陳靜 吳明祥 蘇晞

430056 武漢亞心總醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科

心力衰竭(簡稱“心衰”)預(yù)后差、死亡率高,尤其是終末期心衰[1]。最新的流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示,中國心血管病患病率處于持續(xù)上升階段,心衰發(fā)病率為1.3%,患病人數(shù)約1 370萬人,其中終末期心衰患者達(dá)130萬人[2]。原位心臟移植雖是嚴(yán)重心衰患者的金標(biāo)準(zhǔn)治療方法[3],但由于供心短缺嚴(yán)重制約心臟移植發(fā)展,全球每年完成心臟移植僅6 000例左右,無法滿足持續(xù)增長的終末期心衰救治需求,大量心衰患者在等待心臟移植過程中死亡[4]。經(jīng)過近50年的發(fā)展,機(jī)械循環(huán)支持(mechanical circulatory support,MCS)技術(shù)日趨成熟,目前已成為終末期心衰的有效替代治療手段之一[5]。

MCS是代替或輔助心臟功能、向心外提供血液灌注、改善機(jī)體缺氧狀態(tài)、促進(jìn)器官功能恢復(fù)的人工器械,它可提供短期和中長期循環(huán)支持,幫助患者渡過疾病危險期、橋接心臟移植(bridge to heart transplant,BTT)或長期循環(huán)支持治療。由于重癥終末期心衰患病率的持續(xù)上升、藥物治療效果不佳、心臟移植供體不足及心功能受限所致生活質(zhì)量的嚴(yán)重降低,使以心室輔助裝置(ventricular assist device,VAD)應(yīng)用為主的MCS日漸成為終末期頑固性心衰患者的一種重要替代治療手段。自2006年以來,VAD特別是左心室輔助裝置(left ventricular assist device,LVAD)的植入數(shù)量急劇增加,2010—2019年全球有25 000余例LVAD植入[6]。本文將系統(tǒng)闡述MCS的種類、適應(yīng)證、禁忌證、并發(fā)癥、臨床證據(jù)及國內(nèi)外應(yīng)用進(jìn)展。

1 MCS的分類

MCS可按不同維度進(jìn)行分類:(1)按照使用時長:分為短期和長期裝置,短期MCS裝置主要用于高危經(jīng)皮冠狀動脈介入治療、急性心肌梗死后并發(fā)癥、各種心原性休克、心臟驟停后復(fù)蘇、外科術(shù)后無法脫離體外循環(huán)支持或術(shù)后早期心室功能衰竭,而長期MCS裝置越來越多地用作移植的橋梁、決策的橋梁或作為終末療法[7-8](圖1);(2)按照臨床應(yīng)用場景:分為雙心室輔助裝置(biventricular assist device,BiVAD)、LVAD、右心室輔助裝置(right ventricular assist device,RVAD)和全人工心臟(total artificial heart,TAH);(3)按照使用方式:分為植入式、體外式及經(jīng)皮介入式;(4)按照運(yùn)作原理:分為搏動式、旋轉(zhuǎn)式(離心或軸流)裝置。

圖1 目前機(jī)械循環(huán)支持時限及在心衰中的應(yīng)用

2 短期MCS

短期MCS裝置可用于暫時增加心原性休克患者的心排血量,在過去的15年中,這些設(shè)備的使用大幅增加,盡管它們價格昂貴,與主要并發(fā)癥相關(guān),并且缺乏高質(zhì)量的證據(jù)來支持它們的使用,但短期MCS裝置侵襲性較小,在危重患者中植入相對簡單和便宜。不過,需要選擇合適的患者和最佳的植入時機(jī)來建立短期MCS,因為有50%～60%的患者可通過藥物治療幸存,而25%～35%的患者由于合并缺氧性腦損傷、不可逆的多器官衰竭等嚴(yán)重并發(fā)癥而使用短期MCS裝置無效,僅有15%～25%的心原性休克患者可能從短期MCS中獲益[9]。嚴(yán)重心原性休克患者需由心臟病學(xué)家、心胸外科醫(yī)生、重癥監(jiān)護(hù)醫(yī)生、專業(yè)護(hù)士和其他衛(wèi)生保健專業(yè)人員組成的休克小組聯(lián)合評定,為其選擇最合適的策略,以改善患者的預(yù)后。目前,短期MCS的常用器械有主動脈內(nèi)球囊反搏(intra-aortic balloon pump,IABP)、Impella、TandemHeart、體外膜氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)和CentriMag,這些裝置通過不同的技術(shù)原理可為心原性休克患者提供部分或全部循環(huán)支持(表1)。

表1 短期機(jī)械循環(huán)支持裝置的應(yīng)用比較

2.1 IABP

IABP是目前臨床應(yīng)用較廣泛而有效的機(jī)械性輔助循環(huán)裝置,由動脈系統(tǒng)植入一根帶氣囊的導(dǎo)管至降主動脈內(nèi)左鎖骨下動脈開口遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端位于腎動脈上方,進(jìn)行與心動周期相應(yīng)的充盈擴(kuò)張和排空,使血液在主動脈內(nèi)發(fā)生時相性變化,從而起到機(jī)械輔助循環(huán)作用的一種心導(dǎo)管治療方法。IABP可降低主動脈阻抗,增加主動脈舒張壓,從而降低心肌耗氧,增加氧供,達(dá)到改善心功能的目的。心臟舒張氣囊充氣使血流向前,提高舒張壓和冠狀動脈的灌注;氣囊在心臟收縮之前放氣,降低收縮壓(心臟后負(fù)荷)從而改善了左心室射血。通過控制臺可在每一個心動周期內(nèi)氣囊充放氣一次(1∶1模式),也可在每兩個(1∶2模式)或每三個(1∶3模式)心動周期內(nèi)氣囊充放氣一次?？刂婆_可根據(jù)進(jìn)入氣囊的氣體量多少來調(diào)整氣囊的大小。該裝置增加冠狀動脈灌注和增加心排血量從0.5至1.0 L/min,球囊長度從22至27.5 cm及充氣量從25至50 ml不等,以適應(yīng)不同體型的患者,通常通過8.5F鞘管插入動脈,在透視引導(dǎo)下送到主動脈弓下幾厘米內(nèi)。

