賈崧淏，韓杰， 貢鳴， 張宏家， 姜文劍（首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院-北京市心肺血管疾病研究所,心臟外科，心肺移植中心，心血管精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)北京實驗室，北京100029）

自從1967 年第1 例心臟移植手術(shù)以來，心臟移植手術(shù)始終是治療難治性終末期心力衰竭最有效的治療方法，據(jù)報道1 年生存率為85% ～ 93%，10 年的長期生存率高達(dá)69%［1-3］。近年來，心臟移植在手術(shù)技術(shù)、免疫治療、器官分配系統(tǒng)等方面都取得了重大進(jìn)展［4］。然而，在供體心臟保存方面，應(yīng)用最多的仍是傳統(tǒng)低溫保存法。這種保存策略不可避免的引入了時間依賴性缺血損傷，從而導(dǎo)致了植入后的再灌注損傷。此外由于可供移植的供體嚴(yán)重不足，心臟死亡供體（donation after circulatory death，DCD）引起了國外研究者們的注意［5］，然而即使采用可控的馬斯特里赫特Ⅲ或Ⅳ型供體仍不可避免的會經(jīng)歷一段無保護(hù)的熱缺血時間，傳統(tǒng)低溫保存法難以保障供體質(zhì)量［6］。心臟體外機械灌注可以在向心肌提供氧氣和營養(yǎng)的同時，從心肌中清除代謝廢物，減少缺血/再灌注損傷［7］，使DCD 心臟移植在澳大利亞和英國得到開展，甚至在國外一些中心，DCD 心臟移植已可以占到其心臟移植總數(shù)的三分之一［8］。本文將從心臟體外機械灌注的簡介和分類，以及相關(guān)研究進(jìn)展等方面綜述最新進(jìn)展。

1 心臟體外機械灌注的簡介和分類

早在1866 年Ludwig 和 Cyon 就首先提出了體外機械灌注的概念［7］，隨后Langendorff 開創(chuàng)了一種系統(tǒng)，通過升主動脈插管灌注冠狀動脈［9］，使離體的哺乳動物心臟復(fù)跳。后經(jīng)研究者們的不斷改良Langendorff 心臟模型的概念已被納入現(xiàn)代心臟體外機械灌注機器中。它的優(yōu)勢主要是能為心臟提供連續(xù)的循環(huán)，從而保護(hù)其免受持續(xù)的缺血性損傷。此外，它還為減輕再灌注損傷，檢測評估供心功能以及通過藥物治療“恢復(fù)”邊緣器官等提供了平臺。心臟體外機械灌注發(fā)展到今天主要有溫血體外機械灌注、低溫氧合體外機械灌注和不停跳溫血機械灌注（無缺血心臟移植）3 種，而其中應(yīng)用最多是溫血體外機械灌注，基于這種理念開發(fā)的Transmedic器官護(hù)理系統(tǒng)（organ care system，OCS）已在美國、歐洲、澳大利亞等地的一些中心應(yīng)用。

2 溫血機械灌注的最新進(jìn)展

在充分的臨床前研究基礎(chǔ)上［10］，TransMedics公司開發(fā)了第一臺商用體外溫血機械灌注機——OCS。它使用預(yù)先采集的供體血液與專有的預(yù)充液混合，34℃常溫持續(xù)灌注冠狀動脈，并允許心臟在體外無菌室內(nèi)跳動。更難能可貴的是，在保存期間，該系統(tǒng)可以實時測量灌注壓、冠狀動脈流速和血氣結(jié)果，并顯示在監(jiān)視器上。這使得臨床醫(yī)生可以實時調(diào)整灌注條件，并完成實時供心評估，這都是傳統(tǒng)低溫保存方式所不具備的。

