使用机械泵的心力衰竭患者的心输出量

心力衰竭是一种破坏性疾病，仅在美国就影响了大约 600 万人。 所有患有 HFrEF 的患者的五年生存率约为 50%，并且功能能力和与健康相关的生活质量 (HRqOL) 相关联。 虽然指南指导的药物治疗，如 β 受体阻滞剂、血管紧张素原转换酶抑制剂、盐皮质激素受体拮抗剂和血管紧张素受体-脑啡肽酶抑制剂可改善生存期、HRqOL 和功能能力，但许多患者进展到终末期晚期 HFrEF，其中有 5-年存活率仅为 20%，并且与功能能力和 HRqOL 的降低有关。 虽然原位心脏移植是晚期 HFrEF 的金标准治疗，但美国每年只有大约 3,000 个供体器官可用，全世界每年大约有 5,000 个。 因此，供不应求，因为据估计，全世界至少有 50,000 人是移植的候选者或患有严重的 HFrEF，并且由于各种原因（例如， 未控制的糖尿病或外周血管疾病，或在过去 5 年内诊断出癌症）。 为了弥补这种差异，LVAD 已成为一种有吸引力的替代方案，并被用作移植的桥梁，以稳定和支持患者直到移植成为可能，或用作不适合移植患者的目的地治疗。 HFrEF 患者在静息条件下经常会出现心脏充盈压升高和心输出量 (Qc) 降低的情况。 LVAD 通过旋转叶轮将血液从左心室 (LV) 推入升主动脉（图 1），从而使这些血流动力学异常正常化（至少在静息状态下如此）。 因此，总 Qc 由以下因素决定： 1) LVAD，它在静息状态下为身体提供大部分流量；和 2) 原生心脏，当心脏收缩时，它仍然可以通过主动脉瓣排出血液来为身体提供血液。

在 LVAD 植入后，心力衰竭患者会出现持续的心力衰竭症状和功能障碍。 之前已经证明，LVAD 患者的功能能力严重下降，这是通过最大摄氧量 (VO2Max) 的系列评估衡量的，在设备植入后超过一年。 27 具体而言，在 LVAD 植入前、装置植入后 3-6 个月、1 年和 1 年以上进行评估时，VO2Max 仍低于 14ml/kg/min。 以六分钟大厅步行 (6MHW) 分数衡量的次极量运动在装置植入后适度改善，但平均而言，在大约 300-350m 处仍然严重减少，并且与在这些患者中观察到的 VO2Max 值相似，落在以下范围内在晚期 HFrEF 患者中观察到。 大约一半的患者报告在装置植入后 6-12 个月持续存在 HFrEF 相关症状。 这些 VO2Max、6MHW 和 HRqOL 评估的持续降低都表明 LVAD 患者患有持续性心力衰竭，这表现为尝试运动。 例如，当 HFrEF 患者的 VO2Max 低于 12-14ml/kg/min 时，他们被认为有资格进行心脏移植。

HRqOL 和功能能力的损害是由于 LVAD 无法改善运动期间的心血管血流动力学。 为了解 LVAD 如何影响静息时和运动时的心脏充盈压，我们之前通过有创心肺运动试验 (CPET) 在 LVAD 植入前后的直立循环测力法中使用 Swan-Ganz 导管插入术评估了 LVAD 植入前后的患者 (COMIRB) #16-1635）。 在这项研究中（图 2），完成了 3 次访视：1) 第 1 次访视：LVAD 植入前 4 周的基线运动评估。 2) 访问 2：LVAD 后运动评估，患者以恒定的 LVAD 泵速运动。 3) 访问 3：LVAD 后运动评估，但在运动期间 LVAD 转子速度逐步增加，以确定通过设备的额外流量是否提高了运动能力。 这项工作产生了一些新颖的见解（图 2）：

1. 装置植入后心肺功能仍然受到严重限制。 与 LVAD CPET 前（访视 1）相比，当患者以恒定泵速（访视 2）或逐步增加泵速（访视 3）运动至意志力竭时，LVAD 植入后 VO2Max 没有改善。
2. 运动期间 LVAD 流量增加最少。 无论 LVAD 患者是以恒定泵速运动还是逐步增加速度运动，LVAD 只能使流量比静息水平增加约 1L/min。 因此，运动期间的心输出量 - 以及 VO2Max - 由自体心室的收缩储备决定，而不是 LVAD 本身。
3. 在 LVAD 植入后，劳力性肺动脉和心脏充盈压没有改善。 在晚期 HFrEF 的情况下，植入前用力充盈压（访视 1）严重升高，有趣的是，当以固定 LVAD 速度运动或逐步增加泵速时，装置植入后没有实质性改善。

关于血液动力学变化对人体 LVAD 功能影响的数据很少。 对正常心脏后负荷、前负荷和收缩力改变的影响进行了很好的描述。 例如，左心室 (LV) 压力容积分析（描述心室功能的黄金标准指标）表明后负荷与 Qc 之间存在反比关系，即后负荷增加会导致 Qc 降低，反之亦然。 然而，前负荷与 Qc 直接相关，因此心脏前负荷的增加会通过 Frank-Starling 机制导致 Qc 升高。 LVAD 的体外研究表明 - 至少在“模拟循环”（图 3）的受控环境中，LVAD 的前负荷敏感性低于正常心脏。 例如，LVAD 前负荷敏感性大约是在正常心脏中观察到的水平的一半（LVAD 对心脏，0.105±0.092 五. 0.213±0.003 升/分钟/毫米汞柱）。 然而，类似的模拟循环研究表明，LVAD 具有更高的后负荷敏感性 - 大约是正常心脏的三倍（LVAD 与心脏 0.09±0.034 v.0.03±0.01 升/分钟/毫米汞柱）。 然而，这些模拟循环研究的主要局限性在于，对于预加载和后加载等变量，它们都会影响流量的变化——这些变量是孤立变化的（例如 增加前负荷同时保持后负荷不变），而在人体中，所有变量在活动期间同时变化。 因此，这些模拟循环研究没有充分描述或解释运动期间的 LVAD 流量行为，其中前负荷增加，后负荷减少，收缩性增加，但 LVAD 流量增加很少或根本没有增加（上面的第 2 点）。 之前已经强调，详细了解该患者群体的运动生理学对于改善该患者群体的 HRqOL 和运动耐量是必要的。 因此，本研究的主要目的是评估 LVAD 对这些装置支持的 HFrEF 患者负荷条件（前负荷、后负荷、收缩力）变化的响应性能，并描述活动/运动期间 LVAD 流量和 Qc 的决定因素。