心脏辅助装置

为了支持虽经正规药物治疗但仍不能维持足够心排血量的衰竭心脏，临床一直寻求一种外源性机械力量以维持机体循环需要，这样一种装置就叫心脏辅助装置，目前已成为心脏外科ICU内必需的抢救设备。

心脏辅助装置应能达到以下治疗要求：

1．维持足够的主动脉血压和流量以支持机体消除心泵衰竭所造成的生理紊乱，同时足够的舒张压提供心肌足够的灌注血流，逐步恢复心脏搏血的正常生理功能。

2．降低心脏后负荷，减少心肌做功，促进心肌正常收缩功能的恢复。

3．降低心脏前负荷，纠正肺、肝、肾等器官因循环障碍所产生的生理功能异常。

4．较少血液成分破坏及不干扰正常生理。

5．较少诱发感染。

目前心脏辅助装置多用于药物治疗无法控制的心源性休克或复杂心脏手术后无法脱离体外循环支持的危重病人。它的使用是临时性的，通过一段时间的辅助或使心脏恢复正常功能，或为终末期心脏病病人移植心脏争取一段准备时间，这是心脏辅助装置区别于永久性人工心脏的基本特点。心脏辅助装置种类很多，常见的有主动脉内球囊反搏（IABP）、体外膜肺氧合（ECMO）、左心或右心辅助装置（LVAD，RVAD）、双心辅助装置（DVAD）及完全性人工心脏（TAH）。现就IABP，ECMO和LVAD加以介绍。

（一）主动脉内球囊反搏（IABP）

1．原理　将一与外界气源相连通的气囊置于降主动脉近心端，于心脏收缩、主动脉瓣开放前迅速减压萎陷。造成主动脉内瞬间减压，降低了主动脉瓣开放压和左室搏血阻力，心脏后负荷降低和输出量增加也导致前负荷（左房压）降低。舒张期主动脉瓣关闭同时气囊迅速充盈向主动脉远、近两侧驱血，则主动脉舒张压上升可增加心肌灌注，开放侧支循环，逆转无氧代谢损伤。

2．IABP指征

（1）缺血性心脏病，心源性休克及严重并发症（急性二尖瓣关闭不全、室间隔穿孔等）。

（2）难以脱离体外循环或预计术后严重心功能低下的高危心脏围术期病人。

（3）围术期顽固性低心排，药物治疗难以奏效者。

（4）终末期心脏病等待安置人工心脏辅助装置或心脏移植患者的短期心功能支持。

（5）具体血流动力学指标如下：①动脉收缩压＜12kPa（90mmHg），舒张压＜8kPa（60mmHg）；②肺毛细血管楔压＞2．1～2．4kPa（16～18mmHg）；③心脏指数＜2L／（min·m2）。

3．IABP禁忌证

（1）主动脉病变或创伤，如主动脉瘤、主动脉夹层动脉瘤、主动脉外伤等。

（2）严重主动脉瓣关闭不全。

（3）心源性或非心源性终末期病人。

（4）不可逆转性脑损伤病人。

（5）严重动脉粥样硬化病变（主动脉、周围血管）。

4．基本管理

（1）气囊反搏导管型号主要为4．5～12．0F，气囊容积为2．5～ 40．0ml。通常成人采用8．5～9．0F，气囊容积为40ml的导管。使用前先行检查气囊有无漏气。

（2）连接心电图以获得最大qRs触发波及最小干扰信号为准。安置动脉有创测压并确保其通畅。

（3）常规抗凝，置管前静脉给肝素5　000U，以后每4～6h按100U／kg追加，维持凝血时间1．5～2倍于正常人，不适于用肝素者静脉给低分子右旋糖酐按10～20ml／h，最大量每天不超过10ml／kg，维持抗凝。

