離體肝臟機(jī)械灌注技術(shù)的轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展

梁銘炬，譚曉宇，霍楓〔.廣東順德工業(yè)設(shè)計(jì)研究院（廣東順德創(chuàng)新設(shè)計(jì)研 究院），廣東 佛山 583；.中國人民解放軍南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院肝膽外科，廣東 廣州 5000〕

離體肝臟灌注技術(shù)在不同的器官保存、評(píng)估、修復(fù)階段，有不同的模式切入，現(xiàn)階段的商品化技術(shù)集中在低溫機(jī)械灌注（hypothermic machine perfusion，HMP）、亞低溫機(jī)械灌注（subnormothermic machine perfusion，SNMP）、常溫機(jī)械灌注（normothermic machine perfusion，NMP）的模式上。本文針對(duì)4 款商用設(shè)備進(jìn)行技術(shù)剖析，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上暫無滿足所有灌注模式及不同模式組合的設(shè)備。同時(shí)本文結(jié)合器官灌注模式各階段的特點(diǎn)及肝臟臨床生理特點(diǎn)，研發(fā)一個(gè)滿足所有離體肝臟灌注臨床研究及應(yīng)用的全功能產(chǎn)品。

1 灌注原理

理想離體肝臟冷保存時(shí)間為8 h 以內(nèi)，臨床上供體肝一般以12 ～ 15 h 作為選用標(biāo)準(zhǔn)［1］。使用機(jī)械灌注（machine perfusion，MP）保存肝臟的原理是使用機(jī)械泵，將血液或者保存液、營養(yǎng)底物、 肝功能輔助修復(fù)藥物通過系統(tǒng)持續(xù)泵入灌注的器 官中，同時(shí)可根據(jù)灌注模式選擇使用氧合器、 微栓過濾器、透析器等體外循環(huán)耗材。根據(jù)灌注溫度可分為HMP（4 ～ 6℃）、SNMP（20 ～ 30℃）、NMP （37℃）［2］。

2 灌注模式及介入時(shí)機(jī)

根據(jù)離體肝臟灌注的臨床目的（保存、活性評(píng)估、修復(fù)、干預(yù)治療），可以選擇不同的灌注模 式［3］。到目前為止，存在各種不同的肝臟灌注的研究方向及臨床應(yīng)用，可以用不同的灌注溫度（低溫、 亞低溫、亞常溫及常溫）對(duì)離體肝臟作用，延長(zhǎng)其移植前保存時(shí)間，通過灌注的時(shí)間長(zhǎng)度對(duì)肝臟進(jìn)行功能評(píng)估（血?dú)?、生化）、肝功能修?fù)（膽汁生成、乳酸血糖代謝）、病肝修復(fù)（脂肪修復(fù)、肝硬化治療、廢棄肝等），當(dāng)今許多肝臟灌注模型已經(jīng)拓展到各個(gè)不同肝移植階段（圖1）［4］：① 靜態(tài)冷保存（static cold storage，SCS），保持至今的黃金標(biāo)準(zhǔn)。② 肝移植前段時(shí)間內(nèi)，尤其是在擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)的供體（extended criteria donors，ECD）或更長(zhǎng)的冷缺血時(shí)間。③ 肝 移植前早期，經(jīng)歷過移植前的一段SCS 時(shí)間。 ④ 肝臟獲取后，在進(jìn)入SCS 前肝臟出現(xiàn)心臟死亡器官捐獻(xiàn)（donation after cardiac death，DCD）供體缺血情況。⑤ 從肝臟獲取到移植中的整個(gè)保存階段。⑥ DCD 供體的常溫載體局部灌注，然后接著實(shí)現(xiàn)HMP、SNMP、NMP。

2.1 HMP：冷保存是基于降低有氧代謝的原理，在此基礎(chǔ)上HMP 通過連續(xù)4 ～6℃的灌注，既持續(xù)保持臟器的低有氧代謝環(huán)境，還可以去除肝臟內(nèi)部廢物，灌洗肝臟淤血、血栓以及提供代謝底物，以延長(zhǎng)保存及改善供肝內(nèi)環(huán)境。商業(yè)冷灌注設(shè)備及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)采用3 ～ 5 mmHg（1 mmHg ＝0.133 kPa）的門脈壓、20 ～ 30 mmHg 肝動(dòng)脈壓。除以上技術(shù)參數(shù)以外，其他參數(shù)如溫度、氧氣的選擇與控制對(duì)低溫灌注系統(tǒng)的效果都有很大的影響。

