二、作用机制

冠脉血流通路的形成是治疗冠心病的关键，体外震波的作用机制是采用物理学的方法，通过体外导入，对缺血心肌局部进行低能量、高压强的脉冲超声来冲击病变部位，利用其机械剪切力和空化作用，通过多种作用机制改善心肌血流灌注。体外震波系统主要包括以下几个部分：震波源换能器、触发电路系统、控制主机、B超定位、心电监护系统、水循环系统。CSWT仅需体外碎石能量的1/10，大小为2～7J，产生冲击波上升沿为0.7μs左右，半宽高为1.8μs。基于心脏搏动的周期性特点，震波治疗的冲击波周期应与心脏搏动周期相匹配，只在心肌绝对不应期释放，在人体组织中传播时衰减小、切应力小、穿透力强，能稳定地到达治疗区域。超声震波治疗是一种无创治疗方法，为达到最佳的治疗效果，同时减少对人体其他组织的损伤，必须严格控制发射的超声波的能量。改善临床预后的机制，以往的研究分为以下几个方面：①促进缺血心肌组织血管再生，改善侧支循环。②促进干细胞分化。③减轻组织炎症反应及氧化应激。④减轻心肌纤维化。⑤减轻左室重构，改善心功能。细胞分子水平研究发现，体外震波可以增强人心脏微血管内皮型一氧化氮合酶活性，促进一氧化氮生成；上调人脐静脉内皮细胞血管内皮生长因子mRNA及其受体fms样酪氨酸激酶-1、一氧化氮合酶等血管新生相关细胞因子的表达水平，并通过诱导基质细胞衍生因子（SDF1）表达，促进内皮细胞归巢；还可以拮抗血管内皮细胞局部炎症反应，降低炎症细胞因子，包括白细胞介素（IL）-1α、IL-4、IL-6、IL-12p70、IL-13、IL-17及干扰素γ（IFN-γ）等的表达，最终促进缺血部位血管形成，抑制缺血心肌局部炎症反应，改善心肌缺血状态。

CSWT利用超声定位，依靠心电图门控技术触发，对所确定的心肌缺血靶区域释放脉冲式声能量（震波）。其滴定式释放经过聚焦的脉冲声波能量，经机载同轴超声精确锁定缺血心肌靶区，依靠实时体表心电图R波，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，在心电活动绝对不应期释放；震波在衰减过程中产生机械剪切力和空穴效应，引发微气泡形成，这些微气泡在震波作用下循环产生正负双向压缩运动，导致组织细胞超微结构改变，诱导心肌缺血区高表达血管内皮生长因子（VEGF）、一氧化氮（NO）等多种促血管新生因子，促进缺血区域的毛细血管生成和局部微循环重建，从而改善心肌供血，增加缺血心肌区血流灌注和微循环，减轻缺血性心脏病患者症状，从而达到治疗心绞痛和改善心功能减少心脏事件的目的。

1.心室重塑　从心肌梗死后心室重塑发生的多方面机制来看，活化氧系统占了主导机制并贯穿于肾素-血管紧张素-醛固酮系统、炎症反应及基质代谢等多方机制的始终，而NO作为活化氧系统最重要的调节因子，NO表达水平是活化氧系统对心室重塑的发生、发展最重要的影响因素。NO也是机体组织修复过程中最重要的因子之一。从体外心脏震波前期的动物实验研究发现体外心脏震波有调节血管内皮功能，通过促成NO生成而抑制炎症，维持基质代谢平衡及促血管新生等多项机制而达到防止心室重塑的发生发展的目的。因此，有学者应用“震波治疗通过产生NO实现了从粉碎结石到抗炎、抗组织重塑的作用”这句话精确地总结了体外心脏震波治疗改善组织重塑的潜在机制，也正因为如此，震波治疗适应证从单纯震波碎石治疗拓展到促血管新生治疗领域。自体外心脏震波面世以来，一系列的动物实验和临床研究均证实了心脏震波治疗的多项有益的生物效应，这可能是体外心脏震波治疗改善缺血后心脏重塑的潜在机制。心室重塑始于心肌梗死发生的早期，同时是一个连续的过程，及时有效地在早期进行干预治疗可防止心肌梗死后可逆的早期重塑向不可逆的晚期重塑阶段发展。

