体外心脏震波治疗冠心病新进展

周超、王静、庞玺倬综述，郭涛审校

体外心脏震波治疗冠心病新进展

周超、王静*、庞玺倬综述，郭涛审校

体外心脏震波治疗（ESWT）用于缺血性心脏疾病治疗已经有10年历史，早期研究即观察到ESWT可以增加缺血心肌部位血管新生，促进各类生长因子上调，改善心肌功能。新近的一系列研究发现，ESWT不仅可通过促进血管新生而起治疗作用，在治疗缺血性心脏疾病时，亦可促进心肌干细胞潜能激活，抑制炎症、氧化应激、减少纤维化及细胞凋亡。大量研究证据还表明，ESWT可有效改善心脏功能及临床症状。ESWT治疗在基础研究和临床研究中，并没有发现会导致心肌损伤及其他严重并发症，可认为该项治疗是安全可靠的。

冠心病；体外心脏震波治疗；机制；安全性；方法学

1 冠心病治疗概况

冠心病（CAD）是指冠状动脉（冠脉）粥样硬化使血管管腔狭窄或阻塞，或冠脉功能性改变（ 痉挛） 导致心肌缺血缺氧或坏死而引起的心脏病。目前的治疗手段，多在药物治疗的基础上，进行经皮冠脉介入治疗（PCI）或冠脉旁路移植术（CABG）。 PCI 或 CABG 虽然可以使罪犯血管再通或保证主干血管的血流供给， 但不能消除微血管床闭塞、 痉挛、 缺失，同时，其昂贵的费用及复杂的技术设备也限制了其发展。在此背景下，体外震波治疗（ESWT）成为了完善缺血性心脏病治疗体系的新手段。

2 体外心脏震波治疗机理简介

ESWT产生低压声学脉冲。低压声学脉冲经周围介质反射后向焦点汇聚并传递，其振幅在短短的几百纳秒中被非线性地增强，形成高能量冲击波。正压波和低张力波经过两种介质的界面时，会发生反射和折射，形成剪切力和空穴效应，二者使活体组织内气体形成微泡，这些微泡在震波作用下呈周期性的循环产生正负双向压缩运动， 由此产生的超微气流及内向爆炸力，可导致组织中亚细胞结构形变。ESWT使用独特的电磁震波源和抛物面反射器，联合同轴超声扫描探头，使震波精细聚焦于缺血心肌靶区，治疗深度 150 mm，治疗孔径角 48 度，治疗能量仅为体外震波碎石能量的十分之一。震波经实时体表心电图R波触发，在心电活动绝对不应期发放，心肌组织在震波剪切力和空穴效应反复作用下，改变了一系列因子释放及内环境功能的调整，促使各类生长因子表达增加，并降低炎症介质释放，促进心肌干细胞增值，抑制凋亡基因表达等，进而改善心肌功能。

3 体外心脏震波治疗初期进展和面临问题

2004年Nishida等[1]将ESWT用于迷你猪的实验，提出ESWT促进血管内皮生长因子 （VEGF）等因子上调，促进缺血区域血管新生;研究结果也证明ESWT治疗后，可以改善心肌缺血区域的血流，并进一步改善心功能。当时，ESWT已广泛运用于其他软组织疾病的治疗，尤其在组织修复过程中效果显著，因此，与之机理相似的心脏震波也就自然被划入了促进血管新生的理念。其后大量的临床实验都依照着这一理念设计，证实VEGF等因子表达上调，心肌毛细血管密度有增加。Zimpfer等[2]对120只Sprague-Dawley兔进行前降支结扎，对60只予超声震波治疗，实验组及对照组各30只。6周、14周分别行组织学观察，亦发现血管再生及多种生长因子的表达增加。Ito 等[3，4]研究也发现ESWT可以使VEGF分泌上调，促进血管再生，改善慢性心肌缺血区域灌注和毛细血管密度，并且没有观察到明显不良反应。