2.2 SNMP：SNMP 的灌注溫度為20 ～30℃，灌注液為肝臟提供代謝營養(yǎng)成分及氧氣，通過灌注液的血?dú)狻⑸瘏?shù)評(píng)價(jià)肝臟活性，促進(jìn)離體肝細(xì)胞合成ATP，促進(jìn)肝臟生理功能的恢復(fù)［5］。亞常溫機(jī)械灌注SNMP 系統(tǒng)主要由動(dòng)力單元、循環(huán)單元、器官單元、溫控單元、氧合單元組成。通常NMP設(shè)備都可以直接用于SNMP，肝動(dòng)脈灌注控制在 60 mmHg，壓靜脈壓控制在2 ～ 6 mmHg。

2.3 NMP：NMP 最大的特點(diǎn)就是灌注溫度與機(jī)體溫度一致。模擬生理環(huán)境，維持系統(tǒng)環(huán)境溫度 32 ～ 37℃，主要通過灌注液持續(xù)補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)， 修復(fù)熱缺血過程的損傷，以恢復(fù)供器官能量?jī)?chǔ)備，維持器官的正常代謝。

NMP 主要涉及的系統(tǒng)參數(shù)包括溫度、壓力、流量等。溫度根據(jù)肝臟所處的機(jī)體生理溫度而定，壓力參數(shù)有門靜脈壓力和肝動(dòng)脈壓力，利用離心泵管路系統(tǒng)，分別模擬產(chǎn)生和機(jī)體生理值相符的壓力，門靜脈灌注壓力為4 ～ 8 mmHg，肝動(dòng)脈灌注壓力在60 ～ 80 mmHg。

3 離體肝臟灌注設(shè)備商業(yè)產(chǎn)品

離體肝臟機(jī)械灌注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成包括：儲(chǔ)肝容器、醫(yī)用離心泵、氧合器、熱交換器、壓力和流量感應(yīng)器、管路以及控制系統(tǒng)等。肝臟機(jī)械灌注設(shè)備，既有使用2 個(gè)離心泵和相關(guān)組件來實(shí)現(xiàn)對(duì)門靜脈和肝動(dòng)脈的雙重灌注［6］，又有使用1 個(gè)泵實(shí)現(xiàn)雙重灌注（不同的壓力和流速）［7］。

國際上現(xiàn)有的商用肝臟機(jī)械灌注系統(tǒng)主要包括Liver Assist（荷蘭Organ Assist 公司）、OrganOX metra（英國OrganOX 公司）、Lifeport Liver Transporter （美國Organ Recovery Systems 公司）、OCS? Liver （美國Transimedics）［8］。

3.1 Lifeport Liver Transporter：James Guarrera 團(tuán)隊(duì)利用Organ Recovery Systems 的低溫機(jī)械灌注設(shè)備應(yīng)用于臨床，證實(shí)該肝臟冷灌注轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的臨床應(yīng)用有效性，有效降低肝移植后早期原發(fā)性移植肝失功。2015 年，該團(tuán)隊(duì)將廢棄的供肝經(jīng)過低溫機(jī)械灌注之后移植給受者，手術(shù)成功，證實(shí)該設(shè)備可以改善邊緣供肝、廢棄供肝［9］。設(shè)備處于臨床實(shí)驗(yàn)階段，其用與肝臟運(yùn)轉(zhuǎn)用于精確控制肝動(dòng)脈和門靜脈的灌注，并且由兩種安全保護(hù)機(jī)制支持肝臟的保存，動(dòng)態(tài)冷灌注加上靜態(tài)冷藏保存［10］。

