第十四章 机械循环辅助Word文档下载推荐.docx
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1、对急性循环功能不全病人的短期支持。
2、数天至数月循环支持,直至病人的血流动力学稳定。
3、长时间循环支持,维持患者生命。
4、永久性植入辅助装置代替自然心脏。
1972年的左室辅助会议后，开始强调长期辅助的发展。
1977年JohnWaston提出两个新的发展方向,一是发展左室辅助，另外就是电能控制的左室辅助装置。
在1988年又提议电能全心移入辅助装置和超过2年的长期支持计划。
这些提议引起了整个机械辅助支持领域的进步。
特别是，人们研究出了ABIOMED和Thoratec这些体外辅助设备以及Novacor和HeartMate这些植入性辅助设备。
在90年代轴流泵出现以前它们都是主要的循环支持技术。
从短期使用的外部设备到长期使用的植入性设备，循环支持设备发展很快。
由于早期人们在心脏术后使用得到成功,，所以人们开始在急性心脏衰竭后使用。
在免疫抑制剂环孢酶素发现后，心脏移植在临床上取得了飞速的发展。
导致了供体器官的极度缺乏，患者带着辅助装置等待供体移植。
二、短期循环辅助设备
1、主动脉球囊反搏
IABP的优点在于它的建立，撤离容易。
但是它不能稳定的增加全身血流。
IABP就是将球囊放置到降主动脉，在不同的心动周期，进行球囊充气和放气，以推动主动脉内血流更快进入到各器官组织和左右心室内血液排出（图14.2）。
具体是在舒张期，主动脉关闭，球囊快速充气，挤压降主动脉内血流，使其快速注入器官组织，特别是冠状动脉。
降低了心脏后负荷，减少心脏做功和心肌氧耗（图14.3）。
这种挤压可使舒张期冠状动脉血流速度增加117%。
冠状动脉血流量增加87%。
在收缩期主动脉瓣开放，球囊吸瘪，主动脉内压极具下降，有利于左室的血液流入其内。
总之，IABP可以增加心肌血液供应，减少氧耗，增加心脏射血功能。
但是IABP功能最终取决于心脏自身有一定的射血功能，对严重的心功能不全的循环辅助能力有限。
虽然在舒张期IABP可以增加颈动脉的前向血流,但现在还没有证明它在收缩期也有此作用。
1.1IABP使用指南
约有5-10%的急性心肌梗死患者可发生心源性休克。
这些患者使用IABP降低了心脏后负荷，可以减少心脏做功和心肌氧耗,，增加舒张期血流量，同样IABP也可以应用于不稳定心绞痛的病人。
心脏病专家通过导管将IABP植入。
约有10-15%的手术病人需要IABP过渡，包括术前使用减少病人危险的和术后使用支持辅助循环的。
对于那些急性冠脉综合症的病人可以使用IABP。
对于那些EF值小于25%的病人，如果在术前使用IABP进行循环支持，死亡率只有2.7%，而没有使用IABP的病人死亡率有11.9%。
Christenson报道在心脏术后心脏衰竭以后使用IABP病人有48%的死亡率。
并且他也指出了术前心肌缺血和手术打击都是死亡的高危因素。
在Massachusetts医院，有许多使用了IABP的病人，包括在手术室，ICU安置了IABP的内外科病人，不包括CABG和PTCA的病人。
他们的死亡高危因素有年龄偏大、二尖瓣置换的病人、过长的体外循环时间、急诊手术、术前肾衰、恶性心律失常、右心衰和急诊二次手术的病人。
1.2IABP使用的技术
现在内科和外科医生可以通过经皮进入再通过导丝安置IABP。
但是如果病人有动脉粥样硬化和严重的动脉瘤就不能通过股动脉进行IABP的置入。
必须开胸手术进行直接在降主动脉置入。
在术前使用IABP的病人必须使用肝素。
