體外肺灌注在肺移植中的研究進展

張航 崔鍵

體外肺灌注在肺移植中的研究進展

張航 崔鍵

肺移植是治療晚期肺實質和肺血管疾病的最佳選擇，也是延長患者生存期和提高生活質量的重要干預措施。過去的幾十年中，在一些歐美國家肺移植研究迅速發展。體外肺灌注（EVLP）作為一種現代的肺移植供肺保護技術，能夠評估供肺情況并改善供肺質量，將評估后的高危供肺成功移植，從而也安全地增加了供體數量。該文就EVLP技術在肺移植領域的最新研究應用進展進行綜述。

肺移植； 體外肺灌注； 研究進展

據國際心肺移植學會（International Society for Heart and Lung Transplantation，ISHLT）登記處統計，截止2012年6月，世界各地人類肺移植累計完成45 303例［1－2］，但移植物的供需失衡問題仍限制著全世界肺移植領域研究的開展。其主要限制因素為器官短缺、供肺質量較差。因此，供肺短缺的情況下只能滿足極少部分人完成肺移植，擴大供體池便會使更多等待移植的患者受益［3］。20世紀90年代，無心跳供體肺移植作為彌補腦死亡供肺短缺的一種方式再次引起醫學界的關注，并在一些歐美國家中迅速發展，兼顧肺移植前后管理工作也取得了顯著進展。

一、肺移植應用背景及歷史

目前，世界各國移植中心應用的大多數供體肺仍來源于腦死亡供體（donor of brain death，DBD），然而在腦死亡或器官捐獻獲取過程中，供體肺會遭受一定程度的損傷，如通氣獲得性肺炎、神經性凈水力性肺水腫、氣壓傷等，導致供肺質量較差，移植供肺利用率大幅度降低。在美國，多器官供體中供肺利用率為22%，英國僅有17%，供肺利用率對肺移植的影響逐漸加劇。在西班牙，肺移植等候名單上患者等待的平均時間約230d，病死率高達6．2%，器官短缺的難題亦較嚴峻［4］。供體器官短缺難題推動著研究者們對潛在供體資源的探尋，為增加供體來源，研究者們擴大原有的供體選擇標準，開始應用無心跳供體和提高供肺質量的EVLP技術。

無心跳供體作為彌補腦死亡供體短缺的一種供體形式，臨床第一例肺移植完成于無心跳供體［5］。在無心跳供體移植的過程中，存在熱缺血期（撤除生命支持治療到肺動脈灌注開始），術后原發性移植物失功（primary graft dysfunction，PGD）發生率較高［612］。因此，移植專家們在應用無心跳供體時尤為保守且謹慎。肺不同于其他實體器官，可以不依靠灌注進行有氧代謝，而是靠肺泡基底部的被動擴散，并且也有大量實驗數據證實了無心跳供體應用的可能性［13－16］。20世紀90年代初期，Egan團隊［17－18］通過一系列犬實驗證實了心跳停搏的一段時間內肺仍具有活力。2006至2008年，無心跳供體數量增加了24%，相比之下，腦死亡供體數量卻減少了2%［19］，可見無心跳供體是一個巨大的潛在器官來源，為新供體池的構建開辟了嶄新的研究道路。提高供體管理、實行擴大的供體評估標準后，近幾年瑞典的多器官供體利用率大幅提升，可達到30%～40%［20］。如果對供體精準的評估應用到適合的受體上，據估計安全成功移植率可達到40%［21］，而體外肺灌注（ex vivo lung perfusion，EVLP）的主要對象是心死亡供體及腦死亡的邊緣供體。

二、EVLP評估及適應證

一般的供肺評估流程為血液檢查和X線胸片、CT、支氣管鏡檢查，以及氣體交換能力檢查和肉眼觀察評估等。在臨床移植肺保護策略中可依靠低溫限制肺內代謝率，但是這種方法最適用于理想供體。由于供體的短缺，現在所應用的大多是擴大標準的非理想供體。隨著肺保護技術的不斷提高改善，一種模擬體內環境通過對移植供肺通氣和灌注的新評估技術——EVLP使研究者們產生了極大的興趣。

器官灌注技術早在1938年就已經被Alexis Carrel和Lindbergh提出［22］，在當時應用該技術進行了大量的器官灌注實驗，如心、腎、甲狀腺和卵巢等。隨后，1970年Jirsch等人［23］研究評估保護遠距離獲取的供肺，因不能維持肺內的氣液屏障最終導致水腫，致肺血管阻力（pulmonary vascular resistance，PVR）增加，最終嘗試失敗。20世紀90年代，隨著器官灌注技術大量應用于肺實驗生理學研究，漸漸證實了肺灌注技術的可靠性［24］。2001年由瑞典隆德大學Steen移植小組［25］完成第一例臨床供肺EVLP，應用EVLP評估一位54歲心肌梗死患者的供肺，心肺復蘇后190min取下供體肺，對供肺用Perfadex液表面冷卻，EVLP評估65min后成功完成右單肺移植。此外，Steen移植小組還研制出一種低鉀右旋糖酐灌注液（low－potassium dextran，LPD；Steen液），該灌注液可防止肺水腫，且移植后結果良好。隨后該移植小組在2007年再次證實此項技術可用于評估起初被認為不適合移植的供肺，通過改進供肺質量提高供肺利用率［26］。

