温故方能知新——射频消融热损伤成因

王禹川 周菁 丁燕生

当前,射频导管消融(radiofrequency catheter ablation,RFCA)已成为临床治疗各类快速性心律失常的常规方法。通过消融电极发放电脉冲,RFCA 利用射频电流的产热效应促使消融区域心肌细胞发生蛋白凝固、脱水变性从而丧失可兴奋性,实现对致心律失常心肌组织的损毁。在这一过程中,阻抗热(resistive heat,RH)、传导热(conductive heat,CDH)以及对流热(convective heat,CVH)在局部心肌组织变性坏死过程中发挥着不同的作用。作为RFCA 的执行者,电生理医生应充分了解三种热型在RFCA 治疗过程中所扮演的角色以及相关的影响因素,从而安全、有效地完成RFCA 治疗。在此,笔者就相关话题进行简要的阐述,以供广大电生理医师借鉴。

1 RH 所致的心肌组织损伤及相关因素

RH 是RFCA 治疗的原动力,通过射频发生器在消融导管电极和粘附在患者躯体上的弥散电极之间发放350～1 000 KHz正弦交流电,利用电热效应原理而实现。根据焦耳定律和电学原理,RH 生成与组织电流密度、组织阻抗及电流持续时间密切相关。当阻抗维持不变时,任何输出电压或输出功率的改变都会引起电流密度变化,因此在临床实践中,我们常常应用改变输出功率的方式来调节RH 的生成程度。应用非灌注消融导管的在体研究表明,同一部位导管-组织接触面的温度变化与输出功率的大小呈近似正相关的线性关系,间接提示RH 生成与输出功率成比例增加[1]。由于粘贴在患者皮肤处的弥散电极面积远远大于消融电极面积,形成类似向心圆的分布,导致两电极间不同假想层面的电流密度随着假想层面距消融电极距离的增加而呈现出与距离相关的平方衰减(I密度＝I总/4πr2,I:电流；r:距离)[2]。此外,由于RH 生成与电流密度平方成正比,因此不同假想层面心肌组织产生的RH 程度呈现出与距消融电极距离相关的四次方衰减(Q＝I密度2RT＝I总2RT/16π2r4；Q:焦耳；I:电流；R:阻抗；T:时间；r:距离)。研究表明,组织温度达到50℃时心肌细胞即可发生不可逆坏死,而达到80℃～90℃时会因组织中某些成分气化而形成微气泡,进而有发生爆裂引发严重并发症的可能[3－4]。因此在RFCA 治疗过程中,我们应将消融区域任意层面的心肌组织温度控制在50℃～80℃这一安全、有效性的范围内。基于这一原因,消融治疗时输出功率存在理论上限值,加之局部组织RH 生成程度呈现出与距消融电极距离相关的四次方衰减,因此RH 导致的有效心肌损伤往往仅发生在距离消融电极大约1 mm 左右的范围内[5]。由于RH 的生成与组织电流密度密切相关,因此在应用开放式灌注消融导管时,我们还可通过改变灌注液电解质浓度的方式来影响RH 的生成。由于灌注液的导电特性,消融时灌注液与消融电极-心肌组织形成了类似并联形式的电流环路,因而流经消融电极-心肌组织的电流会随着灌注液导电特性的降低而增加,从而使局部心肌组织RH生成增加。Nguyen等[6]应用0.45%盐水替代0.9%盐水作为灌注液,治疗94例应用0.9%盐水作为灌注液消融失败、疑似心室壁深部起源的室性心动过速,结果78例(83%)成功,平均随访6.1个月(3.0～25.2个月)无复发,且患者未出现与灌注低张液相关的不良反应。这一结果侧面证实了改变灌注液导电特性可影响RH 生成的理论。在临床实践中,任何影响电流密度的因素都会对RH 的生成产生影响。如在相同输出功率下,消融电极表面积越大,电流密度就越低,产生的RH 就越少。当消融电极与组织贴靠方向发生改变时,也会因电极与组织接触面积的改变而影响RH 的生成。诸如上述变化,术者均应予以关注。由于热生成与加热持续时间相关,因此理论上延长消融放电时间会影响RH 的生成。然而Hindricks等[7]的研究表明,在输出功率为3.2～22.4 W 时,RH 在放电2～5 s内即可达到67℃～107℃的最大程度,因此临床中希望通过延长消融时间来提高RH 的方法似乎无实际意义[7]。

