The Partial Support of the Left Ventricular Assist Device Shifts the Systemic Cardiac Output Curve Upward in Proportion to the Effective Left Ventricular Ejection Fraction in Pressure-Volume Loop

Takamori Kakino, et al.

Front Cardiovasc Med. 2020 Sep15;7:163

要旨

本研究では、重症左室不全患者に対する左室補助循環装置（LVAD）の影響について検討し、特にLVADとLV本来の心拍出量との関係に焦点を当て、LVADの総心拍出量を決定した。LVADを一般化循環平衡モデルに統合し、LVADが血行動態に及ぼす影響を予測する新しい枠組みを開発した。麻酔下でLV機能不全を誘発したイヌを用いて、研究者らはそのフレームワークをテストし、予測された血行動態と測定された血行動態がよく相関することを見出した。このことは、このフレームワークがLVADの血行動態への影響を定量的に予測できることを示唆しており、LVAD患者の安全管理に有用なツールとなる。

関連性
本研究は、LVADが左室総心拍出量にどのような影響を与えるかについての貴重な洞察を提供し、LVAD支持下の血行動態を予測するための枠組みを提供するものである。これは循環平衡に関する確立された知識を拡張し、LVADを効果的に方程式に組み込んだものである。このことは、LVADを装着した患者の管理を改善し、より安全で効率的なものにする可能性があるため、臨床的に重要な意味を持つ可能性がある。

Abstract

左室補助循環装置（LVAD）は重症左室不全患者の多くの命を救ってきた。最近では、Impellaのような低侵襲の経血管的LVADにより、重症患者の不安定な血行動態をサポートできるようになった。LVADの補助はLV総心拍出量（COTLV）を増加させ、その代償としてLV固有心拍出量（CONLV）を減少させるが、COTLVを決定する根本的なメカニズムはまだ確立されていない。本研究の目的は、そのメカニズムを明らかにし、既知のLVAD流量（COLVAD）下でのCOTLVを予測する枠組みを開発することである。
我々は以前、右房圧（PRA）と左房圧（PLA）の共通関数として、積分CO曲線とVR曲面からなる循環平衡の一般化された枠組みを開発した。統合CO曲線とVR曲面の交点が循環平衡を定義する。この枠組みにLVADを組み込むと、LVADは後負荷を増加させ、その結果CONLVが減少することが示された。LVAD支持下での全LV心拍出量（COTLV）は、COTLV＝CONLV＋EFe-COLVADとなる。ここでEFeは有効駆出率、すなわちEes／（Ees＋Ea）である。EesとEaはそれぞれ、LV収縮末期エラスタンス（Ees）と有効動脈エラスタンス（Ea）を表す。言い換えれば、LVADはEFe-COLVADだけLV総心拍出量曲線を上方にシフトさせる。対照的に、LVADはVR面や右室CO曲線を変化させない。
麻酔した犬6頭に左前下行動脈を冠動脈結紮してLV不全を作り、LVADを挿入してLVから血液を引き抜き、大腿動脈に送り出した。容積変化法を用いてCO曲線のパラメータを決定した。次に、COLVADを0から70-100ml/kg/分まで段階的に変化させ、提案された循環平衡を使用して血行動態を予測した。各段階における予測COTLV、PRA、PLAは、測定値とよく相関した（SEE；それぞれ2.8ml/kg/min 0.17mmHg、0.65mmHg、r2；それぞれ0.993、0.993、0.965）。提案されたフレームワークは、LV収縮機能とLVADサポートの相乗効果から生じる全CO曲線の上方シフトを定量的に予測した。提案したフレームワークは、LVADを装着した患者の安全な管理に貢献できる。

主要関連論文

1. “Mechanics of left ventricular contraction in chronic congestive heart failure” (Gaasch WH, 1994)
2. “Left ventricular assist device and drug therapy for the reversal of heart failure” (Rose EA, 2001)
3. “Partial left ventricular support with the Impella 2.5 device has a major unloading effect and allows safe, rapid recovery of severe heart failure: a new concept of ‘ventricular assistance’ to treat heart failure” (Remmelink M, 2007)
4. “Hemodynamic effects of left ventricular assist device-induced left ventricular volume unloading” (Hsu PP, 2009)
5. “Predictors of Left Ventricular Recovery in a Cohort of Pediatric Patients Supported by Left Ventricular Assist Devices” (Blume ED, 2019)

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