а) Биофизика микроволновой энергии. Микроволны представляют собой часть электромагнитного спектра между 0,3 ГГц и 300 ГГц. Для аблации сердечных аритмий используется микроволновая энергия с частотой 0,915-2,45 ГГц.
Подобно РЧ, микроволновая энергия вызывает термический некроз клеток. Но в отличие от нагревания, вызываемого электрическим сопротивлением, наблюдаемом во время РЧА, механизм нагрева в результате использования высокочастотной микроволновой энергии диэлектрический.
Диэлектрический нагрев возникает, когда высокочастотная электромагнитная радиация вызывает колебания биполярных молекул (например, молекул воды) в окружающей среде с очень высокой скоростью, таким образом, электромагнитная энергия преобразуется в кинетическую.
Эта высокоскоростная вибрация приводит к трению между молекулами воды внутри стенки миокарда, что увеличивает нагрев миокардиальной ткани. Данный режим нагрева позволяет микроволновой аблации формировать объемный нагрев на большей глубине, чем РЧА, и теоретически должен приводить к образованию повреждения большего размера.
Микроволновая энергия не поглощается кровью, может распространяться через кровь, обезвоженную или рубцовую ткань. Она также может накапливаться непосредственно в миокардиальной ткани на расстоянии, независимо от промежуточной среды.
Поле микроволновой энергии, генерируемой антенной аблационного катетера, может образовывать повреждение миокарда на глубине 6-8 мм без перегрева поверхности эндокарда, что потенциально снижает риск обугливания, формирования «мягкого тромба» и интрамиокардиального феномена «парового хлопка». Глубина проникновения при использовании микроволновой энергии зависит от нескольких факторов — диэлектрических свойств ткани, частоты микроволновой энергии, дизайна антенны и строения и толщины слоев сердца.
Эффективность микроволновой аблации зависит от излучающей способности микроволновой антенны, которая направляет электрическое поле и определяет количество энергии, передаваемое в миокард, что имеет решающее значение для нагрева. В желудочках свиней для создания повреждений на глубине 1 см без разрыва эндокарда использовалась гибкая монополярная антенна.
Глубина этих повреждений возрастала экспотенциально с течением времени по сравнению с применением стандартной, неорошаемой РЧ энергии, которая вызывала минимальное расширение повреждения после 60-секундного аблационного воздействия. Чтобы сконцентрировать большую часть распределяющейся энергии возле кончика катетера, были разработаны антенны с круговой поляризацией.
Другие конфигурации микроволновой антенны — спиральная, биполярная и венчикообразная — оказывают значительный эффект на создаваемое магнитное поле. Однако многие из этих катетеров все еще находятся на стадии клинического исследования.
Микроволновая катетерная абляция с орошением позволяет создавать глубокие желудочковые поражения через эпикардиальный жир с относительным сохранением прилегающих коронарных артерий
б) Патофизиология формирования повреждения при использовании микроволновой энергии. Микроволновая энергия вызывает термический некроз клеток и трансмуральное повреждение с фокусом коагуляционного некроза миоцитов в центральной части повреждения.
Гипертермия (> 56°С) приводит к денатурации белка и изменениям ЭФ свойств клеток миокарда в результате перемещения подвижных ионов в водной биологической среде, а также к изменениям проницаемости мембран. Острые изменения миоцитов включают потерю архитектоники, сократительных волокон и очаговое нарушение плазматической мембраны, что является признаком необратимого повреждения. Кроме того, наблюдается окклюзия мелких интрамиокардиальных сосудов и грубые разрывы эндотелиального и адвентициального слоев.
Из-за хорошего проникновения микроволновой энергии обугливания на поверхности ткани не отмечается. В итоге некротизированный миокард замещает фиброзная ткань, которая обычно резко отличается от нормального миокарда.
В экспериментах in vitro и in vivo была продемонстрирована хорошая однородность в распределении электромагнитной энергии и отличная глубина проникновения без участков разрыва по длине электрода для аблации. Распределение энергии максимально вблизи центра аблационного элемента, а глубина аблации относительно больше в середине повреждения.
Вдоль аблационного кончика отсутствуют четкие признаки границы повреждения, что потенциально может вызывать перегрев поверхности ткани и привести к обугливанию. Температура на поверхности ткани обычно остается ниже 100°С в течение времени, необходимого для образования повреждения глубиной в 6 мм. Это критически важно, потому что способность повышать температуру ткани до 50°С и в то же время поддерживать ее менее 100°С имеет первостепенное значение для эффективной и безопасной гипертермической аблации.
Помимо частоты микроволновой энергии и длины используемой антенны, проникновение микроволн в ткани и размеры повреждения пропорциональны мощности и продолжительности воздействия энергии.
