Coraz bliżej nowej nieinwazyjnej terapii przeciwdziałającej zawałowi serca?

Już wcześniej obserwowano, że wibracje o małej częstotliwości pomagają usuwać zakrzepy krwi w układach cewnikowych, a także pobudzają krążenie wieńcowe, jeśli zostaną dostarczone sercu w fazie rozkurczu. W omawianej publikacji naukowcy z Ahof Biophysical Systems i In-Vitro Labs (Kanada) pokazali ponadto, że wibracje perkusyjne o małej częstotliwości (50 Hz) sprzyjają rozpuszczaniu skrzepów w naczyniach imitujących naczynia wieńcowe, znajdujące się pod barierą mięsną imitującą klatkę piersiową. W terapii zawału serca najlepsze efekty dają często techniki inwazyjne, jak balonikowanie i zakładanie stentów, jednak nie zawsze jest to możliwe do przeprowadzenia w odpowiednim czasie i miejscu, a bezzwłoczne i pełne przywrócenie prawidłowego przepływu krwi w niedrożnej tętnicy jest głównym wyznacznikiem ewentualnego sukcesu klinicznego. Dlatego stosuje się alternatywnie nieinwazyjną terapię trombolityczną, aczkolwiek terapia ta przynosi stosunkowo niską częstość całkowitej reperfuzji i obarczona jest ryzykiem krwotoków. Wynika z tego ogromna potrzeba doskonalenia technik nieinwazyjnych przywracających prawidłowe krążenie po zawale.

Biorąc pod uwagę wcześniejsze doniesienia o pozytywnym wpływie wibracji na rozpuszczanie skrzepów i pobudzanie krążenia wieńcowego, celem omawianych badań było przetestowanie w prostym modelu wpływu wibracji perkusyjnych na zakrzepnięte naczynia podobne do naczyń wieńcowych, umieszczone pod mięsną barierą imitującą klatkę piersiową. Wibracje testowano w połączeniu z heparyną lub heparyną i streptokinazą (środki przeciwzakrzepowe), aby zbliżyć się do scenariusza klinicznego terapii zawału serca.

• Wibracje w połączeniu z heparyną i streptokinazą obniżały masy skrzepów o ok. 51%, przy czym heparyna ze streptokinazą, ale bez wibracji, odpowiadała za ok. 3% spadek masy skrzepu.
• Kanały w pełni blokowane skrzepem zostały udrożnione na całej długości skrzepu we wszystkich 16 próbkach poddanych wibracjom. W pełni drożne kanały obserwowano po 15 i 20 min podawania wibracji w grupie z heparyną oraz już po 5 i 10 min w grupie z heparyną i streptokinazą. Proces ten nie zachodził w próbkach kontrolnych.
• Pod wpływem wibracji tylko 1 skrzep uległ fragmentacji, modelując ryzyko zatoru w dalszym przebiegu naczyń. Efekt ten nie był różny w sposób statystycznie istotny od grupy kontrolnej.

Opracowano na podstawie:

Diastolic timed Vibro-Percussion at 50 Hz delivered across a chest wall sized meat barrier enhances clot dissolution and remotely administered Streptokinase effectiveness in an in-vitro model of acute coronary thrombosis. Hoffmann A, Gill H. Thromb J. 2012 Nov 12;10(1):23.

Badana populacja

Badano skrzepy krwi. Pochodziły one od zdrowego mężczyzny (46 lat) lub kobiety (50 lat), autorów badania. Wśród skrzepów wyodrębniono 2 grupy badane oraz 2 kontrolne. Pierwszą grupę badaną stanowiło 8 skrzepów umieszczonych w heparynizowanej soli fizjologicznej (HS), drugą – kolejne 8 skrzepów umieszczonych w HS z dodatkiem streptokinazy (HS + SK). Grupy badane poddano wibracjom. Grupy kontrolne stanowiły kolejne skrzepy, które umieszczono analogicznie w HS (n = 8) lub HS + SK (n = 8). Na skrzepy grupy kontrolnej nie działano wibracjami.

