磁輔助快速血管重建技術(shù)在肝移植中的應(yīng)用

張曉剛，劉學(xué)民，張谞豐，李宇，王善佩，史愛(ài)華，盧強(qiáng)，王榮峰，王博，宋家澍，呂毅（1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科，陜西 西安710061；2.陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心，陜西 西安710061；3.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院精準(zhǔn)外科與再生醫(yī)學(xué)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西西安710061）

肝移植技術(shù)已經(jīng)是世界公認(rèn)的治療終末期肝病唯一有效的根治性治療方法，隨著器官保存技術(shù)、免疫抑制劑及外科手術(shù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在很大程度上，提高了肝移植手術(shù)成功率。我國(guó)自2007年頒布《人體器官移植條例》后［1］，逐步實(shí)施公民自愿器官捐贈(zèng)制度，與腦死亡供體捐贈(zèng)相比，移植物缺血/再灌注損傷所導(dǎo)致的膽道及血管相關(guān)并發(fā)癥是影響我國(guó)肝移植效果的首要因素［2］。而在影響移植物的手術(shù)步驟中，血管吻合是最關(guān)鍵的步驟之一，顯著制約無(wú)肝期時(shí)間。而移植肝功能對(duì)于無(wú)肝期血管重建時(shí)間是最為敏感的，因?yàn)樗梢宰畲笙薅鹊乜s短缺血時(shí)間和減少術(shù)后移植肝功能障礙、腸道細(xì)菌易位和急性肝功能衰竭［3-5］。由于傳統(tǒng)手工縫制血管吻合術(shù)的技術(shù)局限，我們?cè)噲D研發(fā)一種全新的磁性輔助血管重建技術(shù)［6-11］，探討其在肝移植中的應(yīng)用前景。

1 資料與方法

1.1 磁性裝置：肝移植過(guò)程中用于血管吻合的磁性裝置由一對(duì)C 形磁環(huán)和基座組成。磁環(huán)材料為釹鐵硼（NdFeB）并涂有氮化鈦（TiN）涂層。C形磁環(huán)的長(zhǎng)軸和短軸范圍為14 ～34 mm 和10 ～30 mm，壁厚和高度分別為2 mm和4 mm，適用門靜脈磁環(huán)為圓形，適用下腔靜脈的磁環(huán)為橢圓形。C形磁環(huán)的缺口根據(jù)其整個(gè)環(huán)的尺寸從2 mm 到5 mm 不等（圖1和圖2）。磁環(huán)根據(jù)其尺寸量身定制要吻合的血管（例如肝上下腔靜脈、肝下下腔靜脈和門靜脈）。還在磁環(huán)邊緣上設(shè)計(jì)了0.5 mm角孔。

基礎(chǔ)構(gòu)件由聚合物材料制成，并且由C形組成基體，具有中央通孔和C形突起。突起是從基體的內(nèi)周部向上并同軸延伸。上側(cè)圍繞中央通槽。C形突起的尺寸等于或略小于C形磁環(huán)的尺寸。C形底座還包括一個(gè)定位部件，該定位部件從C形基體縱向突起，定位部件的寬度等于或略小于C形磁環(huán)的縱向缺口的寬度。C形磁環(huán)的缺口間隙尺寸范圍為2 ～5 mm（圖1和圖2）。

圖1 C形磁鐵和底座部件以及組裝示意圖

圖2 C形磁鐵和底座部件以及組裝的實(shí)物圖

在C形基座上，八個(gè)針孔環(huán)均勻分布在基體外周部分用于縫合固定血管壁。C形磁環(huán)和C形基體形成一個(gè)完整的O形環(huán)。一旦將兩個(gè)血管斷端固定在兩個(gè)O形環(huán)上，可通過(guò)磁性吻合的方式建立血管連接（圖1和圖2）。對(duì)于接受磁輔助血管重建的患者，磁性裝置安裝在肝上下腔靜脈、肝下下腔靜脈以及門靜脈的殘端。修剪供體肝臟，血管殘端通過(guò)C形底部，其邊緣外翻并用4-0或5-0的線連續(xù)縫合固定在基座上的針孔上（圖3A）。

