劉英明 趙力 薛寧 李田昌 楊曄 周偉
100048北京,中國人民解放軍海軍總醫(yī)院心內(nèi)科
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·綜述·
心臟收縮力調(diào)節(jié)器治療慢性心力衰竭的研究進展
劉英明 趙力 薛寧 李田昌 楊曄 周偉
100048北京,中國人民解放軍海軍總醫(yī)院心內(nèi)科
心力衰竭即使優(yōu)化藥物治療也難以阻止疾病的進展。心臟收縮力調(diào)節(jié)器(CCM)是治療心力衰竭的一種新器械。本文將對CCM概念、作用機制、在慢性心力衰竭中的應用以及優(yōu)勢幾方面進行綜述。
心力衰竭; 心臟收縮力調(diào)節(jié)器; 非興奮性刺激
心力衰竭是多種心血管疾病共同的最終結局,即使優(yōu)化藥物治療(optimal medical therapy,OMT)也難以阻止疾病的進展。對符合適應證的人群,心臟再同步化(cardiac resynchronization therapy,CRT)治療能提高心臟泵血功能,改善生活質(zhì)量和運動耐量,降低住院率和死亡率[1]。但符合CRT指征的患者大約只占所有心功能不全患者的70%,且接受CRT的患者中還有25%治療效果不佳[2]。近年研究證實心臟收縮力調(diào)節(jié)器(cardiac contractility modulation,CCM)可以增強心力衰竭患者的心肌收縮力,改善心功能,逆轉心肌重構,有可能成為心力衰竭治療的新選擇[3]。本文將對CCM概念、作用機制、在慢性心力衰竭中的應用以及優(yōu)勢幾方面進行綜述。
目前的CCM是來自于美國Impulse Dynamics公司的Optimizer系統(tǒng),其工作原理是在心肌的絕對不應期發(fā)放雙向強刺激(電壓7.73 V,脈寬5.14 ms)。Optimizer系統(tǒng)包括一個可充電的脈沖發(fā)生器、一根右房電極和兩根右室螺旋電極、體外程控儀和充電器。脈沖發(fā)生器大小與埋藏式心臟轉復除顫器脈沖發(fā)生器相當,可通過體外程控儀進行參數(shù)的設置。心房電極用來感知,確保脈沖在合適的時間發(fā)放,如果有室性心律失常也會抑制脈沖發(fā)放;心室電極植入部位是右側室間隔,用來感知局部電活動以及發(fā)放刺激信號,要求兩根電極至少距離2 cm。在植入的過程中需在左室置入微量測壓計(Millar catheter),對急性刺激反應左室dP/de>5%的位置才能固定右室電極。第一個心室電極監(jiān)測到局部電活動后第二個心室電極發(fā)放刺激信號。植入的并發(fā)癥與起搏器植入類似:如氣胸、心律失常、電極移位等。在CCM植入過程中,如果心室電極太靠前可能會刺激肋間肌肉,引起胸痛。
CCM信號在絕對不應期發(fā)放(大約在QRS波起始后30 ms),由于是在絕對不應期刺激,不會引起新的電和機械活動,因此CCM信號也稱非興奮性刺激(non-excitatory stimulation),不會打斷正常傳導順序,也不會觸發(fā)室性心律失常。CCM應用后在即時和遠期都能產(chǎn)生有益的血流動力學作用,且不受QRS持續(xù)時間影響[4-5]。CCM發(fā)揮作用的確切機制還不清楚,可能與以下因素有關[6]。
2.1 對細胞內(nèi)鈣離子水平的影響
2.1.1 對肌漿網(wǎng)鈣釋放的影響 1971年Rogel和Hasin[7]在犬的動物模型中發(fā)現(xiàn),在心臟絕對不應期給予刺激可改善心肌興奮性。Brunckhorst等[8]以離體的兔乳頭肌作為對象進行研究證實蘭尼堿可減弱CCM引起的心肌收縮力,提示其機制和肌漿網(wǎng)蘭尼堿受體介導的鈣離子釋放相關。
2.1.2 增加受磷蛋白磷酸化 Ca2+-ATP酶是控制Ca2+從肌漿網(wǎng)釋放的關鍵離子泵,磷酸化的受磷蛋白可以降低對肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶的抑制作用,使細胞內(nèi)Ca2+水平升高,心肌收縮力增強。Imai等[5]在犬心力衰竭模型中發(fā)現(xiàn)在CCM信號發(fā)放數(shù)分鐘內(nèi),從室間隔CCM刺激位置臨近區(qū)域所取的組織受磷蛋白磷酸化增加。
