超聲輔助急性腦梗死治療的研究新進展

何奕濤， 邢英琦， 郭 毅

急性腦梗死的治療目前主要以藥物治療為主，超聲由于其特有的理化效應，用于腦梗死的輔助治療已有30年的歷史。但是，其治療的時間窗、有效性、安全性尚存在爭議。經顱多普勒超聲是近幾年來被用于輔助溶栓的一個重要手段，它具有實時監測、定位準確及安全的優勢。本文擬就超聲溶栓的機制及經顱多普勒超聲在急性腦梗死治療中的研究新進展綜述如下。

1 超聲促進血栓溶解的相關機制

1.1 空化效應 空化效應是指在超聲波的作用下液體中存在的微氣泡被激活，并且振蕩、膨脹、收縮、崩解等一系列動力學過程。超聲的空化效應是其輔助溶栓酶介導血栓溶解的主要機制。超聲空化過程把微小的能量集中于微小的空化泡內，并在空化泡崩解瞬間釋放出來，形成局部高溫、高壓強沖擊波、高速射流等極端物理條件，促進溶栓酶向血栓內運轉，使血栓內的纖維蛋白網架斷裂，從而暴露更多的纖溶酶的纖維蛋白結合位點而加速溶栓［1］。空化效應有穩態空化和瞬間空化兩種類型［2］:穩態空化在超聲強度高于穩態空化閾時持續存在于超聲暴露期，穩態空化的超聲強度閾值低于瞬間空化，超聲強度高于瞬間空化閾時，瞬間空化零星出現，穩態空化的活性長時間內持續存在，而瞬間空化氣泡的寬大截面可能遮蔽血栓表面并降低該處的空化活性，所以單獨出現穩態空化時的血栓溶解程度高于穩態和瞬間空化同時出現時。2006年Datta等［2］應用120kHz的脈沖多普勒超聲誘導空化現象聯合r-tPA對血栓進行體外試驗也證明了上述觀點，在該實驗中血栓溶解比例在穩態空化組是26.0%，穩態空化聯合瞬間空化組是20.7%，明顯高于單獨應用 r-tPA 組(13.0%，P ＜0.001)，而應用超聲聯合 r-tPA，但未誘導空化組則為13.7%，與單獨應用r-tPA組(13.0%，P＞0.05)無顯著的統計學差異，該試驗中的血栓樣本由豬血在37℃的實驗條件下制成，并在5℃的環境中保存3d，也證明了在輔助纖溶酶的情況下，空化效應對超過4.5h的血栓也是有效的。

1.2 機械效應 超聲波的機械振動能使血栓的纖維蛋白結構由緊密變為松散，充分暴露纖溶酶的作用位點，提高酶的溶栓作用，超聲還可以導致液體軸流加速，產生聲流現象，聲流在血栓表面產生高速度梯度，形成剪切力，可以機械破壞血栓表面并增加纖維蛋白對纖溶酶的暴露，增強纖溶酶的溶栓作用，超聲波的機械效應多年來得到廣泛認可［3］。

1.3 熱效應 超聲波作用于血栓時產生的熱力學效應也可能是其促進血栓溶解的機制之一。超聲波可使血栓局部溫度在一定程度升高，增強纖溶酶的活性，有利于纖溶酶與血栓的結合并進入血栓內部而發揮其溶栓作用。Suchkova等［4］利用放射性碘標記血塊，并在血塊上應用t-PA，該血塊是通過在新鮮冰凍血漿中加入固定劑量的氯化鈣及牛凝血酶制成，在37℃的環境中保存1h后使用。通過測定碘活性的變化來計算溶栓率。將血塊暴露于40kHz，0.25w/cm2的超聲下，通過豬肋骨來檢測熱效應及聲波在組織中的衰減程度。結果超聲照射60min及120min后的血栓溶解率分別為(39±7)%和(93±11)%，在沒有超聲暴露時血栓溶解率分別為(13±8)%和(37±4)%，聲波衰減在肋骨和肋間為(3.4±9)DB/cm2和(1.7 ±0.5)DB/cm2，其熱效應小于 1℃ /(w/cm2)。表明超聲在血栓溶解過程中的熱效應有助于促進血栓溶解，但其超聲熱效應較低。Pieter等［5］應用40kHz的超聲所進行的體外模型研究中同樣證明了溶栓作用的增強與局部溫度升高即熱效應有關。但也有報道認為超聲波熱效應的溶栓作用不大，故有關超聲的熱效應在輔助溶栓治療中的作用仍有待進一步的研究證據。