在臨時MCS裝置選擇中,IABP最為常用,主要優(yōu)點是便宜且容易操作。由于IABP能增加冠狀動脈灌注、減輕心臟后負(fù)荷,可能應(yīng)用于以下幾種臨床場景:新發(fā)急性心衰、心臟驟停、慢性心衰急性加重、心臟外科圍術(shù)期和急性心肌梗死[10]。雖經(jīng)股動脈是IABP植入的常用路徑,但也有研究人員報告了經(jīng)左鎖骨下或腋動脈IABP植入的安全性和可行性[11-13],還可外科切開植入,也可采用透視或超聲指導(dǎo)下經(jīng)皮經(jīng)肱動脈或腋動脈路徑植入IABP,優(yōu)選左側(cè),因右側(cè)入路易進(jìn)入主動脈弓,導(dǎo)致大腦前循環(huán)的潛在并發(fā)癥風(fēng)險。經(jīng)腋動脈或肱動脈植入的優(yōu)點是可以留置更長時間,并且患者可直立、坐起來或移動,更加人性化。IABP的禁忌證包括主動脈夾層、中重度主動脈瓣關(guān)閉不全、嚴(yán)重外周血管疾病。IABP相關(guān)的主要并發(fā)癥發(fā)生率約2.6%,包括肢體缺血、血管損傷、膿毒癥、球囊破裂和栓塞等[14]。

由于IABP應(yīng)用的臨床場景均針對危重患者,循證醫(yī)學(xué)研究較難開展,高質(zhì)量證據(jù)不多。IABP-SHOCKⅡ是一項大型隨機(jī)對照研究,它將使用IABP治療的急性心肌梗死合并心原性休克患者與傳統(tǒng)治療相比,結(jié)果顯示IABP對患者30 d、6個月及6年的死亡率無改善[15-17]。因此,在2019年急性ST段抬高型心肌梗死診斷和治療指南中,IABP已不被推薦常規(guī)使用[18]。不過,IABP-SHOCKⅡ研究存在以下局限性:入選患者嚴(yán)重程度變異性較大,且未對不同程度心原性休克患者間的差異進(jìn)行對比;IABP使用時機(jī)較晚,大多數(shù)患者是在經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)后以及出現(xiàn)嚴(yán)重組織灌注不足時才使用。

盡管IABP-SHOCKⅡ研究發(fā)現(xiàn)IABP治療并不能降低急性心肌梗死合并心原性休克患者的死亡率,IABP的使用率也有所下降[19],但仍有研究顯示部分患者可從IABP治療中獲益,并且對影響預(yù)后的相關(guān)因素進(jìn)行了深入探討。雖然IABP在美國的使用總體呈下降趨勢,但因其容易獲得、有益的血流動力學(xué)效應(yīng)和相對容易植入,仍被用于血流動力學(xué)不穩(wěn)定患者的管理,而且其作為心臟移植的橋梁用于支持終末期心衰患者的情況還有所增加[20]。IABP應(yīng)用于急性心肌梗死合并心原性休克的患者,能夠幫助其穩(wěn)定血流動力學(xué),并且不增加額外出血、感染、敗血癥、腦卒中等并發(fā)癥,因此對于藥物治療無法維持血流動力學(xué)穩(wěn)定的此類患者,IABP治療是合適的選擇,能夠為下一步的血運(yùn)重建提供更多的機(jī)會[21]。所以臨床醫(yī)生在考慮應(yīng)用IABP治療時,應(yīng)以患者為核心,多方面評估患者情況,制定個體化的治療方案,使患者得到最佳治療效果。今后,IABP可能會在心衰及心外科領(lǐng)域發(fā)揮更多的作用,而與ECMO的聯(lián)合應(yīng)用也是IABP發(fā)展的一個重要方向。隨著治療手段的增多,IABP的應(yīng)用也會有更廣泛的未來。

2.2 Impella

Impella(Abiomed, Danvers, MA, USA)是目前全球最小的心臟泵,已被美國、歐盟、日本等地批準(zhǔn)用于心原性休克/左心室卸負(fù)荷(與ECMO聯(lián)合)、高危經(jīng)皮冠狀動脈介入治療、室性心動過速消融和右心室衰竭(right vetricular failure,RVF)的治療。Impella是一種經(jīng)皮介入的微型軸流泵,能夠抽取左心室的氧合血液并直接將其泵入升主動脈,其導(dǎo)管的流入道位于左心室,一般為主動脈瓣下3.5 cm,流出道位于升主動脈,泵體位于套管內(nèi),轉(zhuǎn)速可高達(dá)51 000 r/min,血液通過位于左心室的套管排出主動脈,其尾部的豬尾管為彎曲設(shè)計,用于防止在高速吸血時直接接觸心室壁引發(fā)心室壁損傷。整個系統(tǒng)由Impella控制器來控制。Impella系列分為Impella 2.5、Impella CP、Impella 5.0、Impella 5.5、Impella LD和Impella RP(右心輔助)等多個型號,心排血量為2.5～6 L/min,直徑為9～21Fr,所有系列均已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準(zhǔn)用于臨床,最長使用時間為4～14 d。Impella的禁忌證包括嚴(yán)重主動脈瓣狹窄(主動脈瓣口面積≤0.6 cm2)、左心室血栓、主動脈瓣為機(jī)械瓣及嚴(yán)重外周動脈病變。Impella相關(guān)的并發(fā)癥有器械移入左心室導(dǎo)致心肌穿孔/心臟壓塞、室性心律失常、急性二尖瓣反流、溶血和血栓等。