2.1.3 減少活性氧族產(chǎn)生 CCM刺激可能通過減少活性氧族(ROS)產(chǎn)生,激活CaMKⅡ,使心衰舒張期升高的Ca2+水平正?;?,以確保發(fā)揮的正性肌力作用長期影響是有益的而不是有害的[9]。
2.2 對基因表達和蛋白質(zhì)相互作用的調(diào)節(jié)
電磁場可以干擾DNA分子中的電子,特別是氫鍵中的電子,可能改變基因功能?;蛘{(diào)變和隨后的生化反應隨電磁場的頻率、刺激持續(xù)的時間和類型而變化[10]。Imai等[5]在犬心力衰竭模型中發(fā)現(xiàn)CCM刺激僅僅數(shù)小時后,臨近刺激位置區(qū)域肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶基因表達增加。長期刺激在遠離區(qū)域也有同樣變化。β1腎上腺素能受體和蘭尼堿受體水平在CCM組也升高。BNP基因在慢性心衰時表達增加,CCM刺激后,BNP基因表達正?;?,伴隨BNP水平顯著降低。心衰時基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)上調(diào),CCM長期治療發(fā)揮作用的另一方式可能是抑制MMP過度表達。在心衰心臟組織學分析時發(fā)現(xiàn),CCM長期治療減少MMP上調(diào),伴隨心肌纖維化密度降低[11]。CCM治療可以逆轉心臟不良胚胎基因序列表達,使肌漿網(wǎng)鈣循環(huán)基因和牽張反應基因表達正?;痆12]。
2.3 對心臟重構的影響
Morita等[13]對犬的心力衰竭模型進行短期研究表明,在給予持續(xù)6 h的CCM刺激后,左室射血分數(shù)(LVEF)和搏出量都得到明顯改善,而對照組無明顯改變。隨后對犬的動物模型進行了CCM治療慢性心力衰竭的長期研究發(fā)現(xiàn)CCM治療3個月后,LVEF明顯上升并且心肌重構顯著逆轉[14]。Rastogi等[11]發(fā)現(xiàn),CCM治療3個月能有效糾正心衰犬心室肌細胞骨架蛋白及MMP的異常表達,從而逆轉左室重構。有一個包括30例LVEF<35%心力衰竭患者的研究,盡管給予了OMT,但仍然有癥狀(NYHA Ⅲ),3D超聲測量基線參數(shù)。CCM治療3個月后LVEF增加5%,舒張末容積減少12 ml,收縮末容積減少7 ml,表明逆轉了重構[3]。
Pappone等[15]進行了首個關于CCM的長期臨床研究,總共入選13例藥物難治性心力衰竭患者(NYHA Ⅲ級),在首個8周內(nèi)CCM每日發(fā)放3 h,在隨后的24周內(nèi)每日發(fā)放7 h。結果發(fā)現(xiàn)LVEF由22.7%±7%上升至28.7%±7%。Stix等[16]的臨床研究入選25例藥物難治性心力衰竭患者(NYHA Ⅲ級,LVEF≤35%),其中23例成功植入Optimizer系統(tǒng),隨訪8周后患者的NYHA分級明顯改善,LVEF由22%±7%升至28%±8%。
FIX-HF- 4是一個隨機、雙盲、雙交叉研究,納入了168例EF<35%的心力衰竭患者(NYHA Ⅱ或Ⅲ),CCM治療3個月后高峰攝氧量(peak VO2)增加0.6 ml·kg-1·min-1,明尼蘇達心力衰竭生活質(zhì)量評分(Minnesota living with heart failure questionnaire,MLWHFQ)降低3分,證明CCM治療有效[17]。在打開和關閉CCM期間,不良事件報告差異無統(tǒng)計學意義。