1.2 病例資料：于2018年11月— 2019年12 月期間接受DCD經(jīng)典原位肝移植的患者收錄于西安交通大學(xué)附屬第一醫(yī)院。所有接受DCD肝移植的患者及其親屬術(shù)前充分被告知在肝移植手術(shù)過(guò)程中采用磁輔助血管重建術(shù)的優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)，最終只有自愿加入磁輔助肝移植的患者納入研究并簽署知情同意書(shū)。該研究得到西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理道德委員會(huì)批準(zhǔn)〔2017倫審醫(yī)字第（ZD01）號(hào)〕。器官捐助者的篩選、評(píng)估和供體器官獲取是根據(jù)我國(guó)公民逝世自愿捐獻(xiàn)法規(guī)原則實(shí)施。捐獻(xiàn)者的標(biāo)準(zhǔn)：年齡≤65歲；無(wú)HIV病毒、梅毒、肝炎等病毒感染；無(wú)藥物濫用史，除中樞神經(jīng)外無(wú)惡性腫瘤史，無(wú)活動(dòng)性和未經(jīng)治療的感染。器官獲取應(yīng)用4 ～8 L 低溫威斯康星州大學(xué)肝臟灌注（UW）溶液或組氨酸-色氨酸-酮戊二酸酯（HTK）溶液通過(guò)腹主動(dòng)脈和腸系膜上靜脈灌注，然后儲(chǔ)存在4℃的UW或HTK溶液中。供體熱缺血時(shí)間（warm ischemia time，WIT）定義為從生命支持移除到用器官冷保存溶液灌注的時(shí)間。供體冷缺血時(shí)間（cold ischemia time，CIT）定義為肝臟冷保存溶液灌注與恢復(fù)血液流入之間時(shí)間。無(wú)肝期定義為從受者病變肝臟取出至受者移植物血流再通。

受體手術(shù)：① 充分解剖及游離肝周組織及韌帶后，將磁性設(shè)備放置在肝上和肝下下腔靜脈以及門靜脈上，并通過(guò)底座上的針孔連續(xù)縫合固定血管壁。②應(yīng)用血管阻斷鉗夾閉血管并切斷，取出受者肝臟，抽緊縫線后，血管殘端被外翻到磁性裝置上（圖3B）。③ 將供體肝臟原位放置并將供體和受體血管磁環(huán)接近通過(guò)磁力吸引，進(jìn)行血管快速重建。然后依次開(kāi)放門靜脈，肝上和肝下下腔靜脈血流（圖3C）。④ 在恢復(fù)受體肝臟血流情況下，將固定磁環(huán)及基座拆除，完成血管壁之間的連續(xù)縫合后將磁性設(shè)備完全移除（圖3F、G 和H）。

免疫抑制治療：移植后患者均常規(guī)接受環(huán)孢素或他克莫司，霉酚酸酯以及潑尼松的免疫抑制治療。常規(guī)監(jiān)測(cè)環(huán)孢素或他克莫司血藥濃度并調(diào)整用量，嚴(yán)格門診隨訪。

圖3 磁輔助快速肝移植示意圖

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：連續(xù)變量表示為中位數(shù)和四分位間距（IQR），應(yīng)用t檢驗(yàn)或Mann-Whitney U 檢驗(yàn)（如適用）進(jìn)行比較。分類變量分別用數(shù)字和百分比表示，并通過(guò)χ2檢驗(yàn)或Fisher 精確檢驗(yàn)進(jìn)行比較，P ＜0.0 5被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用SPSS22.0 版（IBMSPSSInc）。

2 結(jié)果

本研究共包括184 例接受DCD肝移植患者。7例（3.8 %）圍術(shù)期死亡患者被排除在分析之外。在177例肝移植患者中，5例接受磁輔助肝移植，172例患者接受常規(guī)肝移植（表1）。在接受磁輔助和常規(guī)肝移植患者中，捐助者年齡分層無(wú)差異〔41 （36～58）比45（38～59），P ＝0.5 86〕；WIT （8.5 min 比8.8 min，P ＝0.8 98）和CIT（5.0 h比4.5 h，P ＝0.5 02），也無(wú)顯著性差異。捐贈(zèng)者死亡的最常見(jiàn)原因是顱內(nèi)出血（所占比率分別為83.3 %和72.1 %）。

受者年齡、性別以及原發(fā)疾病類型和Child-Pugh 評(píng)分無(wú)顯著差異（表1）。雖然總手術(shù)時(shí)間和術(shù)中失血量無(wú)顯著差異，接受磁輔助肝移植治療患者與接受常規(guī)肝移植的患者相比，肝切除時(shí)間更短（10.3 min 比43.5 min，P ＜0.0 01）。值得注意的是，血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（alanine aminotransferase，ALT）、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（aspartate aminotransferase，AST）和總膽紅素（total bilirubin，TBil）在術(shù)前以及術(shù)后1 d（POD），移植后1、3、5、7 d 和1個(gè)月的患者之間均具有差異（P ＞0.0 5）（表1和圖4）。此外，在血管相關(guān)并發(fā)癥（例如肝動(dòng)脈、門靜脈或下腔靜脈）的發(fā)生率、血栓形成、膽道狹窄以及急性腎功能不全的發(fā)生率兩組之間無(wú)顯著性差異（P ＞0.0 5，表1）。