2.促进新生血管形成　目前研究认为CSWT是无创的治疗缺血性心脏病的有效方法之一。该治疗系统可释放类似聚焦超声波的低能量机械震荡波，在心肌组织细胞间产生“空穴效应”并形成大量微气泡，微气泡膨胀继而发生非球面性破裂，对周围的心肌细胞形成快速而短暂的剪切力，诱导VEGF及其受体Flt-1、NO、IGF、IL-8等表达上调，在冠脉原有微血管床基础上促进新生血管形成，从而改善缺血心肌的微循环及代谢，减轻心室重构。在慢性心肌缺血动物实验中，观察到CSWT可完全恢复左心室射血分数（LVEF）和室壁增厚率（WT）、局部心肌血流。而在猪急性心肌梗死模型中，CSWT组较对照组明显改善其左心室射血分数。临床研究也显示，CSWT可改善冠心病患者心肌灌注和心肌代谢，减轻心绞痛症状、减少硝酸甘油用量、改善心功能、提高运动耐量，并且具有良好安全性，但CSWT对缺血缺氧心肌细胞凋亡的影响作用的研究尚少。

3.细胞凋亡　研究显示，细胞凋亡在冠心病的生理病理过程中起着重要的作用，心肌细胞凋亡是引起心肌梗死后心功能不全、心室重塑及心律失常的重要原因。减轻和抑制心肌细胞凋亡的发生，可以改善心肌梗死患者的预后。有证据表明，缺血、缺氧、再灌注损伤、氧化应激等因素均可引起心肌及内皮细胞凋亡。多种因素如氧化应激、缺氧、化学及物理毒性损伤等可通过线粒体及内质网途径的激活而启动细胞凋亡。存活心肌数量逐渐减少而出现左心室扩张、收缩功能减退以及左室重构，最终导致心力衰竭。缺血缺氧等影响心肌细胞凋亡的因素主要通过死亡受体通路和线体通路传递促凋亡信号，激活凋亡相关基因的表达，包括促进细胞凋亡基因（Bax、wp53和APO-1/Fas等）和抑制细胞凋亡基因（Bcl-2、mpl和ras等）。Bcl-2和Bax分别是Bcl-2家族中最有代表性的抑制凋亡和促进凋亡基因。其中，线粒体通路是从线粒体释放细胞色素C开始的，受Bcl-2基因家族调控，包括凋亡抑制基因Bcl-2和凋亡促进基因Bax。在急性心肌梗死患者的人体心肌组织样本中可观察到大量凋亡小体，并且伴有Caspase-3高表达和Bcl-2低表达。Bax是低氧应激诱导凋亡的上游调控因子，低氧可促进Bax蛋白构象发生改变而被激活，进一步促进细胞色素C从线粒体释放；JNK与p38MAPK是MAPK家族重要的促进细胞炎症和凋亡的信号通路蛋白，活化的JNK与p38MAPK蛋白促使线粒体细胞色素C释放；而Bcl-2则对Bax诱导线粒体释放细胞色素C这一过程起抑制作用。而当细胞色素C从线粒体膜空隙释放至细胞质后可进一步激活下游Caspase-3。Caspase-3是细胞凋亡过程中的关键酶，也是凋亡途径中处于中心地位的执行者，被激活后可通过激活脱氧核糖核酸酶引起DNA降解、细胞凋亡。Bcl-2是Akt信号通路的重要效应分子，与凋亡的负性调控密切相关。Akt蛋白活化后，可促使Bcl-2与磷酸化的Bad解离，游离的Bcl-2进而发挥抗凋亡作用。研究结果显示，震波治疗后JNK及p38MAPK蛋白磷酸化水平较对照组无明显增加，Akt蛋白的磷酸化水平无明显降低，表明震波治疗未激活正常心肌细胞的凋亡、炎症及生存相关信号通路。同时TUNEL检测结果显示治疗组与对照组心肌细胞凋亡率无明显差别。治疗组HE染色未观察到心肌细胞变性、坏死及炎症细胞浸润等组织病理学改变。震波治疗前后标准Ⅱ导联心电图未观察到传导阻滞以及室性心律失常等。同时，与对照组相比，震波治疗后大鼠的血压、心率无明显变化。也有研究以大鼠心肌细胞来源的细胞系H9C2为研究对象建立缺血缺氧损伤模型，以震波（shock wave，SW）剂量的不同作为治疗措施，结果显示，缺血缺氧可诱导H9C2细胞发生凋亡，表现为细胞活力下降、细胞凋亡率升高，凋亡相关蛋白Bax及活化Caspase-3的表达升高，抗凋亡蛋白Bcl-2的表达降低，并可促进细胞内的活性氧产生增多。而震波可减轻缺血缺氧诱导的细胞的凋亡，并且细胞内的活性氧产生也明显减少。与单纯缺血缺氧组相比，震波处理组Bax蛋白表达下降，Cleaved-Caspase-3蛋白表达降低，Bcl-2蛋白表达升高，提示震波可能通过降低凋亡相关蛋白表达，升高抗凋亡蛋白表达，减少细胞内活性氧的产生，起到减轻心肌细胞凋亡的作用，提示可能是PI3K-AKT通路参与了对震波减轻心脏心肌细胞凋亡的调控。(https://www.daowen.com)