对于那些因心衰而使用IABP的病人，要使用抗凝药华法令，在心外循环下的心脏手术后，病人离开手术室使用了IABP的病人除静脉给肝素外还必须通过静脉使用低分子量的右旋糖酐，速度为20ml/h。
这样在手术后的胸腔引流会慢慢变少。
那些IABP可能要使用4到5天的病人，要皮下使用低分子量肝素或静脉注射肝素以维持APTT是正常的2倍。
IABP根据心脏的收缩和舒张进行球囊的吸瘪和充气。
心电图和动脉波形显示对IABP的调节起到了很重要的作用。
触发IABP有3种形式,，即心电P波触发，心电R波触发，动脉波触发。
一般的，IABP可以从1:
1调节到1:
2甚至1:
4，最大可以到1:
8，调节时要考虑到病人的血流动力学情况。
在某种程度上减少容量负荷也是对心脏的一种帮助。
一旦病人的血流动力学稳定，IABP降调为1:
2模式以降低血栓的可能性，直到IABP被撤离。
在撤离IABP以前，为了使APTT正常，将停掉肝素。
在撤离IABP前，要使凝血正常化，血小板计数>
100,000每立方毫米，PT不小于15秒。
1.3IABP的并发症
血管并发症是IABP最常见的并发症，发生率在9%到36%之间。
股动脉损伤可能是由于机械损伤，血栓和栓塞造成的。
最好选择股总动脉穿刺以减少并发症，因为穿刺血管狭窄容易发生血管堵塞。
IABP适度的抗凝对降低此并发症的发生有积极意义。
神经并发症的发病率仅次于IABP相关并发症，由于动脉壁的坚硬钙化灶可以使气囊划破，使气囊内的氦气溢出造成脑和冠状动脉严重栓塞。
气囊破裂的发生率约在0.5-6%之间。
在不能进行心脏移植的医学中心中，IABP就是最主要的辅助支持技术。
因为IABP减轻左室负荷增加冠脉血流并且易于安装，所以IABP在今后的临床医疗中还将起到至关重要的作用。
然而随着医学的发展，有越来越多的技术可以为病人提供稳定的循环支持。
2、离心泵
离心泵包括内置磁铁、椎体形叶轮和有两个开口的透明塑料室，三者依靠特殊技术紧密结合（图14.4）。
内置磁铁在电机的带动下，使锥形叶轮高速旋转，带动液体流动，叶轮旋转速度越快，液体产生的离心力越大，液体在离心力的作用下在离心杯侧壁形成压力，而由侧壁开口流出；
同时在离心杯中央形成低压区，液体即可随叶轮转动进入离心杯，从而产生有效的血液灌流。
离心泵既可以通过电动磁铁控制，也可以再断电情况下通过手动方式使之告诉转动。
当叶轮停止转动时，液体可以从泵头端流向另一端（非闭塞型），即血液倒流，除非泵后管道阻断，因此当离心泵无转动时，泵后管道必须阻断。
通常临床要求泵数在1500rpm以上时才允许开放阻断，为了维持足够压力使血流向前流动，在停机时也要保持一定的泵转速直接阻断动脉管路。
离心泵不像滚压泵那样产生压力超负荷，在动脉出口端发生梗阻时，离心泵只能产生700~900mmHg的正压，不致发生泵管破裂。
与滚压泵相似，当入口端受到限制时离心泵同样可以产生强大的负压，产生的负压不超过-400~-500mmHg，与滚压泵比较发生空腔化及微栓的危险均较低。
而且由于其非闭塞性特点，在需要减低流量过程中血液倒流可能导致正向血流严重减少。
离心泵在前负荷增加或后负荷减低时，泵流量均升高,，所以在离心泵转速不变的情况下，血流量随患者全身血管阻力的变化自动调节。
临床常用电磁探头或超声流量探头，电磁探头需要和血液接触，测量时存在探头和管道之间的特殊连接，电磁探头只估算平均流速。
超声探头无需接触血液而特制的塑料接头连接在泵后管道，监测装置与该接头相连即可，多普勒信号的变化频率与通过管道血流速度有关，多普勒信号在血流速度低时变得不够敏感，因此大多数超声探头不能精确测量低速血流。