2.1 溫血機械灌注在腦死亡供體心臟移植中的研究進(jìn)展：研究人員發(fā)現(xiàn)在腦死亡供體心臟移植中，OCS 的使用可為供體心臟提供更長的缺血時間，而不會對患者的預(yù)后產(chǎn)生不利影響。包括發(fā)表在柳葉刀雜志上多篇研究證實，OCS 在2 年生存率、MACE 和血管病變發(fā)生率方面都沒有發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)低溫保存法有顯著差異［11-13］。目前已報道出的最長成功手術(shù)的保存時間為10.5 h［14］，既往研究也普遍認(rèn)為應(yīng)用OCS 可以延長至少120 min 的保存時間［15］。此外有研究證實對于以往認(rèn)為不適合移植供體，即轉(zhuǎn)運時間超過2.5 h，估計缺血時間超過4 h，左心室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）小于50%、左心室肥厚（left ventricular hypertrophy，LVH）、供體心臟驟停、捐獻(xiàn)者酒精/藥物濫用、患有冠狀動脈疾病等，應(yīng)用OCS 系統(tǒng)進(jìn)行心臟移植是安全可行的，這是傳統(tǒng)低溫保存法所不具備的［16］。由于該系統(tǒng)可動態(tài)評估供體心臟狀態(tài)以決定是否應(yīng)用，并為供心恢復(fù)提供平臺，有望使更多以往無法移植的腦死亡邊緣供體得到應(yīng)用［17］。

此外溫血機械灌注還為治療供心提供了平臺，有動物實驗證實在體外溫血機械灌注中加入siRNA阻斷炎癥和凋亡途徑，可以改善心臟功能，減少細(xì)胞凋亡和心肌損傷，從而提高供心質(zhì)量［18］。未來在溫血機械灌注的平臺上，將有望研發(fā)適用于人類供心的保存和藥物治療方法，以提升供心質(zhì)量。

2.2 溫血機械灌注在循環(huán)死亡供體心臟移植中的研究進(jìn)展：盡管克里斯蒂亞安·巴納德 1967 年進(jìn)行第一次成功的人類心臟移植手術(shù)時使用的就是循環(huán)死亡供體，但在 1970 年代引入和認(rèn)識腦死亡后，它迅速被腦死亡供體心臟移植取代。因為在腦死亡供體心臟移植中，供體心臟可以持續(xù)灌注直到外科醫(yī)生應(yīng)用心臟保護(hù)措施并按計劃進(jìn)行鉗夾，而循環(huán)死亡供體心臟移植在循環(huán)停止和移植物獲取之間不可避免的會經(jīng)歷熱缺血過程，心臟很容易在這一過程以及隨后再灌注中受損。近20 年來，由于供體器官的短缺和技術(shù)的進(jìn)步，循環(huán)死亡供體心臟移植再次引起了國外研究者們的興趣，有研究者估計采用循環(huán)死亡供體心臟移植可增加15%成人心臟移植，減少40%在等待名單上的死亡［19］。

