心室輔助裝置
一. 簡述
一.簡述
心室輔助裝置（Ventricularassistdevice,VAD）是一種將血液由靜脈系統或心臟引出直接泵入動脈系統部分或全部代替心室做功的人工機械裝置。
二. 產生背景
心力衰竭是嚴重威脅人類生命的疾病,全世界每年約有1/5的心臟病患者最終會發展為心力衰竭,目前我國心衰發病率達到0.9% 且5年的死亡率超過60% 。當傳統的藥物治療有一定局限性,不能達到滿意療效,心臟移植又面臨供體缺乏,術後排斥反應等困難的時候,研究學者們提出利用機械裝置來幫助心臟恢復的方法開發出了心室輔助裝置。自上個世紀60年代在臨床套用以來,經過多年研究和臨床套用,VAD的套用已從心血管手術後復甦、心臟移植過渡或替代,拓展至心肌功能的恢復乃至心力衰竭的永久性治療。 心室輔助裝置不僅可以作為心臟移植前過渡的橋樑也是通向心肌恢復的扁舟提高心衰患者生活質量用於心衰患者的救治。
三. 適用人群
(1)等待心臟移植的過渡期:幫助等待供體的患者,或有急性感染、多器官功能不全等不能立即進行心臟移植的患者順利度過過渡期。
(2)心肌功能恢復:當患者心臟手術後發生嚴重低心排血量、暴發性心肌炎、擴張性心肌病、急性廣泛性心肌梗死、頑固性惡性心律失常、心臟移植後供體心力衰竭等導致心力衰竭時,VAD可使心功能得到明顯的恢復。這要求在設計泵的時侯既要易於植入,又要易於取出,並儘可能減少心臟的損傷。
(3)永久性治療:主要用於不適合心臟移植的終末期心力衰竭患者。
(4)降低晚期心力衰竭患者肺動脈高壓:晚期心力衰竭患者伴肺動脈高壓為心肺移植的禁忌證,而長時間的心室輔助可有效改善晚期心力衰竭患者的肺動脈高壓。
四. 分類
（一）目前臨床上試用或套用的VAD按植入方式的不同主要分為兩種,可植入式和非植入式。
1、非植入式心室輔助裝置：非植入式心室輔助裝置對罹患致命性心力衰竭患者的左心、右心或雙心起支持或替代作用。因該裝置使用時置於患者的腹前壁外,故又叫“體旁型”心室輔助裝置。
2、植入式心室輔助裝置：即可將裝置部分或全部植入人體內的心室輔助裝置。
植入式VAD與非植入式VAD相比有許多優點:(1)植入式VAD管道短,耗能減少,耐久性好;(2)與血液接觸面積小,抗血栓性能好;(3)結構簡單、操作直觀、易於植入,尤其在術後臨時輔助具有很大的實用價值;(4)因植入式VAD可植入,感染問題也可得到較好的解決。
（二）根據血泵的原理不同,臨床上又將VAD分為搏動式隔膜泵和恆流式葉輪泵以及新一代的磁懸浮血泵。
1、搏動式隔膜泵
搏動式隔膜泵與自然心臟的工作原理相似,它的核心結構是一個柔韌性材料的囊腔,囊腔兩端連線進、出導管,並在兩接口處分別放置單向閥門(瓣膜),以保證血液單向流動。驅動裝置通過氣體或液體對囊腔壁施以外力,腔內容積被迫變化,完成泵血功能。但搏動泵的氣體和血液須經導管進入體內,因而無法實現完全植入體內,管道和導線經皮膚出體外,易發生感染;並且流出道的導管內血液流速大、壓力高,有一負壓期,易產生管道損傷、接頭脫開,有產生氣栓的危險;同時瓣膜也是這類血泵的關鍵部件,它們易損壞,而且是血栓易形成的部位。由於隔膜泵溶血也比較嚴重,驅動能量消耗大、操作複雜,因此,大多數隔膜泵適用短時間輔助的患者。
2、葉輪泵
葉輪泵的流體力學特性與自然心臟差別較大,多採用高速旋轉的葉輪驅動血液單向流動,因此不需要單向閥門(瓣膜)控制血流方向。在設計上葉輪泵克服了隔膜泵體積大、結構複雜、工作壽命短、能耗高和噪音大等缺點,由於不需要容納血液的囊腔,與血液接觸面積小,抗血栓性能好,因而植入和感染等問題也可得到較好的解決,尤其適用於永久性植入體內,逐漸成為VAD的主流。葉輪泵對後負荷非常敏感,在意外停機時可能會有血液反流,並且葉輪泵產生持續恆流,很難產生生理性的搏動血流,但當前負荷下降時對泵流量的限制作用不明顯,可通過調節葉輪泵轉速來產生類似自然心臟的Starling調節機制。
從流體機械學的角度,葉輪泵又可進一步分為軸流泵、離心泵和混流泵(螺旋泵)3類。
