供心機械灌注與保存研究進展

仲肇基，劉盛（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院，阜外醫(yī)院心外科，北京 100037）

1 背 景

心臟移植是治療終末期心臟病最有效的方法［1-3］。截至2015年6月底，國際心肺移植協(xié)會（International Society for Heart and Lung Transplantation，ISHLT）注冊成人心臟移植已達113 472例［4］。供體缺乏是全球共同面對的問題，而受經(jīng)濟、法規(guī)、文化傳統(tǒng)等因素影響，這一問題亞太地區(qū)更為顯著［5］。一方面，由于缺少合適的供體心臟，部分潛在受體無法進行心臟移植，或需要心室輔助裝置（ventricular assist device，VAD） 作為過渡；另一方面，限于供體年齡、腦死亡后心臟維護、轉(zhuǎn)運條件等因素，只有少數(shù)供心最終得到利用。另外，心臟死亡器官捐獻（donation after cardiac death，DCD）是重要的腎、肝供體來源，但由于心臟缺血損傷，DCD供心的利用也受到限制［6-7］。

由于供心與受體的供求關(guān)系以及傳統(tǒng)低溫停跳保存的不足［8］，機械灌注保存與轉(zhuǎn)運供心得到了廣泛的研究。本文側(cè)重于臨床應(yīng)用方面，對低溫機械灌注（hypothermic machine perfusion，HMP）與常溫機械灌注（northermic machine perfusion，NMP）分別進行介紹。

2 供心機械灌注保存的目的

供心機械灌注保存的主要目的分為兩個方面：① 對于標(biāo)準(zhǔn)供心，通過機械灌注延長保存時間，增加轉(zhuǎn)運距離，提高供心質(zhì)量。② 實現(xiàn)對邊緣供心及DCD供心的安全有效的保存，并提供評估方法，使既往認(rèn)為無法使用的供心得到利用，增加供心數(shù)量。

供心在保存與轉(zhuǎn)運過程中可能受到損傷，并導(dǎo)致早期移植物衰敗，甚至術(shù)后早期死亡［9-10］。供體年齡、缺血時間、受體年齡等均是供心損傷的危險因素［11-12］。例如，在傳統(tǒng)低溫停跳保存情況下，供心冷缺血時間從180分鐘延長到360分鐘，將導(dǎo)致早期移植物衰敗及術(shù)后死亡風(fēng)險加倍［8］。高齡供體對冷缺血更為不耐受［12-13］。因此，研究人員希望通過供心機械灌注延長供心安全保存時間，并提高供心質(zhì)量，改善受體預(yù)后［14］。

為了增加供心數(shù)量，外科醫(yī)師也不斷試圖利用邊緣供心，如高齡供體、腦死亡后出現(xiàn)輕微心功能異常的供體、輕微冠脈病變供體等。DCD供體是重要的腎、肝來源，但DCD心臟供體受到限制。邊緣供心、DCD供心的評估、選擇與保存仍是目前研究的熱點，供心機械灌注保存為此提供了可能的突破口［15］。

3 低溫機械灌注

HMP利用灌注液使心臟處于靜止?fàn)顟B(tài)，并通過持續(xù)灌注向心臟提供氧及營養(yǎng)物質(zhì)，清除代謝產(chǎn)物［16］。HMP在實驗動物模型中已經(jīng)得到了廣泛的研究［17］。目前，最佳灌注液配方、泵條件（平流/搏動性、流量、泵壓） 及溫度尚無定論。一些研究中，HMP液是在心臟停跳液（如Wisconsin液或Celsior液）配方基礎(chǔ)上加以修改得到的高鉀液體。而部分研究采用類似血漿電解質(zhì)成分的等鉀灌注液，心肌灌注和功能恢復(fù)更好［16，18-19］。保證供心的均勻灌注以及避免供心水腫是目前HMP值得注意的問題［16， 18］。

DCD供心的熱缺血損傷與熱缺血時間成正比。熱缺血對供心造成的損害難以預(yù)測［20］，一般認(rèn)為超過20分鐘的熱缺血會對供心造成不可逆損傷［21］。另外，停止循環(huán)支持后右心室會可能會受到額外的擴張損傷［22］。研究人員通過改進灌注液的成分等途徑來減少熱缺血造成的心肌損傷［21，23-24］。

