机械辅助装置治疗心脏泵衰竭的研究进展

唐先意，刘轶群，张义雄

机体通过心肌舒缩作用将心脏的血液排到主动脉和肺动脉，故心脏可视为一个泵，即心泵。心脏泵衰竭是指各种原因引起的心肌舒缩功能明显降低导致心脏泵血障碍，出现肺淤血、组织器官灌注不足，甚至休克的临床综合征[1]。心脏泵衰竭患者症状重、病情持续进展，严重影响患者生活质量，药物疗效不佳，心脏移植是最有效的治疗手段，但供体短缺，许多患者在药物治疗或等待心脏移植期间死亡。发展心脏机械辅助装置，维持泵衰竭心脏的基本供血功能，泵衰竭时机械辅助装置可部分或完全替代心脏的泵血功能，维持全身灌注。近年来机械循环辅助装置迅速发展，已成为治疗心脏泵衰竭的重要手段，主要包括：主动脉球囊反搏（IABP）、体外膜肺氧合（ECMO）、心室辅助装置等。本文就心脏泵衰竭机械辅助治疗进行综述。

1 IABP

IABP通过将气囊导管由股动脉放至降主动脉内，心脏舒张时气囊充气使血流向前，提高舒张压、改善冠状动脉（冠脉）灌注，心脏收缩时气囊放气降低后负荷改善左室射血。由于IABP不直接参与血液的抽吸与泵送，故在严重泵衰竭时，IABP不能起到辅助循环作用。同时IABP存在包括动脉夹层、穿孔，出血，血栓形成，感染等并发症。

在IABP最大的随机试验中，通过12个月及6年的随访发现IABP在急性心肌梗死（AMI）泵衰竭的治疗中并未降低患者病死率，与对照组死亡率无显著差异[2,3]。该研究使指南中IABP的推荐级别下降[4,5]，不推荐在心源性休克（CS）中常规使用IABP，仅考虑在AMI后有机械并发症的患者使用。也有学者认为，IABP能改善血运重建后仍存在持续缺血的AMI泵衰竭患者的血流动力学。早期行IABP辅助支持，可暂时维持非AMI泵衰竭患者循环稳定，使患者从中受益[6]。IABP操作简便，各大医院均可展开，是急诊下维持泵衰竭患者血流动力学稳定简单快捷的手段。

2 ECMO

ECMO通过静脉引出血液，离心泵使血液通过膜肺氧合器氧合并排出CO2重新回到动脉系统，暂时替代心肺功能，使心肺休息及恢复功能，因其独特的循环和呼吸支持作用，临床广泛应用。主要有VA-ECMO（静脉-动脉模式）用于救治泵衰竭、心脏骤停患者。有学者在AMI合并CS猪模型中应用ECMO，结果表明ECMO能够显著改善AMI后CS猪模型的心功能[7]。在ECMO对成年人泵衰竭治疗研究中，ECMO疗效显著，提高患者出院存活率，具有较好的临床效果及常规治疗无法替代的地位[8]。ECMO置管迅速，在严重血流动力学异常的泵衰竭患者中，可提供充分的循环支持，迅速改善血流动力学状态，具有较好的临床效果，改善预后[9]。但长期应用可能会出现血栓、出血、肢体缺血、感染等并发症，国外有研究表明由多学科组成ECMO管理团队可降低并发症的发生，改善泵衰竭患者的预后[10]。当患者症状改善、血流动力学稳定后应尽早撤除ECMO，以减小并发症的影响，此外，成立专业的ECMO管理团队，制定完善的ECMO管理流程也是必不可少的。

由于VA-ECMO依赖主动脉逆行血流，增加左心室后负荷，导致左室扩大、心肌缺血、肺水肿等不良后果，可能会降低患者的生存率[11]。若采取左室减压措施可获得较好临床效果。国内研究发现VA-ECMO联合IABP比单用VAECMO获得更好的生存获益[12]。国外研究证实，在接受VAECMO治疗的泵衰竭患者联合IABP等左室减压措施与不使用左室减压措施的患者相比，左心功能改善则死亡率更低[13]。也有学者发现联合治疗对血流动力学的改善优于单用ECMO或IABP，但增加了并发症发生率，影响预后[14]。未来左室减压的重点应尽可能降低并发症的发生。

3 经皮左心室辅助装置

经皮左心室辅助装置（pVAD）可经皮置入辅助装置，无需外科手术，主要有TandemHeart和Impella，该类辅助装置循环支持依赖较好的右心功能和肺功能，不适用于心脏停搏或室颤等心脏无做功患者。