4.心肌细胞凋亡　尚有研究采用急性心肌梗死（AMI）大鼠模型模拟人体急性心肌梗死的病理过程，观察震波对AMI后心肌细胞凋亡的影响。心肌梗死发生后，梗死区及其边缘区的心肌细胞由于缺血缺氧的刺激发生坏死和凋亡。另外，由于心功能降低，左室舒张末压升高，室壁张力增高，心脏舒张期机械负荷加重，神经内分泌系统激活，可引起慢性、持续性氧化代谢上调，致氧化负荷增高，激活应激活化蛋白激酶，引起梗死边缘区和非梗死区的心肌细胞凋亡。梗死区心肌细胞凋亡是引起左心室收缩功能降低和早期重构的重要因素，而梗死边缘区以及非梗死区的心肌细胞凋亡则主要导致晚期心功能不全和左心室重构。本研究中CSWT组心肌梗死边缘区心肌细胞凋亡指数较MI组明显降低，提示CSWT治疗可通过调控凋亡相关基因的表达而抑制细胞凋亡，挽救梗死边缘区缺血缺氧的心肌细胞，从而能减轻左心室收缩功能下降和左心室重构，改善患者远期预后。经CSWT治疗4周后，CSWT组心肌凋亡指数及心肌纤维化程度较MI组明显降低；蛋白水平检测凋亡相关基因的表达变化情况发现Bcl-2表达明显上调，而Bax和Caspase-3表达明显下调。结果提示，AMI死后，梗死边缘区心肌细胞线粒体CytC向胞质释放，凋亡蛋白Bax的表达增高，Caspase-3剪切活化，抗凋亡蛋白Bcl-2的表达减少，促进大鼠梗死边缘区心肌细胞凋亡，造成心梗后心肌细胞的持续损失和功能降低。CSWT可以减少线粒体CytC向胞质释放，降低凋亡蛋白Bax的表达及Caspase-3的剪切活化，升高抗凋亡蛋白Bc1-2的表达，减轻梗死边缘区心肌细胞的凋亡。进一步调控机制的探索提示，CSWT可能通过抑制JNK信号通路，并抑制凋亡相关基因的激活，从而减轻缺血缺氧后心肌细胞凋亡及纤维化程度，达到心肌保护的目的。这与CSWT相关临床研究结果相符。目前CSWT尚未应用于AMI患者的临床治疗，此研究结果为CSWT在临床上的应用提供了新的思路和基础依据。

