Syncardia 全人工心脏的植入

摘要

本文旨在简要综述全人工心脏的适应证、管理和预后，并展示设备植入的手术操作技术视频。

摘要

随着技术的进步，针对终末期心力衰竭患者使用机械循环支持装置的情况迅速增加。绝大多数此类患者通常可通过左心室辅助装置（LVADs）得到良好治疗。然而，部分晚期双心室衰竭或其他严重解剖结构病变的患者，单纯依靠左心室机械支持无法获得充分治疗。一些合并心脏病变可能更适合通过切除病变组织并植入全人工心脏（TAH）进行治疗，包括：心肌梗死后室间隔缺损、 主动脉根部动脉瘤/夹层、心脏同种异体移植物功能衰竭、巨大心室血栓、难治性恶性心律失常（与充盈压无关）、肥厚型/限制型心肌病以及复杂先天性心脏病。患者常表现为心源性休克和多系统器官功能障碍。切除双侧心室并原位植入全人工心脏（TAH）是一种有效但极端的治疗方法，可快速恢复血流并实现复苏。围术期管理重点在于终末器官功能的恢复及身体功能的康复训练。除所有机械支持患者常见的感染、出血和血栓栓塞等风险外，TAH患者还面临肾功能衰竭和贫血方面的特殊风险。在心室切除术后，脑钠肽水平急剧下降，补充该肽似乎具有保护肾脏的作用。TAH植入术后贫血可能非常严重且持续时间长，但通常耐受性良好，输血受到严格限制以避免HLA致敏。直到最近，TAH患者仍需作为住院患者，依赖重达500磅的气动控制台驱动装置。近期推出的便携式背包大小的驱动装置（目前正处于临床试验阶段）已使患者能够出院回家，甚至重返工作岗位。尽管这些患者病情严重，但成功过渡到心脏移植的比例仍达到79-87%。

引言

1969年，Denton Cooley为一名47岁男性实施了首例全人工心脏（TAH）植入手术，该患者在左心室动脉瘤修复术后无法脱离心肺转流。这一实验性装置在找到供体心脏前，为患者提供了64小时的血流动力学支持 。尽管技术上取得成功，但装置支持期间出现了溶血和肾功能衰竭等并发症。患者在移植术后32小时 因严重败血症死亡¹。Cooley在1981年进行的第二次尝试也以类似不幸的结果告终²。1982年，William DeVries为一名61岁的牙医广泛公开地实施了Jarvik-7型全人工心脏的永久性首例植入。该患者术后病程复杂，表现为反复呼吸衰竭、人工二尖瓣支架断裂（需更换装置）、败血症、中风、间歇性肾功能衰竭以及与抗凝相关的出血。最终，患者在术后112天死于假膜性结肠炎³。

尽管早期结果令人失望，但随着装置设计、患者选择和患者管理的不断改进，治疗效果已显著提升。Jarvik-7 随后发展为 Syncardia TAH，后者至今仍是临床上唯一获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准使用的全人工心脏。截至目前，全球已完成超过 1,000 例该装置的植入手术⁴。

我们在一段视频病例报告中展示了本机构的手术操作技术。

方案

病例展示：

该患者为一名60岁男性，患有肥厚型心肌病。过去10年中，其心力衰竭症状逐渐加重，近期因失代偿性心力衰竭多次再入院。已开始接受长期静脉米力农治疗，并被列入心脏移植等待名单。既往病史包括经导管消融术后的房性心律失常、反复发生的肺栓塞、肺动脉高压、左心房血栓以及既往卒中史。 cardiopulmonary exercise testing 显示最大摄氧量较低（VO₂ max 10.6 ml/kg·min）。影像学检查显示左心室严重肥厚，收缩功能中至重度减低，无左心室流出道梗阻（LVEF 25-30%，LVIDd 5.0 cm，IVSd 1.5 cm，LVPWd 1.5 cm）。患者左心耳内存在较大血栓，同时可能伴有左心室血栓。血流动力学参数（在静脉输注米力农0.5 mcg/kg/min条件下）显示：右心房压（RA）17 mmHg，肺毛细血管楔压（PCWP）37 mmHg，肺动脉压（PA）74/35 mmHg，Fick法测得的心指数（CI）为1.4 L/min/m²。由于其限制性心肌病及左心室腔较小，被认为不适合单独植入左心室辅助装置。

