心室辅助装置

心室辅助装置
一.简述
心室辅助装置（Ventricular assist device, VAD）是一种将血液由静脉系统或心脏引出直接泵入动脉系统部分或全部代替心室做功的人工机械装置。

二.产生背景
心力衰竭是严重威胁人类生命的疾病,全世界每年约有1/5的心脏病患者最终会发展为心力衰竭,目前我国心衰发病率达到0.9%[1]且5年的死亡率超过60%[2]。

当传统的药物治疗有一定局限性,不能达到满意疗效,心脏移植又面临供体缺乏,术后排斥反应等困难的时候,研究学者们提出利用机械装置来帮助心脏恢复的方法开发出了心室辅助装置。

自上个世纪60年代在临床应用以来,经过多年研究和临床应用,VAD的应用已从心血管手术后复苏、心脏移植过渡或替代,拓展至心肌功能的恢复乃至心力衰竭的永久性治疗。

[3]心室辅助装置不仅可以作为心脏移植前过渡的桥梁也是通向心肌恢复的扁舟提高心衰患者生活质量用于心衰患者的救治。

三.适用人群
(1)等待心脏移植的过渡期:帮助等待供体的患者,或有急性感染、多器官功能不全等不能立即进行心脏移植的患者顺利度过过渡期。

(2)心肌功能恢复:当患者心脏手术后发生严重低心排血量、暴发性心肌炎、扩张性心肌病、急性广泛性心肌梗死、顽固性恶性心律失常、心脏移植后供体心力衰竭等导致心力衰竭时,VAD可使心功能得到明显的恢复。

这要求在设计泵的时侯既要易于植入,又要易于取出,并尽可能减少心脏的损伤。

(3)永久性治疗:主要用于不适合心脏移植的终末期心力衰竭患者。

(4)降低晚期心力衰竭患者肺动脉高压:晚期心力衰竭患者伴肺动脉高压为心肺移植的禁忌证,而长时间的心室辅助可有效改善晚期心力衰竭患者的肺动脉高压。

[4]
四.分类
（一）目前临床上试用或应用的VAD按植入方式的不同主要分为两种,可植入式和非植入式。

1、非植入式心室辅助装置：非植入式心室辅助装置对罹患致命性心力衰竭患者的左心、右心或双心起支持或替代作用。

因该装置使用时置于患者的腹前壁外,故又叫“体旁型”心室辅助装置。

2、植入式心室辅助装置：即可将装置部分或全部植入人体内的心室辅助装置。

植入式VAD与非植入式VAD相比有许多优点:(1)植入式VAD管道短,耗能减少,耐久性好;(2)与血液接触面积小,抗血栓性能好;(3)结构简单、操作直观、易于植入,尤其在术后临时辅助具有很大的实用价值;(4)
因植入式VAD可植入,感染问题也可得到较好的解决。

（二）根据血泵的原理不同,临床上又将VAD分为搏动式隔膜泵和恒流式叶轮泵以及新一代的磁悬浮血泵。

1、搏动式隔膜泵
搏动式隔膜泵与自然心脏的工作原理相似,它的核心结构是一个柔韧性材料的囊腔,囊腔两端连接进、出导管,并在两接口处分别放置单向阀门(瓣膜),以保证血液单向流动。

驱动装置通过气体或液体对囊腔壁施以外力,腔内容积被迫变化,完成泵血功能。

但搏动泵的气体和血液须经导管进入体内,因而无法实现完全植入体内,管道和导线经皮肤出体外,易发生感染;并且流出道的导管内血液流速大、压力高,有一负压期,易产生管道损伤、接头脱开,有产生气栓的危险;同时瓣膜也是这类血泵的关键部件,它们易损坏,而且是血栓易形成的部位。

由于隔膜泵溶血也比较严重,驱动能量消耗大、操作复杂,因此,大多数隔膜泵适用短时间辅助的患者。

2、叶轮泵
叶轮泵的流体力学特性与自然心脏差别较大,多采用高速旋转的叶轮驱动血液单向流动,因此不需要单向阀门(瓣膜)控制血流方向。

在设计上叶轮泵克服了隔膜泵体积大、结构复杂、工作寿命短、能耗高和噪音大等缺点,由于不需要容纳血液的囊腔,与血液接触面积小,抗血栓性能好,因而植入和感染等问题也可得到较好的解决,尤其适用于永久性植入体内,逐渐成为VAD的主流。

叶轮泵对后负荷非常敏感,在意外停机时可能会有血液反流,并且叶轮泵产生持续恒流,很难产生生
理性的搏动血流,但当前负荷下降时对泵流量的限制作用不明显,可通过调节叶轮泵转速来产生类似自然心脏的Starling调节机制。

从流体机械学的角度,叶轮泵又可进一步分为轴流泵、离心泵和混流泵(螺旋泵)3类。

（1）轴流泵由推进轮———叶轮及定子组成,叶轮在血液内高速旋转,经导叶导流后推动血液沿与转动轴平行的方向流动。

轴流泵自身有很多优点[12]:(1)流量高,可满足头部所需要的血压和血流量;(2)体积小、管型结构,植入术的时间相对较短,创伤较小;(3)耗电量低,可以配备便携式电源甚至植入式电源;(4)较小的压力增加可显著提高流量等。

