左心室辅助装置植入患者运动训练的理论与实践进展

罗泽汝心,王渝强,张秀,郭应强,喻鹏铭

左心室辅助装置(Left heart assist device, LVAD)是一种为准备接受心脏移植或那些无法进行移植手术患者的一种替代治疗方式。我国在该领域的研究开展相对较早,万峰教授团队于1991年完成了国内首例LVAD植入手术[1]。近年来,国内在该领域取得了突破性进展,其有效性和安全性已经得到了广泛的验证[2]。随着LVAD技术的成熟,植入后患者的生存期不断延长[3],这对该类患者的生活质量提出了更高的要求。然而LVAD患者的运动耐量和生活质量恢复并不如人意[4]。有研究报道,该类患者术后远期的最大摄氧量仍然停留在低水平(10～17ml/kg/min)[5-6]。基于心脏康复在改善心力衰竭患者功能能力和预后的共识[7-8],人们期望把这些经验运用于LVAD患者中。越来越多的研究表明以运动训练(Exercise training,ET)为基础的心脏康复计划能够让LVAD患者获益,这主要体现在运动耐量和生活质量方面[9]。对于该领域,目前在国内除了一些个案报道的观察性研究,目前还没有心脏康复计划对LVAD患者围手术期的安全性和效果的随机对照试验[10-12]。同时,在全球范围内LVAD患者的心脏康复参与率仍然低下[13]。一项来自北美的调查发现该类患者的心脏康复参与率仅有30%[14],其主要障碍包括:物理治疗师对该类患者有限的认知、临床专家重视不够以及目前缺乏指南和标准化的临床指导。本文针对目前国内外研究现状在LVAD术后运动生理学理论的基础上,总结了该类患者进行ET方案的进展,为从事该领域心脏康复的同行提供参考。

1 LVAD患者运动过程中生理反应

LVAD的基本原理是通过抽吸左心室的血液输送到主动脉来帮助心力衰竭患者减轻负荷的机械辅助装置。目前旋转式血泵已经发展到第三代全磁悬浮离心式连续血流装置[15]。新一代的装置普遍采取连续血流固定流速模式,提供3～10L/min的流量以保证器官灌注水平[16]。然而,运动是一个需要人体多个系统参与的生理过程,除心血管系统以外,呼吸系统和骨骼肌也扮演着同样重要的角色,任何一个系统的限制都影响患者的运动耐量。

1.1 影响LVAD患者运动耐量的心血管因素 LVAD植入术后患者运动时心血管系统发生了明显的变化。一般情况下,心输出量会随着运动负荷的增加而呈线性变化,这种变化主要来自于心率和心脏收缩舒张水平的增加,这使得极量运动时的心输出量会增加4～6倍[17]。患者的心输出量主要由LVAD机械泵的做功产生,一般被称为泵流量即单位时间内流经血泵的血流量[17]。泵流量主要由转速和跨泵压力差两方面的因素决定[18]。跨泵压力差常用“ΔP”表示,其定义是泵出口和入口的压力差。LVAD中ΔP的大小主要取决于患者左心室残存的收缩能力和血管外周阻力。在运动过程中LVAD患者残余的心脏收缩能力使得左心室充盈压力提高改变了跨泵压力差,从而增加泵流量[15]。然而这种增加通常是有限的,这使得LAVD患者虽然能够执行低到中等强度的日常生活活动,但无法满足更高强度的运动需求[17]。除此之外,右心功能、肺动脉高压以及外周血管阻力等也是影响泵流量的主要因素。运动时心脏对心输出量的贡献取决于右心室和左心室收缩储备的相互作用。因此,右心功能障碍会导致左心室前负荷不足从而限制患者运动时的心输出量进而影响患者的运动耐量[19]。右心功能衰竭在晚期心力衰竭患者中很常见,而且被认为是LVAD患者重要的预后因素[20]。

1.2 影响LVAD患者运动耐量的呼吸因素 受心衰终末期继发性肺动脉高压和长期的卧床等因素的影响,LVAD患者常常合并严重的呼吸功能障碍[21]。有证据显示虽然接受了LVAD植入后患者的肺淤血和死腔通气得以改善,但肺功能似乎并没有得到提高[22]。Diopoulos等[23]对比该类患者6个月的肺功能测试结果发现大部分患者的呼吸肌力和最大自主通气等指标仅为预计值的一半。在一项纳入44名LVAD患者的队列研究中发现相比术前,患者术后的Tiffeneau-Pinelli指数和一秒率(Forced expiratory volume in one second,FEV1)等肺功能指标并没有明显的提高[24]。这些结果提示LVAD植入可能并不能完全改善此类患者的呼吸功能障碍,而且呼吸功能障碍也可能成为影响患者运动耐量的重要因素。

