張 芝， 湯學超， 黃新苗， 秦永文

（1.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九六〇醫(yī)院泰安醫(yī)療區(qū)，山東 泰安 271000；2.海軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院心血管內科，上海 200433）

PEF消融的原理

PEF消融通過不可逆電穿孔 （irreversible electroporation）發(fā)揮作用，是指以短時間內（微秒或納秒）將高強度電場作用在細胞膜上，導致細胞膜形成多個納米級的不可逆孔道（孔隙的大小約為10 nm），細胞膜通透性增加，細胞內環(huán)境破壞，從而促使細胞死亡[2-3]。不可逆電穿孔又被稱為納米刀，是一種新的腫瘤消融技術，已被用于治療實體腫瘤。細胞的電穿孔取決于施加的電場，電場由脈沖持續(xù)時間、電壓、頻率和極性決定。低強度電場導致可逆的瞬時孔形成，允許藥物或基因傳遞，但不損傷細胞活力；較高強度電場會導致膜通透性發(fā)生劇烈變化，從而啟動凋亡過程，腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）耗竭和細胞內鈣濃度增加而死亡[4-5]。從PEF消融的原理分析，其是通過不可逆電穿孔導致的細胞死亡，為非熱能消融方式。

PEF消融由脈沖發(fā)生器、電極導管等組成。目前臨床應用的脈沖發(fā)生器由美國盎格魯力學（AngioDynamics）公司生產，可提供500～3 000 V的電場，最多100個長度達100 μs的脈沖。電極導管形狀多樣，有環(huán)狀電極導管、花瓣樣多極電極導管、圓形球囊電極導管等，均已應用于心臟組織消融中的研究。PEF消融時，脈沖數(shù)越多，電壓越高，脈沖長度越長，組織破壞越嚴重。

PEF消融的特點

一、組織選擇性

PEF消融以組織特定性閾值為特征，當能量超過組織特定閾值，即可導致組織細胞膜不可逆電穿孔，從而誘導細胞的死亡。與心房周圍其他組織（如食管、膈神經等）相比，心肌細胞閾值最低（400 V/cm）。因此消融過程中，心肌細胞優(yōu)先消融，而心臟周圍其他組織，如食管、肺、膈神經等免受損傷，具有較高的安全性[6-8]。

1.不損傷冠脈：du Pré等[9]在豬模型中采用經心外膜途徑對前降支直接進行PEF消融，在消融前后及3周后進行冠脈造影，結果顯示將PEF直接作用于前降支未導致血管內膜增生，血管造影未顯示狹窄跡象。隨后Neven等[10]采用經心外膜途徑對冠脈血管進行PEF消融，冠脈造影顯示消融前后及消融后3個月冠脈直徑未受影響。組織學檢查顯示深部心肌損傷，但冠脈血管無損傷，表明PEF消融對冠脈血管短期及長期的安全性。

2.不損傷膈神經：曾有研究表明在造成動物深部心肌損傷的PEF消融能量下，右側膈神經在功能及組織學中未受到損傷，表明PEF消融心房肌并不會對鄰近的膈神經造成明顯損傷[11]。隨后的動物實驗及臨床房顫消融研究中均證實了PEF消融對膈神經的安全性[12]。

3.不損傷食管：Neven等[13]將可造成深部心肌損傷200 J的PEF直接作用于食管，并于消融后第2天、7天進行食管鏡檢查。第2天的食管鏡檢查顯示消融部位有多個大小不等囊泡，其余內膜表面光滑、完整，未見糜爛及潰瘍等。而消融后第7天，所有囊泡均消失，食管內膜表面仍然光滑、完整，未見糜爛、潰瘍。2個月后的組織學檢查只在肌層的外部觀察到1個小瘢痕，黏膜層和黏膜下層完全正常，食管大體形態(tài)完全正常，該結論與Hong等[14]的研究結論一致。房顫患者行環(huán)肺靜脈PEF消融的研究中，也證實在成功行環(huán)肺靜脈電隔離后及隨訪期間，患者既沒有食管損傷相應的臨床表現(xiàn)，食管內鏡檢查及增強心臟磁共振檢查等也均沒有食管損傷的證據(jù)[15]。