2.1、BVS5000
Abiomed泵是目前世界上心脏手术后长时间辅助泵应用较多的装置之一。
它是第一个获得美国FDA批准，应用于临床的体外辅助泵。
AbiomedBVS5000（图14.5）由三部分组成：
胸内插管、一次性体外循环泵和微机控制气动装置。
AbiomedBVS5000的泵为双腔泵管存在于透明聚碳硬壳中。
双腔泵管的上腔为重力回血腔。
血液靠重力流入泵内，这种重力流动可避免心房空瘪、管道进气和血液破坏，泵的位置应低于患者心房25cm以保持泵的充盈和避免心房吸空。
下腔由二个聚尿脂瓣膜控制血液单向流动。
泵驱动血液时分舒张期和收缩期.。
舒张期上腔外壳进气,，挤压上腔皮囊，使血液经瓣膜入上腔皮囊，而此时下腔外壳空气外排。
在收缩时上腔空气外排，靠重力使皮囊血液充盈。
而下腔外壳进气，挤压皮囊，驱动血液至体内。
AbiomedBVS5000每搏射血量可达80ml，每分钟射血量可达6L。
泵的控制系统由两套计算机系统控制，其中一套系统为备用，另外一套备用电源及一套手动系统，以备应急之用。
控制系统可同时对两个泵调控，进行左右心室辅助。
整个控制系统自动化程度很高。
它可根据患者的前后负荷，自动调节泵的收缩和舒张。
和IABP相比此系统更易于操作，适合于较长期的心室辅助。
目前，此装置可进行户外心室辅助。
AbiomedBVS5000左心辅助常见插管方式有：
左房插管经房间沟，左房顶部或左心耳将血液引出，再将Dacron血管吻合至升主动脉，经泵将血液注入体内。
右心辅助的常见方式：
经右心耳将血液引出，Dacron血管吻合至主肺动脉，经泵将血液注入体内，Dacron血管穿过胸壁。
AbiomedBVS5000主要用于心脏手术后的心脏辅助。
另外亦用于急性心肌梗死和心脏移植的过程。
最长支持时间有报道为90天。
一些患者还可进行床旁活动。
无尿、恶性酸中毒、肺部疾患、严重肝损伤、转移性肿瘤、严重感染的患者不宜使用此装置。
Abiomed的主要缺陷为：
最高流量为6L/min，不适合小儿；
对于感染和大体重患者稍显乏力；
需开胸建立和结束辅助循环，整个过程需全肝素化抗凝。
尽管如此，Abiomed仍为一种安全，有效，建议使用的辅助装置。
全世界范围的一项调查表明，Abiomed一般辅助时间是6天左右，60%患者可成功接受心脏移植，40%患者出院。
2.2、AB180循环支持系统
AB180是一种可置入离心泵。
那些不能通过普通的体外循环维持正常循环的病人可以通过使用AB180来维持。
AB180可以为病人提供暂时的心室辅助（最多达14天）。
（图14.6）
三、等待心脏移植或恢复的过渡性心脏辅助
许多慢性心脏衰竭病人需要心脏移植。
现在有许多设备可以为等待心脏移植的病人进行过渡性心脏辅助。
包括Thoratec心室辅助设备，Novacor左室辅助设备，HeartMate左室辅助设备。
1、Thoratec心室辅助设备
Thoratec泵1982年用于心脏手术后的辅助循环。
1984年用于心脏移植的过渡循环辅助。
此泵可进行左心和右心辅助。
其泵结构为气囊驱动型，其气囊和血囊以耐高强度聚脲脂膜分隔。
外置气体驱动装置通过吹气和吸气，使气囊充盈和吸瘪，进而使血囊充盈血液和泵出血液（图14.7）。
由于血囊有二个单叶碟瓣，从而使血液单向流动。
Thoratec泵的驱动可分为和患者心律同步和非同步的两种方式。
其每搏射血量由气囊充盈程度吸瘪程度锁控制,，即充盈度和吸瘪度越高，泵排血能力就越强。
Thoratec泵的插管方法基本和Abiomed泵相同。
如果为心脏移植的过渡，左室辅助进血管开口于心尖。
如果辅助的心脏有恢复的可能，尽量不要在心尖开口。