3.1 TandemHeartTandemHeart经股静脉将穿房间隔套管送至右心房，穿刺房间隔进入左心房，经股动脉将动脉侧管道置入降主动脉远端，离心泵将左心房氧合血泵入降主动脉，产生连续性血流，其特点是心输出量较大，能降低心脏前负荷，减少心脏做功和心肌氧耗，保证重要组织器官功能。其设计依赖主动脉逆行血流，增加后负荷，潜在地抵消了对心肌的保护作用。

一项荟萃分析表明，与IABP组相比，TandemHeart组更显著的改善血流动力学和终末器官灌注，但两组死亡率没有显著差异，且TandemHeart组的出血和肢体缺血发生率更高[15]。研究指出在泵衰竭时TandemHeart的使用有明确的治疗终点时，预后较好，提示TandemHeart更适合作为短期的过渡性治疗[16]。TandemHeart植入操作复杂、耗时长，存在出血、血栓、肢体缺血等并发症。目前多认为TandemHeart未改善患者预后，限制了其临床应用，但上述研究也存在一些不足，如大部分TandemHeart使用患者大多有过心跳骤停，存在不可逆性损伤，结果不尽如人意，因此患者的选择是至关重要的。

3.2 ImpellaImpella经股动脉将装置逆行置入主动脉瓣水平，将左心室的氧合血液直接泵入升主动脉辅助循环。主要有经皮植入的Impella2.5、ImpellaCP，需外科手术植入的Impella5.0、Impella5.5。Impella可增加心输出量，改善冠脉灌注，降低左心室前负荷、室壁张力、心肌耗氧量，是唯一符合生理血流方向的机械辅助装置，主要用于泵衰竭和高危PCI患者的辅助。

有研究报道，在泵衰竭患者中使用Impella2.5的患者组在降低死亡率和改善心功能方面明显优于IABP组[17]。但Schrage等[18]指出，Impella使用后短期生存率与IABP相比无显著差异，且并发症发生率更高。尽管对于Impella装置能否改善泵衰竭患者预后还存在争议，但Monteagudo等[19]在使用Impella治疗泵衰竭患者时发现，当Impella使用及时得当，可立即改善血液动力学，稳定病情，进而改善终末器官功能，不过预后的改善仍取决于患者的选择及团队合作。近年由于Impella使用技术的日臻成熟，生存率较前改善[20]，总体来说，Impella应用前景良好。

4 植入式左心室辅助装置

植入式左心室辅助装置（LVAD）为需外科手术植入的辅助装置，可减轻左室负荷、减少心肌做功、降低心肌氧耗进而抑制心肌重构、甚至逆转心室重构，为泵衰竭患者提供较完全的血流动力学支持，在国外已经成为治疗泵衰竭的一种有效方法。美国2017年的机械辅助循环支持部门间注册研究（INTERMACS）报告称，LVAD的使用改善了泵衰竭患者的生活质量，术后1年生存率大于80%，2年生存率大于70%[21]。

4.1 第一代LVAD第一代LVAD为搏动泵，体积相对较大，其输入管道与心尖吻合，输出管道与升主动脉吻合，泵体置于体外，在输入管和输出管的接口处分别放置了单向阀门（瓣膜），以保证血液的单向流动。搏动泵可按照固定的频率泵送血液，类似于自然心脏，产生的搏动血流能够很好地模拟人体生理状态，有利于组织、器官灌注和功能恢复。但搏动泵与血液接触面广，人工瓣膜增加了血栓风险，且体积较大，不能植入体内，增加了感染风险，也不适用于体表面积较小的成人及儿童。常用的第一代LVAD有HeartMateIP泵、Excor泵和Novacor泵等。上个世纪80～90年代应用最多。该型装置主要用于泵衰竭患者短期辅助或心脏移植前的过渡期治疗。随着第二代LVAD的临床应用，其临床上已经少用或停用。

4.2 第二代LVAD第二代LVAD为旋转泵即持续血流泵（轴流泵），其特点是叶片旋转使血流成为持续的血流，不需要单向阀门控制血流方向。通过流入管道与心尖吻合，流出管道与降主动脉吻合，泵主体放置在胸腔内发挥辅助作用，是目前临床应用最多的LVAD，主要应用于泵衰竭患者心脏移植前的过渡期及永久辅助治疗。常用的轴流泵有HeartMate2（HM2）泵、Jarvik2000泵和MicroMed DeBakey泵等。