Procedura badania

Fragment skrzepu odpowiednio przygotowywano i mierzono (masa, rozmiary) oraz umieszczano w przewodzie o średnicy 4 mm, imitującym nasierdziową tętnicę wieńcową. Przewód wypełniano HS (1000 jednostek heparyny w podłączonym 500 ml worku z 0,9% NaCl) i wzbudzano ruch płynu, imitując pracę serca (120/80 mm Hg, ~ 60 bpm). Skrzep tworzył w osi podłużnej przewodu kilkucentymetrowe wypełnienie pełne, tzn. nieprzepuszczalne dla płynu. Heparynę dodawano, aby zapobiec tworzeniu się wtórnych skrzepów po ewentualnej dezintegracji pierwotnego, a także by bardziej zbliżyć się do warunków terapii antykoagulacyjnej, standardowego scenariusza klinicznego towarzyszącego terapii zawału serca. Taki sam układ testowano dodatkowo z dodatkiem SK w celu wzmocnienia aktywności heparyny. SK podawano osobno (~15000 IU/100 µm, w objętości 0,5 ml), w odległości ok. 2 cm przed skrzepem, imitując dożylne lub ogólnoustrojowe podanie tego środka trombolitycznego.

Na przewód ze skrzepem nakładano mięso Salami grubości 4 cm (jak w typowym dystansie dzielącym ścianę ludzkiej klatki piersiowej od przedniej powierzchni serca). Płat mięsa owijano przylepcem chirurgicznym Transpore 3M, aby nie zmieniał kształtu podczas podawania wibracji.

Przed i po podaniu trwających 20-min wibracji (lub ich braku) cały układ wraz ze skrzepem szczegółowo fotografowano, zwracając uwagę na stan skrzepu, m in. na jego morfologię czy fragmentację. Ocenie statystycznej poddawano 5 parametrów opisujących stopień dezintegracji skrzepu względem stanu początkowego, jak: masa skrzepu (wynik wyrażano w %), tworzenie drożnych kanałów wzdłuż długiej osi skrzepu (tak lub nie), uzyskanie mobilności lub fragmentacji skrzepu (tak lub nie).

Wykorzystanie wibroterapii w badaniu

Przydzielanie skrzepu do grupy badanej (z wibracjami) lub kontrolnej (bez wibracji) odbywało się w sposób losowy. Roztwór HS pulsował rytmicznie od ~80 mm Hg do ~120 mm Hg, imitując pracę tętnic. Wibracje podawano przez 20 min w sposób przerywany – włączano je i bardzo szybko wyłączano w odstępach 1-sekundowych (metronom), tak aby aktywne były tylko w fazie rozkurczu („diastolic timed”).

Wibracji dostarczało urządzenie masujące Acuvibe HT 1280 generujące wibracje o częstotliwości = 50 Hz i amplitudzie = 4 mm.

Stosowane wibracje były dobrze tolerowane zarówno przez kobiety jak i mężczyzn w badaniach wstępnych. Częstotliwość wibracji wybrano ze względu na wcześniejsze doniesienia o pozytywnym wpływie wibracji perkusyjnych o częstotliwości 50 Hz na akcję serca i krążenie wieńcowe. Ponadto wybrana wartość mieści się w zakresie częstotliwości stosowanych w wibrujących kateterach, jak Trellis 8 Peripheral Infusion System (Bacchus Medical), gdzie stosuje się do 3500 obrotów na minutę, czyli obroty wywołujące mechaniczne oscylacje przewodów katetera o częstotliwości około 58 Hz.

Wyniki

Pulsująca HS, bez SK

Wibracje wpływały na rozpuszczalność skrzepów umieszczonych w HS. Po 20 min inkubacji skrzepów w pulsującej HS, w grupie kontrolnej (bez wibracji) obserwowano minimalny spadek masy skrzepów, tj. średnio o 1,8 ± 1,2%, natomiast w grupie poddanej wibracjom masy skrzepów spadały średnio o 23,0  ± 5,0%. Różnica pomiędzy grupą z wibracjami a kontrolną była statystycznie istotna (p < 0,00000085).

