超声辅助急性脑梗死治疗的研究新进展

何奕涛， 邢英琦， 郭 毅

急性脑梗死的治疗目前主要以药物治疗为主，超声由于其特有的理化效应，用于脑梗死的辅助治疗已有30年的历史。但是，其治疗的时间窗、有效性、安全性尚存在争议。经颅多普勒超声是近几年来被用于辅助溶栓的一个重要手段，它具有实时监测、定位准确及安全的优势。本文拟就超声溶栓的机制及经颅多普勒超声在急性脑梗死治疗中的研究新进展综述如下。

1 超声促进血栓溶解的相关机制

1.1 空化效应 空化效应是指在超声波的作用下液体中存在的微气泡被激活，并且振荡、膨胀、收缩、崩解等一系列动力学过程。超声的空化效应是其辅助溶栓酶介导血栓溶解的主要机制。超声空化过程把微小的能量集中于微小的空化泡内，并在空化泡崩解瞬间释放出来，形成局部高温、高压强冲击波、高速射流等极端物理条件，促进溶栓酶向血栓内运转，使血栓内的纤维蛋白网架断裂，从而暴露更多的纤溶酶的纤维蛋白结合位点而加速溶栓［1］。空化效应有稳态空化和瞬间空化两种类型［2］:稳态空化在超声强度高于稳态空化阈时持续存在于超声暴露期，稳态空化的超声强度阈值低于瞬间空化，超声强度高于瞬间空化阈时，瞬间空化零星出现，稳态空化的活性长时间内持续存在，而瞬间空化气泡的宽大截面可能遮蔽血栓表面并降低该处的空化活性，所以单独出现稳态空化时的血栓溶解程度高于稳态和瞬间空化同时出现时。2006年Datta等［2］应用120kHz的脉冲多普勒超声诱导空化现象联合r-tPA对血栓进行体外试验也证明了上述观点，在该实验中血栓溶解比例在稳态空化组是26.0%，稳态空化联合瞬间空化组是20.7%，明显高于单独应用 r-tPA 组(13.0%，P ＜0.001)，而应用超声联合 r-tPA，但未诱导空化组则为13.7%，与单独应用r-tPA组(13.0%，P＞0.05)无显著的统计学差异，该试验中的血栓样本由猪血在37℃的实验条件下制成，并在5℃的环境中保存3d，也证明了在辅助纤溶酶的情况下，空化效应对超过4.5h的血栓也是有效的。

1.2 机械效应 超声波的机械振动能使血栓的纤维蛋白结构由紧密变为松散，充分暴露纤溶酶的作用位点，提高酶的溶栓作用，超声还可以导致液体轴流加速，产生声流现象，声流在血栓表面产生高速度梯度，形成剪切力，可以机械破坏血栓表面并增加纤维蛋白对纤溶酶的暴露，增强纤溶酶的溶栓作用，超声波的机械效应多年来得到广泛认可［3］。

1.3 热效应 超声波作用于血栓时产生的热力学效应也可能是其促进血栓溶解的机制之一。超声波可使血栓局部温度在一定程度升高，增强纤溶酶的活性，有利于纤溶酶与血栓的结合并进入血栓内部而发挥其溶栓作用。Suchkova等［4］利用放射性碘标记血块，并在血块上应用t-PA，该血块是通过在新鲜冰冻血浆中加入固定剂量的氯化钙及牛凝血酶制成，在37℃的环境中保存1h后使用。通过测定碘活性的变化来计算溶栓率。将血块暴露于40kHz，0.25w/cm2的超声下，通过猪肋骨来检测热效应及声波在组织中的衰减程度。结果超声照射60min及120min后的血栓溶解率分别为(39±7)%和(93±11)%，在没有超声暴露时血栓溶解率分别为(13±8)%和(37±4)%，声波衰减在肋骨和肋间为(3.4±9)DB/cm2和(1.7 ±0.5)DB/cm2，其热效应小于 1℃ /(w/cm2)。表明超声在血栓溶解过程中的热效应有助于促进血栓溶解，但其超声热效应较低。Pieter等［5］应用40kHz的超声所进行的体外模型研究中同样证明了溶栓作用的增强与局部温度升高即热效应有关。但也有报道认为超声波热效应的溶栓作用不大，故有关超声的热效应在辅助溶栓治疗中的作用仍有待进一步的研究证据。

