心力衰竭作為一種全球性疾病，影響至少2 600萬人，并且患病率仍持續上升，死亡率和再住院率居高不下。作為各類心臟疾病的終末階段，晚期心力衰竭常常需要除藥物干預之外的治療手段，如作為治療金標準的心臟移植。但受限于供體數量的制約，全球心臟移植數量已經到達一個瓶頸，并且與現實中需要心臟移植的患者數量差距巨大。經過半個多世紀的探索發展，機械循環輔助裝置作為晚期心力衰竭患者的一種治療手段已經趨于成熟，本文將從給予患者不同時間支持的臨時和長期機械循環輔助裝置方面，介紹國內外機械循環輔助裝置的最新研究進展。
引用本文： 劉周, 張宏家. 機械循環輔助裝置研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2023, 30(9): 1355-1361. doi: 10.7507/1007-4848.202201028 復制
心力衰竭（heart failure，HF）是多種原因導致心臟結構和/或功能的異常改變，使心室收縮和/或舒張功能發生障礙，從而引起的一組復雜臨床綜合征，是各種心臟疾病的嚴重表現或晚期階段，死亡率和再住院率居高不下。作為一種全球性疾病，HF影響全球至少2 600萬人，并且患病率仍在上升[1]。根據中國的流行病學統計，中國心血管病患病率處于持續上升階段，心血管病患者數3.30億，其中HF患者890萬[2]。在沒有禁忌證的情況下，心臟移植是晚期HF患者的治療金標準，移植1年生存率約為90%，中位生存期為12.5年。然而，受限于供體的數量，全球心臟移植數量如今每年仍不到10 000例，這對于巨大的需求量是遠遠不夠的[3]。經過半個世紀的臨床發展，機械循環輔助（mechanical circulatory support，MCS）技術已經成熟，如今被廣泛用于治療晚期HF，可作為心臟移植前的過渡支持（bridge-to-transplant，BTT）、過渡到恢復（bridge-to-recovery，BTR）或決策（bridge-to-decision，BTD）以及終末治療（destination therapy，DT）[4]。本文就目前國內外臨床主要使用的MCS裝置進行綜述，介紹現階段MCS的研究與成果進展。
當前使用的MCS裝置可分為經皮或手術植入，同時提供左心室、右心室或雙心室不同級別的循環支持。臨時MCS裝置主要用于高危經皮冠狀動脈（冠脈）介入治療、心源性休克和心臟驟停后復蘇，而長期MCS裝置越來越多地用作BTT、BTD或作為DT[5-6]。
1 臨時機械循環輔助裝置
臨時MCS裝置的常用適應證是心源性休克，而目前有 50%～60% 的患者能夠通過藥物治療存活，25%～35% 同時合并缺氧性腦損傷、不可逆多器官衰竭等嚴重并發癥的患者使用臨時MCS裝置無效，只有 15%～25% 的心源性休克患者可能適合臨時MCS裝置[7]。臨時MCS裝置的選擇和使用應該由專業的心臟病專家、心外科醫生、重癥監護醫生、專科護士和其他醫療保健人員聯合評定，并盡可能在難治性心源性休克發生之前盡早開始使用，因為可以改善患者的預后[8]。
1.1 主動脈內球囊反搏
主動脈內球囊反搏（intra-aortic balloon pump，IABP）裝置通過經皮動脈穿刺，在降主動脈處放置一個球囊，可以根據心臟周期同步收縮：收縮期球囊放氣抽扁，通過流體吸引降低左心室后負荷；舒張期球囊充氣膨脹，將動脈血液推送回冠脈循環增加冠脈血流量。通過增加缺血心肌的氧氣供應并同時減少心臟的耗氧量來改善心臟的能量平衡。在臨時MCS裝置選擇中，IABP最常用，因為它是最便宜的設備，也是醫生最容易操作的設備。然而，對于計劃進行早期血運重建的急性心肌梗死和心源性休克患者，使用IABP并不能顯著降低30 d死亡率[9]。一項隨機、多中心、開放標簽的IABP-SHOCKⅡ試驗表明，IABP沒有降低這些患者的1年全因死亡率；同時，其一份最近的隨訪報告顯示，IABP也沒有降低他們的6年死亡率[10-11]。因此，在最新的HF診療指南[6]里，IABP已經不被推薦常規使用。
1.2 Impella
Impella 裝置由一個安裝在導管上的軸流微型泵組成，經股動脈穿刺將其導管送至左心室，軸流泵跨越主動脈瓣，工作時將血液從左心室吸出，再回輸至主動脈，以達到心臟輔助的作用。根據流量不同可以分為Impella 2.5、Impella CP和Impella 5.0幾種裝置，分別能提供2.5 L/min、3.0～4.0 L/min、5.0 L/min的最大心輸出量支持[12]。幾項單中心回顧性研究[13-14]（其中一項回顧了12年內250例使用Impella的患者）發現，盡管仍存在很高的死亡率與并發癥發生率，Impella用于治療急性心肌梗死與心源性休克是可行的，與體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）治療的患者在30 d及長期死亡率方面沒有差異，而且ECMO會發生更多與設備相關的并發癥[15-17]。但在一項涉及急性心肌梗死與心源性休克患者的回顧性分析[18]中，與來自IABP-SHOCK Ⅱ試驗的匹配隊列相比，使用Impella的常規治療并沒有帶來較低的30 d全因死亡率。現階段評估使用Impella裝置預后的研究不夠充分，對于使用的時機、指征及選擇都存在爭議，仍需要進行大規模隨機對照試驗來進一步探討。