Хотя в теории микроволновая аблация должна реже, чем РЧ, вызывать перегрев поверхности ткани, в исследованиях in vivo было показано, что повышение целевой температуры более 90°С приводило к повышению температуры на поверхности более 70°С и ассоциировалось с обугливанием некоторых тканей по сравнению с более низкими температурами.
Следовательно, применение режима контроля температуры во время доставки микроволновой энергии для ограничения целевой температуры до 80°С может предотвратить перегрев ткани и снизить риск обугливания. Стоит отметить, что во время микроволновых аблаций не наблюдалось образования «мягкого тромба» и «парового хлопка».
В отличие от РЧ энергии, при которой максимальное повреждение развивается после 60-секундного воздействия, очаг в результате микроволнового воздействия продолжает увеличиваться после аппликации продолжительностью 300 сек. По сравнению с традиционной РЧА с помощью катетера с 4-мм кончиком, микроволновая аблация создает аналогичные по ширине и глубине повреждения. Длина повреждения, образованного 10-мм антенной, сопоставима с таковой, вызванной РЧА с 8-мм кончиком катетера.
Однако из-за отсутствия физических ограничений по длине микроволновой антенны, которую можно изготовить, микроволновая аблация может иметь преимущества в создании длинных линейных повреждений с помощью более длинной антенны. Тем не менее, для оптимальной доставки энергии необходимо параллельное направление антенны, потому что увеличение размера повреждения за пределами поля энергии ограничено в результате конечного радиального распределения энергии микроволновой аблационной антенной.
Более того, глубина повреждения, образованного катетером с 8-мм кончиком или катетером с орошением, оказывается больше глубины очага, вызванного микроволновой аблацией. Однако прямые сравнения данных различных аблационных технологий недоступны.
в) Клиническое применение микроволновой аблации. Микроволновая аблация может быть перспективным методом, и потенциально может применяться в лечении широкого спектра желудочковых и наджелудочковых аритмий. Физика микроволновой энергии может быть особенно полезной как при создании трансмуральных повреждений ткани предсердий, так и в лечении тахиаритмий, источник которых расположен в глубоких слоях миокарда желудочков.
Потенциально микроволны могут преодолевать некоторые ограничения РЧ энергии для линейной аблации. В отличие от резистивного нагрева, вызванного РЧ, микроволны генерируют тепло трением, вызывая колебания диполей в среде, подобной воде. Ткань с более высоким содержанием воды, такая как сердечная, позволяет распространяющейся микроволновой энергии проникать глубже.
Следовательно, микроволновая энергия способна создавать более глубокие очаги, проникать в рубцовую ткань и снижать нагрев поверхности с меньшим повреждением эндотелия и образованием «мягкого тромба». Кроме того, в отличие от РЧ энергии, передача микроволновой энергии меньше зависит от размера электрода. Микроволновая аблация может выполняться на более обширной поверхности при модификации длины и формы антенны.
Другое теоретическое преимущество микроволновой энергии состоит в том, что она вызывает значительные повреждения независимо от контакта. Однако экспериментальные данные показали, что проникновение электромагнитных полей в ткани уменьшается экспоненциально, снижение наступает резко при использовании частот в микроволновом диапазоне, поэтому расстояние является важным условием.
Тем не менее, это теоретическое преимущество потенциально может повысить универсальность микроволновой аблации, особенно в областях, где мышечные гребни и впадины могут создавать проблемы для традиционной РЧА.
В настоящее время микроволновая аблация все чаще применяется интраоперационно (эпикардиально или эндокардиально) во время процедуры хирургического «лабиринта». Возможность превращать микроволновые антенны в гибкие линейные аппликаторы и размещать их параллельно эндокарду с помощью зажимов повысила эффективность микроволн как инструмента в открытой хирургии грудной клетки и минимально инвазивной хирургии.
Развитие и производство антенн для доставки микроволновой энергии технически сложнее, чем РЧ электродов, потому что эффективность передачи микроволновой энергии зависит в основном от устройства доставки. Разработки микроволновой системы на основе катетера могут позволить трансвенозно доставлять микроволновую энергию для эндокардиальной аблации.
Было описано всего несколько случаев успешной катетерной трансвенозной микроволновой аблации АВ-соединения и КТИ. На сегодняшний день для исследования доступна только одна трансвенозная микроволновая катетерная система (MedWaves, San Diego, СА). Система состоит из гибкого 10 Fr катетера с 10 или 20 мм спиральной антенной и датчиком температуры, биполярного записывающего электрода и генератора доставки микроволн с частотой 900-930 Мгц.
Микроволновая энергия доставляется в режиме контроля по температуре, при котором генератор автоматически регулирует выходную мощность для поддержания заданной температуры датчика внутри антенны. При аблации типичного ТП линейные повреждения создаются с применением техники от точки к точке с постепенным подтягиванием микроволнового катетера вдоль КТИ. Интересно, что микроволны не вызывают болевых ощущений при аблации КТИ, когда энергия доставляется в области нижней полой вены.
