高能低频超声在治疗冠状动脉内血栓中的作用

第七节　高能低频超声在治疗冠状动脉内血栓中的作用

再灌流治疗急性心肌梗死的目的是要缩短梗死相关冠状动脉闭塞的时间、快速获得心肌微循环水平的再灌流，常采用药物或经皮冠状动脉介入（PCI）对其进行治疗。目前无论用PCI或者药物溶栓治疗都有一定的局限性。高能低频超声治疗冠状动脉内血栓弥补了溶栓药物或PCI的不足。溶栓治疗已成为低频超声联合微泡剂技术十分有前景的应用方向。研究证实，在理想的条件下超声与微泡合用可以溶解血栓，Molina等对111位使用溶栓剂组织型纤溶酶原激活物（tissue plasminogen activator，t-PA）治疗的急性卒中患者进行了评估，其中接受t-PA超声微波微泡治疗的38位患者的2h血管再通率及血管完全再通率都显著高于t-PA及tPA/US组，24h后的运用美国国立卫生研究院卒中量表（NIH Strok Scale，NIHSS）得分也明显的高于另两组。据Flores等将t-PA和超声微泡的联合应用不仅仅能进行更为有效的溶栓治疗，也能显著地降低对使用t-PA治疗急性卒中患者的主要并发症颅内出血（intracranial hemorrhage，ICH）。高能低频超声正有望成为这种使栓塞血管再通的有效方法，它提供了一种独特的非药物治疗方法来提高纤溶治疗的效果，还能提高冠状动脉再灌流、减少溶栓药物的出血并发症。

一、高能低频超声治疗冠状动脉内血栓的机制

高能低频超声与小剂量t-PA合用能显著加速纤维蛋白溶解，提高组织灌流，纠正酸中毒，减少出血并发症，因此其溶栓作用是确切而有效的。超声通过消除动脉栓塞或间接提高血供，增加缺血区的血流，来加速血栓溶解和提高组织灌流，从而快速逆转心肌缺血。它对保护缺血组织、防止心肌进一步坏死起着重要的作用。超声的另一个优点是还能减少溶栓药物的用量，减少出血的并发症。

在超声与血管介入联合治疗的过程中，术前无需再给予硝酸甘油、钙拮抗药或其他血管扩张剂来防止血管收缩，在发现末梢血管痉挛时也无需给予血管扩张剂治疗。因为超声能量本身就是最有效的血管扩张剂，它可以使血管舒张、逆转电压依赖及受体介导的血管收缩。另外，超声还能增加末梢血流，减少急性再栓塞，提高介入治疗的安全性。

自1976年Trubestein首次使用血管内高频超声溶解血栓获得成功后，利用超声进行溶栓治疗受到广泛关注。尽管单用超声可以使血栓溶解，但其作用有限。1995年，Tachibana等就提出，应用声能下组织的振动及微泡的可伸缩性增强靶向溶栓作用。其机制可能是超声拉坏微泡产生的击破效应，可致血栓表面机械损伤，血栓中的纤维被拉长、切断或损坏，增加纤维蛋白暴露于纤维蛋白溶解因子的概率，同时也使溶栓药物更容易与血栓内部成分接触。此外，微泡进入血栓后，可激活新的纤溶酶与血栓的结合位点，进一步增加纤溶酶在血栓中的进入量。Suchkova等证实，27kHz低频脉冲超声比更高频超声在t-PA溶栓作用中更为有效，进一步支持击破效应相关的血栓溶解理论。Mizushige等研究认为超声微泡介导溶栓治疗的效果与微泡结构有关，通过对三种微泡造影剂和空白对照组比较研究发现：不同微泡介导的溶栓效果有显著差别，而微泡的稳定性是影响治疗效果的关键。由于急性血栓（新鲜血栓）的回声与血液回声基本相似，使超声对急性血栓的检出率受到限制。许多生物活性分子参与了血栓形成的过程。在微泡表面连接针对这些活性分子的特异性配体或抗体，研制可靶向结合于血凝块的微泡，有助于急性血栓显像。若将靶向造影剂进一步与溶栓药物相结合，则可显著提高溶栓药物的靶向治疗作用，增强治疗效果，减少因大剂量使用溶栓酶而引起的出血等并发症。有作者认为，MRX408微泡表面结合有特异性寡肽，与活化血小板的GPI1 b/11a受体具有较强的亲和力，这些微泡不仅可与血栓周边或表面黏附，而且可吸收到血栓团块的深面。相对于陈旧性血栓，急性血栓含有更多表达GPI1 b/11a受体的血小板，将黏附更多的微泡。因此，MRX408也有助于急性与陈旧性血栓的鉴别。近年超声微泡携药物进行溶栓治疗的研究日益深入，有望成为一种安全有效的溶栓方法，进入临床应用。

