摘要：Rola P, Włodarczak A, Barycki M, Doroszko A. Use of the Shock Wave Therapy in Basic Research and Clinical Applications-From Bench

Rola P, Włodarczak A, Barycki M, Doroszko A. Use of the Shock Wave Therapy in Basic Research and Clinical Applications-From Bench to Bedsite. Biomedicines. 2022 Feb 28;10(3):568. doi: 10.3390/biomedicines10030568. PMID: 35327369; PMCID: PMC8944950.

冲击波 (SW) 是通过携带能量的介质传播的声学扰动。这些特定的声波脉冲由两个阶段组成：高正压、上升时间 。最初，冲击波作为碎石疗法的一部分引入临床实践，重点是破坏体内的钙化沉积物。从那时起，冲击波疗法（SWT）已经远远超出了与破坏肾结石相关的最初应用。在这篇叙述性综述中，我们介绍了 SWT 的基本临床应用以及临床实践中的潜在治疗应用。

冲击波 (SW) 是具有独特物理特性的声波脉冲 - 高正压、上升时间

2. 冲击波的物理基础

冲击波是通过携带能量的介质传播的声扰动，由两个阶段组成：首先，伴随着−6dB 的小脉冲宽度的近乎瞬时跳跃到高峰值正压，甚至高达 100 MPa (500 bar)，但更常见的是大约 50 至 80 MPa。在持续时间小于10 ns的压力快速上升后，出现由几微秒持续时间的张力波引起的衍射组成的第二相[ 2,3,4 ]。冲击波可以在很宽的频率范围内发生。

根据应用方法的不同，冲击波疗法可分为体内疗法和体外疗法。临床实践中使用的绝大多数应用都涉及体外 SWT。ESWT 分为三种基本类型：聚焦冲击波疗法 (f SWT)、径向冲击波疗法 (r SWT) 和平面冲击波疗法 (p SWT)。最近，聚焦和径向SWT应用最为广泛[ 5 ]。根据SWT提供的能量水平，我们可以将其分为三个基本类别：低能量、中能量和高能量冲击波疗法。对于这些群体之间的界限没有达成共识；然而，大多数研究假设低能量和中能量之间的界限是0.1 mJ/mm 2。中能量和高能量之间的分界点设置为0.28 mJ/mm 2 [ 6 ]。

目前使用三种不同类型的冲击波发生器[ 7,8,9 ]。第一种类型是电液发电机，它使用电极尖端作为点源。尖端之间产生电火花并释放冲击波。这些现象与尖端之间的水的蒸发有关。第二个电磁发生器使用电磁线圈和相对放置的金属膜来释放冲击波。最后一个与压电效应有关——许多压电晶体安装在球面发生器中。外部能量为系统供电并迫使压电晶体收缩，产生冲击波。

如前所述，声波以及特定的子类型冲击波只不过是在携带能量的介质中传播的扰动，而不是永久传输物质；因此，决定不同实体中声波行为的基本物理定律定义了冲击波特性。一方面，声速随着材料（组织）的硬度而增加，但另一方面，它随着密度的增加而减小。当冲击波遇到两个组织之间的边界线时，它可能会传播、消散或反射。在人体中，波所携带的动能根据暴露于冲击波的组织的结构而被吸收。一般来说，SW 在穿过液体和软组织时衰减很弱，不会造成任何伤害或组织损伤。虽然崩解作用集中于坚硬的钙化物体，例如肾结石[2、3、4 ]。

通过冲击波粉碎和崩解钙化结石和结节的能力是SWT的基本临床应用之一。用冲击波破碎石头是由可能单独或同时发生的几种物理现象引起的。首先，冲击波的压力幅度会立即超过石头的压力阻力，导致其因冲击波过渡而损坏。第二种现象与由于石头背面的反射而产生的拉伸波有关。由于矿物质的抗拉强度较低，即使在低振幅下，该附加波也可能导致材料破碎。最后是空化现象。在暴露于波脉冲的石头表面上，正在形成气泡，但是随后，它们的塌陷会产生额外的分解能量，并可能导致局部压力增加至 10 MPa，从而导致表面侵蚀和石材主干中出现额外的微裂纹。2、3、4 ]。图 1显示了冲击波作用导致结石崩解的所有潜在机制。

