经皮循环辅助技术及器械

经皮循环辅助(percutaneous mechanical circulatory support, pMCS)是循环辅助(MCS)中的重要技术之一,与经典长期植入循环辅助技术多用于心衰治疗的移植过渡或终末治疗不同,pMCS多用于短时循环辅助。

目前pMCS主要应用于高危冠脉介入治疗(HRPCI)辅助及心源性休克(CS)急救,由于其具有创伤小、启动快、操作简便等优点,在临床中推广迅速,应用量远超经典循环辅助装置,仅Impella单品已超21万例;特别是随着冠脉疾病PCI治疗技术不断突破,临床对短时循环辅助的需求也不断上升,pMCS在HRPCI的应用量快速增长。

虽然国内应用较多的短时循环辅助主要是IABP,但近年随着ECMO技术在国内进一步推广,其在较大心脏中心应用量迅速增加,较IABP表现了更好的循环辅助效能,因此IABP用量有下降趋势。同时,近年国内针对心衰治疗技术和器械研发逐渐发力,国产短时体外心室辅助产品和国产ECMO装备也已进入临床试验阶段。

空军军医大学西京医院刘洋教授围绕pMCS技术器械在国内外的临床应用现状进行了系统介绍,并对该技术的未来发展分享了个人见解。

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经典短时经皮循环辅助方式主要包括IABP、Impella、TendemHeart、ECMO及相应的右心辅助方式

IABP

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IABP即主动脉内球囊反博,其原理是通过主动脉内球囊与心动周期同步的充气及放气,在心室舒张早期,主动脉瓣关闭后瞬间球囊立即充气,可提高舒张压,增加大脑、冠状动脉、肾脏及外周的血流灌注;在等容收缩期末,主动脉瓣开放的瞬间快速排空球囊,产生"空穴"效应,进而降低心脏后负荷及室壁张力,并减少心肌氧耗,以此达到循环辅助作用。
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IABP可增加心输出量(CO)约10%~20%,血液动力学效果肯定。其局限性在于IABP工作必须依赖于心脏自身收缩及稳定的心脏节律,无法主动辅助心脏做功,且辅助力度有限,对合并严重左心衰或持续性快速型心律失常患者效果欠佳。
IABP是我国目前应用最为广泛的pMCS。2012年之前的国内外指南对IABP的推荐级别均为Ⅰ类推荐,但是IABP-SHOCKⅡ研究结果显示,合并CS的AMI患者常规使用IABP并不能降低30 d病死率,及1年和6年的全因病死率。因此,ACC/AHA急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)指南将IABP的推荐级别降低为Ⅱa类,ESC和中华医学会心血管病学分会的急性STEMI管理指南将IABP推荐级别降为Ⅱb类,仅推荐在药物治疗效果不好的CS、AMI合并急性二尖瓣反流、室间隔穿孔等机械并发症的情况下考虑应用。
随着国内ECMO技术的逐渐推广,目前ECMO在各大心脏中心在HRPCI和CS患者中应用快速增长,IABP应用相应下降。

PulseCath iVAC 2L

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iVAC 2L是PulseCath公司生产的一种短期经皮循环辅助装置,外径17Fr,长100cm,常规经股动脉置入,能有效产生2L/分的循环辅助流量。通过主动卸载心室负荷,iVAC 2L可在HRPCI和CS救治中提供血流动力学支持。辅助效能略高于IABP,低于ECMO或Impella系列产品。由于其采用了与标准IABP控制台完全集成的通用适应性设计,因此具有成本效益和较短学习曲线

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iVAC 2L本质是一根单腔导管,在导管前端集成一个旋转双向阀门,导管连接到一个额外的体外膜泵。
工作过程中同IABP一样受心律触发。当心脏处于收缩期时,血液从左心室通过导管尖端和管腔被吸入膜泵,舒张期时膜泵通过导管将血液排出,随后打开导管前端阀门,并通过侧流出口将血液输送至升主动脉,从而产生额外的循环输出。主动脉瓣关闭和导管阀门打开之间的脉动同步,确保主动脉瓣功能不受损害。iVAC 2L通过左心室的主动抽吸直接卸载心脏负荷,同时在升主动脉中产生反向血流,实现循环辅助功能。
该产品的可以对接任何标准IABP控制台,不需要专用其他硬件配套。目前文献报道在HRPCI的初步应用结果满意。国内尚未见到此类型产品在临床应用。