（4）气囊反搏导管以股动脉切开或经皮股动脉穿刺的方法，将气囊送至主动脉左锁骨下动脉以远、肾动脉以上的部位（图3－10）。

气囊反搏管的触发工作方式包括：①心电图触发：为常用的触发模式，气囊充气设在心电图的T波峰上，即心脏收缩期末、主动脉瓣闭合时，气囊放气位于心电图的R波起始或其波峰上。以患者胸骨角至股动脉穿刺点的距离为导管置入预计长度。有疑问时可拍床旁X线片确认气囊位置。心电图触发对心电图要求如下：R波电压＞0．3mV；控制台能精确读出心率；每1次R波可启动触发指示灯。②主动脉压力波形触发：适用于临时术中反搏，不便安置心电电极；肌电干扰大，妨碍心电触发；压力信号清晰，脉压差＞2kPa（15mmHg）。气囊充气位于主动脉重搏波形的切迹上，气囊放气位于主动脉波形起始之前。此模式要求主动脉收缩压＞6．7kPa（50mmHg）。③机内触发：为气囊反搏机的自身机内触发模式，适于心排血量很低，血压＜6．7kPa（50mmHg），无理想动脉波形的病人。由操作者设定工作频率。

（5）气囊反搏状态是否与心脏搏动周期同步，可通过监测屏的动脉波形进行分析，予以调整（图3－11）。

（6）气囊反搏效能体现主要为：①收缩压下降；②舒张压升高，一般应大于收缩压；③舒张末压下降0．7～1．3kPa（5～10mmHg）。

图3－10　主动脉内气囊位置　A．舒张期气囊充气；B．收缩期气囊放气

（7）心率＞150／min，机器驱动气囊放气速率不能与之匹配，会影响反搏效果，应将反搏比从1∶1调至1∶2。心律失常亦明显干扰反搏效果，应给予适当治疗。

（8）经常检查各接口、气囊等有无漏气现象，气囊破裂时血液会出现于气道管路中，要及时拔除气囊导管。

图3－11　主动脉内气囊反搏波形

（9）并发症主要有血管穿通伤、夹层动脉瘤形成、血栓形成及脏器栓塞、血小板减少，但以远端肢体缺血最常见（发生率5%～10%，多见于股动脉较细的女性病人），可考虑换位置、小型号导管等措施予以改善。感染时酌情应用抗生素。

（10）肝素抗凝，控制PT于正常值1．5倍范围。

5．IABP的撤除

（1）撤除指征：①心排指数＞2L／（min·m2）；②动脉收缩压＞12kPa（90mmHg）；③左心房压和右心房压＜2．7kPa（20mmHg）；④心率＜100～110／min；⑤尿量＞0．5～1．0ml／（kg·h）；⑥无正性肌力药支持或用量＜3～5μg／（kg·min），如多巴胺或多巴酚丁胺。

（2）有下肢缺血病人应适当考虑条件，酌情早期撤除IABP。

（3）撤除IABP要先行正性肌力药减量，血流动力学稳定后，每2～4小时将反搏比从1∶1分别减为1∶2，1∶3，1∶4，病情无变化时，拔除气囊反搏导管。拔除导管时要先调整病人的凝血机制，拔出导管瞬间，应允许部分血液冲出创口，带出小血栓，然后进行压迫止血。

（二）体外膜肺氧合（ECMO）

1．简介　体外膜肺氧合（extracorporeal　membrane　oxygenation，ECMO）又称体外维生系统，最早于1972年开始应用于临床，现在已成为重症心肺疾患病人一种有效的治疗手段。其原理为通过插管引流病人的静脉血至体外，经气体交换后，再通过动脉或静脉将氧合血送回病人体内。它与传统的体外循环（CPB）有相似之处，但仍有很大的不同（表3－10，图3－12）。

表3－10　ECMO和体外循环（CPB）的区别

图3－12　体外循环（CPB）和ECMO的管路连接

2．ECMO的功能

（1）对心脏而言：①减轻已衰竭心脏的工作量；②增加组织灌注，改善循环；③减少强心药的用量；④降低心脏前负荷。

（2）对肺而言：①取代肺气体交换的功能，供应氧气并排除体内的二氧化碳；②减少对呼吸机的要求，避免长期高浓度氧吸入和高气道吸入压所致的肺损伤，让肺得以休息和恢复。

3．ECMO适应证　任何需要暂时性心肺支持的病人，皆为ECMO可能的使用对象。

（1）心脏适应证：急性心力衰竭，无法以药物或主动脉内球囊反搏维持足够的循环时，可考虑使用ECMO。①心脏手术后心源性休克：多由再灌注损伤引起的心肌顿抑所致。若无其他心脏结构异常或心肌梗死，单纯的心肌顿抑尽管暂时功能很差，都能在4～6d内恢复。②急性心肌炎：多为暂时性，是应用ECMO的良好指征。③急性心肌梗死后心源性休克：可在ECMO辅助下行内科支架（PTCA）或外科旁路移植术（CABG）。④心肌病：可在ECMO辅助下过渡到安装心室辅助装置或心脏移植。⑤急性肺栓塞引起的右心衰竭：可先用ECMO稳定病人，再给予溶栓药，或手术去除肺动脉内的血栓。