但这一理念面临着诸多质疑：①ESWT是否确实使相关缺血区域的缺血情况和心肌功能改善；②治疗有效的具体机制不清楚，不能明确获益确实来自于心肌血流的改善；③震波治疗的安全性并没有得到明确。Jargin等[5]在2009发表一篇文章是长期以来对ESWT质疑的总结。认为超声震波作为一种机械波，其更多的影响可能是非选择性的损伤作用—损伤细胞膜，细胞骨架和小血管。而心肌细胞不可再生，超声震波可能导致缺血加重，诱发坏死和自发性凋亡以及其他心肌毒性作用。而严重损伤可能导致更多的纤维化和功能丧失。VEGF等增高并不一定都是净获益，VEGF在治疗缺血性心脏病和动脉粥样硬化中作用是矛盾的，该因子可能有类似刺激平滑肌细胞增殖的作用，导致冠脉血管粥样硬化和狭窄加重。而且，VEGF可能还会导致斑块不稳定进展。本文提供了两个建议：①要明确ESWT的安全治疗剂量，规避带来的细胞伤害；②其远期的安全性和有效性需要进行严格的考量。

后续的大量研究都对此文展开了反击[6]，认为该文章有故意忽略ESWT治疗效果的嫌疑，同时本身亦缺乏支持理论的基础研究。但不可否认，本文对后续一系列重要研究产生了深远的影响。众多的研究开始不仅仅满足于刺激血管增生的理论，开始了新的探索。同时促使了一系列对ESWT后并发症和细胞损伤的观察研究，促进改良原有的治疗标准，探索新的方法学。

4 研究突破及新理论探索

4.1 抑制心肌重构，改善心功能

在最初将ESWT应用于治疗缺血性心脏疾病时，就已经发现ESWT能改善心脏功能，如左心室射血分数（LVEF）等[1]。但由于缺乏对照，且样本量较小，观察指标单一，证据可靠性有限。后来进行了一系列后续实验研究[4]。发现ESWT治疗后，上调了VEGF表达，促进血管再生，改善慢性心肌缺血猪模型的心肌缺血，并且没有观察到副反应。Ito 等[7]为实验猪90只前降支阻断术，再开放灌注，并进行震波治疗。发现震波组明显改善左心室重构，LVEF、左心室舒张末压等指标明显优于对照，心肌血流、毛细血管密度、一氧化氮合酶活性也明显增加。对冠心病患者的震波治疗临床研究也都证实，ESWT可以有效改善心肌重构，改善各项心脏功能指标[8]。

我院在前期试验成果和经验的基础上，进行了中国首次ESWT治疗冠心病患者的随机双盲实验[9，10]。我们的研究进行了评估震波的有效性、安全性的随机双盲实验，选取25例患者，震波组14例，对照组11例，实施标准震波治疗。通过相关标准化评分和量表，以及心脏彩超、单光子发射计算机断层成像术（SPECT）和核素检测对心脏功能进行评估，同时严密观察不良事件。结果发现震波治疗组患者评估纽约心脏协会心功能分级（NYHA），加拿大心血管病学会心绞痛评分（CCS）， 6分钟步行实验，硝酸脂类的用量明显好转。心脏彩超，Tc99m显像，F-18 SPECT检查心脏灌注及相关功能指标都获得改善。并且，未发现明显的不良反应。我们还发现对于顽固性心绞痛，体外震波治疗也是有效、安全的[11]。Leibowitz等[12]设计的随机双盲实验也证实ESWT对于顽固性心绞痛治疗有效。

目前对心功能改善的理论，已和早期理论不同。ESWT改善LVEF等指标，可能还来自对改善心肌重构的直接抑制作用。虽然具体的机制尚不很清楚，但这一理念最大的支撑来自于大量动物及临床治疗实验证据。大量证据已经显示患者症状得到改善，各项指标明显好转。不过，目前尚仍缺乏长期对疗效的观察研究，尤其是并发症和不良反应的观察。

