左心室輔助裝置植入患者運動訓練的理論與實踐進展

羅澤汝心,王渝強,張秀,郭應強,喻鵬銘

左心室輔助裝置(Left heart assist device, LVAD)是一種為準備接受心臟移植或那些無法進行移植手術患者的一種替代治療方式。我國在該領域的研究開展相對較早,萬峰教授團隊于1991年完成了國內首例LVAD植入手術[1]。近年來,國內在該領域取得了突破性進展,其有效性和安全性已經得到了廣泛的驗證[2]。隨著LVAD技術的成熟,植入后患者的生存期不斷延長[3],這對該類患者的生活質量提出了更高的要求。然而LVAD患者的運動耐量和生活質量恢復并不如人意[4]。有研究報道,該類患者術后遠期的最大攝氧量仍然停留在低水平(10～17ml/kg/min)[5-6]。基于心臟康復在改善心力衰竭患者功能能力和預后的共識[7-8],人們期望把這些經驗運用于LVAD患者中。越來越多的研究表明以運動訓練(Exercise training,ET)為基礎的心臟康復計劃能夠讓LVAD患者獲益,這主要體現在運動耐量和生活質量方面[9]。對于該領域,目前在國內除了一些個案報道的觀察性研究,目前還沒有心臟康復計劃對LVAD患者圍手術期的安全性和效果的隨機對照試驗[10-12]。同時,在全球范圍內LVAD患者的心臟康復參與率仍然低下[13]。一項來自北美的調查發現該類患者的心臟康復參與率僅有30%[14],其主要障礙包括:物理治療師對該類患者有限的認知、臨床專家重視不夠以及目前缺乏指南和標準化的臨床指導。本文針對目前國內外研究現狀在LVAD術后運動生理學理論的基礎上,總結了該類患者進行ET方案的進展,為從事該領域心臟康復的同行提供參考。

1 LVAD患者運動過程中生理反應

LVAD的基本原理是通過抽吸左心室的血液輸送到主動脈來幫助心力衰竭患者減輕負荷的機械輔助裝置。目前旋轉式血泵已經發展到第三代全磁懸浮離心式連續血流裝置[15]。新一代的裝置普遍采取連續血流固定流速模式,提供3～10L/min的流量以保證器官灌注水平[16]。然而,運動是一個需要人體多個系統參與的生理過程,除心血管系統以外,呼吸系統和骨骼肌也扮演著同樣重要的角色,任何一個系統的限制都影響患者的運動耐量。

1.1 影響LVAD患者運動耐量的心血管因素 LVAD植入術后患者運動時心血管系統發生了明顯的變化。一般情況下,心輸出量會隨著運動負荷的增加而呈線性變化,這種變化主要來自于心率和心臟收縮舒張水平的增加,這使得極量運動時的心輸出量會增加4～6倍[17]。患者的心輸出量主要由LVAD機械泵的做功產生,一般被稱為泵流量即單位時間內流經血泵的血流量[17]。泵流量主要由轉速和跨泵壓力差兩方面的因素決定[18]。跨泵壓力差常用“ΔP”表示,其定義是泵出口和入口的壓力差。LVAD中ΔP的大小主要取決于患者左心室殘存的收縮能力和血管外周阻力。在運動過程中LVAD患者殘余的心臟收縮能力使得左心室充盈壓力提高改變了跨泵壓力差,從而增加泵流量[15]。然而這種增加通常是有限的,這使得LAVD患者雖然能夠執行低到中等強度的日常生活活動,但無法滿足更高強度的運動需求[17]。除此之外,右心功能、肺動脈高壓以及外周血管阻力等也是影響泵流量的主要因素。運動時心臟對心輸出量的貢獻取決于右心室和左心室收縮儲備的相互作用。因此,右心功能障礙會導致左心室前負荷不足從而限制患者運動時的心輸出量進而影響患者的運動耐量[19]。右心功能衰竭在晚期心力衰竭患者中很常見,而且被認為是LVAD患者重要的預后因素[20]。

1.2 影響LVAD患者運動耐量的呼吸因素 受心衰終末期繼發性肺動脈高壓和長期的臥床等因素的影響,LVAD患者常常合并嚴重的呼吸功能障礙[21]。有證據顯示雖然接受了LVAD植入后患者的肺淤血和死腔通氣得以改善,但肺功能似乎并沒有得到提高[22]。Diopoulos等[23]對比該類患者6個月的肺功能測試結果發現大部分患者的呼吸肌力和最大自主通氣等指標僅為預計值的一半。在一項納入44名LVAD患者的隊列研究中發現相比術前,患者術后的Tiffeneau-Pinelli指數和一秒率(Forced expiratory volume in one second,FEV1)等肺功能指標并沒有明顯的提高[24]。這些結果提示LVAD植入可能并不能完全改善此類患者的呼吸功能障礙,而且呼吸功能障礙也可能成為影響患者運動耐量的重要因素。