1.4 直接溶栓作用 2002年Nedelmann等［6］應用20kHz、0.2W/cm2的超聲對體外血栓模型持續照射10min，平均血栓重量減輕比例為52.4%，對照組自發性血栓重量減輕為18.5%，P＜0.001，有顯著的統計學意義，表明經顱多普勒超聲在無溶栓劑存在的前提下也有溶栓作用。2005年Nedelmann等［7］又應用同樣的體外血栓模型，檢測了頻率分別為 20KHz、40KHz 和 60KHz，強度為 0.12W/cm2或 0.2W/cm2的超聲波在無溶栓藥物的情況下引起血栓溶解作用的大小。結果在超聲強度為0.2W/cm2的情況下，頻率為20KHz、40KHz、60KHz的超聲波及對照組所引起的平均血栓重量減輕比例分別為 52.4%、49.4%、21.4%、18.5%，20KHz 和60KHz組比較差別有顯著的統計學意義(P＜0.001);當超聲強度為0.12W/cm2時，頻率為20KHz的超聲作用下平均血栓重量減輕比例為24.5%，與超聲強度為0.2W/cm2、頻率為20KHz組(52.4%)比較差別有顯著的統計學意義(P＜0.001)，與對照組相比差別也有統計學意義(P=0.045)。這些結果均顯示在無溶栓藥的前提下，單獨的超聲具有溶栓作用，且作用大小與頻率呈反相關，與強度呈正相關。

2 超聲輔助急性腦梗死治療歷史回顧

1972年我國學者郎鴻志通過動物實驗及臨床觀察，在國際上首先提出了經顱超聲療法的超聲安全劑量，即脈沖超聲波在頻率800KHz，功率在0.25～1W/cm2為經顱超聲治療的安全劑量，并在此基礎上開展了腦血管病的超聲治療［8］。該種超聲療法是在患者患側的頸內動脈及椎動脈起始部或通過枕窗、顳窗在CT或MRI顯示腦部病灶部位的頭皮相應投影區貼超聲儀探頭進行超聲治療，每次治療時間約20～30min，國內外一系列研究報告顯示了該經顱超聲療法是一種有效、簡便的腦梗死輔助治療方法，為腦血管病的治療提供了一種新的輔助治療途徑。但這種經顱超聲治療無法確定患者具體的病變血管，故無法起到靶向作用于病變血管及血栓局部的作用;其次，部分老年腦梗死患者骨窗欠佳，超聲波通過時衰減作用明顯，傳統超聲波治療無法確定超聲衰減的程度，有可能出現根本無效的超聲波作用。對此，近年來，用于臨床腦血管評估的經顱多普勒超聲被開始應用于輔助急性腦梗死的治療。經顱多普勒超聲擁有傳統的腦血管超聲儀無法比擬的優勢，它能夠監測病變血管，并且靶向跟蹤病變血管，實時檢測血管再通的情況;并由此能確定患者的聲窗情況，避免在患者聲窗欠佳時無意義地使用超聲，或者由于未能對病變血管靶向應用超聲而可能對正常腦組織產生有害效應。但經顱多普勒超聲在臨床應用中有效性有待更深入的研究證實，且安全性仍存在爭議。

3 經顱多普勒超聲輔助急性腦梗死治療研究進展

3.1 經顱多普勒超聲輔助腦梗死治療的有效性 2000年Alexandrov AV等［9］首先報告經顱多普勒超聲輔助臨床急性腦梗死患者超急性期溶栓治療的研究，提示了經顱多普勒超聲促進血栓溶解在臨床上的有效性。近年來，隨著研究的深入，此方面的臨床研究日益增多。2007年國內張黎明等的研究［10］中納入了26例發病4.5h內的急性大腦中動脈閉塞患者，對照組13例接受尿激酶溶栓治療，處理組13例接受尿激酶溶栓聯合經顱多普勒超聲連續監測大腦中動脈閉塞部位治療，結果再通率(部分或完全)處理中為76.9%，對照組為30.8，P ＜0.05。2008年Eggers J等［11］將 37 例大腦中動脈閉塞的病例分為處理組(rt-PA+1.8MHz的TCD照射1h處理)19例和對照組(單獨rt-PA處理)18例，病例的入選條件為發病3h內，經TCD確診為大腦中動脈閉塞，結果再通率(部分或完全)處理組為 57.9%，對照組為 22.2%，P=0.045，90d后處理組有8例巴氏評分≥95分，對照組病例巴氏評分均＜95分，P=0.003，在第1天及第2天的NIHSS評分處理組平均為對照組的兩倍。以上研究均顯示腦梗死超急性期應用經顱多普勒超聲連續監測能提高溶栓患者閉塞動脈的再通率及改善預后。2009年Alexandrov等［12］進行的CLOTBUST試驗中經經顱多普勒超聲靶向監測給予t-PA處理的患者2h的再通率為83%，單獨接受t-PA處理的患者2h的再通率為50%(P＜0.001)，同樣支持了經顱多普勒超聲輔助溶栓治療在臨床應用中的有效性。但目前經顱多普勒超聲輔助溶栓的有效性尚缺乏更大樣本的多中心研究證實。