圖4 磁輔助和常規(guī)肝移植患者之間的術(shù)前和術(shù)后ALT、AST 及TBil的變化

表1 接受常規(guī)或磁輔助肝移植患者的基線特征和臨床信息

3 討論

隨著移植器官低溫灌注保存技術(shù)、免疫抑制技術(shù)等不斷進(jìn)展，肝移植術(shù)后生存率不斷提高，但肝臟重要血管（門靜脈、肝上下腔靜脈、肝下下腔靜脈）吻合不良引起的術(shù)后并發(fā)癥是導(dǎo)致移植手術(shù)失敗的誘因之一，也是影響目前肝移植手術(shù)中無(wú)肝期時(shí)間無(wú)法縮短的主要技術(shù)瓶頸。肝上和肝下腔靜脈、門靜脈和肝動(dòng)脈重建通常都使用手工縫合技術(shù)進(jìn)行，雖然其應(yīng)用歷史時(shí)間較長(zhǎng)，但它仍存在一些不可避免的缺點(diǎn)，例如手工縫合對(duì)于手術(shù)者外科技術(shù)要求較高，熟練掌握的學(xué)習(xí)曲線較長(zhǎng)，吻合速度及吻合熟練程度直接影響無(wú)肝期的時(shí)長(zhǎng)，容易誘發(fā)相應(yīng)器官缺血/再灌注損傷，縫線與縫針對(duì)血管壁的損傷、縫線異物反應(yīng)影響愈合、吻合口狹窄等嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量和生存時(shí)間。磁吻合（magnamosis）技術(shù)作為一種無(wú)縫線吻合技術(shù)，達(dá)到血管快速吻合重建的目的，具有對(duì)組織損傷小、吻合部位無(wú)異物存留、吻合口愈合良好等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹一種新型的原創(chuàng)磁性裝置，探討其在磁輔助肝移植血管重建技術(shù)中的應(yīng)用。我們的前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明采用磁輔助吻合技術(shù)進(jìn)行血管重建簡(jiǎn)便快速，在肝移植手術(shù)中，相對(duì)于傳統(tǒng)的手工吻合，明顯縮短了吻合時(shí)間（僅需要手工縫合時(shí)間的1/4），顯著減輕臟器淤血的情況，且并發(fā)癥較少，吻合口部位管壁各層對(duì)合整齊，腔內(nèi)無(wú)異物殘留。而使用傳統(tǒng)的手工縫制技術(shù)，由于縫合技術(shù)的差異，可能會(huì)造成較長(zhǎng)無(wú)肝期時(shí)間引起的重要器官損害［12］。

WIT 易引發(fā)移植肝功能不全或延遲恢復(fù)，有研究報(bào)道熱缺血期間缺氧、代謝產(chǎn)物堆積以及肝細(xì)胞生物能量缺乏導(dǎo)致肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞病理生理改變，是移植術(shù)后早期移植肝功能不全（early allograft dysfunction，EAD）、原發(fā)性移植肝無(wú)功能（primary no function，PNF）、膽道并發(fā)癥的主要危險(xiǎn)因素［5，13-14］。冷熱缺血后必經(jīng)缺血/再灌注這一個(gè)過(guò)程，造成缺血/再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）。IRI促發(fā)炎癥通路、免疫系統(tǒng)激活和自噬作用等，最終致肝細(xì)胞損傷［15-16］?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)及臨床研究均表明DCD移植物存活率與較短的CIT 和較年輕的供者呈正相關(guān)［17-18］。研究證實(shí)，WIT 是EAD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，可較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)移植術(shù)后肝功能恢復(fù)情況，最佳臨界值為8 min。

在本研究中，我們成功研發(fā)了一種新型磁性設(shè)備，該設(shè)備能夠輔助肝移植主要血管進(jìn)行快速重建，以確保血流通暢，同時(shí)將無(wú)肝期時(shí)間從40（35.8 ～55.6 ） min 減少到大約10（9.5 ～13.2 ） min。同時(shí)，在接受磁輔助與常規(guī)肝移植手術(shù)的患者比較中，血管相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率無(wú)顯著性差異，表明此項(xiàng)新技術(shù)安全有效，并且在縮短肝移植主要血管吻合時(shí)間、減少無(wú)肝期損傷、減輕IRI方面具有較大臨床應(yīng)用價(jià)值。

