心脏重症患者常用机械辅助循环装置的研究进展

赵帅，刘志刚，刘晓程

中国医学科学院北京协和医学院泰达国际心血管病医院，天津300457

心脏重症是心血管疾病发展的危重阶段，主要包括各种原因引起的心源性休克（CS）和终末期心力衰竭（HF），患者往往出现严重的血流动力学紊乱，发病率和病死率极高。在药物、介入及手术治疗的基础上，机械辅助循环（MCS）通过外源动力系统辅助或替代衰竭心脏的泵血功能，等待心脏功能恢复或后续进一步治疗。当前MCS 分为临时辅助设备和长期辅助装置，并可配置为左、右或双心室支撑，用于短期心脏功能恢复，过渡到心脏移植或长期的最终目的治疗［1］。常见的临时MCS 装置包括主动脉内球囊反搏（IABP）、静脉—动脉体外膜氧合（VA-ECMO）和临时心室辅助装置。终末期HF患者长期应用MCS 可过渡到心脏移植或将其作为目的疗法进行永久替代治疗，装置包括左心室辅助装置（LVAD）及全人工心脏（TAH）［2］。本文就当前心脏重症应用的MCS装置综述如下。

1 急性CS应用的临时MCS装置

在引起CS 的病因中，急性冠脉综合征约占80%，其中56%的患者使用IABP 治疗，6%的患者使用 ECMO，总体病死率约 40%［3］。BASIR 等［4］发现，在休克发生后90 min 内进行MCS 的患者生存率为68%；而在休克发生4 h 以上启动MCS，患者生存率仅为26%。

1.1 IABP IABP 是最常用的经皮 MCS 设备，1968年首次将其用于治疗CS。IABP 通过股动脉或腋动脉将带有快速充放气功能的球囊导管置于降主动脉，在舒张早期快速充盈球囊，血流逆行向上返回主动脉根部，增加大脑及冠脉血流灌注。在收缩期气囊瞬间快速排空，降低心脏后负荷，增加心输出量、减少心脏做功及氧耗。但随机对照试验评估MCS在AMI 合并CS 患者中的使用效果，发现IABP 组和常规治疗组患者30 d 病死率无差异［5］。因此，欧洲心脏病学会指南中IABP 的推荐等级低，目前CS 常规使用IABP 的推荐等级为ⅢB 级，仅在有机械并发症的患者中推荐使用（ⅡA级）。

1.2 VA-ECMO ECMO 提供气体交换及心脏支持，其中静脉—静脉体外膜肺氧合（VV-ECMO）用于单纯呼吸衰竭患者，而呼吸循环衰竭患者使用VA-ECMO。在VA-ECMO 循环中，血液从静脉抽出，进入氧合器进行气体交换后，离心泵将氧合血通过动脉插管泵回动脉血管。VA-ECMO 可在短期内完全替代衰竭心脏，逆转CS对器官低灌注的影响，等待心脏功能恢复，其适应证包括AMI、暴发性心肌炎、慢性心肌病急性失代偿、心脏骤停、脓毒症相关的心肌病、大量肺栓塞、心律失常性风暴等。目前使用VA-ECMO 作为体外循环支持已成为CS一线治疗方法，其侵入性小，植入方便，植入后器官衰竭少。接受VA-ECMO 支持的患者住院病死率为50%～60%，6个月存活率为30%［6］。一项荟萃分析比较VA-ECMO与标准心肺复苏治疗心脏骤停，发现VA-ECMO可以显著改善神经系统预后，提高患者30 d生存率［7］。

1.3 临时心室辅助装置

1.3.1 Impella Impella 泵是一种连续型轴流泵，为目前最小的心室辅助系统，最长植入时间为7 d。血泵由导管经皮穿过主动脉瓣放置在左心室，泵将血液从左心室泵入升主动脉提供主动支持，直接降低左心室压力和容量，减少心肌做功，降低氧耗，同时增加主动脉前向血流，增加冠状动脉血流灌注。根据流量的不同分为Impella 2.5（2.5 L/min，12 FR泵）、Impella CP（4 L/min，14 FR泵）、Impella 5.0（5 L/min，21 FR 泵）和 Impella RP（4 L，22 FR 泵）。其中Impella RP 用于右心支持，能够将右心输出量增加4.0 L/min［8］。相对于 IABP，早期应用 Impella CP 可降低 30 d 病死率［9］。OUWENEEL 等［10］研究报道 112例 AMI 合并 CS 患者 Impella 支持总的 30 d 病死率为56.2%，6个月病死率为60.7%。

1.3.2 Tandemheart TandemHeart 是一种体外左心房至股动脉转流的经皮离心泵，可以提供高达4 L/min 连续血流支持。该泵通过经股静脉引入的21Fr 插管从左心房抽出氧合血液，然后通过15～17Fr 插管重新注入腹主动脉或髂动脉，将含氧的血液直接从左心房运送至体循环提供支持，降低心脏前负荷和心脏做功，保证重要组织器官灌注和功能。KAT 等［11］报道 80 例 AMI 合并 CS 患者植入 Tan⁃demHeart 后血流动力学指标显著改善，30 d 和6 个月病死率分别为40.2%、45.3%。一项针对42 例CS患者的前瞻性多中心随机试验显示，使用Tandem⁃Heart 与使用IABP 治疗的患者30 d 生存率差异无统计学意义［12］。

