本文回顾了主动脉内球囊反搏泵及其在当今医疗领域的应用。主动脉内球囊反搏泵（IABP）是一种生物医学设备，可以在不稳定性心绞痛或心脏病发作后帮助心脏工作。这种泵通常用于因心肌供氧或需氧水平失衡而导致心脏组织缺血的患者。通过反搏（一种使外部泵血与心脏收缩周期同步的技术），该设备可以平衡心脏正常泵血所需的血液供应和需求。主动脉内球囊反搏泵由以下四个部分组成：聚氨酯球囊、聚乙烯或柔性光纤导管、传感器和主动脉内球囊反搏泵控制台。过去，研究人员曾使用过生物相容性较差的其他材料，这些材料可能会在体内引起并发症。人们将认识到过去设计的局限性和当前设计的优点，因为研究人员可以利用它们来改进未来的设计。因此，对该设备的分析可能会在未来改进针对心脏病患者的设计和治疗。
一、简介心血管系统是人体中至关重要的系统，心脏是维持正常功能的关键器官。它使血液、氧气和营养物质能够被输送到身体的不同部位。心脏需要一定量的氧气才能继续正常工作（心肌氧需量），同时血液提供给心脏的氧气也有一个最大限度（心肌氧供量）。如果心脏的供需平衡不准确，就会被视为功能较弱，需要援助。医生对患有心脏病（例如心力衰竭）的患者提出的一项建议是使用主动脉内球囊反搏器（IABP）。
IABP是一种长而细的气囊，能够控制通过主动脉的血流。该设备试图平衡心脏所需的血液和氧气的供应与需求。要理解该设备的工作原理，有必要了解血液动力学的基本原理以及IABP的应用。如图1所示，流经心脏的血流开始时是脱氧的血液流入右心房（1），然后三尖瓣打开，将血液释放到右心室（2），然后它会流过肺动脉瓣并进入肺部，在肺部得到氧合。然后血液流入左心房，二尖瓣打开，使血液流入左心室（）。然后心脏通过主动脉瓣将血液泵出，并流入主动脉，将含氧血液输送到身体的不同部位（4）。IABP将在主动脉中加入这个循环，并采取机械循环支持的方法来治疗心脏疾病。
图1.人类心脏的解剖结构。IABP可通过对降主动脉内的球囊进行充气和放气来实现对心血管的支持。IABP的存在会导致头部和手臂的高灌注以及腹部和身体下半部分的低灌注。要将球囊放入主动脉，必须将导管插入股动脉，这导致充气时使用的动脉受阻。该动脉阻塞可能导致并发症，造成主动脉内血容量移位，导致内脏和大脑过度灌注。临床上，可以使用不同的辅助比率来改善特定部位的灌注。这使得IABP可用于治疗心源性休克、左心室衰竭和不稳定型心绞痛等多种心脏疾病。IABP和反搏术最早可以追溯到年，当时Kantrowitz首次描述了如何利用动物模型增加冠状动脉血流。年，Moulopoulos使用乳胶球囊和聚乙烯导管开发了IABP原型，通过反搏完成其功能。年，A.Bregman进行了一项新的研发，这是一种带有两个球囊的IABP，可阻断远端血流并增强通往大脑的近端血流。这些发现使得IABP在年之前就被用于多名患者。此外，IABP能够通过增加心肌氧供、降低心肌氧需求来改善心室功能。随着时间的推移，科学家们逐渐认识到IABP治疗的许多血液动力学效应，包括减少心脏的后负荷，增加主动脉舒张压力等。多年来，科学家们已经认识到IABP治疗对血液动力学的诸多影响，包括降低心脏后负荷和增加主动脉舒张压。二、IABP结构和适应证随着科学的进步，IABP也经历了巨大的发展。当前的设计可为血液动力学带来许多益处，但前提是必须使用适当的尺寸和设备。如图2所示，IABP通过股动脉插入；这一过程可以在重症监护室(ICU)、导管室或手术室进行。通过穿刺技术将IABP移至胸降主动脉的适当位置。为了确保手术正确进行，医生可能会使用荧光镜检查或直接拍摄X射线片来观察体内情况。