方振宇,付迎欣,鄭虹(天津市第一中心醫(yī)院移植外科,天津 300192)
隨著器官移植技術(shù)的日益發(fā)展與成熟,眾多終末期器官功能衰竭患者應(yīng)接受移植手術(shù)而獲得新生;與此同時,移植器官短缺的形勢日趨嚴峻。解決器官短缺,一方面需要擴大器官來源,另一方面需要提高捐獻器官的利用率。與傳統(tǒng)冷保存相比,器官機械灌注具有很多優(yōu)勢,近幾年,這種傳統(tǒng)并又復興的保存方式,使某些過去認為不可利用的器官得以利用,并取得了良好的臨床效果[1]。關(guān)于灌注液的研究是機械灌注研究中的核心環(huán)節(jié)之一,本文擬簡述器官低溫機械灌注液的研究進展。
1969年,美國Collins發(fā)明了世界上最早在臨床使用的冷保存液,Collins液[2]。該液成分簡單、價格低廉,是一種高鉀、高鎂、低鈉的細胞內(nèi)液型冷保存液。1976年,歐洲移植協(xié)會改進了其配方,去掉了其中的鎂離子,形成Euro-Collins液 (EC液)。但是,由于其采用葡萄糖維持滲透壓,會導致組織明顯的酸中毒而嚴重影響供體質(zhì)量,目前已很少使用。
1987年,Belzer等在威斯康辛大學研發(fā)出一種新的保存液—UW液(University of Wisconsin)。UW液使用大分子物質(zhì)乳糖鹽、棉子糖和羥乙基淀粉代替Collins液中的葡萄糖,不但可以抑制細胞水腫,也避免了葡萄糖引起的酸中毒。UW液含有的磷酸鹽緩沖對也可以有效緩沖組織酸化。UW液中含有的谷胱甘肽、別嘌呤醇可以對抗氧自由基對組織的損傷。
事實上,1967年Belzer和Starzl在器官保存和移植探索的初期階段都是使用的連續(xù)灌注方法,只是由于技術(shù)復雜、設(shè)備昂貴等因素,以及冷保存液的興起,使得這一技術(shù)在很長一段時間內(nèi)淡出了人們的視線。隨著技術(shù)進步、成本降低,與單純冷保存相比,機械灌注的優(yōu)越性再次得到了移植醫(yī)生的青睞,有關(guān)研究也成為了近幾年移植領(lǐng)域的熱點之一。由于機械灌注時乳糖醛酸鹽是無效的,因此,威斯康辛大學使用的灌注液與UW保存液相似,只是重新用葡萄糖鹽換掉了乳糖醛酸鹽。這就是目前低溫機械灌注液的標桿,KPS-1液。
2.1 KPS-1 :即 Belzer MPS,又稱 UW-G[3]。它是目前公認的標準腎臟機械灌注液。與UW液相比,KPS-1增加了葡萄糖、甘露醇、核糖及HEPES緩沖液,減少了棉子糖、乳糖醛酸鹽及硫酸鹽,用腺嘌呤代替了UW液中的腺苷。與UW液的相似之處是,KPS-1也以5%羥乙基淀粉維持膠體滲透壓,通過別嘌醇及谷胱甘肽對抗氧自由基,通過磷酸鹽抑制組織酸中毒。作為低溫機械灌注液的標桿,當需要評價一種新的灌注液時,通常都以KPS-1液為標準。
2009年,歐洲1項隨機對照研究表明,使用KPS-1低溫灌注保存的腎臟較之傳統(tǒng)冷保存,移植腎延遲恢復(delayed graft function,DGF)發(fā)生率明顯降低(20.8%比25.6%),DGF時長也有所縮短(10天比13天),移植物存活率得到顯著提升(94% 比 90%)[4]。
2.2 HTK液和custodiol-N液:HTK液(histidinetryprophane-ketoglutarar solution) 即 custodiol液,是20世紀70年代由Brtschneider等研發(fā)的,最早是用于心臟移植的非高鉀停搏液。其基本組成為組氨酸、色氨酸及酮戊二酸。組氨酸是比UW液中磷酸鹽作用還要強大的緩沖對,色氨酸及酮戊二酸能促進心肌缺血/再灌注期間三磷酸腺苷(triphosadenine,ATP)的產(chǎn)生,保護心肌細胞的完整性,減輕細胞水腫。而且,與UW液相比,HTK液還具有不含黏滯度高的膠體,可以快速均勻灌注到器官的優(yōu)點。因為低鉀,HTK液可以減少鈣超載造成的細胞損傷。HTK液中的其他成分如甘露醇可以有效減少細胞水腫的風險,谷胱甘肽則是氧自由基清除劑。
低溫持續(xù)有氧灌注在改善組織與細胞代謝的同時卻增加了氧自由基的損傷,為此,2008年,Rauen等[5]改進了HTK的配方,創(chuàng)造出一種新型灌注液即custodiol-N液。相比于HTK,custodiol-N液添加了甘氨酸和丙氨酸來抑制細胞缺氧損傷,并用新的鐵螯合劑LK614抑制氧自由基所介導的損傷。2015年,Minor等[6]的研究發(fā)現(xiàn),在有氧灌注情況下,與KPS-1相比,custodiol-N液能夠更好地保護移植物。
