心房颤动(房颤)是临床上最常见的心律失常,可能会导致脑卒中、心力衰竭等严重并发症,严重危害着患者的身心健康。抗心律失常药物治疗往往差强人意,因此导管消融治疗房颤应运而生,其消融方式经历了从射频(或冷冻)消融至脉冲电场消融的技术演变。脉冲电场消融凭借其独特的非热生物学效应机制,正在重塑我们对安全、高效消融房颤的认知,成为房颤消融领域正在冉冉升起的一颗令人瞩目的新星。
什么是房颤?为什么需要消融?
房颤是一种以心房电活动无序和收缩活动丧失为特征的快速性心律失常,是心律失常就诊和住院的主要病因,与活动能力、生活质量、心功能以及总存活率的下降相关。正如高血压和糖尿病一样,房颤主要见于中老年人群:在65岁以上人群中,房颤的患病率约3-5%,80岁以上人群中患病率约9%。目前中国有近1,500万房颤患者,随着人口老龄化的进展,我国的房颤患病人数将进一步增长。虽然房颤不是致命性的心律失常,短时间内没有什么大问题,但时间长了,房颤一方面会导致心悸、胸闷、乏力等症状,另一方面会因心房内血流瘀滞、心房心室同步功能丧失而导致脑卒中、心力衰竭等并发症,甚至会增加死亡率,这将会带来沉重的社会负担和经济负担。
房颤的药物治疗主要根据房颤的危害来进行:房颤容易增加脑血栓,则需要进行预防血栓(抗凝)治疗;房颤时心律不整齐或心率过快,则需要服用抗心律失常药控制。但药物仅仅是预防房颤带来的不良后果或者控制房颤的症状,并不能根除房颤,而且需要长期服用药物,药物本身也有一定的副作用;药物本身并不能阻断房颤的进程,很多患者刚刚开始是阵发性房颤,时间长了,左心房扩大了,容易进展成持续性房颤,到那时候药物和手术治疗效果会更差,处理就变得非常棘手,因此导管消融根治房颤就成为了房颤治疗的重要选择。
脉冲电场消融房颤的独特机制
传统射频消融房颤依赖于导管头端和心肌接触的部位产生热量(50-80°C)导致病变心肌细胞凝固性坏死,冷冻消融则通过低温(-50°C以下)诱发心肌细胞内冰晶形成导致心肌细胞裂解,而脉冲电场消融则另辟蹊径,其核心机制在于通过高压电场击穿心肌细胞膜造成不可逆电穿孔。
1.电脉冲的微观效应:高强度(1800-2000伏)、极短时程(纳秒至微秒)的电场脉冲施加于心肌细胞组织,高压电场瞬间会干扰细胞内外离子的稳态,导致细胞膜脂质双分子层形成纳米级孔隙(电穿孔)。低能量、短时程脉冲可能仅形成暂时性(可逆性)孔隙;但当脉冲强度和数量达到阈值,细胞膜会产生不可逆的亲水性孔隙,细胞膜渗透性增加,细胞内外正常的离子梯度受到破坏,受影响的心肌细胞发生程序性凋亡。
2.组织选择性消融:心肌细胞膜具有显著低于周围组织的临界电场阈值(心肌细胞:300-400 V/cm;食管平滑肌细胞:1600 V/cm;神经细胞:3800 V/cm),故特定参数的脉冲电场能在有效消融病变心肌细胞的同时,可以最大程度避免对邻近食道、膈神经、冠状动脉等重要结构的损伤,这是脉冲电场消融最重要优点的理论基础。
3.非热能消融机制:脉冲电场消融所产生的能量虽可部分转化为热能,但其放电时程极短,主导效应为心肌细胞膜电穿孔,因此,组织温度仅轻微上升,显著降低了传统射频消融无法完全避免的过度加热风险:温度超过100℃会出现蒸汽爆裂(心包填塞)和血液碳化(脱落造成血栓)。
脉冲电场消融的临床应用
1.阵发性房颤:科学研究发现90%的阵发性房颤起源于肺静脉,因此阻断肺静脉内异常的电活动传导至心房是房颤消融的核心和基石。脉冲电场消融目前主要用于环绕肺静脉电隔离,阻断肺静脉至左心房的电传导,从而达到根治房颤的目的,目前已有多项多中心前瞻性临床研究证实其对阵发性房颤患者的有效性与安全性。
2.持续性房颤:持续性房颤的病变基质已经蔓延至心房,单纯肺静脉电隔离的效果往往不尽如人意,因此除肺静脉电隔离以外,常需附加左、右心房的基质改良或线性消融,目前脉冲电场消融在持续性房颤消融中的应用也显示出了良好的前景。