1.3 TandemHeart
TandemHeart由體外連續流離心泵組成，該泵以高達 4 L/min 的流速從左心房排出血液，并將其泵入股動脈，主要應用于高風險經皮冠脈介入治療、心臟切除術后HF和臨時橋接橋或心臟移植期間[19-21]。因為可以選擇全流量支持，在更復雜的手術中，TandemHeart 可能比 Impella 更有優勢。然而，經房間隔穿刺的TandemHeart植入術在技術上更具有挑戰性，會導致手術時間更長，但能避免主動脈瓣的逆行交叉[22]。在兩項小型隨機試驗[23-24]中，與IABP相比，TandemHeart與血流動力學和代謝結果的改善相關，但是存活率沒有提高，并且在安裝了TandemHeart的患者中會出現更多的并發癥。
1.4 靜脈-動脈體外膜肺氧合
ECMO主要由連續流離心泵和膜式氧合器組成，通常經股靜脈穿刺并將插管推進到右心房或靠近右心房，將血液引出至膜式氧合器進行氧合和脫羧，然后再由股動脈返回到動脈循環系統，能夠為急性心肌梗死與心源性休克患者提供全面的心肺支持，為其爭取心臟功能恢復的時間[25]。從1972年首次應用于臨床開始[26]，到2020年，全球已有將近500個ECMO中心，在過去5年時間內，每年使用ECMO超過10 000例，并且使用人數仍在不斷增加[27]。但ECMO的使用缺乏大型臨床試驗，一項對1 866例接受ECMO治療的心源性休克和心臟驟停患者進行的Meta分析[28]顯示，其出院存活率為 20.8%～65.4%。使用ECMO有一個嚴重的缺點，逆行主動脈血流會增加左心室后負荷，阻止左心室射血，最終導致血液淤積、血栓形成、左心室擴張、缺氧甚至肺水腫[29]。有研究[30-33]表明，更細的ECMO插管、更低的血流量可能會減輕這種影響，或將IABP與ECMO結合使用可降低左心室壓力和肺水腫，甚至降低死亡率。
1.5 CentriMag
為了改進MCS裝置血液創傷和泵故障的嚴重缺陷，CentriMag作為一種全新的磁懸浮離心泵在2004年首次報道使用[34]。CentriMag系統可以連接各種類型的插管，能在5 500 rpm的低轉速下產生最高10 L/min的連續流量。由于使用磁懸浮轉子，因此可以在沒有摩擦或磨損的情況下實現旋轉，血液較少出現停滯、湍流或溶血，并且幾乎沒有機械故障發生[35-36]。 多項研究[35, 37-41]證明CentriMag是一種多功能、可靠且簡便的短期MCS，能提供單心室或雙心室支持，可以作為晚期HF患者的BTT、BTD、BTR。研究[38]表明，使用CentriMag超過30 d是安全的，并且對并發癥和死亡率的影響很小。能在有限時間無法充分優化的情況下，為評估和決策提供足夠的反應時間。但缺點是相比較于經皮裝置，CentriMag需要胸骨正中切開，并且在外科手術室內進行植入[39]，植入創傷較大，植入技術要求較高。
2 長期機械循環輔助裝置
對于未能進行心臟移植的慢性終末期HF患者，INTERMACS 評分 2～4級以及具有高危風險特征的INTERMACS 評分 5、6級患者均應考慮長期MCS。除心臟外沒有不可逆終末器官衰竭的患者，在臨時MCS期間從 INTERMACS 評分 1 級恢復，也可能有資格接受長期 MCS[6]。當患者進行了最佳藥物和器械治療后嚴重癥狀仍持續存在，同時沒有嚴重右心室功能障礙和/或嚴重三尖瓣反流，社會心理穩定和排除主要禁忌證，并且至少存在以下一項：（1）左室射血分數＜25%且不能活動，或峰值攝氧量（peakVO2）＜12 mL/（kg·min）或＜50%預計值；（2）無明顯誘因1年內HF住院超過3次；（3）依賴正性肌力藥或者短期MCS裝置；（4）因低灌注導致終末器官功能進行性惡化，可考慮植入左心室輔助裝置（left ventricular assist device，LVAD）。若是同時伴有嚴重右心衰竭的雙心室衰竭，則需要考慮使用 2 個血泵（植入式或體外式）進行雙心室支持或植入全人工心臟[42]。
2.1 左心室輔助裝置