1.3 影响LVAD患者运动耐量的外周骨骼肌肉因素 终末期心力衰竭患者可因活动受限和代谢失衡等原因造成全身肌肉退化和体重减轻,甚至发生恶病质。这些外周骨骼肌肉的改变与 LVAD患者的运动能力、生活质量和死亡率密切相关[25]。Kerrigan及其同事报道了LVAD患者肌力和耐力与运动能力和生活质量的关系[25]。其结果显示,股四头肌肌力与堪萨斯城心肌病问卷得分有相关性(r=0.58,P=0.006)。Yost等[26]的研究结果也显示了LVAD术前患者肌力握力与住院时间密切相关。这些证据都提示外周骨骼肌肉的限制可能是影响LVAD患者运动耐量的重要因素之一[27]。当然,除心血管系统、呼吸系统以及外周骨骼系统之外,还应注意其它影响因素。比如,长期贫血也是LVAD患者再入院的重要预测因素[28]。实际上,在机械辅助装置下患者的运动生理过程是极其复杂的,至今还有很多未知的领域值得探索。

2 LVAD患者ET的现有证据

2.1 安全性 安全性是开展临床新干预方法的前提,Morrone等[29]首次报道了LVAD患者进行ET的安全事件发生情况。该研究中34名参与者一共进行了1878个疗程(1390小时)的ET,其中出现了4起轻微安全事件,但没有任何严重的不良事件发生。这四项不良事件主要与训练中发生的泵流量下降相关,这提示在该类患者ET中需要特别注意设备的参数变化。最近,Alsara等[30]的综述中总结了关于LVAD患者 ET安全事件的结果,纳入的4项研究中仅有一项有不良事件的报道,但并未出现死亡等严重不良事件。基于目前有限的证据可以初步得出在医疗监督下进行规范的ET对这类患者是安全的。相对于其他心血管疾病,这类患者发生恶性心律失常、心肌梗死、中风、和出血等恶性事件的风险更高[31]。因此强调每次的训练过程中需要整个多学科团队尤其是ET执行者对患者进行谨慎评估和在整个训练计划初期对患者进行严密的监测。

2.2 有效性 以ET为基础的心脏康复计划主要目的是提高LVAD患者的功能能力和生活质量。Liza等总结了近30年发表的对LVAD患者以ET为主要干预方式的临床研究[9],其结果显示ET组患者的功能能力显著改善,其结果主要反映在峰值摄氧量和六分钟步行测试距离上。Toufik等[32]在2017年发表的系统综述和荟萃分析中定量分析了纳入的3项有关研究。其结果表明ET组增加了3个单位的公斤摄氧量(95% CI, 0.64-5.35,P=0.001),同时6min步行距离平均增加了60m(95% CI, 22.61-97.50,P=0.002)。对于LVAD植入术后患者生活质量的研究目前主要采用的评估方法包括明尼苏达心衰问卷、堪萨斯城心肌病问卷调查和SF-36健康量表3种方式进行量化[4]。不同评估方式均显示ET能够显著提高该类患者的生活质量[33]。

2.3 开展时机 对于LVAD术后开始ET的时机,目前尚未有明确的指南建议。回顾之前的研究,ET干预方案主要集中在LVAD植入后的1周至3个月期间执行[34]。在临床实践中LVAD患者的ET是围手术期康复的一部分,即从监护室和术后早期就应该为ET的开展做准备。术后早期康复治疗主要干预目标是帮助患者早期活动和减少术后并发症的发生[35]。其次,ET计划需要根据患者病情变化作动态调整,干预开始的决策应该由多学科团队中心脏外科或重症医学专家开授。

2.4 ET前评估 大部分LVAD患者都处于心力衰竭终末期,心脏手术的打击使得更加虚弱,因此在ET计划初期需要对患者的病情和运动风险进行严格的评估。该类患者术后在监护室或早期的评估原则与其他心脏外科患者没有本质的区别,推荐参照重症康复物理治疗的指南进行评估[36]。内容包括病史,以及疾病前的运动能力水平、基本生命体征、伤口情况、心理和认知水平、活动能力、平衡、肌力耐力和功能能力等内容。同时,推荐此类患者每一次ET之前需要重点关注的临床评估结果包括最近的影像学检查和实验室检验结果以及药物的使用情况。主要包括与心血管系统相关的检查如心电图、心脏彩超或胸部CT等。近期重要的实验室检验如心肌酶谱指标、凝血功能指标、血细胞指标、电解质水平和血气分析。同时还要求每次ET之前干预人员检查设备的工作情况如泵流量、血泵转数、波形、运行电流/电压和设备设备报警情况以及近期发生的重要临床事件等信息。

2.5 ET特殊注意事项 LVAD患者在进行ET时应该避免Valsalva动作,同时因为大部分患者存在心脏变时功能障碍推荐该类患者在运动处方中设置足够的热身和放松时间。另外,为了保证设备的正常运行在运动时要避免突然的姿势变化和弯腰运动。运动强度和时间设置强调循序渐进,为避免训练造成的过度疲劳和体液流失,应该教授患者液体补充原则。对这类患者还应该强调训练前后对设备进行严格消毒,并且建议在每次门诊训练后留观15min。