1.3.3 CentriMag 外科手术植入的临时MCS 设备包括 CentriMag 泵和 Abiomed 泵。CentriMag 是一种通过插管连接的非经皮体外心室辅助系统，需在开胸手术中放置，可提供10 L/min 的流量。该装置使用磁悬浮系统，具有更好的血液相容性和耐用性，可用于CS患者的单心室或双心室支持系统，并且是首个获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的具有双心室功能的植入式心室辅助装置（VAD）。一项短期研究发现，CentriMag 泵辅助循环在包括桥接到康复、移植或者目的治疗的患者中表现出色，支持时间为（14.20 ± 1.52）d［13］。

2 慢性HF应用的长期MCS装置

2.1 LVAD LVAD 经历了第一代的搏动性血流泵，第二代的连续血流轴流泵到第三代的离心泵。LVAD 在晚期HF 患者中的使用占所有植入心室辅助装置（VAD）的90%。

第一代VAD 以充盈—排空模式模拟自然心脏产生搏动性血流为特点，通过活动的隔膜驱动血囊中血液排出，以 HeartMateXVE 和 Novacor 为代表，泵放置在体内，需要经皮传动系来将能量从外部电池传输到泵。到目前为止有超过7 000 例HF 患者接受过第一代LVAD 支持。此类装置结构复杂，泵失功率高、电源导线感染等并发症限制了其在替代治疗的应用。第二代VAD 以连续性血流为特点。在临床上应用的主要是HeartMateⅡ、Jarvik-2000 等轴流泵，其体积小，耐久性长，目前是心脏移植前过渡支持治疗和替代治疗的主流心室辅助装置类型，预计未来安装轴流泵的HF 患者会增长到3 000例/年。第三代装置以磁悬浮连续血流为特点，目前进入临床的主要有HeartWare HVAD 和HeartMateⅢ。这类泵取代了机械旋转轴，消除了摩擦发热和部件磨损，进一步提高血泵的耐受性，是目前临床上最受欢迎的植入式心脏辅助装置。在过去的十年中，最常用的耐用型VAD 是HeartMateⅡ和HeartWare HVAD，占目前经FDA批准的耐用MCS设备的95%以上。

HeartWare 是一种以磁悬浮和液力悬浮为设计特点的小型心包内离心泵，2012 年获准用于移植过渡。HVAD 重145 g，直径4 cm，产生的血流量最高可达10 L/min，是目前最小的三代心室辅助装置。美国，欧洲和澳大利亚的多项试验和上市后注册数据表明，HeartWare HVAD 可作为等待移植HF 患者的有效MCS，其1年生存率为84%～86%［14］。

最新完成临床试验的LVAD是HeartMateⅢ。这种离心泵使用全磁悬浮，旨在降低使用HeartMateⅡ和HeartMate HVAD 出现的泵血栓形成的风险。一项随机对照试验对HeartMateⅢ和HeartMateⅡ进行了比较，发现HeartMateⅢ支持的患者无事件存活率更高，泵血栓和中风等不良事件的发生率更小［15］。其使用已迅速超过了全球范围内的HeartMateⅡ，目前已获得欧洲统一安全认证标志和FDA批准。

国内自20 世纪60 年代起已开展VAD 相关研究，2018 年我国食品与药品监督管理局批准国产LVAD 开展临床试验。阜外心血管病医院的轴流泵FW-Ⅱ和FW-Ⅲ、苏州同心医疗器械公司的全磁悬浮式心室辅助装置（CH-VAD）、重庆永仁心医疗器械有限公司的植入式左心室辅助系统EVAHEART、天津泰达国际心血管病医院和中国运载火箭技术研究院研发的心室辅助装置“火箭心”（HeartCon）等相关产品的动物实验和临床试验均有报道［16］。其中我院自2009 年起与中国运载火箭技术研究院合作共同研发了第三代心室辅助装置“火箭心”（Heart⁃Con），这是目前国内医工结合自主研发，具有原创独立自主知识产权的植入式磁液悬浮心室辅助装置。2013 年，植入“火箭心”的试验羊“天久”在泰心医院动物实验中心健康存活120 d，创下了国内最长存活记录。2018 年，HeartCon 获得国家药品监督管理局批准，进入创新医疗器械特别审批程序。在前期动物实验的基础上，2019年3月，项目主研专家刘晓程教授团队以人道主义救助的形式，将“火箭心”植入两例患者体内，目前均已健康存活超过550 d。2020 年8 月，植入式磁液悬浮心室辅助装置获国家药品监督管理局批准开始正式进入临床试验。2020年9 月15 日，一名患扩张性心肌病终末期HF 患者在泰达国际心血管病医院成功接受了“火箭心”（HeartCon）植入，这次心室辅助装置的植入，标志着纯国产“人工心脏”正式进入临床试验。

