西安市第四军医大学西京医院心脏内科 预防医学系放射医学教研室 程康 王海昌 贾国良 曾桂英

众所周知，冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)是威胁人类健康的常见病、多发病，在我国近年发病率还有上升的趋势。临床上对于冠心病治疗的方法很多，目前主要是介入和扩冠、降脂等药物治疗，但疗效还不十分令人满意。微波作为一种物理因子，在冠心病诊断和治疗中的作用正逐渐引起人们重视，也为冠心病的治疗提供了新的思路。

1.       微波的概念、目前应用领域

微波（频率在300kHz-300GHz之间）是一种非电离辐射，近20年来已广泛应用于工业、军事、医学、通讯和日常生活中。主要研究集中在微波炉（频率为2450 MHz）、移动通讯的一些频率（GSM 954MHz SAR=1.5 W/kg）对生殖、神经系统及肿瘤的影响上。作用于心血管系统的研究最早是由前苏联科学家开展的，但至今数量仍比较少，对作用机理的研究也很匮乏，尤其是分子水平和基因水平方面的变化以及微波临床应用价值方面的文献更是沧海一粟。  

2. 微波的生物学效应

  微波作用于生物体能引起以下两类生物效应：

2.1. 热效应

生物组织中含有许多极性分子及带电离子，在高速交变的微波电场下，极性分子快速转动，带电离子加速移动，与相邻分子相互摩擦及碰撞产生热能，使组织温度升高，最高可达50度以上，并由此而引起一定的生理学和病理学变化，这种作用叫做热效应。其热量不是从其它介质中经传导或对流间接得到的，而是直接从里到外自身发热，故加热均匀、高效快速、不产生焦痂。

2.2. 非热效应

按理论物理学家Flohlich 的看法，即是指电磁场通过使生物体温度升高的热作用以外的方式改变生理、生化过程的效应。非热效应有如下几个特点：非线性、相干性、“窗”特性、协同性、非热特性、阈值特性。

Presman AS等研究认为，电磁场暴露可以导致高血压、心动过缓或心动过速。Chiang和Yee也报道了人类在微波暴露后还有S-T段压低的表现，而且这些改变在接受小于或等于0.2mW/cm2暴露的早期及后期都存在。Lin JC对1-35GHz  0.001-1.0 mW/cm2的连续波研究发现，微波辐照对血容量、脉压、心率、呼吸频率等均有影响。但有些研究者，尤其是西方一些科学家对微波的非热效应持怀疑态度。因此，就目前微波对心血管系统的影响来看，结论比较矛盾，可能与样本量较少及未能全面考虑其它影响因素有关。

3.微波在冠心病治疗中的应用

3.1. 微波针治疗仪

微波针是一种体外微波发生器，主要用于穴位微波辐照治疗。我国现在使用的北京产GIY-I型冠心病治疗仪，输出频率500-900MHz，输出功率0.4-1.5W可调。作用机理是微波辐射能将小量微波束通过内关穴，定量、定向输入人体，产生类似温灸的作用，同时发生热效应、生物学效应和电磁场的场效应等。

方敏等对40例冠心病患者及20例健康人内关穴辐照治疗后，明显改善了冠心病患者血流动力学方面指标，尤其是心脏功率和冠脉循环的有关参数（心脏总功率CWT、左心排指数LCI、心肌耗氧量CMO和冠脉缺血阈值CMR等，P<0.01。左心室有效功率LWE,P< 0.05），但对心肌收缩力和心肌柔顺性参数则无明显影响。

夏玉卿等在对缺血性心肌病患者治疗中发现，该方法能有效缓解心前区疼痛、气短、胸闷、心悸及改善心功能。

另一个试验的28例冠心病患者中，血浆中心房利钠多肽（atrial natriuretic polypeptide, ANP） 100%升高，冠心病治疗有效率85.7%，ECG改善率82.2%[11]，并对各种心律失常有一定的改善。

3.2. 全身微波热疗

微波热疗是指：使用定向和定量的微波发生器，使全身接受一定剂量的微波辐照，利用微波的热效应达到一定的治疗效果。全身热疗多采用麻醉后全身涂热蜡、披热水毯、西门子辐射仓、股静脉体外循环加温和红外辐射仓、热水浴等方法，加温技术虽不同，但加温速率大多在2-3℃/h。

Berry等报道用定量控制的微波辐照进行全身“温热疗法”，可增强冠状动脉的侧枝循环，从而改善心肌缺血；用微波治疗心肌梗塞，发现在镇痛和改善血液循环方面也有一定疗效。

