心室辅助装置及其临床应用

匡小虎 张抒扬

随着人们平均寿命的延长,心力衰竭(heart failure,HF)的患病率日渐增长,其中约5%的患者处于终末期,预后很差。虽然心脏移植仍作为终末期心衰患者的最佳选择,但供体短缺大大限制了其应用。另外,心源性休克(cardiac stroke,CS)的死亡率依然居高不下,泵衰竭仍然是死亡的主要原因。故心脏辅助治疗越来越多的引起关注。以心室辅助装置(ventricular assist devices,VAD)为形式的心脏机械支持诞生于上世纪60年代,随着技术的发展,VAD变得更小、更安全且更持久,新型的经皮心室辅助装置(percutaneous ventricular assist devices,pVAD)的应用也越来越普遍。

一、分类

1.左室辅助装置、右室辅助装置和双室辅助装置:VAD最重要的结构是泵装置,泵通过流入管与左心室或右心室相连;通过流出管与主动脉或肺动脉相连。泵装置与电力供应设备和控制器连接,控制器接受来自泵装置的数据并反馈控制其工作。根据泵连接心腔的不同分为左室辅助装置(left ventricular assist devices,LVAD)、右室辅助装置(right ventricular assist devices,RVAD)和双心室辅助装置(biventricular assist devices,BiVAD)。

2.体外型和体内型(植入型):根据VAD泵被置于体外或体内可分为体外型和体内型(植入型)。体外型适于儿童及体表面积较小的成年人。由于其驱动导线经腹壁引出,故会刺激腹壁引起不适并增加腹腔感染的概率。体内型VAD多置于腹腔内,适于体表面积较大者,患者感染概率小。

3.搏动式和非搏动式:VAD最常用的分类方法是根据泵血机制不同分为搏动式和非搏动式。最早的VAD模仿心脏的搏动式血流形式,搏动泵可以固定频率或自动模式泵血,高度依赖于心室的前负荷。如 Abiomed BVS 5000、Thoratec VAD、Novacor LVAS和 Heartmate XVE等。新一代VAD采用非搏动式持续血流,有轴流泵和离心泵两类,相比于搏动式VAD体积更小、能耗更低且使用时间更持久。轴流泵非搏动式VAD包括MicroMed DeBakey、HeartMateII和Jarvik2000.,离心泵非搏动式VAD主要有HeartMateⅢ[1]。

1966年,DeBakey第一次成功的在人类中使用了VAD。1976年出现了搏动式的LVAD,1994年新型Heartmate被美国食品和药品管理局(FDA)正式批准用于心脏移植的过渡治疗。1998年,Heartmate XVE获批用于移植过渡治疗,并且在2002年经FDA批准用于终末期心衰的永久治疗(destination therapy)。第二代的非搏动式轴流VAD于1998年首次应用于人类,其体积和持久性都具有优势。虽然一些医生对其不符合生理模式的非搏动式血流提出过异议,并担心可能造成器官损害,但随后的研究证明与搏动式VAD相比,非搏动式VAD用于移植过渡治疗是安全的[2]。

体外膜氧合(extracorpareal membrane oxygenation,ECOM)装置是国内使用最多的非搏动型心室辅助装置。其工作原理类似于心肺机,患者的血液被引入膜氧合装置,血液中的二氧化碳和氧气交换后再回输给患者,可同时提供循环和呼吸支持。ECOM需要严格抗凝和持续监测,且操作和控制需要专业训练人员。另外,ECMO并不能直接减轻左室负荷,甚至可能增加左室负荷。目前,其主要用于CS和心脏手术后的支持。尽管其可以提供有效的循环支持,但由于操作的复杂性和有创性,很少用于高危PCI患者。

4.经皮心室辅助装置:经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)技术迅猛发展,需要临时心脏支持的高危PCI患者的增加和复杂瓣膜病经皮介入治疗(如经皮主动脉瓣置换术、经皮二尖瓣瓣膜成形术等)的发展都促进了经皮循环支持技术的应用,使pVAD走向临床。荟萃分析显示pVAD与主动脉内球囊反搏术(intra-aortic balloon pump,IABP)相比能给CS患者提供更好的血流动力学支持,但死亡率差异没有统计学意义[3]。目前应用广泛的pVAD有TandemHeart和Impella Recover系统。TandemHeart由两个导管和一个离心泵组成。流入管从股静脉进入,穿过房间隔进入左心房。流出管通过股动脉与降主动脉相连。Impella系统由一个小型轴流旋转血泵组成,泵跨过主动脉瓣,通过远端主动引流心室血液并减轻心脏负荷,通过近端泵入升主动脉。Cancion装置是另一种经皮机械,它不直接提供心脏支持功能。该装置由一个置于股动脉的流入导管、一个离心泵和一个置于降主动脉近端的猪尾流出导管组成。Cancion装置可以增加主动脉血流,研究显示其可以改善内皮功能和一氧化氮释放,促进血管扩张,降低充盈压力并改善肾功能。