2.3 Polysol液:該液由阿姆斯特丹大學基于4℃時器官仍存在代謝的理論研發(fā)而成,用于常溫機械灌注及低溫保存。Polysol含有豐富的氨基酸、維生素和抗氧化劑,目前仍需實驗和臨床證明其保存效果。Bessems等[7]的研究表明,與傳統(tǒng)冷保存以及UW-G機械灌注的肝臟相比,Polysol液灌注的肝臟轉(zhuǎn)氨酶水平更低,而膽汁排泌量、氨清除率更高。由于試驗只是使用了無心跳供體,作者指出尚需在更普遍層面上進行對比研究。
2.4 IGL-1液:由法國里昂集團Georges Lopez研究所開發(fā)。其特點是用聚乙二醇(PEG)代替UW液中的羥乙基淀粉作為膠體物質(zhì),同時有仿Celsior液的細胞外液型成分。研究發(fā)現(xiàn),聚乙二醇能黏附到細胞和組織表面,通過空間位阻的方式起到免疫偽裝的作用,從而改變供體器官的免疫原性,能起到減輕移植后排斥反應(yīng)的作用[8]。IGL-1液對肝和胰腺保存效果與UW液接近,腎臟保存效果優(yōu)于UW液。
Badet等[9]在豬模型上進行的研究表明,IGL-1液對于腎臟的保存效果優(yōu)于UW液,腎小球濾過率明顯高于 K-UW。Tabka等[10]的研究則證實,IGL-1液通過一氧化氮依賴的機制而對肝臟的保存效果優(yōu)于Celsior液。
2.5 Vasosol液:即VSL液。該液在Belzer MPS的基礎(chǔ)上添加了一些改善缺血/再灌注損傷的特殊成分[11]。這些成分包括:α-酮戊二酸作為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物,在復氧過程中通過提供能量底物保護線粒體;L-精氨酸是血管舒張因子一氧化氮的前體;N-乙酰半胱氨酸為抗氧化劑,是氧自由基清除劑谷胱甘肽的前體;硝酸甘油是一種血管擴張劑,可作為一氧化氮供體,同時可以調(diào)節(jié)血管舒張;前列腺素E1也是一種血管擴張劑,可以舒張血管、保護腎臟、抑制中性粒細胞及血小板聚集,同時也是一種膜穩(wěn)定劑。
Guarrera等[12]首先使用了Vasosol液進行低溫機械灌注保存肝臟的臨床試驗,結(jié)果顯示,早期移植物功能不良的發(fā)生率、血清損傷標記物水平均低于冷保存組,患者的住院時間也明顯縮短。
2.6 Celsior液:Celsior液由Menasche等在1994年研發(fā),最初用于心臟保存。Celsior液以乳糖醛酸作為滲透壓成分,但使用組氨酸緩沖系統(tǒng),可以說結(jié)合了UW液和HTK液的優(yōu)點。Celsior液其他重要成分還包括甘露醇、谷胱甘肽和谷氨酸。Celsior液是目前唯一一種高鈉低鉀的細胞外液型保存液,其低鉀限制電壓依賴性鈣通道的開放,從而限制鈣離子進入細胞內(nèi);高鈉限制鈣內(nèi)流,避免平滑肌細胞膜的去極化。該液采用鋁箔包裝,谷胱甘肽不易氧化。Celsior液不含膠體成分,黏滯度低,具有快速均勻灌注的優(yōu)點。
Catena等[13]的研究顯示,用Celsior液對移植腎進行脈沖灌注效果良好,移植物存活率為90%,患者的存活率為100%,DGF的發(fā)生率為10%。
2.7 HCA液和HCA-Ⅱ液:即高滲枸櫞酸鹽嘌呤液,俗稱“腎?!保堑诙娽t(yī)大學長征醫(yī)院研發(fā)的一種腎臟灌洗和低溫保存液。HCA-Ⅱ主要改進為:① 離子濃度調(diào)整為細胞內(nèi)液型(高鉀低鈉),細胞內(nèi)外離子濃度相似,使細胞內(nèi)外離子交換減少,能量消耗減少,有利于再灌注時迅速恢復跨膜陽離子梯度。② 以10:1的組氨酸/組氨酸鹽酸替代甘露醇,能明顯抑制組織酸化,也可避免甘露醇對腎臟的損傷。③ 加入右旋糖酐40(DEX-40),黏稠度低于羥乙基淀粉,在提高血漿膠體滲透壓的同時可以擴張血管,有助于進行再灌注。④ 加入具有清除氧自由基作用的川芎嗪,同時具有抗血小板聚集及擴張小動脈改善微循環(huán)的作用。川芎嗪還具有鈣拮抗效應(yīng),能抑制離體細胞對鈣離子的攝入,避免了細胞內(nèi)鈣超載引起的細胞損傷[14]。
為了更有效地利用每一個供體器官,需要我們深入研究離體器官的代謝與組織損傷特點,在現(xiàn)有機械灌注液的基礎(chǔ)上,趨利避害,盡可能完整、長時間地保護器官的活性,使盡可能多的終末期器官衰竭患者從器官移植中受益。