离体肺灌注技术的应用现状

张晓阳（综述），李 欣（审校）

离体肺灌注技术的应用现状

张晓阳（综述），李 欣（审校）

［关键词］：肺移植；离体肺灌注；供肺保护

作者单位：200000上海，上海交通大学附属胸科医院体外循环科［张晓阳（研究生）］

肺移植作为许多终末期肺疾病的唯一治疗手段，在世界各国广泛开展。随着肺移植技术的改进，肺移植手术量不断增加，据统计2010年全世界年肺移植总量为3 519例，而10年前全世界年肺移植总量为1 700例［1］。与肺移植手术总量不断增加相对应的是供体肺数量的不足。据统计2010年至2012年美国每100个等待肺移植的患者有15．4个在等待过程中死亡［2］，而在英国等待肺移植的患者中有35%死亡［3］。造成供肺短缺的原因除了有器官捐献者不足，还有供肺利用率低下。由于供体在脑死亡和器官捐献的过程中发生呼吸机相关性肺炎、气压伤、神经源性和压力性肺水肿等损伤，致使相当数量的供肺达不到标准［4］。据欧洲国家器官储运组织（Eurotransplant）和移植受者科学注册系统（SRTR）统计数据显示，2012年欧洲供肺使用率为61%，美国供肺使用率为22%。目前主要通过扩大供体选择标准和应用体外肺灌注（ex vivo lung perfusion，EVLP）技术，来缓解供肺短缺。本文将介绍EVLP的发展历史，EVLP的临床应用方法，以及EVLP的优势。

1 EVLP的发展历史

早在器官移植出现之前，Carrel和Lindbergh于1935年首次提出了器官常温体外灌注的方法［5］。他们在随后的研究中将这种方法用于卵巢、甲状腺、肾脏和心脏的离体灌注，结果表明离体的器官在应用这种方法保存时可以维持正常功能长达数天。肺脏应用体外灌注技术，在20世纪90年代之前主要是进行肺脏生理学研究［6－7］，在2001年才被Steen等［8］首次应用于肺移植手术。在该手术中供体是54岁的由于心梗收治于ICU的患者，经历50 min心肺复苏后心脏无复跳。他们用Perfadexź液（Vitrolife）灌注供者胸膜腔对供肺表面降温，然后手术摘取供肺，供肺经过65 min EVLP后右肺单肺成功移植。此前，由于无心跳供体（donor of cardiac death，DCD）在器官获取前无法进行在体评估，较少应用于临床，而EVLP技术使器官在体外灌注的过程中能够得到全面评估，为DCD的应用提供了保障。随后该移植小组将这种短时间体外灌注的方法推广应用于不符合标准的供肺。6对不符合供肺选择标准的供肺经过61～121 min的短时间灌注，均双肺成功移植［9］。多伦多总医院在Steen等人的经验上进行改良，延长了供肺无损伤的体外灌注的时间，实现了对供肺进行评估的同时对其损伤进行修复和治疗。本文以下对EVLP技术的介绍以多伦多医院的经验为主。

2 EVLP的临床应用方法

2．1 EVLP的纳入标准 理想的肺供应该满足以下标准［10］：供体年龄＜55岁；没有肺外伤；每年吸烟＜20包；动脉氧分压／吸入氧分数（PaO2／FiO2）＞300 mm Hg（在FiO2＝1．0，呼气末正压＝5 mm Hg的标准下）；胸片肺影清晰；支气管镜下未见脓性分泌物；呼吸道拭子革兰氏染色未见病原体。而现实临床上只有少部分供体肺能完全达到此要求，使用不符合理想供肺选择标准的“边缘性供肺”能够在一定程度上缓解供肺短缺。

EVLP技术目前主要应用于边缘性供体肺。满足以下任何一个条件即符合EVLP的纳入标准（适用于脑死亡和无心跳供体）［11－12］：①供肺最佳的PaO2／FiO2＜300 mm Hg；②X线检查和体格检查有肺水肿；③供肺摘取手术中发现肺顺应性低；④输血超过10个单位或者可疑误吸病史；⑤供体撤除生命支持至心脏停跳之间超过60 min。

2．2 EVLP的具体操作方法 获取供肺以后经低温保存运送至移植中心，然后对到达移植中心的供肺进行修剪准备［13］：①将左心房心肌袖修剪整齐，用4－0聚丙烯线和特制插管端端连续缝合。②如果摘取供肺时，获得的供肺肺动脉足够长，插管插入肺动脉至其分叉处，用双股粗线捆扎固定；如果同时进行供心摘取，肺动脉会较短，用5－0聚丙烯线将肺动脉袖和插管端端连续缝合。③将气管在隆突处钳夹，切开缝合器缝合口插入普通气管内插管，用双股粗线捆扎固定。用1 L Perfadexź液对供肺进行第二次逆行灌注。将修剪好的供肺放在EVLP的保护罩下，准备与管道连接。根据经验在供肺摘取时应尽量保证足够长的左心房、肺动脉袖和气管（通常从喉以下切断气管），以便于插管。如果一侧肺损伤严重不符合临床使用EVLP的指征，可将对侧肺单独灌注。

