Devo inserire lo stent o no? È una questione biomeccanica.

Appena vedi il titolo, dici: Cosa? Non è forse il medico ad avere l'ultima parola sulla necessità o meno di inserire uno stent? Che relazione c'è con la biomeccanica?

Cari lettori, non siate ansiosi. Cari lettori, non siate ansiosi! Mantenete la calma, mantenete la calma! Lasciate che ve lo racconti lentamente.

Per prima cosa, diamo un'occhiata a cosa serve la staffa.

1. A cosa serve la staffa?

Sento spesso alcuni giovani ricercatori impegnati nella ricerca scientifica affermare nei loro articoli e relazioni accademiche: "Man mano che gli standard di vita delle persone migliorano, l'incidenza delle malattie cardiovascolari aumenta sempre di più". Sembra davvero imbarazzante! Perché sempre più persone si ammalano nonostante il miglioramento degli standard di vita?

Infatti, l’elevata incidenza delle malattie cardiovascolari è dovuta al fatto che l’aspettativa di vita delle persone si allunga sempre di più e le malattie degenerative come quelle cardiovascolari sono inevitabilmente in aumento. Le malattie degenerative sono generalmente patologie causate dal deterioramento delle funzioni corporee dovuto all'invecchiamento. La cosa più bella del mondo è che tutti invecchieranno e moriranno. Pertanto, l'invecchiamento e il declino fisico sono processi naturali. Più si invecchia, maggiore è il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari.

Quindi, per usare le parole di un "veterano" della ricerca scientifica, la frase precedente potrebbe essere riformulata come "Con l'aumentare dell'aspettativa di vita delle persone, aumenta anche l'incidenza delle malattie cardiovascolari".

Questo è un piccolo prologo. Andiamo al dunque.

Le malattie cardiovascolari sono riconosciute come il "killer numero uno" che minaccia la vita e la salute umana! Tra queste, la cardiopatia ischemica è la più pericolosa (Figura 1), e questa tendenza si sta intensificando e peggiorando.

Figura 1 Classifica delle prime 10 cause di morte nel mondo

In medicina, la cardiopatia ischemica si riferisce alla malattia cardiaca causata dall'aterosclerosi coronarica che restringe o blocca il lume dei vasi sanguigni, oppure allo spasmo dell'arteria coronaria che porta a ischemia miocardica, ipossia o necrosi. "Taglia la testa e prendi la coda": la cardiopatia ischemica è la malattia coronarica aterosclerotica, abbreviata in CHD.

( 1 ) Che cosa è la malattia coronarica?

La forma del cuore è quella di un cono rovesciato, leggermente appiattito nella parte anteriore e posteriore, o per dirla in modo più vivido, il cuore è come una pesca, più o meno delle stesse dimensioni di un pugno umano. Le arterie situate sulla superficie del cuore e che quasi lo circondano sono le arterie che irrorano il cuore e sono chiamate arterie coronarie. Se consideriamo il cuore come un cervello, allora è esattamente in linea con il detto: "la testa del cuore". L'arteria coronaria è come una corona, fissata al "cuore", da cui il suo nome. L'arteria coronaria origina dalla radice dell'aorta e si divide in due rami, l'arteria coronaria sinistra (che a sua volta si divide in arteria circonflessa sinistra e arteria discendente anteriore sinistra) e l'arteria coronaria destra, che corrono lungo la superficie del cuore (Figura 2).

Figura 2 Diagramma schematico della struttura anatomica dell'arteria coronaria

Le arterie coronarie sono le arterie che irrorano il cuore con il sangue e sono anche i canali che trasportano i nutrienti al miocardio. L'irrigazione del miocardio, il "campo cardiaco", richiede due vasi sanguigni, le arterie coronarie sinistra e destra, per trasportare i nutrienti senza problemi. L'arteria coronaria è un canale molto importante, ma è anche un sito ad alto rischio per l'aterosclerosi. Per motivi specifici, si rimanda all'articolo sul mio account pubblico WeChat: "Trent'anni a est, trent'anni a ovest" e al sistema circolatorio sanguigno .

