终末期心力衰竭机械循环支持的治疗进展
心力衰竭预后差、死亡率高，尤其是终末期心衰[1]。最新的流行病学数据显示，中国心血管病患病率处于持续上升阶段，心衰发病率为1.3%，患病人数约1 370万人，其中终末期心衰患者达130万人[2]。原位心脏移植虽是严重心衰患者的金标准治疗方法[3]，但由于供心短缺严重制约心脏移植发展，全球每年完成心脏移植仅6 000例左右，无法满足持续增长的终末期心衰救治需求，大量心衰患者在等待心脏移植过程中死亡[4]。经过近50年的发展，机械循环支持(mechanical circulatory support，MCS)技术日趋成熟，目前已成为终末期心衰的有效替代治疗手段之一[5]。
MCS是代替或辅助心脏功能、向心外提供血液灌注、改善机体缺氧状态、促进器官功能恢复的人工器械，它可提供短期和中长期循环支持，帮助患者渡过疾病危险期、桥接心脏移植(bridge to heart transplant，BTT)或长期循环支持治疗。由于重症终末期心衰患病率的持续上升、药物治疗效果不佳、心脏移植供体不足及心功能受限所致生活质量的严重降低，使以心室辅助装置(ventricular assist device，VAD)应用为主的MCS日渐成为终末期顽固性心衰患者的一种重要替代治疗手段。自2006年以来，VAD特别是左心室辅助装置(left ventricular assist device，LVAD)的植入数量急剧增加，2010—2019年全球有25 000余例LVAD植入[6]。本文将系统阐述MCS的种类、适应证、禁忌证、并发症、临床证据及国内外应用进展。
1 MCS的分类
MCS可按不同维度进行分类：(1)按照使用时长：分为短期和长期装置，短期MCS装置主要用于高危经皮冠状动脉介入治疗、急性心肌梗死后并发症、各种心原性休克、心脏骤停后复苏、外科术后无法脱离体外循环支持或术后早期心室功能衰竭，而长期MCS装置越来越多地用作移植的桥梁、决策的桥梁或作为终末疗法[7,8](图1)；(2)按照临床应用场景：分为双心室辅助装置(biventricular assist device，BiVAD)、LVAD、右心室辅助装置(right ventricular assist device，RVAD)和全人工心脏(total artificial heart，TAH)；(3)按照使用方式：分为植入式、体外式及经皮介入式；(4)按照运作原理：分为搏动式、旋转式(离心或轴流)装置。
2 短期MCS
短期MCS装置可用于暂时增加心原性休克患者的心排血量，在过去的15年中，这些设备的使用大幅增加，尽管它们价格昂贵，与主要并发症相关，并且缺乏高质量的证据来支持它们的使用，但短期MCS装置侵袭性较小，在危重患者中植入相对简单和便宜。不过，需要选择合适的患者和最佳的植入时机来建立短期MCS，因为有50%～60%的患者可通过药物治疗幸存，而25%～35%的患者由于合并缺氧性脑损伤、不可逆的多器官衰竭等严重并发症而使用短期MCS装置无效，仅有15%～25%的心原性休克患者可能从短期MCS中获益[9]。严重心原性休克患者需由心脏病学家、心胸外科医生、重症监护医生、专业护士和其他卫生保健专业人员组成的休克小组联合评定，为其选择最合适的策略，以改善患者的预后。目前，短期MCS的常用器械有主动脉内球囊反搏(intra-aortic balloon pump，IABP)、Impella、TandemHeart、体外膜氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)和CentriMag，这些装置通过不同的技术原理可为心原性休克患者提供部分或全部循环支持(表1)。
2.1 IABP
IABP是目前临床应用较广泛而有效的机械性辅助循环装置，由动脉系统植入一根带气囊的导管至降主动脉内左锁骨下动脉开口远端，远端位于肾动脉上方，进行与心动周期相应的充盈扩张和排空，使血液在主动脉内发生时相性变化，从而起到机械辅助循环作用的一种心导管治疗方法。IABP可降低主动脉阻抗，增加主动脉舒张压，从而降低心肌耗氧，增加氧供，达到改善心功能的目的。心脏舒张气囊充气使血流向前，提高舒张压和冠状动脉的灌注；气囊在心脏收缩之前放气，降低收缩压(心脏后负荷)从而改善了左心室射血。通过控制台可在每一个心动周期内气囊充放气一次(1∶1模式)，也可在每两个(1∶2模式)或每三个(1∶3模式)心动周期内气囊充放气一次。控制台可根据进入气囊的气体量多少来调整气囊的大小。该装置增加冠状动脉灌注和增加心排血量从0.5至1.0 L/min，球囊长度从22至27.5 cm及充气量从25至50 ml不等，以适应不同体型的患者，通常通过8.5F鞘管插入动脉，在透视引导下送到主动脉弓下几厘米内。
