一项新的测试可以预测心脏病发作患者对机械泵的反应

每年，美国约有 50,000 人经历心源性休克——一种危及生命的疾病，通常由严重的心脏病发作引起，其中心脏无法泵出足够的血液来满足身体的需要。

这些患者中的许多人最终得到了机械泵的帮助，机械泵可以暂时帮助心脏泵血，直到它恢复到足以自行运作。然而，在这些患者中，近一半的额外帮助导致左心室和右心室之间的不平衡，这可能对患者构成危险。

在一项新的研究中，麻省理工学院的研究人员发现了这种不平衡发生的原因，并确定了使其更有可能发生的因素。他们还开发了一种测试，医生可以使用该测试来确定这种功能障碍是否会发生在特定患者身上，这可以使医生在决定是否使用这些称为心室辅助装置（VAD））的泵时更有信心。

“随着我们对这些技术如何与天然生理学相互作用的机制理解，我们可以提高设备的实用性。如果我们有更多的算法和基于指标的指导，这将简化临床医生的使用。这将改善这些患者的预后，并更广泛地增加这些设备的使用，“麻省理工学院研究生、该研究的主要作者Kimberly Lamberti说。

Edward J. Poitras医学工程与科学教授、麻省理工学院医学工程与科学研究所（IMES）所长Elazer Edelman是该论文的资深作者，该论文今天发表在 《科学转化医学》上。约翰霍普金斯大学医学院医学助理教授史蒂文·凯勒（Steven Keller）也是该论文的作者。

Edelman指出，“这项研究的美妙之处在于，它利用病理生理学洞察力和先进的计算分析，为临床医生提供了关于如何处理这些有价值的机械设备的爆炸性使用的简单指南。我们越来越多地在病情最严重的患者中使用这些设备，现在在如何优化其效用方面有了更大的策略。

心脏失衡

为了治疗正在经历心源性休克的患者，可以通过动脉插入经皮 VAD，直到它位于主动脉瓣上，在那里它有助于将血液从左心室泵出。左心室负责将血液泵送到身体的大部分器官，而右心室则将血液泵送到肺部。

在大多数情况下，一旦心脏能够自行泵血，该装置可能会在一周左右后被移除。虽然对许多患者有效，但在某些人中，这些设备会破坏右心室和左心室之间的协调和平衡，而右心室和左心室同步收缩和放松。研究发现，在接受VADs的患者中，高达43%的患者会出现这种破坏。

“左心室和右心室是高度耦合的，因此当设备破坏通过系统的流动时，这可能会暴露或诱发许多患者的右心衰竭，”Lamberti说。“在整个领域，众所周知这是一个问题，但造成这种情况的机制尚不清楚，并且预测哪些患者会经历它的指标有限。

在这项研究中，研究人员想弄清楚为什么会发生这种失败，并想出一种方法来帮助医生预测它是否会发生在给定的患者身上。如果医生知道右心也需要支持，他们可以植入另一个有助于右心室的 VAD。

“我们试图在这项研究中做的是在患者病程的早期预测任何问题，以便在达到极端失败状态之前采取行动，”Lamberti说。

为此，研究人员在心力衰竭的动物模型中研究了这些设备。在每只动物的左心室中植入VAD，研究人员分析了心脏功能的几个不同指标，因为该装置的泵送速度增加和减少。

研究人员发现，右心室对VAD植入反应的最重要因素是肺血管系统（在心脏和肺部之间输送血液的血管网络）对VAD引起的血容量和流量变化的适应程度。

如果该系统能够调整其阻力（通过血管的稳定血流减慢）和顺应性（进入血管的大血量脉冲减慢），则该系统能够最好地处理额外的流量。

“我们发现，在健康状态下，顺应性和阻力可能会非常迅速地变化，以适应由于设备引起的体积变化。但随着疾病的进展，这种适应能力会减弱，“Lamberti说。

动态测试

研究人员还表明，测量这种肺血管顺应性及其适应性可以提供一种方法来预测患者对左心室辅助的反应。研究人员使用八名接受过左侧VAD的患者的数据集，发现这些测量值与右侧心脏状态相关，因此预测了患者对设备的适应程度，验证了动物研究的结果。

为了进行这项测试，医生需要像往常一样植入设备，然后在测量肺血管系统的顺应性时提高速度。研究人员确定了一个指标，可以通过仅使用VAD本身和通常植入这些患者的肺动脉导管来评估这种依从性。

“我们创造了这种方式来动态测试系统，同时保持心脏的支持，”Lamberti说。“一旦设备启动，就可以运行这种快速测试，这将告知临床医生患者是否需要正确的心脏支持。

研究人员现在希望通过更多的动物研究来扩大这些发现，并在未来继续与这些设备的制造商合作，希望进行临床研究，以评估该测试是否会提供对医生有价值的信息。

“目前，很少有指标用于预测设备容差。器械的选择和决策通常基于每个机构医生的经验证据。有了这种理解，医生有望确定哪些患者对设备支持不耐受，并就如何根据右心状态最好地治疗每位患者提供指导，“Lamberti说。

该研究由美国国家心肺血液研究所资助;国立普通医学科学研究所;和 Abiomed。