Impella 2.5和Impella CP的安全性及可行性已有大型注冊中心報道[22-23]。與IABP相比,使用Impella是安全的,能提供更多的血流動力學(xué)支持,但死亡率方面并無差異[24]。PROTECTⅡ研究顯示,對于高危經(jīng)皮冠狀動脈介入治療患者,Impella的血流動力學(xué)支持力度大于IABP,但30 d的主要不良心臟事件二者并無差異[25]。IMPRESS試驗比較了在嚴(yán)重急性心肌梗死后心原性休克患者中應(yīng)用Impella或IABP的死亡率和安全性,結(jié)果顯示在30 d和6個月時,兩組患者的死亡率都很高且相似(6個月時約為50%)[26-27]。目前對于使用Impella裝置預(yù)后的研究仍然不充分,對于Impella應(yīng)用的時機(jī)及場景均存在爭議,需要大規(guī)模臨床試驗來進(jìn)一步探討。

2.3 TandemHeart

TandemHeart(Cardiac Assist, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA)是一種經(jīng)皮離心式VAD,通過將含氧血液直接從左心房泵入遠(yuǎn)端降主動脈來卸載衰竭的左心室。其由體外控制臺、21F穿房間隔引流管、15～19F的動脈導(dǎo)管及離心泵組成。TandemHeart系統(tǒng)既可通過抽吸左心房血液而減輕左心室的前負(fù)荷,同時又可將血液回輸?shù)絼用}從而達(dá)到循環(huán)輔助作用,其主要應(yīng)用于高風(fēng)險經(jīng)皮冠狀動脈介入治療、心臟切除術(shù)后心衰和臨時橋接橋或心臟移植期間。

目前,有研究顯示,與IABP相比,TandemHeart雖能夠改善血流動力學(xué)和代謝指標(biāo),但植入患者的生存率未提高,且并發(fā)癥發(fā)生率增加(如嚴(yán)重出血、肢體缺血)[28-29]。其他報道的并發(fā)癥還包括左心房插管從左心房脫入右心房后,出現(xiàn)右至左分流和缺氧、心臟壓塞和卒中[30]。該裝置的禁忌證包括嚴(yán)重外周血管疾病、心房血栓和凝血功能障礙。目前該項技術(shù)尚未在我國開展。

2.4 ECMO

ECMO是一種呼吸循環(huán)支持技術(shù),適用于高危心臟手術(shù)或心肺移植前的過渡;心臟手術(shù)后急性心肺功能衰竭,預(yù)期短時間內(nèi)可恢復(fù)者,可逆性肺動脈高壓;新生兒胎糞吸入、氣管內(nèi)異物吸入、嬰幼兒室上性心動過速、重癥心臟介入手術(shù)、先天性膈疝、嚴(yán)重心肺外傷、燒傷科患者的吸入性肺損傷、全身性中毒、不同原因的嚴(yán)重肺炎及多器官功能衰竭等多種病癥。其原理是經(jīng)導(dǎo)管將靜脈血引到體外,在血泵的驅(qū)動下,經(jīng)過膜式氧合器氧合,再回輸患者體內(nèi)。一方面使肺部得到休息,減少使用呼吸機(jī)造成的肺部損傷,另一方面可輔助心臟功能,增加心排血量,改善全身性循環(huán)灌注。近年來,國內(nèi)外ECMO支持的發(fā)展突飛猛進(jìn),根據(jù)國際體外生命支持組織(ELSO)統(tǒng)計,2015年1月至2021年12月,世界范圍內(nèi)累計62 003例患者接受了ECMO支持治療[31]。然而,使用ECMO系統(tǒng)會帶來一系列并發(fā)癥,包括出血、腎衰竭、感染,另外靜脈-動脈ECMO(VA-ECMO)模式血栓形成風(fēng)險大,而采用股靜脈→ECMO→股動脈模式的患者,由于經(jīng)過氧合的血液直接進(jìn)入股動脈,造成股動脈水平以下氧合供血良好,但股動脈水平以上氧合供血較差,可能導(dǎo)致腦、肺、心等重要臟器缺血缺氧,如何減少這些并發(fā)癥也可能是ECMO技術(shù)未來重要的探索方向。

ECMO的使用尚缺乏大型臨床試驗。一項包含1 866例心原性休克和心臟驟停接受ECMO治療患者的薈萃分析顯示,其出院存活率為20.8%～65.4%[32]。在原生心臟功能嚴(yán)重受損的情況下,高流量的VA-ECMO可導(dǎo)致左心室射血功能減退、左心室膨脹、耗氧量增加和恢復(fù)時間延長。在VA-ECMO期間,有幾種處理左心室膨脹的方法,如IABP、經(jīng)皮左心房或左心室引流、開放式手術(shù)左心室引流、經(jīng)皮血管內(nèi)LVAD以及院內(nèi)的手術(shù)植入式LVAD。

2.5 CentriMag

雅培旗下的循環(huán)支持系統(tǒng)CentriMag,2004年被首次報道使用,于2019年12月獲得FDA批準(zhǔn)。當(dāng)不確認(rèn)心臟術(shù)后患者的心臟功能是否會恢復(fù),或不確認(rèn)患者是否需要替代性的長期治療時,CentriMag可提供一個小于30 d的臨時性血液循環(huán)支持以治療暫時無法脫離體外循環(huán)的患者,其可用于左心室輔助、右心室輔助和雙心室輔助[33-39]。

CentriMag系統(tǒng)包括CentriMag泵、第二代CentriMag主控制臺、CentriMag電機(jī)、Mag監(jiān)視器、流量探頭和CentriMag引流和回流套管,分為CentriMag(成人款)和PediMag(兒童款)兩款,流量分別為1.5 L/min和10 L/min,均采用全磁懸浮離心泵驅(qū)動技術(shù),泵轉(zhuǎn)速為5 500 r/min的低轉(zhuǎn)速,器械相關(guān)血栓發(fā)生率低至2.5%[34-35]。當(dāng)泵插入電機(jī)并啟動時,內(nèi)部葉輪電磁懸浮并居中(全磁懸浮技術(shù))。在患者支持期間,控制臺用于控制泵速、產(chǎn)生血流,并監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。除此之外,CentriMag系統(tǒng)還可接入氧合器模塊,用于<6 h的緊急心肺支持。使用CentriMag的缺點是相比經(jīng)皮裝置,CentriMag需要正中開胸,技術(shù)要求較高,創(chuàng)傷較大。目前國內(nèi)尚未開展此項技術(shù)。