FIX-HF-5是迄今為止關于CCM的最大規(guī)模臨床試驗[18],囊括了美國近50個中心。包括了428例盡管給予OMT治療,心功能仍然在Ⅲ~Ⅳ級(NYHA)的心力衰竭患者,QRS波窄(平均101 ms),LVEF<35%(平均25%)。按照1∶1模式,患者隨機分為OMT+CCM組(215例)和單獨應用OMT組(213例)。主要安全終點是12個月的全因死亡率和全因住院率。有效性終點包括6個月時與基線比較的運動耐量和生活質(zhì)量改變,通過非劣效比較評估。運動耐量通過無氧閾值(VAT)和Peak VO2反映。對治療有反應的患者定義為VAT增加超過20%的患者,主要有效性終點是比較每組對治療有反應者占的百分比。研究達到了安全終點,在近1年隨訪后,OMT組報告了103例不良事件(52%),OMT+CCM組報告了112例不良事件(48%)(P>0.05)。由于VAT變化在兩組之間差異無統(tǒng)計學意義,研究沒有達到有效性終點。但二級有效性終點Peak VO2和MLWHFQ在CCM組都有改善。OMT+CCM組的Peak VO2量增加了0.7 ml·kg-1·min-1(P=0.024);MLWHFQ降低了9.7(P<0.000 1)。對EF25%~45%患者亞組分析表明都達到一級和二級有效性終點。FIX-HF-5C研究將重點關注CCM在這一人群的有效性[19]。FIX-HF-5C是一個比較CCM+OMT和單獨應用OMT的非盲、前瞻、隨機、平行對照臨床試驗,是對FIX-HF-5的確證研究。包括230例藥物難治性心力衰竭患者,竇性節(jié)律,EF 25%~45%,心功能Ⅲ~Ⅳ(NYHA),QRS持續(xù)時間≤130 ms。預計包括230例患者,患者按1∶1隨機分為CCM+OMT和OMT組(無假手術過程),CCM組每天接受5 h CCM治療。一級有效性終點是Peak VO2的變化,隨訪6個月。該試驗正在進行,結果尚未公布。
R?ger等[20]對2002年12月至2013年5月間CCM治療的70例心力衰竭患者進行了隨訪研究,在基線和隨訪時記錄12導聯(lián)心電圖,測量QRS波持續(xù)時間。平均隨訪2.8年,QRS波時間從基線到隨訪時沒有改變(從112.0 ms到112.9 ms,P>0.05)。結論是CCM治療能預防心衰時慢性心室除極延遲,支持長期CCM治療的安全性,長期益處可能在于維持QRS波持續(xù)時間。Giallauria等[21]薈萃分析表明,與對照組相比,CCM治療能明顯改善Peak VO2,6 min步行距離和生活質(zhì)量。
Kuschyk等[22]分析了慢性心力衰竭患者CCM治療的長期有效性和存活率?;仡櫺苑治隽?004—2012年植入CCM的81例患者,平均年齡(61±12)歲。LVEF從23.1%±7.9%增加到29.4%±8.6%(P<0.05),平均NT-proBNP從(4 395±3 818)ng/L降至(2 762±3 490)ng/L(P<0.05),平均peak VO2從(13.9±3.3)ml·kg-1·min-1升高到(14.6±3.5)ml·kg-1·min-1(P=0.1),總的有臨床反應者(心功能改善至少1級以上)的比例為74.1%。隨訪期間有21例患者死亡(25.9%),1年和3年的死亡率為5.2%和29.5%,通過MAGGIC風險評分得出的1年和3年死亡率為18.4%(P<0.001)和40%(P>0.05)。3年隨訪期間所有事件對數(shù)等級分析發(fā)生率明顯低于預測值(P=0.022)。研究者得出的結論是CCM治療能夠改善生活質(zhì)量、運動耐量、心功能分級和NT-proBNP水平,死亡率低于通過MAGGIC評分的估計值。
4.1 不產(chǎn)生致心律失常作用
Brunckhorst等[8]以離體兔乳頭肌作為對象進行研究證實,不應期刺激并不引起額外的動作電位或心肌收縮,即無致心律失常作用。Yu等[3]發(fā)現(xiàn)應用CCM后左室收縮末容積明顯減少、LVEF明顯上升,24 h動態(tài)心電圖顯示室性期前收縮無改變,提示CCM治療有效且無致心律失常作用。Winter等[23]發(fā)現(xiàn)離體灌注的正常兔心臟應用CCM后室顫閾值降低。
4.2 不增加心肌氧耗
在犬心衰模型和心衰患者均顯示CCM治療不增加心肌氧耗。Butter等[24]在由微栓塞誘發(fā)的犬心衰模型中發(fā)現(xiàn)CCM治療2 h后LVEF增加,心肌耗氧量沒有增加。同樣,心衰患者在CCM治療30 min后左室功能增加,心肌耗氧量沒有增加。在CCM刺激后并不增加心肌氧耗,這與作用于cAMP的正性肌力藥物(如多巴胺、米力農(nóng))不同,這類藥物由于致心律失常作用,加速代謝和心功能惡化,使臨床預后更差。CCM可能對細胞生理有直接作用。