有前瞻性研究比较了HeartMate2泵与搏动泵，结果表明二者均显著改善患者生活质量，但HeartMate2组术后1月及1年生存率更高，不良事件发生率更低[22]。一项长达15年的单中心回顾性研究分析指出，旋转泵与搏动泵相比有体积小、植入创伤小、感染风险低，患者生活质量进一步改善等优点，但也存在严格抗凝仍存在泵血栓形成、感染等并发症，泵故障也时有发生，15年累积死亡率仍然较高[23]。这两项研究结果表明轴流泵临床疗效明显优于搏动泵，并发症发生率也明显低于搏动泵。尽管轴流泵存在诸多优点，但仍存在相关问题，其机械轴承与人体的血液直接接触，血细胞因长期被轴承碾压破碎，易形成血栓；为预防血栓，需长期使用抗凝剂，增加出血风险。此外还可导致溶血，主动脉瓣关闭不全等并发症。随着第三代LVAD的逐渐应用于临床，轴流泵在心室辅助装置中的地位在未来可能逐渐被第三代LVAD取代。

4.3 第三代LVAD第三代LVAD采用非接触式轴承设计，利用磁悬浮，叶轮在血泵中悬浮旋转的离心泵，是当前最新的LVAD。该泵其他部件无机械接触，可减少机械磨损对血细胞的破坏，降低血栓及感染风险。其通过流入管道与心尖吻合，流出管道与降主动脉吻合，泵主体固定在心尖部，发挥辅助作用。常见的有HeartWare泵、HeartMate3泵。通过应用HeartWare泵在牛模型进行实验，证实该装置具有优秀的解剖学适应性，植入创伤小，可维持稳定的血流动力学状态，且无溶血、血栓、泵故障及与设备相关的并发症[24]。HeartMate3泵的动物实验研究证实HeartMate3泵可提供充分的循环支持，低溶血率，低血栓形成率，各脏器未发生栓塞，无泵故障事件发生[25]。

有研究证实使用HeartMate3泵治疗泵衰竭患者后30 d存活率为90%，若只计算初次植入辅助装置患者，存活率为95%，没有泵血栓形成，证实HeartMate3泵在泵衰竭患者中具有显著效果[26]，但该研究数据较少，随访时间较短。另一项大型前瞻性、多中心、随机试验比较了轴流泵与离心泵在泵衰竭患者中的作用，结果表明离心泵组卒中发生率、出血、溶血、住院时间、泵更换频率等方面均优于轴流泵，二者均改善了患者预后，但总体存活率无显著差异[27]。有学者比较了HeartWare泵和HeartMate3泵，发现HeartWare泵血栓发生率高于HeartMate3泵，且HeartWare泵支持的患者脑出血更为频繁，但两组在胃肠道出血、感染、缺血性卒中、致残卒中发生率、存活率等方面无明显差异，均改善了患者生存率[28]。HeartWare泵体积较小，植入简单、快捷，在体型较小的患者中具备优势，可通过侧开胸术并用于胸廓较小的患者，作为高危病例的首选。因HeartWare泵支持的患者脑出血发生较频繁，在一些发生脑出血风险较高的患者可考虑首选HeartMate3泵。

5 总结

IABP、ECMO、pVADs支持时间较短，各有优缺点，长期使用时并发症的发生率增加。因此，当患者病情稳定时应尽早停用上述装置或更换为LVAD。LVAD可长期植入，植入后早期死亡的患者常年龄较大，病情重，术前贫血，肝、肾功能受损，有右心室衰竭[29]。故为了降低泵衰竭患者LVAD植入后死亡率，LVAD的植入应尽可能在患者全身情况改善的基础上进行[30]。当单独使用一种辅助装置无法改善循环或无法撤机时，为减少长期泵衰竭所致的如出血和肾功能衰竭等不良后果，可考虑更换其它辅助装置或联用两种辅助装置。

随着我国人口老龄化趋势的增加，我国心血管疾病患病率以及死亡率仍处于上升阶段，全国心力衰竭患者约450万[31]。机械辅助装置在我国市场前景广阔，目前也有自主研发的微创、便携式的国产辅助装置如FW-ⅡLVAD（第二代LVAD）、同心VAD（第三代LVAD）等。临床试验证实FW-ⅡLVAD能增加全身器官灌注，改善患者生存率[32]。动物实验证实同心VAD具有良好的可靠性和血液相容性，未发现与器械植入相关的缺血或栓塞的证据，并且可以维持实验动物血流动力学稳定，改善左心功能[33,34]。尽管国产装置取得较不错的结果，但短期内难以广泛应用。心脏机械辅助装置的出现，是泵衰竭患者的希望，但大部分患者因其高昂的费用而错过机械辅助治疗，降低机械辅助治疗费用，使其在泵衰竭患者中广泛应用，可能改善泵衰竭患者的预后。未来需进行更多的研究来指导机械辅助装置和患者的选择，明确应用时机，使其更好地服务于临床。