近年來，EVLP逐漸成為一種成熟的移植物功能評估及損傷修復技術，可用于評估和修復供肺，改善和提高邊緣肺功能，識別受體植入前持續性功能障礙等。對于初步判斷不適合移植的供肺評估修復、改善氧合、降低血管阻力及改良移植后結果具有高效的指導作用。EVLP相比傳統肺評估標準體系較完善且應用性廣泛。最新應用EVLP的適應證（腦死亡供體與心死亡供體均適用）可歸納如下：PaO2／FiO2＜300mmHg（1mmHg＝0．133kPa）；胸部X線片或體格檢查顯示有肺水腫的征象；取肺過程中檢查示肺順應性較差；10次以上的輸血史或可疑的誤吸；心死亡供者熱缺血前期（撤除生命支持治療到心跳停搏）間隔時間大于60min［27－28］。在EVLP評估4～6h后，可接受的移植標準為P／F＞400mmHg，肺動脈壓、氣道壓和肺順應性穩定或有改善［27－28］。多倫多移植的臨床經驗顯示EVLP還能較好地評估改善高危供肺，Cypel等人［27］研究了臨床肺移植EVLP，成功移植20例高危供肺，移植72h后PGD 2、3級發生率為15%，低于對照組的30%。多倫多大學較隆德大學移植小組在技術細節上有所不同，他們將EVLP系統逐漸升溫至常溫，隨著溫度逐漸升高后，調節增大通氣流量至心輸出量的40%，做好保護性的肺通氣，采用無細胞型灌注液增加膠體滲透壓［29－30］。

EVLP是一種新的技術，可以對移植肺的血流動力學、通氣測量參數和氣體交換評估進行精準地觀察。其優點主要包括（1）運用肺復張手法，提供良好的環境使萎陷肺復張；（2）有效清除支氣管內異物；（3）除去肺循環中的凝塊；（4）使通氣量及壓力直接傳到供肺，從而不會因胸壁與橫膈膜影響通氣灌注匹配［31］。EVLP評估系統中，灌注液成分對灌注器官有重要影響，對移植后的結果也至關重要。Steen液是被廣泛應用的灌注液，EVLP后顯著改善供肺功能。Pêgo－Fernandes等描述了他們所使用的灌注液（LPDnac液）的經驗，研究中發現對照組Perfadex液中的鹽分不足，兩組結果存在差異［32－33］。Menezes等［34］通過比較研究Perfadex液與Celsior液對灌注結果的影響，發現灌注兩種溶液后有相似的血氣結果，且組織病理學結果未有明顯差異。

EVLP灌注期間需要對供肺進行評估數次，包括血氣分析和X線，評估結束前需要一定時間對受體做相關的準備。若評估結果未能滿足可接受標準，則需要延長灌注時間。灌注時間是EVLP系統準確調節的重要數據之一，各移植小組在臨床應用中未設定固定的灌注時間，且在不同的個體和不同的情況下灌注時間各異。Steen研究小組［35］灌注時間僅持續1h。Erasmus等［36］通過豬肺模型嘗試延長灌注時間到6h，但在灌注6h末時出現肺血管阻力及氣道壓增加致肺損傷。Cypel等人［37］在多倫多移植小組研究常溫體外灌注通氣策略時，通過對瑞典模型改進后成功的延長到12h未引起水腫，并有穩定的肺血管阻力、氣道壓及肺氧合能力。

三、EVLP的應用現狀

臨床上已經有大量EVLP應用報告，證實了EVLP不僅可以評估供肺，還可以保護和改善供肺功能。自2007年Steen等人［38］第一次發表體外灌注應用肺移植以來，各國移植小組紛紛報道各自的EVLP結果與臨床應用經驗。2011年Cypel小組［27］和Lindstedt小組［39］報告稱經體外灌注的起初抵抗的供肺與標準供肺移植后結果相似。2012年，Aigner小組［40］和Zych小組［41］報道EVLP可提高非可接受標準供肺質量。2013年，Wallinder等人［42］報道EVLP是一種安全可靠的技術方法，最終將抵抗的供肺用于肺移植。目前三大EVLP系統，即多倫多、Lund和器官護理系統（organ care system，OCS）正應用于臨床試驗中，各系統之間的異同見表1。多倫多技術的主要特點即使用無細胞型灌注液，給予左心房正壓力形成完整閉合回路及低流量的灌注。在最近一次OCS系統的初步研究中，Warnecke團隊研究EVLP應用于常溫供肺評估器官運輸。在兩個移植中心通過OCS系統供肺運輸裝置，應用標準供肺完成12例肺移植。在與低溫保護對照試驗研究中證實，該裝置可安全應用于標準供肺，最終所有患者存活至少30d并安全離院［43］。