在犬、豬等DCD動物模型中，HMP保存供心優(yōu)于傳統(tǒng)低溫停跳保存［19，25-31］。動物模型中，DCD供心在30 分鐘熱缺血后，心功能仍能恢復(fù)［31］。研究發(fā)現(xiàn)在持續(xù)機械灌注的條件下，中度低溫或淺低溫較5℃深低溫更有利于保護心功能，因此認(rèn)為應(yīng)避免溫度過低［32］。

HMP的應(yīng)用逐漸延伸到放棄臨床使用的人類DCD供心。Osaki等［33］研究發(fā)現(xiàn)熱缺血時間低于40 分鐘的供心均成功復(fù)蘇，但DCD供心功能低于DBD供心。Rosenfeldt等［34］也報道了人DCD供心在經(jīng)過HMP后成功復(fù)蘇。Cobert等［35］發(fā)現(xiàn)人DCD供心中，正向或逆向（經(jīng)冠狀靜脈竇）HMP均優(yōu)于傳統(tǒng)低溫停跳保存。HMP的研究多在實驗動物模型中進行［16，18-19，24-32，35］。Osaki等［33］、Rosenfeldt等［34］、Cobert等［35］的研究雖然基于人類心臟，但研究對象仍然是放棄臨床使用的供心，尚未真正意義上進入臨床。

4 常溫機械灌注

NMP的特點是保持心臟的常溫與跳動狀態(tài)，通過灌注含血液體滿足心臟代謝需要［36-37］。該方法不但在動物模型中得到了深入的研究，而且已經(jīng)投入了臨床應(yīng)用［14，38-40］。目前，唯一投入商業(yè)化生產(chǎn)的NMP設(shè)備是TransmedicsOCS（Organ Care System）。NMP的主要優(yōu)點是可以實時監(jiān)測心功能及代謝［21，23，41］，并添加細(xì)胞保護及免疫調(diào)節(jié)制劑［42］。NMP的主要缺點是：設(shè)備及操作較為復(fù)雜；需要一定量供體血液作為灌注液組分；設(shè)備和轉(zhuǎn)運成本較高。與HMP一樣，NMP的灌注液成分、泵條件尚無標(biāo)準(zhǔn)［37］。

4.1 NMP設(shè)備與技術(shù)：以TransmedicOCS系統(tǒng)為例，在供心獲取過程中，須同時采集1.2～1.5 L供體血液。供體血濾去白細(xì)胞后，與500 ml含有各種營養(yǎng)物質(zhì)的預(yù)充液混合。獲取供心后，將供心主動脈與灌注管連接，將另一插管與肺動脈連接。將供心上、下腔靜脈縫閉。自左心房安放左心室引流。血泵自主動脈根部泵入含血灌注液，經(jīng)冠狀動脈后，自冠狀靜脈竇回流至右房。灌注液進入右心室及肺動脈，再由肺動脈插管引流回儲血器、氧合裝置。心臟處于Langendoff循環(huán)，左室收縮但并不實際做功。該系統(tǒng)還可提供心外膜起搏及除顫功能。

TransmedicOCS系統(tǒng)通過乳酸濃度監(jiān)測血乳酸濃度評估心肌活性。乳酸濃度低于5 mmol/L，并且存在心肌乳酸攝取的證據(jù)（動靜脈血乳酸差值）提示心臟保存良好［39，43］。該系統(tǒng)還可以監(jiān)測主動脈壓力及冠脈血流。TransmedicsOCS系統(tǒng)還允許從主動脈插管安放導(dǎo)管，進行冠脈造影［44］。

4.2 NMP在標(biāo)準(zhǔn)DBD供體中的應(yīng)用：ProceedⅡ研究是目前關(guān)于NMP的最大規(guī)模的臨床試驗（NCT00855712）［39］。該研究是一項多中心前瞻性隨機非盲非劣性臨床試驗。研究入組了130例常規(guī)DBD供體，其中67例采用NMP技術(shù)保存（應(yīng)用TransmedicOCS），63例為傳統(tǒng)低溫停跳保存。NMP組與傳統(tǒng)低溫停跳保存組的術(shù)后30天生存率分別為94%與97%，兩組供心相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率分別為13%與14%，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。在冷缺血時間小于4小時的情況下，該研究并未發(fā)現(xiàn)NMP優(yōu)于傳統(tǒng)低溫停跳保存［39］。

