Биофизика криотермальной энергии для аблации сердца
Если газ сжимается при высоком давлении, а затем ему внезапно позволяют расшириться при низком давлении, то температура газа снижается. Этот феномен известен как эффект Джоуля-Томпсона. Сжатие газа уменьшает межмолекулярные расстояния, и, как следствие, силы притяжения между молекулами становятся более ощутимыми.
Во время расширения молекулы газа удаляются друг от друга, но для противодействия силам межмолекулярного притяжения требуется энергия. Для этого используется тепловая энергия молекул газа, что приводит к снижению температуры газа.
Для внутрисосудистой криоаблации заранее охлажденный жидкий хладагент (оксид азота) подается от консоли к кончику аблационного катетера под постоянным давлением. Криоаблационные катетеры имеют терминальный сегмент с внезапным расширением просвета (расширительная камера) (рис. ниже).
В криоаблационных катетерах баллон действует как расширительная камера. При декомпрессии и расширении сжиженный оксид азота (с ускоренным переходом фазы из жидкости в газ) при поступлении в расширительную камеру поглощает тепло от окружающей ткани (на основе эффекта Джоуля-Томпсона), тем самым охлаждая поверхность.
Затем испарившийся хладагент перемещается обратно в консоль через второй коаксиальный возвратный просвет внутри стержня катетера. Оксид азота имеет температуру кипения -88,4°С и способен быстро охлаждать кончик катетера ниже -75°С.
Эффект, производимый криотермальной аблацией, представляет собой результат температурного градиента на границе электрод-ткань (т.е. тепло извлекается из ткани охлажденным кончиком катетера), что вызывает замораживание ткани и образование льда, как внутриклеточно, так и внеклеточно.
В то время как внеклеточный лед вызывает деструкцию вследствие эффектов растворения, то повреждение, вызванное внутриклеточным льдом, главным образом опосредовано силой сдвига. Степень замораживания ткани и формирование льда только внеклеточно, а не сочетанно внутри- и внеклеточно, в основном зависит от достигнутой минимальной температуры, продолжительности аппликации энергии и постоянства температуры.
Неизменность температуры в определенный период времени указывает на ход снижения температуры до целевой, а более короткая величина (выраженная в секундах) свидетельствует о более эффективной аппликации. Важные изменяющиеся переменные, которые могут влиять на повреждение ткани, вызванное криоаблацией, включают плотность контакта катетера с тканью, температуру кончика катетера, продолжительность замораживания и кровоток.
Максимальная глубина тканевого повреждения при радиочастотном (РЧ) воздействии с орошением и криовоздействии. При РЧ воздействии с орошением (слева) максимальный нагрев ткани происходит на некоторой глубине из-за охлаждения поверхности. При криовоздействии (справа) максимальный эффект отмечается на эндокардиальной поверхности
Сначала мягкая гипотермия (32°С) влияет на транспортную способность ионных насосов и, следовательно, снижает амплитуду потенциала действия, удлиняет продолжительность потенциала действия и ухудшает проведение. При мягких низких температурах (от -10°С до -25°С) формируется внеклеточный лед, который приводит к дегидратации клетки, более кислому внутриклеточному pH, ионному дисбалансу, вызывающему повреждение мембраны и прекращение электрической активности сердца.
Степень необратимого клеточного повреждения при данных температурах напрямую зависит от продолжительности замораживания. С другой стороны, быстрое экстремальное замораживание (температура ткани ниже -50°С) приводит к образованию внутриклеточного льда и почти мгновенному необратимому повреждению ткани .
На границе контакта электрода с тканью самой холодной областью считается та, что прилежит к кончику катетера, где рано проявляются функциональные эффекты доставленной энергии. Напротив, менее холодной является область на периферии криоповреждения, площадь которого также может варьировать в зависимости от продолжительности замораживания.
Из-за ограниченного охлаждения внешней границы (как по времени, так и по температуре), эта область менее подвержена необратимому повреждению. Следовательно, отсроченные эффекты, наблюдаемые во время аппликации криотермальной энергии, вероятно, будут обратимы сразу после согревания, поэтому любая ожидаемая функциональная модификация, вызванная криоэнергией, должна происходить сразу (обычно в течение первых 30 сек воздействия) для выполнения успешной и необратимой аблации данного аритмогенного субстрата.
