体外心脏震波治疗难治性心绞痛

倪 娜， 赵瑞平

( 1.内蒙古科技大学包头医学院，内蒙古 包头 014040; 2.包头市中心医院)

难治性心绞痛是一个重要的临床问题，其成功治疗往往极具挑战性。慢性心绞痛型胸痛的定义是，尽管有最佳的内科、介入和外科治疗，但心肌缺血仍持续存在，目前的治疗方法有限，需要新的治疗方法。随着人口老龄化和冠状动脉疾病存活率的增加，临床医生在日常临床实践中将越来越多地遇到这种复杂的情况。难治性心绞痛属于高危不稳定性心绞痛，往往伴有冠状动脉严重狭窄，同时还是疾病急剧恶化的表现，及时有效的干预控制，有助于避免发生急性心梗、猝死等恶性事件。临床诊断难治性心绞痛的标准为患者有不可缓解的心绞痛症状，而且有客观的心肌缺血证据(冠状动脉造影和冠状动脉CT)，经过最大限度的药物治疗效果不明显，不适合进行PCI或GABG或已经多次PCI或GABG手术治疗后仍有反复发作的心绞痛患者[1]。目前治疗难治性心绞痛主要有外科冠脉搭桥手术、激光血运重建术、心脏移植等较为有效的手段，但这些治疗大多是有创性并且价格昂贵，患者及患者家属难以接受或承担。因此体外心脏震波系统(cardiac shock wave therapy，CSWT)应运而生(瑞士STORZ MEDICAL公司)，其治疗相对于传统疗法，具有无创伤、易护理、易接受等优点。

1 CSWT的物理特性与机制

1.1CSWT的物理特性 超声在医学上的运用主要分为诊断超声和治疗超声两大类，治疗超声包括超声药物透疗、体外碎石、理疗、牙齿和肿瘤的治疗等。随着电子和计算机技术的发展，人们对超声波的物理、化学、生物的机理进一步研究，超声逐渐成为了众多学科诊疗、治疗必不可少的手段之一，大大拓宽了超声在临床上的应用。有超声衍变而来的一些新技术、新疗法逐渐在康复医学中使用。超声在心血管最初的应用在于诊断，以超声在心脏界面发生反射和折射和在人体组织中被吸收而衰减的特性来测定心脏各层结构和位置、大小、活动状态等，在心脏疾病的辅助检查中起着重要的作用。随着对超声生物效能的进一步研究，发现低频的特效超声作用于心肌可以刺激缺血部位的心肌释放生长因子，促进心肌新生血管的形成，增加局部心肌血液灌注，改善心肌血供并逐渐建立微循环，由此研发了新型针对严重冠心病及缺血性心肌病的治疗仪。

1.2CSWT的机制 体外震波治疗第一次出现是在1980年的德国，它被用来治疗泌尿系统结石，1989年体外震波首次用于骨折的治疗，经过了漫长的医学探索，人们发现体外震波不但能够改善损伤部位的血供同时还能改善损伤后组织的再生、对急性炎症反应期也具有一定的抗炎的作用。瑞士的STORZ公司在多年制作体外碎石仪器的基础上研发的体外心脏震波系统(CSWT)，引起了医学界巨大的轰动，在2000年以后被尝试应用在治疗冠心病和缺血性心肌病。

CSWT作为一种无创的新技术，其配有电磁震波源、聚焦能量的抛物面反射器、机载实时同轴超声探头和心电信号同步装置；同轴超声锁定缺血心肌靶区，被 R 波触发的震波经水垫和超声耦合剂导入胸腔，聚焦于心肌靶区[2]；震波在衰减过程中产生空穴效应[3]和剪切力[4]，二者使活体组织内气体形成微气泡，这些微泡在震波作用下循环产生正负超微气流、内向爆炸力，导致组织亚细胞结构改变，促进血管内皮生长因子生成，内源性NO的表达,刺激新生血管形成，提高局部心肌血流和毛细血管密度，产生抗炎因子、血管活性物质，从而软化组织、增加渗透、增进血循环，促进治疗靶区的血管生成及侧支循环的建立，有助于增加心肌血液供应，同时还能减少肿瘤坏死因子及其他炎性细胞因子的生成，发挥抗炎、抑制心室重构等作用。