在临时MCS装置选择中，IABP最为常用，主要优点是便宜且容易操作。由于IABP能增加冠状动脉灌注、减轻心脏后负荷，可能应用于以下几种临床场景：新发急性心衰、心脏骤停、慢性心衰急性加重、心脏外科围术期和急性心肌梗死[10]。虽经股动脉是IABP植入的常用路径，但也有研究人员报告了经左锁骨下或腋动脉IABP植入的安全性和可行性[11,12,13]，还可外科切开植入，也可采用透视或超声指导下经皮经肱动脉或腋动脉路径植入IABP，优选左侧，因右侧入路易进入主动脉弓，导致大脑前循环的潜在并发症风险。经腋动脉或肱动脉植入的优点是可以留置更长时间，并且患者可直立、坐起来或移动，更加人性化。IABP的禁忌证包括主动脉夹层、中重度主动脉瓣关闭不全、严重外周血管疾病。IABP相关的主要并发症发生率约2.6%，包括肢体缺血、血管损伤、脓毒症、球囊破裂和栓塞等[14]。
由于IABP应用的临床场景均针对危重患者，循证医学研究较难开展，高质量证据不多。IABP-SHOCKⅡ是一项大型随机对照研究，它将使用IABP治疗的急性心肌梗死合并心原性休克患者与传统治疗相比，结果显示IABP对患者30 d、6个月及6年的死亡率无改善[15,16,17]。因此，在2019年急性ST段抬高型心肌梗死诊断和治疗指南中，IABP已不被推荐常规使用[18]。不过，IABP-SHOCKⅡ研究存在以下局限性：入选患者严重程度变异性较大，且未对不同程度心原性休克患者间的差异进行对比；IABP使用时机较晚，大多数患者是在经皮冠状动脉介入术后以及出现严重组织灌注不足时才使用。
2.5 CentriMag
雅培旗下的循环支持系统CentriMag，2004年被首次报道使用，于2019年12月获得FDA批准。当不确认心脏术后患者的心脏功能是否会恢复，或不确认患者是否需要替代性的长期治疗时，CentriMag可提供一个小于30 d的临时性血液循环支持以治疗暂时无法脱离体外循环的患者，其可用于左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助[33,34,35,36,37,38,39]。
CentriMag系统包括CentriMag泵、第二代CentriMag主控制台、CentriMag电机、Mag监视器、流量探头和CentriMag引流和回流套管，分为CentriMag(成人款)和PediMag(儿童款)两款，流量分别为1.5 L/min和10 L/min，均采用全磁悬浮离心泵驱动技术，泵转速为5 500 r/min的低转速，器械相关血栓发生率低至2.5%[34,35]。当泵插入电机并启动时，内部叶轮电磁悬浮并居中(全磁悬浮技术)。在患者支持期间，控制台用于控制泵速、产生血流，并监控系统的运行。除此之外，CentriMag系统还可接入氧合器模块，用于<6 h的紧急心肺支持。使用CentriMag的缺点是相比经皮装置，CentriMag需要正中开胸，技术要求较高，创伤较大。目前国内尚未开展此项技术。
2.6 短期RVAD
短期RVAD包括轴流泵装置和体外离心泵装置，可直接降低右心房和右心室压力，增加通过肺动脉的血流量，在保留或辅助左心室功能的情况下，使平均肺动脉压、左心室前负荷及心排血量增加[40,41]。包括Impella RP、Tandem RVAD、ProtekDuo RVAD、VA-ECMO及CentriMag RVAD等几种装置(图2)。RVF行MCS的指征包括急性右心室心肌梗死、急性肺栓塞、严重肺动脉高压和LVAD植入后RVF相关的心原性休克。RVAD植入的禁忌证包括机械性三尖瓣或肺动脉瓣、重度三尖瓣或肺动脉瓣狭窄或反流、不利于支持装置插入的肺动脉壁病变及右心房或腔静脉壁血栓。
2.6.3 ProtekDuo RVAD
ProtekDuo RVAD(CardiacAssist, Inc.)在设计上与Impella RP不同，它是一种双腔经皮RVAD，可将血液从右心房引入肺动脉，并连接到外部离心泵。该系统支持高达5 L/min的血流量，并可插入氧合器进行ECMO。ProtekDuo有两种尺寸(29F和31F)，通常通过右颈内静脉插入，从右心房引流同时回输血液到肺动脉。ProtekDuo需要与体外离心泵结合完成右心室辅助，目前可连接的体外离心泵有TandemHeart(LivaNova)、CentriMag(Abbott)等。