插入后，控制台上的心电图（ECG）开始读取心脏的周期，并在舒张期开始时用二氧化碳或氦气给球囊进行充气。通常选择氦气，因为它具有更快的气体回收速度和较低的粘度，可以容纳更大的容积。这种治疗方法被称为反搏，其定义为舒张期充气和收缩期快速放气。由于主动脉瓣已经关闭，动脉压将会升高，从而使心输出量增加。当心脏收缩时，机器会将IABP放气，导致舒张压降低、心室紧张并增加每搏输出量。控制台上有一个频率设置，最初为1:2的比例，意味着每隔一个心跳将会辅助一次。患者在逐渐停用IABP而不是立即停用，这样可以避免因对泵器的依赖引起休克。图2.主动脉内球囊反搏泵(IABP)的机械装置。IABP可用于各种心脏疾病，但主要用于患有急性心肌梗塞和心源性休克的高危患者。另一个常见的适应症是高危患者接受冠状动脉旁路移植手术。使用IABP治疗严重心力衰竭患者显示，脑血流量增加了20%。这种血流量增加被认为是IABP的间接结果，因为它可以排出血液容量，从而增加冠状动脉血流。对于患有缺血性中风的患者来说，左心室后负荷的减少和脑灌注的增加是有益的，这也是医生使用IABP作为一种治疗形式的原因之一。研究还表明，该泵可用于接受移植手术的患者，使减少的脑血流恢复正常。IABP提供的主要好处，也是医生们利用的，是能够增强严重心脏病患者的脑血流。这种脑血流量的增加是在IABP治疗期间舒张期脑血流增加的结果。
与所有手术一样，使用IABP进行反搏也会出现并发症。据报道，有几种严重的并发症，如大出血、中风和全身感染。接受该泵治疗的患者中风率较高。研究表明，这可能是由于血液动力学的改变导致脑缺血或出血。医生们通过输血来防治上述并发症，但技术改进也起到了一定的帮助作用。例如，有一些新技术允许使用特定导管进行无鞘插入，以减少机械性血管并发症。多年来，IABP的四个主要部件（球囊、导管、IABP控制台和传感器）都经过了广泛的研究和修改，最终才得到当前的设计。
2.1.球囊
年，S.Moulopoulos及其同事对IABP进行了首次研究。所使用的球囊必须能够在特定时间阻断主动脉中血液的通过，这意味着它必须能够承受心脏内的压力。球囊应由不易破裂的材料制成，并且必须具有生物相容性。年，人们使用乳胶球囊来确保该装置能够正常封闭主动脉。这种情况在年发生了变化，当时研究人员开始使用不可膨胀的聚氨酯球囊，这意味着该材料的结构在膨胀力下顺应性较差，并且在力的作用下尺寸变化很小。之所以出现这种变化，因为这种材料是合成的，不会出现生物相容性问题，而乳胶是一种常见的过敏原。时至今日，聚氨酯球囊仍在使用，因为它们可以延长反搏的时间跨度。IABP是一种反搏装置，因此需要能够持续较长时间地外部泵入。从乳胶球囊到聚氨酯球囊的转变是必要的，因为它创造了一种安全高效的IABP，否则可能会出现故障问题。IABP的一个不利方面是为每位患者调整球囊大小。大小取决于患者的主动脉，而主动脉的大小可能与年龄、体重和体型有关。正确的球囊尺寸为患者锁骨下动脉到腹腔动脉的长度，直径为主动脉直径的95%。直径尺寸背后的解剖学推理是，%的闭塞可能导致主动脉壁和红细胞受损。如前所述，为了获得最大的血液动力学增益，拥有最佳闭塞率非常重要。球囊与主动脉的位置会造成不利因素和血液动力学益处的损失。如果球囊更靠近主动脉瓣，舒张压的升高幅度会更大。球囊尖端的位置应在左锁骨下动脉远端，近端应位于肾血管上方。目前的放置设计可以减少困难，对取得满意的效果非常重要。
2.2.导管
