기계식 펌프를 사용하는 심부전 환자의 심박출량

심부전은 미국에서만 약 6백만 명의 사람들에게 영향을 미치는 파괴적인 질병입니다. HFrEF가 있는 모든 사람의 5년 생존율은 ~50%이며, 기능적 능력 및 건강 관련 삶의 질(HRqOL)과 관련된 감소가 있습니다. 베타 차단제, 안지오텐시노겐 전환 효소 억제제, 미네랄로코르티코이드 수용체 길항제 및 안지오텐신 수용체-네프릴리신 억제제와 같은 지침에 따른 의료 요법이 생존, HRqOL 및 기능적 능력을 향상시키는 반면, 많은 환자가 말기의 진행성 HFrEF로 진행합니다. 년 생존율은 20%에 불과하며 기능적 용량 및 HRqOL의 감소와 관련이 있습니다. 동소 심장 이식은 진행성 HFrEF의 표준 치료법이지만 미국에서는 매년 약 3,000개의 기증자 장기만 이용 가능하며 전 세계적으로 연간 약 5,000개만 이용 가능합니다. 이와 같이, 전 세계적으로 최소 50,000명의 개인이 이식 대상자이거나 심각한 HFrEF로 고통받고 있으며 다양한 이유로 이식 부적격자(예: 조절되지 않는 당뇨병 또는 말초 혈관 질환 또는 지난 5년 이내에 암 진단). 이러한 불균형을 해결하기 위해 LVAD는 매력적인 대안으로 부상했으며 이식이 가능할 때까지 환자를 안정화하고 지원하기 위한 이식 간 가교 또는 이식 부적격 환자를 위한 목적지 요법으로 사용됩니다. HFrEF 환자는 종종 휴식 상태에서 심박출압 상승 및 심박출량 감소(Qc)로 고통받습니다. LVAD는 좌심실(LV)에서 상행 대동맥으로 혈액을 밀어내는 회전하는 임펠러를 통해 이러한 혈역학적 이상을 정상화합니다(적어도 휴식 상태에서)(그림 1). 따라서 총 Qc는 다음에 의해 결정됩니다. 1) 휴식 상태에서 신체에 대량의 흐름을 제공하는 LVAD; 2) 심장이 수축할 때 대동맥 판막을 통해 혈액을 배출하여 신체에 여전히 혈액을 공급할 수 있는 본래의 심장.

심부전 환자는 LVAD 이식 후 지속적인 심부전 증상과 기능적 능력 손상을 겪습니다. LVAD 환자는 장치 이식 후 1년 이상 동안 최대 산소 섭취량(VO2Max)의 연속 평가로 측정한 바와 같이 기능적 능력이 심각하게 감소한 것으로 이전에 입증되었습니다.27 구체적으로, LVAD 이식 전, 장치 이식 후 3-6개월, 1년 및 1년 이상 평가했을 때 VO2Max는 14ml/kg/min 미만으로 유지됩니다. 6분 홀 걷기(6MHW) 점수로 측정된 준최대 운동은 장치 이식 후 완만하게 개선되지만 평균적으로 약 300-350m에서 심각하게 감소된 상태를 유지하고 이러한 환자에서 관찰된 VO2Max 값과 유사하게 다음 범위에 속합니다. 진행된 HFrEF 환자에서 관찰됩니다. 환자의 약 절반이 장치 이식 후 6-12개월 동안 HFrEF 관련 증상이 지속된다고 보고합니다. VO2Max, 6MHW 및 HRqOL 평가의 이러한 지속적인 감소는 모두 LVAD 환자가 운동 시도로 나타나는 지속적인 심부전을 앓고 있음을 나타냅니다. 예를 들어, HFrEF 환자는 VO2Max가 12-14ml/kg/min 미만으로 떨어지면 심장 이식에 적합한 것으로 간주됩니다.