2.6 短期RVAD

短期RVAD包括軸流泵裝置和體外離心泵裝置,可直接降低右心房和右心室壓力,增加通過肺動脈的血流量,在保留或輔助左心室功能的情況下,使平均肺動脈壓、左心室前負(fù)荷及心排血量增加[40-41]。包括Impella RP、Tandem RVAD、ProtekDuo RVAD、VA-ECMO及CentriMag RVAD等幾種裝置(圖2)。RVF行MCS的指征包括急性右心室心肌梗死、急性肺栓塞、嚴(yán)重肺動脈高壓和LVAD植入后RVF相關(guān)的心原性休克。RVAD植入的禁忌證包括機(jī)械性三尖瓣或肺動脈瓣、重度三尖瓣或肺動脈瓣狹窄或反流、不利于支持裝置插入的肺動脈壁病變及右心房或腔靜脈壁血栓。

Direct RV Bypass:直接右心室搭橋;Indirect RV Bypass:間接右心室搭橋;RA:右心房;PA:肺動脈;RVAD:右心室輔助裝置;VA-ECMO:靜脈-動脈體外膜氧合;Axial Flow:軸流;Extracorporeal Centrifugal Flow:體外離心流

2.6.1 Impella RP Impella RP(Abiomed)是一種經(jīng)皮軸流泵RVAD,其工作原理與其他Impella設(shè)備相同。它是用一個23F鞘將系統(tǒng)通過股靜脈送入肺動脈,入口在下腔靜脈或右心房,出口在肺動脈,將血液從下腔靜脈或右心房直接輸送到肺動脈循環(huán)。盡管缺乏在RVF情況下普遍或常規(guī)使用Impella RP的數(shù)據(jù),但其已獲得緊急使用授權(quán),專門用于治療與新型冠狀病毒感染相關(guān)的RVF,包括肺栓塞患者。目前還缺乏針對右心室MCS裝置的大型隨機(jī)對照試驗。2015年,RECOVER RIGHT試驗前瞻性研究了12例急性心肌梗死和18例心臟手術(shù)后患者使用Impella RP裝置治療難治性RVF的效果,Impella RP啟動后即刻中心靜脈壓和心臟指數(shù)改善,強(qiáng)心藥及升壓藥撤離[43]。雖然該試驗未觀察其對臨床結(jié)果的影響,但I(xiàn)mpella RP患者的30 d(或出院)生存率約為73.3%,出院患者生存超過180 d,最常見的不良事件是出血和溶血[44]。

2.6.2 TandemHeart RVAD TandemHeart RVAD(TH-RVAD)使用體外離心泵和2個靜脈管道將血液從右心房輸送到主肺動脈,第一個21F流入管放置在右心房中,第二個21F流出管插入主肺動脈中。大多數(shù)TH-RVAD置管通過兩側(cè)股靜脈通路開展,流出端經(jīng)右股靜脈植入主肺動脈,流入端經(jīng)左股靜脈植入右心房。在軀干較長的患者(從股靜脈到第五肋間的距離超過58 cm),可通過右側(cè)頸內(nèi)靜脈將流出端放置在主肺動脈中。如果存在股靜脈通路的限制,包括感染、血栓形成或下腔靜脈濾過器,也可使用這種方法。當(dāng)使用右頸內(nèi)入路時,流出端通過右頸內(nèi)入路放置在主肺動脈中,而流入端通過股靜脈放置在右心房中。也可使用Protek Duo雙腔管與TandemHeart泵聯(lián)合使用,一個管腔作為流入端放在右心房,一個管腔作為流出端放在主肺動脈,并且可接氧合器進(jìn)行體外氧合。

TandemHeart(LivaNova)尚未被FDA批準(zhǔn)用于右心室支持(右心室到肺動脈),但已有報告顯示了其可行性,并且是在多種情況下報告的,包括急性心肌梗死[45-47]、LVAD植入后[42]、嚴(yán)重肺動脈高壓[48]、嚴(yán)重急性二尖瓣反流[49]及原位心臟移植后排斥綜合征[50]。2011年,一項單中心經(jīng)驗報告了9例不同病因RVF患者在TH-RVAD植入24 h內(nèi)平均動脈壓、右心房壓、心臟指數(shù)、右心室每搏量和混合靜脈氧飽和度的改善,院內(nèi)死亡率為44%,在TH-RVAD放置延遲的患者中死亡率最高,器械植入過程中或植入后均未觀察到機(jī)械并發(fā)癥[51]。2014年,THRIVE注冊研究回顧性分析了8個中心接受TH-RVAD的46例患者,主要病因包括心肌炎、心肌梗死、慢性左心衰竭、瓣膜手術(shù)前、冠狀動脈旁路移植、原位心臟移植和LVAD植入后,在TH-RVAD植入后48 h,血流動力學(xué)參數(shù)包括平均動脈壓、右心房壓、肺動脈收縮壓和心臟指數(shù)均明顯改善,院內(nèi)死亡率為57%,繼發(fā)于急性心肌梗死或LVAD植入后的RVF患者死亡率最低,年齡增加、雙心室衰竭和心肌梗死溶栓后嚴(yán)重出血是死亡的主要原因[52]。目前,TH-RVAD尚需更多大型臨床試驗來證實其療效。

2.6.3 ProtekDuo RVAD ProtekDuo RVAD(CardiacAssist, Inc.)在設(shè)計上與Impella RP不同,它是一種雙腔經(jīng)皮RVAD,可將血液從右心房引入肺動脈,并連接到外部離心泵。該系統(tǒng)支持高達(dá)5 L/min的血流量,并可插入氧合器進(jìn)行ECMO。ProtekDuo有兩種尺寸(29F和31F),通常通過右頸內(nèi)靜脈插入,從右心房引流同時回輸血液到肺動脈。ProtekDuo需要與體外離心泵結(jié)合完成右心室輔助,目前可連接的體外離心泵有TandemHeart(LivaNova)、CentriMag(Abbott)等。