2 CSWT的基础研究

2.1分子细胞水平研究 低能量的震波在心肌组织内产生空穴效应和剪切力，从而促进新生血管的形成，其主要机制是促进血管内皮生长因子(VEGF)及其受体、成纤维生长因子、NO等的表达。在这些细胞因子的作用下，循环中的内皮祖细胞(EPCs)直接参加，分化为成熟的血管内皮细胞，参与新生血管的形成。Nishida 和 Shimokawa 等[5]在2004年首先研究了震波对体外培养的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)血管生成因子的表达作用。随后我国蔡红雁等人[6-7]也从分子细胞水平进行了研究。该结果与Nishida[5]报道的一致，VEGFR-1/flt-1上调可能是CSWT的显效机制之一。震波治疗组患者外周血EPCs数量、形成细胞集落数较对照组明显增多(P<0.05)，提示震波治疗对冠心病患者外周血EPCs增殖及内皮细胞系分化有积极作用。在VEGF作用下毛细血管以芽生式生长，最后导致新的成熟的毛细血管网生成。VEGF的表达与血管的新生是密不可分的。李丽等人[8]实验发现低能量震波可促进HUVECs增殖和增加VEGF、IL-8的表达， VEGF、IL-8的表达增加可在体外震波促进血管新生机制中起重要作用。马一铭等[9]采用CCK8比色法检测细胞增殖情况,Annexin V/PI流式细胞术检测细胞凋亡率,蛋白质印迹方法(Westen blot)检测Bax、Bcl2、p-Akt和Akt蛋白的表达水平，结果显示，CSWT能明显提高HUVECs的增殖能力(P<0.001),抑制凋亡率(P<0.001),减少HUVECs内Bax蛋白表达水平,增加Bcl-2和p-Akt蛋白表达水平(均P<0.01)。

2.2CSWT的动物实验研究 Nishida等[5]同时做了动物模型来研究 CSWT是否能改善慢性心肌缺血预后。1个月后行冠状动脉造影,检查前降支的侧支循环情况并对LCX区域的可见血管进行计数。治疗4周后发现试验组猪的左室射血分数由(51±2)% 提高到(62±2)%；心室壁增厚分数由(13±3)%提高到(30±3)% ；局部心肌血流由(1.0±0.2)mL/(min·g)提高到(1.4±0.3)mL/(min·g)，而对照组4周后上述指标比较无明显变化。CSWT能有效改善慢性心肌缺血猪的心功能，使心肌供血得到改善。

大鼠急性心肌梗死后，心脏冲击波治疗可降低心肌细胞凋亡。研究表明，心脏冲击波治疗(CSWT)可改善缺血心脏左室功能，减轻左室重构。细胞凋亡在心肌梗死中起着重要的作用，决定着心功能和预后。然而，尚不清楚CSWT是否足以在体内减弱急性心肌梗死(AMI)诱导的心肌细胞凋亡。Zhang Y 和 Shen T等[11]建立了AMI大鼠模型来研究CSWT的功能和可能的调节机制。大鼠接受左冠状动脉前降支结扎12 h，然后接受或不接受CSWT治疗(800针，0.1 mJ/ mm2)。通过细胞色素C释放量的测定，来分析线粒体功能和完整性。凋亡细胞率采用TUNEL法测定，结果显示CSWT对AMI诱导的心肌细胞凋亡具有保护作用，可能通过减弱线粒体释放的细胞色素C，抑制线粒体依赖的固有凋亡通路和心肌细胞炎症反应，从而降低心肌细胞凋亡。