美国Siegel的实验室对实验犬心脏发射超声能量，并用血管内超声与定量冠状动脉造影测量冠状动脉内径，在使用超声治疗30s后，冠状动脉面积增加了9%，在超声治疗3min后，冠状动脉面积增加了19%，5min后增加到21%。观察到在超声照射的数秒内就引起冠状动脉的扩张，超声治疗对犬冠状动脉产生的扩张作用与向犬冠状动脉内滴注硝酸甘油的效果相似。动物实验表明，血管壁损伤和热效应都不是超声引起血管舒张的机制，低频超声可能通过逆转肌动蛋白丝的分解，引起平滑肌细胞的松弛使血管舒张。不过尚不能排除平滑肌细胞其他有收缩功能的复合结构分解，或超声使平滑肌细胞发生自溶的作用，所以超声引起血管舒张的确切机制还有待于进一步证明。

据文献记载，有些冠状动脉血管因血栓机化及纤维斑块形成使得血管完全闭塞。在行常规介入治疗时，导丝无法穿过血管闭塞部位。超声导管则能破坏血管内斑块和血栓，促使导丝成功穿过病变部位使血管再通。它还能使血管内皮保存完好，并能保留平滑肌细胞的功能。当超声作用于动脉血栓时，99%的微粒直径小于10μm，大多数斑块碎片直径小于20μm。

超声的击破作用是超声导致血栓溶解的可能机制，微泡的振动与快速破裂使声波区域的局部压力升高，微泡破裂的机械振动所产生的巨大剪切力能破坏血栓的纤维蛋白复合物并导致血栓的崩解，暴露给更多的纤维蛋白复合物让t-PA来发挥作用。当频率大于1MHz时，微泡破裂力量的强度大大减少，当频率大于2.5MHz时就不产生击破效应。

早期的研究采用大于500kHz频率的超声，因超声频率较高，其组织穿透性较差，由于其组织穿透性很差，加之其不可接受的烫热效应限制了其临床的应用。低频率超声却很少出现上述问题，研究发现40kHz的低频超声更能提高溶栓效果。另外，超声对生物组织所起的作用取决于声波的能量大小和组织学特性，组织学特征也是超声产生消融作用的重要决定因素，经超声处理以后的组织破碎分解的趋势与组织的弹性正好相反，它取决于组织中胶原蛋白和弹性蛋白的含量，这些原理成为在特定的能量水平下组织破碎的基础。超声的组织消融作用具有高度的组织选择性，即超声对血栓有消融作用，而对于富含弹性纤维的动脉血管壁却不会产生损伤作用。不过应强调的是随着超声能量的升高组织选择性也随之消失。

二、导管介入高能低频超声治疗冠状动脉内血栓

应当强调的是，尽管国内外文献对导管介导的超声治疗冠状动脉内血栓的研究有一些记载，但是至今导管介入超声在国外并未获得行政管理部门的临床应用许可，这可能由于在临床实际应用导管介入方法进行超声治疗过程中曾经发生的意外死亡事件，成为国外行政管理部门暂不能批准导管介入高能低频超声临床许可的主要原因。

据文献报道，Cannon等用导管介导的超声对14名心肌梗死患者进行治疗，对用常规介入治疗导丝未能穿越病变部位的患者，用20kHz超声治疗15min，其结果证实超声导管穿过栓塞的成功率为71.4%。如果将治疗后血管狭窄程度小于50%、没有死亡、心肌梗死以及急性血栓形成视为试验成功，其结果获得了42.8%的成功，所有成功的病例都放置了冠状动脉内支架。由此可见，超声对于用常规介入治疗失败的患者，它能提供有效的方法使导丝穿过冠状动脉血栓栓塞部位。