LVAD的發展大致可分為3個階段。第一代LVAD模擬心臟正常生理搏動，通過活動的隔膜控制血囊舒張、收縮，提供搏動性血流，分為氣動和電動兩種，分別于1994年和1998年由美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準用于BTT[43]。21世紀初的一項臨床試驗[44]證明晚期HF患者使用LVAD比口服藥物的預后更佳，促使了以HeartMate XVE和Novacor為代表的第一代LVAD開始大量運用于臨床，然而其面臨植入泵笨重、耐用性差和高感染率等嚴重問題[45-46]，并不是理想的輔助裝置。之后，LVAD朝向更小、更耐用的方向發展，變為提供連續性血流，分為軸流機制的第二代LVAD和離心流機制的第三代LVAD。經研究[47-51]證明，使用連續流LVAD治療晚期HF患者具備可靠性，并且與搏動性裝置相比，不良事件和裝置更換頻率更低，還大大縮小了泵的體積，改善患者生活質量及降低感染率。如今，搏動性LVAD幾乎不再使用，超過95%的植入裝置都是連續流裝置[52]，下面將按機械原理分類分別介紹如今市面上主要的LVAD。
2.1.1 機械軸承軸流泵
以雅培的HeartMate Ⅱ為代表，通過一個軸向配置的血泵，使通過轉子的血流路徑平行于泵的軸線，能提供6～10 L/min的持續心輸出量。這一設計無需閥門和血囊，因此裝置變得更小、更輕、更安靜，同時只包含一個活動部件，也就是轉子，從而提高了耐用性[53]。BTT試驗和DT試驗[47-48]的結果顯示，使用HeartMate Ⅱ可在2年不導致卒中或再次手術的情況下提高生存率，且除了卒中外，主要不良事件也顯著減少。促使HeartMate Ⅱ于2008年獲FDA批準用于BTT，2010年獲批用于DT。從那時起，DT植入LVAD的比例就超過了BTT[54]。一項系統性綜述[55]納入48項研究，其中HeartMate Ⅱ用于DT 2 504例（26.5%）、BTT 5 334例（56.3%）、未指定1 629例（17.2%），結果顯示，植入HeartMate Ⅱ患者中位缺血性卒中發生率為6.0% 或 0.06 次事件每患者年（events per patient-years，EPPY）（范圍 0～16%或0～0.21 EPPY）。Jarvik 2000也是常用的機械軸承軸流泵，自2000年首次植入人體以來，不斷進行改進，在全球范圍內被用于BTT、DT，并已進行了900多次植入手術，累計支持患者超過900年[56-57]。其新穎的耳后供電系統，提高患者生活質量的同時可能會大大降低感染率；還有間歇性低速技術可能有助于減少主動脈瓣反流，但這些都需要進一步研究[58-60]。
2.1.2 混合懸浮離心泵
美敦力公司的HeartWare HVAD 是一種混合磁懸浮和液力懸浮的小型離心泵，可消除摩擦、發熱和部件磨損，排量為50 mL，輸出容量為10 L/min。因其小尺寸及完整的流入套管，所以可放置在心包內[61]。自2012年FDA批準用于BTT，2017年批準用于DT后，在市場上占據較大比重，植入數量超過6 000余例[62]，但多項研究[63-65]報道HeartWare HVAD可能會導致患者卒中風險增高。最近一項研究[66]納入6 205例患者，其中3 076例（49.6%）接受HeartWare HVAD，中位隨訪時間為12個月，接受HeartWare HVAD的患者會發生更多的神經系統不良事件（16.4% vs. 6.4%，P＜0.001），其結果直接促進了美敦力公司于2021年宣布HeartWare HVAD退市。
EVAHEART于2010年被日本藥品和醫療器械機構（Pharmaceuticals and Medical Devices Agency，PMDA）批準用于BTT，其設計具有較寬的血流間隙，以提供較小的剪切應力并產生脈動、高流量的循環支持[67]。在模擬全人血循環回路中，EVAHEART導致的血管性血友病因子降解顯著低于HeartMate Ⅱ[68]，還有其正在進行研究的無尖端流入插管設計可提高區域速度、搏動性和渦流形成[69]，這些均提示EVAHEART可降低血栓形成的風險。重慶永仁心公司引入相關技術生產的EVAHEART于2019年經國家藥品監督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）獲批上市，是目前國內唯一獲批的人工心臟產品。與此同時，更小型化的二代產品EVAHEART 2的前瞻性隨機多中心臨床試驗目前正在美國進行，未來不久有望用于臨床。泰達國際心血管病醫院與中國運載火箭技術研究院研究制定出磁液雙懸浮、泵機一體化、電控雙冗余的總體技術方案，成功研制的HeartCon心室輔助裝置僅重180 g，最大流量10 L/min，具有體積小、質量輕、溫升低的特點，可直接植入左心尖，于2020年8月獲NMPA批準開始正式臨床試驗。
2.1.3 全磁懸浮離心泵