（1）軸流泵由推進輪———葉輪及定子組成,葉輪在血液內高速旋轉,經導葉導流後推動血液沿與轉動軸平行的方向流動。軸流泵自身有很多優點[12]:(1)流量高,可滿足頭部所需要的血壓和血流量;(2)體積小、管型結構,植入術的時間相對較短,創傷較小;(3)耗電量低,可以配備攜帶型電源甚至植入式電源;(4)較小的壓力增加可顯著提高流量等。但軸流泵產生連續性血流,在收縮期可能妨礙主動脈瓣的開啟,不利於心肌的恢復;並且收縮期自體血流在動脈某處與輔助泵的血流交匯,導致血流分布不均,器官組織灌注不均勻;除了以上兩點不足以外,血泵出現故障時需重新更換也是目前存在的問題。
（2）離心泵是由於葉輪高速旋轉產生離心力,形成動脈壓,驅動血液流動,血流方向與轉動軸方向不一致。與軸流泵相比較,離心泵可以較小的流量產生較高的壓力,適應高后負荷輸出;但離心泵存在速度階差和局部產熱,在軸承密封處易產生血栓,且高速旋轉的葉輪對紅細胞破壞嚴重,同時離心泵的抗凝要求高,操作要求高。
（3）螺旋泵的推進輪為表面有螺旋的圓錐體,渦輪聯動裝置通過中央圓錐體的螺紋推動血液沿軸向運動,圓錐形的推進輪旋轉又產生了類似離心泵的效果。與前兩種血泵相比較,混流泵轉速較低、需要的流動壓力低、效率較高、控制泵與心室作用相對容易。混流泵同時利用了軸向驅動和離心作用,使其各項性能居中。
3、磁懸浮血泵
磁懸浮血泵一般具有懸浮和驅動兩個系統:懸浮系統使葉輪懸浮,葉輪直接永磁化或在塑形的葉輪內嵌入永磁體。血泵的定子或泵殼內置入永磁或電磁線圈,通過磁化的葉輪與定子或泵殼之間軸向及徑向磁場相互作用,使葉輪懸浮於泵殼中間;驅動系統驅動葉輪旋轉。在定子或泵殼內置入另一組電磁線圈,通過電磁線圈電流的變化產生磁力推動磁化的葉輪旋轉。 [4]
相比傳統血泵，磁懸浮血泵具有以下優勢：（1）取消出入口導管，降低血栓的發生機率；（2）採用磁耦合能量傳遞方式，取消傳統的經皮導線，避免了感染的發生；（3）植入升主動脈，避免對心肌與主動脈瓣的損傷，能夠顯著改善患者的預後與生活質量。
五. 臨床套用效果
VAD植入人體經短時間治療後即可改善血流動力學指標,通常VAD可產生以下作用:
（1）改善心功能不全患者的血液循環狀態,維持全身組織正常循環,減輕心臟前、後負荷及降低心肌耗氧,提高舒張期血壓,增加冠狀動脈血流,增加體循環和肺循環的血流量。
（2）減少或停止使用升壓和增強心肌收縮的藥物,阻斷或逆轉酸中毒、心肌收縮力減弱、低心排血量所造成的惡性循環。
（3）逆轉臨終前心電圖QRS波群的延長,維持心室靜止或心室顫動時的血液循環。
（4）介導可逆性心室重塑:使心肌細胞變小,心肌細胞的收縮力提高,改善線粒體功能,減少心肌細胞凋亡,恢復有絲分裂原介導的蛋白激酶信號轉導,但這些可逆性重建過程的分子機制尚不明確。
六. 臨床套用中存在的問題
1、早期併發症
（1）出血:是使用VAD患者術後最常見的併發症。術前存在凝血功能障礙;長時間CPB引起血小板破壞,致低纖維蛋白血症;手術游離廣泛、多處插管和血小板損耗;術後殘餘肝素作用;長時間心功能不全導致肝臟功能降低,進而降低了血小板的數量和功能;VAD對血小板及凝血因子的破壞等,均是導致患者術後出血的原因。
（2）右側心力衰竭:經VAD治療15%～25%的患者會出現右側心力衰竭,而常常需要雙心室輔助。
（3）氣栓:當輔助泵開啟時,如果左心室內血液未充滿,泵產生的負壓可將左心室內空氣吸入泵體內,從而導致體循環氣栓。
2、晚期併發症
（1）血栓:血栓形成是VAD長期使用時常見的併發症。
（2）感染:植入VAD後感染可以發生在任何時候,但最常見的發生時間是術後2周～2個月內。
（3）輔助裝置失靈:較少見。由於輔助裝置的機械故障多由輸入部分閥門失靈引起,因此一旦發生,須及時更換裝置。
（4）連線管道脫血管或梗阻:因插管設計不合理、放置的位置和方向不妥、管子扭曲、管內血栓形成等所致。
除了以上臨床套用中存在嚴重併發症外,VAD的使用還存在溶血、排斥反應、機器耗損、產熱、尺寸限制以及如何在不增加體積的情況下提高流量輸出等一系列問題。