超声能使介入导丝成功地穿过血管闭塞部位的可能解释是由于击破作用、微液流以及机械破碎作用。击破作用的形成是由于生物体内有很多气体微泡存在，当这些微泡遇到超声时它们就会受到正负反复交替的压力作用而被压缩，微泡会逐渐变大，当达到一个临界值时就形成了微液流，它是介质中由于微泡震荡而形成的二次运动。微液流和击破效应产生了局部区域非常强大的切应力，足以破坏亚细胞结构，从而使得导丝能穿透血管闭塞部位。另外，机械粉碎作用也帮助导丝穿过闭塞部位，这是由于导管顶端像一个震动的“手提钻”通过物理作用穿过闭塞部位，尤其可穿过纤维基体。

目前临床上用血管内超声导管进行冠状动脉内溶栓取得了一定的疗效，Halkin等用血管内超声导管治疗急性冠状动脉综合征取得了良好的治疗效果，在对15例冠状动脉左前降支栓塞所致的急性心肌梗死患者先给予溶栓、扩冠药物治疗，再进行冠状动脉超声溶栓，然后行球囊扩张术。使87%患者的心肌梗死部位血管达到了心肌梗死溶栓（TIMI）3级。该研究表明超声作用于病变部位能降低冠状动脉狭窄程度和压力梯度，并且能增加冠状动脉的血流量。在急性冠状动脉综合征时，超声非常适合治疗栓塞性病变，它能在进一步的介入治疗之前溶解血栓，且不易引起血管壁损伤。因此，冠状动脉超声溶栓对于不管是严重的还是持续时间长的血栓，其溶栓作用都是有效的、安全的。Steffen等比较了超声作用前后血管直径的变化，观察导管介导下高能低频超声对正常犬冠状动脉的作用，结果见超声使冠动脉血管直径由平均1.87mm增加至2.76mm（增加48%）。实验表明高能低频超声能使冠状动脉舒张，并解除其痉挛。

血管内超声导管进行冠状动脉超声溶栓属于创伤性治疗范畴，具有一定的风险性，实际操作过程相对较复杂，且不宜重复应用。因此，需要寻找一种无创伤性治疗手段，那就是经胸高能低频超声。后期的研究发现不论是使用导管介导或是经胸壁发射超声的方式均能溶解冠状动脉内血栓。虽然临床证实了导管介导的超声确实有一定的疗效，但是导管介导方法存在明显的缺点，除了创伤性置入冠状动脉内导管所带来的风险，限制其临床应用外，超声导管的弯曲度可引起超声能量丢失，导管顶部的尺寸及其与靶组织的距离等因素都会影响溶解冠状动脉血栓的作用。再者，超声导管所产生的热量对血管也是不利的。心导管介入超声治疗冠状动脉内血栓因操作困难、风险较大，且在国外并未获得临床应用的许可。目前已基本放弃了导管介导超声治疗方式，而把眼光转向经胸高能低频超声治疗血栓上。曾经困扰经胸高能低频超声治疗血栓试验的主要问题只是放置在胸壁上的超声换能器产生热效应容易灼伤皮肤，后来在超声治疗仪器上加一个简便的超声探头水冷却系统，就解决了超声能量对皮肤的灼伤。人们在开发经胸壁高能低频超声治疗血栓时发现，超声因其能透过胸壁，具有不需昂贵的心导管也能同样将声波能量传递到冠状动脉内且不损伤周围心肌组织的优点。

三、经胸高能低频超声治疗冠状动脉内血栓的应用

人们经过20年的努力，已经了解到经胸高能低频超声治疗冠状动脉内血栓，在心肌梗死相关动脉区域快速地重建前向血流、挽救缺血心肌方面的良好作用。对冠状动脉的超声治疗先是从溶解普通动脉血栓开始的，Siegel最早以48根实验性兔髂动脉血栓为对象，将其分作单用超声、单用t-PA、超声加t-PA三个治疗组，用血管造影及血管组织病理学评估疗效。单用t-PA组17根髂动脉中，只有1根血管再通（6%）；在单用经皮超声治疗组中，14根血管也只有1根开通（7%），这就是说单用超声却未发现我国文献描述的消融血栓的明显效果。Siegel等应用17根髂动脉经超声加t-PA联合治疗后有59%（10/17）血管再通。该实验研究表明，经皮高能低频超声与t-PA联合应用能增强药物对动脉血栓的溶栓效果。