ProtekDuo RVAD尚缺乏大型臨床試驗證據(jù)。在一項ProtekDuo RVAD支持下的17例RVF患者的雙中心經(jīng)驗報道中,23%的患者成功撤離,然而超過40%的患者在泵流充足的情況下死亡[53]。該裝置的優(yōu)點包括避免胸骨切開,特別是在可能曾做過手術(shù)或可能是移植候選者中,在某些情況下,被預(yù)先用于接受持久LVAD植入的患者的右心室支持[54]。目前國內(nèi)尚無此技術(shù)。

2.6.4 CentriMag RVAD CentriMag RVAD(Abbott)由一個體外離心泵、一根流入管連接右心房及一根流出管連接肺動脈組成,可產(chǎn)生10 L/min流量,使用時間可達(dá)1個月。一般來說,CentriMag RVAD需要胸骨正中切開,并且在外科手術(shù)室內(nèi)進(jìn)行植入,創(chuàng)傷較大,技術(shù)要求較高。但也有報道CentriMag與ProtekDuo雙腔管組合成經(jīng)皮右心室輔助是可行的[55],并且創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少、支持時間長、必要時可聯(lián)合氧合器。目前國內(nèi)尚未開展此技術(shù)。

2.7 短期MCS的主要并發(fā)癥

短期MCS的預(yù)后與并發(fā)癥有一定關(guān)系,這些并發(fā)癥可能跨越心血管、血液學(xué)、免疫和神經(jīng)系統(tǒng),也可能是機(jī)械泵本身固有的并發(fā)癥。并發(fā)癥各不相同,必須對個別患者的潛在臨床益處進(jìn)行權(quán)衡(表1)。

2.7.1 心血管并發(fā)癥 可能與直接的心臟損傷或血管通路有關(guān)。直接的心臟并發(fā)癥包括瓣膜損傷(主動脈瓣損傷更多見于經(jīng)主動脈裝置,導(dǎo)致主動脈瓣功能不全的早期或晚期發(fā)展)以及腔室穿孔(來自心房插管),可能導(dǎo)致分流、心包積液和心臟壓塞。血管并發(fā)癥包括遠(yuǎn)端肢體缺血和空心血管的剝離,遠(yuǎn)端肢體缺血的風(fēng)險與插管大小、患者血管粗細(xì)、部署的緊急性和伴隨的血管升壓劑使用有關(guān)。在極端情況下,肢體缺血可能需要截肢。用于ECMO的大股動脈插管導(dǎo)致的肢體缺血危害大,需要采取遠(yuǎn)端肢體灌注和近紅外光譜監(jiān)測等策略,以幫助減少這一毀滅性并發(fā)癥的發(fā)生。

2.7.2 血液學(xué)并發(fā)癥 包括(但不限于)出血、貧血、血小板功能障礙、血小板減少和血栓形成。盡管有常規(guī)的抗凝治療,但泵內(nèi)血栓形成的風(fēng)險仍然存在。對于某些形式的短期MCS(特別是ECMO),心內(nèi)血液淤滯可增加這種風(fēng)險,并導(dǎo)致泵內(nèi)血栓形成和隨后的血栓栓塞事件。MCS相關(guān)的出血是多因素的,繼發(fā)于獲得性凝血缺陷、高剪切力引起的溶血、血小板減少、通路相關(guān)問題和必要的抗凝血等。

2.7.3 感染性并發(fā)癥 在短期MCS中常見,因為多個通路外部插管,同時出現(xiàn)危重疾病和住院時間延長。感染性并發(fā)癥范圍從局部通路部位感染到全身疾病,包括菌血癥和膿毒癥。雖然一些機(jī)構(gòu)對接受MCS的患者使用預(yù)防性抗生素治療,但尚無證據(jù)支持這種普遍的做法。

2.7.4 神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥 危重癥患者的神經(jīng)損傷可能是多因素的,但通常歸因于MCS裝置中微栓子的遷移。短期MCS的血流動力學(xué)不穩(wěn)定的患者往往伴有腦灌注不足、缺氧或代謝紊亂,從而導(dǎo)致腦血管事件。IABP、TandemHeart及其他經(jīng)皮MCS裝置的腦卒中發(fā)生率相似,但在ECMO支持的患者中明顯更高。

3 中長期MCS

中長期MCS裝置主要用于未能進(jìn)行心臟移植的慢性終末期心衰患者,包括美國國立衛(wèi)生研究院-各機(jī)構(gòu)間機(jī)械輔助循環(huán)支持協(xié)會(Interagency Registry for Mechanically Assisted Circulatory Support,INTERMACS)分級1～4級的患者和具有高危風(fēng)險特征的INTERMACS分級5～6級的患者[56]。中長期MCS針對慢性心衰患者可提供較長的機(jī)械循環(huán)輔助,直到患者等到心臟供體或恢復(fù)心臟功能。當(dāng)患者符合終末期充血性心衰的診斷標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行心臟移植治療時,可考慮將MCS治療作為BTT應(yīng)用。其實,MCS并不僅僅是作為心臟移植前過渡治療手段而發(fā)展起來的,最初的設(shè)計想法是用它作為一種能取代心臟移植的治療心衰患者的方法,也就是為心衰患者實施終點治療(destination therapy,DT)。由于60歲以上人群心衰的患病率明顯上升和供心的嚴(yán)重缺乏,使得DT治療得到發(fā)展。隨著對機(jī)械輔助應(yīng)用的深入探究和理解,對于不符合心臟移植的患者,使用長期機(jī)械輔助作為終點治療已成為當(dāng)今長期MCS的一個使用方向。