引流管穿过膈肌和腹部皮肤和Thoratec泵相连。
Thoratec泵位于上腹部表面。
Dacron管道在使用前要花一些时间进行抗凝处理。
2、Novacor左室辅助设备
Novacor泵为搏动性、电动、内置式的左心辅助装置。
其泵槽位硬质玻璃纤维，血囊膜为聚脲脂。
驱动装置为电磁铁间断吸动两个对立的推板，挤压血液。
血流方向由泵附带二个猪心包生物瓣控制。
其外壳材料为聚氨脂。
涤纶血管将心尖开口的血液引致血泵，然后经本和涤纶管道注入主动脉（图14.8）。
Novacor泵每搏射血量为70ml，最高射血频率为240/min，最高射血量达14L/min。
泵体位于剑突下靠左的上腹部的皮下区域。
出入血管从胸腔穿过膈肌和泵体连接。
其凝胶涂抹的涤纶血管可较好地防止血栓的形成。
Novacor泵气动装置可为手推式和携带式。
其中手推式驱动式可提供10~12h的电源，而携带式驱动装置可提供45min电源。
手推式的控制装置可调性好，可根据病情制定一些参数。
这些参数可通过特制的导线传入携带式控制盒中。
携带式控制钮为固定式，若要调节需在手推式驱动装置上制定,然后导入。
1993年，斯坦福大学首次成功地将Novacor泵用于临床，1996年此泵通过美国FDA的认证。
1999年约有1000多名患者应用Novacor泵，其中93%以上的患者为心脏移植的过渡辅助。
其平均支持天数为254d，最长支持天数为1500d以上。
在循环支持过程中60%患者可出院在家等待，甚至有患者仍参加工作。
主要并发症为出血（20%）、全身感染（30%）、栓塞（26%）。
3、HeartMate左室辅助设备
1965年TCI公司的工作人员向美国心肺研究所提出发展人工心脏的计划。
1年之后两部门的科学家共同研制出第一台左心辅助装置。
1970年生物表面的概念推动了这一领域的发展。
同年气动植入性的辅助装置在临床对22位患者进行了短时间辅助。
其中3例撤离了辅助循环并康复，1例进行了心脏移植。
以后,人们进行了1~7d的系列研究。
特别是免疫抑制剂环孢霉素的出现，使心脏移植工作有了快速稳定的发展。
当时美国估计约25000例等待心脏移植患者，而每天只有4例能够得到供体进行手术。
这有利地推动了人工心脏的研究。
1982年此研究恢复，1986年美国德州心脏中心研究所首次将此长期植入性左心辅助用于临床，并获得了FDA的批准。
此装置主要用于心脏移植前过渡性循环辅助。
HeartMate为长期体内搏动性左心辅助装置。
（图14.9）它有气动装置（IP）和电动装置（VE）二种，并可进行心脏同步和非同步辅助。
每搏最大血流可为85ml，每分钟最大血流量可达12L。
其外形类似螃蟹，其中圆盘半径12cm，厚4cm,外壳为坚硬、光滑较薄的钛合金，其内由隔膜将泵内分成血液腔和气体驱动腔或电动驱动腔。
隔膜表面涂有聚脲脂的特殊纺织物，强度高，生物相容性好。
当血液和隔膜表面接触，激活血液的细胞有形成分在表面形成伪膜。
此时在无肝素作用的情况下，仍具有良好的抗凝能力。
血液腔的进出口各有一个生物瓣（猪）控制单项血流，其气动装置的原理和Thoratec类似。
电动驱动腔含有低速扭矩电机和一些机械传动装置，它可间断地挤压隔膜，而推动血液。
血液从心尖开口经涤纶管道至HeartMate泵，泵驱动血液经涤纶管道至升主动脉。
涤纶管道一段穿过膈肌，因为HeartMate泵位于膈肌下、腹腔外,皮肤下的部位。
这种放置可减少腹腔的并发症，如肠粘连、肠梗阻、腹水等。
和体外辅助循环装置相比，它的机动性能强，感染发生率低。
4、第一代辅助设备的并发症