Stamp等［45］報道了一例供心使用NMP保存10小時的病例。供心功能良好，但轉(zhuǎn)運僅飛行時間就需6～8小時。常規(guī)情況下該供心不符合使用標(biāo)準(zhǔn)。由于受體需要緊急手術(shù)，該團隊?wèi)?yīng)用TransmedicOCS保存供心，供心經(jīng)611分鐘冷缺血后成功用于移植。術(shù)后患者成功脫離循環(huán)輔助裝置，并于術(shù)后15日順利出院。NMP的臨床研究逐步從標(biāo)準(zhǔn)DBD供體延伸到邊緣DBD供體和DCD供體中。

4.3 NMP在邊緣DBD供體中的應(yīng)用：目前尚無關(guān)于邊緣DBD供心的隨機對照研究。García等［38］報道了一項單中心回顧性研究。該研究中包含30例“高危”供體。高危的定義包括：供心冷缺血時間＞4 小時，供心LVEF＜50%，供心左室肥厚或冠脈病變；受體植入VAD，受體肺動脈高壓。其中26例供心安裝TransmedicOCS后進行評估，可用于移植。手術(shù)近期效果良好，僅有1例早期死亡。術(shù)后隨訪109～445日，心功能良好者占92%，平均左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fractions，LVEF）為64%。

另外，一項關(guān)于NMP在邊緣供心中應(yīng)用的多中心前瞻性臨床試驗正在進行之中（EXPANDHeart研究，NCT02323321）。該研究是一項多中心非盲的前瞻性研究，入組不符合常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的供心，利用TransmedicOCS心臟保存系統(tǒng)進行保存。研究主要終點是心臟移植術(shù)后24小時內(nèi)心臟原發(fā)性移植物功能障礙（primary graft dys-function，PGD）與術(shù)后30日死亡。

4.4 NMP在DCD供體中的應(yīng)用：多項動物模型中的研究表明，NMP保存DCD供體優(yōu)于傳統(tǒng)低溫停跳保存［21，23-24，31］。另外，NMP 可對 DCD 供心提供實時的、可重復(fù)的代謝及功能評估［23，41］。臨床工作中，實時的、可重復(fù)的供心活性評估對外科醫(yī)師有重要的指導(dǎo)意義。2015年，Dhital等［40］報道了NMP應(yīng)用于DCD供心的獲取、轉(zhuǎn)運、復(fù)蘇、實時評估。2016年，Messer等［46］報道了13例DCD供心采用NMP獲取，平均熱缺血時間為24分鐘。獲取后評估確定其中9例可用于移植，并取得了良好的近期效果。9例患者均順利出院，盡管其中2例術(shù)后使用循環(huán)輔助裝置。其他心臟移植中心也在開展DCD供心用于心臟移植的研究［47］。

5 結(jié) 論

供心機械灌注保存的優(yōu)勢包括：① 為供心提供氧及營養(yǎng)物質(zhì)，避免心臟缺血損傷，清除代謝產(chǎn)物，避免對心臟的毒性作用；② 可根據(jù)需要加入心臟保護及免疫調(diào)節(jié)藥物或其他藥物［42］；③ 可實時進行代謝、心功能監(jiān)測，方便進行供心評估［21，41］；④ 延長供心保存時間，增加轉(zhuǎn)運距離，并給外科醫(yī)師充足的準(zhǔn)備時間，這對于再次手術(shù)或已安裝VAD 的患者尤為重要［38，45］；⑤ 減少移植物功能異常與早期衰敗，改善患者生存［14］；⑥ 增加潛在供體的數(shù)量，減少左心輔助裝置的使用。

當(dāng)前，供體心臟的機械灌注保存已經(jīng)進入實際臨床應(yīng)用階段。HMP與NMP都有廣闊的發(fā)展前景。HMP設(shè)備更簡單，成本更低；而NMP方便供心的實時評估與監(jiān)測。目前研究表明，常規(guī)DBD供體中機械灌注保存與傳統(tǒng)低溫停跳保存相比并沒有明顯的優(yōu)勢。但在邊緣DBD供體以及DCD供體中，有證據(jù)表明供心機械灌注保存具有優(yōu)勢。供心機械灌注保存有著廣泛的發(fā)展前景，有希望同時提高供心的數(shù)量及質(zhì)量。