3.1 LVAD

LVAD的發(fā)展大致可分為三代。第一代LVAD屬于流體機(jī)械中的容積式心臟泵,主要代表產(chǎn)品是Novacor裝置和Thermo Cardiosystems裝置(HeartMate第一代)。1984年,Novacor裝置首次植入人體,也是歷史上首次使用電機(jī)械VAD。同年,Thoratec公司氣動式搏動容積泵首次作為BTT治療應(yīng)用于臨床。第一代LVAD驅(qū)動源結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,總體體積較大,作為血泵囊袋的隔膜材料要求比較高,囊袋配有單向流瓣膜,復(fù)雜的結(jié)構(gòu)影響了血泵的性能和壽命。第二代LVAD與第一代有所不同,屬于流體機(jī)械中的軸流血泵,通過高速旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生非搏動持續(xù)流輸出,具有結(jié)構(gòu)簡單、耐耗損、體積小等優(yōu)點,于1988年第一次用于心原性休克的循環(huán)輔助。其主要代表產(chǎn)品有DeBakey/NASA、HeartMateⅡ(Thoratec公司)和Jarvik2000(Jarvik Heart公司)。第三代LVAD在第二代的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),屬于完全懸浮的旋轉(zhuǎn)式輔助裝置,取代了葉輪轉(zhuǎn)子體的機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸,采用非接觸式軸承設(shè)計,葉輪在血泵中懸浮旋轉(zhuǎn),可進(jìn)一步提高血泵的耐受性,更好地防止血栓形成。其大多采用離心泵結(jié)構(gòu),易植入、體積小、血栓和感染并發(fā)癥少,是目前臨床上最受青睞的植入式心臟輔助裝置。早在1950年,磁懸浮軸承技術(shù)就已被使用在機(jī)械轉(zhuǎn)子上,而直到1992年,Akamatsu等才用磁懸浮技術(shù)來研發(fā)MCS裝置。主要代表產(chǎn)品是HeartWare HVAD(Medtronic公司)、HeartMateⅢ(Thoratec公司)和DuraHeart(Terumo公司)。

3.1.1 機(jī)械軸承軸流泵 第二代LVAD以HeartMateⅡ為代表,通過一個軸向配置的血泵,使通過轉(zhuǎn)子的血流路徑平行于泵的軸線,能提供6～10 L/min的持續(xù)心排血量。這一代心臟輔助裝置體積小,耐久性長,從而顯著提高了患者的生活質(zhì)量。對于第二代LVAD,HeartMateⅡ試驗隨機(jī)招募了200例不適合心臟移植的晚期心衰患者,隨機(jī)分配到第一代搏動式隔膜泵組(66例)和第二代恒流泵(HeartMateⅡ)組(134例),主要終點為2年無卒中生存率和維修、更換設(shè)備的二次手術(shù)率,次要終點為總生存率、不良事件發(fā)生率、生活質(zhì)量和功能能力。結(jié)果提示,與第一代搏動式隔膜泵組相比,第二代恒流泵組患者的無卒中生存率更高,更換設(shè)備的二次手術(shù)率較低,兩組的生活質(zhì)量和功能能力均顯著改善[57-58]。因此,HeartMateⅡ于2008年被FDA批準(zhǔn)用于心臟移植前的輔助支持治療,于2010年被批準(zhǔn)用于永久替代治療。Jarvik2000也是常用的機(jī)械軸承軸流泵,一項日本的前瞻性研究納入了13家醫(yī)院的83例患者,分析了患者植入Jarvik2000作為心臟移植前過渡治療的數(shù)據(jù),中位隨訪時間為191 d。研究結(jié)果顯示,患者的1、2年總生存率分別為85.0%和79.3%,死亡原因包括卒中、感染和器械故障。常見的不良事件包括大出血(27.7%)、新發(fā)感染(31.3%)、卒中(20.5%)和器械故障(20.5%),17例患者新發(fā)主動脈瓣反流,但Jarvik2000植入后的中期生存率比較令人滿意[59]。

3.1.2 混合懸浮離心泵 美敦力公司的HeartWare HVAD是一種混合磁懸浮和液力懸浮的小型離心泵,可消除摩擦、發(fā)熱和部件磨損,排量為50 ml,心輸出容量為10 L/min。該產(chǎn)品于2009年獲批在歐盟國家上市,2012年獲得FDA批準(zhǔn)用于BTT,2017年擴(kuò)展至DT,獲批DT后植入數(shù)量超過6 000例,2009—2019年總植入量約為1.9萬例[60]。有報道稱,HeartWare HVAD可能會導(dǎo)致患者卒中風(fēng)險增加[61-63]。近期的一項研究中,3 076例(49.6%)患者接受HeartWare HVAD治療,中位隨訪時間為12個月,結(jié)果顯示接受HeartWare HVAD的患者發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)不良事件更多(16.4%比6.4%,P<0.001)[64],由于嚴(yán)重不良事件,該產(chǎn)品于2021年6月被宣布退市。美敦力公布的主要原因,其一是HeartWare HVAD導(dǎo)致的腦卒中的發(fā)生率、死亡率高于同類產(chǎn)品;其二是產(chǎn)品設(shè)計層面,HeartWare HVAD血泵在因掉電而停轉(zhuǎn)情況下可能無法重新啟動,或無法立即重新啟動,導(dǎo)致危及生命的嚴(yán)重后果。

3.1.3 全磁懸浮離心泵 全磁懸浮離心泵是MCS領(lǐng)域的最新進(jìn)展,代表產(chǎn)品HeartMateⅢ由Thoratec公司開發(fā),是全球首款利用磁懸浮技術(shù)的完全植入式心臟泵,轉(zhuǎn)子通過磁力懸浮,血液流動通道寬,可以最大限度地減少剪切力,同時不使用機(jī)械軸承的無接觸旋轉(zhuǎn)消除了磨損和發(fā)熱;人工脈沖避免血液淤滯,避免血栓形成,最大程度減少不良事件。HeartMateⅢ于2017年被FDA批準(zhǔn)用于BTT,2018年獲批用于DT,已成為目前全世界最常用的LVAD,其轉(zhuǎn)速為3 000～9 000 r/min,流量10 L/min。一項多中心隨機(jī)對照試驗對第三代LVAD產(chǎn)品HeartWare HVAD與HeartMateⅡ進(jìn)行了比較,納入446例患者,2∶1分配至HeartWare HVAD與HeartMateⅡ治療組,研究終點為患者2年的無致殘性卒中生存期及無設(shè)備故障生存期。結(jié)果顯示,與HeartMateⅡ組相比,HeartWare HVAD組患者的無致殘性卒中生存期和無設(shè)備故障生存期明顯延長,然而HeartWare HVAD組的卒中發(fā)生率高于HeartMateⅡ組,不過后者的設(shè)備故障率則更高,兩組的生活質(zhì)量和功能能力改善程度相似[65]。2018年發(fā)表的一項研究納入了366例終末期心衰患者,1∶1隨機(jī)分配到HeartMateⅢ組和HeartMateⅡ組,主要終點為患者2年的無致殘性卒中、無再次手術(shù)生存率。結(jié)果發(fā)現(xiàn),HeartMateⅢ組、HeartMateⅡ組分別有79.5%、60.2%的患者出現(xiàn)主要終點。同時,HeartMateⅢ組患者在器械故障再次手術(shù)以及卒中等方面均優(yōu)于HeartMateⅡ組[66]。HeartMateⅢ在2017年被批準(zhǔn)用于心臟移植前輔助支持治療,并且在2018年被批準(zhǔn)應(yīng)用于永久替代治療。