（2）肺适应证：急性呼吸衰竭，无法以传统呼吸器，甚至高频呼吸器维持时，可考虑用ECMO取代肺脏功能，维持足够的换气，并降低呼吸器设定，减少过高的呼吸器设定直接对肺的损伤。①新生儿肺部疾病：吸入性胎粪肺炎症候群、透明膜病、先天性膈疝、新生儿顽固性肺动脉高压；②急性呼吸窘迫综合征。

（3）其他：①肺移植。②某些神经外科手术，如基底动脉瘤手术等，需要应用体外循环时，可考虑使用ECMO。因为ECMO只用较少的肝素或甚至不用肝素，出血并发症较少。此外，ECMO在股动、静脉插管，相比较与开胸手术建立传统的体外循环，伤口较小，而且建立、撤除所耗费的时间也短。

4．ECMO的禁忌证

（1）外科手术或外伤后24h内。

（2）头部外伤并颅内出血72h内。

（3）缺氧致脑部受损。

（4）恶性肿瘤病人。

（5）成人呼吸窘迫综合征并慢性阻塞性肺疾病者。

（6）在应用ECMO前已有明显不可逆转之病况。

（7）持续进展之退化性全身性疾病。

5．ECMO支持的心脏参考标准（密歇根大学）

（1）心脏指数：＜2L／（m2·min），3h。

（2）代谢性酸中毒：BE＞－5mmol／L，3h。

（3）MAP：新生儿＜5．3kPa（40mmHg）；婴幼儿＜6．7kPa（50mmHg）；成人＜8kPa（60mmHg）。

（4）少尿：＜0．5ml／（kg·h）。

（5）术后：停机困难（基于确切手术）。

6．心脏病人ECMO与其他治疗方法的关系（图3－13）

7．ECMO支持的肺参考标准

图3－13　心脏病人ECMO与其他治疗方法的关系

（1）新生儿使用ECMO的标准：①妊娠期满34周，出生体重不低于2kg；②评估肺部疾病在1～2周内可恢复；③排除以下可能疾病：颅内出血，其他严重内出血，无法矫正的严重先天性心脏病，严重先天畸形，经证实的脑血管疾病或无法治愈的重大疾病；④合乎以下呼吸衰竭指标：氧合指数（OI）≥40；或AaDO2＞600，12h；或PaO2＜5．3kPa（40mmHg），12h。

（2）急性呼吸窘迫综合征：①氧合指数（OI）≥40或AaDO2＞600，12h；②Osp／Qs＞30%（肺内右向左分流），正常＜5%；③气道峰压＞4．4kPa（45cmH2O）；④TSLCS（静态全肺顺应性）＜30ml／cmH2O（1cmH2O＝0．098kPa）；⑤ARDS：典型的胸片或CT扫描；⑥FiO2：1．0，PEEP＞0．5kPa（5cmH2O），PaO2＜6．7kPa（50 mmHg）；⑦传统机械通气24h无改善。

8．工作模式　①V－V（静脉－静脉）模式：适用于肺功能损伤，对心脏无支持作用；②V－A（静脉－动脉）模式：对心肺同时进行支持（图3－14）。

9．插管位置

（1）股动脉－股静脉或股静脉－颈静脉。

（2）胸腔内的近心端大血管（右房－升主动脉）。

（3）新生儿或低体重婴幼儿可选择颈部动、静脉插管（V－V或V－A管道）。

10．ECMO部件见图3－15，图3－16。

（1）血液泵：有2种。

①离心泵：安全性高，不易产生气栓和微栓，不易崩脱。引流为负压主动吸引。

图3－14　ECMO辅助V－V模式和V－A模式示意图

②滚压泵：适合长期使用，小儿使用可小流量精细调节，做脱离训练比离心泵方便。较离心泵易产生气栓和微栓，易崩脱。引流为重力吸引。

（2）氧合器：有2种。

①有孔型膜式氧合器：抗血浆渗漏技术（3～4d）；肝素涂抹技术；预充量小，排气容易，预充较快。

②无孔型膜式氧合器：硅树脂膜式氧合器，无肝素涂抹技术，抗凝要求较高。支持时间更长，无血浆渗漏。预冲量大，且排气困难。辅助时间≤5d，可选用离心泵和中空纤维膜肺。辅助时间≥10d，可选用滚压泵和硅胶膜肺。