1.3 影響LVAD患者運動耐量的外周骨骼肌肉因素 終末期心力衰竭患者可因活動受限和代謝失衡等原因造成全身肌肉退化和體重減輕,甚至發生惡病質。這些外周骨骼肌肉的改變與 LVAD患者的運動能力、生活質量和死亡率密切相關[25]。Kerrigan及其同事報道了LVAD患者肌力和耐力與運動能力和生活質量的關系[25]。其結果顯示,股四頭肌肌力與堪薩斯城心肌病問卷得分有相關性(r=0.58,P=0.006)。Yost等[26]的研究結果也顯示了LVAD術前患者肌力握力與住院時間密切相關。這些證據都提示外周骨骼肌肉的限制可能是影響LVAD患者運動耐量的重要因素之一[27]。當然,除心血管系統、呼吸系統以及外周骨骼系統之外,還應注意其它影響因素。比如,長期貧血也是LVAD患者再入院的重要預測因素[28]。實際上,在機械輔助裝置下患者的運動生理過程是極其復雜的,至今還有很多未知的領域值得探索。

2 LVAD患者ET的現有證據

2.1 安全性 安全性是開展臨床新干預方法的前提,Morrone等[29]首次報道了LVAD患者進行ET的安全事件發生情況。該研究中34名參與者一共進行了1878個療程(1390小時)的ET,其中出現了4起輕微安全事件,但沒有任何嚴重的不良事件發生。這四項不良事件主要與訓練中發生的泵流量下降相關,這提示在該類患者ET中需要特別注意設備的參數變化。最近,Alsara等[30]的綜述中總結了關于LVAD患者 ET安全事件的結果,納入的4項研究中僅有一項有不良事件的報道,但并未出現死亡等嚴重不良事件。基于目前有限的證據可以初步得出在醫療監督下進行規范的ET對這類患者是安全的。相對于其他心血管疾病,這類患者發生惡性心律失常、心肌梗死、中風、和出血等惡性事件的風險更高[31]。因此強調每次的訓練過程中需要整個多學科團隊尤其是ET執行者對患者進行謹慎評估和在整個訓練計劃初期對患者進行嚴密的監測。

2.2 有效性 以ET為基礎的心臟康復計劃主要目的是提高LVAD患者的功能能力和生活質量。Liza等總結了近30年發表的對LVAD患者以ET為主要干預方式的臨床研究[9],其結果顯示ET組患者的功能能力顯著改善,其結果主要反映在峰值攝氧量和六分鐘步行測試距離上。Toufik等[32]在2017年發表的系統綜述和薈萃分析中定量分析了納入的3項有關研究。其結果表明ET組增加了3個單位的公斤攝氧量(95% CI, 0.64-5.35,P=0.001),同時6min步行距離平均增加了60m(95% CI, 22.61-97.50,P=0.002)。對于LVAD植入術后患者生活質量的研究目前主要采用的評估方法包括明尼蘇達心衰問卷、堪薩斯城心肌病問卷調查和SF-36健康量表3種方式進行量化[4]。不同評估方式均顯示ET能夠顯著提高該類患者的生活質量[33]。

2.3 開展時機 對于LVAD術后開始ET的時機,目前尚未有明確的指南建議。回顧之前的研究,ET干預方案主要集中在LVAD植入后的1周至3個月期間執行[34]。在臨床實踐中LVAD患者的ET是圍手術期康復的一部分,即從監護室和術后早期就應該為ET的開展做準備。術后早期康復治療主要干預目標是幫助患者早期活動和減少術后并發癥的發生[35]。其次,ET計劃需要根據患者病情變化作動態調整,干預開始的決策應該由多學科團隊中心臟外科或重癥醫學專家開授。

2.4 ET前評估 大部分LVAD患者都處于心力衰竭終末期,心臟手術的打擊使得更加虛弱,因此在ET計劃初期需要對患者的病情和運動風險進行嚴格的評估。該類患者術后在監護室或早期的評估原則與其他心臟外科患者沒有本質的區別,推薦參照重癥康復物理治療的指南進行評估[36]。內容包括病史,以及疾病前的運動能力水平、基本生命體征、傷口情況、心理和認知水平、活動能力、平衡、肌力耐力和功能能力等內容。同時,推薦此類患者每一次ET之前需要重點關注的臨床評估結果包括最近的影像學檢查和實驗室檢驗結果以及藥物的使用情況。主要包括與心血管系統相關的檢查如心電圖、心臟彩超或胸部CT等。近期重要的實驗室檢驗如心肌酶譜指標、凝血功能指標、血細胞指標、電解質水平和血氣分析。同時還要求每次ET之前干預人員檢查設備的工作情況如泵流量、血泵轉數、波形、運行電流/電壓和設備設備報警情況以及近期發生的重要臨床事件等信息。

2.5 ET特殊注意事項 LVAD患者在進行ET時應該避免Valsalva動作,同時因為大部分患者存在心臟變時功能障礙推薦該類患者在運動處方中設置足夠的熱身和放松時間。另外,為了保證設備的正常運行在運動時要避免突然的姿勢變化和彎腰運動。運動強度和時間設置強調循序漸進,為避免訓練造成的過度疲勞和體液流失,應該教授患者液體補充原則。對這類患者還應該強調訓練前后對設備進行嚴格消毒,并且建議在每次門診訓練后留觀15min。