EVLP的装置：肺动脉的流出端、硬壳回流罐、离心泵、中空纤维氧合器、变温器、白细胞滤器和左心房流入端组成，之间用3／8英寸的管道相连。通路安装完成后用2 L Steen液、500 mg甲泼尼龙、3 000 IU普通肝素、抗生素（500 mg亚胺培南＋西司他丁钠）进行预充。

EVLP的灌注方法：灌注管路排气后通过肺动脉插管进行顺行灌注，左心房插管在开始灌注后充分排气然后连接于管道环路上。松开流出管路管道钳，开始EVLP。在对供肺用Steenź液进行灌注时目标灌注量是预测供体心排出量的40%。首先使用目标灌注量的10%进行灌注，10 min后将变温器温度设置为30℃流量为目标灌注量的20%，20 min后温度设置为37℃流量为目标灌注量的30%，30 min、40 min、50 min流量分别为目标灌注量的50%、80%、100%。当供肺温度达到33℃开始肺通气（7次／min、潮气量达到7 ml／kg、呼气末正压通气（PEEP）5 cmH2O、FiO2＝1．0）。氧合器中通入由86%N2、8%CO2、6%O2组成的混合气体使灌注液脱氧，流量为1 L／min，通过控制通气流量把通过膜肺后的PCO2控制在35～40 mm Hg。通过调整灌注回流罐高度维持左心房压力3～5 mm Hg。一旦供肺达到常温和目标流量，开始以25 cm H2O手动膨肺。此次供肺进入稳定阶段。管路中的Steenź液每小时均要进行更换，第一小时更换500 ml，随后每小时更换250 ml。

灌注的特点：①缓慢复温至生理性正常温度。肺血管常温灌注有利于肺泡内液体清除。Frank JA［14］的实验表明，同一供体的两肺叶分别进行常温和低温灌注，常温灌注组的肺泡液体清除率是被动复温组的四倍。②在肺复温的过程中缓慢增加灌注量，目标灌注量为预计供者心输出量的40%。高流量灌注会导致低温缺血的供肺发生再灌注损伤，组织结构和生理功能恶化［15］。多伦多医院建议使用逐渐增加的保护性低流量灌注。③保护性肺通气（7 ml／kg）。使用该机械通气策略的证据来源于临床上对急性肺损伤或呼吸窘迫综合征的患者的通气试验。试验显示［16］相比于使用高潮气量（12 ml／kg）的患者使用低潮气量（6 ml／kg）的患者有较低的死亡率和机械通气时间。④高渗的无细胞灌注液。多伦多总医院使用的灌注液是细胞外液型不含细胞的Steenź液（Vitrolife），包含有人血白蛋白和右旋糖酐。人血白蛋白能保证一定的胶体渗透压，减少肺水肿的形成。右旋糖酐保护上皮细胞免受补体损伤及细胞介导的细胞毒作用，还可以抗凝、抗血小板聚集等。在很多实验中右旋糖苷的保护作用得到了肯定［17－18］。对Steenź液的研究表明［19］Steenź液能减少血小板和白细胞NOX2的活化，能抑制氧化应激反应，减少活性氧生成，增加一氧化碳（NO）生成，从而减少器官损伤。

EVLP的评估方法：灌注过程中每小时进行一次供肺评估。在进行评估时呼吸机参数设置为：潮气量10 ml／kg、10次／min、FiO2＝1．0，维持5 min。监测肺动脉压、左心房压、气道峰值压力和平台压、肺的动静态顺应性，分别抽取肺动脉端和左心房端灌注液进行肺动静、脉血气分析。第一小时以及随后每两小时进行肺X线影像学检查、肺组织和肺泡灌洗液中的生物学标志物的检查及支气管镜检查。由于EVLP灌注液不含血细胞，所以灌注液PO2是较晚出现的肺损伤的标志，而肺顺应性和气道峰压的变化是肺损伤较早的标志。当供肺PaO2／FiO2＞400 mm Hg，肺动脉压力比基础值减少15%，气道压、肺顺应性平稳或提高时，供肺便达到移植标准；当供肺PaO2／FiO2＜400 mm Hg，肺动脉压力比基础值增加超过15%，气道压、肺顺应性比基础值降低超过15%时，供肺便不适宜移植。达到移植标准的供肺，用变温器使肺降温至15℃。夹闭肺动、静脉和气管内插管，并使肺保持充气状态。将供肺置于4℃Perfadexź液中表面覆盖冰泥，等待移植。