其技術(shù)特征為［11］：① 低溫非攜氧開環(huán)灌注，開環(huán)灌注手術(shù)操作難度較低；② 可視界面顯示跟蹤實(shí)時(shí)器官灌注狀態(tài)、患者ID 號(hào)、血型、灌注異常停止閥門、灌注時(shí)間、灌注溫度、雙脈脈流量、壓力、總流量、氣泡等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；③ 一次性耗材可以在15 min 內(nèi)完成設(shè)備組裝及肝臟灌注流程耗材包含灌注單個(gè)肝臟所需的液體管理組件，肝臟由器官支架支撐，部分浸泡在冷生理溶液中，多種尺寸和類型一次性套管可用不同尺寸的肝動(dòng)脈、門靜脈；④ 因?yàn)椴捎霉嘧⒁汗嘧ⅲ瑹o需考慮溶血、血栓等指標(biāo)，因此采用滾壓泵作為動(dòng)力裝置，區(qū)別離心泵，有很大的成本優(yōu)勢(shì)；⑤ 附帶電池，可支持24 h 以上的運(yùn)轉(zhuǎn)灌注；⑥ 通過手動(dòng)加的方式進(jìn)行低溫灌注抗沖擊，可以進(jìn)行供體醫(yī)院及受體醫(yī)院的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 Liver Assist：Liver Assist：肝臟灌注機(jī)由荷蘭格羅寧根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心研發(fā)，使用兩套體外循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行肝動(dòng)脈和門靜脈供血，設(shè)備對(duì)灌注壓力進(jìn)行控制，通過肝內(nèi)阻力自動(dòng)調(diào)節(jié)血流量。兩路膜肺循環(huán)允許進(jìn)行雙脈的獨(dú)立氧合作用，可調(diào)節(jié)到接近人體生理的血?dú)庵?。溫度可根?jù)期望的MP 類型進(jìn)行設(shè)定（最小溫度設(shè)定 10℃），可對(duì)肝臟進(jìn)行低溫、亞常溫、常溫的機(jī)械灌注［12］。

其技術(shù)特征為［13］：① 低溫、常溫、亞常溫?cái)y氧開環(huán)灌注，通過半導(dǎo)體制冷片對(duì)水箱進(jìn)行降溫或者升溫，再通過水箱系統(tǒng)對(duì)管路的灌注液進(jìn)行溫控，但是收到管路及機(jī)器的設(shè)計(jì)（沒有添加保溫層及其他保溫設(shè)定），因?yàn)橹荒軐?shí)現(xiàn)一定溫度范圍（10 ～ 37℃），不能到達(dá)平常HMP（4℃）的要求；② 兩路獨(dú)立的肝臟灌注管路，肝動(dòng)脈攜氧搏動(dòng)灌注（搏動(dòng)脈率恒定60），門靜脈攜氧恒壓灌注，雙脈可設(shè)定不同壓力進(jìn)行灌注， 搏動(dòng)肝動(dòng)脈灌注符合生理狀態(tài)，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞有利［14］；③ 一體化的管路設(shè)定，用戶需要對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行固定到特定位置，管路的設(shè)定方便對(duì)管路進(jìn)行排氣操作；④ 簡(jiǎn)潔的可視界面設(shè)計(jì)，可以跟蹤器官灌注狀態(tài)、灌注溫度、雙脈脈流量、壓力、阻力指數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；⑤ 軟膜式儲(chǔ)肝器設(shè)計(jì)，可有效支撐灌注中的肝臟，保證肝臟血管因?yàn)橹亓繅浩龋绊懝嘧⒆枇χ笖?shù)；⑥ 可以轉(zhuǎn)運(yùn)小車設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)同個(gè)醫(yī)院內(nèi)的灌注轉(zhuǎn)運(yùn)，但是 體積太大不方便在供體醫(yī)院及受體醫(yī)院間的轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.3 OrganOX：已在進(jìn)行臨床應(yīng)用的OrganOX metra 是一個(gè)便攜式常溫肝臟灌注系統(tǒng)，配備電池和自動(dòng)供氧系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)是可應(yīng)用于對(duì)供移植肝臟長(zhǎng)達(dá)24 h 的常溫灌注，在灌注的同時(shí)提供肝臟血液動(dòng)力學(xué)（血壓、流量）、合成和代謝的信息，配備CDI 500 連續(xù)血?dú)夥治鱿到y(tǒng)、血糖分析儀、藥物微量注射泵，可以通過實(shí)時(shí)血?dú)夥治鰜砭S持正常代謝，促進(jìn)供肝再生修復(fù)，同時(shí)協(xié)助臨床醫(yī)生評(píng)估器官移植的適宜性。