5.心肌细胞自噬　在自噬方面的研究中，同样条件对细胞进行缺氧处理后，发现H9C2细胞活力和ATP水平随着缺氧时间延长逐渐降低，LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ比值自缺氧6h开始增强，24h达高峰，之后逐渐呈下降趋势。当给予一定能量的震波（SW）治疗后，LC3B-Ⅱ/Ⅰ比值和自噬小泡数量明显提高，原本降低的细胞活性和细胞内ATP水平较前有所回升；缺氧后，细胞内磷酸化AMPK、Beclin-1和HIF-α表达上调，而磷酸化mTOR和Sirt1下调。震波（SW）治疗可进一步增强磷酸化AMPK的上调和磷酸化mTOR的下调，降低HIF-α的表达。据此推测，心肌细胞缺氧时自噬活动上调，震波（SW）治疗能够通过AMPK/mTOR信号通路进一步增强心肌细胞自噬并改善细胞活力和细胞内ATP水平；SW治疗可能通过Sirt1和HIF-α通路促进细胞存活，发挥心脏保护作用。

6.血管内皮细胞　EPCs亦称为血管母细胞，是血管内皮细胞的前体细胞，是一群具有游走特征的、能够自我更新和增殖分化的细胞，在参与血管新生和内皮损伤后修复中起着重要作用。研究证明EPCs与心血管疾病存在密切关系，心血管疾转如冠心病、高血压、心肌梗死等均伴有不同程度的EPCs数量和功能的改变，冠心病患者循环血中的EPCs数量下降，功能受损。恢复EPCs数量和功能是缓解或逆转心血管疾病进展的关键，因此推测，CSWT能够提高冠心病患者EPCs数量，促进功能恢复，参与促进血管新生，改善心功能。进一步探讨CSWT促进EPCs功能的原因将有助于揭示其在治疗冠心病的疗效机制。EPCs的增殖、分化、趋化以及血管形成能力等功能与VEGF和其他细胞因子密切相关。VEGF可促进多种血管生长因子的分泌以及EPCs动员入血，增殖分化为成熟的血管内皮细胞，参与形成新的血管。IL-8是一种趋化性细胞因子，与细胞上的CXCR受体具有高度亲和力，能通过激活CXCR2受体、Ras和MAPK信号途径引起下游靶蛋白磷酸化，从而介导内皮祖细胞的增殖、迁移、黏附及分泌功能。为证实CSWT对EPCs功能的促进作用与这些细胞因子是否相关，昆明医学院第一附属医院采用ELISA法检测冠心病患者外周血VEGF、IL-8的表达情况。研究发现CSWT治疗冠心病患者后，外周血VEGF、IL-8的表达明显提高，参与促进外周血EPC的增殖、分化和趋化等功能。总之，冠心病患者经过CSWT治疗后，外周血中VEGF、IL-8的表达明显增加，促进了EPCs的增殖、分化、迁移和趋化等功能，动员EPCs更好地迁移、定位到心肌缺血组织，原为分化为血管内皮细胞，促进血管形成，改善心肌缺血，从而缓解患者心绞痛症状，改善心功能，提高运动耐量。

因此，通过CSWT体外无创物理治疗方法阻断凋亡信号转导途径减少细胞凋亡及迟发性细胞坏死，可能是减少缺血区心肌细胞死亡的一条有效途径，以及通过提高相关细胞因子表达促进EPCs功能恢复，从而参与改善心肌功能的相关细胞信号传导通路。然而，CSWT如何调控凋亡相关基因的表达及促进EPCs功能恢复的信号转导通路尚未完全明确，仍需进一步深入探究。