马正科 何智余 姚亚丽

(1.兰州大学第一临床医学院，甘肃 兰州730000； 2.兰州大学第一医院心脏中心，甘肃 兰州 730000)

自1998年Haïssaguerre等[1]的开创性工作确定肺静脉是诱发心房颤动(房颤)的主要触发因素，并且证实局部射频消融(radiofrequency ablation，RFA)能够消除心房异位起搏点以来，导管消融已被逐步证明是治疗症状性房颤的有效选择。肺静脉隔离(pulmonary vein isolation，PVI)是治疗症状性房颤、提高生活质量导管消融的基石[2-3]。目前RFA或冷冻消融是房颤导管消融最主要的能量形式，但二者均存在不能完全隔离肺静脉的缺点，消融后的电连接被认为是房颤复发的主要因素，研究表明使用冲洗导管进行RFA隔离肺静脉后再通的发生率仍然很高[4-5]。此外，这些消融方法对心肌不具有组织选择性，且依赖导管的贴靠，可能会影响食管、膈神经等邻近结构，因而可能会造成心房食管瘘、肺静脉狭窄和膈神经损伤等并发症。基于此，寻找一种更安全、通用的PVI的方法已成为房颤研究者的使命。脉冲电场消融(pulsed field ablation，PFA)通过不可逆电穿孔(irreversible electroporation，IRE)机制，利用高电压和短持续时间的脉冲序列来造成组织损伤，而不会产生明显的加热[6]。目前研究表明PFA可作为治疗房颤的一种新型非热消融技术。随着PFA在心脏领域研究的不断深入，对于房颤甚至其他心律失常的治疗将具有重要的意义。

1 PFA的房颤之路

1982年Neumann等[7]使用脉冲电场暂时渗透细胞膜，将外来DNA输送到细胞内，由此开启了电穿孔的医学应用之路。2005年Davalos等[8]在论文中提出，IRE在无有害热效应的情况下可独立消融大量的组织，而不需要辅助药物。这为以后用IRE消融肿瘤组织起到里程碑的作用。2007年Lavee等[9]利用IRE在猪心外膜心房消融的结果显示，PFA作为新能源可非常迅速、精确和完全地进行跨壁消融，而无局部加热效应。2011年Wittkampf等[10]首次证明了采用IRE技术电隔离肺静脉的临床前可行性。这为PFA作为一种安全有效的房颤消融方式提供了临床前证据。2014年van Driel等[11]的临床前试验比较了RFA与PFA后肺静脉狭窄情况的研究，3个月的随访后结果显示，PFA相比于RFA不会引起肺静脉狭窄，而RFA组显示出明显的肺静脉狭窄(其比消融前缩小7%±17%)。2018年Reddy等[12]首次将PFA应用于人体房颤消融。目前PFA在心脏自主神经节丛、浦肯野纤维系统和心室内膜上已实现了成功消融[13-16]。这使得PFA在心脏领域的研究又向前迈进了一步，期待更多的研究数据以便指导临床应用。

2 PFA的消融机制

PFA是一种用脉冲电场形成局部高电压差，通过在细胞膜上形成不可逆的纳米级孔隙和细胞内容物的泄露的方式从而破坏细胞膜的稳定性[17]。PFA的理论基础源于电穿孔，是指在外加电场的作用下，利用脉冲发生器发放微秒、纳秒级电脉冲使细胞膜产生不稳定的电位，这样的刺激导致跨膜电位的形成，它可局部克服磷脂双层的介电强度，导致在脂质双层中形成亲水性纳米级的孔隙，从而使细胞膜通透性发生改变。使用更强的电场当超过阈值能量水平引起细胞膜永久通透，破坏细胞内环境稳态，从而导致细胞凋亡，这个过程被称为IRE[18-19]。

然而，目前的一项研究提出了电穿孔可能的新机制。该研究发现在水合程度更高、静电作用更有利于离子进入的电压传感域中，孔洞更有可能发生。电压传感域中的毛孔可扩展成复合孔，这些毛孔会被脂质头基稳定下来。这种复杂的孔隙比传统的脂孔要稳定得多[20]。以上针对PFA消融机制的研究似乎可揭示细胞膜通透性和细胞死亡之间具有正相关性，然而最新一项研究1 μs双相高频IRE脉冲的间期和脉冲之间的延迟(0.5～10 000 μs)对细胞膜通透性及细胞系存活的影响，表明两相脉冲之间较长的间期延迟和脉冲间延迟都会导致较低的细胞存活率(即更有效的细胞杀伤)，而对细胞膜通透性的影响则更加模糊。较低的细胞存活率不一定是较高的膜通透性的结果。这表明膜通透性和细胞存活率之间存在更为复杂的相互作用，表明细胞存活率除了受膜通透性的影响外，还受其他因素的影响[21]。因此，对PFA消融机制的研究仍需大量的工作以便能更好地指导临床实践。

3 PFA的组织选择性

既往研究已表明诱导细胞坏死所需的脉冲强度活力阈值因组织类型而异，心肌细胞是最敏感的组织[22-24]。这就使得利用PFA进行PVI时对邻近组织消融风险降到最低，而传统的RFA和冷冻消融因为是利用热量变化对组织进行消融，依赖于凝固性坏死，就可能对食管、隔神经等周围组织造成损伤。PFA可在消融区域内保持组织基质的完整性，并且不依赖消融导管的贴靠就可实现对组织的消融。正如迄今为止的临床前经验所表明的，有重要的临床前数据支持在食管、膈神经、冠状动脉和肺静脉狭窄情况PFA的安全性[11，16-17，25-28]。

