电生理科技前沿：心房颤动的脉冲场消融(下）

心房颤动的脉冲场消融

摘要

导管消融术（CA） 已成为心房颤动 （AF） 患者维持窦性心律的主要治疗方法，肺静脉隔离术 （PVI） 是最常用的治疗方法。虽然已经对几种能量源进行了很多研究（包括射频，冷冻和激光），但这些能量源并非没有安全问题，并且在许多情况下，消融有效性取决于术者的经验水平。脉冲场消融（PFA）是一种新型能量源，是通过高压电脉冲用于在细胞膜间产生极化（即电穿孔）导致细胞死亡。产生不可逆电穿孔所需的能量值主要取决于施加的心肌组织。因此，只针对心房心肌消融的定制化方案是可以实现的，且不损伤毗邻组织在理论上也是可行的，这样相应地也提高了手术安全性。虽然缺乏大规模的临床试验，但目前的临床证据已经证明，PFA在实现持久的PVI方面具有显著的有效性，且没有与消融相关的不良事件。

电生理科技前沿：心房颤动的脉冲场消融(上）

脉冲场消融术（PFA）治疗房颤：预临床和临床研究

- 脉冲场消融术治疗持续性房颤 

最近，Reddy等研究了PFA在持续性心房颤动患者中的临床应用。他们在一项在25名患者的研究中进行了PVI，后壁隔离（PWI）和三尖瓣峡部（CTI）消融。在通过上述技术成功实现PV电隔离后，使用 Farawave PFA 导管或常规多电极导管创建LA的电压图。PWI是将一个12F的花瓣型导管，每条边上有4个电极（Farawave，Farapulse Inc.，Menlo Park，CA）  以重叠方式放置在PW上。PFA使用双相波从所有电极传输，每次应用范围在1600至2000V之间，中位PFA时间为22 min。在此之后，使用专用的标测导管进行电压标测和最终损伤检测，最后平均 PWI消融时间为10分钟，每个患者的消融点中位数为7。

CTI 是在 13 名患者中使用局灶性 PFA 导管消融的。  总而言之，导管的椭圆形和球形的可变形组合用于最大化导管和心脏组织之间的接触。能量输出范围在1600-1800 V之间，所有患者在平均消融6个点后后均达到急性双向阻滞，平均消融时间为9分钟。两个半月后，所有患者都接受了重新标测手术，以评估病变的持久性。PVI，PWI和CTI在96%，100%和100%的病例中仍然实现隔离或阻滞。此外，尽管在3名患者中注意到局部瘢痕消退（即没有激动电压的PW面积减少），但所有PW仍然保持隔离。这些发现表明，PFA可能是持续性心房颤动中PVI，PWI和CTI的安全有效的消融策略，至少在短期内具有良好的结果。

 对毗邻结构的损伤（图 4）

迄今为止，关于不可逆电穿孔的预临床研究已经评估了对膈神经、冠状动脉、食管和主动脉的损伤。进一步的预临床研究已经评估了浦氏纤维和神经节丛等毗邻结构。此外，肺静脉狭窄已在临床和预临床试验中均有详细研究。

图 4. RFA在某些情况下会导致心肌中不太可预测的损伤，从而保留心内膜或心外膜表面。（A & B）射频能量源引起显著的炎症，从而排除形成透壁损伤。PFA产生均匀的透壁损伤（心内膜/心外膜）（C&D）。图片由  美敦力公司提供

膈神经： 神经结构IRE常用参考文献是 Li等人贡献的，他们证实了将过高的场强（3800 V / cm的10平方脉冲）直接施加到大鼠坐骨神经后，这些神经在7-10周后退化了。然而，这并不表明这种神经的IRE阈值为3800 V / cm。作者指出，当应用100μs脉冲波时，这种神经的阈值预计接近600V / cm。相反，所有的神经甚至大量髓鞘也因接受如此高的场强而失效。与此同时，猪心模型发现在右膈神经区域应用200J电穿孔消融术后没有变化。另一项研究（ 在每1500V/cm的距离内使用恒定电压下施加90个脉冲）显示，消融术后14天，在消融位置观察到Wallerian神经退化。因此，在膈神经区域应用PFA时，小心的能量选择很重要。考虑到产生心肌细胞损伤（400 V/cm）和神经损伤（600V/cm）所需的能量之间的差异，这可以通过专用PFA消融仪轻松实现。在动物模型中，右膈神经区域的高输出（高达34 A）PFA导致膈肌收缩的短暂丧失并持续<5分钟。虽然RFA会产生显著的胶原变性并对神经的外部结构造成损害，但电穿孔保留了神经的完整性，从而表明神经轴突再生的潜力。

