Механизмы, лежащие в основе формирования повреждения с помощью криоэнергии: прямое повреждение клеток, вызванное образованием льда, и сосудисто-опосредованное повреждение ткани. Механизмы смерти клеток, ассоциированные с замораживанием ткани, включают немедленные клеточные эффекты, как и поздние эффекты, которые определяют производимое повреждение.
а) Внеклеточное образование льда. Прямое повреждение клеток происходит вследствие образования льда. Лед образуется только внеклеточно, когда температура ткани снижается до мягких температур (от 0°С до -20°С), и приводит к гипертоническому стрессу (внеклеточная среда становится гиперосмотической) из-за концентрации растворенных веществ при замораживании.
Это создает градиент диффузии, который вызывает перемещение воды из внутриклеточного пространства во внеклеточное, выход ионов водорода из клетки и миграцию ионов натрия в клетку. Эти изменения в итоге вызывают сокращение клетки, повышают внутриклеточную концентрацию натрия со снижением внутриклеточного pH, что повреждает клеточные компоненты плазматической мембраны и нарушает ферментативную функцию.
Эти эффекты обратимы, если согревание происходит быстро (в течение 30-60 сек). Однако продолжительный период внеклеточного замораживания вызывает гибель клетки, и согревание затем приводит к достаточному для разрыва клеточных мембран отеку клеток.
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
б) Внутриклеточное образование льда. Когда температура ткани охлаждается до -40°С, особенно если охлаждение наступает быстро, лед образуется и внеклеточно и внутриклеточно. Внутриклеточный лед вызывает значительное и необратимое повреждение органелл, приводящее к гибели клетки. Хотя кристаллы льда обычно не разрушают клеточные мембраны, они сдавливают и деформируют ядра и компоненты цитоплазмы.
Особенно чувствительны к кристаллам льда митохондрии, которые первыми подвергаются необратимым изменениям. Более того, внутриклеточный лед может распространяться от одной клетки к другой по межклеточным каналам, таким образом потенциально увеличивая повреждение.
Важно отметить, что клеточное повреждение, особенно разрыв мембранных органелл, усиливается при оттаивании клеток. Согревание приводит к рекристаллизации льда (от -20°С до -25°С), в результате чего внутриклеточные кристаллы льда разрушаются и превращаются в более крупные, которые усиливают механический сдвиг и разрушение клеток. Кроме того, таяние льда вызывает транзиторную гипотонию в окружающем пространстве с последующим перемещением воды из внеклеточного во внутриклеточное пространство, приводя к набуханию клетки и разрыву мембраны.
Повреждение клеток может продолжаться при повторении циклов замораживание/оттаивание. Окончательное согревание вызывает воспалительную реакцию в ответ на высвобождение клеточных компонентов и реперфузионное кровоизлияние, что приводит к восстановлению тканей и, в итоге, к образованию плотных рубцов. Размер ледяных кристаллов и их плотность зависят от близости к источнику криоэнергии, достигнутой локальной температуры тканей, скорости замораживания и площади поверхности ткани, контактирующей с замораживающими температурами.
Зона образования внутриклеточного льда — краеугольный камень криоаблации и необратимого повреждения ткани — обычно находится в ядре криогенного повреждения, рядом с аблационным электродом. Ткани, расположенные на расстоянии от электрода, подвергаются охлаждению в меньшей степени, там образуется только внеклеточный лед и наблюдается неполное повреждение тканей. В тканях, наиболее удаленных от кончика электрода, развивается только гипотермия и обратимое повреждение.
в) Сосудисто-опосредованное повреждение ткани. Замораживание ткани ведет к вазоконстрикции, гипоперфузии и ишемическому некрозу. Последующее согревание вызывает гиперемический ответ с повышением сосудистой проницаемости и формированием отека. Также отмечается нарушение целостности эндотелия в замороженной ткани, что приводит к агрегации тромбоцитов, микроэмоболии и застою микроциркуляции в очаге повреждения.
г) Формирование хронического криогенного очага. В заключительной фазе криоповреждения формирование фиброза и апоптоза клеток на границе с замороженной тканью приводит к зрелому повреждению в течение недель. Как правило, эти повреждения имеют хорошо очерченное некротическое ядро (соответствующее замороженному объему в пределах критической изотермы), которое в итоге замещается плотным гомогенным фиброзом с четко очерченными границами.
Характерно, что криоаблация не вызывает денатурацию или контрактуру коллагена, что позволяет сохранить ультраструктурную целостность ткани, прочность матрикса при растяжении архитектуры и минимизировать сокращение ткани. Кроме того, степень эндотелиального повреждения и формирование тромбов значительно ниже, чем при стандартных РЧ воздействиях. Следует отметить, что уровни биомаркеров повреждения (креатинкиназы, MB-фракции креатинкиназы и тропонина I) при криоаблации выше, чем при РЧА.