1.4 直接溶栓作用 2002年Nedelmann等［6］应用20kHz、0.2W/cm2的超声对体外血栓模型持续照射10min，平均血栓重量减轻比例为52.4%，对照组自发性血栓重量减轻为18.5%，P＜0.001，有显著的统计学意义，表明经颅多普勒超声在无溶栓剂存在的前提下也有溶栓作用。2005年Nedelmann等［7］又应用同样的体外血栓模型，检测了频率分别为 20KHz、40KHz 和 60KHz，强度为 0.12W/cm2或 0.2W/cm2的超声波在无溶栓药物的情况下引起血栓溶解作用的大小。结果在超声强度为0.2W/cm2的情况下，频率为20KHz、40KHz、60KHz的超声波及对照组所引起的平均血栓重量减轻比例分别为 52.4%、49.4%、21.4%、18.5%，20KHz 和60KHz组比较差别有显著的统计学意义(P＜0.001);当超声强度为0.12W/cm2时，频率为20KHz的超声作用下平均血栓重量减轻比例为24.5%，与超声强度为0.2W/cm2、频率为20KHz组(52.4%)比较差别有显著的统计学意义(P＜0.001)，与对照组相比差别也有统计学意义(P=0.045)。这些结果均显示在无溶栓药的前提下，单独的超声具有溶栓作用，且作用大小与频率呈反相关，与强度呈正相关。

2 超声辅助急性脑梗死治疗历史回顾

1972年我国学者郎鸿志通过动物实验及临床观察，在国际上首先提出了经颅超声疗法的超声安全剂量，即脉冲超声波在频率800KHz，功率在0.25～1W/cm2为经颅超声治疗的安全剂量，并在此基础上开展了脑血管病的超声治疗［8］。该种超声疗法是在患者患侧的颈内动脉及椎动脉起始部或通过枕窗、颞窗在CT或MRI显示脑部病灶部位的头皮相应投影区贴超声仪探头进行超声治疗，每次治疗时间约20～30min，国内外一系列研究报告显示了该经颅超声疗法是一种有效、简便的脑梗死辅助治疗方法，为脑血管病的治疗提供了一种新的辅助治疗途径。但这种经颅超声治疗无法确定患者具体的病变血管，故无法起到靶向作用于病变血管及血栓局部的作用;其次，部分老年脑梗死患者骨窗欠佳，超声波通过时衰减作用明显，传统超声波治疗无法确定超声衰减的程度，有可能出现根本无效的超声波作用。对此，近年来，用于临床脑血管评估的经颅多普勒超声被开始应用于辅助急性脑梗死的治疗。经颅多普勒超声拥有传统的脑血管超声仪无法比拟的优势，它能够监测病变血管，并且靶向跟踪病变血管，实时检测血管再通的情况;并由此能确定患者的声窗情况，避免在患者声窗欠佳时无意义地使用超声，或者由于未能对病变血管靶向应用超声而可能对正常脑组织产生有害效应。但经颅多普勒超声在临床应用中有效性有待更深入的研究证实，且安全性仍存在争议。

3 经颅多普勒超声辅助急性脑梗死治疗研究进展

3.1 经颅多普勒超声辅助脑梗死治疗的有效性 2000年Alexandrov AV等［9］首先报告经颅多普勒超声辅助临床急性脑梗死患者超急性期溶栓治疗的研究，提示了经颅多普勒超声促进血栓溶解在临床上的有效性。近年来，随着研究的深入，此方面的临床研究日益增多。2007年国内张黎明等的研究［10］中纳入了26例发病4.5h内的急性大脑中动脉闭塞患者，对照组13例接受尿激酶溶栓治疗，处理组13例接受尿激酶溶栓联合经颅多普勒超声连续监测大脑中动脉闭塞部位治疗，结果再通率(部分或完全)处理中为76.9%，对照组为30.8，P ＜0.05。2008年Eggers J等［11］将 37 例大脑中动脉闭塞的病例分为处理组(rt-PA+1.8MHz的TCD照射1h处理)19例和对照组(单独rt-PA处理)18例，病例的入选条件为发病3h内，经TCD确诊为大脑中动脉闭塞，结果再通率(部分或完全)处理组为 57.9%，对照组为 22.2%，P=0.045，90d后处理组有8例巴氏评分≥95分，对照组病例巴氏评分均＜95分，P=0.003，在第1天及第2天的NIHSS评分处理组平均为对照组的两倍。以上研究均显示脑梗死超急性期应用经颅多普勒超声连续监测能提高溶栓患者闭塞动脉的再通率及改善预后。2009年Alexandrov等［12］进行的CLOTBUST试验中经经颅多普勒超声靶向监测给予t-PA处理的患者2h的再通率为83%，单独接受t-PA处理的患者2h的再通率为50%(P＜0.001)，同样支持了经颅多普勒超声辅助溶栓治疗在临床应用中的有效性。但目前经颅多普勒超声辅助溶栓的有效性尚缺乏更大样本的多中心研究证实。