其技術(shù)特征為［15］：① 常溫閉環(huán)雙脈環(huán)灌注，通過加溫水箱進(jìn)行升溫，再通過水箱系統(tǒng)對(duì)管路的灌注液進(jìn)行溫控，灌注溫度恒定37℃；② 兩路非獨(dú)立的肝臟灌注管路，肝動(dòng)脈離心泵壓力控制灌注，門靜脈離心泵重力調(diào)節(jié)壓力灌注，兩路血液通過同一膜肺，血液灌注參數(shù)一致；③ 可以轉(zhuǎn)運(yùn)獨(dú)立小車設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)院的灌注轉(zhuǎn)運(yùn)，但是體積太大及重量約75 kg，需要多人操作；④ 配置CDI500實(shí)時(shí)血?dú)獗O(jiān)測(cè)及微量注射泵，可實(shí)時(shí)監(jiān)控血?dú)饧罢{(diào)整血?dú)鈪?shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)評(píng)估肝臟灌注狀態(tài)，為臨床醫(yī)生提供評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)；⑤ 配置WiFi 功能，可以對(duì)灌注的肝臟進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、會(huì)診、參數(shù)調(diào)節(jié)等操作；⑥ 配置自動(dòng)輸氣系統(tǒng)及備用電源，免去灌注過程中的氣體、電源供給問題；⑦ 可視化界面設(shè)計(jì)，可以跟蹤器官灌注狀態(tài)、灌注溫度、雙脈脈流量、壓力、阻力指數(shù)、血?dú)?、氣體流量、微量注射泵控制、電量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；⑧ 重力調(diào)節(jié)門脈的灌注壓力的方式精度不夠，容易影響門脈流量；⑨ 配有膽汁計(jì)數(shù)器，可實(shí)時(shí)獲得膽汁的生成重量、每小時(shí)生成量等。

3.4 Transmedics：Transmedics 的 器 官 護(hù) 理 系 統(tǒng)（Organ Care System -OCS?）是可移動(dòng)的灌注和監(jiān)控系統(tǒng)，能在近生理狀態(tài)下維持器官活性。該系統(tǒng)使外科醫(yī)生能夠更完美地利用和監(jiān)測(cè)捐贈(zèng)者和接受者之間的器官。

它由可移動(dòng)灌注設(shè)備、灌注耗材組成。可移動(dòng)灌注設(shè)備包含無線顯示屏、流量傳感器、壓力傳感器、血?dú)鈧鞲须x心血泵電機(jī)、氣瓶、備用電源等部件。設(shè)備顯示各種灌注參數(shù)及血?dú)鈪?shù)，同時(shí)可通過微量注射泵進(jìn)行灌注液參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整，通過溫控裝置對(duì)灌注液進(jìn)行恒溫控制，同時(shí)植入無線監(jiān)控功能，保證在進(jìn)行灌注平臺(tái)在進(jìn)行供體、受體醫(yī)院間的轉(zhuǎn)運(yùn)中得到［16］，產(chǎn)品處于臨床實(shí)驗(yàn)中。

其技術(shù)特征為：① 腔靜脈開放的開環(huán)灌注，通過電熱方式進(jìn)行血液加溫，灌注溫度恒定37℃；② 兩路非獨(dú)立的肝臟灌注管路，肝動(dòng)脈離心泵壓力控制灌注，門靜脈離心泵重調(diào)節(jié)節(jié)流閥進(jìn)行流量控制，兩路血液通過同一膜肺，血液灌注參數(shù)一致；③ 一體化小車設(shè)計(jì)及備用電池，可實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)院的灌注轉(zhuǎn)運(yùn)；④ 無線屏幕，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與監(jiān)控屏幕分離，可視化界面設(shè)計(jì)，可以跟蹤器官灌注狀態(tài)、灌注溫度、雙脈脈流量、壓力、阻力指數(shù)、血?dú)?、氣體流量、微量注射泵控制、電量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；⑤ 配 置WiFi 功能，可以對(duì)灌注的肝臟進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、會(huì)診、參數(shù)調(diào)節(jié)等操作；⑥ 配置自動(dòng)輸氣系統(tǒng)及備用電源，免去灌注過程中的氣體、電源供給問題。