最近Kuroki等[29]回顾性的观察性研究表明，与RFA相比，PFA可显著降低门静脉狭窄的发生率和严重程度。该研究对肺静脉开口的长轴和短轴通过心脏CT扫描重建成三维图像进行定量和定性评价。结果显示PFA组较RFA组肺静脉口直径减小[长轴为(0.9±8.5)% vs (-11.9±16.3)%，P<0.001；短轴为(3.4±12.7)% vs (-12.9±18.5)%，P<0.001)]。在RFA队列中，轻度(30%～49%)、中度(50%～69%)和重度(70%～100%)肺静脉狭窄/狭窄的发生率分别为9.0%(15/166)、1.8%(3/166)和1.2%(2/166)，但在PFA队列中无1例出现(P<0.001)。Stewart等[24]的临床前研究表明PFA与RFA对猪心内膜消融时均可产生边界清楚、表面积相近且无心内膜血栓的跨壁心房病变。2周后进行组织病理学和尸检发现与RFA损伤相比，PFA所致的心壁重构更为均匀；PFA消融术中含有极少孤立的存活心肌细胞。而RFA消融后的炎症反应更强并可延伸至心外膜脂肪、动脉损伤和血栓形成。这一研究结果也同样得到了Koruth等[30]研究的支持，并发现双相PFA损伤比单相PFA和RFA更持久。

在积累了大量的临床前研究的基础上，2018年Reddy等[12]描述了在人类中首次使用PFA治疗房颤，使用心内膜和心外膜递送系统来实现PVI。他们实现了100%的PVI，每个患者的能量传递时间≤1 min，而且无明显的并发症。随后的评估PFA治疗阵发性房颤的安全性和有效性的研究中，纳入IMPULSE和PEFCAT两项试验共81例患者，经过连续的波形改善，PVI的患者在3个月的耐久性从18%提高到100%。中位数120 d的随访中，除1例手术相关的心脏压塞外，无其他主要不良事件发生。随访12个月，87.4%±5.6%的患者无再发心律失常事件[17]。尽管这一研究中位随访时间只有120 d，对远期的PVI预测尚不清楚，但也展示出PFA这种简便且超快速的PVI具有良好的持久性和安全性，尤其对心肌组织具有良好的选择性。

然而，对于持续性或长程持续性房颤，单纯PVI的效果并不显著，需要联合其他消融术式，常见的为线性消融、非肺静脉触发灶消融、基质标测及消融、肾去交感化等[31]。为了弥补PFA不能进行线性消融的缺点，已有动物实验证明利用特制导管(PFA与射频消融可相互转换)可将局灶性PFA持续隔离静脉，形成线状病变，且无并发症。PFA病变未损伤膈神经、血管和食管[32]。目前Reddy等[33]创造性地将脉冲电场和射频两种不同的能源集合在同一导管上进行的人体试验证明了可安全、快速地使用脉冲电场/射频组合的方法消融房颤。该研究将76例患者分为射频/脉冲电场组(40例)或脉冲电场/脉冲电场组(36例)进行消融。结果显示不仅所有患者的PVI 100%完成，而且包括二尖瓣峡部、三尖瓣峡部和左心房顶线在内的线性消融也100%完成。

目前PFA主要是通过直流脉冲发生器实现的，尽管有大量关于PFA的研究，但仍不清楚哪些电场水平、脉冲持续时间、脉冲数量、脉冲频率以及它们的组合，对于获得无热效应或有限副作用的组织特异性死亡是最佳的[34]。在一项较宽的脉冲宽度范围内，电池取向如何影响电穿孔相对于电场方向的研究中，作者观察到纳秒脉冲导致垂直电池的电穿孔增加，而毫秒脉冲导致平行电池的电穿孔增加。相反，几微秒的脉冲对两个方向的细胞的影响程度相同。因此，为了达到最均匀的效果，除了改变电场取向之外，还可使用微秒范围的脉冲。PFA实现PVI时必须实现穿壁消融，沿静脉周向穿透心壁。透壁连续消融的必要性意味着处理相对于电场方向有明显不同取向的细胞，因此，实现均匀的、与细胞方向无关的电穿孔可确保可靠的治疗效率[35]。

4 PFA的非热消融特性

与RFA或冷冻消融相比，PFA不需要导管与组织直接接触达到致命的组织温度就可产生相近的消融结果。PFA通过将组织置于直流电场范围内实现消融，而不必改变受影响组织的温度。PFA利用高电压、短时程的脉冲释放能量，这使消融过程产生焦耳加热的可能性较小。研究指出如果要在1 000 V/cm的幅度下提供100 μs的单个脉冲，则活体组织中必须预期的最大温度升高约为0.36 ℃。对于2 000 V/cm，最大温度升高约为1.44 ℃。考虑到热损伤阈值报告为50 ℃，这种温度升高不太可能对组织产生任何热影响[14]。Reddy等和Stewart等研究表明PFA的传递方式未产生具有临床意义的热量[17，24，36]。

然而，有研究表明PFA在不同的参数设计对温度的发展和分布都有影响[37-38]。目前的一项数学模拟研究发现PFA消融区域出现轻度高温，而在相对较小的区域发生了直接热消融效应[39]。但该实验仅为数学模拟，并未考虑到组织特性、解剖等其他因素的影响，需进行大量的研究以期望随着不断优化的PFA方案，设置最佳理想消融参数，以最小的热效应产生安全有效的消融区域。

5 总结与展望

PFA是基于IRE机制使细胞死亡的新型消融方式，因其具有的组织特异性、非热消融等优点使得其在房颤消融的应用得到关注，人体试验的成功无疑振奋人心，但对于PFA的机制、参数优化设计、非热消融及在持续性房颤等方面仍需不断探索、不断研究，力求让PFA在房颤甚至对于其他心律失常的治疗方面取得更大的突破。