图 1. 与冲击波作用相关的石材崩解机制。

为了使冲击波降解力达到最高效果，最大能量脉冲应集中在应进行治疗的点上。

冲击波与钙化结构相互作用的物理基础已得到充分探索；然而，冲击波对不同软组织和细胞培养物产生的确切影响尚不完全清楚。冲击波的传播会对细胞培养物以及组织和器官产生生物效应。物理能量转化为生物反应是一个多轨级联过程。在此过程的初始阶段，细胞将声音信号转化为生物反应。各种理论 [ 10 , 11] 关于冲击波疗法的能量如何触发细胞反应已被提出。一种模型假设细胞的机械变形可以导致膜离子通道的激活以及超极化和膜通透性的调节。另一个可能涉及的因素是空化过程。由于冲击波的张力，液体介质中出现气泡。在空化气泡内爆期间，会发出二次冲击波和微射流，导致分子转染增加。所有提到的物理力都通过机械传导途径通过机械感受器转化为生物反应。机械感受器被认为是将 SW 携带的机械能转换为影响细胞和组织活动的生化信号的主要转换点。许多细胞结构都可以发挥机械感受器的作用——细胞外基质蛋白、拉伸激活离子通道、线粒体、细胞骨架成分和细胞与细胞连接受体只是其中的几个例子。9、12 ]。冲击波疗法（SWT）通过刺激各种生物分子（主要是三磷酸腺苷（ATP））的合成来增加细胞活性[ 13 ]。在各种类型的细胞中观察到的 SW 对分子过程的影响已成为设计临床试验的基石。对 SW 和细胞信号通路之间相互作用的完整分析超出了本文的范围；然而，本文的下一部分总结了冲击波技术的实际临床意义及其作用的分子基础。SWT 的基本临床应用如图 2所示。

图 2. 冲击波疗法的基本临床应用。缩写：CAD = 冠状动脉疾病；LVEF = 左心室射血分数。

3. 临床应用

3.1.泌尿科

ShockWave技术在肾结石治疗中的应用已成熟，体外冲击波碎石术（ESWL）成为首选方法。ESWL通过物理作用破坏钙化结构，但其副作用仍受关注。研究表明，ESWL引起的肾损伤与机械性损伤和活性氧（ROS）过量产生有关，但确切机制不明。损伤机制涉及炎症反应和纤维化过程，与ICAM-1、TNF-α、IL-6等炎症因子密切相关。MCP-1和IL-18可能与长期肾损伤有关，但非唯一分子。

NFκB，一种关键的转录因子，与慢性炎症和纤维化疾病的发病机制相关，因为它能促进纤维化基因的转录。ESWL（体外冲击波碎石术）导致的肾损伤涉及ROS（活性氧）和炎症，同时通过激活细胞凋亡信号通路影响细胞活力。此外，ESWL还能激活自噬反应以保护细胞，减少肾小管上皮细胞损伤。自噬的保护作用依赖于Akt/GSK-3β途径的调节，该途径影响氧化应激下的细胞存活。

冲击波疗法（ESWT）除治疗肾结石外，也被用于勃起功能障碍（ED）。证据显示其对不同程度ED患者有效。可能机制包括：李等提出低能量ESWT促进细胞增殖、组织和神经再生、血管生成；雪旺细胞参与神经再支配和nNOS再生，提高p-Erk1/2和p75标记物活性。Qiu等发现nNOS活性增加，推测ESWT可能通过促进NO生成刺激神经再生，改善糖尿病相关ED。

SWT的抗炎镇痛效果在泌尿外科有广泛应用，最新研究显示其对非细菌性前列腺炎具有潜在疗效。王等发现低能冲击波能降低IL-1β、COX-2、caspase-1、NGF和TNF-α等促炎分子。炎症生物标志物活性降低可能是IC/BPS症状改善的关键机制[25, 26]，这一点在CP/CPPS患者的荟萃分析中得到证实[27]。SWT在治疗OAB方面也显示出积极效果[28, 29]。炎症反应减弱、血管生成蛋白表达增强、ErK1/2、P38和Akt蛋白磷酸化升高以及线粒体功能恢复是这些过程的关键因素[30]。SWT还能调节BoNT/A的给药方式和增强递送，常用于膀胱和泌尿道疾病[27, 31]。