4.無肺靜脈狹窄：在動物實驗研究中，van Driel等[16]分別采用PEF消融和射頻消融進行環(huán)肺靜脈電隔離，并于消融前、消融后即刻和消融后3個月進行肺靜脈血管造影，測量肺靜脈口直徑和心臟大小。結果顯示PEF消融后，肺靜脈口直徑在消融后即刻下降11%，但在術后3個月增加19%；與消融前肺靜脈口直徑相比，射頻消融術后肺靜脈口直徑減少了23%，3個月后仍保持直徑減少7%。研究表明，在肺靜脈口內多次進行200 J脈沖消融不會影響肺靜脈口直徑；而直接在肺靜脈口內射頻消融可導致相當明顯的肺靜脈狹窄，且持續(xù)3個月。曾有研究將圓形球囊導管置于犬肺靜脈內進行PEF消融，消融后27 d行肺靜脈CT檢查顯示肺靜脈無狹窄[17]，該研究結果與Wittkampf等[18]的研究結果一致。在臨床研究中，對于房顫患者脈沖消融前、后及隨訪期間多次行肺靜脈CT掃描均無肺靜脈狹窄的證據(jù)。因此，與射頻消融相比，PEF消融幾乎無肺靜脈狹窄出現(xiàn)，可避免熱能消融引起肺靜脈狹窄的并發(fā)癥。

二、非熱能消融

PEF消融不同于射頻消融、冷凍消融等消融技術。如射頻消融利用高頻電流使電極周圍組織相互摩擦產生熱量，導致組織凝固性壞死，易損傷周圍臨近組織；而PEF是非熱能消融方式，其消融病灶具有以下病理組織學特點。

1.細胞外基質不受損傷：PEF消融為細胞不可逆電穿孔形成的非熱能消融，不使蛋白變性，保留細胞外基質，如彈性纖維、纖維蛋白原等均不受影響，組織支架和纖維結構不被破壞，也稱為保留細胞外基質和骨架的去細胞方法[19]。van Driel等[16]比較PEF消融與射頻消融肺靜脈組織學發(fā)現(xiàn)，經射頻消融部位部分心肌未受損、大量內膜增生、心肌壞死和彈性纖維增生，靜脈被瘢痕組織包繞，此結果與Taylor等[20]的研究結果一致，均提示肺靜脈周圍增生、紊亂的纖維化瘢痕組織是射頻消融后肺靜脈狹窄的原因。而PEF消融的肺靜脈組織學檢查顯示完全消融的心肌袖被均勻的纖維結締組織替代。Witt等[17]也證實了經PEF消融治療后的犬肺靜脈心肌細胞幾乎完全缺失，且消融心肌區(qū)域和未消融區(qū)域之間有明顯界限，表明其消融模式是典型的脫細胞，只剩下膠原骨架。Hong等[14]描述了消融病變區(qū)域出現(xiàn)的一些肌纖維斷裂和炎癥形成，但沒有凝固性壞死。有研究也證實在脈沖消融后血管周圍可觀察到由松散結締組織和成纖維細胞組成的均勻瘢痕，組織結構并沒有破壞[9,18]。因此對于血管的消融，血管彈性纖維仍存在，可保持血管腔的形態(tài)基本不變。此外，對于神經來說，基本骨架得以保存，其結構和功能短時間內仍可恢復。有研究對于兔的坐骨神經直接進行消融，結果可證明在達到損傷神經的消融能量下，其結構和功能在短時間內恢復正常[21]。

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2.消融區(qū)域的連續(xù)性：對于房顫的環(huán)肺靜脈電隔離，當肺靜脈前庭的消融部位殘留存活心肌時，常成為房顫復發(fā)的病灶。PEF消融在消融區(qū)域和非消融區(qū)域可顯示清晰的消融邊界線，而射頻消融、冷凍消融等在消融區(qū)域與非消融區(qū)域之間會產生“中間帶”，可殘留一些存活心肌細胞，導致房顫復發(fā)。曾有研究證實PEF消融與射頻消融相比成功消融的心肌袖數(shù)量較多，且消融心肌區(qū)域和未消融區(qū)域心肌細胞之間有明顯的界限[16-17]。也有研究將PEF消融區(qū)域的邊界描述為尖銳的、清晰的、連續(xù)的，受損壞死心肌組織和周圍正常心肌組織之間存在清晰的分界線[14,22]。

三、消融速度快、貼靠要求低

Reddy等[12]進行的首次人體脈沖消融中，經心內膜途徑消融從第1根肺靜脈消融至最后1根肺靜脈放電結束的時間平均為19 min，每例患者的總放電時間＜60 s。曾有研究證實在導管不接觸心肌組織的情況下行PEF消融，表現(xiàn)出心肌電信號的減少，說明其不需要導管貼靠仍可實現(xiàn)消融損傷[23]。