Una volta insorta la malattia coronarica, le placche aterosclerotiche ostruiscono i vasi sanguigni, causando una stenosi vascolare. Di conseguenza, il miocardio perfuso attraverso la rete capillare a valle della stenosi dell'arteria coronaria non riceverà una perfusione sanguigna sufficiente, causando ischemia miocardica, ipossia e necrosi (ad esempio, infarto del miocardio, Figura 3). Il miocardio corrispondente perde la sua funzione di contrazione e rilassamento e il cuore batte naturalmente in modo debole, con conseguenti gravi conseguenze come l'insufficienza cardiaca e la morte improvvisa!

Figura 3 Infarto miocardico causato da malattia coronarica

È come l'irrigazione a goccia nei terreni agricoli. Se la valvola all'ingresso dell'acqua viene abbassata, il flusso d'acqua diminuirà, l'area di irrigazione a valle sarà carente d'acqua e le piantine appassiranno e moriranno (Figura 4).

Figura 4 Diagramma schematico dell'irrigazione a goccia nei terreni agricoli

Da questo possiamo dedurre che la malattia coronarica è davvero mortale! Ciò che è ancora più spaventoso è che la malattia coronarica spesso si manifesta in modo silenzioso; Molti pazienti non avvertono sintomi evidenti, ma una volta che si verifica un infarto del miocardio, muoiono prima ancora di poter raggiungere l'ospedale! ——Me ne sono andato in silenzio, proprio come sei arrivato in silenzio; Ho lasciato questo mondo in un batter d'occhio, senza portare con me un soldo...

( 2 ) A cosa serve la staffa?

Quando i vasi sanguigni si restringono, è come se la riva di un fiume crollasse e la diga si rompesse, bloccando il corso d'acqua.

Il fiume è bloccato, cosa dobbiamo fare? Le strutture a griglia vengono spesso utilizzate in ingegneria per costruire protezioni per le sponde dei fiumi, rafforzarle e mantenerle libere (Figura 5).

Figura 5: Protezione del pendio della sponda del fiume dopo il crollo del fiume

I metodi utilizzati in ingegneria possono quindi essere applicati al trattamento della stenosi e dell'ostruzione vascolare?

La risposta è sì. Gli stent vascolari sfruttano la tecnologia ingegneristica per rimodellare i vasi sanguigni ristretti.

Lo stent vascolare si riferisce al posizionamento di uno stent interno nel segmento stenotico di un vaso sanguigno sulla base della dilatazione del palloncino luminale per raggiungere lo scopo di sostenere il segmento stenotico e occluso del vaso, riducendo la retrazione elastica vascolare e il rimodellamento e mantenendo un flusso sanguigno regolare nel lume (Figura 6).

Figura 6 Processo di rilascio dello stent

Il trattamento interventistico con stent vascolare è un intervento chirurgico minimamente invasivo. Non richiede di "aprire il corpo" come avviene negli interventi chirurgici tradizionali. Invece, viene praticato un "foro per l'ago" nell'arteria superficiale della pelle, dopodiché lo stent viene inserito lungo il vaso sanguigno fino al sito della malattia coronarica. Per questo motivo si parla di intervento coronarico percutaneo (PCI). In parole povere, metti una staffa .

I vasi sanguigni del corpo umano sono i canali naturali che conducono al cuore e la chirurgia interventistica viene eseguita "risalindo" il corso dei vasi sanguigni fino al cuore.

I siti di puntura più comuni sono l'arteria radiale al polso o l'arteria femorale nella parte interna della coscia (Figura 7). Il punto di ingresso dell'ago è l'unica ferita superficiale presente in questa operazione.

Figura 7 Puntura dell'arteria femorale

Dopo aver selezionato il sito di puntura, inserire il filo guida, il catetere e la guaina lungo l'ago di puntura per creare un canale nel vaso sanguigno. Lo stent metallico viene avvolto attorno a un palloncino e compresso fino a ottenere una forma sottile. Lungo il canale, il medico spinge lo stent e il palloncino verso il vaso sanguigno nel sito malato; gonfia il palloncino con una pressione pari a circa 10 volte la pressione atmosferica per espandere lo stent metallico; quindi il palloncino viene depressurizzato e ritirato, lasciando lo stent nel vaso sanguigno (Figura 8).

