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冠狀動脈支架的歷史發(fā)展與未來展望

2016-05-23 09:17:40孫鉞綜述肖踐明審校
心血管病學(xué)進(jìn)展 2016年1期
關(guān)鍵詞:未來展望冠心病

孫鉞 綜述 肖踐明 審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟內(nèi)科,云南 昆明650032)

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冠狀動脈支架的歷史發(fā)展與未來展望

孫鉞綜述肖踐明審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟內(nèi)科,云南 昆明650032)

【摘要】心臟冠狀動脈支架是治療冠心病的重要器材。冠狀動脈支架的產(chǎn)生以及發(fā)展顯著影響了臨床對冠心病治療的效果與預(yù)后。現(xiàn)介紹冠狀動脈支架的發(fā)展歷史與未來展望并闡述其對冠心病臨床治療的相關(guān)影響。

【關(guān)鍵詞】冠狀動脈支架;冠心??;未來展望

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病在臨床上簡稱為冠心病,該病的發(fā)病是由于冠狀動脈粥樣硬化使血管腔狹窄或阻塞,和/或因冠狀動脈功能性改變(痙攣)導(dǎo)致心肌缺血缺氧或壞死而引起的心臟病。據(jù)文獻(xiàn)報道,美國全年冠心病死亡人數(shù)達(dá)40萬例,新發(fā)冠心病患者數(shù)達(dá)78.5萬例,在心臟疾病和腦卒中患者每6例死亡即有1例為冠心病[1]。目前中國尚無相關(guān)統(tǒng)計(jì),但有學(xué)者估計(jì)中國心血管病(包括高血壓、冠心病、心力衰竭和腦卒中)患者數(shù)2.3億,其中心肌梗死患者即有200萬[2]。

隨著冠心病被人類不斷認(rèn)識與了解,對于該病的臨床治療也在不停的發(fā)展。世界上第一例經(jīng)皮腔內(nèi)冠狀動脈成形術(shù)(PTCA)在1977年由德國醫(yī)生Anreas Gruentzing實(shí)施,由此開創(chuàng)了介入治療心臟病的新紀(jì)元[3]。隨著PTCA的臨床發(fā)展,冠心病介入治療優(yōu)勢較藥物治療日益彰顯。但單純球囊擴(kuò)張術(shù)后仍有30%~50%再狹窄率,這是由于血管彈性回縮、血管負(fù)性重塑及新生內(nèi)膜過度增生等仍是人們無法解決的難題。到20世紀(jì)80年代初,阿根廷的一位醫(yī)生設(shè)想用支架撐開硬化、狹窄的心臟冠狀動脈以解決PTCA的不足,冠狀動脈支架這一革命性理念隨之出現(xiàn)。之后經(jīng)過無數(shù)的嘗試與探索,美國強(qiáng)生Cordis公司研制并于1994年推出的Palmaz-Schatz支架成為世界上第一個成功的冠狀動脈支架, 很快美國食品和藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)其在美國使用[4]。至今30余年,冠狀動脈支架經(jīng)歷了金屬支架、鍍膜支架、可溶性支架的研制歷程,主要材料為不銹鋼、鎳鈦合金或鈷鉻合金以及可溶性金屬鎂和生物可降解聚合物等。

