导 读

和义广业【行业分析】之脉冲电场消融（PFA），本文简单介绍了PFA的历史应用到如今爆火的心脏消融领域的发展历程，着重介绍了影响PFA作用效果的影响因素，核心零部件以及系统组成，最后总结了PFA在心脏电生理治疗的潜在风险。

一、脉冲电场发展历程

脉冲电场消融（pulsed field ablation, PFA）指在非常短的时间内（ms、μs、ns）应用间歇性的高强度脉冲电场，造成细胞膜电穿孔的不可逆性损伤（IRE）。

该技术始于上世纪六十年代食品和水消毒领域，八十年代初，尝试应用直流电脉冲消融心动过速，也是该技术首次用于心脏领域，由于当时对电脉冲的认识不足，安全性无法保证而终止；

Neumann在1982年首先应用电穿孔技术将外生的DNA引入到小鼠的淋巴瘤细胞内。细胞膜在一定强度的脉冲电场中可以发生RE，这一现象随后被广泛应用于基因工程，药物筛选和电化学治疗；

本世纪初，Davalos教授应用脉冲电场成功地破坏了实体肿瘤组织；

2012年，FDA批准基于高频脉冲电场的纳米刀技术用于肿瘤治疗。同年，Fred首次应用脉冲电场技术和环形电极对猪的心外膜心肌组织进行消融，验证了脉冲电场在心肌组织内可以形成连续的损伤，脉冲电场造成的损伤深度，足可以实现肺静脉的隔离；

2018年，Reddy教授首次在房颤患者中应用PFA技术进行了肺静脉消融，15例心内膜消融患者即刻成功率100%，每位患者总的PFA时间＜60s，无严重并发症。

近些年国内外公司已经基于PFA原理进行大规模的心脏电生理消融临床试验， 2021年初，Farapulse PFA 系统获 CE 批准上市，国内也诞生了大量相关企业，对 PFA 的开发趋于白热化，技术也向更加快速化、精准化、整合化的方向发展。

二、脉冲电场消融的影响因素

1.脉冲电场生物学基础

每个生物细胞都被双层脂质质膜包围，其中含有多种蛋白质，用作离子泵或通道，允许特定分子在细胞内部和外部之间运输。对于其他物质，细胞膜充当生物屏障，保护细胞免受环境影响。质膜的脂质由亲水（极性）和疏水（非极性）部分组成。细胞与离子泵和通道一起维持质膜内侧和外侧之间的电势差。在真核细胞中，静息跨膜电压范围为-40至-70 mV2。

当生物膜暴露于足够高的外部电场可导致其电导率和渗透性快速大幅增加。这种效应通常被称为膜电穿孔。根据电场的强度对细胞莫得影响分为可逆电穿孔和不可逆电穿孔。对于心律失常治疗，目标达到不可逆电穿孔状态从而阻滞异常电信号的传导。

不可逆电穿孔受到多重因素影响，其中最重要的是电穿孔阈值因细胞而异，据报道在 200 至 500 mV 之间。电穿孔效果很大程度上取决于所施加的电穿孔信号的精确再现性。由于电穿孔过程是由局部电场驱动的，因此在大多数情况下输出电压是受控的。电穿孔信号的特征在于电场强度、脉冲幅度和持续时间、脉冲数量、脉冲重复频率和换向序列3。

2.电场强度

电穿孔对组织产生作用的基础是电场强度。传递的电场越强，对目标组织的影响越大。但随着电场强度的增加，产生热量的风险也会增加，从而导致热效应的转变。如下图所示：脉冲越长、电压越大，造成不可逆伤害和热损坏的可能性就越大4。

3.脉冲数和脉冲重复率

增加脉冲数量和脉冲重复频率通常会增加观察到的总体效果，但是这种关系不是完全线性关系。

目前尚不清楚需要施加的脉冲数量是否有一个临界阈值，但一些单细胞数据提示，当施加超过16个脉冲时，通透性或50%细胞群的死亡没有显著差异5。

电穿孔依赖于脉冲重复率，但目前文献并没有取得一致的认同关系。在一系列体内和体外实验中，有报道说随着重复次数的增加，效果会降低或者效果会提高。

4.脉冲时间

脉冲持续时间的增加将对细胞产生更大的电穿孔效应。对于较长的脉冲，需要较低的电压来维持相同数量的电穿孔细胞，是一种非线性关系，特别是当持续时间