3.1.4 LVAD的并發(fā)癥 分為LVAD特有的并發(fā)癥和相關(guān)的并發(fā)癥,前者包括抽吸事件、血栓形成、泵發(fā)生機(jī)器故障等,后者主要有出血、腦卒中、感染、RVF、心律失常和主動脈瓣反流。

(1)血液相容性相關(guān)并發(fā)癥:包括出血、血栓形成、腦卒中等,是導(dǎo)致接受LVAD治療的患者殘疾、死亡、再入院的主要原因。LVAD術(shù)后患者,栓塞性或出血性腦卒中是死亡的主要原因之一[67]。雖然在一些研究中,有無脈動性對卒中結(jié)果似乎無直接影響,但由于無脈動性可導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙、血栓等,同樣是腦卒中的高危因素[68]。因此,對于連續(xù)流心臟泵與脈動性的結(jié)合,可明顯降低LVAD術(shù)后患者的長期卒中風(fēng)險,使患者的生存率和生活質(zhì)量明顯提高[69]。同時,需要確定每位患者最佳抗血小板和抗凝血的作用,在出血和血栓形成之間取得恰當(dāng)平衡對于減少這兩種并發(fā)癥非常重要。

(2)RVF:LVAD早期RVF的報道發(fā)生率為6%～44%,是導(dǎo)致LVAD植入術(shù)后死亡的重要原因。RVF定義為右心室功能障礙的持續(xù)體征和癥狀,中心靜脈壓(central venous pressure,CVP)大于18 mmHg;在左心房充盈壓力沒有增加的情況下,心臟指數(shù)小于2.0 L·min-1·m-2;放置RVAD,或在植入LVAD后靜脈使用正性肌力藥物或一氧化氮超過14 d,也符合該定義[70]。目前認(rèn)為除藥物治療外,對術(shù)后RVF比較有效的治療方法是植入BiVAD,但可長期使用的BiVAD還在研發(fā)中[71]。因此,術(shù)前右心功能的評估尤為重要,多年來許多RVF的預(yù)測風(fēng)險模型已被開發(fā)出來,這些模型均是基于對發(fā)生RVF的患者與未發(fā)生RVF的患者進(jìn)行的回顧性分析。其主要局限性是,它們在很大程度上忽略了麻醉的影響、胸內(nèi)壓力變化、正壓通氣和容積變化所帶來的許多生理變化。此外,這些模型很少考慮到泵對心室容積、壓力和室間隔功能的影響。在評估右心室時,我們應(yīng)結(jié)合血流動力學(xué)值(肺動脈脈動指數(shù)、CVP與肺毛細(xì)血管楔壓比值)和超聲心動圖數(shù)據(jù)(右心室/左心室直徑、三尖瓣反流嚴(yán)重程度、右心室自由壁收縮功能、三尖瓣環(huán)平面收縮偏移)來評估RVF的嚴(yán)重程度。在沒有任何標(biāo)準(zhǔn)化方法的情況下,這在很大程度上是主觀的和憑經(jīng)驗的。因此,選擇患者最重要的因素是優(yōu)化,以防止需要放置RVAD。這些方法包括術(shù)前積極利尿降低CVP(不伴隨肌酐的升高),理想情況下低于10 mmHg,以及使用正性肌力藥物(優(yōu)化外周灌注,同時緩解肝臟充血)。其他需要考慮的因素包括術(shù)中盡量減少輸血,在整個手術(shù)過程中使用吸入性肺血管舒張劑,以及維持更大的平均全身血壓超過70 mmHg,以優(yōu)化右心室性能[70]。

(3)感染:感染是死亡的獨立預(yù)測因子[72],感染性并發(fā)癥的一個主要因素是需要使用電流傳動系統(tǒng)技術(shù)。減少植入裝置與外界的聯(lián)系將是減少感染性并發(fā)癥的最直接手段。創(chuàng)建一個可靠的植入式電源而沒有過多的植入元件,以及合適的電源尺寸是目前主要的技術(shù)障礙,但我們相信未來有望實現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.2 TAH

人們從20世紀(jì)60年代中期開始探索人工心臟,百余年來人工心臟的材料發(fā)展迅速,如SynCardiaTAH、AbioCorTAH、CarmatTAH等,總體上分為氣動式TAH和電動式TAH,提供左心系統(tǒng)和右心系統(tǒng)的動力,滿足生理性變化的需要。目前,臨床上應(yīng)用的TAH主要是SynCardiaTAH和AbioCorTAH兩種:(1)SynCardiaTAH是美國FDA批準(zhǔn)的唯一用于過渡到心臟移植的TAH,是目前臨床上唯一可長期替代雙心室的MCS裝置,已被植入約2 000例患者中[73]。SynCardiaTAH由2個聚氨酯材料的人工心室、2個機(jī)械瓣、驅(qū)動氣體管道及體外驅(qū)動裝置組成。人工心室由聚氨酯膜分隔為一個氣囊和一個血囊。體外壓縮空氣和氣囊連接,收縮期通過氣體充盈氣囊,壓迫血囊,推動血液流動;舒張期氣體從氣囊中抽出,血液充盈血囊,瓣膜保證血液單向流動。體外氣動源可調(diào)節(jié)頻率、收縮期時間和驅(qū)動壓力,并對其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。有中心報道SynCardiaTAH植入后存活率與接受心臟移植的患者相似,有研究證實該設(shè)備是有效且安全的心臟置換裝置[74]。(2)AbiocorTAH采用電磁驅(qū)動的液壓驅(qū)動模式,該系統(tǒng)用電力驅(qū)動液體流動,模仿心室的收縮和舒張功能。其采用了經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)(TET),可通過無線能量傳輸實現(xiàn)裝置的全體內(nèi)植入,避免了驅(qū)動導(dǎo)線常引起的感染和不便。

