高端有源医疗装备技术展|脉冲电场治疗心律失常的发展现状和未来展望

2024-09-05

前言

由高端有源医疗装备技术展知悉，脉冲电场消融因其更好的安全性和不劣于传统消融的有效性，正在迅速成为心律失常消融领域的新选择，短短几年时间，欧洲已积累了超过7万例的Farapulse真实世界案例。近日，Europace新近发表的一篇综述总结了PFA的机制和临床应用进展，强调了其相较于传统消融的潜在优势。

图片来源：医业前沿

概述：

脉冲场消融（PFA）是心脏电生理学领域治疗心律失常的一种创新方法。与射频或冷冻能量产生损伤的基质不同，PFA利用脉冲电场诱导细胞产生不可逆的电穿孔，导致靶组织破坏。这篇最新的综述总结了PFA的生物物理学原理和临床应用，突出了其相对于传统消融方法的潜在优势。讨论了当代PFA器械的临床数据，较好的临床结果和较低的临近损伤。总体而言，这些技术发展推动了当代PFA导管的快速发展。

一、电穿孔原理

当细胞暴露在足够强的电场下时，通过向组织输送高电压电脉冲，会在细胞膜上产生跨膜电压，导致孔的形成、脂质氧化和蛋白质损伤，使细胞膜的通透性增加，包括钠离子和钾离子在内的离子和分子会流入和流出细胞，包括钙离子内流（脑补下心肌细胞除极时的内外离子流动）。与此同时，已知会触发组织免疫反应的DAMP分子会从细胞中泄漏出来。钙离子的流入会触发其他次级过程，如细胞骨架的收缩和解体，并导致ATP耗尽。在膜重新密封后，其导电性仍然比电穿孔前略大。细胞通过触发其修复机制来恢复其稳态，包括热休克蛋白在内的修复机制。细胞死亡取决于电穿孔的强度，可能在暴露于电脉冲后迅速或立即发生，也可能在几小时甚至几天后发生。上述过程可以持续数纳秒至数百微秒，并可持续数小时。

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电穿孔引起的细胞死亡最常归因于三磷酸腺苷（ATP）耗竭、蛋白质损伤，例如离子通道和钙超载，更普遍地归因于细胞稳态的丧失。通过电穿孔进行的心脏消融通常被描述为非热和心脏组织选择性，但也应更客观的看待这些问题，也就是说，如果高压脉冲通过血池中的导管（1500-3000 V）传递到组织，将从发生器中汲取相当大的电流（10-20 A）——一些加热是不可避免的。它将与局部电场和电流密度的乘积成正比，就像射频消融一样：非热性质来自于细胞被电穿孔而不是加热致死的事实，因为电穿孔仅需要微秒甚至更短的时间，在如此短的时间内，无法显着加热组织。然而，如果连续传递多组重复脉冲，则可能会导致局部温度显着升高，并且 PFA 的“非热”特性将消失。值得注意的是，可能位于高电场中的细胞（例如红细胞）也有可能会被电穿孔损伤。

二、PFA的影响因素

大多数脉冲参数是由制造商在系统（脉冲发生器和导管）的开发、测试和优化过程中选择的，并且因 PFA 系统不同而有所差异。这些脉冲参数（电压、脉宽、脉冲数量、间期和脉冲间延迟时间等）可能对有效性和安全性产生深远影响：病变大小、电极/导管击穿风险、气泡形成、温升和潜在热损伤、电弧、气压伤风险和栓塞风险，因此术者通常无法更改，这些参数往往是锁定的。在大多数系统中，操作员几乎没有选择，而且这些选择的范围有限，并且有一些限制。在PFA过程中，只剩下很少的参数可以控制，比如：脉冲的次数、两次放电之间的时间（通常优选较长的时间，以避免由于堆积效应而导致温度升高）和电压（脉冲幅度）等。然而，必须强调的是，影响和风险通常与脉冲参数呈非线性关系，并且许多结果（影响和风险）取决于多个参数。波形和脉冲参数的优化可以被认为是存在相互冲突的多参数优化。