1. 装置

1. SynCardia 全人工心脏是目前唯一获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准并应用于临床的全人工心脏（TAH）。该设备最早于1982年以贾维克-7（Jarvik-7）心脏的名称推出。
2. 该装置由两个聚氨酯材料制成的心室腔组成，每个心室腔的最大每搏输出量约为 70 ml。每个心室腔均配有2个倾斜盘瓣膜（Medtronic Hall，27 mm 入口瓣膜，25 mm 出口瓣膜），用于控制血液的流入和流出。每个心室腔通过独立的驱动管路连接至体外的驱动装置，由气动方式驱动（图1）。

2. 适应证

1. 该装置的总置换体积约为 400 ml。一般建议的最小受体尺寸包括 BSA > 1.7 米² 以及胸径（胸椎至胸骨在第10肋水平的前后径）^th 胸椎 > 10 cm (图2对于体型较小的患者，可通过将装置移至左侧胸腔进行放置，但此举会增加左侧肺静脉和支气管受压的风险。一种适用于体型较小患者的更小型装置正在研发中，预计将在不久的将来推出。
2. TAH 支持适用于晚期严重双心室衰竭或其他解剖学异常、且无法通过单纯左心室机械支持有效治疗的患者。这类患者常以危急状态就诊，并伴有与灌注不足相关的并发症。通常，患者被归类为 INTERMACS（机械辅助循环支持联合登记系统）1 级（危重症心源性休克）或 2 级（依赖正性肌力药物的进行性恶化）。
3. 合并严重心脏疾病的患者。对于因终末期心力衰竭需接受机械循环支持的危重患者，若同时进行其他复杂的修复性手术，可能无法获得最佳治疗效果。此类情况可能增加左心室辅助装置（LVAD）植入术后右心室功能衰竭的风险，进而提高围术期发病率和死亡率。包括：急性心肌梗死合并室间隔缺损、主动脉根部动脉瘤/夹层、心脏移植后移植物功能衰竭、巨大心室血栓、难治性恶性心律失常（与充盈压无关）、肥厚型/限制型心肌病以及复杂先天性心脏病。