‍Impella

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Impella系列产品是国外HRPCI中应用最多的一款循环辅助装置。从早期的2.5版本开始即表现出良好的循环辅助效应,随后的CP和5.0版本增加了循环辅助效能。能够实现更大流量的5.5版本外径较大,可达到6L/min的辅助流量,目前推荐经锁骨下动脉或经升主动脉置入。最新的Impella ECP采用体外电机及自膨式泵头设计减小创伤和出血风险,仅需要9F鞘管置入,体内工作状态可自扩张至18F实现3.5 L/min以上的辅助流量。目前国内已有少数中心开展了Impella临床应用,但因为产品价格昂贵应用较少。

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HeartMate PHP

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HeartMate PHP (Percutaneous Heart Pump)是曾经专注心室辅助设备的Thoratec公司开发的一款经皮轴流泵心室辅助装置。2015年圣犹达医疗公司收购Thoratec公司,2016年4月雅培收购圣犹达医疗公司(包含Thoratec),最终HeartMate PHP产品归属雅培旗下。
该款产品与Impella ECP类似,采用体外电机驱动技术,泵头及泵舱采用自膨式设计以实现更小的创伤和出血风险。系统可经14Fr鞘股动脉置入,头端进入心室后后撤外鞘,泵舱自膨胀至24Fr的工作状态,连接体外电机实现从左心室至主动脉的泵血功能。图片产品是最早开始临床应用的自膨式经皮心室辅助轴流泵。2017年,雅培因电机停止运行的设备故障,宣布暂停其HeartMate PHP SHIELD II研究的注册并停止在欧洲的商业销售。2021年,雅培中止HeartMate PHP SHIELD II试验入组,HeartMate PHP产品退市,但作为首款体外电机结合自膨式轴流泵设计进入临床的经皮心室辅助产品仍具有重要的借鉴意义。

TandemHeart

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TandemHeart系统是CardiacAssist Inc公司生产的一款短时体外心室辅助泵。2018年LivaNova收购CardiacAssist后,目前TandemHeart系列产品归属LivaNova旗下。

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该款产品与Impella ECP类似,采用体外电机驱动技术,泵头及泵舱采用自膨式设计以实现更小的创伤和出血风险。系统可经14Fr鞘股动脉置入,头端进入心室后后撤外鞘,泵舱自膨胀至24Fr的工作状态,连接体外电机实现从左心室至主动脉的泵血功能。

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与Impella相比,经典的TandemHeart左心辅助方式操作复杂,创伤更大,因此临床应用有限。被LivaNova收购后,基于LifeSPARC平台开发了TandemLung和系列插管,通过插管方式的变化及与人工膜肺的组合,实现了右心功能辅助和VV-ECMO、VA-ECMO的功能模式,拓宽了应用场景。目前国内尚无此产品应用。

MoyoAssist ®Extra-VAD

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苏州心擎医疗MoyoAssist ®Extra-VAD体外磁悬浮人工心脏是我国自主研发的首款体外磁悬浮人工心脏。与经典CentriMag类似,MoyoAssist可独立实现泵血功能或与膜肺组合作为ECMO系统的驱动装置,厂家披露该装置可提供长达30天的支持时间。目前,该系统在国内处于早期临床试验阶段,已有用于桥接心脏移植的短时循环辅助应用病例报道。同时,心擎医疗也启动了基于该系统的ECMO装备研发和温血灌注器官转运平台研发。

ECMO

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ECMO技术源于体外循环,即体外人工心肺辅助技术,通过外周血管路径可以实现经皮呼吸循环辅助,临床上已广泛应用于呼吸循环衰竭患者救治。