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三、PFA器械发展

许多的PFA导管、设计和发生器正在开发中，并处于各阶段的临床研究中（表2和3以及图4）。由于临床需要，迄今为止大多数导管都被设计用于治疗房性心律失常，但心室消融将在不久的将来成为焦点。简而言之，当代导管可分为（i）环肺静脉隔离工具或（ii）逐点消融器械。在逐点消融器械中，可以使用新颖的具有较大消融范围的专用导管或传统的射频导管，使用PFA作为替代能源。由于该领域的快速发展，无法讨论所有PFA器械，但显示了不同类别的导管和发展阶段（图4）

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四、PFA的未来展望

1、三维PFA

PFA导管与现有三维标测系统的集成有望在不久的将来成为现实。它可以提供更精确的PFA，从而减少gap风险。到目前为止，只有AFFERA™和最近的Varipulse™提供了三维标测功能。Farapulse ™导管与特定三维标测系统的集成正在开发中，预计不久将上市（图5D）。特定软件可提供关于接触、导管显示和消融范围、透壁性和持久性等的信息。

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2、持续性房颤

肺静脉隔离可能是绝大多数阵发性房颤患者唯一需要的策略。初步临床PFA经验表明，持续肺静脉隔离率较高，术者依赖性较低。这可能有助于提高未来的可预测的消融成功率。然而，持续性房颤的消融策略远不成熟，除肺静脉隔离外，尚无共识。目前尚不清楚一种策略是否适用于所有临床情况。脉冲场消融可能有助于了解房颤复发是由于标测还是消融不足所致。重要的是，PFA易于操作且功能强大，因此最佳消融策略是消融更少的区域以恢复窦性心律，PFA目前在后壁、二峡、三峡等领域表现良好，且持久性较好。

PFA提供了更安全、更快速、可能更持久的损伤，在未来可能为探索房颤消融的主要问题提供了机会：

（1）房颤消融中肺静脉隔离后转窦vs.肺静脉隔离无应答者·

阵发性和持续性房颤中肺静脉隔离后转窦的真实的比率是多少？

（2）肺静脉隔离无应答者

最佳消融策略是什么？

线性病变：需要更多的安全性和有效性数据，尤其是二尖瓣峡部（例如，CS内的局灶性PFA）

（3）标准化消融在真实的世界中的表现如何？

（4）与全身麻醉相比，深度镇静的表现如何？

3、和冷冻相比，PFA优势明显

（1）减少组织损伤：通过高压电脉冲靶向特定心脏细胞，PFA技术能够减少对周围健康组织的损害。

（2）更短的手术时间：PFA手术时间较短，这使得医生能够处理更多病例，提高医院的资源利用率。

（3）潜在更高的安全性：临床研究表明，PFA在安全性方面可能优于RFA和冷冻消融，降低了并发症的风险。

4、PFA在小梁区和右心房的应用

在心房消融时，一些非典型折返或局灶性靶点包括小梁化区域，因为复杂的解剖，通常难以使用射频进行消融，脉冲场消融的优势是治疗类似的pouch和脊，它提供了理论上的优势，但这必须在临床实践中得到证实。如果需要在膈神经附近进行消融，PFA可能成为首选的能量来源。使用PFA治疗三尖瓣环峡部裂是有效的，尽管有记录在案的不良事件，如冠状动脉痉挛。值得注意的是，冠状动脉内/静脉硝基甘油的主动给药已被证明可显著减轻血管痉挛。

5、PFA在心室消融中的应用

尽管PFA已在AF患者中进行了随机试验，但关于PFA心室消融的数据仍然很少，特别是在梗死心肌中。剂量仍不清楚，必须针对不同器械和解剖位置进行研究。AFFERA™导管，可产生深达12 mm的损伤，这对间隔或中间/心外膜消融至关重要，尤其是较厚的区域时。另一方面，证明PFA在瘢痕组织中的疗效将是关键，以及可能合适的能量（图6）。靶靶点位置（包括组织厚度以及纤维化和脂肪的存在）可能会影响PFA发放的的剂量/次数。重复使用PFA是增加当前系统损伤深度和宽度的唯一方法。