2 CDH 所致的心肌组织损伤及影响因素

尽管RH 是RFCA 治疗的基础,但由于其生成程度随心肌与消融电极距离增加而快速衰减,加之治疗时需要将任意心肌水平的加热温度控制在80℃以内,因此RH 对距离消融电极1～2 mm 以外的心肌组织很难形成有效的损毁,此时CDH 就发挥了关键作用。与RH 的心肌升温效应相比,CDH 的心肌升温效应缓慢。消融5、10、20和30 s时,心肌升高温度分别为消融60 s时升高温度的22%、32%、48%和63%,当消融持续约2 min左右时心肌组织才能接近温度的稳定状态[8－9]。由此可见,适当延长消融时间对局部心肌CDH 的生成有较大帮助。需要指出的是,组织损毁容积并不与消融时程呈正比。当消融持续时间超过20 s时,组织损毁容积并不随消融持续时间的延长而显著增加[10]。在组织热传导特性一致的情况下,局部CDH 生成程度与引发热传导的热源温度相关。在RFCA 治疗中,受RH 影响升温的心肌组织扮演着类似热源的角色,RH 越高,局部心肌组织升温程度越大,向周边传导的热量也越多,因此输出功率的高低对CDH 的生成也起到决定性作用。Wittkampf等[10]发现,当消融电极-心肌接触面温度在50℃～85℃时,心肌损伤深度和宽度随消融电极-心肌接触面温度的增加而增加,相关系数分别为0.92 和0.88。与Wittkampf等的研究结论相似,Saul等[11]也发现电极表面温度在50℃～90℃时,心肌损伤宽度呈现出随电极表面温度增加而增长的线性关系,但心肌损伤深度与电极表面温度呈现出先增后降的关系。尽管上述研究结论并非完全一致,但不难看出,组织受损容积与心肌表面温度升高程度密切相关。我们知道,在电热效应中,输出功率大小决定产热量的高低,而产热量又决定了组织升温程度,因此输出功率直接决定了组织升温程度,这在既往的各项研究中也早已得到证实[8,12]。

3 CVH 削弱消融效力及影响因素

由于RFCA 治疗时消融部位周边常伴有流动的血液,因此CVH 是治疗中需要关注的另一类热型。与RH 和CDH 不同,CVH 在RFCA 治疗中扮演着削弱消融效力的角色。Simmers等[13]利用Langendorff灌流模型发现,消融部位血流速度对RFCA 治疗的输出功率具有深远影响。在距消融导管仅2 mm 的部位,为达到相同疗效所需的输出功率随灌流液流速增加而成倍增长。以灌流液速度为0 cm/s时所需输出功率为参照,灌流液流速为15 cm/s和30 cm/s时所需输出功率分别增加了2倍和4倍。由此可见,术者需要根据消融部位血流速状况调节输出功率的大小,以弥补因CVH 导致的热量丢失。理论上讲,除心腔内血流和冠状动脉血流可产生对流散热外,滋养心肌的毛细血管循环血流也可导致CVH 的发生。然而研究发现,当消融电极表面温度恒定不变时,组织内部的温度差异并不受组织内部血流状况的影响,提示毛细血管循环血流产生的热损耗微乎其微,可以忽略考虑[9]。究其原因,可能与消融导致心肌内血液凝固有关。应用盐水灌注消融导管时,我们还要关注因使用灌注液而产生的CVH 损失。Kumar等[14]比较了导管灌注速度为2 ml/min和17 ml/min 时对组织损伤的影响。结果发现,消融时灌注液速度为2 ml/min时,组织损伤的最大宽度发生在消融电极-组织接触面,而应用17 ml/min的灌注速度时,组织损伤的最大宽度发生在组织表面下方1.5 mm 的深度(图1)。这一结果表明,消融导管灌注液流速越快,产生的对流热损耗越大,最终会影响热损伤的结果。

图1 不同灌注流速对热损伤形成的影响

4 结语

RH、CDH 以及CVH 是RFCA 治疗中决定心肌损伤程度和疗效的决定要素。笔者简要回顾了消融过程中三种热型的形成机制、作用特点及主要的可调控影响因素。在现实操作中,RH、CDH 和CVH 的生成还受到诸多不可调控因素的影响,包括电极大小、局部血流速度、被消融组织周围的临近组织结构特性、射频电磁场对电学特性影响等。此外,由于组织阻抗在消融过程会出现实时变化,因此理论模型与实际情况会存在一定的差异。作为RFCA 治疗的实施者,术者必须熟知影响消融热效力的各种因素,包括消融器材特点、消融部位组织学和解剖学特点,消融电极-组织贴靠情况、灌流液速度、输出功率和消融时间影响等,最终在保证安全的基础上实现有效的消融损伤。