最近，澳大利亞［20］和英國［21-23］的外科醫(yī)生成功實施了70 多例循環(huán)死亡供體的心臟移植。在不到 3 年的時間內(nèi)，他們成功對70 多例馬斯特里赫特Ⅲ型捐獻(xiàn)者（預(yù)期循環(huán)驟停捐獻(xiàn)者）使用了 3 種不同的移植物獲取和保存技術(shù)［24］。 第一種技術(shù)是非原位常溫機器灌注［20］，這種方法是通過主動脈根部輸送的補充有促紅細(xì)胞生成素和三硝酸甘油酯的冷 St Thomas 心臟停搏液阻滯和保護(hù)心臟，同時收集捐獻(xiàn)者血液，肝素化，去除白細(xì)胞，然后使用TransMedics 器官護(hù)理系統(tǒng)進(jìn)行非原位灌注。該系統(tǒng)可以通過主動脈根部連續(xù)灌注冠狀動脈，而左心室保持在無負(fù)荷狀態(tài)。在灌注過程中監(jiān)測包括心率、節(jié)律、主動脈壓、冠狀動脈血流和乳酸曲線，其中乳酸曲線和異位灌注期間心臟的目視檢查對于移植評估特別重要。第二種技術(shù)是供體心臟的原位、常溫、區(qū)域灌注［21-22］。使用這種方法，所有位于主動脈弓上方的血管都被夾閉以停止腦循環(huán)，并在體外支持下恢復(fù)重要器官的灌注。當(dāng)心臟收縮力充分恢復(fù)時，停止體外循環(huán)支持，插入肺動脈導(dǎo)管以獲得心輸出量和壓力測量值并通過經(jīng)食道超聲心動圖用于評估雙心室和瓣膜功能。然后使用補充有促紅細(xì)胞生成素和硝酸甘油酯的冷 St Thomas 心臟停搏液停止心臟，并使用器官護(hù)理系統(tǒng)連續(xù)灌注運輸。第三種技術(shù)為常溫區(qū)域灌注，然后冷、靜態(tài)心臟停搏儲存［21］。 國外研究者們發(fā)現(xiàn)接受循環(huán)死亡心臟移植患者的90 d 存活率、1 年存活率、移植物功能、住院時間和治療排斥事件的數(shù)量與接受腦死亡供體心臟移植的患者沒有區(qū)別［25］，誠然其臨床效果仍有待未來更大樣本量、更長期的臨床研究證實。

如今關(guān)于溫血機械灌注的灌注條件仍是一個研究熱點，研究者們不斷優(yōu)化灌注條件以期達(dá)到更好的保存效果［26］。

3 其他機械灌注的最新進(jìn)展

3.1 低溫氧合體外機械灌注的研究進(jìn)展：傳統(tǒng)低溫保存法通過抑制心肌收縮和降低溫度來最大限度地減少心臟的氧氣和能量需求［27］。然而這會迫使心肌細(xì)胞進(jìn)行無氧呼吸，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酸中毒［28］。 近期有研究者通過對離體心臟灌注含有超順磁性氧化鐵納米顆粒的冷凍保存劑解決上述問題，實現(xiàn)玻璃化并在液氮中保存，復(fù)溫時使用納米加熱技術(shù)，在動物實驗中取得了良好效果［29］。低溫氧合體外機械灌注則通過提供含氧營養(yǎng)豐富的灌注液來糾正這一問題，同時降低心肌代謝。

基于動物實驗的臨床前研究表明，低溫氧合體外機械灌注保存的心臟的收縮功能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)低溫保存的心臟［30］，并且能夠更好的保存供心的細(xì)胞結(jié)構(gòu)［31］。這種出色的結(jié)果可能是通過多種機制實現(xiàn)的。由低溫氧合體外機械灌注保存的心臟可以通過有氧代謝產(chǎn)生足夠的三磷酸腺苷，因此就不會經(jīng)歷組織酸中毒［32］。 此外隨著缺血性損傷的減少，它們產(chǎn)生的再灌注時的活性氧產(chǎn)生也會減少。近期也有研究者進(jìn)行了循環(huán)死亡供體的低溫氧合體外機械灌注臨床前實驗，研究發(fā)現(xiàn)通過低溫氧合體外機械灌注保存的循環(huán)死亡供體可以被成功復(fù)蘇并移植，且保存效果優(yōu)于傳統(tǒng)低溫保存［33］。

在最近的一項比較低溫氧合體外機械灌注和傳統(tǒng)低溫保存的臨床試驗中［34］，6 例接受低溫氧合體外機械灌注保存腦死亡供心的患者均存活了 6 個月以上，沒有發(fā)生嚴(yán)重的心臟相關(guān)的不良事件，結(jié)果明顯優(yōu)于接受傳統(tǒng)低溫保存組。 盡管這只是一個小樣本研究，但這項研究表明在移植供體保存中使用低溫氧合體外機械灌注是安全且可能有益的。未來隨著技術(shù)的改進(jìn)，低溫氧合體外機械灌注也可能為腦死亡邊緣供體和循環(huán)死亡供體的保存提供平臺支持。