由于左室辅助设备很大，与身体接触面积也比较大，发生感染的几率也就相对偏大。
感染成为使用第一代辅助设备最常见的并发症。
特别是对于术后放置了辅助设备出院的病人，感染的发病率就更高了。
据报道，感染发生率在20-75%之间。
葡萄球菌感染是相对比较常见的感染类型。
常常导致再次入院，败血症，血栓，甚至二次手术。
二次手术包括检查经皮管道，移走或置换感染的部件。
这些情况的发生不但会使病人的医疗费用增加，而且对病人的生活质量也有许多不利影响。
长时间的抗体治疗和获得性的自身免疫抑制使得发生真菌感染的几率也大大的增加了。
由于管路堵塞和心内膜炎等，可能会使设备上有念珠菌感染。
念珠菌感染是一个慢性过程，往往发生在左心辅助设备植入以后。
但很少发生在机械瓣膜置换，如植入除颤仪和起搏器以后。
哥伦比亚大学对念珠菌感染的发病率和传播进行了一项专门的研究。
选择了NYHA4级的病人，他们都使用了HeartMate泵及相关治疗。
三个月内的感染发生率为28%，九个月为44%。
而控制组仅仅3%。
相对于控制组，T细胞有着比较多的凋亡，因而T细胞水平较低。
这说明病人有过度的细胞免疫，这大大增加了病人感染的机率。
这种医源性的T细胞大量凋亡现象与HIV-1非常相似，这种情况十分令人担心。
另外，还有出血，栓塞和凝血因子损伤都是其相关并发症。
如果不使用抗凝血药物，那么出血的并发症可能会慢慢消失。
但当开始使用华法令时，出血就开始增加。
使用HeartMate的主要并发症就是出血，可以考虑用新鲜血浆和血小板。
Novacor泵也有一个很高的出血率，因为它要求长时间使用抗凝药物，首先使用肝素然后是华法令和血小板抑制剂。
病人在使用华法令后有28%的血栓发生率，20%的休克发生率，还有47%的病人有脑部栓塞发生。
但开始使用血小板抑制剂后，不但出血没有增加而且休克发生率还要下降一个百分点。
由于内皮细胞与异物接触，白细胞激活与纤维细胞聚集，生成大量的微血栓。
通过超声仪器我们可以看到大量的微血栓，并且他们不会随时间慢慢消失。
由于植入体内的泵面积较大，与血液接触面积稍大，所以产生血栓的几率也就大大增加了。
新一代的泵做的更小巧了，接触面积更小了，一些更新的设计和变化使得这种并发症越来越少发生了。
当然还有很多与第一代左室辅助相关的并发症。
比如，由于病人内环境的原因，猪瓣膜很快被破坏。
由于机械影响较大，不断地移动可能会导致出血等并发症发生。
另外，我们还要考虑设备噪音的影响
5、第二代心室辅助设备
新一代的心室辅助设备必须要做到以下几点，才能得到更广泛的引用。
1、更小的体积和重量，可以将其植入任何大小的病人胸腔。
2、更好的生物相容性，更小的接触面积，最大化的减少血液的激活。
3、更简洁的设计，更安静的设计，很小的泵可以提供最大的心输出量。
4、更便于病人操作，更便于病人更换电源，更便于病人移动，这样也更便于减少相关并发症。
许多年来，人们一直在不断研究，希望可以减少左室辅助系统所带来的并发症，对其进行积极改进。
轴流泵的出现解决了很多问题。
在过去的10年内人们一直在研究轴流泵，希望它能满足第二代左室辅助设备在生理上和生物相容性上的要求。
5.1JARVIK2000型心脏
美国德克萨斯心脏协会和英国牛津心脏中心合作开发了Jarvik2000型心脏。
这个简洁的设备从袖口顶端进入人体左室，由一非渗透性的尼龙管道传送血液至降主动脉胸段。
成人平均直径2.5cm，长度5.5厘米，重量为85g，容量约25ml。
型号与左室辅助设备流入套管的型号相当。
小一点的儿童型号平均直径1.4cm，长5cm，大约是大型号的1/5，仅仅重18g，容量约5ml。