4.3 可用于CRT無反應的患者
CCM可以和CRT共存,相互之間沒有影響[25]。Nagele等[26]對16例CRT無反應的患者進行CCM治療,急性期患者左室dP/dtmax平均增加14%;在平均5個月的隨訪期間,心功能分級(NYHA)從3.4改善到2.8(P<0.01),LVEF從27.3%±5.0%升高到31.1%±6.0%(P<0.01)。研究者認為對于CRT治療無反應者,在無其他有效治療方案時,接受CCM治療是可行的。正在進行的FIX-HF-12將收集這類患者的資料。R?ger等[27]研究了在心衰伴房顫患者植入CCM的可行性。共有5例患者,已植入起搏器或CRT,將心房刺激信號作為P波,相繼釋放CCM信號,患者的臨床狀況得到改善(平均NYHA分級降低0.7,LVEF增加2%,MLWHFQ降低了15.6)。通過比較顯示,CCM對運動能力的益處與以前臨床試驗CRT所取得的益處類似[28]。QRS波群時限正常的心力衰竭患者,CRT治療并沒有帶來明顯益處[29],但CCM逆轉心臟重構的作用不依賴電-機械延遲[30]。
4.4 可體外充電
慢性心力衰竭患者植入CCM后每天治療多長時間合適?Kloppe等[31]研究表明每天5~12 h治療同樣安全有效。新的Optimizer TMⅣ型心臟收縮力調(diào)節(jié)器(Impulse Dynamics,New Jersey,USA)可體外充電,大約每周進行2 h充電即可,更換周期可以達到10年。
CCM在沒有增加心肌耗氧量的情況下,增加了心肌收縮力,長期應用可以逆轉心肌重構。CCM可能通過糾正心肌細胞鈣循環(huán)障礙和下調(diào)一些不利基因的表達等機制產(chǎn)生上述效應。應用CCM后心力衰竭患者的運動耐量及生活質(zhì)量均得到改善,尤其適合無CRT適應證的患者,有可能成為慢性心力衰竭患者器械治療的新選擇。2005年12月CCM在歐洲已獲得歐洲統(tǒng)一(Conformite Europeenne,CE)標志正式上市。在美國正在進行FDA要求的確證研究。阜外醫(yī)院也有2例擴張型心肌病患者植入了CCM。但CCM仍然缺乏大規(guī)模臨床試驗證實其治療心力衰竭的長期安全性,并且CCM依靠感知P波實現(xiàn)心室起搏,從而限制其在心房顫動或異位心律患者中的應用。
利益沖突:無
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(本文編輯:周白瑜)
ZhouWei,Email:zhouweillj2011@163.com
The progression of heart failure is difficult to prevent despite of optimal medication therapy used.Cardiac contractility modulator (CCM) is a new device for heart failure treatment.The concept,mechanism,values and advantage of CCM in application of chronic heart failure are discussed in this article.
Heart failure; Cardiac contractility modulation; Non-excitatory stimulation
周偉,電子信箱:zhouweillj2011@163.com
10.3969j.issn.1007-5410.2016.05.016
2016- 02-10)
Advance of treatment for chronic heart failure-- cardiac contractility modulatorLiuYingming,ZhaoLi,XueNing,LiTianchang,YangYe,ZhouWei
DepartmentofCardiology,NavyGeneralHospitalofPLA,Beijing100048,China