3.2.骨科

SW疗法在骨科中主要用于治疗肌腱炎，已获FDA批准用于足底筋膜炎和跟腱疾病。其有效性和安全性得到了随机试验的支持。治疗机制可能涉及改变免疫反应，从M1型巨噬细胞（促炎）转变为M2型（抗炎），促进再生过程和血管生成。动物模型数据证实了ESWT后新血管生成的增加，以及生长和新生血管形成标志物的释放，如VEGF、eNOS、PCNA和BMP-2。

ESWT通过促进血管增殖和直接作用于肌腱细胞来调节免疫反应并加速肌腱病变愈合。维特拉诺等发现ESWT能增强细胞增殖和去分化，Ki67水平上升支持此观点。Han等提出，肌腱病细胞中MMP-1、-2、-13和IL-6水平升高，而ESWT能降低这些表达。ESWT可能通过提高细胞外ATP水平，激活Erk1/2和p38 MAPK信号通路，增强细胞增殖。

治疗肌腱病时，缓解疼痛至关重要。研究指出，ESWT具有镇痛效果，可能通过改变P物质和前列腺素E2的组织浓度实现。此外，ESWT还能通过促进润滑素合成改善关节肌腱功能，这一过程涉及调节TGF-b1表达。

ESWL促进骨科组织再生，多项研究显示其能缩短骨愈合时间。尽管具体机制未完全明确，但研究表明冲击波疗法可能通过增加硝基一氧化氮和血管生成因子（VEGF、vWF等）以及减少TGF-β来促进成骨。ESWT还保护软骨，增强II型胶原蛋白合成及VEGF、BMP-2和骨钙素水平。

3.3.心脏病学

缩写内容：动物模型和人体实验表明，冲击波疗法（SWT）在心脏病学中具有治疗潜力，已被纳入临床实践。西田等发现SWT能改善猪缺血性心肌病模型的心脏功能和局部血流量，与VEGF合成上调相关。Uwatoku等观察到SWT预防缺血性左心室重构的效果。研究多指向血管生成为SWT的作用机制，如LL37激活TLR3增加血管形成。Assmus等发现，在慢性心衰患者中，冠状动脉内注射自体骨髓单核细胞后应用SWT能改善左心室射血分数，可能与SCDF-1和VEGF表达增加有关，而单纯休克疗法无效。

临床研究显示，冲击波疗法（SWT）对慢性难治性心绞痛患者有益。瓦伊纳等发现SWT能改善症状、减轻缺血，减少硝酸盐使用。Chai等提出SWT可能通过促进血管新生和内皮祖细胞活化抗缺血，IL-8和VEGF可能是关键介质。

ShockWave技术适用于严重冠状动脉疾病(CAD)且无法血运重建的患者。尽管经皮冠状动脉介入技术有进展，但严重钙化仍是挑战。Shockwave Medical的冲击波医疗血管内碎石系统提供了解决方案，基于碎石模型，通过脉冲发生球囊导管释放冲击波脉冲。该技术在外周和冠状动脉疾病中有效，但存在潜在副作用，尤其是致心律失常风险。血小板活化增加是合理担忧，但目前无体外或体内模型研究。文献显示冲击波下血小板活化增加导致多种生长因子和细胞因子释放增加。在冠状动脉疾病中，外科血运重建期间尝试使用直接心脏冲击波疗法，动物模型结果有希望，但人类结果未发表。

3.4.皮肤科

冲击波疗法（ESWT）在皮肤科中主要用于促进组织再生。研究表明，ESWT对治疗慢性腿部溃疡有效且安全，尤其是非糖尿病患者。慢性足溃疡病因多样，包括糖尿病和非糖尿病因素。治疗需多学科合作，有时还需替代疗法。王等人的研究显示，ESWT能显著改善皮肤血流灌注，促进血管生成和成骨生长因子的上调。