全磁懸浮離心泵是MCS領域的最新進展，其代表產品HeartMate Ⅲ于2017年獲批用于 BTT，2018年獲批用于DT，已成為全世界如今最常用的LVAD[62]。轉子通過磁力懸浮，允許血流間隙擴大10～20倍，可以最大限度地減少血液成分的創傷并導致更穩定的凝血；同時無接觸旋轉消除了磨損和發熱；以及人工脈沖避免血液淤滯，這些設計特點可以最大限度地減少與LVAD相關的不良事件[5, 70]。文獻報道全磁懸浮離心泵（HeartMate Ⅲ）生存方面優于機械軸承軸流泵（HeartMate Ⅱ），不良事件發生率也相應降低[71-72]，并且可能也適用于年齡較大的兒童[73]。與混合懸浮離心泵HVAD相比較的一項研究[66]顯示，HeartMate Ⅲ的腦血管不良事件發生風險也更低。由于新一代泵的優勢和技術改進，有醫生實施將HeartMate Ⅱ以及HVAD替換成HeartMate Ⅲ的手術，該術式被證明在技術上是可行的[74]。盡管諸多研究表明HeartMate Ⅲ特定的設備結構增加了血液相容性，降低了泵血栓形成、溶血和胃腸道出血的發生率等，但5年的多中心結果顯示其卒中和傳動系統感染的風險仍然存在，需要在降低風險以及工程改進方面繼續努力[75]。核心醫療研發的Corheart 6，直徑34 mm、厚度26 mm、重量約90 g，是目前全球尺寸最小、重量最輕的磁懸浮人工心臟。蘇州同心醫療的CH-VAD在尺寸上小于HeartMate Ⅲ，重量不到186 g，植入侵犯性更低，并且經皮電纜中導線更少、更細。目前，國內的這兩款裝置均已通過臨床試驗，正式上市使用。
2.2 全人工心臟
從20世紀60年代中期人們就開始探索人工心臟[76]，經過50多年的發展，已經開發出許多種全人工心臟，然而，只有SynCardia 全人工心臟于2004年獲FDA批準使用，是目前臨床上唯一可長期替代雙心室的MCS裝置，已被植入約 2 000 例患者[77]。SynCardia 全人工心臟具備類似于心臟的4個瓣膜，由氣動驅動，分為70 cc與50 cc兩種，能適合體表面積低至1.2 m2的較小患者[78]。多項研究[79-81]回顧SynCardia 全人工心臟的植入結果，證明其是可靠且有效的心臟置換裝置，甚至法國有中心報道SynCardia 全人工心臟移植后存活率與接受心臟移植的患者相似。但該設備在便攜性和易用性方面仍存在許多缺點，導致了更新穎設備的研究和設計。法國的Carmat 全人工心臟就是一種新式脈動裝置，由兩個腔室組成，使用牛心包膜將血液隔室與液壓流體隔室分開。該全人工心臟的特點在于血液接觸表面是生物性的，因此植入裝置的患者可能不需要抗凝治療[82]。美國休斯敦的BiVACOR 全人工心臟是一種連續流全人工心臟，由一個單獨的磁懸浮葉輪組成，位于分開的左右心室之間。該裝置的特點是圓盤的軸向位置可以根據負載條件而改變，從而實現類似生理上 Frank-Starling 的反應[83]。此外，由于是磁懸浮設計沒有任何接觸面，這種全人工心臟耐用性更久，并且設計也更小，可以適用于大多數患者。盡管目前市場上只有一種全人工心臟，但還有許多其它的下一代設備正在開發中。
3 總結
由于心臟移植等待名單上的患者數量與可用心臟數量之間的持續差異，MCS已成為成年頑固性HF患者的標準長期治療方法。其中，臨時MCS裝置廣泛用于嚴重或難治性心源性休克患者，由于缺乏高質量證據，對各類臨時MCS的討論從未停止，國內外各裝置的使用也未達成一致意見，存在較大差異。迫切需要大樣本、多中心、隨機臨床試驗來驗證和定義各種臨時MCS裝置在心源性休克患者中的作用。而隨著設備工程的發展以及患者選擇和護理的改進，接受長期MCS裝置的慢性終末期HF患者的生存期和預后也在顯著提高，但這些心室輔助裝置仍面臨血液相容性、卒中、感染、便攜性等一系列問題。從20世紀末體積大、能耗多、易故障的搏動性泵，到10多年前體積小、但所需轉速高、對血液破壞大的軸流泵，再到最近幾年體積適中、維持血流量所需轉速較小的離心泵；從摩擦產熱、存在一定故障率的機械軸承，到無接觸面、但對血液剪切力大的液力懸浮，再到無接觸面、故障率低、血液相容性好的全磁懸浮，每一代心室輔助裝置的升級，都在針對其存在的問題和缺點不斷改進和完善。目前，目標以不良事件發生更少、體積更小、耐用性更優、患者生活質量更高的心室輔助裝置也在不斷地探索和研發中。比如使用無線充電技術的FiVAD，無需外接電源，可極大改善患者生活質量和減少感染發生[84]；微型植入泵的研發，以更小的體積和侵入性、更新穎的泵血設計、運行過程近乎靜音等優點，也成為了下一代心室輔助裝置的發展方向；還有產生搏動性血流的心室輔助裝置，在保證血流量的基礎上，更貼近患者的生理血流，使其它器官灌注變化更小。
多年來，我國醫療器械產業發展與發達國家差距較大，在MCS裝置領域，我國研究起步較晚，主要是以跟蹤模仿為主，比如引進日本EVAHEART技術的重慶永仁心公司、與美敦力HVAD裝置原理相同的航天泰心HeartCon以及與HeartMate Ⅲ類似的深圳核心醫療Corheart 6和蘇州同心等。但大批良好的臨床前試驗結果也給我們信心，從模仿到仿創，再到創造，不斷縮小與發達國家的差距。未來還會有更多中國自主研發的MCS（如經皮介入心室輔助裝置、短中期完全磁懸浮心室輔助裝置、全人工心臟等）進入臨床驗證與使用，造福千萬HF患者。
