Rzut serca u pacjentów z niewydolnością serca z pompami mechanicznymi

Niewydolność serca jest wyniszczającą chorobą, która dotyka około 6 milionów osób w samych Stanach Zjednoczonych. Pięcioletnie przeżycie wśród wszystkich osób z HFrEF wynosi około 50% i wiąże się z tym zmniejszenie wydolności funkcjonalnej i jakości życia związanej ze zdrowiem (HRqOL). Podczas gdy ukierunkowana na wytyczne terapia medyczna, taka jak beta-adrenolityki, inhibitory konwertazy angiotensynogenu, antagoniści receptora mineralokortykoidowego i inhibitory receptora angiotensyny-neprylizyny, poprawia przeżycie, HRqOL i wydolność funkcjonalną, wielu pacjentów przechodzi w schyłkową, zaawansowaną HFrEF, która ma pięciostopniową roczne przeżycie tylko do 20% i wiąże się ze zmniejszeniem wydolności funkcjonalnej i HRqOL. Chociaż ortotopowe przeszczepienie serca jest złotym standardem leczenia zaawansowanej HFrEF, w USA dostępnych jest tylko około 3000 narządów od dawców rocznie i około 5000 na całym świecie. W związku z tym popyt przewyższa podaż, ponieważ szacuje się, że co najmniej 50 000 osób na całym świecie jest kandydatami do przeszczepu lub cierpi na ciężką HFrEF i nie kwalifikuje się do przeszczepu z różnych powodów (np. niekontrolowana cukrzyca lub choroba naczyń obwodowych lub rozpoznanie raka w ciągu ostatnich 5 lat). Aby zaradzić tej rozbieżności, LVAD stały się atrakcyjną alternatywą i są stosowane jako pomost do przeszczepu w celu ustabilizowania i wsparcia pacjentów do czasu, gdy przeszczep będzie możliwy, lub jako terapia docelowa dla pacjentów niekwalifikujących się do przeszczepu. Pacjenci z HFrEF często cierpią z powodu podwyższonego ciśnienia napełniania serca i zmniejszonego rzutu serca (Qc) w warunkach spoczynku. LVAD normalizują te nieprawidłowości hemodynamiczne – przynajmniej w warunkach spoczynku – poprzez obracający się wirnik, który napędza krew z lewej komory (LV) do aorty wstępującej (ryc. 1). Całkowite Qc jest zatem określane przez: 1) LVAD, który zapewnia większość przepływu do organizmu w warunkach spoczynku; oraz 2) natywne serce, które nadal może dostarczać krew do organizmu poprzez wydalanie krwi przez zastawkę aorty, gdy serce się kurczy.

Pacjenci z niewydolnością serca cierpią z powodu utrzymujących się objawów niewydolności serca i upośledzenia wydolności funkcjonalnej po wszczepieniu LVAD. Wcześniej wykazano, że pacjenci z LVAD mają znacznie zmniejszoną wydolność funkcjonalną, mierzoną serią ocen maksymalnego poboru tlenu (VO2Max), ponad rok po wszczepieniu urządzenia.27 Konkretnie, VO2Max, oceniane przed implantacją LVAD, 3-6 miesięcy, 1 rok i dłużej niż 1 rok po implantacji urządzenia, pozostaje poniżej 14 ml/kg/min. Wysiłek submaksymalny, mierzony sześciominutowym marszem w hali (6MHW), poprawia się nieznacznie po wszczepieniu urządzenia, ale średnio pozostaje znacznie zmniejszony na około 300-350 m i podobnie jak wartości VO2Max obserwowane u tych pacjentów, mieści się w zakresie obserwowane wśród pacjentów z zaawansowaną HFrEF. Około połowa pacjentów zgłasza utrzymywanie się objawów związanych z HFrEF przez 6-12 miesięcy po wszczepieniu urządzenia. Te utrzymujące się spadki ocen VO2Max, 6MHW i HRqOL wskazują, że pacjenci z LVAD cierpią na uporczywą niewydolność serca, która objawia się próbami ćwiczeń. Na przykład pacjentów z HFrEF uznaje się za kwalifikujących się do przeszczepu serca, gdy ich VO2Max spadnie poniżej 12-14 ml/kg/min.

Upośledzenie HRqOL i wydolności funkcjonalnej wynika z niezdolności LVAD do poprawy hemodynamiki sercowo-naczyniowej podczas wysiłku. Aby zrozumieć, w jaki sposób LVAD wpływają na ciśnienie napełniania serca w spoczynku i podczas ćwiczeń, wcześniej ocenialiśmy pacjentów przed i po wszczepieniu LVAD za pomocą inwazyjnego testu wysiłkowego (CPET) z cewnikowaniem Swana-Ganza podczas ergometrii rowerowej w pionie przed i po wszczepieniu LVAD (COMIRB #16-1635). W tym badaniu (ryc. 2) odbyły się trzy wizyty: 1) Wizyta 1: ocena wyjściowego wysiłku cztery tygodnie przed implantacją LVAD. 2) Wizyta 2: ocena wysiłkowa po zabiegu LVAD z pacjentem ćwiczącym ze stałą prędkością pompy LVAD. 3) Wizyta 3: ocena wysiłkowa po LVAD, ale ze stopniowym zwiększaniem prędkości wirnika LVAD podczas ćwiczeń, w celu ustalenia, czy dodatkowy przepływ przez urządzenie poprawia wydolność wysiłkową. Z tej pracy wynikało kilka nowatorskich spostrzeżeń (ryc. 2):

