體外沖擊波碎石術(shù)治療腎結(jié)石的研究進(jìn)展

余永當(dāng)

(河池市第三人民醫(yī)院泌尿外科，廣西河池市 547000)

【提要】 腎結(jié)石是較為常見的泌尿系統(tǒng)疾病，發(fā)病率較高，治療后易復(fù)發(fā)。該病的微創(chuàng)治療技術(shù)主要包括體外沖擊波碎石術(shù)(ESWL)、輸尿管軟鏡碎石術(shù)及經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)等。近年來，ESWL取得了可喜的進(jìn)步，尤其是爆震波碎石術(shù)、組織碎石術(shù)及微泡碎石術(shù)提高了結(jié)石的清除率，降低了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，為該病的體外微創(chuàng)治療提供了新的選擇。

體外沖擊波碎石術(shù)(extracorporeal shock-wave lithotripsy，ESWL)在過去的30年中一直是治療腎結(jié)石的主要方法之一[1]。新型碎石機(jī)尺寸的減小提高了沖擊波治療腎結(jié)石患者的機(jī)動(dòng)性和易用性[2]。沖擊波發(fā)生器的改進(jìn)、結(jié)石追蹤軟件的進(jìn)步以及結(jié)石成分的有效鑒定提高了ESWL的成功率[3]。近年來ESWL的使用率逐漸下降，主要原因?yàn)镋SWL相關(guān)醫(yī)療費(fèi)用的增加和較低的結(jié)石排凈率[4-5]。但聚焦超聲又推動(dòng)了ESWL的發(fā)展[6]，這種被稱為爆震波碎石術(shù)(burst wave lithotripsy，BWL)的碎石方法具有革新腎結(jié)石治療的潛力，腎結(jié)石患者可在門診環(huán)境中使用該技術(shù)進(jìn)行治療[7]?，F(xiàn)對(duì)體外沖擊波碎石術(shù)在腎結(jié)石中的微創(chuàng)治療進(jìn)展作一綜述。

1 體外沖擊波碎石術(shù)

ESWL是最常用的腎結(jié)石治療方法之一[3,8]。該技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次改進(jìn)，提高了ESWL治療腎結(jié)石的成功率。美國泌尿外科協(xié)會(huì)發(fā)布的有關(guān)指南指出，對(duì)于小于20 mm的中上極腎結(jié)石應(yīng)采用ESWL治療[9-10]。ESWL治療輸尿管中上段結(jié)石患者的并發(fā)癥發(fā)生率最低[9]。另外，ESWL對(duì)于取石難度比較大的馬蹄腎結(jié)石也可以取得較高的結(jié)石清除率[11]。但ESWL對(duì)腎下極大于1 cm的結(jié)石或輸尿管遠(yuǎn)端結(jié)石的療效微乎其微[10]；對(duì)于較大的結(jié)石治療后殘留碎片的可能性增加[12-13]。Kanao等[12]的研究顯示，對(duì)于單個(gè)5 mm結(jié)石，ESWL的結(jié)石清除率為94%，但對(duì)于2 cm或更大的多個(gè)結(jié)石，清除率降低至11%[13]。影響ESWL治療效果的主要因素有結(jié)石成分(鈣磷結(jié)石、草酸鈣結(jié)石)，結(jié)石密度和患者肥胖程度[14-16]。Lee等[17]對(duì)ESWL的療效進(jìn)行多因素分析，結(jié)果顯示結(jié)石密度>900 HU是ESWL失敗的重要預(yù)測因素。有學(xué)者[18]創(chuàng)建了3D評(píng)分系統(tǒng)來預(yù)測ESWL的治療效果，該系統(tǒng)收集包括結(jié)石密度(<600 HU)、結(jié)石尺寸(<150 mm)和皮膚到結(jié)石距離(<12 cm)，結(jié)果顯示3D評(píng)分為3分的患者ESWL治療后的結(jié)石清除率為96.1%，而評(píng)分為0的患者為21.4%。