利益沖突：無。
作者貢獻：劉周參與選題和設計、資料的分析與解釋，文章撰寫；張宏家起草、修改文章中關鍵性理論或其它主要內容，能對編輯部的修改意見進行核修，在學術界進行答辯，并最終同意該文發表。
心力衰竭（heart failure，HF）是多種原因導致心臟結構和/或功能的異常改變，使心室收縮和/或舒張功能發生障礙，從而引起的一組復雜臨床綜合征，是各種心臟疾病的嚴重表現或晚期階段，死亡率和再住院率居高不下。作為一種全球性疾病，HF影響全球至少2 600萬人，并且患病率仍在上升[1]。根據中國的流行病學統計，中國心血管病患病率處于持續上升階段，心血管病患者數3.30億，其中HF患者890萬[2]。在沒有禁忌證的情況下，心臟移植是晚期HF患者的治療金標準，移植1年生存率約為90%，中位生存期為12.5年。然而，受限于供體的數量，全球心臟移植數量如今每年仍不到10 000例，這對于巨大的需求量是遠遠不夠的[3]。經過半個世紀的臨床發展，機械循環輔助（mechanical circulatory support，MCS）技術已經成熟，如今被廣泛用于治療晚期HF，可作為心臟移植前的過渡支持（bridge-to-transplant，BTT）、過渡到恢復（bridge-to-recovery，BTR）或決策（bridge-to-decision，BTD）以及終末治療（destination therapy，DT）[4]。本文就目前國內外臨床主要使用的MCS裝置進行綜述，介紹現階段MCS的研究與成果進展。
當前使用的MCS裝置可分為經皮或手術植入，同時提供左心室、右心室或雙心室不同級別的循環支持。臨時MCS裝置主要用于高危經皮冠狀動脈（冠脈）介入治療、心源性休克和心臟驟停后復蘇，而長期MCS裝置越來越多地用作BTT、BTD或作為DT[5-6]。
1 臨時機械循環輔助裝置
臨時MCS裝置的常用適應證是心源性休克，而目前有 50%～60% 的患者能夠通過藥物治療存活，25%～35% 同時合并缺氧性腦損傷、不可逆多器官衰竭等嚴重并發癥的患者使用臨時MCS裝置無效，只有 15%～25% 的心源性休克患者可能適合臨時MCS裝置[7]。臨時MCS裝置的選擇和使用應該由專業的心臟病專家、心外科醫生、重癥監護醫生、專科護士和其他醫療保健人員聯合評定，并盡可能在難治性心源性休克發生之前盡早開始使用，因為可以改善患者的預后[8]。
1.1 主動脈內球囊反搏
主動脈內球囊反搏（intra-aortic balloon pump，IABP）裝置通過經皮動脈穿刺，在降主動脈處放置一個球囊，可以根據心臟周期同步收縮：收縮期球囊放氣抽扁，通過流體吸引降低左心室后負荷；舒張期球囊充氣膨脹，將動脈血液推送回冠脈循環增加冠脈血流量。通過增加缺血心肌的氧氣供應并同時減少心臟的耗氧量來改善心臟的能量平衡。在臨時MCS裝置選擇中，IABP最常用，因為它是最便宜的設備，也是醫生最容易操作的設備。然而，對于計劃進行早期血運重建的急性心肌梗死和心源性休克患者，使用IABP并不能顯著降低30 d死亡率[9]。一項隨機、多中心、開放標簽的IABP-SHOCKⅡ試驗表明，IABP沒有降低這些患者的1年全因死亡率；同時，其一份最近的隨訪報告顯示，IABP也沒有降低他們的6年死亡率[10-11]。因此，在最新的HF診療指南[6]里，IABP已經不被推薦常規使用。
1.2 Impella
Impella 裝置由一個安裝在導管上的軸流微型泵組成，經股動脈穿刺將其導管送至左心室，軸流泵跨越主動脈瓣，工作時將血液從左心室吸出，再回輸至主動脈，以達到心臟輔助的作用。根據流量不同可以分為Impella 2.5、Impella CP和Impella 5.0幾種裝置，分別能提供2.5 L/min、3.0～4.0 L/min、5.0 L/min的最大心輸出量支持[12]。幾項單中心回顧性研究[13-14]（其中一項回顧了12年內250例使用Impella的患者）發現，盡管仍存在很高的死亡率與并發癥發生率，Impella用于治療急性心肌梗死與心源性休克是可行的，與體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）治療的患者在30 d及長期死亡率方面沒有差異，而且ECMO會發生更多與設備相關的并發癥[15-17]。但在一項涉及急性心肌梗死與心源性休克患者的回顧性分析[18]中，與來自IABP-SHOCK Ⅱ試驗的匹配隊列相比，使用Impella的常規治療并沒有帶來較低的30 d全因死亡率。現階段評估使用Impella裝置預后的研究不夠充分，對于使用的時機、指征及選擇都存在爭議，仍需要進行大規模隨機對照試驗來進一步探討。
