體外肺灌注技術(shù)在肺移植中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及研究進(jìn)展

楊柯佳，劉峰，陳靜瑜，班樂（無(wú)錫市人民醫(yī)院胸外科，江蘇 無(wú)錫 214023）

目前，肺移植仍是終末期肺疾病的首選治療方法［1-2］。相較于肝腎移植等較為成熟的移植手術(shù)而言，只有15%供體的肺最終可以被用于移植手術(shù)［3］。然而，從獲取供體到成功移植，有一段漫長(zhǎng)的路要走。一方面，供肺和受體的匹配，不僅需要滿足供體和受體體型及血型的要求，還要求供肺滿足一定的功能條件［4］；另一方面，自2015年1月1日中國(guó)正式全面停止使用死囚器官作為移植供體后［5］，供肺僅來(lái)源于腦死亡器官捐獻(xiàn)（donation after brain death，DBD）及心臟死亡器官捐獻(xiàn)（donation after cardiac death，DCD），意味著供體肺必定會(huì)有不同程度的損傷，包括肺水腫、肺實(shí)變、感染等。這兩個(gè)因素導(dǎo)致滿足納入條件的供肺數(shù)量銳減。供肺池縮小，也是患者在等待期病死率居高不下的一個(gè)原因［6］。體外肺灌注（Ex Vivo Lung Perfusion， EVLP）這一新技術(shù)，既可用于供肺的長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)，減少缺血時(shí)間，又可用于解決供肺獲取后的再評(píng)估主要依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，可用于邊緣型供肺的修復(fù)，極大地?cái)U(kuò)充供肺池。還可用于針對(duì)性治療。本文的主要目的是探討當(dāng)前EVLP技術(shù)在肺移植方面所具有的優(yōu)勢(shì)及其新進(jìn)展。

最初，EVLP是被用來(lái)評(píng)估儲(chǔ)存期間肺移植物功能的一種技術(shù)，也可作為長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)保存心肺的一種手段，2001年Steen等［7］首次將EVLP技術(shù)用于評(píng)估、修復(fù)不滿足供體納入標(biāo)準(zhǔn)的DCD供肺。該供體經(jīng)過(guò)了熱缺血、灌注、評(píng)估、冷藏后成功移植。此后在全球范圍內(nèi)掀起了研究EVLP技術(shù)在擴(kuò)大供體池、改善肺移植手術(shù)短期及長(zhǎng)期預(yù)后方面的高潮。

目前，世界范圍內(nèi)主流的EVLP機(jī)器包括：OCS?Lung、Vivoline?LS1、Lung Assist?、XPS?。各型號(hào)的EVLP機(jī)器有其各自的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，本文針對(duì)目前主流EVLP機(jī)器的共性列舉其優(yōu)勢(shì)。

1 擴(kuò)大供肺池

1.1 長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)：眾所周知，供肺對(duì)冷缺血保存的時(shí)間要求極其嚴(yán)格，目前認(rèn)為相對(duì)安全的冷缺血時(shí)間不超過(guò)10小時(shí)［8］。與早已成熟的肝腎移植手術(shù)相比，肺移植手術(shù)起步晚，全國(guó)范圍內(nèi)有資質(zhì)開展肺移植手術(shù)的醫(yī)院數(shù)量有限，各醫(yī)院開展的肺移植手術(shù)數(shù)量相差極大，種種原因?qū)е聡?guó)內(nèi)的肺病終末期患者會(huì)聚集到若干個(gè)實(shí)力強(qiáng)勁的肺移植中心，進(jìn)而導(dǎo)致供肺的分配面臨窘境。很多合格的供肺由于轉(zhuǎn)運(yùn)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且周圍沒有能夠開展肺移植手術(shù)的醫(yī)院而被迫放棄。據(jù)報(bào)道，中國(guó)最大的肺移植中心無(wú)錫市人民醫(yī)院經(jīng)常利用民用航空超長(zhǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)供肺［9］。類似的案例極大地提高了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后管理難度。研究表明，移植術(shù)后早期原發(fā)性移植物失功及缺血/再灌注損傷相關(guān)程度極高［10］。EVLP技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，可以很大程度上解決因無(wú)法長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)運(yùn)而導(dǎo)致供體資源浪費(fèi)的問(wèn)題。OCSTM便攜式EVLP機(jī)器的出現(xiàn)更為超長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)運(yùn)提供了可能性。該裝置包含了電池、氣缸、監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)，可以提供從獲取到轉(zhuǎn)運(yùn)至受體所在醫(yī)院全程EVLP支持。該裝置為減少冷缺血時(shí)間、常溫下肺保存提供了可能。并且能夠在保存期間持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)供肺的功能，進(jìn)一步擴(kuò)大供肺池。