1金屬裸支架

支架需要一定的軸向柔韌性(flexability),使其可以通過分支角度較大、彎曲迂回、方向不定的冠狀動脈;并且需要一定的硬度來確保支架能抵抗動脈壁的回彈力,使其能撐住已被擴(kuò)開的狹窄動脈內(nèi)腔并使動脈不會回縮。故而如何將冠狀動脈支架做得既韌又硬成為研發(fā)冠狀動脈支架最初的挑戰(zhàn)。當(dāng)支架在血管內(nèi)走形時應(yīng)有較好的射線不透過性,有利于造影時的準(zhǔn)確跟蹤,并且未釋放時有較小的體積利于通過更細(xì)的導(dǎo)管和/或血管。支架釋放后對血管壁的損傷盡量小,從而減小內(nèi)膜增生引起的支架內(nèi)再狹窄(in-stent restenosis,ISR),同時釋放后長度變化要求很小,利于精確釋放。支架置入后利用支架的網(wǎng)孔(cell windows)使其側(cè)支通過性好能保持分支血流通暢。支架材料本身還需要使用壽命長,人體內(nèi)長期保持其性能,耐腐蝕抗血栓并且價格不宜太高,易為患者承受。此外支架置入后要能不影響血管的血流動力學(xué)形態(tài)[5]。支架設(shè)計(jì)工程師在選材和構(gòu)造上,經(jīng)過不懈努力,解決了種種難題,成功地生產(chǎn)出了第一代動脈支架——金屬裸支架(bare-metal stent,BMS)。1986年,Jacques Puel和Ulrich Sigwart醫(yī)師在法國圖盧茲成功實(shí)施了世界上第一例冠狀動脈支架術(shù)。BMS的出現(xiàn)使冠心病臨床治療得到了飛躍的發(fā)展。目前,冠狀動脈內(nèi)支架置入相較單純球囊擴(kuò)張的再狹窄發(fā)生率由40%~50%降低為15%~25%。心臟支架的問世顯然改變了人類對以往冠心病治療的認(rèn)識及手段,它使人類對冠心病的治療又打開了一頁新的篇章。但是由于支架是人體組織之外的異物,從它被置入血管內(nèi)開始,支架對機(jī)體組織細(xì)胞就會產(chǎn)生不同程度的影響,這些影響有物理性質(zhì)的也有化學(xué)相關(guān)的。BMS在血管內(nèi)早期可引起炎癥反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞黏附和增生、支架內(nèi)血栓形成、形成偽內(nèi)膜等。支架長期存留可造成血管慢性損傷、血管中層萎縮、動脈瘤形成以及反應(yīng)性內(nèi)膜增生,最終導(dǎo)致血管再狹窄等問題,又導(dǎo)致支架內(nèi)的再狹窄,最終形成動脈再次狹窄引起冠心病再發(fā)。此外,BMS的長期存留既妨礙血管彈性恢復(fù),也有血栓形成的風(fēng)險,且長期應(yīng)用雙聯(lián)抗血小板藥物易引發(fā)出血并發(fā)癥[6]。