心肌细胞不可再生，所以心肌细胞的损伤只能通过形成纤维组织的形式来修复，表现为心肌成纤维细胞和心肌细胞外基质病理性增多或胶原成分发生改变，瘢痕形成，以维持心脏完整性，然而，这些结构的改变会导致心脏的舒缩功能受损，射血分数及心功能下降，从而发生心力衰竭。Pu-Ping.Lei等[12]选用滇南小型猪为实验模型，分为 AMI 组、 AMI+CSWT 组、CSWT 组。通过免疫荧光技术及共聚焦显微镜检测梗死区胶原纤维细胞的形态、数量，并免疫组化染色检测CXCL12 含量。该研究表明CSWT 组胶原体积分数低 AMI组，而AMI组胶原体积分数显著高于AMI+CSWT组 (P<0.05)。纤维细胞数量的检测也显示同样的结果(P<0.05)。CSWT 能心肌纤维化得到缓解，心肌胶原纤维细胞也明显减少，作用机制可能跟纤维细胞降低及其趋化因子SDF- 1/CXCL12 的数量有关。

CSWT可改善心肌灌注，改善急性心肌梗死(AMI)后的心肌重构，但其确切机制尚不清楚。Wang Y[13]将CSWT应用于急性心肌梗死大鼠模型，证实CSWT后缺血心肌冠状动脉形成和蛋白表达的变化。CSWT处理4周后，CSWT组心肌细胞凋亡指数明显低于AMI组(P<0.05)。另外，CSWT组的纤维化面积明显减少。CSWT后梗死边缘区平滑肌层厚度明显增大。无标记定量蛋白质组学分析和生物信息学分析显示，这些差异表达的蛋白在局灶性粘附信号通路中大量富集，提示整合素连接激酶(ILK)可能是CSWT冠状动脉形成的关键因素。无创心脏冲击波可促进冠状动脉的形成，减轻急性心肌梗死后心肌细胞的凋亡和纤维化。此外，局灶性粘连信号通路可能在相关信号网络中起重要作用，而ILK与CSWT过程中冠状微动脉的建立密切相关。

由于目前许多用于心脏再生的方法都存在副作用，因此在缺血性心脏病中诱导内源性修复机制显得尤为重要。最近，有报道显示外泌体所携带miRNAs可改善心脏功能。外泌体目前被视为特异性分泌的膜泡，参与细胞间通讯。然而，刺激缺血心肌修复性外泌体的特异性释放仍具有挑战性。Gollmann-Tepeköylü C和Pölzl L等学者[14]对心肌梗死小鼠模型用CSWT刺激，通过电子显微镜、纳米颗粒跟踪分析和流式细胞术对EVs进行了表征，发现了特定的外泌体形态和大小，外泌体标记为CD9、CD63和CD81。外泌体具有血管生成特性，可激活蛋白激酶b (Akt)和细胞外信号调节激酶(ERK)，从而促进内皮管的形成和增殖。结果证实CSWT的机械刺激导致血管生成外泌体的释放。miR-19a-3p是造成观察到的效应的囊泡货物。释放的外泌体可诱导心肌缺血后血管生成，减少心肌纤维化，改善左心室功能。

3 CSWT的临床实验研究

终末期冠心病没有PCI或CABG的指征，药物治疗效果不理想，患者运动耐量下降，进而生活质量下降，患者心理和身体都承受着巨大的折磨。动物实验研究表明CSWT治疗可以有效的促进心肌血管的再生，微循环毛细血管网的建立，改善心肌缺血，减轻患者心绞痛症状。Fukumoto等日本学者[15]在2005年进行了一项双盲临床研究，对9位没有PCI或CABG的指征的患者实施CSWT治疗，并定期进行随访。随访结果显示经9次疗治疗后患者的加拿大心血管社会功能等级评分下降(P<0.01)，减少了硝酸甘油的使用(P<0.05)。铊201显像评价心肌灌注有了改善，心肌缺血面积缩小。这些有益的影响可持续12个月以上，在随访和治疗期间无心脏恶性事件及不良反应的发生。