1.2 DCD供肺：相對(duì)于DBD供肺，DCD供肺更難以進(jìn)行在體評(píng)估［11］。在Steen之前，由于DCD器官獲取前無(wú)法進(jìn)行在體評(píng)估，從而導(dǎo)致DCD供肺較少應(yīng)用于臨床，而EVLP技術(shù)使器官在離體灌注的過(guò)程中能夠得到全面評(píng)估，為DCD供肺的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。一旦DCD供肺可以成功通過(guò)評(píng)估加入供肺池，即能顯著提高供肺數(shù)量，明顯減小移植等待期病死率。EVLP可以使DCD供體的肺功能穩(wěn)定，氧合指數(shù)提高。移植后48小時(shí)內(nèi)所有患者不必持續(xù)使用呼吸機(jī)，所有患者8天內(nèi)陸續(xù)出重癥監(jiān)護(hù)病房（intensive care unit， ICU），移植后一秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second， FEV1）和用力肺活量（forced vital capacity， FVC）較術(shù)前明顯改善［12］。

2 再評(píng)估

對(duì)供肺質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)估是影響移植后短期及長(zhǎng)期預(yù)后效果的重要因素。供肺獲取前，初次評(píng)估供肺是否為理想的肺移植供體有一套納入標(biāo)準(zhǔn)［4］，但是供體尤其是DCD供體生理?xiàng)l件及病情的復(fù)雜性，導(dǎo)致了供肺的質(zhì)量瞬息萬(wàn)變。有些供肺在初次評(píng)估時(shí)符合供肺質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是從評(píng)估后至供肺獲取期間極有可能遭受嚴(yán)重?fù)p傷，最終導(dǎo)致移植后效果不甚理想。雖然供肺獲取后，取肺人員必須通過(guò)觀察對(duì)獲取的供肺進(jìn)行二次評(píng)估，評(píng)估包括肺水腫程度、氣道內(nèi)分泌物、肺順應(yīng)性以及其他肉眼可見的病變。然而觀察法有極大的主觀性，且對(duì)取肺人員的經(jīng)驗(yàn)有一定的要求。很難制定一個(gè)具體的標(biāo)準(zhǔn)。EVLP的出現(xiàn)為肺供體獲取后第3次客觀的、有數(shù)據(jù)支持的質(zhì)量評(píng)估提供了平臺(tái)。具體操作：灌注過(guò)程中每小時(shí)進(jìn)行一次供肺評(píng)估。在進(jìn)行評(píng)估時(shí)呼吸機(jī)參數(shù)設(shè)置為：潮氣量10 ml/kg、10次/分鐘、氧濃度分?jǐn)?shù)（fraction of inspiration， FiO2）＝1.0，維持5分鐘。監(jiān)測(cè)肺動(dòng)脈壓、左心房壓、氣道峰值壓力和平臺(tái)壓、肺的動(dòng)靜態(tài)順應(yīng)性，分別抽取肺動(dòng)脈端和左心房端灌注液進(jìn)行肺動(dòng)靜、脈血?dú)夥治觥５?小時(shí)以及隨后每2小時(shí)進(jìn)行肺X線影像學(xué)檢查、肺組織和肺泡灌洗液中的生物學(xué)標(biāo)志物的檢查及支氣管鏡檢查［13］。獲取數(shù)據(jù)資料及影像學(xué)資料后對(duì)供肺進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。