目前LVAD的开发有许多技术，LVAD结合干细胞和基因治疗是新的研究热点。一项预期的3期美国国立卫生研究院试验正在招募在LVAD 植入时使用同种异体间充质干细胞的患者，使HF 的治疗有望在干细胞领域取得进展［17］。

2.2 右心辅助装置（RVAD） 右心衰竭是晚期HF、肺动脉高压或AMI以及心脏手术后患者死亡的主要原因。LVAD 植入术后右心衰竭发生率为20%～40%，需要长期额外的右室支持［18］。临时右心辅助设备的选择缺乏标准化，最常用离心泵CentriMag 作为 RVAD，还有专用的 Impella RP 和带有 ProTek Duo 插管的 TandemHeart RVAD［8］。与临时RVAD 的发展相比，长期RVAD 的研发一直是一个难题。外科医生开始使用目前的LVAD 代替RVAD，包括 Jarvik 2000，HeartWare HVAD，Heart⁃MateⅢ，目前HeartWare HVAD 已成为用于右室辅助的最常见设备。但LVAD 用于右室辅助存在很多问题。由于低肺阻力，右心室泵的每搏输出量与左心室相同，但每搏功仅为左心室的25%。RVAD 需要在比LVAD 低得多的后负荷下工作，泵的流量和速度应远低于LVAD［19］。所以植入式专用RVAD 需要左右辅助设备集成到一个控制系统中，从而使两者协调工作。

2.3 全心衰竭应用的MCS装置

2.3.1 双心室辅助装置（BVAD） 早期双心室支持的主要适应证是暴发性心肌炎引起的急性循环衰竭、扩张型双心室心肌病急性失代偿、大面积心肌梗死或中毒性心肌病，不适合单独LVAD 治疗的患者也需要BVAD。INTERMACS 年度报告提供了当前BVAD 治疗的 1、2 年生存率分别为 55%、47%［8］。BVAD 支持最常见的策略是植入永久性LVAD 和临时RVAD，其他策略包括植入2 个搏动性体外泵，使用TAH，或植入2 个永久性连续血流左心室辅助装置（CF-LVAD）。Jarvik 泵、Dura Heart、HeartMateⅡ、HeartMateⅢ等植入式CF-LVAD 用于BVAD 均有报道，使用最多的是双心室配置的HVAD 泵。与TAH相比，接受Bi-HVAD 的患者更有可能在支持下出院，但总体病死率与TAH相似。

2.3.2 TAH TAH 用于治疗AMI和CS的急性不可逆性双心室HF，以及缺血性和扩张型心肌病引起的慢性终末期 HF 的患者［20］。1969 年，丹顿·库利首次进行了人TAH 植入，使患者在桥接移植之前存活了64 h。目前只有SynCardiaTAH在欧洲和美国用于长期双心室替代。

SynCardia TAH 是一种气动脉动系统，具有心脏的四种瓣膜，可以原位移植在双心室衰竭的天然心室位置，由两个独立的人工心室组成，有70、50 cc两种规格。到目前为止，已有1 600例患者植入了Syn⁃cardia TAH，支持的最长持续时间为1 700 d［21］。IN⁃TERMACS 数 据 库 中 2006 年 6 月 —2017 年 4 月 有450 例接受TAH 治疗的患者，最终有266 例患者接受了移植，162例死亡，总体3、6、12个月生存率分别为73%、62%、53%［22］。与双心室辅助相比，两者的移植桥接率相同，具有脉动性的Syncardia TAH 与生理循环相似，改善了患者的病情，提高了存活率［2］。

目前新的人工心脏仍在研发中。法国的Carmat生物人工心脏具有生物瓣膜，有降低血栓栓塞风险的潜力，使用时患者可能不需要抗凝。目前已有4例患者植入Carmat-TAH，其中3 例患者分别存活74、270、210 d［23］。德克萨斯州休斯顿制造的 BiVA⁃COR 人工心脏较小，可植入儿童体内［24］。克利夫兰诊所还开发了一种无瓣膜、无传感器的连续流动人工心脏，并提供搏动性，能够在没有电子干预的情况下被动地自平衡左右循环。瑞典的RealHeart 是一种脉动的TAH，模拟天然心脏功能，由两个独立操作的左泵和右泵组成，产生同步的脉冲式流出和持续的被动流入［25］。目前这些装置都处于动物研究阶段。

由于急性CS 和晚期HF 的发病率和病死率增加，药物和手术治疗疗效有限，未来对机械循环支持的需求将会增加。机械辅助装置从体外装置到植入体内的血泵再到完全植入TAH，血流动力从搏动泵到离心泵再到磁悬浮连续血流的变革，使得机械辅助装置在重症心脏的运用越来越广泛。理想的机械辅助装置正朝着小型化、双心室支持装置、完全内在化、改善血液相容性和对心脏负荷条件的反应性发展，在未来心脏重症领域有广泛的前景。