1.3 TandemHeart
TandemHeart由體外連續流離心泵組成，該泵以高達 4 L/min 的流速從左心房排出血液，并將其泵入股動脈，主要應用于高風險經皮冠脈介入治療、心臟切除術后HF和臨時橋接橋或心臟移植期間[19-21]。因為可以選擇全流量支持，在更復雜的手術中，TandemHeart 可能比 Impella 更有優勢。然而，經房間隔穿刺的TandemHeart植入術在技術上更具有挑戰性，會導致手術時間更長，但能避免主動脈瓣的逆行交叉[22]。在兩項小型隨機試驗[23-24]中，與IABP相比，TandemHeart與血流動力學和代謝結果的改善相關，但是存活率沒有提高，并且在安裝了TandemHeart的患者中會出現更多的并發癥。
1.4 靜脈-動脈體外膜肺氧合
ECMO主要由連續流離心泵和膜式氧合器組成，通常經股靜脈穿刺并將插管推進到右心房或靠近右心房，將血液引出至膜式氧合器進行氧合和脫羧，然后再由股動脈返回到動脈循環系統，能夠為急性心肌梗死與心源性休克患者提供全面的心肺支持，為其爭取心臟功能恢復的時間[25]。從1972年首次應用于臨床開始[26]，到2020年，全球已有將近500個ECMO中心，在過去5年時間內，每年使用ECMO超過10 000例，并且使用人數仍在不斷增加[27]。但ECMO的使用缺乏大型臨床試驗，一項對1 866例接受ECMO治療的心源性休克和心臟驟停患者進行的Meta分析[28]顯示，其出院存活率為 20.8%～65.4%。使用ECMO有一個嚴重的缺點，逆行主動脈血流會增加左心室后負荷，阻止左心室射血，最終導致血液淤積、血栓形成、左心室擴張、缺氧甚至肺水腫[29]。有研究[30-33]表明，更細的ECMO插管、更低的血流量可能會減輕這種影響，或將IABP與ECMO結合使用可降低左心室壓力和肺水腫，甚至降低死亡率。
1.5 CentriMag
為了改進MCS裝置血液創傷和泵故障的嚴重缺陷，CentriMag作為一種全新的磁懸浮離心泵在2004年首次報道使用[34]。CentriMag系統可以連接各種類型的插管，能在5 500 rpm的低轉速下產生最高10 L/min的連續流量。由于使用磁懸浮轉子，因此可以在沒有摩擦或磨損的情況下實現旋轉，血液較少出現停滯、湍流或溶血，并且幾乎沒有機械故障發生[35-36]。 多項研究[35, 37-41]證明CentriMag是一種多功能、可靠且簡便的短期MCS，能提供單心室或雙心室支持，可以作為晚期HF患者的BTT、BTD、BTR。研究[38]表明，使用CentriMag超過30 d是安全的，并且對并發癥和死亡率的影響很小。能在有限時間無法充分優化的情況下，為評估和決策提供足夠的反應時間。但缺點是相比較于經皮裝置，CentriMag需要胸骨正中切開，并且在外科手術室內進行植入[39]，植入創傷較大，植入技術要求較高。
2 長期機械循環輔助裝置
對于未能進行心臟移植的慢性終末期HF患者，INTERMACS 評分 2～4級以及具有高危風險特征的INTERMACS 評分 5、6級患者均應考慮長期MCS。除心臟外沒有不可逆終末器官衰竭的患者，在臨時MCS期間從 INTERMACS 評分 1 級恢復，也可能有資格接受長期 MCS[6]。當患者進行了最佳藥物和器械治療后嚴重癥狀仍持續存在，同時沒有嚴重右心室功能障礙和/或嚴重三尖瓣反流，社會心理穩定和排除主要禁忌證，并且至少存在以下一項：（1）左室射血分數＜25%且不能活動，或峰值攝氧量（peakVO2）＜12 mL/（kg·min）或＜50%預計值；（2）無明顯誘因1年內HF住院超過3次；（3）依賴正性肌力藥或者短期MCS裝置；（4）因低灌注導致終末器官功能進行性惡化，可考慮植入左心室輔助裝置（left ventricular assist device，LVAD）。若是同時伴有嚴重右心衰竭的雙心室衰竭，則需要考慮使用 2 個血泵（植入式或體外式）進行雙心室支持或植入全人工心臟[42]。
2.1 左心室輔助裝置
LVAD的發展大致可分為3個階段。第一代LVAD模擬心臟正常生理搏動，通過活動的隔膜控制血囊舒張、收縮，提供搏動性血流，分為氣動和電動兩種，分別于1994年和1998年由美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準用于BTT[43]。21世紀初的一項臨床試驗[44]證明晚期HF患者使用LVAD比口服藥物的預后更佳，促使了以HeartMate XVE和Novacor為代表的第一代LVAD開始大量運用于臨床，然而其面臨植入泵笨重、耐用性差和高感染率等嚴重問題[45-46]，并不是理想的輔助裝置。之后，LVAD朝向更小、更耐用的方向發展，變為提供連續性血流，分為軸流機制的第二代LVAD和離心流機制的第三代LVAD。經研究[47-51]證明，使用連續流LVAD治療晚期HF患者具備可靠性，并且與搏動性裝置相比，不良事件和裝置更換頻率更低，還大大縮小了泵的體積，改善患者生活質量及降低感染率。如今，搏動性LVAD幾乎不再使用，超過95%的植入裝置都是連續流裝置[52]，下面將按機械原理分類分別介紹如今市面上主要的LVAD。