Figura 8 Intervento di stent

Una volta posizionato, questo tipo di stent mantiene la sua forma e sostiene in modo permanente la zona ristretta. Proprio come la protezione del pendio di un canale fluviale, lo stent vascolare rafforza il canale dei vasi sanguigni ed espande il lume vascolare per rendere il flusso sanguigno regolare, ripristinando così la perfusione sanguigna nel miocardio a valle. I vasi sanguigni ristretti vengono dilatati, proprio come si apre la valvola di ingresso dell'acqua del sistema di irrigazione nella Figura 4, in modo che l'area di irrigazione a valle venga completamente irrigata.

In realtà, il processo descritto sopra è spesso una corsa contro il tempo. Il paziente ha subito un infarto del miocardio ed è in condizioni critiche. Viene portato al pronto soccorso. La chiave per salvargli la vita e la salute è riuscire ad aprire il vaso sanguigno bloccato il più rapidamente possibile. L'intervento di stent ha salvato innumerevoli vite dall'orlo della morte .

I vantaggi dell'inserimento di uno stent coronarico sono la riduzione del trauma e la rapidità del recupero. È adatto ai pazienti affetti da coronaropatia con lesioni relativamente semplici, nonché al trattamento di emergenza dei pazienti con infarto miocardico acuto. Lo svantaggio dell'intervento di stent coronarico è l'elevato rischio di stenosi ricorrente e l'effetto del trattamento è relativamente limitato nei pazienti con coronaropatia grave e complessa.

In ogni caso, l'impianto di stent coronarico è stato ampiamente accettato dai medici e dai pazienti di tutto il mondo per i suoi evidenti vantaggi . Il paziente a cui sono stati impiantati più stent nel corpo è uno statunitense, con un totale di 67 stent. È noto come "Iron Man" nel campo della terapia interventistica con stent.

Dal momento che il trattamento interventistico con stent presenta evidenti vantaggi ed è molto popolare, perché ci sono sempre voci discordanti sui media e voci infondate? Devo inserire lo stent o no?

2. Devo inserire la staffa o no? È una questione biomeccanica.

In questa sede non analizzeremo fattori soggettivi quali le reazioni psicologiche e cognitive dei medici e dei pazienti a questo problema. Analizzeremo solo le questioni essenziali che stanno dietro a tutto questo da una prospettiva scientifica.

I vasi sanguigni si restringono. È necessario posizionare uno stent?

Questa domanda ha il consenso degli esperti e una risposta standard.

La coronarografia e l'ecografia intravascolare (IVUS) sono sempre state considerate il "gold standard" per la diagnosi della malattia coronarica, ma questi due metodi possono eseguire solo una valutazione per immagini del grado di stenosi e non si sa se la stenosi influenzi il flusso sanguigno distale (valutazione funzionale). In altre parole, l'imaging medico viene utilizzato per valutare la gravità della stenosi vascolare, ovvero il tasso di stenosi vascolare viene utilizzato per valutare la stenosi dell'arteria coronaria, che è un metodo di valutazione morfologica . La misura in cui la stenosi influisce sulla perfusione sanguigna del miocardio a valle e la gravità dell'ischemia miocardica vengono valutate mediante metodi di valutazione funzionale .

Utilizzando i dati angiografici è possibile osservare il grado di stenosi vascolare. Le lesioni con una stenosi del diametro del 50% sono generalmente considerate come richiedenti una rivascolarizzazione, ovvero il posizionamento di uno stent. Tuttavia, numerosi studi hanno dimostrato che quando il tasso di stenosi angiografica è compreso tra il 50% e il 70%, 1/3 dei pazienti ischemici verrà ignorato e non riceverà stent, ritardando il trattamento e causando eventi avversi. Quando il tasso di stenosi angiografica è superiore al 70%, 1/5 dei pazienti senza ischemia riceveranno stent basandosi esclusivamente sui risultati della diagnosi angiografica, con conseguente sovratrattamento e spreco di risorse mediche. Ciò dimostra che affidarsi esclusivamente agli indicatori morfologici può portare a molte diagnosi errate .