图 5.  脉冲场消融（PFA）与射频消融（RFA）对毗邻结构的影响。A 和 B 展示了  PFA 应用 （A） 和 RFA （B）在覆盖右膈神经（顶部，标有橙色）的犬上腔静脉中的效果图）。A：即使直接应用 PFA，也没有观察到严重损伤或神经功能受损（上图）。Hematoxylin eosin（HE） 染色图（底部）仅显示右膈神经轻度损伤，表现为轴突片段化稀少伴随较少的卵样孔形成（7周后）。B：RFA应用  1分钟后，观察到神经功能丧失。染色（底部）显示神经结构破坏伴Wallerian退化和大量卵样孔形成（7周后）。C：在  食道上覆的降主动脉中直接应用RFA会导致食管溃疡并形成食管瘘。该动物模型中的PFA对食道没有影响。图片由美敦力提供。

冠状动脉：只有当高剂量能量（10个3500 V/cm2脉冲或>45个1750V/cm脉冲）进入血管平滑肌细胞（VSMC）时，才观察到显著的细胞破坏和介质厚度的减少。朝向动脉壁外侧的细胞受影响更大，即使在高压下，内皮细胞通常也不会显示出损伤。相反，即使使用多达90个脉冲，使用875V/cm2也不会对VSMC造成永久性损伤。这些结果得到了几项研究的证实，其中心外膜电穿孔术后未观察到冠状动脉的永久性损伤，尽管高压电流施加后可能会发生冠状动脉痉挛。一项关于外科电孔装置的早期研究发现，位于心肌病变内的静脉和动脉有隐匿性内皮剥离，但这些组织仍然保持一体。一项关于心内射频消融术和 PFA 之间差异的研究还观察到射频消融时内膜动脉有重构，而PFA 消融时的动脉是健康的，并且大多在正常范围内。该研究还显示， 在RF消融病例中观察到由于血液对流冷却引起的围绕动脉消融点之间的心肌缺损，在PFA消融病例中则没有发现。因此，尽管IRE在冠状动脉和静脉附近三角区消融是安全的且更有效，但Christopoulos 等人发现接受冠状动脉内PFA治疗后的患者会有血管造影或组织病理学确认的冠状动脉狭窄。在有红细胞的情况下，裂变从1100 V / cm开始。根据这个原理，PFA期间预计不会出现明显的溶血效应。

食道：在猪心模型中，PFA应用于覆盖食道的下肺静脉（模拟PVI期间左心房和食道的密切接触）在评估期间不会导致粘膜或外膜变化，与同一组使用RFA的所有猪心模型（4/4）相反，RFA中的一只猪出现了食道瘘。值得注意的是，本研究中的峰值电场强度为700-900 V / cm，这超过了心肌组织中使用的治疗剂量（即400 V / cm）。其他使用PFA直接应用在食道中的研究在解剖学检查中未观察到食管损伤的证据，在组织学检查中仅观察到微小的变化。这些研究与癌症模型中的研究一致，该模型表明食道可以耐受高达3000 V/cm的能量源。RF和PFA应用外科手术的比较表明，双极钳应用RF消融压迫食管壁，破坏上皮层和肌肉层和外膜。相反，即使将极高的电场传输到食道（在电极钳卡齿间距之间电压高达900V），损伤也仅限于肌肉层，而腔内上皮层，即脆弱的肌层粘膜和上皮基底层下方的小平滑肌边缘没有病理变化。在 IMPULSE/PEFCAT试验的联合分析中，接受食管胃十二指肠镜检查的29例患者均无食管损伤。这是一项显著发现，88.9%接受射频PVI治疗的患者在食管胃十二指肠镜检查后显示存在食管损伤。

主动脉：一些研究表明 PFA 之后，在急性心脏磁共振和降主动脉中晚期钆增强心脏磁力反射图像上发现了一些主动脉病变。值得注意的是，在任一研究患者中，主动脉形状均未改变以提示动脉瘤。

图 6.因此，脉冲场消融术有潜力只对靶向心肌组织（A），而不会对毗邻结构或细胞（如红细胞（B）、神经（C）、食道（D）或动脉（E）产生负面影响。

图 7.  灌注射频消融（iRF）应用和脉冲场消融（PFA）对犬模型中肺静脉直径的影响。在肺静脉近端和远端位置进行消融，专门用于产生肺静脉狭窄。iRF一直与肺静脉狭窄相关，当在肺静脉内和肺静脉口进行消融术时，狭窄的风险增加。PFA消融的肺静脉在为期12周的研究过程中保持了其直径，未经处理的对照肺静脉也是如此。图片由美敦力公司提供