2.6 ET禁忌或停止标准 基于LVAD患者的特殊性, 推荐干预者掌握LVAD患者ET的禁忌症和停止标准[34, 37]。ET期间需要密切观察运动不耐受相关的症状和体征(头昏、严重的呼吸困难、胸痛或不适、心动过速和异常的血压反应)。一般不推荐安静时心率超过100次/min,吸氧状态下氧饱和度仍低于90%的患者参与ET计划。不明原因的发热,新出现的出血或血栓症状/体征,怀疑发生复杂而频繁的室性心律失常和近期体重的突然增加(1～3d内体重增加>1.8kg)的LVAD患者也是ET的禁忌症。ET过程中需要严密关注LVAD设备运行情况,出现设备报警或参数异常(如泵流量小于3L)应该停止训练。

2.7 ET实施方案 根据目前的证据,LVAD术后患者的ET方案主要包括有氧训练和抗阻训练[34, 37],根据运动处方的原则推荐LVAD患者ET运动类型,干预的强度,频率和时间。

2.7.1 有氧训练方式的选择 考虑到安全性推荐LVAD患者早期院内有氧运动方案中选择踏车的方式以便于观察设备参数。在出院后门诊和居家心脏康复方案则推荐患者以步行或慢跑为主的运动方式。同时,基于安全的考虑不建议患者参与游泳或其他类型的水上运动。

2.7.2 有氧训练时长和频率 LVAD患者在有氧训练在时长和频率方面相对其他病种并没有特殊的要求。目前的专家共识推荐进行每周3～5次ET[34, 37]。LVAD患者在运动前后需要足够的热身和放松时间,特别是存在心脏变时功能障碍的患者[34, 37]。

2.7.3 有氧训练强度和进阶 LVAD患者ET的强度需要根据个体情况和术后的不同阶段进行个性化地设计。术后早期的ET计划中不应强调训练的强度[34, 37],而是应该从低强度患者能够承受的范围内,逐渐增加训练时长。如果患者因为过度虚弱而不能承受最低强度的连续有氧训练模式,可以考虑间歇的方式进行代替[38]。推荐目标负荷训练20～30s然后让患者休息40～60s的间歇性训练[34, 37],随着患者体适能的提高需要不断调整时间比例。门诊康复阶段推荐强度为峰值摄氧量的40%～60%或自感劳累分级13～15的训练强度。

2.8 抗阻训练 LVAD患者在日常生活中需要负重至少2kg的电池设备,因此术后早期对患者进行肌肉力量和耐力训练十分必要。下肢的抗阻训练在监护室即可开始。围手术期推荐抗阻训练主要以下肢闭链运动方式为主。出院后稳定期在康复门诊或社区康复中心推荐弹力带或者运动器械。推荐进行每周3～5次抗阻训练,每次训练时间15～20min,训练强度控制在自感劳累分级13～15。关于此类患者上肢的抗阻训练介入时机,在没有更多证据推荐的情况下目前仍遵循美国运动医学院发表的指南[34, 37],在12周后才开始轻度到中等强度的抗阻训练。

3 结语与展望

在未来,LVAD植入后基于ET的心脏康复必将扮演越来越重要的角色,因为仅仅延长生存时间已经不能满足该类患者的需求。而ET在提高该类患者的运动能力和生活质量方面已经得到了初步证实。当然目前该领域的研究还存在一定的局限性。①对LVAD植入候选者进行术前预康复的研究目前处于未知领域。大部分LVAD植入候选者都是处于心衰末期,这些患者术前的生理和心理状态普遍不佳。基于在心脏外科的经验,术前以ET为基础的预康复能够提高患者抵御手术打击的能力,减少患者术后并发症的风险和住院时间[39]。遗憾的是目前还没有相关的研究报道LVAD植入候选者进行预康复的价值。②目前仍缺乏术后长期居家心脏康复的研究和远期观察结果。目前大部分的研究都集中基于术后短期(术后1周～3个月),大于12周或者基于居家ET的研究仍缺乏[18],同时ET对于该类患者远期的生存率和再入院率的结果目前仍然没有报道。在新冠流行的大背景下随着数字医疗和远程康复在心衰患者中的安全性和有效性被逐步验证[40],希望有研究聚焦该主题。③对于LVAD患者目前基于证据的物理治疗方法单一。目前的研究仅限于有氧训练和抗阻训练,一些针对性的功能训练如吸气肌训练的安全性和有效性在该类患者中并没有得到足够的验证,这使得面对该类患者基于证据医学的康复手段手段单一。因此我们呼吁未来有更多的物理治疗手段的安全性和有效性在LVAD患者中验证。

综上,本综述在总结LVAD运动生理学理论的基础上,结合目前临床证据和实践经验总结了该类患者的ET评估和干预的主要内容及注意事项为临床实践提供参考。LVAD植入术后患者作为心脏康复的新领域值得更多的探索。