Perché è così? Ciò è dovuto principalmente ai fattori che influenzano l'ischemia miocardica. L'ischemia del miocardio non è correlata solo al grado di stenosi vascolare, ma anche a molti fattori come il rimodellamento miocardico, l'area di perfusione, rami multipli/lesioni multiple e flusso sanguigno miocardico. Ad esempio, se è presente una lesione con un elevato tasso di stenosi ma il miocardio a valle non è ischemico, ciò potrebbe essere dovuto all'esistenza di una circolazione collaterale, che compensa la bassa perfusione della lesione stenotica (vale a dire, altri vasi sanguigni adiacenti alla lesione stenotica forniscono perfusione sanguigna al miocardio a valle della stenosi); se il miocardio a valle di una lesione con una piccola stenosi è ischemico, ciò può essere causato da disturbi della microcircolazione del tessuto miocardico. Pertanto, non è possibile stabilire se posizionare uno stent basandosi esclusivamente sugli indicatori morfologici del tasso di stenosi .

Ovviamente, da un punto di vista puramente intuitivo, il metodo di valutazione funzionale dovrebbe essere più oggettivo .

La frazione di riserva del flusso sanguigno dell'arteria coronaria (FFR) è diventata un indicatore riconosciuto per la valutazione funzionale della stenosi dell'arteria coronaria e attualmente rappresenta il " gold standard " per la valutazione dell'ischemia miocardica.

( 1 ) Che cosa è FFR ?

FFR si riferisce al rapporto tra il flusso sanguigno massimo Qsmax che può essere ottenuto nell'area miocardica irrorata dall'arteria coronaria quando è presente una stenosi nell'arteria coronaria e il flusso sanguigno massimo QNmax che può essere ottenuto nella stessa area in circostanze normali senza stenosi: FFR=Qsmax/QNmax.

Questa definizione è rigorosa in teoria, ma non realizzabile nella pratica. È impossibile che una sezione dell'arteria coronaria di un soggetto sia allo stesso tempo malata e stenotica e normale e non stenotica, quindi le portate Qsmax e QNmax non possono essere misurate contemporaneamente.

Nella pratica clinica, il metodo di misurazione e calcolo della FFR effettivamente utilizzato è il rapporto tra la pressione Pd a valle della stenosi dell'arteria coronaria e la pressione Pa a monte della stenosi: FFR=Pd/Pa. Ciò semplifica l'uso di una guida di pressione per misurare queste due pressioni a monte e a valle della lesione stenotica (Figura 9). Il valore FFR ottenuto in questo modo è approssimativamente uguale al valore FFR definito sopra (il processo di derivazione specifico fa riferimento alla legge di Ohm nella conoscenza dei circuiti, che non verrà spiegata in dettaglio qui). Allo stesso tempo, questa tecnologia è semplice da utilizzare e presenta un'elevata ripetibilità. Pertanto è affidabile, oggettivo e preciso.

Figura 9 Misurazione della pressione mediante guida di pressione a monte e a valle della stenosi

Per le arterie coronarie senza stenosi, il valore teorico di FFR è 1. Per le arterie coronarie con lesioni stenotiche, tutte le lesioni con FFR < 0,75 possono indurre ischemia miocardica; mentre per le lesioni con FFR > 0,80, oltre il 90% non indurrà ischemia miocardica. L'intervento di stent per lesioni con FFR < 0,75 può migliorare significativamente la prognosi a lungo termine del paziente; tuttavia, le lesioni con FFR ≥ 0,75 non possono trarre beneficio dall'intervento di stent. In genere, il valore critico selezionato è FFR=0,75~0,8. Se il valore FFR è maggiore del valore critico (>0,8), significa che la stenosi in questo caso non ha alcuna rilevanza pratica ed è un'indicazione per il trattamento farmacologico, e non è necessario l'inserimento di uno stent. Se il valore FFR è inferiore al valore critico (<0,75), significa che la lesione deve essere trattata e che sono appropriati la rivascolarizzazione e lo stent. FFR=0,75~0,8 è un'area grigia e il medico può decidere se eseguire la rivascolarizzazione in base alle condizioni cliniche del paziente e all'importanza dell'afflusso sanguigno vascolare. Questo è il consenso degli esperti e il "gold standard" della FFR, un indicatore di valutazione funzionale dell'"ischemia miocardica" .