最近关于“热应激” (heat stress, HS)对心脏的保护作用研究比较多。通过热诱导产生的热休克蛋白70（heat shock protein 70,HSP70）等物质可能是心肌细胞对抗缺血及其它损伤的一种内源性保护途径。Arnaud C发现42℃的HS可以增加NOS在梗死心肌中的活性，从而增加NO的生成、释放，对缺血心脏产生保护作用和诱导热应激蛋白的产生。Cornelussen RN等认为HS可以使磷脂降解，从而改善脂质代谢紊乱。Patel HH等发现42℃的HS可以诱导心脏产生HSP72 和HSP90，从而明显减少心梗的面积. Meng X等研究认为，HSP72可能是通过减少TNF-α的生成，产生保护缺血心肌，促进心脏功能的恢复的的作用。Joyeux M 等发现去甲肾上腺素在HS中会大量释放，通过调控alpha1肾上腺素能受体诱导HSP72表达，以此诱导心脏延迟保护作用，而肾上腺素受体alpha1A 和 alpha1B亚型还可以直接产生保护缺血心肌的作用。

虽然以上研究都是利用热能进行治疗，但大多没有采用微波作为能源，而微波具有热效应的同时还具有定向性好及非热效应等特点，所以将微波作为热疗能源的研究很有价值，并具有良好的应用前景。

3.3. 局部辐照

局部微波辐照治疗多采用微波仪，对局部进行定量暴露,进而对机体产生各种影响。目前研究采用的微波频率主要有分米波和毫米波两种。

Frenkel’ ID等研究认为兔子心脏和甲状腺局部暴露于分米波（460 MHz, 10 和 120 mW/cm2）后，缺血心肌所有组织缺氧状态缓解、心肌膜正常化、心肌收缩性改善，并降低了甲状腺激素、肾上腺激素和血管舒缓素激肽系统的活性。值得注意的是，10 mW/cm2组对脂质过氧化有额外作用，可以降低血清血脂水平，这点对动脉粥样硬化斑块的消除有特别意义。 Zubkova SM发现分米波可以刺激线粒体呼吸，且在心脏暴露于10 mW/cm2组最明显。

毫米波（59-63GHz）和对照组亚急性心肌梗塞对心肌工作能力、生物电活性、收缩性、活动耐量和微循环的改善说明毫米波辐照对心肌膜有一定的修复作用。

3.4. 微波消融术

冠状动脉硬化性心脏病心肌梗塞后室性心动过速（室速）的治疗一直是临床上十分棘手的问题，此时的室速折返环多位于深层心肌，多有纤维瘢痕组织包裹。射频损伤范围小、深度浅，难于穿透纤维瘢痕,更不易到达参与折返环的心外膜下心肌。因而射频消融成功率低，复发率高；且射频是阻抗加热，其电极接触面深层的组织受热是热传导所致，放电超过10s后电极表面易形成焦痂，而限制能量向周围心肌传递，损伤范围因而受到限制。而微波消融相对而言，是内部加热，它能够使组织温度升高、组织脱水、干燥、产生凝固性坏死，从而阻断传导或消除异位兴奋灶，达到治疗目的；导管周围组织性质（如瘢痕组织）对其能量的传递影响不大，且随微波能量增加、放电时间延长而损伤范围扩大，相对于射频有损伤范围大、均匀、可控性好的优点。因此，微波治疗心肌梗塞后室速有良好的可操作性和成功率。

3.5. 微波球囊血管成形术（microwave balloon angioplasty, MBA）

加热球囊血管成形术（thermal ballo-on angioplasty,TBA）是心脏介入治疗的一类利用热能与球囊扩张结合治疗动脉粥样硬化的特殊球囊，它的能量来源可以是激光、射频和微波中的一种。MBA一般采用3.0mm球囊，球囊中灌注不会吸收微波能量的去离子水进行扩张，并在球囊导管中间腔内装备有同心(外轴0.056cm ，内轴0.022 cm)的热电偶天线，近端与微波发生器相连。输出功率为0-60W，频率为2450MHz，球囊顶端加热轴长约1.5cm。

David L等对28只正常新西兰白兔髂动脉施行MBA，结果显示50℃暴露30s组的血管和空白对照组的血管内膜明显增厚，而中层无明显变化。在80℃暴露30s组的血管中层有广泛的轻度坏死后纤维化，且许多平滑肌细胞消失，血管内膜仅覆盖单层内皮细胞。提示我们内膜与中层的改变与温度峰值相关，而与微波持续时间和球囊扩张压力等因素无关。试验中还发现：内膜增殖与中层损伤呈负相关，提示我们平滑肌选择性的损伤可能对减少血管内膜的增殖有良好的应用前景。虽然多种因素可以影响到再狭窄的进程，但内膜的增殖作用被认为是主要决定因素之一，因此，可以说中层的损伤减少了血管平滑肌细胞的增殖，进而减少再狭窄。