ESWL技術(shù)中的各種創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，其目標(biāo)是提高設(shè)備的機(jī)動(dòng)性，減少患者的不適感，并將腎組織損傷降至最低。然而，與最初的Dornier HM-3碎石機(jī)(Dornier MedTech)相比，新一代碎石機(jī)的結(jié)石清除率普遍降低。Zehnder等[19]在治療多發(fā)性結(jié)石的研究中報(bào)道，新一代碎石機(jī)的再治療率比HM-3高8%。Faragher等[20]的研究也顯示，在多個(gè)結(jié)石的患者中，HM-3比新一代碎石機(jī)具有更高的結(jié)石清除率。新的碎石機(jī)療效較低的原因主要是沖擊波聚焦于病灶區(qū)域較窄，而縮小病灶區(qū)域是為了減少與手術(shù)相關(guān)的疼痛，并允許在不需要全身麻醉的情況下進(jìn)行ESWL。由于病灶區(qū)域較小，在呼吸運(yùn)動(dòng)過程中，較少的電擊波沒能成功地傳遞到結(jié)石上，而是沉積到周圍組織中。為了克服沖擊波聚焦較小的狀態(tài)，制造商增加了輸送的能量。盡管第二代和第三代碎石機(jī)為沖擊波聚焦提供了更高的峰值壓力，但碎石效率提高有限[21]。Neisius等[22]在第三代電磁碎石機(jī)中通過改良的鏡片和更寬的沖擊波聚焦粉碎模型豬的泌尿系統(tǒng)結(jié)石，結(jié)果顯示效果明顯提高。

沖擊波傳輸速率和沖擊波功率一直是ESWL潛在的修改重點(diǎn)，以最大限度地提高結(jié)石破碎程度并將組織損傷降至最低[23]。如果降低了沖擊波傳輸速率，會(huì)導(dǎo)致操作時(shí)間延長，從而限制了每天治療患者的數(shù)量。Kang等[24]的一項(xiàng)Meta分析顯示，沖擊波頻率較低(60～70次電擊/min)時(shí)，治療成功的比值比為2.2～2.7(95%CI：1.3～4.6)。這提示低沖擊波頻率的治療成功率更高，平均電擊減少約500次，手術(shù)時(shí)間減少23 min[25]。除了沖擊波頻率外，該研究還顯示低沖擊波功率對(duì)腎組織有保護(hù)作用，這與Connors等[23]的研究一致。

當(dāng)前，ESWL所使用的結(jié)石成像技術(shù)大多數(shù)仍然依賴于第一代碎石機(jī)引入的原始熒光透視技術(shù)，尚未見有新的成像技術(shù)出現(xiàn)。熒光透視技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括熟悉性、易解性和可靠性，不受患者體型特征的影響。超聲雖然可以實(shí)時(shí)提供結(jié)石成像，并且對(duì)外科醫(yī)生和患者均無輻射傷害，但碎石過程中識(shí)別結(jié)石和追蹤碎石碎片的技術(shù)挑戰(zhàn)限制了超聲在ESWL中的應(yīng)用。然而，超聲與透視的結(jié)合可以提高泌尿系結(jié)石的電擊準(zhǔn)確性。有研究[26]使用LiteMed LM-9200電磁碎石機(jī)和實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)治療1 332例腎結(jié)石患者，結(jié)果顯示采用超聲和透視成像技術(shù)3個(gè)月時(shí)的結(jié)石清除率為80%，僅有1 716次電擊，平均治療時(shí)間為23.8 min。Abid等[27]的研究結(jié)果也顯示，與單純透視相比，使用Sonolith I-sys碎石機(jī)和Visio-Tracking(VT)手持式三維超聲結(jié)石鎖定系統(tǒng)的結(jié)石清除率顯著高于單純透視組。陶榮鎮(zhèn)等[28]在ESWL后利用專業(yè)排石床輔助治療，2周內(nèi)的結(jié)石清除率為88.6%，較未使用排石床的患者可以提高結(jié)石清除率、縮短排石時(shí)間、減輕術(shù)后疼痛等。

2 爆震波碎石術(shù)