3.室上性心动过速、室性早搏等:传统的射频消融成功率已经较高,医生应用射频消融的临床经验也相对丰富,脉冲电场消融是否需要或者是否比射频消融具有更大的优势,目前还处于探索阶段。
脉冲电场消融的优势和不足
1.更高的安全性:(1)膈神经麻痹风险降至最低:不同于射频或冷冻球囊有造成膈神经麻痹的风险(绝大多数会自行恢复),脉冲电场消融造成的永久性膈神经麻痹仅仅见于个别病例报道。(2)食道损伤风险极低:心房-食道瘘是传统射频消融罕见但致命的并发症之一,因食道肌层对脉冲电场相对不敏感(损伤需要的能量更大),脉冲电场消融在房颤消融后几乎无左房-食道瘘报告。(3)减少心包填塞和脑栓塞:脉冲电场消融时产热较少,避免了传统射频消融过度加热的风险,因此心包填塞和导管表面碳化焦痂的发生率较低。
2.高效性与持久性:脉冲消融形成的病灶坏死更均匀,透壁性更佳,单次脉冲序列可在数秒内完成局部区域消融,研究显示其肺静脉隔离即刻成功率达98-100%。多项研究1年随访结果提示其对于阵发性房颤单次手术成功率为70-80%,优于单纯药物治疗,且不劣于传统温度消融。
3.手术效率提升,学习曲线短:脉冲消融采用多电极放电,单次脉冲消融仅需要数秒,数次放电即可隔离肺静脉,而传统射频消融需要逐点消融,一个点一个点连起来形成一个圈来隔离肺静脉,每个点放电时间需要10-60秒;冷冻消融每次冷冻时间需要120-180秒。射频消融就像刺绣一样,放电时需要克服呼吸和心跳运动造成导管的不稳定,导管接触心肌的压力不能太小也不能太大,放电需要持续一定的时间但不能过长,因此对医生的导管操作技术和临床经验要求非常高,不同的医生消融效果差别比较大,而脉冲电场消融操作相对更简单,医生更容易掌握此项技术,有助于向基层医院推广。
4.手术成功率与射频或冷冻消融相仿:发表在新英格兰医学杂志上的多中心前瞻性随机对照临床试验表明脉冲电场消融的成功率与射频或冷冻消融相仿,并没有显著优于射频或冷冻,这表明房颤的发病机制比较复杂,还需要进一步探索。另外,不同的脉冲消融设备,成功率也可能不一样,还需要对脉冲消融导管的构型和参数进一步优化和改进。脉冲消融还存在引起冠状动脉痉挛和溶血的问题,不容忽视,但好在大多数情况是一过性的,一般不会引起严重的临床后果。
脉冲电场消融房颤主要流程
1.住院准备:类似传统射频或冷冻消融术,入院前大部分患者需要进行规范抗凝治疗3-4周时间,住院通常需要3-5天,入院后进行血常规、肝肾功能、电解质、出凝血、经胸心脏超声、经食道心脏超声以及肺静脉CT检查,充分评估手术的适应证以及有无禁忌证,完善的检查有助于个体化精细评估每位患者的心脏结构及与邻近重要组织的关系。
2.术中状态:在心脏导管室进行,由于电脉冲的神经肌肉刺激会引起咳嗽、肌肉收缩和疼痛不适,手术大部分需要在全麻或深度镇静状态进行,因此患者对手术的舒适度体验较好。
3.手术步骤:首先需要在腹股沟区域消毒,进行股静脉穿刺,然后置入鞘管,将标测导管及脉冲消融导管在X光(和/或三维导航系统)引导下经房间隔送入左心房,在造影(和/或三维导航系统)指导下对肺静脉口部进行定位,使用脉冲电场消融导管(通常是网状、篮状、或环状构型)贴靠在肺静脉口部,接着释放一系列电脉冲,通常数秒钟一组,重复几组,直至完成对所有肺静脉的电隔离。每根肺静脉处于电隔离状态,这是评价消融手术即刻效果的关键标准。
4.术后恢复:与传统消融手术相同,下肢穿刺部位通常会进行绷带加压包扎,患者需要卧床休息6-8小时。如果情况稳定,术后1-2天就可以出院,出院后仍需继续按照医嘱口服抗凝药物及抗心律失常药物一段时间(通常3个月)。由于食管损伤的发生率极低,术后无需像传统消融术后常规口服胃食管粘膜保护剂。
总结
脉冲电场消融是治疗房颤的革命性新技术,其独特优势在于安全性更高,手术时间更短,同时效果不劣于传统的射频或冷冻消融。当然任何新技术都可能存在不足,脉冲电场消融的治疗结果到底如何,还需要更长的随访观察和临床经验积累,但可以预见的是这项技术将会成为房颤治疗领域中一颗耀眼的新星。
作者:聂振宁 复旦大学附属中山医院心内科