另一方面，對(duì)經(jīng)灌注循環(huán)后的灌注液的理化特性的研究也在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。既往的研究結(jié)果顯示，白細(xì)胞介素（inteleukin， IL-6， IL-8）、腫瘤壞死因子 -α（tumor necrosis factor-α， TNF-α）等細(xì)胞因子的表達(dá)與肺損傷密切相關(guān)［14］。有學(xué)者通過(guò)研究比較經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)EVLP后可用于移植的供肺和不達(dá)標(biāo)的供肺后發(fā)現(xiàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)的肺灌注液中乳酸脫氧酶（lactate dehydrogenase， LDH）含量顯著少于不達(dá)標(biāo)的供肺。達(dá)標(biāo)供肺的灌注液中IL-8含量是不達(dá)標(biāo)組的8倍。IL-8被認(rèn)為是最好的評(píng)價(jià)EVLP后移植效果的標(biāo)志物之一，但是對(duì)LDH的檢驗(yàn)更加方便快捷。此外，還研究了高遷移率族蛋白1（HMGB-1）、鈣結(jié)合蛋白（S100A9）、IL-33這3個(gè)評(píng)估細(xì)胞損傷程度的指標(biāo)，結(jié)果證明經(jīng)過(guò)EVLP循環(huán)后達(dá)標(biāo)的供肺與不達(dá)標(biāo)供肺的蛋白質(zhì)表達(dá)有明顯差異［15］。隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)供肺的評(píng)估并不局限于供肺本身的功能上，對(duì)灌注液的實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，為移植手術(shù)效果的評(píng)估提供了新思路。

3 肺修復(fù)

EVLP首次成功用于DCD供體后，Steen帶領(lǐng)的小組將這項(xiàng)短時(shí)間離體肺灌注的方法推廣到不符合納入標(biāo)準(zhǔn)的供肺上［7］。最初EVLP技術(shù)最大的壁壘是灌注以后導(dǎo)致的肺水腫。經(jīng)過(guò)Steen等人的改良，一種新的灌注液（Steen液）應(yīng)運(yùn)而生，它主要包含人血白蛋白和右旋糖酐。人血白蛋白可以維持灌注液一定的膠體滲透壓，減輕肺水腫的形成。右旋糖酐能夠保護(hù)上皮細(xì)胞免受補(bǔ)體損傷及細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用，并且在抗凝、抗血小板聚集等方面發(fā)揮重大作用［16-17］。隨著研究的深入，更多基于EVLP平臺(tái)的肺修復(fù)新策略被提出。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在DCD豬模型中在EVLP流轉(zhuǎn)過(guò)程中使用腺苷A2A受體激動(dòng)劑，可以減小缺血/再灌注損傷［18］。使用空氣和2%氫氣混合的氣體可以提高DCD肺的功能。肺血管阻力和氣道峰值壓力顯著減小，IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α 的表達(dá)顯著下降［19］。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，EVLP每灌注一輪，灌注液中Toll樣受體減少相對(duì)減少［20］。這一系列變化都預(yù)示著供肺將更適合用于移植。