2藥物涂層支架

為了解決第一代支架的遺留問題,更多的研究與實(shí)驗(yàn)在全世界開展。2001年歐洲心臟病學(xué)會上公布了有關(guān)新支架研發(fā)的名為RAVEL的研究結(jié)果,從此開辟了藥物洗脫支架(drug-eluting stents,DES)——第二代支架的新紀(jì)元。隨后出現(xiàn)了一大批各種種類的DES,至今國內(nèi)外不少醫(yī)藥公司都生產(chǎn)出了極具代表性的藥物涂層支架,如:美國Boston公司的TAXUS支架、ACS公司的Xience Ⅴ支架、美國強(qiáng)生公司的CYOHER支架、Medtronic公司的Resolute支架以及國內(nèi)生產(chǎn)的火鳥、樂普、Excell藥物涂層支架等。DES的基本原理是將一些具有抗凝血和/或抗組織細(xì)胞增殖的藥物轉(zhuǎn)載在以往的金屬支架上以期取得對抗ISR的目的,使術(shù)后再狹窄率下降5%~10%。同時,DES的使用極大地減少了ISR的發(fā)生,促進(jìn)了經(jīng)皮冠狀動脈介入技術(shù)在處理復(fù)雜病變時的應(yīng)用和效果。經(jīng)過多年的臨床觀察及隨訪結(jié)果顯示出了DES的顯著優(yōu)勢,其再狹窄發(fā)生率與手術(shù)后血栓并發(fā)癥發(fā)生率和主要心臟不良事件發(fā)生率均在5%以下。與BMS相比, DES除了抗增殖的特性外,其抗炎特性更顯著,可通過抗炎作用來降低再狹窄發(fā)生率[7]。隨著支架載藥及藥物控制釋放技術(shù)的進(jìn)步,DES在機(jī)械支撐病變血管的同時,從支架表面緩慢釋放具有抑制血管平滑肌細(xì)胞增生的藥物,其作用于與支架接觸的血管壁,解決了血管彈性回縮、重塑以及內(nèi)膜的過度增生等問題[8]。目前比較有效的涂層藥物為西羅莫司(sirolimus)和紫杉醇(paclitaxel)。據(jù)統(tǒng)計(jì)美國2003年DES使用率占支架置入患者的28%,2004年就快速增至75%,2005年更高達(dá)91%。那么DES是不是最優(yōu)選擇呢?答案并不樂觀。2006年歐洲心臟病年會上有關(guān)DES置入術(shù)后患者病死率增加的報道引起了廣泛關(guān)注,之后一系列關(guān)于DES安全性的研究進(jìn)一步開展,越來越多的關(guān)于DES的遠(yuǎn)期安全問題被關(guān)注。雖然DES已經(jīng)徹底改變了過去10年介入心臟病學(xué)的實(shí)踐,它的功效從未被質(zhì)疑,但它的安全性卻越來越被關(guān)注,特別是遲發(fā)性血栓的形成。這些對支架安全性的關(guān)注迅速地促使人們增加了對其安全性的研究,特別是致力于改進(jìn)第一代DES[9]。FDA為此也作出聲明,指出采用永久聚合物載體支架治療的患者可能由于支架血栓而導(dǎo)致死亡和心肌梗死的發(fā)生率有較明顯的增加[10]。近年來,更新?lián)Q代后的第二代DES進(jìn)一步改善了經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)的療效和安全性,但I(xiàn)SR的發(fā)生仍難以避免,靶病變再次血運(yùn)重建與晚期支架內(nèi)血栓等問題仍是DES不可否認(rèn)的缺陷[11]。而且,使用永久性金屬支架意味著機(jī)體內(nèi)異物的存在易導(dǎo)致血管炎癥和冠狀動脈新生粥樣硬化發(fā)生,并且堅(jiān)硬的支架本身也存在阻礙血管恢復(fù)舒縮性等問題[12]。

在臨床應(yīng)用中,支架的置入治療還存在諸如醫(yī)學(xué)倫理方面的問題。2009年美國報道了1例70多歲的美國老人在他50多歲的時候因?yàn)楣跔顒用}阻塞導(dǎo)致嚴(yán)重的冠心病,在醫(yī)生的建議下,在他阻塞的冠狀動脈處置入了冠狀動脈支架,很快病情好轉(zhuǎn)出院,幾個月后該患者再次出現(xiàn)冠心病癥狀而就醫(yī),造影后發(fā)現(xiàn)該患者的冠狀動脈又發(fā)生了阻塞,于是再次置入了另一個支架,在之后的10多年里,這位患者病情反反復(fù)復(fù),最后該患者的冠狀動脈里被置入60余個冠狀動脈支架,在最近的一次造影時他的整段冠狀動脈如同塑料吸管一般。這個病例使我們不得不反思,永久性置入冠狀動脈支架治療難道就是一勞永逸的方法嗎?難道就真的是冠心病患者的福音嗎?