4.2 促进干细胞功能

ESWT可能不仅影响细胞再生，同时还起到某种对干细胞潜能的保护和优化作用。Suhr等[13]研究发现ESWT对于人骨髓基质干细胞，可以促进其保持分化潜能，促进增殖迁移，同时降低凋亡。预示着通过ESWT的预处理，人骨髓间充质干细胞（hBMSCs）的治疗潜能可能得到了优化。

Sheu等[14]研究了多能骨髓细胞（BMDMNCs）加用ESWT后治疗心肌梗死后兔模型的疗效。在ESWT+BMDMNCs组，内皮素-1的mRNA和金属蛋白酶-9（MMP9）的mRNA表达，线粒体氧化应激，以及纤维化区域最低；而缝隙链接蛋白43（Cx43）和细胞色素C的蛋白表达，一氧化氮合酶的mRNA表达则最高。随访6个月的射血分数（LV）功能彩超、造影结果显示SW+BMDMNCs组优于BMDMNCs组，同时BMDMNCs组也较空白对照组更佳。Di Meglio等[15]在对梗死兔模型行震波治疗，研究也发现与心肌干细胞联系紧密的C-kit阳性细胞，Ki67阳性细胞，2.65倍高于对照。进一步证明ESWT对心肌干细胞和心肌细胞再生是有效的，安全的。

CELLWAVE试验招募了102例心力衰竭患者，将ESWT与骨髓干细胞（BMCs）相结合，进行了5年的随机双盲、安慰剂对照试验[16]。给予左心室前壁的震波治疗或假震波干预，24小时之后又随机分为冠脉内注入BMCs组和安慰剂组。结果显示：ESWT+BMCs治疗同对照组相比可以显著改善LVEF，且主要不良心血管事件的发生率更低。其意义不仅是证明ESWT能协同干细胞促进活体心肌功能改善。更有理由相信，ESWT可以促进了心肌干细胞的分化、增殖的进行，还可能产生某种对干细胞的预处理作用，使得干细胞的外环境得到优化，协助其功能更容易实现。

4.3 抑制炎症，氧化应激，心肌凋亡作用

ESWT治疗能有效抑制氧化应激、炎症的研究相对较少，但这并不影响这些证据的权威性和对其治疗理论机制的完善。在超声震波与多能骨髓细胞联合对兔心梗模型治疗时发现，震波治疗可能增加了Cx43和细胞色素C的蛋白表达。同时，减少了内皮素-1的mRNA和MMP9的mRNA表达和线粒体氧化应激，且未明显增加纤维化区域[14]。

冠心病疾病进展与慢性炎症反应相关[17]，Fu等[18]的实验首次对炎症，细胞凋亡及氧化应激等反应进行整体的研究。在震波组，趋化因子受体4（CXCR4），基质细胞衍生因子-1α（SDF-1α）， 血管性血友病因子（vWF），白介素8/肿瘤生长相关因子（IL-8/Gro）等抗炎及促血管新生因子的mRNA的表达明显高于非震波组。整合作用宿主因子（IHF）染色发现CXCR4，SDF-1α，vWF和CD31阳性细胞的表达也高于对照。同时，内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的mRNA表达，在非震波组中显著减低。有研究显示， MMP9为炎症前期参考指标，与冠心病进展有显著相关，此研究中却明显增高[19]。IHC染色发现CD40阳性细胞（炎症反应的指标），在非震波组表达显著。新近在动物的急性心肌梗死模型的ESWT治疗研究也发现，其有效抑制炎症因子的释放，并有促进血管再生作用[20]。 这些发现，为ESWT机制能有效降低炎症反应提供可靠依据。

在实验中非震波组较震波组，其线粒体氧化应激的蛋白表达明显增加。而细胞色素C的表达—线粒体能量支持和储备的指标，无论在线粒体内，还是胞浆中，震波组和正常细胞的含量都是很接近；而非震波组则明显减低。这表明ESWT可能在线粒体转运孔道及通透功能改善同时，减低了氧化应激的损伤。相较于非震波组的细胞线粒体损伤，震波组心肌细胞功能得到更多的保存。

