及氧饱合度监测,依术前MPI及LDDSE结果,定位缺血心肌,用机载超声探头寻找并锁定靶心肌,降低水囊与胸壁接触,震波经心电图“R”波触发,逐级调节震波能量至最佳(0.09mJ/mm2)。震波仪上、下两微调按钮(分为+1、+2、+3、0、-1、-2、-3  共6格)可对治疗靶区进行微调,上微调+1、-1相对0治疗点分别向右、左移动6度,治疗波径向长度90 mm~110mm(如图4),上微调每旋转1格(6度)相当于边长为90 mm~110mm角度为6度的等边三角形从其中一等边和底边交点偏向另一等边和底边的交点。比如从0~0向0~+1移动相当于从左边等边和底边交点移向右边等边和底边交点,按照几何计算相当于向右横向移动20.9mm~25.5mm,向上垂直移动3.6mm~4.4mm.考虑上下移动距离小,治疗波径向长度大90 mm~110mm,上下移动距离可忽略不计。同样下微调每旋转1格治疗焦点+1向上,-1向下分别移动2.5mm,(图6)。参照德国和日本的方法我们对每个缺血区进行9点治疗(-1~0~+1两两组合) [13,14]。-1~0~+1两两组合9点治疗在靶心肌形成一立体结构,其近似平面图如图7。  
 8  展望   震波碎石技术是一个偶然被发现的现象,幸运的是这种现象并没有被Dornier公司及其同行所忽视。瑞士STORZ MEDICAL公司在多年研究体外震波碎石机器的基础上深刻理解体外震波原理,敏锐注意到其对组织细胞的作用,大胆创新应用于冠心病血管新生治疗,同时将众多震波治疗仪复杂精密核心设备如震波源、聚集系统、冲击波耦联系统(介质)和治疗靶区定位系统及治疗原理科学合理结合,生产出体外心脏震波治疗仪(MODULITH  SLC),极具创造性和科学性,相信随着对该技术的深入认识,冠心病缺血心肌的震波无创治疗时态即将来临,使用震波对冠脉进行“超声搭桥”不再是梦想。              参考文献   [1] 周惜才,体外冲击波碎石技术进展与现状[J],临床泌尿外科杂志2002, 17( 6) 1001-1420   [2] Losordo DW, Vale PR, Symes JF, et al. Gene therapy for myocardial angiogenesis:initial clinical results with direct myocardial injection of phVEGF165 as sole therapy for myocardial  ischemia[J]Circulation,1998;98:2800-2804.   [3] Tateishi YE, Matsubara H, Murohara T, et al. Therapeutic angiogenesis for patients with limb ischaemia by autologous transplantation of bone marrow cells:a pilot study and a randomized controlled trial[J].Lancet,2002;360:427-435   [4].SCHULTHEISS R .Basic physical principles of shock waves[M]. HMT High Medical Technologies, Kreuzlingen, Switzerland 1998. 10-23.   [5] ANNA R.ALESSANDRA CARCERERI,ERNESTO AMELIO,et al. Nitric oxide mediates anti-inflammatory action of extracorporeal shock waves [J]. FEBS Letters, 2005,579:6839–6845.   [6]  SMITH RS JR, AGATA J, XIA CF, CHAO J. Human endothelial nitric oxide synthase gene delivery protects against cardiac remodeling and reduces oxidative stress after myocardial infarction[J]. Life Sci, 2005,76:2457-2471.   [7]GOTTE G,AMELIO E,RUSSO S,et al.Short-time non-enzymatic nitric oxide synthesis from L-arginine and hydrogen peroxide induced by shock waves treatment [J].FEBs Letters,2002,520:153-155   [8] LOSORDO DW, VALE PR, SYMES JF, et al. Gene therapy for myocardial angiogenesis:initial clinical results with direct myocardial injection of phVEGF165 as sole therapy for myocardial ischemia[J]Circulation,1998,98:2800-2804.   [9] ariotto,S.,Cavalieri,E.,Amelio,E., et al. Extracorporeal shock waves: from lithotripsy to anti-inflammatory action by NO production. Nitric Oxide. 2005,12:89–96.     [10] nna R., Alessandra Carcereri., Ernesto Amelio., et al. Nitric oxide mediates anti-inflammatory action of extracorporeal shock waves. FEBS Letters, 2005, 579:6839–6845.     [11] Gutersohn A, Gaspari G. Shock waves upregulate vascular endothelial growth factor m-RNA in human umbilical vascular endothelial cells. Circulation. 2000, 102(supll):1-18.   [12] SCHILLER NB, SHAH PW, CRAWFORD M, et al. Recommendation for quantification of left ventricle by two-dimensional echocardiography [J]. Am Soc Echocardiagr,1989,2 :358-367.   [13]  Fukumoto Y, Ito A, Uwatoku T, et al. Extracorporeal cardiac shock wave therapy ameliorates myocardial ischemia in patients with severe coronary artery disease. Coron Artery Dis. 2006,17:63-70.   [14]  Khattab AA, Brodersen B, Schuermann-Kuchenbrandt D,et al. Extracorporeal cardiac shock wave therapy: first experience in the everyday practice for treatment of chronic refractory angina pectoris. Int J Cardiol. 2007,121:84-5.  
    2010/1/24 22:58:54     访问数:1678
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大家都在说       发表留言

2010/1/29 12:02:40
李玉:不错!是否收费?一个疗程费用多少?谢谢!
2010/1/27 14:19:39
王仁友:verygood
2010/1/27 12:19:57
刘进民:很好、新技术。
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