1. Po wszczepieniu urządzenia wydolność krążeniowo-oddechowa pozostaje poważnie ograniczona. W porównaniu z pre-LVAD CPET (wizyta 1), nie ma poprawy VO2Max po wszczepieniu LVAD, gdy pacjenci ćwiczą do wolicjonalnego wyczerpania albo ze stałą prędkością pompy (wizyta 2), albo ze stopniowym zwiększaniem prędkości pompy (wizyta 3).
2. Przepływ LVAD wzrasta minimalnie podczas ćwiczeń. Niezależnie od tego, czy pacjenci z LVAD ćwiczą ze stałą prędkością pompy, czy ze stopniowym zwiększaniem prędkości, LVAD mogą zwiększyć przepływ tylko o około 1 l/min powyżej poziomów spoczynkowych. W związku z tym pojemność minutowa serca podczas wysiłku – a tym samym VO2Max – jest określana przez rezerwę skurczową natywnej komory, w przeciwieństwie do samego LVAD.
3. Wysiłkowe ciśnienie napełniania tętnicy płucnej i serca nie poprawia się po wszczepieniu LVAD. Wysiłkowe ciśnienie napełniania przed implantacją (wizyta 1) jest znacznie podwyższone w warunkach zaawansowanej HFrEF i, co ciekawe, nie ma istotnej poprawy po wszczepieniu urządzenia podczas ćwiczeń ze stałą prędkością LVAD lub ze stopniowym zwiększaniem prędkości pompy.

Istnieje niewiele danych dotyczących wpływu zmian hemodynamicznych na czynność LVAD w organizmie człowieka. Dobrze opisano skutki zmian w obciążeniu następczym, obciążeniu wstępnym i kurczliwości w normalnym sercu. Na przykład analiza ciśnienia i objętości lewej komory (LV) (złoty standard miar opisujących funkcję komór) wskazuje, że istnieje odwrotna zależność między obciążeniem następczym a Qc, tak że wzrost obciążenia następczego prowadzi do zmniejszenia Qc i odwrotnie. Jednak obciążenie wstępne jest bezpośrednio związane z Qc, tak że wzrost obciążenia wstępnego serca prowadzi do wzrostu Qc poprzez mechanizm Franka-Starlinga. Badania in vitro LVAD sugerują, że przynajmniej w kontrolowanym środowisku „pozorowanej pętli” (ryc. 3), LVAD mają zmniejszoną wrażliwość na obciążenie wstępne niż normalne serce. Na przykład czułość obciążenia wstępnego LVAD jest w przybliżeniu o połowę niższa niż poziom obserwowany w zdrowym sercu (LVAD v. heart, 0,105±0,092 v. 0,213±0,003 l/min/mmHg). Jednak podobne badania pozorowanej pętli sugerują, że LVAD mają znacznie wyższą wrażliwość na obciążenie następcze - około trzy razy - niż w przypadku normalnego serca (LVAD v. heart 0,09±0,034 v. 0,03±0,01 l/min/mmHg). Głównym ograniczeniem tych badań pozorowanych pętli jest jednak to, że w przypadku zmiennych, takich jak obciążenie wstępne i obciążenie następcze, które wszystkie przyczyniają się do zmian w przepływie, zmienne te są zmieniane w izolacji (np. zwiększanie obciążenia wstępnego przy jednoczesnym utrzymywaniu stałego obciążenia następczego), podczas gdy w ludzkim ciele wszystkie zmienne zmieniają się jednocześnie podczas aktywności. Jako takie, te badania pozorowanej pętli nie opisują odpowiednio – ani nie wyjaśniają zachowania przepływu LVAD podczas ćwiczeń, gdzie napięcie wstępne wzrasta, obciążenie następcze maleje, a kurczliwość wzrasta, ale przepływ LVAD wzrasta minimalnie lub wcale (punkt 2 powyżej). Wcześniej podkreślono, że szczegółowe zrozumienie fizjologii wysiłku w tej populacji pacjentów jest niezbędne do poprawy HRqOL i tolerancji wysiłku w tej populacji pacjentów. Dlatego głównym celem tego badania jest ocena wydajności LVAD w odpowiedzi na zmiany warunków obciążenia (obciążenie wstępne, obciążenie następcze, kurczliwość) u pacjentów z HFrEF wspieranych przez te urządzenia oraz scharakteryzowanie determinantów przepływu LVAD i Qc podczas aktywności/ćwiczenia.