CSWT改善难治性心绞痛患者心肌血流储备。CSWT可立即促进血管舒张作用，并在长期内促进新血管生成作用，从而降低心肌缺血负荷。Ceccon CL等学者[16]对15例心绞痛患者(平均年龄61.5±12.8岁)进行了前瞻性研究。共治疗了32个心肌缺血节段，采用实时心肌灌注定量超声心动图，分别于静息状态和双嘧达莫应激(0.84 mg/kg)前后6个月评价心肌灌注。结果显示:CSWT处理的缺血节段心肌血流储备增加(从1.33±0.22增加到1.74±0.29,P<0.001)，这在未处理的缺血节段中没有观察到。患者显示全心心肌血流储备增加(从1.78±0.54增加到1.89±0.49,P=0.017)。半定量的单光子发射计算机断层分析显示，治疗后的缺血节段评分下降(P=0.024)。加拿大心血管社会评分和西雅图心绞痛问卷评分均提高(P均<0.05)。随访期间无重大心血管事件记录。这些结果提示CSWT有增加心肌血流量的潜力，对心绞痛患者的症状和生活质量有影响。

难治性心绞痛患者常常会引起心力衰竭，在研究CSWT对缺血性心肌病的疗效基础上，2012年国内彭云珠等[17]首次通过设计前瞻性单盲对照研究，以心肌缺血合并慢性心力衰竭，即缺血性心力衰竭的患者作为研究对象，入选50例冠心病缺血性心力衰竭患者，他们的射血分数均小于50 %，研究结果显示治疗组纽约心功能分级、左室舒张末期内径、左室灌注总分和左室代谢总分较治疗前减低(P均<0.05),左室射血分数以及六分钟步行距离较治疗前提升(P均<0.05)，治疗后缓解了心衰带来主要症状(如喘憋，下肢水肿等)，提高日常运动耐受量，生活质量评分提高。大量的研究表明，心脏冲击波治疗(CSWT)可改善缺血心脏左室功能，减轻左室重构。细胞凋亡在心肌梗死中起着重要的作用，决定着心功能和预后。虽然经皮冠状动脉介入治疗(PCI)可显著降低急性心肌梗死患者的死亡率，但心肌梗死后左室重构仍是心血管医学的重要课题，我们之前已经证明了低能量心脏冲击波(SW)治疗可以改善猪急性心肌梗死后左室的重建。Kagaya 和Ito K等学者[18]首次在人类身上进行的研究，研究选取17例急性心肌梗死并成功行PCI的患者(峰值肌酸激酶<4 000 U/L)。在急性心肌梗死后2、4、6天将低能冲击波应用于梗死区周围的缺血性边缘区。经CSWT治疗的心肌梗死组(N=7)左室射血分数显著高于未经CSWT治疗的心肌梗死组(N=25)[(66±7)% vs (58±12)%，P<0.05]。急性心肌梗死后6个月和12个月时，MRI评估的左室功能未见有害的左室重构迹象。这些结果提示低能量CSWT治疗是可行的，可作为PCI术的辅助治疗，改善急性心肌梗死患者的心室重构，延缓心衰的发生，延长患者的寿命。但是在心肌梗死早期应用CSWT的安全性和有效性还需要更多的临床试验来确定。

同年，Burneikaitê G等[19]的一项 Meta分析对目前CSWT的临床研究进行了荟萃分析，纳入1 189例患者，9项回顾性研究，其中1 006例患者接受了CSWT治疗，所有入选的研究均显示在心绞痛症状和生活质量的主观测量方面有显著改善。在大多数研究中，左心室功能和心肌灌注均有改善。在12项对照研究中，483名患加拿大心绞痛等级、西雅图心绞痛问卷评分，硝酸酯摄入明显改善。在22项研究中的593名参与者中，与基线值相比，CSWT后运动能力显著提高。CSWT在改善心肌缺血的实验研究中显示出良好的效果，并且CSWT的安全性是毋庸置疑的。系统回顾稳定型冠状动脉疾病(CAD)的CSWT研究，发现临床变量的改善是一致的。荟萃分析显示，运动能力有一定程度的改善。总的来说，CSWT是一种很有前途的非侵入性治疗方法，但证据仅限于小样本单中心研究。多中心、随机双盲研究是必要的。