3. 装置的制备

1. 涤纶主动脉和肺动脉移植物使用 CoSeal 外科密封剂进行封闭（图3）。
2. 移植物和器械浸泡在利福平中。

4. 植入

1. 常规准备及胸骨正中切开术。按照心脏手术的常规方法对胸部和腹部进行消毒准备，并行胸骨正中切开术。
2. 左膈肌切开及左侧上腹膜前间隙的建立。类似于左心室辅助装置（LVAD）的植入，从内侧切开左膈肌，并在左侧上腹部建立一个腹膜前间隙，用于放置气动驱动线。在左侧肋缘下方约5-10 cm处做两个切口，切开至腹直肌筋膜。建立并用两条1" Penrose引流管维持气动驱动线的肌内隧道。
3. 插管并启动体外循环。对主动脉、上腔静脉（SVC）和下腔静脉（IVC）进行插管。通过心房进行双腔静脉插管（而非直接插管SVC/IVC），以保留后续移植时的使用部位。尽量减少心包内的不必要解剖，以保护组织平面。
4. 主动脉阻断。在瓣膜交界水平切断主动脉根部和肺动脉。从锐缘开始切除右心室，切口位于右房室沟远端1-2 cm处，与之平行。切开室间隔以打开左心室。右心室切口继续向上延伸至右心室流出道。类似地，左心室切口向外侧延伸，与左房室沟平行。左心室流出道在外侧开放。最后切开残余的室间隔，移除标本（图4）。
5. 冠状窦予以缝闭。若发现卵圆孔未闭（PFO），也应同样缝闭。使用无损切割的内镜缝合器结扎左心耳，以消除潜在的血栓来源（图5和图6）。
6. 切除二尖瓣和三尖瓣瓣叶，保留数毫米宽的瓣环袖状组织。修剪心室袖状组织，保留约1 cm宽的组织边缘。然后用2-0 Prolene线（MH）连续缝合袖状组织，以实现止血，并将开口缩小至全人工心脏（TAH）心房快速连接口的尺寸。一些中心选择使用涤纶毡条进行加固。
7. 将TAH心房快速连接口的袖状边缘修剪至0.5-1 cm。然后将其翻转，并缝合至相应的左、右心室袖状组织上。
8. 以类似方式修剪主动脉和肺动脉移植物的快速连接口。肺动脉移植物保留比主动脉移植物长数厘米，以便为主动脉移植物留出穿行空间。将移植物分别缝合至相应开口（图7）。
9. 在后续再次开胸进行移植时，常可见心包组织出现强烈的炎症反应。移植时在此组织中进行解剖可能伴随显著的失血，其程度似乎超过常规再次胸骨切开术所见。使用Preclude防粘连膜衬垫心包腔，以维持无血管的组织平面。此操作从左侧下外侧心包开始，因为装置植入后该区域的入路将受限。Preclude膜条也放置于主动脉和肺动脉吻合口周围。部分中心使用灭菌橡胶止血带包裹吻合口。
10. 将驱动线穿过先前建立的隧道。使用13-15 mm Hegar扩张器引导驱动线穿过已放置的Penrose引流管。同时用Preclude膜包裹驱动线。将外部控制台驱动线原有的金属连接器更换为塑料连接器，以便与便携式出院驱动装置连接。
11. 结扎TAH左、右心室的排气乳头。依次冲洗左、右人工心室，然后将其连接至相应开口。用两把粗针持钳夹住柔软的快速连接口，拉伸后覆盖在人工心室的硬质塑料连接口上，确保连接紧密（图8）。
12. 放置主动脉根部排气管。启动低速率、低压力泵功能（左侧驱动压力40，右侧驱动压力0，收缩期占比40%，心率40次/分，真空度0），同时通气肺部以排除气体。右侧血流初始为被动流动。
13. 移除主动脉阻断钳。一旦经食管超声心动图（TEE）确认充分排气，即可相对较快地停止体外循环。逐步增加TAH支持。典型的初始TAH参数为：左侧驱动压力180-200 mmHg，右侧驱动压力30-60 mmHg，心率100-120 bpm，收缩期占比50%。真空度通常保持为0，直至胸腔关闭（或密封），以防止空气进入。密封后，逐步增加真空度（通常至15 mmHg），可提高充盈容积和心输出量。随后根据部分心室充盈和完全射血的目标调整参数。
14. 给予鱼精蛋白，并拔除体外循环插管。需要TAH的患者常伴有显著的终末器官功能障碍，包括慢性肝淤血，且可能合并明显的基础凝血功能障碍。TAH植入后最常见的并发症是出血。我们建议对纵隔填塞和延迟胸骨闭合采取较低的阈值。
15. 当准备关闭胸腔时，将右侧及上方剩余的心包内壁衬以Preclude膜。TAH的构型无法维持正常椭圆形结构，心包组织在装置周围收缩将限制后续移植所需的空间。使用盐水乳房假体维持心尖部心包腔的空间，以利于后续移植。将一个光滑的盐水乳房假体置于心尖，注入200-250 ml生理盐水（图9）。
16. 按常规方式关闭胸腔。尽管术中经食管超声（TEE）成像受限，但在手术结束时仍是有用的工具，可用于评估装置在关闭过程中是否压迫右心房和左心房的静脉回流。这种情况更常见于右侧（包括腔静脉和右侧肺静脉），通常可通过将装置向下方和左侧移位来纠正。可用一根粗缝线围绕肋缘缝合，并固定于人工右心室以固定位置。在胸骨下方留置一条硅胶带，以保护泵体在后续移植再入路时不受损伤。