另外一些研究发现，60℃时正常兔子血管胶原产生融合，对中层胶原纤维具有修饰作用。这些作用与平滑肌细胞功能的减退有关，并减少血管的弹性回缩，最终减少再狭窄发生。

Donald T等在动脉粥样硬化模型的新西兰白兔也发现MBA的良好疗效。85℃MBA血管成形术后即刻的管腔直径比普通球囊组（conventional balloon angioplasty, CBA）明显增大，而在70℃时的差异不显著。4周后的血管直径减少在85℃MBA最小，而在70℃MBA和CBA则显著减少（P< 0.05）。同时发现，热量对血管壁的作用决定于能量的形式、峰值温度、能量暴露时间和暴露组织吸收特性。Charles Landau 等证实MBA和CBA对狭窄的长度分别减少了8.0±4.8mm和0.1±7.9mm (P<0.005)，MBA血管成形术成功率17（63%）/27，而CBA为3（16%）/19 （P<0.005）。血管内膜不光滑的消除在MBA为13（76%）/17，而CBA为3（25%）/12 （P<0.02）。治疗导致新的狭窄间没有显著差异。细胞缺失在MBA为8（73%）/11，在CBA为1（17%）/6（P< 0.05）。

MBA在80℃以上时，表现出较少的凝血酶原激活，并减少球囊扩张斑块破裂后的血小板黏附和血栓形成。该作用在其他温度则未能得到证实。

热量对内皮的作用被认为与内皮诱导的收缩和舒张或表面凝血性质的改变有关。在动脉粥样硬化兔子模型，给予60℃，1min，2atm，对肾上腺素收缩反应和对硝酸甘油的舒张反应较好保存下来，说明较好的保护了内皮的功能。

足够的热能产生的焊接作用可以有效解决球囊血管成形术扩张造成的血管内膜的碎片或狭窄。据报道，微波对动脉粥样硬化兔子血管裂开各层的焊接作用发生在80℃至90℃之间。这些血管效应来源于对裂开组织的焊接作用，血栓的裂开和防止弹性组织的弹性回缩。从微波能量对血管壁各层的影响来看，85℃时进行MBA可以更有效的使血栓消退和使血栓凝结收缩、变薄，以此获得管腔的扩大 。但另一个试验结果证实，正常猪冠状动脉经MBA （77.1℃，26s），处理4W后，虽然有严重的平滑肌损伤和中层萎缩，却出现内膜严重增殖，所以还存在部分争议，有待进一步研究。

较高的组织温度可能是焊接裂层的最佳温度；而保持血管扩张、减少弹性回缩可能在较低温度完成；腔内血栓凝结来保护腔的管道通畅也有其特定的温度，所以对血管各层的治疗温度是不一样的。为了准确使用热能，需要有特殊的定位及每个能量形式个性化温度指标。从目前的文献，我们认为85℃的血管成形术即刻和延迟效应都比较强。另外，血管壁的个体成分剂量-反应曲线可以为我们提供与血管成形术相关的温度数据。

目前的介入术面临着急性冠脉闭塞、夹层、急性血栓形成和再狭窄等问题，并由此在一定程度上限制了介入治疗的发展。因此，微波的独特治疗机理就为我们提供了一种解决困绕着临床医生的介入术后各种并发症的新思路，尤其对长病变、弥漫病变、小血管、末梢血管病变和X综合征等目前较难处理的课题更有其独特优势。

4. 微波诊断学进展

近年有人将微波光谱学用于心肌梗塞的诊断。Semenov SY等发现犬心肌梗塞模型心肌不同时间的组织传导系数不同，即电传导性存在时间和病情程度相关性，通过测量传导系数可以反映冠脉血流灌注的减少、缺血和梗塞，进而评估其心肌膜的生理学改变。另一个试验通过测量犬急性心肌缺血和慢性心梗后心肌膜的心肌体积抵抗和含水量变化，绘制病程-心肌重建抵抗和病程-含水量曲线，以此来判断心梗的病程进展、梗塞面积、心肌存活与否等。这些可能成为生理学微波断层成像系统的基础。

电子磁共振(electron paramagnetic resonance，EPR)光谱学目前研制成1-2GHz的微波桥，可测量小于0.4μm的水溶性组织，定量测量正常和缺血心肌中的自由基吸收利用动力学和评价心脏收缩功能，还可以用于估算组织的耗氧量，为我们研究组织自由基的产生和对整个生物体的作用提供了新的方法。

5. 总结

综上所述，微波作为一种物理因子，对生物体作用广泛，对心血管系统的电生理、心功能、脂质代谢等许多生理过程和病理生理过程都有一定影响，在冠心病诊疗中有其独特的应用前景和价值。但目前关于微波对心血管系统作用的文献还比较少，而且集中在热效应上，对非热效应的研究还很匮乏，尤其是分子水平、基因水平方面的变化。期待我们去探索微波的作用机理和特性，开拓微波在心血管疾病临床诊疗和其它领域的应用。