4 CSWT治疗方案

大量的临床试验已经证实了从治疗开始的早期有益影响，同样长期治疗可持续的积极影响缺血心肌。CSWT的治疗法案可采用日本东北大学和德国埃森大学推荐的方法：缺血区采用低能量震波刺激，应用了大约200～300个次脉冲，震波能量水平在0.09 mJ/mm2(0.03～0.2 mJ /mm2)。治疗包括1个月3次，每个月第一周的第1、3、5天重复该疗程，共3个月。震波定位于缺血区，应用于舒张期，震波经心电图R波触发，从小至大调节能量，观察并询问患者有无心悸、胸痛、呼吸困难、眩晕等症状。Wang Y等[20]将55例严重冠心病患者随机分为3组。对照组(14例)仅接受药物治疗。A组(n = 20) 3个月内行3次CSWT。B组(n = 21)患者每周接受3次CSWT治疗，1个月内完成9次治疗。主要结果测量为6分钟步行试验(6MWT)对其指标也进行了评估。结果A、B组心绞痛6MWT、CCS分级、周硝酸甘油用量、NYHA分级、SAQ评分均优于对照组。并且A组和B组6MWT、CCS分级、周硝酸甘油用量、NYHA分级、SAQ评分无明显差异，1个月CSWT方案与3个月CSWT方案治疗效果相似。但是，还应较长时间的随访才能得出这一结论。

到目前为止CSWT在临床上应用十余年，大量的动物实验和临床试验均表明CSWT是安全的、有效的。研究表明，体外心脏震波治疗都会导致患者出现心率加快、心律不齐、呼吸急促、血压升高，仅有少数患者在治疗过程中有皮肤的轻微刺痛感，有部分患者可在治疗过程中入睡。在治疗过程中和治疗后均无局部出血、栓塞、咳嗽、呼吸异常、心肌酶学变化等情况的发生。由此可见体外心脏震波治疗的安全性。Duque AS等学者[21]前瞻性地研究了19例接受CSWT的患者。用斑点追踪超声心动图(STE)评价左室力学，用单光子发射计算机断层扫描评价心肌灌注，用应力/静息Technetium-99 m Sestamibi测定总应力评分(SSS)。采用西雅图心绞痛问卷(SAQ)对加拿大心脏学会(CCS)、纽约心脏协会(NYHA)和生活质量进行基线和治疗后6个月的评估。结果:CSWT治疗无明显副作用，从基线到6个月随访，全球SSS无变化(15.33±8.60 vs 16.60±8.06;P=0.157)。然而，经处理的缺血节段的平均SSS显著降低(2.1±0.87 vs 1.6±1.19 ;P=0.024)。STE所引起的全球纵向应变未发生变化(CSWT术后6个月-13.03±8.96 pre -15.88±3.43;P=0.256)。

一项在日本的体外心脏冲击波治疗难治性心绞痛的多中心试验表进一步探讨了CSWT的有效性和安全性[22]，这是一项单臂多中心研究。入选日本4个研究机构的50例无冠脉介入(PCI)或冠状动脉搭桥术(CABG)指征的难治性心绞痛患者。1周3次在缺血心肌40～60个点上应用冲击波(200发/点，0.09 mJ/mm2)。41例患者行CSWT, 3个月后完成随访。CSWT显著改善了每周硝酸甘油的使用和症状。CSWT也显著改善了6分钟步行距离从[(384±91)～(435±122)m,P<0.05]。超声心动图评价的左室射血分数和核磁共振评价的左室体积无明显变化[分别由(56.3±14.7)～(58.8±12.8)%，P=0.10;(52.3±17.4)～(55.6±15.7)mL,P=0.15]。未发现与CSWT相关的手术并发症或不良反应。这些多中心试验的结果进一步表明，CSWT对于无PCI或CABG选择的难治性AP患者是一种有效且安全的非侵入性治疗策略。