结果

2006年4月至2012年7月期间，弗吉尼亚联邦大学医学中心共有66例患者植入了全人工心脏（TAH）。患者病情危重：18%正在接受其他机械循环支持（ECMO、LVAD或BiVAD），58%使用主动脉内球囊反搏，58%接受正性肌力药物治疗，17%接受机械通气，17%接受血液透析。患者总支持时间为7863天，中位支持时间为87.5天（范围为1至602天）。10例患者携带便携式出院驱动装置出院回家（作为临床试验的一部分，尚未获得FDA批准）。50例（76%）患者成功过渡至心脏移植，7例（11%）仍在使用装置等待移植，9例（14%）在装置支持期间死亡。图10。其中3例死亡发生在第1组^st 植入后一周内发生的死亡与进行性多系统器官衰竭相关。其余6例死亡发生在植入后32至169天之间（3例为脓毒症/多系统器官衰竭，1例为纵隔出血，1例为颅内出血，1例为高血压危象）。最常见的围手术期不良事件是需要再次纵隔探查的出血，发生率为30%。

图1. Syncardia 全人工心脏。

图2. 通过CT测量前后径 空间 > 胸骨与第10肋前缘之间相距10 cm^th 通常需要椎体以确保器械适配。

图3. 动脉流出道移植物的预处理。 主动脉和肺动脉移植物使用Coseal外科密封剂进行预封闭，Coseal是一种合成水凝胶，用作血管移植物的辅助密封剂。此前，移植物在肝素化之前需用患者自体血液进行预凝处理。

图 4. 右心室和左心室的切除。 切除右心室（RV）和左心室（LV），在二尖瓣和三尖瓣环远端保留1 cm的心室袖状组织。箭头指示沿右心室前壁的切口。切口延伸通过左、右心室流出道，并穿过主动脉瓣和肺动脉瓣。

图 5. 缝闭冠状窦。 通过右心室袖状组织（三尖瓣瓣叶已切除）缝合冠状窦（箭头所示），以实现止血。

图6. 左心耳结扎。 使用Seamguard加强型endo GIA吻合器结扎左心耳，以尽量减少系统性栓子的潜在来源。

图7. 快速连接装置与Goretex Preclude已植入。 心房快速连接装置和血管移植物已缝合至相应开口处。心包内衬以Goretex膜，以利于后续移植手术时再次进入。

图8. 已植入的装置。 在关闭胸腔前刚刚完成装置的植入。

图9. CT成像和胸部X光片（CXR）显示的心包心尖盐水植入物。 使用盐水植入物（单箭头）以维持心脏移植所需的心包心尖空间。在胸部X光片中，全人工心脏（TAH）的边缘（即心包原本可能发生收缩的部位）由中央的气泡（双箭头）清晰标示。

图10. VCU 结果。 Kaplan-Meier 生存曲线，展示植入全人工心脏（TAH）后的移植前生存率和总体生存率。

讨论

人工心脏替代人类心脏长期以来一直受到公众关注。早期全人工心脏的应用经验表明其治疗效果并不理想^1-3。自德弗里斯（DeVries）医生首次描述以来，目前使用的全人工心脏（TAH）在设计和植入技术方面并未发生显著改变⁶。然而，随着患者筛选标准的优化（作为移植前的过渡手段）以及对围手术期管理认识的深入，临床结果已得到显著改善。2004年，一项纳入81例TAH植入患者的里程碑式研究发表。该试验证实了TAH作为移植过渡治疗的有效性，并推动了Syncardia TAH获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准。在这项非随机研究中，79%的患者成功过渡至心脏移植。术后1年总体生存率为70%。而在一项匹配的对照队列中，35名符合研究标准但未接受TAH植入的患者，仅有46%存活至接受移植，1年生存率仅为31%⁷。