但轴流泵产生连续性血流,在收缩期可能妨碍主动脉瓣的开启,不利于心肌的恢复;并且收缩期自体血流在动脉某处与辅助泵的血流交汇,导致血流分布不均,器官组织灌注不均匀;除了以上两点不足以外,血泵出现故障时需重新更换也是目前存在的问题。

（2）离心泵是由于叶轮高速旋转产生离心力,形成动脉压,驱动血液流动,血流方向与转动轴方向不一致。

与轴流泵相比较,离心泵可以较小的流量产生较高的压力,适应高后负荷输出;但离心泵存在速度阶差和局部产热,在轴承密封处易产生血栓,且高速旋转的叶轮对红细胞破坏严重,同时离心泵的抗凝要求高,操作要求高。

（3）螺旋泵的推进轮为表面有螺旋的圆锥体,涡轮联动装置通过中央圆锥体的螺纹推动血液沿轴向运动,圆锥形的推进轮旋转又产生了类似离心泵的效果。

与前两种血泵相比较,混流泵转速较低、需要的流动压力低、效率较高、控制泵与心室作用相对容易。

混流泵同时
利用了轴向驱动和离心作用,使其各项性能居中。

3、磁悬浮血泵
磁悬浮血泵一般具有悬浮和驱动两个系统: 悬浮系统使叶轮悬浮, 叶轮直接永磁化或在塑形的叶轮内嵌入永磁体。

血泵的定子或泵壳内置入永磁或电磁线圈,通过磁化的叶轮与定子或泵壳之间轴向及径向磁场相互作用,使叶轮悬浮于泵壳中间;驱动系统驱动叶轮旋转。

在定子或泵壳内置入另一组电磁线圈, 通过电磁线圈电流的变化产生磁力推动磁化的叶轮旋转。

[4]
相比传统血泵，磁悬浮血泵具有以下优势：（1）取消出入口导管，降低血栓的发生机率；（2）采用磁耦合能量传递方式，取消传统的经皮导线，避免了感染的发生；（3）植入升主动脉，避免对心肌与主动脉瓣的损伤，能够显著改善患者的预后与生活质量。

五.临床应用效果
VAD植入人体经短时间治疗后即可改善血流动力学指标,通常VAD可产生以下作用:
（1）改善心功能不全患者的血液循环状态,维持全身组织正常循环,减轻心脏前、后负荷及降低心肌耗氧,提高舒张期血压,增加冠状动脉血流,增加体循环和肺循环的血流量。

（2）减少或停止使用升压和增强心肌收缩的药物,阻断或逆转酸中毒、心肌收缩力减弱、低心排血量所造成的恶性循环。

（3）逆转临终前心电图QRS波群的延长,维持心室静止或心室颤
动时的血液循环。

（4）介导可逆性心室重塑:使心肌细胞变小,心肌细胞的收缩力提高,改善线粒体功能,减少心肌细胞凋亡,恢复有丝分裂原介导的蛋白激酶信号转导,但这些可逆性重建过程的分子机制尚不明确。

六.临床应用中存在的问题
1、早期并发症
（1）出血:是使用VAD患者术后最常见的并发症。

术前存在凝血功能障碍;长时间CPB引起血小板破坏,致低纤维蛋白血症;手术游离广泛、多处插管和血小板损耗;术后残余肝素作用;长时间心功能不全导致肝脏功能降低,进而降低了血小板的数量和功能;VAD对血小板及凝血因子的破坏等,均是导致患者术后出血的原因。

（2）右侧心力衰竭:经VAD治疗15%～25%的患者会出现右侧心力衰竭,而常常需要双心室辅助。

（3）气栓:当辅助泵开启时,如果左心室内血液未充满,泵产生的负压可将左心室内空气吸入泵体内,从而导致体循环气栓。

2、晚期并发症
（1）血栓:血栓形成是VAD长期使用时常见的并发症。

（2）感染:植入VAD后感染可以发生在任何时候,但最常见的发生时间是术后2周～2个月内[29]。

（3）辅助装置失灵:较少见。

由于辅助装置的机械故障多由输入部分阀门失灵引起,因此一旦发生,须及时更换装置。

（4）连接管道脱血管或梗阻:因插管设计不合理、放置的位置和方向不妥、管子扭曲、管内血栓形成等所致。

除了以上临床应用中存在严重并发症外,VAD的使用还存在溶血、排斥反应、机器耗损、产热、尺寸限制以及如何在不增加体积的情况下提高流量输出等一系列问题。

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参考文献
[1]卫生部心血管病防治研究中心. 中国心血管病报2011. 北京: 中国百科全书出版社.
[2]2007 Annual Report of the U.S. Organ Procurement and Transplantation Network and the Scientific Registry of Transplant Recipients: Transplant Data 1997-2006. Rockville, MD: Health Resources and Services Administration HSB, Division of Transplantation. 2007. [3]心室辅助装置的发展与临床应用.中国胸心血管外科临床杂志,2010,17(3):230-234
[4]Congestive heart failure, Jeffrey D. Hosenpud, Barry H.Greenberg
[5]第三代血泵的研究进展,中国胸心血管外科临床杂志2010,2010,17(4):321-325。