4 國產(chǎn)MCS

目前,我國應(yīng)用的中長期MCS主要有重慶永仁心(EVAHEARTⅠ)、蘇州同心(CH-VAD)、航天泰心(HeartCon)和深圳核心(CorHeart 6),見表2。

表2 已通過美國食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)證的和國產(chǎn)的心室輔助裝置

4.1 重慶永仁心EVAHEARTⅠ

重慶永仁心成立于2014年,主研產(chǎn)品為植入式LVAD——EVAHEART(人工心臟),該產(chǎn)品是由日本早稻田大學(xué)、東京女子醫(yī)科大學(xué)、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、日本太陽醫(yī)療技術(shù)研究所等科研機(jī)構(gòu)共同研發(fā)。EVAHEARTⅠ于2019年已獲國家藥品監(jiān)督管理局(National Medical Products Administration,NMPA)批準(zhǔn)上市,日本(2010年)、歐盟(2012年),并獲得FDA的IDE許可(有條件豁免)。EVAHEART植入式LVAD采用離心泵和獨特的純水密封設(shè)計,具有低轉(zhuǎn)速、大流量、高耐久、良好的生物相容等特性,臨床使用轉(zhuǎn)速為1 600～2 200 r/min,對血液破壞小,血泵直徑51 mm,厚度67 mm,重量262 g,管道采用大直徑(內(nèi)徑16 mm)設(shè)計,最大流量可達(dá)20 L/min以上,可實現(xiàn)生理性脈動血流,有助于降低RVF、主動脈瓣關(guān)閉不全、消化道出血等發(fā)生風(fēng)險。EVAHEART植入式LVAD主要為進(jìn)展期難治性左心衰患者血液循環(huán)提供機(jī)械支持,包括BTT和DT。當(dāng)前最長使用患者達(dá)到10.5年。

4.2 蘇州同心CH-VAD

蘇州同心CH-VAD由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院團(tuán)隊和蘇州同心醫(yī)療團(tuán)隊聯(lián)合開發(fā),采用全磁懸浮技術(shù),重量186 g,血泵直徑50 mm,厚度26 mm,最大流量為10 L/mim。CH-VAD于2018年進(jìn)入臨床(25例,臨床終點為存活3個月),2019年3月在中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院、福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院等開啟臨床試驗,于2021年獲得NMPA批準(zhǔn)用于短期輔助BTT。

4.3 航天泰心HeartCon

航天泰心HeartCon(“火箭心”),直徑45 mm,厚度53 mm,質(zhì)量185 g,功耗5 W,其流量為10 L/min。該設(shè)備采用雙懸浮磁液、電控雙冗余、泵機(jī)一體化等技術(shù),具有質(zhì)量輕、體積小、溫升低等特點。該產(chǎn)品已于2019年3月開展臨床試驗(50例),并于2022年獲批NMPA用于BTT。

4.4 深圳核心CorHeart 6

深圳核心醫(yī)療研發(fā)的CorHeart 6,血泵重量僅90 g,血泵直徑34 mm,厚度26 mm,是全球體積最小、重量最輕的可植入式全磁懸浮人工心臟,具有血液相容性、功耗小、發(fā)熱少等特點,且術(shù)中侵犯性小,術(shù)后患者恢復(fù)快,可應(yīng)用于兒童患者。術(shù)后長期佩戴的體外控制器和電池的重量僅800 g,減輕負(fù)載,出行更便利。該設(shè)備于2021年啟動多中心臨床試驗,于2023年獲批NMPA用于BTT。

5 展望

隨著人口老齡化和心血管疾病的增加,終末期心衰患者數(shù)量逐年增多,MCS的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。VAD是目前應(yīng)用最廣泛的人工心臟,它旨在通過機(jī)械或生物機(jī)械手段,改善心臟功能,幫助患者渡過心衰或其他嚴(yán)重心血管疾病的治療過程。

未來,MCS裝置有望得到更廣泛的應(yīng)用。一方面,隨著心血管疾病患者的增加,醫(yī)療界需要更加有效的治療方法來改善患者的生活質(zhì)量和預(yù)后。另一方面,隨著技術(shù)的進(jìn)步,MCS裝置將更加可靠、安全、有效,并且能夠更好地滿足患者的需求。

MCS裝置應(yīng)用技術(shù)的研究和發(fā)展將集中在以下幾個方面:(1)優(yōu)化設(shè)計和材料:研究人員將繼續(xù)努力優(yōu)化左心輔助系統(tǒng)的設(shè)計和材料,以提高其可靠性和耐用性,并減少并發(fā)癥的風(fēng)險;(2)智能化控制:隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展,未來MCS裝置將更加智能化,能夠根據(jù)患者的身體狀況和需求自動調(diào)整輔助水平,以提供最佳的治療效果;(3)生物相容性:為了減少排斥反應(yīng)和感染等并發(fā)癥的風(fēng)險,研究人員將更加注重開發(fā)與人體相容的材料和系統(tǒng);(4)移動醫(yī)療:隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展,未來MCS裝置將更加便攜,可以方便地在醫(yī)院外的環(huán)境中使用,這將為患者的治療和康復(fù)帶來更大的便利;(5)成本效益:隨著醫(yī)療成本的增加,研究人員將更加注重MCS裝置應(yīng)用技術(shù)的成本效益分析,以確定其在不同國家和地區(qū)的可行性。

總之,MCS裝置將有更加廣泛的應(yīng)用前景,并為心血管疾病患者帶來更好的治療選擇。

利益沖突：無