2.1.1 機械軸承軸流泵
以雅培的HeartMate Ⅱ為代表，通過一個軸向配置的血泵，使通過轉子的血流路徑平行于泵的軸線，能提供6～10 L/min的持續心輸出量。這一設計無需閥門和血囊，因此裝置變得更小、更輕、更安靜，同時只包含一個活動部件，也就是轉子，從而提高了耐用性[53]。BTT試驗和DT試驗[47-48]的結果顯示，使用HeartMate Ⅱ可在2年不導致卒中或再次手術的情況下提高生存率，且除了卒中外，主要不良事件也顯著減少。促使HeartMate Ⅱ于2008年獲FDA批準用于BTT，2010年獲批用于DT。從那時起，DT植入LVAD的比例就超過了BTT[54]。一項系統性綜述[55]納入48項研究，其中HeartMate Ⅱ用于DT 2 504例（26.5%）、BTT 5 334例（56.3%）、未指定1 629例（17.2%），結果顯示，植入HeartMate Ⅱ患者中位缺血性卒中發生率為6.0% 或 0.06 次事件每患者年（events per patient-years，EPPY）（范圍 0～16%或0～0.21 EPPY）。Jarvik 2000也是常用的機械軸承軸流泵，自2000年首次植入人體以來，不斷進行改進，在全球范圍內被用于BTT、DT，并已進行了900多次植入手術，累計支持患者超過900年[56-57]。其新穎的耳后供電系統，提高患者生活質量的同時可能會大大降低感染率；還有間歇性低速技術可能有助于減少主動脈瓣反流，但這些都需要進一步研究[58-60]。
2.1.2 混合懸浮離心泵
美敦力公司的HeartWare HVAD 是一種混合磁懸浮和液力懸浮的小型離心泵，可消除摩擦、發熱和部件磨損，排量為50 mL，輸出容量為10 L/min。因其小尺寸及完整的流入套管，所以可放置在心包內[61]。自2012年FDA批準用于BTT，2017年批準用于DT后，在市場上占據較大比重，植入數量超過6 000余例[62]，但多項研究[63-65]報道HeartWare HVAD可能會導致患者卒中風險增高。最近一項研究[66]納入6 205例患者，其中3 076例（49.6%）接受HeartWare HVAD，中位隨訪時間為12個月，接受HeartWare HVAD的患者會發生更多的神經系統不良事件（16.4% vs. 6.4%，P＜0.001），其結果直接促進了美敦力公司于2021年宣布HeartWare HVAD退市。
EVAHEART于2010年被日本藥品和醫療器械機構（Pharmaceuticals and Medical Devices Agency，PMDA）批準用于BTT，其設計具有較寬的血流間隙，以提供較小的剪切應力并產生脈動、高流量的循環支持[67]。在模擬全人血循環回路中，EVAHEART導致的血管性血友病因子降解顯著低于HeartMate Ⅱ[68]，還有其正在進行研究的無尖端流入插管設計可提高區域速度、搏動性和渦流形成[69]，這些均提示EVAHEART可降低血栓形成的風險。重慶永仁心公司引入相關技術生產的EVAHEART于2019年經國家藥品監督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）獲批上市，是目前國內唯一獲批的人工心臟產品。與此同時，更小型化的二代產品EVAHEART 2的前瞻性隨機多中心臨床試驗目前正在美國進行，未來不久有望用于臨床。泰達國際心血管病醫院與中國運載火箭技術研究院研究制定出磁液雙懸浮、泵機一體化、電控雙冗余的總體技術方案，成功研制的HeartCon心室輔助裝置僅重180 g，最大流量10 L/min，具有體積小、質量輕、溫升低的特點，可直接植入左心尖，于2020年8月獲NMPA批準開始正式臨床試驗。
2.1.3 全磁懸浮離心泵