电子磁性泵由一个钛外壳包裹着的叶轮的转子组成，由小于1mm的陶瓷转轴支撑。
转子是提供动力的部分，血液接触的所有表面都是钛。
Colis在钛外壳嵌入的磁力在叶轮经过血液进入的缝隙时产生磁力，磁力由经皮电线连接的额外的电池提供，是可由脉波宽度调变器，所调解和控制的。
无刷式和DC发动机转换器决定泵的速度。
体外研究发现成人设备可在12000转时提供10L/分的流量。
流量在4L/分到6L/分时能提供大约80mmHg的动脉压，需要大约7-10瓦的动力。
设备在普通环境下是安静的，可以用听诊器听见声音。
体外的电池和转换器用带子连接，他的大小和重量都远小于手提电话。
休斯顿的团队希望开发一种完全植入式的系统，利用无线的能量驱动。
作为移植的桥梁，能量是由腹壁的velourcoveredcable提供。
作为永久植入的一种创新的能量转换方式，剑桥大学带来了一种国内的电缆，通过左侧胸腔到达胸口，由颈到头颅。
这里，一个坚硬的钛支架经过头皮的皮肤传送能量。
这种尝试被认为减少了长距离感染的风险。
实验和临床的经验都建议Jarvik2000型心脏放在心室内有独特的好处。
这个设备能正好被左室包裹，因此没有多余的空间稀释血液或者感染。
只有左胸膜能进入，并且血管将血液输送入降主动脉。
37例患者植入，13例获得成功，平均支持时间为274天，这些病人中没有感染、血栓形成或者设备故障。
14例病人在支持过程中去世，12例是由于多器官衰竭，两例成人死于呼吸窘迫。
没有设备相关故障。
两例死于中风，两例死于心肌炎，可以被认为是设备相关的死亡。
5.2HateMate2左室辅助系统
匹斯堡大学和NIMBUS大学与1991年联合研制出了这个设备。
HEARTEMATE2左室辅助系统时一个由轴流泵，外接电源设备和控制系统组成的（图14.10）他是为了作为长期辅助循环使用的而不单单是为了等待心脏移植时用的。
他是一个很小型化的设备，他的左室容积为124ML，他通过特殊的装置与外界连接。
他可以被放置在腹腔肌肉或是胸腔里，而不需要额外为他留置地方。
设备本身还包括一个小发动机，也是可移动的部分。
血流从一个12mm的管路进入左室辅助设备。
设备的进出管路均由WOVENDACRON材料制成并要求抗凝处理。
进入左心辅助的管路有很强的弯曲性，一般与心室泵成90度角度进入心脏。
出泵的管路也是由WOVENDACRON材料制成并且最后进入升主动脉将血泵向全身。
HEARTEMATE2左室辅助系统使用电磁感应系统还不单单是利用马达。
这就说明HEARTEMATE2左室辅助系统是可以通过两种方式控制心输出量。
可以在术中和术前对整个设备进行调节。
当泵速达到8000-9000转每分钟时，可以产生80-100mmHg的压力并产生大约3-4L/min的有效流量。
HEARTEMATE2左室辅助系统可以根据外部情况调整速度以达到合适的流量从而满足人体需要。
自从1997年至今，已经在40多位病人身上做过HEARTEMATE2左室辅助系统。
在2001/2002年，已经在以色列，德国和英国开展，但这项工作至今还是会遭到人们的怀疑。
四、人工心脏
从60年代开始,人们已经开始把机械心脏替代自然心脏提到了日程。
1980到2000年间,350位病人成功的使用了Jarvik7（后来的Cardiowest）机械心脏.
1、ABIOCOR植入式心脏
ABIOMED公司和Louisville大学共同研发了Abiocor植入式心脏.Abiocor植入式心脏是一种电能驱动式设备,
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