Sarebbe troppo semplicistico affermare che la scelta di posizionare uno stent è una questione biomeccanica, perché la FFR è calcolata dal rapporto di due pressioni!

( 2 ) Lo stent deve essere posizionato o no? Perché è un problema biomeccanico?

Sulla base del metodo di calcolo dell'FFR, analizziamo ulteriormente il significato fisico dell'FFR. Come mostrato nella FIG. 10, secondo la legge di Ohm nella conoscenza dei circuiti, il calcolo dell'FFR può essere espresso come Rm/(Rm+Rs). In questa formula, Rm rappresenta la resistenza microcircolatoria del miocardio perfuso a valle della stenosi; Rs rappresenta la resistenza al flusso sanguigno nella parte stenotica; quindi Rm+Rs rappresenta la resistenza totale.

Figura 10 Il processo di deduzione del significato fisico di FFR

FFR=Rm/(Rm+Rs) serve a calcolare la proporzione della resistenza della microcircolazione rispetto alla resistenza totale; in sostanza fisica, si tratta di confrontare le dimensioni relative della resistenza al flusso stretto e della resistenza alla microcircolazione . Queste due resistenze, da una prospettiva macroscopica, sono legate alla reologia del sangue e all'emodinamica; da una prospettiva microscopica, sono correlati alla convezione, alla diffusione, alla pressione osmotica e alla biomeccanica molecolare cellulare . Se torniamo alla fonte, scopriremo che in ultima analisi è correlato ai "due problemi fondamentali della biomeccanica": relazioni costitutive e relazioni stress-crescita. Mi fermo qui. Gli studenti interessati possono fare riferimento all'articolo "Due questioni fondamentali nella biomeccanica" sul mio account pubblico WeChat. Da ciò si evince che la FFR è effettivamente una questione biomeccanica.

Se FFR<0,75, significa che la resistenza al flusso sanguigno Rs nella parte stenotica contribuisce maggiormente all'ischemia miocardica a valle. In questo momento, ci sarà una grande differenza se posizionare o meno uno stent per trattare la stenosi, quindi il consenso degli esperti è di "posizionare uno stent"; perché dopo il posizionamento dello stent, la resistenza al flusso sanguigno Rs sarà notevolmente ridotta e quindi la FFR potrà essere notevolmente migliorata, il che significa che le condizioni di ischemia miocardica saranno notevolmente migliorate.

Quando FFR=0,8, la resistenza della microcircolazione rappresenta l'80% della resistenza totale, la resistenza della stenosi rappresenta il 20% della resistenza totale e Rs=0,25Rm. In questo caso, la resistenza totale Rs+Rm=1,25Rm. Se il diametro della stenosi aumenta di 1 volta dopo il posizionamento dello stent, allora, secondo la legge di Poisueille, la resistenza al flusso è inversamente proporzionale alla quarta potenza del diametro del tubo. In questo momento, la resistenza alla stenosi è Rs=0,25Rm/16=0,015625Rm. In questo caso, la resistenza totale Rs+Rm=1,015625Rm e la velocità di variazione prima e dopo il posizionamento dello stent è del 18,75%.

Quando FFR=0,6, la resistenza della microcircolazione rappresenta il 60% della resistenza totale, la resistenza della stenosi rappresenta il 40% della resistenza totale e Rs=0,67Rm. In questo caso, la resistenza totale Rs+Rm=1,67Rm. Se il diametro della stenosi aumenta di 1 volta dopo il posizionamento dello stent, la resistenza della stenosi sarà Rs=0,67Rm/16=0,041875Rm. In questo caso, la resistenza totale Rs+Rm=1,041875Rm e la velocità di variazione prima e dopo il posizionamento dello stent è del 37,61%. Ciò è circa il doppio del caso di FFR=0,8 e l'effetto di miglioramento è significativo.

