機械式ポンプを使用した心不全患者の心拍出量

心不全は壊滅的な病気であり、米国だけでも約 600 万人が罹患しています。 HFrEF を有するオールカマーの 5 年生存率は約 50% であり、それに関連して機能的能力と健康関連の生活の質 (HRqOL) が低下します。 ベータ遮断薬、アンジオテンシノーゲン変換酵素阻害薬、ミネラロコルチコイド受容体拮抗薬、アンジオテンシン受容体ネプリライシン阻害薬などのガイドラインに準拠した薬物療法は生存率、HRqOL、機能的能力を改善しますが、多くの患者は末期の進行性HFrEFに進行します。年間生存率はわずか 20% であり、機能的能力と HRqOL の低下に関連しています。 同所性心臓移植は進行性HFrEFに対する標準的な治療法ですが、利用可能なドナー臓器は米国で年間約3,000件、全世界で年間約5,000件のみです。 そのため、世界中で少なくとも 50,000 人が移植の候補者であるか、重度の HFrEF に苦しんでおり、さまざまな理由（例: 移植の資格がない）であると推定されているため、需要が供給を上回っています。 コントロールされていない糖尿病または末梢血管疾患、または過去5年以内のがんの診断）。 この不均衡を是正するために、LVAD が魅力的な代替手段として登場し、移植が可能になるまで患者を安定させてサポートするための移植への架け橋として、または移植不適格な患者に対する最終治療として使用されています。 HFrEF 患者は、安静時における心臓充満圧の上昇と心拍出量 (Qc) の低下に悩まされることがよくあります。 LVAD は、左心室 (LV) から上行大動脈へ血液を推進する回転インペラを通じて、少なくとも静止状態では、これらの血行力学的異常を正常化します (図 1)。 したがって、合計 Qc は以下によって決定されます。 1) LVAD。安静状態中に体に流れの大部分を提供します。 2) 生来の心臓。心臓が収縮すると大動脈弁を通って血液が排出され、体に血液を供給することができます。

心不全患者は、LVAD 移植後、持続的な心不全症状と機能的能力の障害に悩まされます。 最大酸素摂取量 (VO2Max) の連続評価によって測定されるように、デバイス埋め込み後 1 年以上経過すると、LVAD 患者の機能的能力が大幅に低下することが以前に実証されています 27。 具体的には、LVAD 埋め込み前、デバイス埋め込み後 3 ～ 6 か月、1 年、および 1 年以上後に評価した場合、VO2Max は 14ml/kg/min 未満のままです。 6 分間の廊下歩行 (6MHW) スコアで測定される最大下運動量は、デバイスの埋め込み後にわずかに改善されますが、平均すると、約 300 ～ 350 m で大幅に低下したままであり、これらの患者で観察された VO2Max 値と同様に、次の範囲内に収まります。進行性HFrEF患者の間で観察される。 患者の約半数が、デバイス埋め込み後 6 ～ 12 か月たっても HFrEF 関連の症状が持続していると報告しています。 VO2Max、6MHW、および HRqOL 評価におけるこれらの持続的な減少はすべて、LVAD 患者が運動を試みることで現れる持続性心不全に苦しんでいることを示しています。 たとえば、HFrEF 患者は、VO2Max が 12 ～ 14 ml/kg/min を下回った場合、心臓移植の適応があると見なされます。

HRqOL および機能的能力の障害は、運動中に LVAD が心血管の血行動態を改善できないことが原因で発生します。 LVADが安静時および運動中の心臓充満圧にどのように影響するかを理解するために、我々は以前、LVAD移植前後の直立サイクルエルゴメトリー中にスワンガンツカテーテル法を用いた侵襲性心肺運動検査（CPET）によってLVAD移植前後の患者を評価した（COMIRB） #16-1635)。 この研究 (図 2) では、3 回の来院が完了しました。 1) 来院 1: LVAD 移植の 4 週間前のベースライン運動評価。 ２）訪問２：一定のＬＶＡＤポンプ速度で運動する患者によるＬＶＡＤ運動後の評価。 3) 訪問 3: LVAD 運動後の評価。ただし、運動中に LVAD ローター速度を段階的に増加させ、追加のフロースルーデバイスが運動能力を向上させるかどうかを判断します。 この研究からいくつかの新しい洞察が得られました (図 2)。

1. 心肺機能は、デバイスの埋め込み後も著しく制限されたままです。 LVAD 前 CPET (来院 1) と比較して、患者が一定のポンプ速度 (来院 2) またはポンプ速度を段階的に増加させて (来院 3) で自発的疲労まで運動した場合、LVAD 埋め込み後の VO2Max には改善がありません。
2. 運動中の LVAD 流量の増加は最小限です。 LVAD 患者が一定のポンプ速度で運動するか、段階的に速度を上げて運動するかに関係なく、LVAD は安静時レベルよりも流量を約 1L/分しか増加させることができません。 したがって、運動中の心拍出量、つまり VO2Max は、LVAD 自体ではなく、本来の心室の収縮予備力によって決まります。
3. 労作時の肺動脈および心臓充満圧は、LVAD 移植後に改善されません。 移植前の労作充満圧（訪問 1）は、高度な HFrEF の設定では大幅に上昇しており、興味深いことに、固定 LVAD 速度で運動する場合、またはポンプ速度を段階的に増加させて運動する場合、デバイス移植後の実質的な改善は見られません。

血行動態の変化が人体の LVAD 機能に及ぼす影響に関するデータは不足しています。 正常な心臓における後負荷、前負荷、および収縮性の変化の影響は詳しく説明されています。 たとえば、左心室（LV）圧容積分析（心室機能を説明するためのゴールドスタンダードメトリクス）は、後負荷とQcの間には逆の関係があり、後負荷の増加はQcの低下につながり、またその逆も同様であることを示しています。 しかし、前負荷は Qc に直接関係しており、心臓前負荷の増加はフランク・スターリング機構を通じて Qc の上昇につながります。 LVAD の in vitro 研究では、少なくとも「模擬ループ」の制御された環境では (図 3)、LVAD は正常な心臓よりも前負荷感度が低下していることが示唆されています。 たとえば、LVAD 前負荷感度は、正常な心臓で観察されるレベルの約半分です (LVAD 対心臓、0.105±0.092) v. 0.213±0.003 L/分/mmHg)。 しかし、同様のモックループ研究では、LVAD の後負荷感度が正常な心臓の約 3 倍よりもはるかに高いことが示唆されています (LVAD 対心臓 0.09±0.034 v.0.03±0.01 L/分/mmHg)。 ただし、これらのモックループ研究の主な制限は、前負荷や後負荷などの変数がすべて流れの変化に寄与することです。これらの変数は個別に変更されます (例: 後負荷を一定に保ちながら前負荷を増加させること）、一方、人間の身体では、活動中にすべての変数が同時に変化します。 そのため、これらのモックループ研究は、前負荷が増加し、後負荷が減少し、収縮性が増加する運動中の LVAD 流量の挙動を適切に記述または説明していませんが、LVAD 流量の増加は最小限であるか、まったく増加していません (上記のポイント #2)。 この患者集団の HRqOL と運動耐性を改善するには、この患者集団の運動生理学を詳細に理解する必要があることが以前に強調されてきました。 したがって、この研究の主な目的は、これらのデバイスによってサポートされているHFrEF患者の負荷条件（前負荷、後負荷、収縮性）の変化に応じたLVADパフォーマンスを評価し、活動/運動中のLVADの流れとQcの決定要因を特徴付けることです。