人工輔助心臟國際發(fā)展趨勢概述

許 劍，王 妍，周 娜，范慶麟，朱塵琪

（1．航天泰心科技有限公司，天津 300457；2．北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京 100076）

心力衰竭已成為全世界主要的公共衛(wèi)生問題，我國心衰發(fā)病率近1%，每年新增發(fā)病數(shù)可達(dá)數(shù)百萬，并且隨著老齡化的加劇將日益嚴(yán)重[1]。終末期心力衰竭患者藥物治療效果不佳，最有效的心臟移植則受限于供體數(shù)量、異體排斥反應(yīng)等問題難以成為常規(guī)治療方法。

自20世紀(jì)50年代開始，人工心臟在歐美國家得到蓬勃發(fā)展，早期主要是模擬自然心臟工作機(jī)制的搏動式產(chǎn)品，體積和功耗較大，一般放置在體外，應(yīng)用不廣[2]。后DeBakey和Noon醫(yī)生尋求到美國NASA的技術(shù)支持，將火箭上所采用的葉片泵技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，合作研發(fā)植入式連續(xù)流人工輔助心臟（也稱心室輔助裝置VAD）并取得全面和成功的實驗[3]，自此小型、可靠的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)流VAD得到廣泛認(rèn)可并取代搏動式VAD成為主流研究方向。2008年美國FDA批準(zhǔn)Thoratec公司的HeartMate II作為BTT治療[4]，次年HeartWare公司的HVAD獲得BTT治療歐洲CE許可[5]。目前心室輔助裝置已成為歐美國家治療終末期心衰的重要手段并被醫(yī)保覆蓋，根據(jù)Intermacs統(tǒng)計，自2006年6月至2016年9月，僅美國已有包括美國副總統(tǒng)切尼在內(nèi)的18385名患者植入VAD，2年存活率基本提高到約80%。見圖1。

圖1 Intermacs發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

目前國際上主要的VAD研發(fā)集中在美國、德國、澳大利亞和日本。重要的廠商有Thoratec、HeartWare、ReliantHeart、Berlin Heart、JarvikHeart等公司。見表1。

表1 國外從事相關(guān)研究的主要機(jī)構(gòu)

隨著VAD產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用，產(chǎn)品的耐久性、安全性和臨床益處均取得了很大改善，各類測試及臨床數(shù)據(jù)的收集也為產(chǎn)品的改進(jìn)提供了更好的依據(jù)?？傮w說來國際上對于心室輔助裝置的研究熱點(diǎn)已經(jīng)逐步從提高存活率轉(zhuǎn)移到提高患者生活質(zhì)量，從VAD產(chǎn)品本身的研究過渡到VAD與人體血液循環(huán)的交互生理影響研究，發(fā)展趨勢如下。

1 微型化

由于早期裝置應(yīng)用的局限性，VAD通常用于晚期心衰患者，此病程階段的患者心臟功能已嚴(yán)重受損，所需輔助流量較大，故該時期研發(fā)的VAD產(chǎn)品流量最高可達(dá)10 L/min甚至20 L/min以滿足臨床應(yīng)用的需求，但其體積及功耗較大，患者植入后存活率和生活質(zhì)量不高。隨著研究的深入及應(yīng)用案例的增多，越來越多的證據(jù)顯示心衰病人越早植入VAD，其生活質(zhì)量和存活率越高。而對于產(chǎn)品本身，醫(yī)學(xué)界及工業(yè)界也已經(jīng)開始反思早期VAD參數(shù)特別是流量參數(shù)的設(shè)計是否合理，首先用于早中期心衰患者的心室輔助時，其臨床應(yīng)用遠(yuǎn)沒有達(dá)到如此之高的流量需求；此外，左心輔助時過高的排量會引起入口抽吸，易導(dǎo)致右心衰竭，從而進(jìn)一步使病情惡化。

針對上述問題，世界領(lǐng)先的VAD廠商正在持續(xù)不斷研制更加微型化的產(chǎn)品，體積、重量都大幅度減小，泵體本身的安裝位置從腹部→心尖外→心室內(nèi)演化，手術(shù)創(chuàng)口更小，植入更方便，術(shù)后恢復(fù)更快，生活質(zhì)量更好。