PEF消融電極導管研發(fā)及應用

一、環(huán)狀10極陣列電極

環(huán)狀10極陣列電極具有軸長15 cm和直徑20 mm的圓形遠端部分，其中包含10個間距為5 mm的2 mm長環(huán)形電極（美國美敦力公司，見圖1A）。Wittkampf等[18]曾在豬模型中將環(huán)形消融導管放置在肺靜脈口進行環(huán)肺靜脈電隔離的安全性及可行性研究。在消融前、消融后即刻以及消融3周后使用常規(guī)標測導管在肺靜脈口的多個位置測量局部肺靜脈電位振幅和刺激閾值。結果發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)開口處，肺靜脈開口電位振幅降低，刺激閾值顯著增加。同時對消融部位進行組織學檢查發(fā)現(xiàn)深達3.5 mm的損傷。隨訪3周肺靜脈造影未見任何狹窄，表明使用該環(huán)狀肺靜脈消融導管行PEF消融可以安全地完成肺靜脈隔離，且不導致肺靜脈口狹窄。但有動物研究表明，使用該多極肺靜脈消融導管，當遠端和近端電極接近或重疊時，可出現(xiàn)較大的氣體和固體栓塞源。因此避免遠端近端電極之間的相互作用，可減少無癥狀的腦微栓塞以及經顱多普勒超聲檢測到微栓子的發(fā)生率[24-25]。

二、環(huán)狀9極陣列電極

環(huán)狀9極陣列電極的環(huán)形導管上均勻分布9個電極，同時有1個20°前傾，單數(shù)1、3、5、7、9電極作為正極，雙數(shù)2、4、6、8電極作為負極（美國美敦力公司，見圖1B）。曾有研究使用該環(huán)形肺靜脈消融導管在豬右上肺靜脈及左、右心耳口行雙相PEF消融，輸出電壓為500 V，脈寬100 μs。結果表明其在不引起骨骼肌痙攣等情況下消融部位電位振幅降低，證實了其導管消融的可行性。2周后的組織病理學檢查發(fā)現(xiàn)，相比射頻消融病灶的強烈炎癥反應累及心外膜、動脈血管損害、栓塞等表現(xiàn)，PEF消融部位表現(xiàn)為連續(xù)的透壁損傷，消融的心肌由均勻的纖維結締組織替代，沒有殘留的心肌細胞“隔離物”，周圍的食管、神經等無損傷[26]。該環(huán)狀肺靜脈消融導管正在進行多中心、前瞻性、非隨機對照臨床試驗（Pulsed Field Ablation to Irreversibly Electroporate Tissue and Treat AF，NCT04198701），以評估其安全性和有效性。

圖1 不同類型PEF消融導管

三、花瓣樣多極導管

花瓣樣多極導管為直徑12 F的消融導管，有5個半環(huán)形結構，每個半環(huán)結構上包含4個電極，未完全展開時為籃狀，完全展開時為電極橫向排列花瓣狀（美國Farapulse公司，見圖1C）。動物研究在豬模型上分別采用單相和雙相波形進行雙極PEF消融，消融前后的電生理檢查證實其消融部位均被成功隔離，且雙相PEF消融效果優(yōu)于單相PEF消融和射頻消融，右側膈神經起搏刺激及冠脈造影等證實周圍的神經、血管未受到影響。病理組織學也證實了消融部位的連續(xù)性，無心肌組織殘留[27]。由于該電極導管應用的安全性及有效性，該消融導管被最早用于房顫患者PEF消融的臨床試驗[12]。

四、Lattice-tip導管

Lattice-tip導管具有1個7.5 F可雙向偏轉的導管軸和可膨脹的9 mm球形鎳鈦合金點陣尖端（美國Affiera公司，見圖1D）。Lattice-tip導管一旦進入心臟，頭端就會膨脹為直徑9 mm的球形結構，9個直徑0.7 mm微型電極均勻分布于表面，提供電圖/溫度反饋。球狀消融電極內有灌注微孔及中心參考電極，具有標測和消融的雙重功能。曾有研究使用該消融導管對25頭豬進行PEF消融，使用對稱的微秒級雙相波形，電流約為24 A，持續(xù)3～5 s。結果證實使用該消融導管可形成持久的線性病變，消融前后膈神經功能的檢查以及直接食管內消融的組織學檢查均證實應用該導管消融對周圍組織的安全性[28]。Lattice-tip導管消融系統(tǒng)在房顫消融過程中可隨時轉換射頻消融和雙相PEF消融模式，可作為三維標測電極提供精準定位，逐點完成環(huán)肺靜脈PEF消融，創(chuàng)建線性消融病變。