Wibracje wpływały na rozwój w pełni drożnych kanałów w skrzepach umieszczonych w HS. Początkowe skrzepy całkowicie blokowały przepływ płynu w przewodach testowanego układu. Po 20 min inkubacji skrzepów w pulsującej HS, w grupie kontrolnej (bez wibracji) drożne kanały nie utworzyły się w żadnym z 8 skrzepów, natomiast w grupie poddanej wibracjom w 8 na 8 skrzepów utworzyły się w pełni drożne kanały (p < 0,0002). Drożność skrzepów uzyskiwano zwykle w 15 lub 20 min interwencji.

Dwa skrzepy z badanych 8 w grupie poddanej wibracjom uzyskały mobilność i tylko 1 uległ fragmentacji. W grupie kontrolnej żaden z 8 skrzepów nie uzyskał mobilności, ani nie uległ fragmentacji. Porównanie obu grup nie wykazało statystycznej znamienności w mobilności czy fragmentacji (p < 0,5[i] lub p = 1,0 odpowiednio).

Pulsująca HS + SK

Wibracje + SK wpływały na rozpuszczalność skrzepów. Po 20 min inkubacji skrzepów w pulsującej HS + SK, w grupie kontrolnej (bez wibracji) obserwowano minimalny spadek masy skrzepów, tj. średnio o 3,0 ± 1,5%, natomiast w grupie poddanej wibracjom masy skrzepów spadały średnio o 51,0 ± 4,6%. Różnica pomiędzy grupą wibracyjną a kontrolną była statystycznie istotna (p < 0,00000098).

Wibracje + SK wpływały na rozwój w pełni drożnych kanałów w skrzepie. Początkowe skrzepy całkowicie blokowały przepływ płynu w przewodach testowanego układu. Po 20 min inkubacji skrzepów w pulsującej HS + SK, w grupie kontrolnej (bez wibracji) drożne kanały nie utworzyły się w żadnym z 8 skrzepów, natomiast w grupie poddanej wibracjom w 8 na 8 skrzepów utworzyły się w pełni drożne kanały (p < 0,0002). Drożność skrzepów uzyskiwano zwykle w pierwszych 5 lub 10 min interwencji.

W grupie kontrolnej nie obserwowano mobilności, ani fragmentacji skrzepu w żadnej próbce, natomiast w grupie poddawanej wibracjom mobilność uzyskał 1 z 8 skrzepów, zaś fragmentacji nie odnotowano (0 na 8). Różnice pomiędzy grupą badaną a kontrolną nie były znamienne statystycznie (p = 1,0 w obu przypadkach).

Komentarz

Przedstawiany eksperyment dowiódł, że wibracje perkusyjne (50 Hz, ~4,0 mm) podawane cyklicznie, tj. tylko w fazie rozkurczowej, działające przez barierę mięsną na skrzep krwi w układzie imitującym fragment ludzkiego układu wieńcowego, powodują dezintegrację skrzepu. Efekt ten nasila dodanie środka trombolitycznego. Zauważono, że we wszystkich próbkach skrzepów poddanych wibracjom (wzbogaconych i niewzbogaconych dodaniem SK) utworzone zostały drożne kanały, przy czym nie zdarzyło się to w żadnej próbie kontrolnej (skrzepy w pulsującej HS lub HS + SK, bez wibracji). Proces powstawania tych kanałów nasilała SK. Jakkolwiek w pulsującej HS masy skrzepów malały pod wpływem wibracji niezbyt spektakularnie (o 21% bardziej niż w grupie kontrolnej), to, po dodaniu SK, w grupie wibracyjnej osiągnięto aż 48% spadek masy skrzepów względem grupy kontrolnej. Zadziałała tu prawdopodobnie kombinacja czynników wywołujących powstawanie drożnych korytarzy, mianowicie turbulentny przepływ powodowany wibracjami mógł odkrywać większą powierzchnię skrzepu na działanie SK.

Autorzy omawianej pracy obszernie dyskutują otrzymane wyniki w kontekście dotychczasowych odkryć w tej dziedzinie, wskazując na duży potencjał jaki niosą wibracje w terapii zawału serca, jako czynnika wspomagającego terapię trombolityczną. Autorzy wprowadzają nawet termin „terapii wibrynolitycznej” (“Vibrinolytic Therapy”), od kompilacji słów „wibroterapia” i „fibrynolityczny” (rozpuszczający skrzepy krwi).