全磁懸浮離心泵是MCS領域的最新進展，其代表產品HeartMate Ⅲ于2017年獲批用于 BTT，2018年獲批用于DT，已成為全世界如今最常用的LVAD[62]。轉子通過磁力懸浮，允許血流間隙擴大10～20倍，可以最大限度地減少血液成分的創傷并導致更穩定的凝血；同時無接觸旋轉消除了磨損和發熱；以及人工脈沖避免血液淤滯，這些設計特點可以最大限度地減少與LVAD相關的不良事件[5, 70]。文獻報道全磁懸浮離心泵（HeartMate Ⅲ）生存方面優于機械軸承軸流泵（HeartMate Ⅱ），不良事件發生率也相應降低[71-72]，并且可能也適用于年齡較大的兒童[73]。與混合懸浮離心泵HVAD相比較的一項研究[66]顯示，HeartMate Ⅲ的腦血管不良事件發生風險也更低。由于新一代泵的優勢和技術改進，有醫生實施將HeartMate Ⅱ以及HVAD替換成HeartMate Ⅲ的手術，該術式被證明在技術上是可行的[74]。盡管諸多研究表明HeartMate Ⅲ特定的設備結構增加了血液相容性，降低了泵血栓形成、溶血和胃腸道出血的發生率等，但5年的多中心結果顯示其卒中和傳動系統感染的風險仍然存在，需要在降低風險以及工程改進方面繼續努力[75]。核心醫療研發的Corheart 6，直徑34 mm、厚度26 mm、重量約90 g，是目前全球尺寸最小、重量最輕的磁懸浮人工心臟。蘇州同心醫療的CH-VAD在尺寸上小于HeartMate Ⅲ，重量不到186 g，植入侵犯性更低，并且經皮電纜中導線更少、更細。目前，國內的這兩款裝置均已通過臨床試驗，正式上市使用。
2.2 全人工心臟
從20世紀60年代中期人們就開始探索人工心臟[76]，經過50多年的發展，已經開發出許多種全人工心臟，然而，只有SynCardia 全人工心臟于2004年獲FDA批準使用，是目前臨床上唯一可長期替代雙心室的MCS裝置，已被植入約 2 000 例患者[77]。SynCardia 全人工心臟具備類似于心臟的4個瓣膜，由氣動驅動，分為70 cc與50 cc兩種，能適合體表面積低至1.2 m2的較小患者[78]。多項研究[79-81]回顧SynCardia 全人工心臟的植入結果，證明其是可靠且有效的心臟置換裝置，甚至法國有中心報道SynCardia 全人工心臟移植后存活率與接受心臟移植的患者相似。但該設備在便攜性和易用性方面仍存在許多缺點，導致了更新穎設備的研究和設計。法國的Carmat 全人工心臟就是一種新式脈動裝置，由兩個腔室組成，使用牛心包膜將血液隔室與液壓流體隔室分開。該全人工心臟的特點在于血液接觸表面是生物性的，因此植入裝置的患者可能不需要抗凝治療[82]。美國休斯敦的BiVACOR 全人工心臟是一種連續流全人工心臟，由一個單獨的磁懸浮葉輪組成，位于分開的左右心室之間。該裝置的特點是圓盤的軸向位置可以根據負載條件而改變，從而實現類似生理上 Frank-Starling 的反應[83]。此外，由于是磁懸浮設計沒有任何接觸面，這種全人工心臟耐用性更久，并且設計也更小，可以適用于大多數患者。盡管目前市場上只有一種全人工心臟，但還有許多其它的下一代設備正在開發中。
3 總結
由于心臟移植等待名單上的患者數量與可用心臟數量之間的持續差異，MCS已成為成年頑固性HF患者的標準長期治療方法。其中，臨時MCS裝置廣泛用于嚴重或難治性心源性休克患者，由于缺乏高質量證據，對各類臨時MCS的討論從未停止，國內外各裝置的使用也未達成一致意見，存在較大差異。迫切需要大樣本、多中心、隨機臨床試驗來驗證和定義各種臨時MCS裝置在心源性休克患者中的作用。而隨著設備工程的發展以及患者選擇和護理的改進，接受長期MCS裝置的慢性終末期HF患者的生存期和預后也在顯著提高，但這些心室輔助裝置仍面臨血液相容性、卒中、感染、便攜性等一系列問題。從20世紀末體積大、能耗多、易故障的搏動性泵，到10多年前體積小、但所需轉速高、對血液破壞大的軸流泵，再到最近幾年體積適中、維持血流量所需轉速較小的離心泵；從摩擦產熱、存在一定故障率的機械軸承，到無接觸面、但對血液剪切力大的液力懸浮，再到無接觸面、故障率低、血液相容性好的全磁懸浮，每一代心室輔助裝置的升級，都在針對其存在的問題和缺點不斷改進和完善。目前，目標以不良事件發生更少、體積更小、耐用性更優、患者生活質量更高的心室輔助裝置也在不斷地探索和研發中。比如使用無線充電技術的FiVAD，無需外接電源，可極大改善患者生活質量和減少感染發生[84]；微型植入泵的研發，以更小的體積和侵入性、更新穎的泵血設計、運行過程近乎靜音等優點，也成為了下一代心室輔助裝置的發展方向；還有產生搏動性血流的心室輔助裝置，在保證血流量的基礎上，更貼近患者的生理血流，使其它器官灌注變化更小。
多年來，我國醫療器械產業發展與發達國家差距較大，在MCS裝置領域，我國研究起步較晚，主要是以跟蹤模仿為主，比如引進日本EVAHEART技術的重慶永仁心公司、與美敦力HVAD裝置原理相同的航天泰心HeartCon以及與HeartMate Ⅲ類似的深圳核心醫療Corheart 6和蘇州同心等。但大批良好的臨床前試驗結果也給我們信心，從模仿到仿創，再到創造，不斷縮小與發達國家的差距。未來還會有更多中國自主研發的MCS（如經皮介入心室輔助裝置、短中期完全磁懸浮心室輔助裝置、全人工心臟等）進入臨床驗證與使用，造福千萬HF患者。
利益沖突：無。
作者貢獻：劉周參與選題和設計、資料的分析與解釋，文章撰寫；張宏家起草、修改文章中關鍵性理論或其它主要內容，能對編輯部的修改意見進行核修，在學術界進行答辯，并最終同意該文發表。