五、國產CardioPulse脈沖消融導管

2020年杭州諾茂醫(yī)療科技有限公司自主研發(fā)的CardioPulse脈沖消融系統(tǒng)及導管問世，其消融導管頭端由6條均勻分布的環(huán)形導管臂組成，每條臂上有3個電極，具有消融和標測功能，根據(jù)需要可以調節(jié)形狀為紡錘形和花瓣狀。2020年12月24日至2021年4月7日云南省阜外心血管病醫(yī)院首次使用該國產脈沖消融系統(tǒng)，完成3例陣發(fā)性房顫患者的導管消融。分別對4個肺靜脈口依次放電，放電結束后均證實肺靜脈-左心房存在雙向阻滯，且均未出現(xiàn)圍術期并發(fā)癥。隨訪3個月，第1例患者動態(tài)心電圖顯示房顫復發(fā)，持續(xù)時間最長3 min，隨后2例患者增高消融電壓，3個月復查動態(tài)心電圖未見復發(fā)現(xiàn)象，初步證實了CardioPulse脈沖消融的有效性及安全性[29]。2021年3月至7月寧波市第一醫(yī)院和武漢亞洲心臟病醫(yī)院利用該國產脈沖消融系統(tǒng)對17例陣發(fā)性房顫患者行PEF消融，結果證實術中消融即刻成功率為100%，均未見圍術期并發(fā)癥。術后3個月隨訪，1例患者動態(tài)心電圖顯示房顫復發(fā)，手術成功率為94.1%（16/17），肺靜脈CT未見肺靜脈狹窄等并發(fā)癥[30]。

PEF在房顫消融的臨床研究

Reddy等[12]首次報道將PEF應用人體消融，納入22例房顫患者，其中15例為經心內膜途徑，在全身麻醉下將花瓣樣電極導管在心腔內超聲及透視下成功送至肺靜脈口。使用PEF消融進行肺靜脈隔離，其余7例為經心外膜途徑。在消融期間未出現(xiàn)惡性心律失常、心室功能障礙等事件，且消融后的電生理學檢查證實了經心內膜途徑肺靜脈口100%成功隔離，經心外膜途徑肺靜脈消融的成功率也達87.5%，且右側膈神經功能檢查均證實神經功能未受到損傷。隨后發(fā)表了81例PEF消融病例研究，分別使用雙相電壓為1 800～2 000 V，單相電壓為900～1 000 V雙極PEF消融，消融過程中無急性不良事件，且消融速度快，透視時間短。隨訪3個月行電生理學檢查證實環(huán)肺靜脈電隔離成功率為100%，膈神經、食管等未見明顯損傷，進一步證實了環(huán)肺靜脈PEF消融效果持久，安全性良好[15]。最近Reddy等[31]報道了PEF消融陣發(fā)性房顫3個臨床試驗隨訪1年的結果，共121例患者，總的無房性心律失常復發(fā)比例為78.5%±3.8%，而對于優(yōu)化PEF能量組的無復發(fā)率為84.5%±5.4%。

近年也有研究使用Lattice-tip導管消融系統(tǒng)對76例房顫患者行環(huán)肺靜脈電隔離，二尖瓣、三尖瓣峽部和左心房頂部線性消融，選擇射頻消融聯(lián)合PEF消融，結果證實消融成功率高，透視時間短，圍術期無器械相關并發(fā)癥，食管胃十二指腸鏡檢查證實PEF消融部位無食管熱損傷效應，但長期臨床療效仍需進一步隨訪[32]。

綜上，PEF是房顫消融的新技術，具有選擇性損傷心房肌細胞，避免肺靜脈狹窄和鄰近結構（例如食管、膈神經或冠脈）損傷等優(yōu)勢。動物實驗和初步的臨床試驗研究已證實其可行性及安全性。但目前臨床研究較少，樣本量小，隨訪時間短，同時影響PEF消融的因素眾多，電壓強度、脈寬、脈沖頻率、波形、脈沖場強及向量方向等都會影響消融的大小及深度，具體參數(shù)的選擇仍要繼續(xù)摸索。相信隨著器械的不斷研發(fā)，技術的不斷進步，將來會有更多的循證依據(jù)支持PEF在心臟消融領域的應用。