（3）加热器（水箱）：可以对病人体温进行调节。

（4）监测器：包括动静脉血氧饱和度和血细胞比容监测器、流量监测器、温度计、负压监测器、跨膜压监测器。

图3－15　ECMO部件

图3－16　ECMO管路连接

（5）空氧混合器。

（6）插管：ECMO流量大小，最主要的决定因素是静脉插管的大小，故尽量选择较大的静脉插管。动脉插管的选择要考虑远端供血问题。

（7）管道及接头：管路越简单越好，接头越少越好。

11．呼吸机设定　目的是使肺部得以休息。呼吸机次数根据血气、二氧化碳分压调整，PEEP使肺部扩张防止塌陷。定时翻身拍背排痰，观察气道压力（图3－17）。

图3－17　呼吸机及ECMO，IABP，CRRT的联合使用

12．ACT

（1）生理值90～120s。

（2）无活动性出血，维持160～200s。

（3）有活动性出血，维持130～160s。

（4）高流量辅助、脏器出血或胸液进行性增多，ACT可维持在低限水平。

（5）辅助流量减低时、或已有肉眼可见血栓块时需维持ACT在高限水平。

13．并发症　①出血；②感染；③溶血；④血栓；⑤末端肢体缺血。

14．ECMO的撤除　ECMO脱机指标：

（1）肺功能恢复：清晰的X线片，肺顺应性改善（图3－18）。PaO2升高，PaCO2下降，气道峰压降低。

（2）心脏功能恢复：强心药剂量低，SvO2升高＞0．7以上，脉压升高，超声心脏左室EF值＞40%。CVP≤1．6kPa（12mmHg）。

（3）V－V：停止气流时血氧饱合度和血气分析等结果无变化。

图3－18　应用ECMO前后X线片的变化

15．暴发性心肌炎（FM）　这种病人应用ECMO较应用VAD（心室辅助装置）有以下几点优势。

（1）FM的病人通常在2周内恢复，而短期支持正是ECMO的优势，ECMO较VAD容易撤机，而且随时可改为VAD。

（2）FM的病人通常双室受累（约超过70%的病人右心也受累），因此，在右心衰竭的程度不能精确估测的情况下，应用ECMO可能是一个适宜的选择。

（3）ECMO的恢复期较VAD要短，因此，ECMO在理论上对左室的不全压制，不会对FM病人的左室恢复产生负面影响。

（4）每天的肌钙蛋白水平的测定是心肌恢复，撤除ECMO的良好指标，但不能应用于VAD。

16．国内外ECMO治疗效果　2000年体外生命支持组织（ELSO）统计的4组患者使用ECMO的结果。见表3－11。

表3－11　2000年体外生命支持组织（ELSO）统计的4组患者使用ECMO的结果

（三）左心辅助装置（LVAD）

左心机械辅助的概念在20世纪80年代初期已为临床所普遍接受，各种不同类型的左心机械辅助装置在20世纪80年代中期相继制成并投入临床试用，常见品牌有美国的ABIOMED BVS 5000（已获得FDA批准进入商业使用），Thoratec，HearMate及Novacor等早期均由管道接外部气源提供搏动血流动力，现多发展为经皮电磁感应传导能源的电机搏动泵。此举实现了左心辅助装置的全置入化，同时高能电池微型化也改善了能源的便携性，前者控制了感染的发生，后者改善了病人的生活质量，依靠左心辅助装置存活6个月以上的病人已不罕见。以后部分病人左心功能恢复而脱离辅助装置，部分病人在配型适当的条件下接受心脏移植。对心力衰竭的病人，左心辅助装置还是一种实用的治疗手段，应予以了解和掌握。

1．左心辅助装置的特点和适应证　左心辅助装置不同于IABP，后者仅能促进已存在的循环能力，而前者是一个可以提供动力的血泵。其效能较IABP高6～8倍，能有效代替心脏工作能力的80%以上，泵血能力可达到10L／min。