最近的研究表明，应用冲击波可以减少心绞痛症状，提高生活质量、运动能力和心肌灌注。然而，由于小规模、单臂、单中心的低至中等质量研究，证据有限。Shkolnik E等[23]设计了一项随机、三盲、安慰剂对照、多中心试验研究，以评估CSWT和OMT对经运动平板试验证实的心绞痛和心肌缺血患者的疗效。所有患者在筛查前4周均接受稳定剂量的标准药物治疗。在试验结束时，ETT总运动时间较基线增加≥90 s被设定为主要终点。次要终点包括心绞痛分级、西雅图心绞痛问卷评分、症状、心电图变化。患者在9周内进行了9次CSWT或相应的假体程序，应用于左心室的所有节段。随访6个月后进行终点评估。通过多巴酚丁胺负荷超声心动图、心脏单光子发射计算机断层扫描和心脏磁共振成像检测心肌缺血的应力行。结果:在两个中心，323名筛查患者中的72名被随机分为两组(比例为1∶1):积极治疗组和安慰剂对照组。研究对象主要为男性(70.8%);平均年龄(68.4±8.3)岁。其中，加拿大心血管病III级心绞痛44例，心肌梗死史66.7%。，证实了CSWT具有改善患者心绞痛症状，降低心功能分级，同时还与良好的安全性的特点。

CSWT在临床实践中是安全和良好的耐受性。Wang 等[20]发现41人中仅有6例出现了室早, 但没有导致患者不适或改变病人血压、心率、血氧饱和度。值得注意的是，随后的室早并没有在随访期间发生。有几个病人报告说在CSWT过程中当波能量增加时出现轻微胸痛，但在能量降低后很快就缓解了。尽管如此，从理论上来说，冲击波暴露可能会导致斑块破裂、诱导细胞凋亡或损伤内皮细胞。Liu B等[24]将12只Sprague-Dawley大鼠随机分为对照组(NC)和CSWT治疗组(NC+SW)。评估心率、血压、血清肌钙蛋白I (TNI)和心脏超声，比较心肌炎症反应和纤维化变化。用透射电镜观察心肌组织超微结构的变化。结果CSWT对大鼠血流动力学指标及血清TNI无明显影响，不影响左室功能，不引起心肌炎症反应及纤维化改变。NC组和NC+SW组心肌超微结构损伤评分分别为(1.39±0.982)和(2.42±1.009)(P=0.103)。CSWT对心肌超微结构无明显的附加损伤。这在超微结构中证实了CSWT的安全性。

5 局限性和展望

CSWT无需麻醉、无需心脏介入、无需开胸大手术，是无创的、高效的，即可显著改善患者的心肌灌注和心肌代谢，延缓心室重构，从而改善患者的心功能及心肌缺血所产生的症状。CSWT使缺血的心肌能持续的、高效的表达多种促血管新生因子，并动员内皮祖细胞的迁移、归巢、分化、增殖来修复破损的内皮细胞，促进新的毛细血管生成，微循环的建立。相信随着对体外震波的研究逐渐深入，冠心病的震波无创治疗时代终将会到来，震波对冠状微血管进行“超声搭桥”不再会是梦想。但目前但由于 CSWT 在治疗冠心病领域尚属较新方法，国内外对于 CSWT 的临床研究相样本量较小、且多为单中心，缺乏大数据、大样本的支持，并且对于患者的治疗后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。CSWT 在临床应用方面普及应用，还需要进行更多高水准的临床和基础研究。总之，CSWT作为一种新型的、无创的医学治疗，是近10余年开展的治疗冠心病的新理念，经过大量的动物实验和临床实验研究，确定了CSWT的有效性和安全性，为难治性心绞痛患者带来了新希望。