Srdeční výdej u pacientů se srdečním selháním s mechanickými pumpami

Srdeční selhání je zničující onemocnění, které jen v USA postihuje přibližně 6 milionů jedinců. Pětileté přežití u všech pacientů s HFrEF je ~ 50 % as tím související snížení funkční kapacity a kvality života související se zdravím (HRqOL). Zatímco léčebná terapie zaměřená na doporučení, jako jsou beta-blokátory, inhibitory angiotenzinogen konvertujícího enzymu, antagonisté mineralokortikoidních receptorů a inhibitory angiotenzinového receptoru-neprilysinu, zlepšují přežití, HRqOL a funkční kapacitu, mnoho pacientů postupuje do konečného stadia pokročilé HFrEF, která má pět roční přežití pouze do 20 % a je spojeno se snížením funkční kapacity a HRqOL. Zatímco ortotopická transplantace srdce je zlatým standardem léčby pokročilého HFrEF, v USA je k dispozici pouze přibližně 3 000 dárcovských orgánů ročně a přibližně 5 000 ročně na celém světě. Poptávka jako taková převažuje nad nabídkou, protože se odhaduje, že nejméně 50 000 jedinců na celém světě je kandidáty na transplantaci nebo trpí závažnou HFrEF a nejsou z různých důvodů způsobilí k transplantaci (např. nekontrolovaný diabetes mellitus nebo onemocnění periferních cév nebo diagnóza rakoviny během posledních 5 let). K nápravě tohoto rozdílu se LVAD ukázaly jako atraktivní alternativa a používají se buď jako most k transplantaci ke stabilizaci a podpoře pacientů, dokud není transplantace možná, nebo jako cílová terapie pro pacienty nezpůsobilé k transplantaci. Pacienti s HFrEF často trpí zvýšenými srdečními plnícími tlaky a sníženým srdečním výdejem (Qc) v klidových podmínkách. LVAD normalizují tyto hemodynamické abnormality – alespoň za klidových podmínek – prostřednictvím rotujícího oběžného kola, které pohání krev z levé komory (LV) do vzestupné aorty (obrázek 1). Celková Qc je proto určena: 1) LVAD, která zajišťuje hlavní průtok do těla během klidových podmínek; a 2) přirozené srdce, které může stále poskytovat krev tělu vypuzováním krve přes aortální chlopeň při kontrakci srdce.

Pacienti se srdečním selháním trpí přetrvávajícími příznaky srdečního selhání a poruchami funkční kapacity po implantaci LVAD. Již dříve bylo prokázáno, že pacienti s LVAD mají závažně sníženou funkční kapacitu, měřeno sériovým hodnocením maximálního příjmu kyslíku (VO2Max), více než jeden rok po implantaci zařízení.27 Konkrétně VO2Max, když je hodnocen před implantací LVAD, 3–6 měsíců, 1 rok a déle než 1 rok po implantaci zařízení, zůstává pod 14 ml/kg/min. Submaximální cvičení, měřeno skóre šestiminutové chůze po sále (6MHW), se po implantaci zařízení mírně zlepšuje, ale v průměru zůstává výrazně sníženo na přibližně 300–350 m a podobně jako hodnoty VO2Max pozorované u těchto pacientů spadá do rozmezí, které je pozorováno u pacientů s pokročilou HFrEF. Přibližně polovina pacientů uvádí přetrvávání symptomů souvisejících s HFrEF 6–12 měsíců po implantaci zařízení. Tato přetrvávající snížení hodnot VO2Max, 6MHW a HRqOL všechna naznačují, že pacienti s LVAD trpí přetrvávajícím srdečním selháním, které se projevuje pokusy o cvičení. Například pacienti s HFrEF jsou považováni za způsobilé pro transplantaci srdce, když jejich VO2Max klesne pod 12-14 ml/kg/min.