3.2 经颅多普勒超声辅助脑梗死治疗的安全性 最近Rubiera M等［13］总结进行的多个体外、动物模型及CLOBUST临床研究结果也提出超声能增强溶栓作用，在有或无溶栓药的情况下，经颅多普勒超声都能增加血栓的内在纤溶活性，但低频的超声也会增加症状性颅内出血的风险。针对低频超声辅助t-PA溶栓在临床应用中的安全性，Daffertshofer等［14］进行的多中心随机对照试验(TRUMBI试验)中选取发病6h以内经头MRI确诊动脉闭塞及排除颅内出血的急性脑梗死患者，分别接受单独t-PA处理(对照组)及低频超声(300KHz)联合t-PA处理(试验组)，共12例患者为对照组，14例患者为试验组，其中5例对照组患者及13例试验组患者经MRI检查发现有颅内出血(P＜0.01)，提示在t-PA溶栓治疗中，联合应用低频超声明显增加了颅内出血的风险。Matthias-Reinhard等［15］选取具有脑部小血管病变的患者，应用经颅超声(300KHz、700mW/cm2)照射 30～60min，应用PET图像检查或MRI脑灌注成像检查脑血流动力学变化，该研究只进行了4例就因有病例发现蛛网膜下腔出血而终止，受试病例经PET图像未发现脑血管有更好的灌注，超声监测到的参数未见明显改善，该研究同样表明低频超声存在损害血脑屏障的潜在可能性。

低频超声波(小于2MHz)可能存在破坏血脑屏障、增加症状性颅内出血的风险，但平时常用的诊断性经颅多普勒超声波频段在2MHz以上，目前并无安全性方面的不良报告。根据美国FDA规定，超声发射功率在选定深度情况下不超过750mW阈值时是较为安全的［16］，而我们进行经颅多普勒超声检查时使用的最大功率为350mW，低于此阈值，所以在安全性方面是可靠的。

2010年国外一篇综合了6个随机及3个非随机超声辅助t-PA溶栓临床试验的荟萃分析［17］提出令人振奋的结果，经颅多普勒超声(频率大于等于2MHz)定向监测下t-PA溶栓相比单独t-PA溶栓治疗可增加病变血管的完全再通率(P=0.0001)及改善3个月后的神经功能恢复(P=0.01)，尽管低频超声联合t-PA溶栓相比单独t-PA溶栓治疗显著增加症状性颅内出血(P＜0.001)，但高频超声(频率大于等于2MHz)并未增加症状性颅内出血(P=0.67)。但该荟萃分析由于纳入试验在超声使用时间、频率的同质性方面尚存在一定的偏差，故超声辅助溶栓的安全性及有效性评价仍应进行更大样本及设计上更周密、统一的临床试验来证实。

3.3 经颅多普勒超声辅助脑梗死治疗的频率及强度选择 经颅多普勒超声经过颅骨时会产生衰减效应，Stefan Pfafferg等［18］的研究显示经颅骨后只约有10%左右的最大输出功率作用于血栓，频率越高衰减越明显，故单纯从溶解血栓的角度考虑低频超声(小于2MHz)更有优势，新近Furuhata［19］的研究也提示了这一点，并提出目前正寻求发明一种新的低频超声溶栓系统，但低频超声的安全性在动物试验［20］及临床研究［13，15］中受到质疑。目前临床实践应用中多采用诊断用的频率为2MHz经颅多普勒超声波进行辅助溶栓治疗，尚无安全性方面的不良报告，但最佳的经颅多普勒超声辅助溶栓治疗的使用频率仍尚无定论，有待进一步研究确定。

经颅多普勒超声促进血栓溶解的作用与其强度有关，强度越高，作用越强，Medel等［21］提出了高强度的超声波有独立促使血栓溶解作用，但强度过高会使产热增多，使皮温升高及脑温升高，产生有害影响。有证据显示，小于2W/cm2的脉冲超声波不会导致明显的产热增加，不会导致内皮细胞不可逆性损伤。Ishibashi等［22］提出临床在多普勒探头安装冷却装置报告，以防止超声波产热所致皮肤损伤。与使用频率一样，对于经颅多普勒辅助溶栓治疗的超声波最佳强度范围目前也无权威意见，仍需深入探讨。