IABP有一根导管，将主动脉中的球囊与体外的监测机器和传感器连接起来。导管是一种可插入体内狭窄开口的柔软管道，可用于排出或注入液体。在这种情况下，导管用于将机器中的气体输送到球囊，反之亦然，以进行充气和放气。导管对于使用传感器监测降主动脉的动脉压非常重要。在年的首次测试中，研究人员使用了一种侧面有孔的聚乙烯导管。导管的远端被设计成闭塞状态，以便通过小孔进行充气和放气。这对设备的正常运行非常重要，因为导管形成了一个封闭系统，使适当的气压和气流能够流向球囊。图显示的是年提交的体外循环导管和组件专利。该设计的目标是使血液从血管流入导管体的阻力很小，同时减少压力损失。因此，Terumo和Sagae设计了一种导管，导管体是空心的，侧面有孔，这样当导管用于抽血侧时，施加的负压将通过远端的开口和侧面的孔分布。这将降低导管试图吸住血管壁的风险。
图.导管设计与年使用的类似，具有多个侧孔。
如图所示，过去的设计存在侧孔问题，因为侧孔为异物进入提供了方便。由于导管尺寸过大，插入导管的过程非常麻烦，而且还会产生并发症。为了改善这一过程，年，9Fr40mL导管升级为更小的7Fr40mL导管。这一变化减少了阻塞和血管并发症，但尺寸仍然是一个令人担忧的问题。随着时间的推移，工程师和研究人员设计出了第一根光纤IABP导管。这种新设计通过覆盖外部的耐磨材料实现更好的传输，并且不受阻尼或噪音的影响。并非所有医生都使用这种新型导管，但它是这种医疗设备急需的改进。柔性光纤导管能够监测心血管系统内的血氧饱和度。这种新设计使医生能够在体内进行校准，而不会有感染的危险，从而减少IABP治疗中出现血管并发症的可能性。
2..IABP控制台
控制台（监测仪器）是IABP的气体来源，它的存在是为了确保球囊能够正确地充气和放气。此外，监测系统还必须能够判断心脏正在工作的阶段，以免球囊在不正确的时间充气而导致并发症。监护仪使用心电图（ECG）来确定心脏所处的工作阶段，并在主动脉瓣关闭、压力和心输出量增加时用氦气为球囊充气。过去并不总是使用氦气；年，研究人员选择使用二氧化碳，但这种气体在导管中传输速度缓慢。二氧化碳的一个问题是，如果导管发生泄漏或破裂，可能会造成空气栓塞。之所以选择氦气，是因为氦气的粘度低，能够溶解在血液中，这意味着空气栓塞的风险已经解决。如前所述，监测仪器会根据监视器上显示的心电图将氦气释放到导管中。它能识别等电位（T-P）间期并为球囊充气，也能识别心室除极（QRS-T）间期并为球囊放气。在IABP的首次试验中使用了心电图；当时使用的是12导联心电图，这也是我们今天所熟知和使用的心电图。唯一不同的是，它包含在监测系统中，而不是一个单独的组件。心动周期的检测非常重要，这也是监视器非常关键的原因，但检测心脏压力的方法也同样重要。
2.4.传感器
在年的首次测试中，传感器被纳入IABP的设计中。其功能是将能量或信号从一种形式转换为另一种形式，然后显示在监视器上以供解读。对于IABP而言，持续监测血压非常重要，因为主动脉血压波的二峰折点用于确定球囊充气和放气的时间。之前的设计是一个预先校准的充液传感器，配有监测套件和闪光装置。这种装置有一些缺陷，如监测线路凝血和频率响应降低，从而导致无法知道何时充气或放气球囊。医生还可以使用微压计来测定血压，但这种设备非常昂贵，并且容易受到电气干扰。
该领域需要一种可靠且价格实惠的传感器，以更好地设计IABP。SchockWilliams和Walters最近的一项专利展示了一种连接有血压传感器的导管。导管顶端有一个微型压力计，末端连接一个充满液体的传感器。监测设备会读取微压计的信号，并与传感器的信号进行比较。可以通过比较平均血压来进行适当调整，从而改进IABP的治疗效果。如前所述，微型压力计可能存在电气干扰的风险，因此使用额外的传感器可以确保正常读取到正确的信号。如果微压计出现问题，将使用传感器的信号代替。这种设计将为使用IABP的治疗取得更充分的结果和进步。