HRqOL 및 기능적 능력의 손상은 LVAD가 운동 중 심혈관 혈역학을 개선할 수 없기 때문에 발생합니다. LVAD가 휴식 시 및 운동 중 심장 충만 압력에 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 위해 우리는 이전에 LVAD 이식 전후에 직립 주기 인체측정법 동안 Swan-Ganz 카테터 삽입을 통한 침습적 심폐 운동 검사(CPET)를 통해 LVAD 이식 전후에 환자를 평가했습니다(COMIRB). #16-1635). 이 연구(그림 2)에서 세 번의 방문이 완료되었습니다. 1) 방문 1: LVAD 이식 4주 전 기본 운동 평가. 2) 방문 2: 환자가 일정한 LVAD 펌프 속도로 운동하는 LVAD 후 운동 평가. 3) 방문 3: 장치를 통한 추가 흐름이 운동 능력을 향상시키는지 여부를 결정하기 위해 운동 중 LVAD 로터 속도를 단계적으로 증가시키면서 LVAD 운동 후 평가. 이 작업에서 얻은 몇 가지 새로운 통찰력(그림 2):

1. 심폐 기능은 장치 이식 후 심각하게 제한됩니다. 사전 LVAD CPET(방문 1)와 비교할 때, 환자가 일정한 펌프 속도(방문 2) 또는 펌프 속도의 단계적 증가(방문 3)에서 자발적 탈진까지 운동할 때 LVAD 이식 후 VO2Max의 개선이 없습니다.
2. LVAD 흐름은 운동 중에 최소한으로 증가합니다. LVAD 환자가 일정한 펌프 속도로 운동하든 단계적으로 속도를 증가시키든 관계없이 LVAD는 휴식 수준보다 약 1L/min 정도만 흐름을 증가시킬 수 있습니다. 이와 같이 운동 중 심박출량, 즉 VO2Max는 LVAD 자체가 아니라 기본 심실의 수축 예비력에 의해 결정됩니다.
3. 운동성 폐동맥 및 심장 충만 압력은 LVAD 이식 후 개선되지 않습니다. 고급 HFrEF 설정에서 이식 전 운동 충전 ​​압력(방문 1)이 심각하게 상승하고 흥미롭게도 고정된 LVAD 속도로 운동하거나 펌프 속도를 단계적으로 증가시키면 장치 이식 후 실질적인 개선이 없습니다.

인체의 LVAD 기능에 대한 혈역학 변화의 영향에 관한 데이터가 부족합니다. 정상 심장의 후부하, 예압 및 수축성 변경 효과가 잘 설명되어 있습니다. 예를 들어, 좌심실(LV) 압력-용적 분석(심실 기능을 설명하는 황금 표준 메트릭)은 후부하의 증가가 Qc의 감소로 이어지고 그 반대의 경우와 같이 후부하와 Qc 사이에 역의 관계가 있음을 나타냅니다. 그러나 preload는 Qc와 직접적으로 관련되어 심장 preload의 증가는 Frank-Starling 메커니즘을 통해 Qc의 증가로 이어집니다. LVAD에 대한 체외 연구는 적어도 "모의 루프"(그림 3)의 통제된 환경에서 LVAD가 정상 심장보다 예하중 민감도가 감소함을 시사합니다. 예를 들어, LVAD 예하중 민감도는 정상 심장에서 관찰되는 수준의 약 절반입니다(LVAD v. 심장, 0.105±0.092 v. 0.213±0.003 L/분/mmHg). 그러나 유사한 모의 루프 연구에 따르면 LVAD는 일반 심장보다 약 3배 더 높은 애프터로드 민감도를 가집니다(LVAD v. 심장 0.09±0.034). v. 0.03±0.01 L/분/mmHg). 그러나 이러한 모의 루프 연구의 주요 제한 사항은 흐름의 변화에 ​​모두 영향을 미치는 예압 및 후부하와 같은 변수의 경우 이러한 변수가 개별적으로 변경된다는 것입니다(예: 후부하를 일정하게 유지하면서 예압을 증가시키는 반면 인체에서는 활동 중에 모든 변수가 동시에 변경됩니다. 이와 같이, 이러한 모의 루프 연구는 예압이 증가하고 후부하가 감소하며 수축성이 증가하는 운동 중 LVAD 흐름 동작을 적절하게 설명하지 않거나 설명하지 않지만 LVAD 흐름은 최소한으로 증가하거나 전혀 증가하지 않습니다(위의 포인트 #2). 이 환자 집단의 HRqOL 및 운동 내성을 개선하려면 이 환자 집단의 운동 생리학에 대한 자세한 이해가 필요하다는 것이 이전에 강조되었습니다. 따라서 이 연구의 주요 목적은 이러한 장치가 지원하는 HFrEF 환자의 부하 조건(예비 부하, 후 부하, 수축성)의 변경에 대한 응답으로 LVAD 성능을 평가하고 활동/운동 중 LVAD 흐름 및 Qc의 결정 요인을 특성화하는 것입니다.