早期磁輔助血管吻合的臨床應(yīng)用存在以下不足：首先，體內(nèi)多個(gè)磁鐵會(huì)相互干擾，可能會(huì)導(dǎo)致血管吻合成角或扭曲。其次，磁鐵不可降解或通過(guò)自然管道（例如腸道）排出。根據(jù)臨床前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種由一對(duì)C形磁體組裝而成的新型磁性輔助裝置，在吻合前使用磁體和底座固定在血管殘端。將匹配供者和受者的磁體和基底預(yù)先安裝在血管斷端后，通過(guò)磁力吸引，可使供受體肝臟血管“即時(shí)”再通。在恢復(fù)肝臟血流情況下，可以安全、可靠地連續(xù)縫合血管，而不用考慮無(wú)肝期時(shí)間。通過(guò)利用這種磁輔助血管吻合過(guò)程，無(wú)肝期可縮減至大約10 min，這是文獻(xiàn)報(bào)道中最短的無(wú)肝期時(shí)間記錄。

針對(duì)于磁輔助肝移植與傳統(tǒng)肝移植相比，多項(xiàng)術(shù)后結(jié)果無(wú)顯著性差異，可能原因之一是磁輔助肝移植的樣本量小。另一個(gè)解釋可能是對(duì)照組只有大約40 min的無(wú)肝期，可能對(duì)術(shù)后肝功能或發(fā)病率沒(méi)有嚴(yán)重影響。但仍需要長(zhǎng)期隨訪以證實(shí)兩組之間并發(fā)癥的發(fā)病率，尤其是缺血性膽管病以及移植物和患者的生存率。值得注意的是，最近第1例無(wú)局部缺血肝移植已成功完成［19］。在連續(xù)的常溫正常機(jī)器灌注下獲取，保存和移植了肝臟移植物。盡管這種方法可能可行，但仍具有很高的挑戰(zhàn)性和技術(shù)上的復(fù)雜。繼而，通過(guò)允許供體肝臟的快速血運(yùn)重建，血管重建可能會(huì)在未來(lái)的臨床中進(jìn)一步簡(jiǎn)化無(wú)缺血的肝移植實(shí)踐進(jìn)程。此外，我們最初的動(dòng)物研究還表明，使用磁性裝置的供體肝臟可進(jìn)行非沖洗性肝移植（不對(duì)供體肝臟進(jìn)行灌注，但在獲得供體后進(jìn)行快速移植）在豬和大鼠模型中可行。

針對(duì)磁吻合技術(shù)在血管吻合應(yīng)用方面存在的不足，我們考慮的解決辦法是：①利用3D打印技術(shù)及納米材料技術(shù)進(jìn)行可降解納米釹鐵硼磁性復(fù)合材料磁性器械的研究，2016年本課題組采用磁性3D打印技術(shù)制備可降解納米釹鐵硼磁性復(fù)合材料磁性器械，是以熔融紡絲法得到的含有90%各向同行粘結(jié)型Nd-Fe-B磁粉的PLA 長(zhǎng)絲為原理，采用熔融沉積的方式打印具有復(fù)雜形狀、精確定制磁場(chǎng)的磁性器械，不僅具有良好的可降解性和生物相容性，而且無(wú)需加工模具，成本低、速度快，根據(jù)器官的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)精密設(shè)計(jì)新型生物可降解納米釹鐵硼磁性復(fù)合材料磁性器械用于外科吻合有待進(jìn)一步進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；② 探索磁屏蔽技術(shù)，本課題組設(shè)想如果對(duì)磁體非吻合面的磁性進(jìn)行屏蔽，即使兩對(duì)磁體相互靠近，也不會(huì)相互吸引而形成吻合。同時(shí)，由于肝移植術(shù)中涉及肝上或肝下下腔靜脈的端端吻合或側(cè)-側(cè)吻合、肝動(dòng)脈端-端吻合、門靜脈端-端吻合及膽總管端-端或側(cè)-側(cè)吻合，為避免多個(gè)磁體間的互相吸引壓迫吻合口周圍組織或器官而引起相應(yīng)并發(fā)癥，我們也通過(guò)在磁體之間添加支架的形式使磁體間保持一定的距離，有效防止了因磁體非吻合面之間的壓榨而造成術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。尋找一種吻合速度更快、更簡(jiǎn)便、創(chuàng)傷更小、效果更可靠的血管吻合方法成為解決肝移植技術(shù)瓶頸的突破口。

綜上所述，磁輔助快速血管重建技術(shù)在肝臟移植中是安全可行的，與傳統(tǒng)血管吻合術(shù)相比較，可顯著縮短無(wú)肝期時(shí)間，減輕無(wú)肝期對(duì)于機(jī)體的應(yīng)激損傷，未來(lái)可能成為免灌注肝移植的有效技術(shù)支持，顯著改善肝移植患者預(yù)后。