4 经颅多普勒超声联合微气泡辅助急性脑梗死治疗

微气泡造影剂破裂后产生的亚微气泡可以增强超声的空化效应，降低超声空化阈值，超声辅助血栓溶解就是以空泡爆破效应为主，在联合微气泡的条件下，可以使超声更易发挥空化效应，促使血栓暴露更多的溶栓药物结合位点，又可以形成更多的微气泡进入血栓内部，在超声波的作用下进一步发挥空化效应，同时合并有机械效应、热效应，这就是微气泡联合经颅多普勒超声辅助血栓溶解的物理机制［23］。

2008年Alexandrov AV等［24］进行了一项脂膜微气泡结合经颅多普勒超声辅助溶栓治疗的临床随机安全性研究，研究中收集了15例发病3h内的脑梗死患者，其中12例接受经颅多普勒超声监测(频率为2MHz)、t-PA及2.8m l脂膜微气泡造影剂处理，3例接受经颅多普勒超声监测(频率为2MHz)及t-PA处理，结果发生非症状性颅内出血的例数分别为3例和1例，无患者发生症状性颅内出血。但研究的样本例数太少，缺乏较好的代表性。2009年Dinia L等［25］进行的经颅多普勒超声联合微气泡辅助t-PA溶栓的临床试验中，对照组共98名患者接受同时经颅多普勒监测(频谱为2MHz)及t-PA处理，试验组共188名患者在此基础上同时在溶栓治疗开始后的第2、20、40min分别静脉注射2.5g的半乳糖微气泡，结果试验组12h的病变血管再通率为74.3%，对照组为56.2%(P＜0.05)，试验组共48例发生出血转换，对照组为17例，差别无统计学意义(P=0.12)，其中试验组有5例发生症状性颅内出血，而对照组为3例，差别无统计学意义(P=0.58)。2009年Molina CA等［26］开展的经颅多普勒超声联合微气泡辅助溶栓的随机临床多中心试验中，入选了35例超急性脑梗死患者，实验1组采用经颅多普勒超声监测及注射1.4m l微气泡造影剂辅助t-PA溶栓治疗，共12例，实验2组采用经颅多普勒超声(频率2MHz)监测及注射2.8ml的微气泡造影剂辅助t-PA溶栓治疗，共11例，对照组采用经颅多普勒超声监测辅助t-PA溶栓治疗，共12例，结果显示36h后实验1组及对照组无症状性颅内出血及死亡的病例出现，实验2组有3例患者(27%)出现症状性颅内出血，其中有2例死亡，症状性颅内出血及死亡的例数实验2组与实验1组和对照组差别有显著的统计学意义(P=0.028)，发生再通的中位时间在实验1组为30min，其四分位数间距为6min，在实验2组也为30min，四分位数间距为69min，对照组为60min，四分位数间距为5min。上述研究提示了经颅多普勒超声联合微气泡造影剂辅助溶栓药溶栓，较单独经颅多普勒超声波辅助溶栓药溶栓效果更为明显，但微气泡造影剂的剂量太大也会使发生症状性颅内出血的风险增加，这可能与联合应用后所致空化效应过强有关，故用于辅助溶栓的微气造影剂的合适剂量还有待进一步研究确定;另外，不同种类的微气泡是否会对其辅助超声溶栓的作用产生影响，也值得进一步验证。

5 超声辅助急性脑梗死治疗中研究与应用的未来展望

经颅多普勒超声在辅助脑梗死治疗中的作用已经得到国内外的一定认可，用于临床检查的经颅多普勒超声由于其特有的探测定位及实时检测功能使其逐渐成为目前经颅多普勒超声辅助脑梗死治疗中研究与应用的热点。体外试验、动物模型、临床研究均初步证实了经颅多普勒超声辅助溶栓治疗的有效性，且在一定的频率和强度范围内(2MHz、小于2W/cm2)经颅多普勒超声波是安全性的。我国脑梗死患者的溶栓率尚不足1%，关于经颅多普勒超声辅助超过溶栓时间窗急性脑梗死治疗的研究目前尚未开展;微气泡造影剂目前主要用于疾病的诊断检查，但临床试验证实其联合超声辅助脑梗死溶栓治疗可提高溶栓的效果，从而可能减少溶栓药物的用量及超声的使用时间，缩短血栓溶解时间，更好的挽救神经功能。今后的研究重点是开展经颅多普勒超声辅助非溶栓急性脑梗死治疗的时间窗、安全性及有效性研究，确定最佳的超声频率及强度组合，或进一步联合各类微气泡造影剂的最佳剂量组合，使经颅多普勒超声能够在急性脑梗死的急性期治疗中发挥更为重要的作用。

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