4 針對(duì)性的治療方案

相對(duì)于傳統(tǒng)的肺保存方法，EVLP的優(yōu)勢(shì)在于供肺所在環(huán)境的相對(duì)“開放性”。傳統(tǒng)的冷缺血保存使供肺處于一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境中，所有針對(duì)性的治療方案都難以進(jìn)入這個(gè)封閉的環(huán)境而得以實(shí)施。與之相比，EVLP相對(duì)開放的環(huán)境以及細(xì)胞正常的代謝為針對(duì)性給藥提供了方便快捷的途徑。通過(guò)支氣管以及灌注液途徑，可以有效地對(duì)可能發(fā)生的移植后并發(fā)癥進(jìn)行預(yù)處理。灌注液較高的膠體滲透壓，本身就有一定的減輕肺水腫的作用。研究表明，在EVLP過(guò)程中，在氣管內(nèi)應(yīng)用腎上腺素可以通過(guò)激活肺泡上皮細(xì)胞膜表面鈉通道的活性，使肺泡內(nèi)液體的清除率比對(duì)照組高84%［21］。相比于肝腎等實(shí)質(zhì)臟器，肺作為一個(gè)與外界相通的空腔臟器，極易感染。此外，DCD或DBD供體獲取前，在ICU期間有很高的肺臟感染發(fā)生率，且多為耐藥性較強(qiáng)的條件致病菌［22］。肺部感染是移植術(shù)后早期導(dǎo)致死亡的最主要原因［23-24］，感染控制成功與否也是整個(gè)肺移植手術(shù)的關(guān)鍵所在。Nakajima等［25］的研究表明，相比于對(duì)照組，灌注液中加入廣譜抗菌藥物的灌注方法，極大改善了肺氧合情況，提高了肺的順應(yīng)性，減輕肺血管阻力，并且灌注液中內(nèi)毒素含量顯著減少。此種高濃度抗菌治療方法避免了抗菌藥物對(duì)其他器官的損傷。供肺獲取前后對(duì)肺部的理化刺激會(huì)導(dǎo)致肺損傷相關(guān)的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而加劇移植后再灌注損傷。通過(guò)在灌注液中加入糖皮質(zhì)激素或其他抗炎物質(zhì)可以有效減輕移植后的再灌注損傷。缺血/再灌注損傷可以抑制鈉鉀ATP酶和各種鉀通道的活性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，維生素C通過(guò)其抗氧化作用和提高鉀通道活性在減少缺血/再灌注損傷方面發(fā)揮著獨(dú)特作用［26］。在肺移植移植過(guò)程中，血栓和脂肪栓子等的形成，增加了術(shù)后發(fā)生原發(fā)性移植物功能障礙（primary graft dysfunction，PGD）的風(fēng)險(xiǎn)。在EVLP灌注液中使用纖溶酶，能夠有效控制肺血栓形成，同時(shí)避免移植后出血的風(fēng)險(xiǎn)［27］。在動(dòng)物的DCD模型中證明，在EVLP灌洗液中加入纖溶酶，能夠減少血栓的形成，減輕肺血管阻力，改善供肺功能。Machuca等［28］曾報(bào)道使用EVLP來(lái)治療供肺中的血栓。通過(guò)在灌注液中加入纖溶藥物，改善了供肺質(zhì)量并且成功將供肺用于移植。對(duì)于DCD供體心臟停跳前不能進(jìn)行全身肝素化而言，灌注液中加入纖溶酶的治療方案更有意義。

5 其他優(yōu)勢(shì)

除了應(yīng)用于肺移植相關(guān)領(lǐng)域，EVLP技術(shù)還可應(yīng)用于其他器官移植、肺部腫瘤等的基礎(chǔ)及臨床研究中。例如在肺臟腫瘤的相關(guān)研究中可以作為一種特殊的精確給藥渠道，進(jìn)一步研究抗腫瘤藥的生物活性及其毒性等［29］。

中國(guó)對(duì)EVLP技術(shù)的研究尚處于起步階段，缺乏相應(yīng)的臨床試驗(yàn)。如果EVLP發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)并且在臨床上得到廣泛應(yīng)用，則能在一定程度上緩解供肺短缺的問(wèn)題，進(jìn)一步推動(dòng)肺移植事業(yè)的發(fā)展，造福更多終末期肺病患者。