3生物可降解支架

回顧冠狀動脈支架走過的歷史,它的發(fā)展從未停歇,因?yàn)樗缤祟愥t(yī)學(xué)其他諸多學(xué)科一般總是難以達(dá)到理想中的完美。自從冠狀動脈支架用于治療冠狀動脈疾病在1980年中期首次被報道后,這種治療方法被廣為開展。從那時起,幾十個公司參與研究開發(fā)新的對抗再狹窄藥物、高分子涂層和新支架制造平臺,這些方面已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。但今天, “理想”的概念面臨挑戰(zhàn)即專注于患者的健康而構(gòu)建新的冠狀動脈支架設(shè)計(jì)是十分困難的[13]。對于冠心病患者來說,如果能將已經(jīng)狹窄或堵塞的血管疏通和重塑,而患者完全康復(fù)后血管內(nèi)又能不留下那些干預(yù)治療的痕跡,那么或許這樣的治療才是最完美的。為此新的探索開始了,基于DES的經(jīng)驗(yàn),新支架的研究已經(jīng)初見端倪。早在1988年完全生物可降解支架(fully biodegradable scaffolds,F(xiàn)BDS)的理念便由Stack等提出,其原理是如同傳統(tǒng)支架一樣能提供足夠的支撐力,而防止靶血管回縮、有效管腔喪失和重構(gòu),而又可以在短期內(nèi)(2~4年)生物降解,這樣就可以避免留下金屬支架,減少甚至消除長時間IRS和晚期支架內(nèi)血栓。到21世紀(jì)初,比利時科學(xué)家報道了這種新型動脈支架在動物實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果。與傳統(tǒng)的支架不同,它成功地在體內(nèi)自行溶解,并被機(jī)體吸收(圖1)[11]。

注:植入后2年部分降解,3年接近完全降解。OCT:光學(xué)相干斷層顯像;病理組織學(xué):蘇木素伊紅染色。

圖1ABSORB BVS 1.0支架在植入豬冠狀動脈后的降解過程

這種新型支架不僅在動脈狹窄時起到了擴(kuò)張并支撐血管的作用。而且當(dāng)急性期過去后支架支撐作用完成,血管重新塑形后它可以溶解、消失,從而避免了支架長期存留引起的不良后果如局部炎癥反應(yīng)等問題。這一研究信息傳出后引起了世界醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注,無數(shù)的科學(xué)家、醫(yī)學(xué)家開始了對這一新型支架的研究,一時間關(guān)于第三代心臟支架的報道如雨后春筍般紛紛出現(xiàn)。經(jīng)過一段時間的研究和探討,目前可以認(rèn)為新型FBDS是心臟介入治療中的又一重大進(jìn)展,為冠狀動脈性心臟病患者帶來新的福音。過去使用傳統(tǒng)的永久性金屬血管內(nèi)支架雖然使明顯狹窄的動脈恢復(fù),但也同時使其掉進(jìn)陷阱。存留在動脈內(nèi)的支架易導(dǎo)致血管炎癥引起晚期再狹窄和支架血栓形成等并發(fā)癥,并阻礙血管的生理功能恢復(fù)。生物可降解支架的出現(xiàn)為克服這些限制提供了無限可能,因?yàn)樗梢蕴峁┡R時支撐作用之后又可以消失,將血管從以往的支架限制中解放出來[14]。FBDS在置入初表現(xiàn)出與BMS相同的機(jī)械支撐力,置入后如同DES一樣能攜帶并釋放抗增殖藥物起到預(yù)防血栓形成及再狹窄作用,最終又能在特定的時間內(nèi)完全降解。這種優(yōu)點(diǎn)明顯減少了晚期及極晚期血栓形成及ISR的風(fēng)險[15]。FBDS有很好的生物相容性無明顯排異反應(yīng),支架置入后明顯降低了血栓形成、新生內(nèi)膜增生等問題的發(fā)生概率,而內(nèi)皮化更完全[16]。

全世界對于各類FBDS的研究廣泛開展,目前生物可降解支架的研究成果按制造材料不同可分為3大類,包括可降解聚合物支架、可降解鎂合金支架、可降解鐵合金支架,這三類支架在生物相容性、聚合物的構(gòu)成和降解時間、抗增殖劑藥物動力學(xué)、力學(xué)支撐性等特點(diǎn)上各有優(yōu)劣[17-18]。目前相關(guān)的研究文獻(xiàn)報道中未發(fā)現(xiàn)哪一類生物可降解支架比其他種類的生物可降解支架更有優(yōu)勢。

