溫故方能知新
——射頻消融熱損傷成因

王禹川 周菁 丁燕生

當前,射頻導管消融(radiofrequency catheter ablation,RFCA)已成為臨床治療各類快速性心律失常的常規(guī)方法。通過消融電極發(fā)放電脈沖,RFCA 利用射頻電流的產(chǎn)熱效應促使消融區(qū)域心肌細胞發(fā)生蛋白凝固、脫水變性從而喪失可興奮性,實現(xiàn)對致心律失常心肌組織的損毀。在這一過程中,阻抗熱(resistive heat,RH)、傳導熱(conductive heat,CDH)以及對流熱(convective heat,CVH)在局部心肌組織變性壞死過程中發(fā)揮著不同的作用。作為RFCA 的執(zhí)行者,電生理醫(yī)生應充分了解三種熱型在RFCA 治療過程中所扮演的角色以及相關(guān)的影響因素,從而安全、有效地完成RFCA 治療。在此,筆者就相關(guān)話題進行簡要的闡述,以供廣大電生理醫(yī)師借鑒。

1 RH 所致的心肌組織損傷及相關(guān)因素

RH 是RFCA 治療的原動力,通過射頻發(fā)生器在消融導管電極和粘附在患者軀體上的彌散電極之間發(fā)放350～1 000 KHz正弦交流電,利用電熱效應原理而實現(xiàn)。根據(jù)焦耳定律和電學原理,RH 生成與組織電流密度、組織阻抗及電流持續(xù)時間密切相關(guān)。當阻抗維持不變時,任何輸出電壓或輸出功率的改變都會引起電流密度變化,因此在臨床實踐中,我們常常應用改變輸出功率的方式來調(diào)節(jié)RH 的生成程度。應用非灌注消融導管的在體研究表明,同一部位導管-組織接觸面的溫度變化與輸出功率的大小呈近似正相關(guān)的線性關(guān)系,間接提示RH 生成與輸出功率成比例增加[1]。由于粘貼在患者皮膚處的彌散電極面積遠遠大于消融電極面積,形成類似向心圓的分布,導致兩電極間不同假想層面的電流密度隨著假想層面距消融電極距離的增加而呈現(xiàn)出與距離相關(guān)的平方衰減(I密度＝I總/4πr2,I:電流；r:距離)[2]。此外,由于RH 生成與電流密度平方成正比,因此不同假想層面心肌組織產(chǎn)生的RH 程度呈現(xiàn)出與距消融電極距離相關(guān)的四次方衰減(Q＝I密度2RT＝I總2RT/16π2r4；Q:焦耳；I:電流；R:阻抗；T:時間；r:距離)。研究表明,組織溫度達到50℃時心肌細胞即可發(fā)生不可逆壞死,而達到80℃～90℃時會因組織中某些成分氣化而形成微氣泡,進而有發(fā)生爆裂引發(fā)嚴重并發(fā)癥的可能[3－4]。因此在RFCA 治療過程中,我們應將消融區(qū)域任意層面的心肌組織溫度控制在50℃～80℃這一安全、有效性的范圍內(nèi)。基于這一原因,消融治療時輸出功率存在理論上限值,加之局部組織RH 生成程度呈現(xiàn)出與距消融電極距離相關(guān)的四次方衰減,因此RH 導致的有效心肌損傷往往僅發(fā)生在距離消融電極大約1 mm 左右的范圍內(nèi)[5]。由于RH 的生成與組織電流密度密切相關(guān),因此在應用開放式灌注消融導管時,我們還可通過改變灌注液電解質(zhì)濃度的方式來影響RH 的生成。由于灌注液的導電特性,消融時灌注液與消融電極-心肌組織形成了類似并聯(lián)形式的電流環(huán)路,因而流經(jīng)消融電極-心肌組織的電流會隨著灌注液導電特性的降低而增加,從而使局部心肌組織RH生成增加。Nguyen等[6]應用0.45%鹽水替代0.9%鹽水作為灌注液,治療94例應用0.9%鹽水作為灌注液消融失敗、疑似心室壁深部起源的室性心動過速,結(jié)果78例(83%)成功,平均隨訪6.1個月(3.0～25.2個月)無復發(fā),且患者未出現(xiàn)與灌注低張液相關(guān)的不良反應。這一結(jié)果側(cè)面證實了改變灌注液導電特性可影響RH 生成的理論。在臨床實踐中,任何影響電流密度的因素都會對RH 的生成產(chǎn)生影響。如在相同輸出功率下,消融電極表面積越大,電流密度就越低,產(chǎn)生的RH 就越少。當消融電極與組織貼靠方向發(fā)生改變時,也會因電極與組織接觸面積的改變而影響RH 的生成。諸如上述變化,術(shù)者均應予以關(guān)注。由于熱生成與加熱持續(xù)時間相關(guān),因此理論上延長消融放電時間會影響RH 的生成。然而Hindricks等[7]的研究表明,在輸出功率為3.2～22.4 W 時,RH 在放電2～5 s內(nèi)即可達到67℃～107℃的最大程度,因此臨床中希望通過延長消融時間來提高RH 的方法似乎無實際意義[7]。