當(dāng)前，聚焦技術(shù)正逐漸應(yīng)用于臨床，并引起了人們對(duì)其應(yīng)用于腎結(jié)石治療的濃厚興趣。腎結(jié)石的粉碎是沖擊波產(chǎn)生的直接能量和在結(jié)石表面與內(nèi)部施加應(yīng)力的空化氣泡坍塌所產(chǎn)生的間接能量的產(chǎn)物。傳統(tǒng)的沖擊波碎石術(shù)在4 μm內(nèi)傳遞的正(高振幅壓縮)和負(fù)(低振幅拉伸)能量比率為5 ∶1[29]。相比之下，BWL提供超過0.5 μm 1 ∶1比率的爆震正弦波。爆震波的振幅是標(biāo)準(zhǔn)ESWL的一小部分。對(duì)較低能量振幅的初始研究源于原始的Dornier HM-3碎石機(jī)將壓力振幅相對(duì)較低的電擊傳遞到更廣泛的焦點(diǎn)區(qū)域，低振幅沖擊被認(rèn)為可以減少空化過程中產(chǎn)生的過多氣泡[30]，通過最大限度地減少過多氣泡的產(chǎn)生，BWL極大地提高了傳遞沖擊波的效率，且BWL特有的單次爆發(fā)的低振幅沖擊波在粉碎結(jié)石時(shí)效率更高。

Maxwell等[6]的研究顯示，BWL可以對(duì)人體自然產(chǎn)生的尿酸結(jié)石、鳥糞結(jié)石和胱氨酸結(jié)石有作用。其中，鳥糞結(jié)石的治療時(shí)間為4 s，胱氨酸結(jié)石為21.3 min。當(dāng)結(jié)石暴露于50個(gè)振幅能量為6.5 MPa的正弦波時(shí)，其均會(huì)被粉碎，碎石所需的時(shí)間和碎石后的結(jié)石大小受結(jié)石類型的影響最大。

BWL在豬模型中主要評(píng)估腎損傷的程度，包括局灶性腎小管損傷、顯微鏡下出血、細(xì)胞碎裂和壞死等[30]。麻醉的仰臥豬接受剖腹手術(shù)，然后將BWL治療探頭(裝有170 kHz和335 kHz換能器)直接連接到腎囊，在8個(gè)腎單位的下極區(qū)、中極區(qū)和上極區(qū)以爆震幅度為5.8～8.1 MPa行爆震波碎石，每個(gè)區(qū)域(以3個(gè)沒有暴露的區(qū)域作為對(duì)照)經(jīng)歷了5～21 min的爆震波碎石，碎石期間用B超監(jiān)測組織空化情況。在完成碎石后，將腎臟原位固定，并進(jìn)行MRI檢查和組織形態(tài)計(jì)量學(xué)評(píng)估。研究顯示[31]，BWL治療期間在超聲上看到的組織空化可以很好地預(yù)測組織損傷。沖擊波振幅為6.5 MPa的裝有170 kHz換能器的探頭作用5 min和17 min后，功能性組織損傷百分比最大(分別為2.5%和5.0%)。在所有其他組織損傷的情況下，功能性組織丟失不到0.1%。這比使用HM-3碎石機(jī)的功能性組織丟失低很多。

Zwaschka等[32]研究顯示，BWL可以迅速粉碎人造結(jié)石，但碎片的分散往往會(huì)延遲。先前的研究已經(jīng)顯示，超聲波可以用強(qiáng)烈的低幅度脈沖識(shí)別出結(jié)石[33]。該研究[32]通過335 kHz換能器，在40 Hz頻率下，將與結(jié)石特征相似的人造結(jié)石暴露于峰值壓力為8 MPa的20個(gè)周期的爆震波中，并通過聯(lián)合超聲治療進(jìn)行碎石。而在治療5 min后，單獨(dú)使用BWL，結(jié)石減至2 mm或更細(xì)小碎石的百分比最高。BWL聯(lián)合超聲組的結(jié)石治療效率明顯高于單獨(dú)BWL組。但目前還沒有跡象表明BWL將于何時(shí)投入臨床應(yīng)用。