三、其他反搏技术对于患有慢性或急性心脏疾病的患者，医学领域有许多治疗方法可以满足他们的特殊需求。如前所述，反搏是一种常用的技术，它使外部泵血与心脏相位同步，以帮助血液循环并减少心脏的整体做功。目前，有三种反搏形式在这些患者中使用：体外反搏、经皮反搏和植入式反搏。如下表1所示。体外反搏使用一种称为增强型体外反搏的方法来满足患者的需求。经皮反搏使用主动脉内球囊泵作为治疗患者的手段。最后，植入式反搏有三种不同的方法可供选择：Cardioplus、C-pulse和Symphony。
表1.反搏技术。
增强型体外反搏有一个气动袖带，放置在患者的小腿上，根据心动周期进行充气和放气（舒张期充气，收缩期放气）。这种技术不需要手术植入或抗凝治疗，但需要多次就诊治疗。如前所述，IABP是一种放置在患者降主动脉内的球囊，通过反搏发挥作用。这些反搏装置在舒张期充气，在收缩期迅速放气。种技术适用于短期使用，对血流动力学和代谢都有益处。球囊和导管的位置以及生物相容性问题使该方法存在问题。用于反搏的植入式设备包括Cardioplus、C-pulse和Symphony。Cardioplus是一种植入心脏的充气贴片。C-pulse是一个包裹在患者升主动脉上的袖带。Symphony是一种植入到患者右腋静脉附近的装置，类似于心脏起搏器的袋状口袋中。这些装置都需要植入，但可以提供按需和长期的心脏辅助。这些植入式装置的问题在于，如果患者日后需要手术或心脏移植，他们可能会出现并发症或不符合条件。总体而言，可以使用的反搏技术有很多，应根据患者的需求和每种技术的优点来选择方法。由于争议和并发症发生率的增加，医生对IABP治疗的推荐有所下降。对于急性心肌梗死伴有或不伴有心源性休克的患者来说，IABP的有效性和安全性引发了争议，但研究表明，哪种治疗方案对患者是有益的并没有明确的界定。推荐使用IABP的人认为其易于经皮插入是其优点。任何治疗方法都可能出现技术并发症，但对于IABP而言，插入技术和治疗持续时间是其主要缺点。表2总结了与IABP治疗的插入、治疗持续时间和生物相容性相关的并发症以及该治疗的好处。表2.技术并发症和优势。四、IABP的未来应用在过去的四十年里，主动脉内球囊反搏泵已被用于治疗多种心脏疾病。通常，该设备用于治疗不稳定型心绞痛、心律失常和心肌炎等问题。目前正在进行的研究是关于在手术前或一些不常用IABP治疗的疾病中使用该装置的研究。一些研究人员提出，IABP可用作高风险心脏手术的围手术期支持，这意味着如果病人进行了心脏移植，IABP可在新心脏植入后减轻对身体的压力。这一点非常重要，因为心脏移植手术对身体的影响很大，外科医生希望确保心脏与身体相容。如果能得到一些帮助，病人承受的压力就会减少，移植手术也有望正常融入人体。关于IABP的另一个建议用途是用于体外膜氧合治疗时的左心室扩张。体外膜氧合是一种生命支持形式，通常用于患有心脏疾病的婴儿、儿童和成人。它是一种心肺旁路，意味着在手术过程中它会接管心脏和肺部的功能。研究人员认为，在这一过程中，IABP将有助于缓解心室的肿胀。这意味着在进行旁路过程时发生不良反应的几率会降低。总的看来，IABP的未来取决于它是否能被批准用于患有其他疾病的病人，而不是所列的典型心脏病。研究人员已经付出了很大努力，试图从不同的角度利用该装置，以帮助患者取得突出的效果。富临塑胶供应IABP球囊原材料（聚碳酸酯聚氨酯、有机硅聚氨酯共聚物）邮箱：li
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