二、VAD对患者血流动力学的影响

不同于IABP,VAD不依赖于心室的残余功能,也不需要与心脏周期同步化,可用于严重的左室功能不全和心律失常的患者。它能增加全身血管的压力,减轻心室负荷,表现在左室舒张末压和左室收缩末压降低,心输出量和心脏指数增加。另外,冠状动脉压力也随之增加,进一步引起冠状动脉血流速度储备的增加和冠脉微血管阻力下降。与IABP相比,使用VAD的患者血流动力学参数有较好的改善[4]。

三、临床应用

REMATCH (Randomized Evaluation ofMechanical Assistance in Treatment of Chronic Heart Failure)研究是 VAD领域具有里程碑式的研究[5]。研究入组129个终末期心衰患者并植入Heartmate XVE系统,探索LVAD与最优化的药物治疗相比是否有长期获益。结果显示,LVAD组和药物治疗组的1年生存率分别为52%和25%(P=0.002),2年生存率分别为23%和8%(P=0.09),同时患者的心脏功能和生活质量都得到了改善。Heartmate XVE装置也因此于2002年被美国FDA批准用于终末期心衰的永久治疗。3年后Stevenson等[6]又对REMATCH研究中进行静脉强心药治疗的亚组进行了分析。129例随机患者中有91人接受静脉强心药治疗。结果显示,对于强心药治疗的患者,LVAD和药物组的半年生存率分别为60%和39%,1年生存率分别为49%和24%,2年生存率分别为28%和11%,两组之间差异有统计学意义(P=0.0014)。而非强心药治疗的患者虽然生存率较高,但两组患者的生存率并差异无统计学意义。故VAD可能更适于那些依赖强心药和不适于移植的HF患者,可见患者的选择十分重要。

使用VAD的合理性在于其降低心室前负荷并维持系统循环稳定。VAD最早用于其他治疗手段无效的急性CS以及对心功能评分IV级(New York Heart Association,NYHA评分)的HF患者心脏移植前的循环支持和过渡。前者即所谓的康复的过渡治疗(bridge to recovery),稳定因心梗、心脏手术、慢性HF伴急性血流动力学失代偿、急性心肌炎、心肌挫伤、难治性室性心律失常等导致的CS[7]。另外,VAD也用于短期支持CS患者,以给医生足够时间制定下一步治疗决策或收集更多社会医疗信息评估移植指征,即作为决策的过渡治疗(Bridge to decision)。对于移植的过渡(Bridge to transplant)治疗,很多开始不适合心脏移植的患者在VAD有效的循环支持及器官功能改善后成为心脏移植的合格候选者。研究显示,VAD作为移植的过渡治疗可以改善运动耐量,减轻水肿和体重,改善器官灌注,甚至逆转药物治疗无效的肺动脉高压[8]。但研究结果也不都尽如人意,最近也有报道指出使用VAD和不使用VAD相比会增加移植后的死亡率,在体外型VAD中更加显著[9]。随着技术的成熟和研究的深入,VAD开始成为替代移植的永久治疗,用于终末期HF但又不符合移植候选者资格,多是高龄、伴严重合并疾病、顽固性肺动脉高压、无法耐受免疫抑制剂和拒绝移植治疗的患者。总的来说,VAD的主要指征包括:(1)康复的过渡治疗。(2)决策的过渡治疗(bridge to decision)。(3)移植的过渡治疗(bridge to transplant)。(4)永久治疗(destination therapy)[10]。