3 組織碎石術(shù)

組織碎石術(shù)與BWL一樣，均使用聚焦的脈沖超聲能量來粉碎結(jié)石。它是通過在體外用微秒級(jí)的高強(qiáng)度超聲脈沖產(chǎn)生能量微氣泡來摧毀目標(biāo)組織。組織碎石術(shù)在動(dòng)物模型中應(yīng)用于穿孔心臟組織以創(chuàng)建分流，并用于消融良惡性組織病變[34]。組織碎石術(shù)可被視為一種特定類型的高強(qiáng)度聚焦超聲技術(shù)[35]。該技術(shù)需要在液體-組織界面才能有效工作。有研究[36]采用組織碎石術(shù)在質(zhì)量為900 mg、最大直徑為10 mm的石膏石上做實(shí)驗(yàn)，用750 kHz換能器發(fā)出重復(fù)頻率為1 kHz的5個(gè)周期的脈沖，石膏石被粉碎的時(shí)間為5 min，粉碎后平均結(jié)石質(zhì)量為(509±95)mg，減少53.4%，結(jié)石碎片平均直徑為100 μm。在負(fù)壓為19 MPa的條件下，組織碎石術(shù)獲得的最佳結(jié)石侵蝕速率為(85±12)mg/min。盡管初步結(jié)果令人滿意，但組織碎石術(shù)的侵蝕效率是有限的。殘留的空化氣泡在石頭表面停留大約100 ms，保護(hù)了石頭免受隨后的超聲脈沖和進(jìn)一步空化的影響。Duryea等[37]嘗試采用低幅度超聲脈沖去除氣泡，改善了體外結(jié)石侵蝕，然而該技術(shù)隨后的進(jìn)展緩慢，進(jìn)一步的結(jié)果尚待研究。

4 微泡碎石術(shù)

微泡技術(shù)正在成為ESWL的一種潛在輔助技術(shù)。靶向微泡包含具有磷脂表面的全氟碳?xì)庵行?，該磷脂表面可以被修飾以具有結(jié)合結(jié)構(gòu)域。在一項(xiàng)微泡碎石術(shù)應(yīng)用于結(jié)石疾病的研究[38]中，微泡通過對(duì)表面二棕櫚酰磷脂酰膽堿進(jìn)行修飾，可以與雙膦酸鹽結(jié)合成一個(gè)結(jié)構(gòu)域，使得微泡附著在鈣基結(jié)石的表面。在豬的動(dòng)物模型研究[39]中，通過內(nèi)窺鏡植入合成羥基磷灰石和人體結(jié)石來評(píng)估微泡碎石的安全性和有效性。使用5F輸尿管導(dǎo)管，每90 s逆行引入靶向微泡，將輸出(1.2±0.2)MPa的300～1 000 kHz超聲換能器置入，能夠在不到30 min內(nèi)將5 mm的結(jié)石粉碎成2 mm的碎片，且無腎、輸尿管實(shí)質(zhì)和尿路上皮組織的損傷。氣泡空化是微泡技術(shù)粉碎結(jié)石的主要機(jī)制。這些新型體外碎石機(jī)的效率受到每個(gè)沖擊脈沖的侵蝕效率和云空化氣泡的清除率的限制。微泡技術(shù)有可能通過提高泌尿系結(jié)石的侵蝕效率來增強(qiáng)結(jié)石粉碎效率。此外，微泡技術(shù)通過降低外部碎石機(jī)傳遞的能量以提高安全性。

5 展 望

自第一臺(tái)HM-3型沖擊波碎石機(jī)誕生以來，體外碎石術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，逐步向體積小、結(jié)石清除率高、組織損傷小的方向發(fā)展，如焦區(qū)面積、能量和投放率的變化，以及監(jiān)測結(jié)石碎裂的成像方式，均可以極大地改善療效。體外碎石術(shù)正在向輔助設(shè)備發(fā)展，以提高治療的安全性和碎石率，例如微泡技術(shù)、組織碎石術(shù)等。這些技術(shù)為未來臨床上開展床邊治療癥狀性結(jié)石指明了方向。