患者选择对于获得良好预后至关重要^8,9。重要的是要识别出尚未发生不可逆终末器官衰竭或其他并发症的患者，因为这些并发症会降低其复苏成功率或影响器官移植资格。在我院，若肝活检显示存在肝硬化、需长期依赖透析治疗，或其他会影响移植资格的心理社会因素，均将排除其作为全人工心脏（TAH）的适用候选者。相反，对于出现急性失代偿或具有其他终末器官功能恢复潜力证据的患者，则会被考虑纳入评估。

同样重要的是识别那些右心室（RV）功能障碍在单纯左心室减负后可得到改善的双心室衰竭患者，从而避免其接受双心室循环支持。左心室辅助装置（LVAD）植入术后出现的右心室衰竭与较高的发病率和死亡率相关¹⁰。与LVAD术后右心室衰竭发生后再进行补救性支持相比，早期应用双心室支持与更好的预后相关¹¹。目前已确定多种右心室衰竭的危险因素，并开发了多个风险评分系统。需要使用正性肌力药物或主动脉内球囊反搏支持、存在肾功能和肝功能障碍的证据（肌酐、天冬氨酸氨基转移酶、胆红素升高）、血流动力学上右心室功能障碍的表现（右心室每搏做功指数降低、右心房压/肺毛细血管楔压升高）以及超声心动图上右心室功能障碍的表现（右心室扩张、右心室射血分数/三尖瓣环收缩期位移降低、三尖瓣反流加重）均已被确认为危险因素^12-15。然而，对于LVAD植入术后发生右心室衰竭的风险判断仍具挑战性。最近一项小样本研究显示，多个评分系统在预测是否需要右心室支持方面并无显著预测价值¹⁶。

手术时机是一个重要的考虑因素。一旦确定需要进行双心室机械支持，尽早植入是恢复血流、抢救患者最有效的方法。然而，患者可能突然出现严重的急性心源性休克、严重灌注不足，且此前评估极少。在此情况下，可积极使用临时支持手段（如 ECMO / IABP）24 至 48 小时，以启动复苏过程，同时回答有关神经功能状态或其他器官移植资格的问题。长期使用高剂量正性肌力药物支持可能会增加不可逆终末器官衰竭或其他并发症的风险。

自该装置首次问世以来，植入手术的总体技术并未发生显著变化^6,17。然而，应强调花时间保护和维持心包腔的重要性¹⁸。该装置似乎会引发心包组织强烈的炎症性增厚。使用戈尔特斯（Goretex）材料覆盖心包内壁，并通过生理盐水填充物维持心尖部空间，可显著简化移植术后的再次进入操作。围术期出血仍是围术期最常见的并发症。采用填塞胸腔并延迟胸骨闭合的策略，可有效减少为纠正基础凝血功能障碍所需的围术期血液制品用量，并降低心包填塞的风险。尽管人工心室外壳相对坚硬，仍可能有足够量的纵隔积液聚集，阻碍静脉回流，从而导致心包填塞。在全人工心脏（TAH）植入术后，经胸超声心动图的临床应用价值有限。CT成像常因患者基础肾功能不全以及需避免使用静脉造影剂而受到限制。我们建议，对于任何原因不明且临床状况恶化的TAH患者，应尽早进行纵隔再探查术。