ESWT在皮肤科的应用不仅限于溃疡。沙登等研究了非聚焦、低能量ESWT对急性或慢性软组织伤口患者的效果，证实其在临床实践中安全有效。SWT的优势包括易操作、微创、低副作用（感染和药物相互作用风险小）及无痛（无需额外麻醉）。

烧伤疤痕可能导致功能和外观问题。菲奥拉蒙蒂等发现冲击波治疗（SW）可改善烧伤后病理性疤痕的外观。Cui等研究了冲击波疗法（ESWT）对人类增生性疤痕成纤维细胞的影响，发现ESWT不影响细胞活力，但减少迁移，抑制TGF-β1、α-SMA、胶原蛋白I、纤连蛋白和twist-1的表达，并增加E-钙粘蛋白表达，减少N-钙粘蛋白表达。他们提出ESWT可能通过抑制上皮-间质转化发挥抗疤痕作用，是烧伤后疤痕治疗的潜在靶点。

3.5.神经病学

中风是致残主因，患者生活质量下降常因痉挛。尽管治疗方法多样，痉挛仍是临床难题。ESWT在神经系统疾病中显示出潜力，尤其在治疗中风后肌肉痉挛方面。研究表明ESWT可改善痉挛肌肉流变特性，机制涉及细胞外基质和纤维化。荟萃分析显示治疗无重大并发症或副作用。PHN和PHI常规治疗不足，需新方法。ESW可能降低PHN和PHI，但机制不明。ESWT也用于腰痛（LBP），一项随机试验显示其对减轻慢性腰痛有长期影响，并可能改善LBP患者姿势摇摆。

冲击波疗法（SWT）因其促进代谢活性和细胞增殖的能力而被用于周围神经再生。研究表明，SWT能显著提升轴突再生和髓鞘化表达，与YAP/TAZ蛋白表达增加相关。此外，SWT的再生和神经保护特性在脊髓损伤模型中发挥作用，涉及TLR3信号传导和VEGF机制。SWT还能激活干细胞，预示着其在再生医学领域的广泛应用潜力。同时，SWT在结构性脊柱疾病如脊柱侧弯中的应用也得到了一些数据支持。

图3总结了冲击波疗法的所有临床应用以及作用机制。

图 3. 冲击波疗法的临床应用及其作用机制。缩写：SW=冲击波；ICAM1 = 细胞内粘附分子 1；TNF-α = 肿瘤坏死因子-α；IL-6=白细胞介素6；ROS = 活性氧；NFκB = 激活 B 的核因子 kappa-轻链增强子；NOS = 一氧化氮合酶；ATP=三磷酸腺苷；TGF = 转化生长因子；MMP = 基质金属蛋白酶；VEGF = 血管内皮生长因子；SCDF = 基质细胞衍生因子；TLR = Toll 样受体；SMA = 平滑肌肌动蛋白；vWF = 血友病因子；BMP = 骨形态发生蛋白；IGF = 胰岛素样生长因子；NO = 一氧化氮；MCP = 单核细胞趋化蛋白。

4. 未来展望

缩写内容：冲击波疗法（SWT）临床应用不断拓展，目前正进行多项新试验，评估其在中度肾衰竭（NCT02515461）、冠状动脉疾病手术（NCT03859466）、前列腺切除术后康复（NCT03862599）、化疗后恢复（NCT05111730）和泌尿道肿瘤治疗（NCT04644835）中的安全性与有效性。这些研究可能为SWT提供新视角。尽管SWT至今未出现严重并发症，但对其安全性的关注仍然存在。SWT能调节细胞增殖和免疫反应，常用于恶性肿瘤患者的康复。未来研究将关注SWT对肿瘤生物学的影响及潜在致癌机制。

5. 结论

冲击波疗法（SWT）自发明以来，已超越了仅用于肾结石治疗的原始用途，现在在临床实践中广泛应用。随着技术进步和成本降低，SWT有望成为治疗多种慢性疾病的有效工具。尽管需要进一步的临床研究来验证其机制和安全性，尤其是关注副作用和体内治疗的安全性，如SIVL-PCI在经皮冠状动脉介入治疗中的应用。

执行：Lya

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来源：医脉通泌尿外科