3.2 不停跳溫血機械灌注（無缺血心臟移植）：近期中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院何曉順教授團(tuán)隊完成了世界首例無缺血心臟移植，該方法利用一套特質(zhì)的灌注及保溫系統(tǒng)，實現(xiàn)了供體心臟不停跳溫血持續(xù)灌注保存，首例患者手術(shù)順利，康復(fù)良好，順利出院，該方法有望避免缺血/再灌注損傷對供體心臟的影響，為提高供體心臟質(zhì)量提供了新的可能，其臨床療效有待未來更深入的臨床研究證實。

4 心臟體外機械灌注存在的不足和未來展望

低溫保存法仍是目前使用最廣泛的供心保存方法，但該方法不可避免的會經(jīng)歷缺血/再灌注損傷，缺血導(dǎo)致組織缺氧和微血管功能障礙［35］，隨后的再灌注又會引起免疫反應(yīng)的激活，從而導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡［36］，這會增加急性細(xì)胞排斥反應(yīng)和心臟同種異體移植血管病變的風(fēng)險［37］，這些因素都將影響患者的早期和晚期生存［38］。在邊緣供體和循環(huán)死亡供體心臟移植中，低溫保存法的局限性已經(jīng)充分顯現(xiàn)。而心臟體外機械灌注在臨床中的應(yīng)用有望克服低溫保存帶來的問題，并已在臨床研究中證實保存效果優(yōu)于低溫保存法。

當(dāng)然目前心臟體外機械灌注仍存在一些不足，首先就是使用該系統(tǒng)的成本與傳統(tǒng)低溫保存法相比顯著增加，這限制了該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。此外應(yīng)用溫血機械灌注雖然兼具保存和功能評估［24］， 然而在OCS 灌注的心臟中，仍有10% ～ 30.3% 的心臟因各種原因而沒有植入，其中的主要原因是功能或代謝特征異常［25］。在常溫下中斷冠狀動脈灌注可能對供體心臟造成有害的熱缺血損傷，低溫氧合體外機械灌注的此類并發(fā)癥相對更少，然而由于無法在靜態(tài)狀態(tài)下對心臟進(jìn)行功能評估，并且缺乏可靠的生物標(biāo)志物，移植團(tuán)隊難以判斷低溫氧合體外機械灌注所保存的供心質(zhì)量，此外低溫氧合體外機械灌注無法像常溫機械灌注那樣為體外保存的供心提供治療的平臺。目前體外機械灌注已成為器官移植領(lǐng)域的一大熱點［39］，但在心臟移植領(lǐng)域目前僅有OCS 一套系統(tǒng)可以商品化應(yīng)用，距離廣泛應(yīng)用仍有很多工作需要完成。

未來隨著心臟體外機械灌注技術(shù)的發(fā)展，供體心臟將得到更好的保存和治療。此外供體心臟的功能評估也將成為未來的研究熱點，溫血機械灌注系統(tǒng)允許移植團(tuán)隊在移植前徹底評估供體心臟功能，隨著研究的深入該評估將能預(yù)測移植后的心臟功能，并將可逆的同種異體移植物功能障礙與永久性同種異體移植物損傷區(qū)分開來，以更好的指導(dǎo)臨床團(tuán)隊選擇合適的供體心臟用于移植。以上進(jìn)步將有望使預(yù)期壽命極低的晚期心力衰竭患者享受到更好的移植后預(yù)后。

總之，心臟體外機械灌注為擴(kuò)展心臟移植的供心選擇提供了可能，未來需要進(jìn)一步研究以優(yōu)化灌注液成分，找到可靠的生物標(biāo)志物，改進(jìn)評估方案，探索新的供心體外治療方法。