脉冲电场消融中的热效应与微气泡形成：临床安全隐患的机制解析与技术创新路径

《Journal of Interventional Cardiac Electrophysiology》：Heat and gas during pulsed field ablation: silent menace or innocent bystander?

脉冲电场消融(PFA)作为房颤治疗新技术，其非热效应背后的热与气体副产物亟待评估。本研究通过离体组织温度测量与在体微气泡监测，揭示新型球囊篮状导管在特定波形下热效应可控、微气泡产量低于射频消融基准，为优化PFA系统安全性提供关键生物物理学依据。

　　

心房颤动（Atrial Fibrillation, AF）作为临床最常见的心律失常，其导管消融治疗技术历经数十年发展，从早期的射频消融（Radiofrequency Ablation, RF）到如今的冷冻球囊消融，始终在疗效与安全性之间寻求平衡。近年来，脉冲电场消融（Pulsed Field Ablation, PFA）以其独特的组织选择性——即通过高强度电脉冲诱导心肌细胞发生不可逆电穿孔（Irreversible Electroporation, IRE）而死亡，同时最大程度保留血管、神经等周围组织结构——迅速成为领域内新星。多项随机对照试验和大型注册研究已证实其治疗房颤的有效性与安全性，促使该技术快速进入临床实践。

然而，随着新型PFA导管和能量输送系统的不断涌现，一个根本性问题浮出水面：被广泛宣传为“非热”的PFA，其操作过程中是否真的完全避免了热相关副损伤？事实上，在电极与组织界面，由于高电压脉冲的施加，不可避免会产生焦耳热（Joule heating）。这种热效应若失控，可能导致与传统RF消融类似的 coagulum（凝固物）形成，增加血栓栓塞风险。更值得关注的是，电脉冲能量意外作用于血液池时，会引发微气泡（microbubbles）生成。这些微气泡可能通过焦耳热或电化学机制（如电解水产生气体）形成，它们如同隐匿的“微栓塞”，有可能随血流进入脑血管，成为术后脑部隐匿性病灶（silent cerebral lesions）的潜在元凶，后者已被证实与认知功能下降相关。尽管有症状的脑卒中发生率已控制在1%以下，但这些隐匿性病灶的出现率却不容忽视。因此，在PFA技术蓬勃发展的同时，系统性地评估每一款新导管的产热特性和微气泡生成潜力，成为确保其临床安全性的重中之重。

在此背景下，发表于《Journal of Interventional Cardiac Electrophysiology》的这项研究，由Shivaraj Patil编辑重点推介，聚焦于一款新型的PFA系统——Volt? PFA Catheter Sensor Enabled（雅培公司产品）。这是一款12.5 Fr的过线式、球囊篮状（balloon-in-basket）设计导管，其专有标准波形为10个序列的双相双极性脉冲，电压高达1800 V，通过8个镍钛合金电极片（splines）释放。研究团队旨在精确评估该导管在应用过程中的热效应和微气泡生成情况，以期回答一个核心问题：对于这款特定的PFA系统，其产生的热和气体是无关紧要的旁观者，还是潜藏的安全威胁？

为了回答上述问题，研究人员采用了离体（ex vivo）和在体（in vivo）相结合的实验策略。

在热效应评估方面，他们建立了保守的离体模型：将无灌注的牛右心室组织浸没在电导率近似人血的盐水中，使用光纤探针精确测量电极-组织界面以及组织内部不同深度（如3毫米和7毫米）的温度变化，甚至模拟了极端情况下的连续70次应用。

在微气泡分析方面，研究在6只约克夏杂交猪模型中进行，模拟临床肺静脉隔离操作。通过建立体外血液回路，并串联超声波微泡计数器，对PFA过程中产生的微气泡进行实时定量监测。尤为关键的是，研究者将回路中检测到的微泡数量，根据回路血流速率与预估心输出量的比值进行了标准化处理，从而更准确地推算了导管在体内产生的微泡总量。

温度分布：安全范围内的可控热效应

研究结果显示，最大的温升确实发生在心内膜组织与电极的接触界面。然而，即便在连续70次应用的极端条件下，该界面的最高温度也未超过50°C——这个阈值通常被认为是导致细胞热坏死的临界点。更重要的是，随着组织深度的增加，温升迅速衰减。在深度3毫米和7毫米处，温度甚至未能达到45°C。研究者特别指出，由于实验采用的是无血流灌注的离体模型，其测得的热效应可能比在实际有血液流动冷却的活体环境中更为显著。这一发现具有重要的临床启示：在血液流动缓慢的区域，或者当术者考虑进行密集重叠（“stacking” lesions）消融时，累积的焦耳热效应需要引起警惕。但就本研究所用的特定导管和参数而言，其热效应被控制在了一个相对安全的范围内。

微气泡生成：低于传统射频消融基准

在活体猪模型中进行标准流程的肺静脉消融（每根肺静脉8次应用）时，监测到的微气泡无论在数量上还是尺寸上，均低于现有射频消融文献中建立的基准。这表明，该PFA系统在气体副产物生成方面可能具有优势。文章分析认为，双相双极性脉冲产生的气体，其机制可能更偏向于热效应而非电化学电解。球囊篮状导管的设计可能优化了电极与肺静脉口部及内部肌袖的电耦合，减少了与血液池的直接接触，从而有助于抑制微气泡的形成。不过，作者也谨慎地指出，猪与人类在心房和肺静脉解剖结构上存在显著差异，因此这些结果向临床的直接转化仍需进一步验证。

讨论与意义：迈向更安全的PFA技术

该研究的意义在于，它针对一款具体的新型PFA系统，提供了关于其热效应和微气泡生成的详实、定量的 preclinical 数据。结果表明，对于所测试的导管和波形组合，其产生的热副产品和气体副产物处于可接受甚至较为理想的水平，为后续的临床转化奠定了必要的生物物理学基础。

然而，关于PFA术中热与气体究竟是“无辜的旁观者”还是“沉默的威胁”的争论，并未就此终结。答案很可能是复杂的，它高度依赖于具体的导管设计、能量输送协议（如脉冲序列长度、脉冲间和序列间的间隔时间、脉冲剂量滴定）以及患者特定的解剖结构。卒中或短暂性脑缺血发作是左心导管消融最令人担忧的并发症，其背后的“栓塞足迹”（embolic footprint）可能由血栓、凝固物、微气泡或微粒碎片等多种因素共同导致。

这项研究清晰地揭示，热负荷和气体形成与导管设计及剂量参数内在相关。因此，未来的技术创新路径可能包括：优化导管设计（如统一的电极边缘长度和尺寸、更短的极间距离、集成接触感应功能、使用相变材料等）和改进能量输送方案（如更短的脉冲序列、更长的延迟时间）。甚至可以考虑像热消融那样，引入主动电极冷却技术。同时，严格遵循特定系统推荐的操作流程至关重要。

总之，Niemiera等人的工作是PFA技术安全演进中的重要一环。它强调，随着PFA技术的快速发展，对每一款新系统进行 rigorous（严格）的、逐个的临床前安全验证不可或缺。唯有如此，才能确保我们在追求更安全、更高效房颤消融技术的道路上，不会无意中用一种风险替换了另一种风险，最终真正实现PFA技术的巨大潜力。