Autorzy przytaczają ponadto szereg ograniczeń cechujących ich badania, m. in. zbytnie uproszczenie modelu klatki piersiowej, przez który podawano wibracje do, również zbyt uproszczonego, modelu tętnicy wieńcowej. Taki schemat eksperymentalny tłumaczy wstępny charakter badań – gdyby wykazały brak pozytywnego wpływu wibracji na dezintegrację skrzepów, zapewne nie zachęcałyby do dalszych, bardziej złożonych i kosztownych badań w kierunku klinicznym. Przy czym autorzy zaznaczają, że Koiwa i współpracownicy obserwowali penetrację wibracji perkusyjnych o podobnych parametrach (a nawet przy mniejszej amplitudzie = 2 mm) z ludzkiej klatki piersiowej do serca już ok. 20 lat wcześniej.

Ponadto, ponieważ nie badano tutaj większego systemu naczyń, nie wiadomo czy obserwowana dezintegracja skrzepów nie wpłynęłaby na ryzyko wtórnych okluzji. Oderwanie się fragmentu skrzepu i powstanie wtórnej skrzepliny w przebiegu naczyń układu krwionośnego mogłoby być groźnym następstwem/ efektem ubocznym terapii wibrynolitycznej. Jednak autorzy zwracają uwagę na małe prawdopodobieństwo takiego scenariusza, jako że wykryli tylko 1 przypadek fragmentacji na 16 skrzepów poddanych działaniu wibracji, mimo znacznego zmniejszenia masy ich wszystkich. Na dodatek testy statystyczne wykazały, że różnice w występowaniu fragmentacji pomiędzy grupami kontrolnymi, a poddanymi wibracjom nie były znamienne. Niemniej należy podkreślić, że wywoływanie przez wibracje turbulentnego przepływu krwi, tak dobrze sprawdzającego się w interakcji z środkami trombolitycznymi w dezintegracji/ rozpuszczaniu skrzepu, niesie potencjalne niebezpieczeństwo fragmentacji skrzepów i wymaga dalszych badań. Należy jednak również zauważyć, że obecnie stosowana terapia trombolityczna – podanie środków przeciwzakrzepowych – sama również niesie za sobą ryzyko powstania wtórnych zakrzepów (skonsultowano kardiochirurgicznie).

Przyszłe badania powinny skupiać się również na dokładniejszych oraz pełniejszych modelach testowanych układów, jak i na dalszym testowaniu różnych parametrów wibracji. Dobór częstotliwości stosowanej w omawianej pracy poparty był szeregiem publikacji i został przez autorów rzetelnie przedyskutowany. Wydaje się, że istnieją parametry wibracji, takie jak częstotliwość, którymi można wprawić skrzep krwi w naturalnym układzie w odpowiedni rezonans i uzyskać efektywną i bezpieczną dezintegrację skrzepu, niepowodującą fragmentacji.

Ponadto należy zauważyć, że do fragmentacji skrzepu doszło jedynie w 1 przypadku, w grupie HS + wibracje. W grupie HS + SK + wibracje nie obserwowano fragmentacji, zatem rozwadze należy poddać również stosowanie odpowiedniego środka trombolitycznego w proponowanej eksperymentalnej „terapii wibrynolitycznej”. Być może bardziej „agresywnego”, który, dzięki interakcji z turbulentnym przepływem wywołanym wibracjami, mógłby być podawany w mniejszych dawkach, niwelując ryzyko często spotykanych powikłań obecnej trombolitycznej terapii nieinwazyjnej – ryzyko krwotoków.

Więcej w:

[i] W przedstawianych analizach poziom istotności statystycznej przyjęto, standardowo, dla wartości p < 0,05. W tym przypadku w oryginalnej pracy podano wartość p < 0,5, twierdząc, że świadczy ona o braku różnic. Nie wiadomo jednak, jak bardzo p jest tu mniejsze od 0,5, zapewne chodziło o wartość p bliską 0,5 lub p > 0,5.