ECMO根据插管方式不同,主要分为VV-ECMO和VA-ECMO。VV-ECMO主要用于呼吸功能支持,VA-ECMO用于循环辅助,可同时进行呼吸和循环支持,因此经皮循环辅助主要指VA-ECMO。其工作原理是通过离心泵将静脉血从体内引出,在体外经膜式氧合器进行气体交换成为动脉血后再回输入动脉,从而达到完全或部分替代心脏和(或)肺的功能。其血液动力学效应包括:通过引出静脉血,达到降低左、右心室前负荷的作用;同时将血回输至动脉后,可提高平均动脉压,维持外周循环,组织灌注。但是由于动脉侧回流是平流,存在增加左心室后负荷和心肌氧耗的风险。

近年来ECMO技术在国内快速普及,装机量和病例数增长迅速。由于ECMO循环辅助效能稳定、操作简便、费用相对不高,在HRPCI和CS救治中应用均不断增长,并取得了较好的效果。同时,国内各厂家和研发团队也着力开发国产ECMO设备和耗材,或通过并购等方式进入该领域,相信在未来ECMO市场一定会有国产品牌的声音。

小结:

虽然目前pMCS仍存在并发症多、循证医学证据不足等诸多问题,但随着国内经济发展以及人口老龄化趋势上升,临床对循环辅助技术的需求越来越大。特别是经皮短时循环辅助在HRPCI和CS患者中应用的快速推广,各心血管器械公司也将心衰治疗领域看作是结构性心脏病领域爆发后的下一个蓝海。目前,国内外针对经皮循环辅助技术的研发,有多款产品已在临床前阶段,包括不同类型的右心辅助产品和双心室经皮辅助技术。无论是经导管泵辅助方式,还是ECMO类产品都将推动该领域的深入发展和技术细分。

对于临床医生而言,我们在面对更多技术和产品选择时,应当基于患者病情和不同产品技术特点,为患者选择个性化循环辅助方式,使其发挥适当的辅助作用,同时将并发症降到最低。此外,对患者病情的综合判断和必要时循环辅助的早期介入,能够避免部分器官的不可逆损伤,为保证患者预后发挥重要作用,这同样是需要我们关注的重要问题。
最后,我们期待更多国内新产品问世,以解决国内循环辅助技术短板。同时,医保政策能够覆盖到这一高端医疗需求,也是医患共同的期望。希望未来,能有更多患者享受到此项科技进步所带来的获益。

团队简介


西京医院心血管外科体外生命支持团队,长期致力于体外生命支持技术装备研发和临床应用研究,在国内较早开展ECMO及心室辅助支持技术等,年完成各类ECMO治疗近百例,开展各类ECMO技术培训工作。先后建立了体外生命支持技术研发中心,体外生命支持技术培训中心,获得国家科技进步二等奖1项,省级科技进步一等奖1项。

专家简介

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刘洋

空军军医大学西京医院

空军军医大学西京医院心血管外科博士,副主任医师,副教授,硕士研究生导师。微创结构性心脏病组组长,ECMO团队负责人。

美国马里兰大学医学院博士后。国家心血管病专家委员会微创心血管外科专业委员会委员。专注心血管疾病微创治疗及体外生命支持技术研究。先后开展微创介入瓣膜病修复及置换术,瓣膜置换术后瓣周漏介入封堵术,循环辅助危重结构性心脏病介入治疗等多项心血管疾病微创治疗新技术。在国内外发表研究论著70余篇,其中SCI论著28篇;主持军队重大专项子课题1项,国家自然科学基金1项,军队及省部级课题各3项;参加“863”重点课题,“十二五”、“十三五”国家重大科技专项等课题13项。获国家专利11项;主编专著1部,副主编专著3部,参编专著8部。获得省级科技进步一等奖1项,并先后获得美国ASAIO青年医师奖,欧洲Euro-ELSO青年研究者奖,中国医师协会心血管外科分会杏林奖,树兰卓越工程青年医师资助计划,中华医学会胸心血管外科分会Lillehei 奖学金及厄尔巴肯奖学金。现任中国医师协会心血管外科分会结构性心脏病专委会委员,中国研究型医院学会血管外科专委会青年委员,陕西省药理学会心血管药理学专业委员会常委,陕西省生物医学工程学会体外循环专业委员会委员,中国医疗保健国际交流促进会心脏重症分会陕西省工作委员会委员。

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