同时发现3Bax和caspase3基因（两种凋亡相关指标）的mRNA转录，在非震波组明显增高。相反，Bcl-2等抗凋亡基因，震波组表达更高。有理由认为ESWT可有心肌增强抗凋亡作用，有效保护心肌成活。

4.4 安全性研究

Ito等[3]对迷你猪及兔心脏缺血模型震波治疗的实验中，均未发现震波治疗可加重心血管事件发生或导致斑块破裂等情况。Vasyuk等[21]在治疗缺血性心力衰竭患者的研究中，也未发现震波组患者有突发心血管事件。我院yang等[10]在国内病例的研究也呈类似结果，并未观察到对冠脉斑块造成有害影响。目前，震波治疗对斑块影响的研究还处于起步阶段，还缺乏大量的动物实验基础及冠脉斑块评估新技术协助下的病例研究。

Di Meglio等对4个月的344只Fisher兔行震波治疗。通过免疫组化对炎症症状，凋亡，纤维化进行评估，观察发现震波的应用并没有引起心律失常或增加肌钙蛋白I的增加。LVEF维持稳定。组织学检查显示，均未出现细胞外胶质纤维激活和纤维化的表现。同样，也没有发现炎症反应的征象。在另一实验中，TUNEL染色发现，两组均有细胞凋亡，非震波组较震波组程度为重，Masson染色也发现震波组有更少的左心室心肌纤维化表现[18]。

5 方法学的探索

方法学的探索和优化对于ESWT治疗的推广及实用性的完善是极其重要的，虽然目前仍缺乏这方面的系统探索，但随着震波治疗理论的进展，实用性方法学的更新优化会被提到更重要的高度。

Zhang等[22]对体外培养EPC细胞，予不同剂量的超声震波治疗。发现低能量震波时（0.04～0.13 mJ/mm），NO合酶，血管生成素增加，同时IL6，成纤维细胞因子2，CXCR4，VEGFa等和凋亡蛋白3降低。当能量＞0.16 mJ/mm大部分细胞因子表达降低，而成纤维细胞因子及凋亡表达增加，细胞凋亡。最后确定，血管生成素和增生反应在0.10～0.13 mJ/mm，200～300次刺激时达到峰值，此时Bax/Bcl-2表达达最低。本研究是自2004年确立治疗标准后，首次对ESWT剂量优化的研究。不过是试管内离体细胞研究，暂没有动物及相关组织学结果。

Khattab 等[23]则对10例有顽固性心绞痛且不能行搭桥或PCI的患者，改良频次为每天都进行震波治疗，8例患者完成试验，症状明显好转，心脏功能和血流灌注都得到改善。不过该实验缺乏空白对照，且样本量太小，尚需后续研究跟进。

6 预期进展和有待完善的方向

ESWT从2004年首次治疗缺血性心脏病至今正好10年，已经取得了显著的发展。有多个随机双盲临床实验成为治疗缺血性心脏病研究及治疗的坚实依靠。ESWT改善心肌重构，改善心功能作用尤为明显，同时还有优化干细胞、抑制炎症、减少细胞损伤及凋亡等作用。一系列的研究不仅为ESWT的疗效提供了依据，也扩展了ESWT研究的方向和领域。ESWT目前正考虑应用于心力衰竭领域的治疗，这又是对ESWT治疗机制的新一轮探索。不可否认，在改良目前治疗流程优化方法学，长期观察并发症及相关心血管事件发生率等研究方面，尚处于空白阶段。ESWT在临床应用方面普及应用，还需要更多高质量的基础及临床研究的支持。

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（编辑：汪碧蓉）

650032 云南省昆明市， 昆明医科大学第一附属医院 心内科

周超 硕士研究生 主要从事心脏电生理研究 Email：zhouc2009@126.com*共同第一作者 通讯作者：郭涛 Email：guotao20@hotmail.com

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1000-3614( 2015 )03-0287-03

10.3969/ j. issn. 1000-3614. 2015.03.022

2014-08-20）

综述