Se FFR>0,8, significa che la resistenza al flusso sanguigno Rs nella parte stenotica non contribuisce molto all'ischemia miocardica a valle. Al momento, non fa molta differenza se posizionare o meno uno stent per trattare la stenosi, quindi il consenso degli esperti è "non posizionare uno stent"; perché dopo il posizionamento dello stent, anche se la resistenza al flusso sanguigno Rs è significativamente ridotta, non si otterrà un aumento significativo della FFR.

Il ragionamento viene spiegato confrontando la dimensione relativa della resistenza al flusso stenotico e la resistenza della microcircolazione. Se l'ischemia miocardica è causata dalla resistenza al flusso stenotico, allora significa che la resistenza al flusso stenotico ha un impatto maggiore sull'ischemia miocardica; in questo momento è necessario il posizionamento di uno stent per trattare la stenosi. Se l'ischemia miocardica non è causata dalla resistenza al flusso stenotico ma dalla resistenza della microcircolazione, allora non ha importanza se viene posizionato o meno uno stent, e il posizionamento dello stent non può risolvere il problema della resistenza della microcircolazione. In altre parole, la "chiave" per aprire la "serratura" dell'ischemia miocardica dovrebbe essere la microcircolazione piuttosto che la stenosi. Altrimenti, significherebbe mettere il carro davanti ai buoi, cercare di catturare un pesce arrampicandosi su un albero, curare i sintomi ma non la causa principale e sopportare le difficoltà senza alcun ringraziamento!

Sarà più facile capirlo se prendiamo come esempio il sistema di irrigazione a goccia della Figura 4. Se il sistema di irrigazione a goccia si guasta perché la valvola non è aperta, allora l'apertura della valvola risolverà ovviamente il problema; se c'è un problema con il sistema di microcircolazione a valle della valvola, allora l'apertura della valvola non servirà a nulla. Questo è il criterio che stabilisce se è necessario aprire ulteriormente la valvola (se posizionare una staffa).

Dopo averlo ripetuto più e più volte, dovresti capire perché diciamo "Mettere o no uno stent? Questo è un problema biomeccanico". Ciò è direttamente correlato all'origine della resistenza che causa l'ischemia miocardica.

Quindi, sorge spontanea la domanda: perché molti interventi di inserimento di stent non misurano la FFR né eseguono una valutazione funzionale, ma utilizzano ancora la tradizionale valutazione morfologica angiografica?

I dati mostrano che il tasso di utilizzo della FFR da parte dei pazienti in tutto il mondo è pari a circa il 6-8%. Nei paesi sviluppati, il metodo FFR è ampiamente utilizzato. Nel Regno Unito il tasso di richiesta è del 18%, mentre negli Stati Uniti raggiunge il 30,8%. Attualmente, il tasso di applicazione dell'FFR in Cina è inferiore all'1%. In Cina il tasso di applicazione dell'FFR non è elevato. Da un lato, ciò è dovuto alla scarsa istruzione del mercato e all'elevata difficoltà operativa; d'altro canto, la guida di pressione FFR è monopolizzata da due grandi aziende estere ed è molto costosa. Il prezzo finale negli ospedali si aggira intorno ai 10.000-20.000 yuan, il che è troppo caro! Naturalmente, ci sono molte altre ragioni complesse, tra cui i desideri soggettivi dei medici e dei pazienti, i tempi di soccorso d'urgenza per i pazienti con infarto miocardico acuto critico, ecc.

3. Riepilogo

La decisione se posizionare o meno uno stent è una questione biomeccanica. Da una prospettiva teorica, per decidere se posizionare o meno uno stent è necessario valutare la dimensione relativa della resistenza al flusso stenotico e della resistenza microcircolatoria. Dal punto di vista della medicina clinica, per decidere se posizionare o meno uno stent è necessario prevedere l'effetto terapeutico dopo il posizionamento dello stent. Le conoscenze di base della biomeccanica e la loro applicazione pratica nella medicina clinica si completano a vicenda. Il nostro obiettivo comune è fornire un trattamento preciso per il bene dell'umanità.

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Devo inserire lo stent o no? È una questione biomeccanica.