微型化的產(chǎn)品由于功耗小還將有利于無線充電方式的實現(xiàn)和推廣，可大幅降低由經(jīng)皮導(dǎo)線帶來的感染問題，最終實現(xiàn)全植入式人工輔助心臟。

圖2 HeartWare公司的HVAD→MVAD產(chǎn)品演化

圖3 Thoratec公司HeartMate II→HeartMate III→HeartMate X產(chǎn)品演化

2 智能化

現(xiàn)階段旋轉(zhuǎn)式VAD控制基本采用的是定轉(zhuǎn)速方式，葉片泵在恒定轉(zhuǎn)速下輸出流量對前后負(fù)荷較為敏感，而人體的自然心臟不停收縮，心室內(nèi)及主動脈的壓力時刻變化，患者生理活動狀態(tài)改變時這種變化會更明顯，是否需要以及如何根據(jù)自然心臟的收縮主動調(diào)節(jié)VAD的轉(zhuǎn)速，采用何種算法來避免持續(xù)灌注時主動脈根部的血栓問題，這都是目前的研究熱點(diǎn)[6][7]。

3 信息化

遠(yuǎn)程醫(yī)療并非是一項新技術(shù)，但在VAD上采用的不多，已有以ReliantHeart公司HeartAssist5為代表的產(chǎn)品在采用通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸和記錄VAD的流量、功耗等相關(guān)數(shù)據(jù)[8]，讓醫(yī)護(hù)人員更好的管理患者，追蹤病人生理參數(shù)，減少再次入院率，提高患者生活質(zhì)量，積累的大量病患數(shù)據(jù)可用作后續(xù)統(tǒng)計分析和產(chǎn)品改進(jìn)的基礎(chǔ)。

3 個性化

廣大心力衰竭人群的個體生理參數(shù)差異是客觀存在的，用于急性心源性休克、移植前過渡或者終末期治療的治療目標(biāo)和輔助要求也是各不相同，而對于VAD廠商來說產(chǎn)品基本是固定的一兩款，針對不同的病人應(yīng)如何處理才能獲得最佳的治療效果是需要持續(xù)研究的問題。

圖4 HeartAssist5的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)模式

圖5 不同的病人應(yīng)采用不同的VAD輔助模式以取得最佳效果

4 結(jié) 論

綜上所述，隨著人工輔助心臟技術(shù)的逐步優(yōu)化，產(chǎn)品應(yīng)用的日益廣泛，相信在不久的將來，VAD將成為治療心力衰竭的常規(guī)首選方法之一，為廣大心衰患者提供更好的療效和更優(yōu)的生活質(zhì)量。

[1]周睿主譯.機(jī)械循環(huán)支持原則和應(yīng)用[M].第1版.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2016.

[2]Rodriguez L E,Suarez E E, Loebe M, et al. Ventricular assist devices (VAD) therapy: new technology,new hope?[J]. Methodist Debakey Cardiovasc J.2013,9(1):32-37.

[3]Noon G P,Loebe M. Current status of the MicroMed DeBakey Noon Ventricular Assist Device[J].Tex Heart Inst J.2010,37(6):652-653.

[4]Swetz K M,Freeman M R,Mueller P S,et al.Clinical management of continuous-flow left ventricular assist devices in advanced heart failure[J].J Heart Lung Transplant.2010,29(9): 1081.

[5]Slaughter M S.Implantation of the HeartWare left ventricular assist device[J]. Semin Thorac Cardiovasc Surg.2011,23(3):245-247.

[6]Ochsner G,Amacher R,Wilhelm M J, et al. A Physiological Controller for Turbodynamic Ventricular Assist Devices Based on a Measurement of the Left Ventricular Volume[J].Artificial Organs.2014,38(7):527-538.

[7]Bhagra S, Bhagra C,?zalp F,et al.Development of de novo aortic valve incompetence in patients with the continuous-flow HeartWare ventricular assist device[J]. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 2015.

[8]Pektok E,Demirozu Z T,Arat N, et al. Remote monitoring of left ventricular assist device parameters after HeartAssist-5 implantation[J].Artif Organs,2013,37(9):820-825.