2 CDH 所致的心肌組織損傷及影響因素

盡管RH 是RFCA 治療的基礎(chǔ),但由于其生成程度隨心肌與消融電極距離增加而快速衰減,加之治療時需要將任意心肌水平的加熱溫度控制在80℃以內(nèi),因此RH 對距離消融電極1～2 mm 以外的心肌組織很難形成有效的損毀,此時CDH 就發(fā)揮了關(guān)鍵作用。與RH 的心肌升溫效應相比,CDH 的心肌升溫效應緩慢。消融5、10、20和30 s時,心肌升高溫度分別為消融60 s時升高溫度的22%、32%、48%和63%,當消融持續(xù)約2 min左右時心肌組織才能接近溫度的穩(wěn)定狀態(tài)[8－9]。由此可見,適當延長消融時間對局部心肌CDH 的生成有較大幫助。需要指出的是,組織損毀容積并不與消融時程呈正比。當消融持續(xù)時間超過20 s時,組織損毀容積并不隨消融持續(xù)時間的延長而顯著增加[10]。在組織熱傳導特性一致的情況下,局部CDH 生成程度與引發(fā)熱傳導的熱源溫度相關(guān)。在RFCA 治療中,受RH 影響升溫的心肌組織扮演著類似熱源的角色,RH 越高,局部心肌組織升溫程度越大,向周邊傳導的熱量也越多,因此輸出功率的高低對CDH 的生成也起到?jīng)Q定性作用。Wittkampf等[10]發(fā)現(xiàn),當消融電極-心肌接觸面溫度在50℃～85℃時,心肌損傷深度和寬度隨消融電極-心肌接觸面溫度的增加而增加,相關(guān)系數(shù)分別為0.92 和0.88。與Wittkampf等的研究結(jié)論相似,Saul等[11]也發(fā)現(xiàn)電極表面溫度在50℃～90℃時,心肌損傷寬度呈現(xiàn)出隨電極表面溫度增加而增長的線性關(guān)系,但心肌損傷深度與電極表面溫度呈現(xiàn)出先增后降的關(guān)系。盡管上述研究結(jié)論并非完全一致,但不難看出,組織受損容積與心肌表面溫度升高程度密切相關(guān)。我們知道,在電熱效應中,輸出功率大小決定產(chǎn)熱量的高低,而產(chǎn)熱量又決定了組織升溫程度,因此輸出功率直接決定了組織升溫程度,這在既往的各項研究中也早已得到證實[8,12]。

3 CVH 削弱消融效力及影響因素

由于RFCA 治療時消融部位周邊常伴有流動的血液,因此CVH 是治療中需要關(guān)注的另一類熱型。與RH 和CDH 不同,CVH 在RFCA 治療中扮演著削弱消融效力的角色。Simmers等[13]利用Langendorff灌流模型發(fā)現(xiàn),消融部位血流速度對RFCA 治療的輸出功率具有深遠影響。在距消融導管僅2 mm 的部位,為達到相同療效所需的輸出功率隨灌流液流速增加而成倍增長。以灌流液速度為0 cm/s時所需輸出功率為參照,灌流液流速為15 cm/s和30 cm/s時所需輸出功率分別增加了2倍和4倍。由此可見,術(shù)者需要根據(jù)消融部位血流速狀況調(diào)節(jié)輸出功率的大小,以彌補因CVH 導致的熱量丟失。理論上講,除心腔內(nèi)血流和冠狀動脈血流可產(chǎn)生對流散熱外,滋養(yǎng)心肌的毛細血管循環(huán)血流也可導致CVH 的發(fā)生。然而研究發(fā)現(xiàn),當消融電極表面溫度恒定不變時,組織內(nèi)部的溫度差異并不受組織內(nèi)部血流狀況的影響,提示毛細血管循環(huán)血流產(chǎn)生的熱損耗微乎其微,可以忽略考慮[9]。究其原因,可能與消融導致心肌內(nèi)血液凝固有關(guān)。應用鹽水灌注消融導管時,我們還要關(guān)注因使用灌注液而產(chǎn)生的CVH 損失。Kumar等[14]比較了導管灌注速度為2 ml/min和17 ml/min 時對組織損傷的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),消融時灌注液速度為2 ml/min時,組織損傷的最大寬度發(fā)生在消融電極-組織接觸面,而應用17 ml/min的灌注速度時,組織損傷的最大寬度發(fā)生在組織表面下方1.5 mm 的深度(圖1)。這一結(jié)果表明,消融導管灌注液流速越快,產(chǎn)生的對流熱損耗越大,最終會影響熱損傷的結(jié)果。

圖1 不同灌注流速對熱損傷形成的影響

4 結(jié)語

RH、CDH 以及CVH 是RFCA 治療中決定心肌損傷程度和療效的決定要素。筆者簡要回顧了消融過程中三種熱型的形成機制、作用特點及主要的可調(diào)控影響因素。在現(xiàn)實操作中,RH、CDH 和CVH 的生成還受到諸多不可調(diào)控因素的影響,包括電極大小、局部血流速度、被消融組織周圍的臨近組織結(jié)構(gòu)特性、射頻電磁場對電學特性影響等。此外,由于組織阻抗在消融過程會出現(xiàn)實時變化,因此理論模型與實際情況會存在一定的差異。作為RFCA 治療的實施者,術(shù)者必須熟知影響消融熱效力的各種因素,包括消融器材特點、消融部位組織學和解剖學特點,消融電極-組織貼靠情況、灌流液速度、輸出功率和消融時間影響等,最終在保證安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)有效的消融損傷。