（1）左心室辅助是将左心房或左心室血流引入辅助泵体，经泵体驱动血流进入主动脉，完成替代心脏的泵功能。左心室辅助后，左心室张力可降低80%，氧需求降低40%，是纠正顽固重症心力衰竭和心脏移植前的理想治疗手段。

（2）临床非心脏移植过渡治疗为目的情况下，左心室辅助指征是在心外科已完成满意的畸形或病变手术矫正，代谢紊乱和心肌电生理异常已控制在较满意水平的前提下，心脏前后负荷调整及正性肌力药应用无效，IABP禁忌或无效时，表现为①心排指数＜1．8L／（min·m2）；②体循环收缩压＜10．7kPa（80mmHg）；③左心房压、肺毛细血管嵌顿压＞2．7kPa（20mmHg）；④体循环阻力＞2　000dyn·s／cm5；③尿量＜20ml／h。

（3）对危重心脏手术病人，在足量药物治疗下，如体外循环机流量少于0．8L／（min·m2）时，病人难于维持正常循环则预示应使用左心辅助装置。

2．临床置入和使用

（1）左心辅助装置需在体外循环支持下置入。目前全置入式左心辅助装置血泵常置于腹腔左腰部，控制器埋于腹直肌外，感应线圈埋于左上腹皮下，便携式电池及外部感应线圈悬挂于腰带（图3－19）。

需置入左心辅助装置的患者行正中胸腔联合切口，常规建立体外循环，降温至30℃；将装置输出涤纶管缝于升主动脉右外侧壁或肾动脉以下的腹主动脉上，阻断升主动脉，心脏停搏后，用全层褥式缝合将装置由聚四氟乙烯固定环的接口缝于左室心尖部，用特制环形刀将环内心肌切除，插入输入管，将管上缝环与固定环严密缝合。输入、输出管穿过膈肌以快速衔接环（quick connector）连接于左心辅助装置血泵，驱除气体，连接控制器及感应电源输入线后即可待机启动。

图3－19　便携式心脏辅助装置

（2）临床使用：①用体外电感应线圈传递控制信号，通过置于腹直肌外的内部控制器调节LVAD辅助泵血，维持左心房压1．3～2kPa（10～15mmHg），体循环阻力100kPa·s／L（1　000dyn·s／cm5）。慢速非同步搏动：启动LVAD血泵以35～45／min的频率开始非同步搏动，同时逐步减少体外循环流量，增加LVAD血泵搏动次数以达到用LVAD逐步取代人工心肺机维持循环的作用。同步反向搏动：在心率为60～120／min时，使血泵排血量达到2．5～3．5L／min，病人血压可稳定在（17．3／10．7）～（11．3／6．7）kPa［（130／80）～（85／50）mmHg］，然后以心电信号触发控制器以达到LVAD与左室反向同步搏动（左室收缩，血泵舒张；左室舒张，血泵向主动脉泵血）的状态，在同步反搏状态开始24h内争取达到左室压最低、LVAD血泵每搏血量和每分钟搏血量最大的较理想状态，在这种辅助状态下维持到左心功能恢复或行心脏移植手术。②辅助时须注意纠正低血容量和右心功能不全，必要时酌情应用适量正性肌力药，亦可少量α受体类药物，提高体循环阻力，使动脉平均压＞8．7kPa（75mmHg）。③抗凝治疗初起为肝素，使ACT达到100～200s（流量＜1．5L／min，ACT为200～250s）后期可改为口服抗凝药物。

（3）脱离LVAD辅助：部分病人在LVAD辅助下左心功能可逐步恢复，可在LVAD成功辅助后2d试停用LVAD，脱离过程至少需6h，方法有3种：①降低同步反搏每搏输血量，转泵做功为左室做功，随心脏功能的恢复，可每6h减少辅助流量25%，至辅助流量为1L／min时，观察患者血流动力学稳定在12h以上，可考虑在手术室撤除左心辅助装置。②调节控制器改变心电－泵触发比率，做间断同步反搏，增加心室独立泵血机会，比率可从1∶1降到1∶10。③以上2种方法合并应用直到非同步辅助最低频率和LVAD血流最小流量。试停阶段应全身肝素化以防止血栓形成，确认左室功能恢复后手术取出LVAD。