3.1生物可降解聚合物支架

生物可降解聚合物目前常用的材料有:聚乳酸、聚羥基乙酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯、聚羥基烷酸酯 (poly-hydro-xyalkanoates)和聚乳酸/聚羥基乙酸共聚物,生物可降解聚合物支架的降解時間及力學(xué)支撐力可根據(jù)材料所占比例進(jìn)行調(diào)控。目前全世界有許多大型醫(yī)藥公司生產(chǎn)出了各有特點(diǎn)的生物可降解聚合物支架,如:美國雅培公司生物可降解支架(bioresorbable vascular scaffold,BVS)、美國 REVA醫(yī)藥公司研發(fā)的多聚碳酸酯(碘化酪氨酸烷基) REVA支架等,但目前生物可降解聚合物支架仍處于臨床研究階段,全世界許多研究中心都參與了相關(guān)研究。從目前現(xiàn)有的研究報道中可見生物可降解聚合物支架在冠心病臨床治療中的療效與安全性是卓越的,但仍需長時間及大樣本的病例隨訪(圖2)[19]。

圖2 第一代和第二代BVS生物可降解冠狀動脈支架

3.2生物可降解鎂合金支架

生物可降解聚合物支架最大的缺點(diǎn)是力學(xué)支撐力不足,雖然可通過改變材料中各聚合物比例來調(diào)整支架的支持性,但到目前為止仍沒有一款支撐力令人滿意的聚合物支架研發(fā)出來,并且生物可降解聚合物在X光透視下很難清楚顯影,這也給支架置入手術(shù)及臨床復(fù)診帶來了一定難度。相較FBDS,生物可降解金屬支架在上述方面更有優(yōu)勢,目前研發(fā)成功的生物可降解金屬支架分為生物可降解鎂合金支架和生物可降解鐵合金支架兩種。

鎂合金支架在體內(nèi)可降解生成鎂離子,作為人體必需微量元素之一的鎂離子對人體無任何傷害性,鎂合金支架自然在置入體內(nèi)后也不會引起排異反應(yīng)等問題,并且其能提供與傳統(tǒng)金屬支架相同的支撐力,在對抗血管回縮力上較FBDS更有優(yōu)勢。但由于鎂為活性較高的金屬,其置入人體3個月內(nèi)就會基本降解完畢。降解速度過快,導(dǎo)致不能提供足夠的徑向支持力,較降解慢得多的FBDS,其更容易導(dǎo)致再狹窄的發(fā)生[20]。目前針對可降解鎂合金支架的研究仍在進(jìn)行,期待通過對其材料成分的比例調(diào)整達(dá)到延長支架的降解時間,獲得期望的支撐效果。

3.3生物可降解鐵合金支架

鐵也是人體必需的微量元素之一,與鎂相比其擁有與鎂相同的無害、無排異等優(yōu)點(diǎn),且鐵的降解速率較鎂更慢,降解時間足夠長,可以達(dá)到期望的血管內(nèi)支撐效果。并且鐵合金支架在力學(xué)支撐力上也更為出色,而且鐵合金擁有更清晰的X光顯影性及核磁共振兼容性,有益于介入手術(shù)時的觀察及術(shù)后復(fù)診需求,同時又能克服傳統(tǒng)金屬支架置入后不能行核磁共振檢查的弊端。目前鐵合金支架仍處于研制階段,從部分文獻(xiàn)報道的動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可見可降解的鐵合金支架的前景廣闊,是未來可降解支架材料類型中極被看好的一種(表1)。

表1 鐵合金支架的動物實(shí)驗(yàn)

雖然可降解支架目前均處于臨床研究當(dāng)中,制造技術(shù)尚不成熟,臨床療效仍需長時間觀察,并且還需要面對諸如機(jī)械性能、支架厚度、降解速度、炎癥反應(yīng)、藥物洗脫速度等問題與挑戰(zhàn),但相信革命性的第三代冠狀動脈支架將會為治療冠心病開辟新的紀(jì)元。