非可控無心跳供體肺移植是各移植小組開展移植工作以來難以攻克的難題。1995年，普爾塔耶羅大學醫學院在對29例非可控無心跳供體（MaastrichtⅠ、Ⅱ類）的研究中，初步顯示出PGD 3級高發生率38%，醫院病死率17%，1年生存率為57%［44］。Madrid團隊同樣報道了29例非可控無心跳供體移植經驗，90d和1年的死亡率分別為22%和32%，PGD 2、3級發生率也較預想的高［45］，結果均不令人滿意。近年來對該領域的研究有了新的進展，一些移植團隊將EVLP技術應用到非可控無心跳供體上。Moradiellos的研究中應用EVLP評估左單肺移植，有助于更好地選擇供肺，排除4例評估結果較差的供肺后，PGD 3級發生率為0［46］。Egan等［47］在美國的一項臨床試驗中證實了該技術的可行性，成功獲取灌注2例非可控無心跳供體。雖然EVLP應用于非可控無心跳供體的臨床報告不多，但能夠說明可提高非可控無心跳供體轉化率，增加可用供體池數量。

表1 三大EVLP系統比較

關于EVLP其他關鍵保護策略是基于藥理學方面和基因治療的研究進展，應用含有β腎上腺素藥物的高滲透壓的灌注液能加快肺水腫的消除，肺灌注液中加入抗生素有助于治療術后肺炎的發生，還可加入溶栓劑清除凝塊［48］。很多移植中心已表明：移植前在EVLP的基礎上加入基因治療可進一步修復損傷供肺，Cypel等人［49］通過EVLP用腺病毒載體編碼人類白細胞介素10（interleukin 10，IL－10）轉染實驗豬肺12h，顯示優化動脈氧分壓和毛細血管阻力可改善肺功能，這項研究是應用EVLP平臺進行體外基因治療的重要理論基礎，預示EVLP修復方法有不錯的前景。Yeung等人［50］證實腺病毒基因EVLP治療優于體內治療，有助于降低載體相關性炎癥反應，提高移植后肺功能。Emaminia等人［51］證實灌注液中腺苷A2a可降低急性肺損傷的炎癥反應。對間充質干細胞的研究應用仍處于實驗階段，但可以減少血管外肺水的產生，控制因神經源性肺水腫導致的死亡［43］。

四、未來展望

無心跳供體肺移植在臨床上已成為現實，可控的無心跳供體與腦死亡供體移植后結果相似。無心跳供體在缺血期的血流動力學的不穩定會對肺造成損傷，但避免了腦死亡供體中相關的炎癥風暴，在初期大量的臨床研究中表明無心跳供肺較腦死亡供肺炎癥反應較少。EVLP的出現使供肺的評估和保護體系更加完善，盡管有許多關于EVLP供肺保護的研究還僅限于動物實驗階段、移植前治療、基因治療和細胞治療研究層面。EVLP對于國內移植領域有較大價值，但由于費用昂貴使得該技術開展緩慢。EVLP終將成為被廣泛應用的器官供體評估技術，更好地優化供體，處理再灌注及免疫損傷，最終戰勝肺移植供體短缺的難題。

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Development of ex vivo lung perfusion in lung transplantation

Zhang Hang，Cui Jian．Department of Thoracic Surgery，Fourth Affiliated School of Clinical Medicine，Harbin Medical University，Harbin 150000，China

Cui Jian，Email：hangzones＠163．com

Developed rapidly in some European and American countries over the past decades，lung transplantation has been accepted as the best therapy that improves the survival and quantity of life for selected patients with end－stage lung or pulmonary vascular diseases．Ex vivolung perfusion（EVLP）has emerged as a modern preservation technique that allows for more accurate lung assessment and also improvement of lung quality．Its application in high risk donor lungs has led to safe and substantial expansion of the donor pool．This paper reviews the growing development of EVLP application in lung transplantation．

Lung transplantation； Ex vivo lung perfusion； Research progress

2015－04－15）

（本文編輯：周珠鳳）

10．3877／cma．j．issn．2095－8773．2015．04．003

150000 黑龍江省哈爾濱醫科大學附屬第四醫院胸外科

崔鍵，Email：hangzones＠163．com

張航，崔鍵．體外肺灌注在肺移植中的研究進展［J／CD］．中華胸部外科電子雜志，2015，2（4）：222－226．