还有学者比较了单独使用经皮40kHz超声、单独使用t-PA、经皮超声和t-PA联合应用三种方法在兔股动脉阻断实验中的作用，也证实了单独使用超声或t-PA仅有轻微的血栓溶解，而在超声和t-PA联合应用后才出现了再灌流作用。同时观察到血栓栓塞后组织的pH由正常降至平均7.05，而超声治疗后能将组织的pH提高至平均7.34。该实验提供了经皮高能低频超声与t-PA合用时具有显著加速纤维蛋白溶解、增加组织灌流和纠正酸中毒的证据。在超声加t-PA治疗犬左冠状动脉前降支血栓的实验中，观察到12只心肌梗死犬在治疗后有10只心肌血流达到TIMI 2级或3级。病理学检查也证实了冠状动脉的开放率，认为超声极大地增加了t-PA的溶栓作用。实验研究表明高能低频超声能溶解人离体冠状动脉与犬冠状动脉栓塞模型中的血栓，超声还能增加离体的人钙化冠状动脉血管的弹性。临床试验表明超声能使慢性栓塞的股动脉再通，由此进一步提示经胸高能低频率超声对于治疗冠状动脉内血栓具有潜在的作用。

Siegel在体外溶栓实验中，还研究了高能低频超声与溶栓剂、抗血小板药物、糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体拮抗剂合用的作用。发现高能低频超声能增加溶栓剂、抗血小板药物的溶栓作用。尤其在超声照射下，糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体拮抗剂与肝素或t-PA合用时，在超声短期作用后即出现了增加溶栓的效果。Siegel的实验室为了解超声究竟能否改善心肌灌流，用动物实验证实了高能低频超声治疗具有改善心肌组织再灌流的作用，超声能将急性缺血的心肌组织灌流单位增加19.7%。该实验室的研究仍然证实了单用超声或者单用t-PA的溶栓作用有限，12只经胸高能低频超声治疗犬组能达到冠状动脉血流TIMI 2级或3级的仅有4只，而使用t-PA加超声组出现了显著的疗效，而12只t-PA加超声犬组中能达到TIMI 2级或3级的却高达10只。证实了超声能增加冠状动脉药物溶栓的作用。病理学检查也证实了高能低频超声对皮肤、软组织、心脏、肺未见损害。超声安全可靠，具有不增加出血风险而无创伤性地改善冠状动脉开通的作用。高能低频超声显著增加了阿司匹林及肝素在支架内抗血栓的作用，研究发现单用超声加生理盐水对支架内血栓无作用，超声与阿司匹林及肝素合用能使支架内血栓减少一半（49%），提示超声作为一个附加的溶栓治疗起改善作用。国外的研究主要局限于动物实验，仅有少量临床前试验研究，观察其对25例心肌梗死患者，超声加溶栓治疗可以增加溶栓药物的开通率。从上述实验资料来看，应当客观地承认单独使用经胸高能低频超声对溶解冠状动脉血栓的疗效十分有限，但是高能低频超声与t-PA等溶栓药物联合应用会对冠状动脉内血栓产生显著的疗效。

鉴于经胸高能低频超声能配合溶栓药物治疗冠状动脉内血栓，超声技术基本解决了超声探头对皮肤的灼热损伤问题。在多篇实验性经皮超声治疗血栓过程中，均未发生血管栓塞、血管断裂、穿孔等损害现象，证实了高能低频超声的安全性。目前应当说超声已经具备了实现在治疗急性心肌梗死临床上的应用的条件。可以说，经胸高能低频超声有望取代导管介导的超声成为治疗冠状动脉内血栓的发展方向。经胸高能低频超声对人体无创伤、风险度很小，能在治疗过程中反复应用，与t-PA等溶栓药物联合应用于溶解冠状动脉内血栓，能减低溶栓药物的使用剂量、节省医疗费用，减少溶栓药物的并发症。经皮或经胸高能低频超声有望成为今后临床治疗人类冠状动脉内血栓的重要手段之一。

（陈　明）

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