ProtekDuo RVAD尚缺乏大型临床试验证据。在一项ProtekDuo RVAD支持下的17例RVF患者的双中心经验报道中，23%的患者成功撤离，然而超过40%的患者在泵流充足的情况下死亡[53]。该装置的优点包括避免胸骨切开，特别是在可能曾做过手术或可能是移植候选者中，在某些情况下，被预先用于接受持久LVAD植入的患者的右心室支持[54]。目前国内尚无此技术。
2.6.4 CentriMag RVAD
CentriMag RVAD(Abbott)由一个体外离心泵、一根流入管连接右心房及一根流出管连接肺动脉组成，可产生10 L/min流量，使用时间可达1个月。一般来说，CentriMag RVAD需要胸骨正中切开，并且在外科手术室内进行植入，创伤较大，技术要求较高。但也有报道CentriMag与ProtekDuo双腔管组合成经皮右心室辅助是可行的[55]，并且创伤小、并发症少、支持时间长、必要时可联合氧合器。目前国内尚未开展此技术。
2.7 短期MCS的主要并发症
短期MCS的预后与并发症有一定关系，这些并发症可能跨越心血管、血液学、免疫和神经系统，也可能是机械泵本身固有的并发症。并发症各不相同，必须对个别患者的潜在临床益处进行权衡(表1)。
2.7.1 心血管并发症
可能与直接的心脏损伤或血管通路有关。直接的心脏并发症包括瓣膜损伤(主动脉瓣损伤更多见于经主动脉装置，导致主动脉瓣功能不全的早期或晚期发展)以及腔室穿孔(来自心房插管)，可能导致分流、心包积液和心脏压塞。血管并发症包括远端肢体缺血和空心血管的剥离，远端肢体缺血的风险与插管大小、患者血管粗细、部署的紧急性和伴随的血管升压剂使用有关。在极端情况下，肢体缺血可能需要截肢。用于ECMO的大股动脉插管导致的肢体缺血危害大，需要采取远端肢体灌注和近红外光谱监测等策略，以帮助减少这一毁灭性并发症的发生。
2.7.2 血液学并发症
包括(但不限于)出血、贫血、血小板功能障碍、血小板减少和血栓形成。尽管有常规的抗凝治疗，但泵内血栓形成的风险仍然存在。对于某些形式的短期MCS(特别是ECMO)，心内血液淤滞可增加这种风险，并导致泵内血栓形成和随后的血栓栓塞事件。MCS相关的出血是多因素的，继发于获得性凝血缺陷、高剪切力引起的溶血、血小板减少、通路相关问题和必要的抗凝血等。
2.7.3 感染性并发症
在短期MCS中常见，因为多个通路外部插管，同时出现危重疾病和住院时间延长。感染性并发症范围从局部通路部位感染到全身疾病，包括菌血症和脓毒症。虽然一些机构对接受MCS的患者使用预防性抗生素治疗，但尚无证据支持这种普遍的做法。
2.7.4 神经系统并发症
危重症患者的神经损伤可能是多因素的，但通常归因于MCS装置中微栓子的迁移。短期MCS的血流动力学不稳定的患者往往伴有脑灌注不足、缺氧或代谢紊乱，从而导致脑血管事件。IABP、TandemHeart及其他经皮MCS装置的脑卒中发生率相似，但在ECMO支持的患者中明显更高。
3 中长期MCS
3.2 TAH
人们从20世纪60年代中期开始探索人工心脏，百余年来人工心脏的材料发展迅速，如SynCardiaTAH、AbioCorTAH、CarmatTAH等，总体上分为气动式TAH和电动式TAH，提供左心系统和右心系统的动力，满足生理性变化的需要。目前，临床上应用的TAH主要是SynCardiaTAH和AbioCorTAH两种：(1)SynCardiaTAH是美国FDA批准的唯一用于过渡到心脏移植的TAH，是目前临床上唯一可长期替代双心室的MCS装置，已被植入约2 000例患者中[73]。SynCardiaTAH由2个聚氨酯材料的人工心室、2个机械瓣、驱动气体管道及体外驱动装置组成。人工心室由聚氨酯膜分隔为一个气囊和一个血囊。体外压缩空气和气囊连接，收缩期通过气体充盈气囊，压迫血囊，推动血液流动；舒张期气体从气囊中抽出，血液充盈血囊，瓣膜保证血液单向流动。体外气动源可调节频率、收缩期时间和驱动压力，并对其工作状态进行监测。有中心报道SynCardiaTAH植入后存活率与接受心脏移植的患者相似，有研究证实该设备是有效且安全的心脏置换装置[74]。(2)AbiocorTAH采用电磁驱动的液压驱动模式，该系统用电力驱动液体流动，模仿心室的收缩和舒张功能。其采用了经皮能量传输系统(TET)，可通过无线能量传输实现装置的全体内植入，避免了驱动导线常引起的感染和不便。