3.2 經顱多普勒超聲輔助腦梗死治療的安全性 最近Rubiera M等［13］總結進行的多個體外、動物模型及CLOBUST臨床研究結果也提出超聲能增強溶栓作用，在有或無溶栓藥的情況下，經顱多普勒超聲都能增加血栓的內在纖溶活性，但低頻的超聲也會增加癥狀性顱內出血的風險。針對低頻超聲輔助t-PA溶栓在臨床應用中的安全性，Daffertshofer等［14］進行的多中心隨機對照試驗(TRUMBI試驗)中選取發病6h以內經頭MRI確診動脈閉塞及排除顱內出血的急性腦梗死患者，分別接受單獨t-PA處理(對照組)及低頻超聲(300KHz)聯合t-PA處理(試驗組)，共12例患者為對照組，14例患者為試驗組，其中5例對照組患者及13例試驗組患者經MRI檢查發現有顱內出血(P＜0.01)，提示在t-PA溶栓治療中，聯合應用低頻超聲明顯增加了顱內出血的風險。Matthias-Reinhard等［15］選取具有腦部小血管病變的患者，應用經顱超聲(300KHz、700mW/cm2)照射 30～60min，應用PET圖像檢查或MRI腦灌注成像檢查腦血流動力學變化，該研究只進行了4例就因有病例發現蛛網膜下腔出血而終止，受試病例經PET圖像未發現腦血管有更好的灌注，超聲監測到的參數未見明顯改善，該研究同樣表明低頻超聲存在損害血腦屏障的潛在可能性。

低頻超聲波(小于2MHz)可能存在破壞血腦屏障、增加癥狀性顱內出血的風險，但平時常用的診斷性經顱多普勒超聲波頻段在2MHz以上，目前并無安全性方面的不良報告。根據美國FDA規定，超聲發射功率在選定深度情況下不超過750mW閾值時是較為安全的［16］，而我們進行經顱多普勒超聲檢查時使用的最大功率為350mW，低于此閾值，所以在安全性方面是可靠的。

2010年國外一篇綜合了6個隨機及3個非隨機超聲輔助t-PA溶栓臨床試驗的薈萃分析［17］提出令人振奮的結果，經顱多普勒超聲(頻率大于等于2MHz)定向監測下t-PA溶栓相比單獨t-PA溶栓治療可增加病變血管的完全再通率(P=0.0001)及改善3個月后的神經功能恢復(P=0.01)，盡管低頻超聲聯合t-PA溶栓相比單獨t-PA溶栓治療顯著增加癥狀性顱內出血(P＜0.001)，但高頻超聲(頻率大于等于2MHz)并未增加癥狀性顱內出血(P=0.67)。但該薈萃分析由于納入試驗在超聲使用時間、頻率的同質性方面尚存在一定的偏差，故超聲輔助溶栓的安全性及有效性評價仍應進行更大樣本及設計上更周密、統一的臨床試驗來證實。

3.3 經顱多普勒超聲輔助腦梗死治療的頻率及強度選擇 經顱多普勒超聲經過顱骨時會產生衰減效應，Stefan Pfafferg等［18］的研究顯示經顱骨后只約有10%左右的最大輸出功率作用于血栓，頻率越高衰減越明顯，故單純從溶解血栓的角度考慮低頻超聲(小于2MHz)更有優勢，新近Furuhata［19］的研究也提示了這一點，并提出目前正尋求發明一種新的低頻超聲溶栓系統，但低頻超聲的安全性在動物試驗［20］及臨床研究［13，15］中受到質疑。目前臨床實踐應用中多采用診斷用的頻率為2MHz經顱多普勒超聲波進行輔助溶栓治療，尚無安全性方面的不良報告，但最佳的經顱多普勒超聲輔助溶栓治療的使用頻率仍尚無定論，有待進一步研究確定。

經顱多普勒超聲促進血栓溶解的作用與其強度有關，強度越高，作用越強，Medel等［21］提出了高強度的超聲波有獨立促使血栓溶解作用，但強度過高會使產熱增多，使皮溫升高及腦溫升高，產生有害影響。有證據顯示，小于2W/cm2的脈沖超聲波不會導致明顯的產熱增加，不會導致內皮細胞不可逆性損傷。Ishibashi等［22］提出臨床在多普勒探頭安裝冷卻裝置報告，以防止超聲波產熱所致皮膚損傷。與使用頻率一樣，對于經顱多普勒輔助溶栓治療的超聲波最佳強度范圍目前也無權威意見，仍需深入探討。