綜上所述,冠狀動脈支架的出現(xiàn)打破了以往對于冠心病治療的限制,隨之衍生出了許多重要且有效的冠心病治療理論及手段,這些成就成為了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療冠心病的基石,直至今天仍廣泛應(yīng)用于臨床治療。伴隨著心臟支架的歷史發(fā)展,冠心病的臨床治療也日新月異。雖然第三代心臟支架仍處于科研探索期,但以目前對于血管內(nèi)可溶性支架的研究報道來看,對于第三代心臟支架應(yīng)用于臨床治療前景是非常樂觀的。BVS已在歐洲、亞太部分地區(qū)和拉丁美洲共30多個國家與地區(qū)正式投入臨床研究。目前正在美國進(jìn)行臨床試驗(yàn),以期獲得美國FDA批準(zhǔn)。近年來許多文獻(xiàn)均報道了針對BVS的臨床試驗(yàn)結(jié)果,表明其在急性冠狀動脈綜合征、冠狀動脈復(fù)雜病變的治療上優(yōu)勢顯著[24-25]。2013 年來自美國經(jīng)導(dǎo)管心血管治療(TCT)會上的相關(guān)報告也十分引人注目。報告中將 Absorb系列試驗(yàn)(FBDS)與 SPIRIT 系列試驗(yàn)(DES)中置入了單個3.0 mm×18 mm Xience Ⅴ 支架的患者進(jìn)行傾向性數(shù)據(jù)匹配分析,發(fā)現(xiàn)BVS 的安全性和近期臨床療效與市場上最好的 DES 相似,長達(dá)4年的臨床療效觀察中BVS則好過DES;同時發(fā)現(xiàn),BVS對糖尿病患者的安全性及臨床療效與市場上最好的 DES 相似 ;此外還驚喜地發(fā)現(xiàn) ,使用BVS 的患者術(shù)后1 年的心絞痛發(fā)病率明顯低于Xience Ⅴ支架,這是BVS的一個獨(dú)特優(yōu)勢[26]。2013年8月5日由復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院導(dǎo)管室成功完成國內(nèi)首例BVS置入術(shù),拉開了國內(nèi)ABSORB China RCT臨床研究的序幕,該研究計(jì)劃入選50例患者,平均隨訪5年,這將為BVS在中國的應(yīng)用提供更多的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)[27]。心臟支架的未來發(fā)展或許將會引起另一場臨床心血管病治療的革命,為無數(shù)冠心病患者造福。從長遠(yuǎn)來看,研制生物可降解、具有更高生物相容性和組織整合性的血管支架材料已經(jīng)成為血管支架材料發(fā)展的未來趨勢,尤其是具有能抑制平滑肌增生和促進(jìn)內(nèi)皮化生物特性的可吸收支架將是未來理想冠狀動脈支架的標(biāo)準(zhǔn)。

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Historical Development and Future Prospects of Coronary Artery Stents

SUN Yue, XIAO Jianming

(DepartmentofCardiology,TheFirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650032,Yunnan,China)

【Abstract】Heart coronary artery stents is important equipment for the treatment of coronary heart disease. The production and development of coronary artery stent significantly influence the clinical effect and prognosis of coronary heart disease treatment. This paper introduces the development history and future outlook of coronary stents and its related impact on the clinical treatment of coronary heart disease.

【Key words】Coronary artery stents; Coronary heart disease; Perspectives

收稿日期:2015-06-30修回日期:2015-10-20

【中圖分類號】R541.4;R318.1

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2016.01.007

作者簡介:孫鉞(1987—),在讀碩士,主要從事冠心病介入治療研究。Email:85764189@qq.com通信作者:肖踐明(1959—),主任醫(yī)師,教授,碩士研究生導(dǎo)師,碩士,主要從事冠心病介入診療研究。Email: jianmingxiao@163.com

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