Poruchy HRqOL a funkční kapacity jsou výsledkem neschopnosti LVAD zlepšit kardiovaskulární hemodynamiku během zátěže. Abychom pochopili, jak LVAD ovlivňují srdeční plnící tlak v klidu a během zátěže, hodnotili jsme pacienty před a po implantaci LVAD pomocí invazivního kardiopulmonálního zátěžového testování (CPET) se Swan-Ganzovou katetrizací během ergometrie ve vzpřímeném cyklu před a po implantaci LVAD (COMIRB #16-1635). V této studii (obrázek 2) byly dokončeny tři návštěvy: 1) Návštěva 1: základní hodnocení zátěže čtyři týdny před implantací LVAD. 2) Návštěva 2: hodnocení zátěže po LVAD s pacientem cvičícím při konstantní rychlosti pumpy LVAD. 3) Návštěva 3: Posouzení cvičení po LVAD, ale s postupným zvyšováním rychlosti rotoru LVAD během cvičení, aby se zjistilo, zda dodatečný průtok zařízením zlepšuje cvičební kapacitu. Z této práce vyplynulo několik nových poznatků (obrázek 2):

1. Kardiopulmonální výkon zůstává po implantaci zařízení značně omezený. Ve srovnání s CPET před LVAD (1. návštěva) nedochází k žádnému zlepšení VO2Max po implantaci LVAD, když pacienti cvičí do dobrovolného vyčerpání buď při konstantní rychlosti pumpy (návštěva 2), nebo s postupným zvyšováním rychlosti pumpy (návštěva 3).
2. Průtok LVAD se při zátěži zvyšuje minimálně. Bez ohledu na to, zda pacienti s LVAD cvičí při konstantní rychlosti pumpy nebo s postupným zvyšováním rychlosti, mohou LVAD zvýšit průtok pouze o přibližně 1 l/min nad klidovou hladinu. Srdeční výdej během cvičení – a tedy VO2Max – je jako takový určován kontraktilní rezervou nativní komory, na rozdíl od samotného LVAD.
3. Násilné plicní arteriální a srdeční plnící tlaky se po implantaci LVAD nezlepšují. Předimplantační námahové plnící tlaky (návštěva 1) jsou výrazně zvýšené při nastavení pokročilé HFrEF a zajímavé je, že po implantaci zařízení nedochází k žádnému podstatnému zlepšení při cvičení s pevnou rychlostí LVAD nebo s postupným zvyšováním rychlosti pumpy.

Existuje nedostatek údajů o vlivu změn hemodynamiky na funkci LVAD v lidském těle. Účinky změn afterloadu, preloadu a kontraktility u normálního srdce jsou dobře popsány. Například analýza tlaku a objemu levé komory (LV) (zlatý standard pro popis funkce komory) ukazuje, že existuje inverzní vztah mezi afterloadem a Qc, takže zvýšení afterloadu vede ke snížení Qc a naopak. Předpětí však přímo souvisí s Qc, takže zvýšení srdečního předpětí vede ke zvýšení Qc prostřednictvím Frank-Starlingova mechanismu. Studie LVAD in vitro naznačují, že alespoň v kontrolovaném prostředí „falešné smyčky“ (obrázek 3) mají LVAD sníženou citlivost před zatížením než normální srdce. Například citlivost před zatížením LVAD je přibližně poloviční než u normálního srdce (LVAD v. srdce, 0,105±0,092 v. 0,213±0,003 L/min/mmHg). Podobné studie simulované smyčky však naznačují, že LVAD mají mnohem vyšší citlivost na afterload – přibližně třikrát – než normální srdce (LVAD v. srdce 0,09±0,034 v. 0,03±0,01 L/min/mmHg). Hlavním omezením těchto modelových studií je však to, že pro proměnné, jako je předpětí a dodatečné zatížení, které všechny přispívají ke změnám průtoku, se tyto proměnné mění izolovaně (např. zvýšení předpětí při zachování konstantního afterloadu), zatímco v lidském těle se všechny proměnné mění současně během aktivity. Tyto studie simulované smyčky jako takové adekvátně nepopisují – ani nevysvětlují, chování průtoku LVAD během cvičení, kdy se zvyšuje předpětí, klesá dodatečné zatížení a zvyšuje se kontraktilita, ale průtok LVAD se zvyšuje minimálně nebo vůbec (bod č. 2 výše). Již dříve bylo zdůrazněno, že pro zlepšení HRqOL a tolerance zátěže u této populace pacientů je nezbytné podrobné pochopení fyziologie zátěže u této populace pacientů. Primárním cílem této studie je proto vyhodnotit výkonnost LVAD v reakci na změny podmínek zatížení (předpětí, dotížení, kontraktilita) u pacientů s HFrEF podporovaných těmito zařízeními a charakterizovat determinanty průtoku LVAD a Qc během aktivity/cvičení.