4 經顱多普勒超聲聯合微氣泡輔助急性腦梗死治療

微氣泡造影劑破裂后產生的亞微氣泡可以增強超聲的空化效應，降低超聲空化閾值，超聲輔助血栓溶解就是以空泡爆破效應為主，在聯合微氣泡的條件下，可以使超聲更易發揮空化效應，促使血栓暴露更多的溶栓藥物結合位點，又可以形成更多的微氣泡進入血栓內部，在超聲波的作用下進一步發揮空化效應，同時合并有機械效應、熱效應，這就是微氣泡聯合經顱多普勒超聲輔助血栓溶解的物理機制［23］。

2008年Alexandrov AV等［24］進行了一項脂膜微氣泡結合經顱多普勒超聲輔助溶栓治療的臨床隨機安全性研究，研究中收集了15例發病3h內的腦梗死患者，其中12例接受經顱多普勒超聲監測(頻率為2MHz)、t-PA及2.8m l脂膜微氣泡造影劑處理，3例接受經顱多普勒超聲監測(頻率為2MHz)及t-PA處理，結果發生非癥狀性顱內出血的例數分別為3例和1例，無患者發生癥狀性顱內出血。但研究的樣本例數太少，缺乏較好的代表性。2009年Dinia L等［25］進行的經顱多普勒超聲聯合微氣泡輔助t-PA溶栓的臨床試驗中，對照組共98名患者接受同時經顱多普勒監測(頻譜為2MHz)及t-PA處理，試驗組共188名患者在此基礎上同時在溶栓治療開始后的第2、20、40min分別靜脈注射2.5g的半乳糖微氣泡，結果試驗組12h的病變血管再通率為74.3%，對照組為56.2%(P＜0.05)，試驗組共48例發生出血轉換，對照組為17例，差別無統計學意義(P=0.12)，其中試驗組有5例發生癥狀性顱內出血，而對照組為3例，差別無統計學意義(P=0.58)。2009年Molina CA等［26］開展的經顱多普勒超聲聯合微氣泡輔助溶栓的隨機臨床多中心試驗中，入選了35例超急性腦梗死患者，實驗1組采用經顱多普勒超聲監測及注射1.4m l微氣泡造影劑輔助t-PA溶栓治療，共12例，實驗2組采用經顱多普勒超聲(頻率2MHz)監測及注射2.8ml的微氣泡造影劑輔助t-PA溶栓治療，共11例，對照組采用經顱多普勒超聲監測輔助t-PA溶栓治療，共12例，結果顯示36h后實驗1組及對照組無癥狀性顱內出血及死亡的病例出現，實驗2組有3例患者(27%)出現癥狀性顱內出血，其中有2例死亡，癥狀性顱內出血及死亡的例數實驗2組與實驗1組和對照組差別有顯著的統計學意義(P=0.028)，發生再通的中位時間在實驗1組為30min，其四分位數間距為6min，在實驗2組也為30min，四分位數間距為69min，對照組為60min，四分位數間距為5min。上述研究提示了經顱多普勒超聲聯合微氣泡造影劑輔助溶栓藥溶栓，較單獨經顱多普勒超聲波輔助溶栓藥溶栓效果更為明顯，但微氣泡造影劑的劑量太大也會使發生癥狀性顱內出血的風險增加，這可能與聯合應用后所致空化效應過強有關，故用于輔助溶栓的微氣造影劑的合適劑量還有待進一步研究確定;另外，不同種類的微氣泡是否會對其輔助超聲溶栓的作用產生影響，也值得進一步驗證。

5 超聲輔助急性腦梗死治療中研究與應用的未來展望

經顱多普勒超聲在輔助腦梗死治療中的作用已經得到國內外的一定認可，用于臨床檢查的經顱多普勒超聲由于其特有的探測定位及實時檢測功能使其逐漸成為目前經顱多普勒超聲輔助腦梗死治療中研究與應用的熱點。體外試驗、動物模型、臨床研究均初步證實了經顱多普勒超聲輔助溶栓治療的有效性，且在一定的頻率和強度范圍內(2MHz、小于2W/cm2)經顱多普勒超聲波是安全性的。我國腦梗死患者的溶栓率尚不足1%，關于經顱多普勒超聲輔助超過溶栓時間窗急性腦梗死治療的研究目前尚未開展;微氣泡造影劑目前主要用于疾病的診斷檢查，但臨床試驗證實其聯合超聲輔助腦梗死溶栓治療可提高溶栓的效果，從而可能減少溶栓藥物的用量及超聲的使用時間，縮短血栓溶解時間，更好的挽救神經功能。今后的研究重點是開展經顱多普勒超聲輔助非溶栓急性腦梗死治療的時間窗、安全性及有效性研究，確定最佳的超聲頻率及強度組合，或進一步聯合各類微氣泡造影劑的最佳劑量組合，使經顱多普勒超聲能夠在急性腦梗死的急性期治療中發揮更為重要的作用。

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