4 一個(gè)完善的設(shè)備所應(yīng)具備的功能

綜上所述，Liver Assist 涵蓋了肝臟灌注的HMP、SNMP、NMP 的灌注需求，但是在設(shè)計(jì)上沒有考慮到受體與供體醫(yī)院間的轉(zhuǎn)運(yùn)，只適合單獨(dú)在受體醫(yī)院你或者供體醫(yī)院進(jìn)行修復(fù)、評(píng)估性灌注，同時(shí)在去缺乏完善的灌注配置模塊，如微量注射泵、在線連續(xù)血?dú)夥治?、無線遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

OrganOX、Transmedics 的設(shè)備配置完善，適合醫(yī)院間的轉(zhuǎn)運(yùn)保存，但是存在以下缺點(diǎn)：① 單泵灌注，通過人為調(diào)整門脈壓力、流量，不滿足類人體的生理調(diào)節(jié)功能；② 只關(guān)注NMP 領(lǐng)域，但是不同肝臟的情況不同，應(yīng)能滿足其他溫度的灌注模式進(jìn)行邊緣肝臟的修復(fù)。另外，離體肝臟灌注領(lǐng)域還存在其他的研究方向［17］，如肝臟的梯度復(fù)溫灌注、肝動(dòng)脈搏動(dòng)及恒壓灌注切換、門靜脈恒壓灌注及恒流灌注切換等模式，暫時(shí)商用產(chǎn)品還不足以滿足上述需求。

因此，一個(gè)完整的離體肝臟灌注系統(tǒng)應(yīng)包含以下功能：① HMP、SNP、NMP 轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)計(jì)，增加肝臟的保存時(shí)間及修復(fù)可能；② 肝動(dòng)脈、門靜脈灌注獨(dú)立控制（自動(dòng)控制不同模式切換），滿足生理壓力、流量需求；③ 在線連續(xù)血?dú)夥治黾白⑸浔门渲?，快速調(diào)整灌注液血?dú)鈪?shù)； ④ 自動(dòng)通氣系統(tǒng)，根據(jù)血?dú)獾难醴謮?、二氧化碳分壓、氧飽和度，調(diào)整 氧氣、空氣、二氧化碳的混合比例及總體流量； ⑤ 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能及大數(shù)據(jù)服務(wù)器，專家會(huì)診可通過手機(jī)APP 獲得灌注實(shí)時(shí)參數(shù)及歷史曲線，對(duì)肝臟的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)也可以進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控；⑥ 自動(dòng)灌注程序設(shè)定，可滿足梯度復(fù)溫灌注（COPE 模式）、多模式灌注模式切換（恒壓、恒流、搏動(dòng)）等自動(dòng)灌注模式；⑦ 雙膜肺配置，可實(shí)現(xiàn)肝動(dòng)脈、門靜脈不同氧合配置，滿足肝臟的生理需求；⑧ 記錄肝動(dòng)脈、門靜脈流量及壓力歷史數(shù)據(jù)及形成灌注趨勢(shì)圖，膽汁生成量記錄及生成趨勢(shì)圖，用于評(píng)估肝臟的血管阻力指數(shù)及膽汁合成功能。

OrganOX、Transmedics、Liver Assist 等國外離體肝臟機(jī)械灌注技術(shù)的醫(yī)工轉(zhuǎn)化進(jìn)展迅速，研發(fā)產(chǎn)品已進(jìn)入臨床驗(yàn)證或者銷售階段，我國此項(xiàng)設(shè)備研發(fā)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)落后，需進(jìn)一步加大研發(fā) 步伐。本單位研發(fā)的離體肝臟灌注系統(tǒng)Devoceanliver 2000（圖2，相關(guān)專利號(hào)：ZL201710450850.5、ZL201710447818.1、ZL201811432911.6）已經(jīng)完成了上述除實(shí)時(shí)血?dú)夥治鐾獾墓δ?，可以?shí)現(xiàn)NMP、HMP 等灌注模式，為國內(nèi)探索離體肝臟灌注的應(yīng)用提供有效的輔助設(shè)備，完成HMP、NMP 的80 多例大動(dòng)物。