心脏介入技术近年得到了突飞猛进的发展。pVAD可支持高危PCI患者、维持CS患者的血流动力学稳定和增加器官灌注。Tandemheart系统在上世纪90年代开始用于高危冠脉介入治疗。两项随机研究比较了 Tandemheart和IABP在CS中的应用[11-12],虽然它能提供稳定的循环支持,但存在严重并发症。Tandemheart在择期高危PCI[13-14]和合并经皮主动脉瓣置换术的高危PCI中的研究也得到了类似的结果[15]。美国FDA批准其用于短期(6 h)心脏支持。Impella系统采用跨主动脉瓣的轴流泵系统,Wampler等早在1988年就提出来这个概念,但直到近些年技术才得以成熟,避免了探索早期的严重并发症。美国和欧洲都已经批准了其临床应用。一项最近的随机对照研究比较了Impella LP 2.5和IABP在心梗致CS中的应用,结果显示Impella更好的改善了患者的血流动力学参数[16]。但2009年公布的一项荟萃分析却没有得到pVAD比IABP在30天死亡率的获益[17]。欧洲的一项多中心试验对144例高危PCI预防性使用Impella系统的安全性和可行性进行了研究,结果显示心梗、卒中、主要出血和血管并发症事件的发生率分别为0、0.7%、6.2%和 4%,30天死亡率5.5%,结果令人鼓舞[18]。一些用于高危PCI患者的研究也证明了Impella系统对循环的保护和支持作用。目前看来它是受肯定和使用较多的pVAD。更有动物实验证明即使在心脏停搏的情况下,Impella也比开胸心脏按压能提供更好的脑保护[19]。一项最新的研究对比了ST段抬高心梗患者使用Impella LP2.5对微循环(通过测定舌下动脉的血流指数和血管密度)的影响[20],结果显示Impella使用组达到了健康对照组的微循环水平。这也说明了为什么它能起到脑保护的作用。

四、并发症

VAD最常见的并发症包括感染、血栓-栓塞事件、出血、右心功能障碍和机械故障。

感染的发生率差异较大。驱动导线引起的感染最多,主要与导线僵硬和不合理的固定有关。另外,感染还与患者机体免疫功能低下、长时间机械通气及深部动静脉置管有关。VAD体积的减小和通过控制带良好固定驱动导线以保持皮肤密闭性可明显降低感染发生率[21]。当然,严格无菌操作、尽快脱机、保证能量供给、加强病原学监测及合理应用抗生素控制感染都是必须的。

血栓栓塞事件的发生率约5%～50%,与VAD类型和抗凝药物的不同有关。Heartmate XVE因其内衬的生物材料而血栓栓塞发生率较低。出血的发生与VAD引起动脉压力升高、手术创伤、长时间心肺转流和术后抗凝有关。一般术后24 h后的出血多为抗凝治疗不当所致。一些消化道出血可能与动静脉畸形的形成有关,这在持续血流装置中更常见[22]。最近研究显示出血倾向增加可能还与高切力和异常血小板微聚体形成引起的血小板功能异常有关,这种病生理改变与获得性 Von Willebrand病相似[23]。

右心衰的发生可能和右室心肌功能异常、心室间相互依赖和右室后负荷增加有关,但其发生较难预测。右室衰竭引起左室充盈不良和LVAD输出减少,增加围手术期死亡率,导致心脏移植预后差,器官功能恢复时间延长。

机械故障严重威胁患者生命,主要原因有活动机构和生物瓣膜损伤有关,需要立即更换装置。REMATCH研究显示VAD置入术后2年的发生率为35%,死亡率约17%[5]。

其他并发症还有渗出性胸腔积液、肾功能衰竭、外周血管损伤、溶血等。

五、患者的选择和术前评估

患者在置入VAD前需要详细的评估和筛选。2007年发表的“后REMATCH时代”的数据高度强调了患者的选择和评估对VAD置入后死亡率影响的重要性[24],并指出REMATCH研究中一些术后30天死亡的病例可能和患者选择不当有关。Leitz等通过对数据进行单因素分析,发现血小板 <148 000/μ l、血白蛋白 <33 g/L、天冬氨酸转移酶 >45 U/L、红细胞压积≤34%是VAD置入90天死亡的高度预测因子,其他的危险因子还有:右室功能异常标记物、肾功能异常、肺功能异常、凝血异常、心脏手术史、活动性感染等[24-26]。这说明以前将VAD作为严重失代偿患者的最后救命稻草并不是最佳选择。VAD应该提前进行(患者营养状况和终末器官功能尚好)或在LVAD置入前尽可能改善这些因素。近些年一些评分系统的出现帮助医生更快的选择患者,如永久治疗危险评分(The Destination Therapy Risk Score)旨在帮助医生预测VAD置入后的死亡率,高风险患者1年生存率(<15%)甚至低于单纯药物治疗患者(28%)[27]。

六、总结和展望

2010年欧洲心脏病学会最新发布的心衰机械治疗的指南中指出VAD目前可用于心脏移植的过渡治疗和终末心衰的永久治疗,如心功能ⅢB/Ⅳ期(NYHA)、射血分数≤25%、VO2峰值≤14 ml/(kg min)的患者。患者主要是依赖强心药治疗的人群,严重肾脏、肺脏、肝脏功能异常或感染的患者不建议使用。目前证据显示持续血流装置优于搏动型血流装置[28]。VAD的临床应用仍在探索中,更多临床研究数据的公布将带给我们更多的启示。

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