植入后，需调节该装置以最大化心输出量。它能够产生一定的输出 > 9 升/分钟。为尽量减少停滞，需调整装置参数以 "部分填充和完全推出" 典型的术后早期TAH参数为：左心驱动压180-200 mmHg，右心驱动压30-60 mmHg，心率100-120 bpm，收缩期占比50%，真空压力15 mmHg。对于长期存在肺动脉高压的患者，为实现右心充分射血而所需的较高右心驱动压可能产生不利影响。可以 "过载" 右侧输出。在2例患者中，这导致严重的肺水肿，需要临时静脉-静脉体外膜肺氧合（ECMO）支持。其中1例患者出现进行性多系统器官衰竭并死亡；另一例患者在ECMO支持下等待肺水肿消退，随后成功脱离ECMO。

通常在关胸后24小时开始抗凝治疗。患者起始使用比伐卢定（0.005 mg/kg/h）、阿司匹林（81 mg 每日一次）和双嘧达莫（50 mg 每日三次）。在手术室外环境中，为尽量减少肝素诱导的血小板减少症风险，避免使用肝素。比伐卢定通常不进行剂量调整，待病情稳定后转为口服华法林。治疗目标为国际标准化比值（INR）2–3，光学比浊法测得的血小板功能为正常值的20–40%。对于存在溶血加重证据（乳酸脱氢酶（LDH）> 1000）的患者，可加用己酮可可碱（400 mg 每日三次）^19,20。

急性病患者发生肾功能衰竭显然具有多因素性。然而，我们注意到，在植入全人工心脏（TAH）后，肾功能衰竭的发生趋势尤为突出。我们推测，这在一定程度上与心室切除导致的内源性利钠肽产生突然减少有关。围手术期补充低剂量奈西立肽输注（0.005 mcg/kg/min）似乎可降低肾功能衰竭的发生率²¹。此外，奈西立肽输注在全人工心脏植入术后显著增加尿量方面具有显著作用²²。在患者恢复后，我们已能够在大多数患者中停止输注。然而，也有少数患者必须持续输注，直至接受移植手术后方可停用。

TAH 患者常表现出明显的慢性贫血。病因包括轻度溶血和无效红细胞生成。尽管存在贫血，TAH 患者仍表现出良好的运动耐受性，即使血红蛋白浓度低至 5–6 g/dL 时也几乎无症状。为避免发生 HLA 致敏及其他相关并发症，除非患者出现症状或存在其他终末器官灌注不足的表现，否则应避免输血²³。

术后早期过后，治疗重点转为积极的物理康复。尽管患者病情严重，大多数患者在术后第一周内即可开始物理治疗，且多数患者在第二周即可开始跑步机锻炼。然而，我们发现，TAH 患者在运动时血压反应存在异常的钝化现象。这部分与使用血管扩张剂以降低后负荷有关²⁴。尽管这可能限制身体功能的恢复程度，但大多数患者在达到该限制前已成功接受移植手术。

直到最近，全人工心脏（TAH）患者仍需住院，并连接一台重达418磅的控制台。随着器官捐献者的等待时间持续延长，患者的生活质量显著下降，同时医疗费用也明显增加。便携式驱动装置的问世使得患者能够出院回家，甚至重返工作岗位，这极大地提升了全人工心脏的临床实用性。Syncardia Freedom Driver（目前处于临床试验阶段，尚未获得美国食品药品监督管理局批准）是一款重14磅、可背在背包中的驱动装置，采用电力驱动的气动活塞²⁵。早期使用经验表明，该驱动装置对后负荷条件较为敏感，因此必须采取积极的抗高血压药物治疗方案²⁶。

总之，目前的研究结果已证实，全人工心脏（TAH）是一种有效的复苏手段，并可作为后续心脏移植的过渡桥梁。该患者队列代表了终末期心力衰竭患者中病情最为严重的群体，通常已无其他合适的长期治疗选择。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
全人工心脏（植入套件）	Syncardia	500101
PRECLUDE 心包膜	Gore Medical	1PCM101
光滑圆形生理盐水植入物	Mentor	350-1645
CoSeal 外科密封剂	Baxter	93407