2.6 ET禁忌或停止標準 基于LVAD患者的特殊性, 推薦干預者掌握LVAD患者ET的禁忌癥和停止標準[34, 37]。ET期間需要密切觀察運動不耐受相關的癥狀和體征(頭昏、嚴重的呼吸困難、胸痛或不適、心動過速和異常的血壓反應)。一般不推薦安靜時心率超過100次/min,吸氧狀態下氧飽和度仍低于90%的患者參與ET計劃。不明原因的發熱,新出現的出血或血栓癥狀/體征,懷疑發生復雜而頻繁的室性心律失常和近期體重的突然增加(1～3d內體重增加>1.8kg)的LVAD患者也是ET的禁忌癥。ET過程中需要嚴密關注LVAD設備運行情況,出現設備報警或參數異常(如泵流量小于3L)應該停止訓練。

2.7 ET實施方案 根據目前的證據,LVAD術后患者的ET方案主要包括有氧訓練和抗阻訓練[34, 37],根據運動處方的原則推薦LVAD患者ET運動類型,干預的強度,頻率和時間。

2.7.1 有氧訓練方式的選擇 考慮到安全性推薦LVAD患者早期院內有氧運動方案中選擇踏車的方式以便于觀察設備參數。在出院后門診和居家心臟康復方案則推薦患者以步行或慢跑為主的運動方式。同時,基于安全的考慮不建議患者參與游泳或其他類型的水上運動。

2.7.2 有氧訓練時長和頻率 LVAD患者在有氧訓練在時長和頻率方面相對其他病種并沒有特殊的要求。目前的專家共識推薦進行每周3～5次ET[34, 37]。LVAD患者在運動前后需要足夠的熱身和放松時間,特別是存在心臟變時功能障礙的患者[34, 37]。

2.7.3 有氧訓練強度和進階 LVAD患者ET的強度需要根據個體情況和術后的不同階段進行個性化地設計。術后早期的ET計劃中不應強調訓練的強度[34, 37],而是應該從低強度患者能夠承受的范圍內,逐漸增加訓練時長。如果患者因為過度虛弱而不能承受最低強度的連續有氧訓練模式,可以考慮間歇的方式進行代替[38]。推薦目標負荷訓練20～30s然后讓患者休息40～60s的間歇性訓練[34, 37],隨著患者體適能的提高需要不斷調整時間比例。門診康復階段推薦強度為峰值攝氧量的40%～60%或自感勞累分級13～15的訓練強度。

2.8 抗阻訓練 LVAD患者在日常生活中需要負重至少2kg的電池設備,因此術后早期對患者進行肌肉力量和耐力訓練十分必要。下肢的抗阻訓練在監護室即可開始。圍手術期推薦抗阻訓練主要以下肢閉鏈運動方式為主。出院后穩定期在康復門診或社區康復中心推薦彈力帶或者運動器械。推薦進行每周3～5次抗阻訓練,每次訓練時間15～20min,訓練強度控制在自感勞累分級13～15。關于此類患者上肢的抗阻訓練介入時機,在沒有更多證據推薦的情況下目前仍遵循美國運動醫學院發表的指南[34, 37],在12周后才開始輕度到中等強度的抗阻訓練。

3 結語與展望

在未來,LVAD植入后基于ET的心臟康復必將扮演越來越重要的角色,因為僅僅延長生存時間已經不能滿足該類患者的需求。而ET在提高該類患者的運動能力和生活質量方面已經得到了初步證實。當然目前該領域的研究還存在一定的局限性。①對LVAD植入候選者進行術前預康復的研究目前處于未知領域。大部分LVAD植入候選者都是處于心衰末期,這些患者術前的生理和心理狀態普遍不佳。基于在心臟外科的經驗,術前以ET為基礎的預康復能夠提高患者抵御手術打擊的能力,減少患者術后并發癥的風險和住院時間[39]。遺憾的是目前還沒有相關的研究報道LVAD植入候選者進行預康復的價值。②目前仍缺乏術后長期居家心臟康復的研究和遠期觀察結果。目前大部分的研究都集中基于術后短期(術后1周～3個月),大于12周或者基于居家ET的研究仍缺乏[18],同時ET對于該類患者遠期的生存率和再入院率的結果目前仍然沒有報道。在新冠流行的大背景下隨著數字醫療和遠程康復在心衰患者中的安全性和有效性被逐步驗證[40],希望有研究聚焦該主題。③對于LVAD患者目前基于證據的物理治療方法單一。目前的研究僅限于有氧訓練和抗阻訓練,一些針對性的功能訓練如吸氣肌訓練的安全性和有效性在該類患者中并沒有得到足夠的驗證,這使得面對該類患者基于證據醫學的康復手段手段單一。因此我們呼吁未來有更多的物理治療手段的安全性和有效性在LVAD患者中驗證。

綜上,本綜述在總結LVAD運動生理學理論的基礎上,結合目前臨床證據和實踐經驗總結了該類患者的ET評估和干預的主要內容及注意事項為臨床實踐提供參考。LVAD植入術后患者作為心臟康復的新領域值得更多的探索。