不可逆电穿孔阈值：预检查心脏消融的脉冲电场研究发现，与类似部位的射频能量相比，PFA 发放引起的附带损伤减少或者没有。这表明心脏毗邻组织发生不可逆损伤的阈值可能高于心肌组织，但有必要对其他的因素进行更仔细的检查。需要考虑的一个因素是，对于以双极或单极配置释放高电压的心内电极，场强在靠近近端电极附近最大因为它们直接接触于心肌。根据电极配置，电场强度大约会下降电极距离的负平方值。这意味着靠近电极的心肌组织将暴露在最高的场强下，而随着电极的距离增加，电场会大大减弱。在较薄的心肌部位，毗邻组织可能会经历更高的电场强度。无论如何，预临床评估报告PFA消融后很少或没有毗邻组织损伤。

已发表的 IRE在评估心律失常兴趣消融区域阈值文献数量有限。对于包括大型哺乳类动物心房和心室组织、食管组织、膈神经和迷走神经、神经节性丛神经、动脉和胶原性油脂血管的组织只有较少可靠的IRE 阈值报告可以很容易地进行比较。必须记住，IRE阈值可以应用于组织，但必须有包含所有关键因素的比较。电场强度只是因素之一，脉冲宽度、脉冲数和目标组织与电极的偏差同样是阈值测定中的主要因素。更复杂的是，关于非热不可逆电穿孔的大部分早期研究都是使用单相脉冲完成的，其中十个是在小型器皿和实验性心腔中完成的。Rubinsky在2015年对此进行了谴责，他发表了一份起诉书，其中大量早期研究是检查多种隔离的组织类型的IRE阈值，其中一些研究混淆了不可逆电穿孔中电解反应的毒性作用。

Kaminska的一项研究被广泛引用，他证实了心肌组织显示出诱导IRE的最低阈值之一（375-400 V / cm）有利于心房心肌应用。然而，对这项工作的更近距离的阐释表明，许多实验性的方法可能因为无法与人类心房心肌进行比较而使研究结果无效。这些研究中的细胞是从胚胎大鼠心脏培养的无差异H9c2心室心肌母细胞，这些细胞是不可兴奋的，它们的外形因子大致是圆形的，因为与健康收缩性心肌细胞的长宽高比相吻合。除此之外，诸如被分离的悬浮细胞的组织，处理方法和在每个电压水平上施加的五个脉冲（50μs脉冲宽度）的能量传递方法等因素和人心脏IRE研究差异很大。最终这些因素都需要进一步进行系统研究，以更好地了解心脏消融应用不可逆电穿孔技术的安全性。

急性脑损伤事件

多达67%的心房颤动CA患者中描述了无症状脑栓塞（ACE），其定义为影像学检查（即磁共振成像）发现无症状脑损伤。由于PFA与微气泡形成有关（可能是由于电解效应），因此存在  与这些微气泡相关的ACE担心。此外，在IMPULSE/PEFCAT试验中，Reddy等人未在PFA后接受脑部MRI的13/81患者中发现ACE。使用晶状PFA导管，分别在 9.8%  和 5.9%的患者中观察到无症状性脑栓塞事件和静默性脑损伤。虽然这些最初的数字非常鼓舞人心，但还需要进一步大范围的试验。

不确定领域

鉴于最近开发的导管和专用PFA消融仪，PFA PVI后缺乏长期随访。这在PVI的持久性中尤其重要，因为PV再连接是AF复发的主要危险因素。目前，多种具有不同能量施加方案的导管和脉冲发生器正在开发。基于一种设备的研究结果并不适用于其他设备，因此每个设备都必须在特定的临床场景中进行测试，以证明其安全性和有效性。同样需要更大规模的研究来阐明热凝固的理论风险是否对PFA的未来广泛使用构成相关真正的威胁。虽然在PFA施加过程中观察到微气泡，但未检测到脑缺血。

已经证明金属支架可以传导电流，导致周围组织的温度升高。因此，金属支架（例如，对于需要左心耳电隔离的患者中有植入位于回旋支的支架）对手术安全性的影响尚未确定。最后，  应在随机对照试验中确定PFA的安全性和有效性，并将其与其他能源（例如RFA，高功率/短时间RFA，冷冻球囊消融）进行比较。

结论

PFA作为一种新型能源代表了心律失常CA领域的重大进步，与RFA相比具有预期的超高安全性。尽管动物和人类研究已经显示出有希望的结果，但需要更多的研究来确定这种新型能源的长期功效和安全性  。