4 国产MCS
目前，我国应用的中长期MCS主要有重庆永仁心(EVAHEARTⅠ)、苏州同心(CH-VAD)、航天泰心(HeartCon)和深圳核心(CorHeart 6)，见表2。
4.1 重庆永仁心EVAHEARTⅠ
重庆永仁心成立于2014年，主研产品为植入式LVAD——EVAHEART(人工心脏)，该产品是由日本早稻田大学、东京女子医科大学、日本产业技术综合研究所、日本太阳医疗技术研究所等科研机构共同研发。EVAHEARTⅠ于2019年已获国家药品监督管理局(National Medical Products Administration，NMPA)批准上市，日本(2010年)、欧盟(2012年)，并获得FDA的IDE许可(有条件豁免)。EVAHEART植入式LVAD采用离心泵和独特的纯水密封设计，具有低转速、大流量、高耐久、良好的生物相容等特性，临床使用转速为1 600～2 200 r/min，对血液破坏小，血泵直径51 mm，厚度67 mm，重量262 g，管道采用大直径(内径16 mm)设计，最大流量可达20 L/min以上，可实现生理性脉动血流，有助于降低RVF、主动脉瓣关闭不全、消化道出血等发生风险。EVAHEART植入式LVAD主要为进展期难治性左心衰患者血液循环提供机械支持，包括BTT和DT。当前最长使用患者达到10.5年。
4.2 苏州同心CH-VAD
苏州同心CH-VAD由中国医学科学院阜外医院团队和苏州同心医疗团队联合开发，采用全磁悬浮技术，重量186 g，血泵直径50 mm，厚度26 mm，最大流量为10 L/mim。CH-VAD于2018年进入临床(25例，临床终点为存活3个月)，2019年3月在中国医学科学院阜外医院、华中科技大学同济医学院附属协和医院、福建医科大学附属协和医院等开启临床试验，于2021年获得NMPA批准用于短期辅助BTT。
4.3 航天泰心HeartCon
航天泰心HeartCon("火箭心")，直径45 mm，厚度53 mm，质量185 g，功耗5 W，其流量为10 L/min。该设备采用双悬浮磁液、电控双冗余、泵机一体化等技术，具有质量轻、体积小、温升低等特点。该产品已于2019年3月开展临床试验(50例)，并于2022年获批NMPA用于BTT。
4.4 深圳核心CorHeart 6
深圳核心医疗研发的CorHeart 6，血泵重量仅90 g，血泵直径34 mm，厚度26 mm，是全球体积最小、重量最轻的可植入式全磁悬浮人工心脏，具有血液相容性、功耗小、发热少等特点，且术中侵犯性小，术后患者恢复快，可应用于儿童患者。术后长期佩戴的体外控制器和电池的重量仅800 g，减轻负载，出行更便利。该设备于2021年启动多中心临床试验，于2023年获批NMPA用于BTT。
5 展望
随着人口老龄化和心血管疾病的增加，终末期心衰患者数量逐年增多，MCS的应用越来越受到关注。VAD是目前应用最广泛的人工心脏，它旨在通过机械或生物机械手段，改善心脏功能，帮助患者渡过心衰或其他严重心血管疾病的治疗过程。
未来，MCS装置有望得到更广泛的应用。一方面，随着心血管疾病患者的增加，医疗界需要更加有效的治疗方法来改善患者的生活质量和预后。另一方面，随着技术的进步，MCS装置将更加可靠、安全、有效，并且能够更好地满足患者的需求。
MCS装置应用技术的研究和发展将集中在以下几个方面：(1)优化设计和材料：研究人员将继续努力优化左心辅助系统的设计和材料，以提高其可靠性和耐用性，并减少并发症的风险；(2)智能化控制：随着人工智能和机器学习技术的发展，未来MCS装置将更加智能化，能够根据患者的身体状况和需求自动调整辅助水平，以提供最佳的治疗效果；(3)生物相容性：为了减少排斥反应和感染等并发症的风险，研究人员将更加注重开发与人体相容的材料和系统；(4)移动医疗：随着移动通信技术的发展，未来MCS装置将更加便携，可以方便地在医院外的环境中使用，这将为患者的治疗和康复带来更大的便利；(5)成本效益：随着医疗成本的增加，研究人员将更加注重MCS装置应用技术的成本效益分析，以确定其在不同国家和地区的可行性。
总之，MCS装置将有更加广泛的应用前景，并为心血管疾病患者带来更好的治疗选择。
引用: 陈静, 吴明祥, 苏晞. 终末期心力衰竭机械循环支持的治疗进展 [J] . 中国心血管杂志, 2024, 29(1) : 17-26.