3 EVLP的优势

3．1 延长供肺保存时间 在应用EVLP技术期间持续给予氧气和能量，使供肺的代谢得以维持，能够进行自身的组织修复。有实验显示EVLP技术的应用能延长供肺保存时间，而供肺并不发生损伤。Cypel等［20］将健康猪肺冷保存12 h，然后分别进行12 h冷保存（4℃）和12 h EVLP，结果显示经历总共24 h保存，EVLP组猪肺泡组织学和肺功能的评估均优于冷保存组。在多伦多医院关于EVLP的临床应用的试验中显示［12］，应用EVLP的边缘供肺组的中位保存时间为653 min，几乎是应用冷保存的标准供肺组（中位保存时间为370 min）的两倍，但是没有不良结局的发生。延长的供肺保存时间，使较远距离器官的使用成为可能，同时增加了免疫配型测试和器官功能优化的时间。

3．2 提供了供肺评估的平台 供肺的准确评估是提高移植术后早期和晚期预后效果的重要因素。EVLP给供肺提供了一个更全面的评估平台，增加了肺移植手术的安全性和可预测性。在低温保存的过程中，供肺的评估只能在未离开供体前进行，在离体后直至移植前无法进行评估。这种评估方法具有局限性。有些供肺在最初的评估中符合供肺选择标准，但是在撤除生命支持到供肺取出的过程中遭受严重损伤，导致移植后失败；相反的有些供肺在最初的临床分级中达不到移植标准，但是经过详细的测试和评估后，符合移植要求。供肺使用EVLP中每小时进行评估直至移植之前，评估结果更加可靠。根据目前的临床供体选择标准，比如X线检查、血气分析和支气管镜检查来预测供肺的功能不够客观，不能准确预测移植后预后［21］在EVLP技术中对肺组织、支气管肺泡灌洗液和灌注液中的生物学标志物的检查，能显著提高供肺质量评定和移植术后结果预测的准确性。

3．3 提供了供肺治疗的媒介 在离体灌注的过程中，生理温度维持了细胞正常的代谢，使EVLP应用期间的各种治疗能够起效。通过气管和灌注液两种给药途径，对以下几种损伤有治疗作用：①肺水肿。灌注本身和高胶体渗透压的灌注液的使用均能够减轻肺水肿。在EVLP的过程中使用药物治疗减轻肺水肿的研究表明［22］，气管内应用肾上腺素，肺泡内液体的清除率比对照组高84%。因为肾上腺素能够激活肺泡上皮细胞膜表面钠通道的活性尤其是β 和γ型上皮钠通道［23］。②肺部感染。在脑死亡供体或者DCD，在ICU期间有很高的肺脏感染发生率，如果得不到有效的治疗，会增加移植手术失败的风险。灌注液中加入抗生素治疗感染，具有浓度高、半衰期长和目标治疗等特点，提高了治疗效果，同时避免抗生素对其它器官的损伤。③炎症反应。脑死亡或者ICU期间肺损伤相关的炎症反应加剧了移植术后再灌注损伤。目前，具有抗炎作用的糖皮质激素已经加入EVLP的灌注液中。其它可能的抗炎物质包括急性C反应蛋白、α－1－抗胰蛋白酶、白介素－10等，有待于进一步研究。④肺栓塞。在肺移植过程中，有血栓和脂肪栓子等形成，增加了术后发生原发性移植物功能障碍（primary graft dysfunc⁃tion，PGD）的风险。在EVLP灌注液中使用纤溶酶，能够减少血栓，同时避免出血的风险。在动物的DCD模型中证明［24］，在EVLP灌洗液中加入纤溶酶，能够减少血栓的形成，减轻肺血管阻力，改善供肺功能。加入纤溶酶的治疗对在心脏停跳前不能进行全身肝素化的DCD有更重要的意义。

4 小结

离体肺灌注作为一种肺移植供肺保护方法，延长了冷缺血时间，可以使供肺得到全面的评估和治疗，使边缘性供体肺的移植成功率和标准供肺无差异［12，25－26］，大大提高供肺的数量和质量。随着EV⁃LP的广泛应用，对供肺损伤的新的治疗方法在不断进行研究。EVLP期间对供肺进行基因和干细胞疗法已经在动物实验和人的废弃供肺上取得成功，具有良好的应用前景。在供肺功能评估方面，未来高效的肺功能的生物学标志物的发现，能够更准确更快速的进行供肺评估，减少移植后PGD的发生。EVLP不仅能够应用于肺移植，还可以应用于其他器官移植、再生医学以及肺部肿瘤。比如作为肺脏的去细胞化和再细胞化的生物反应器［27］，在肺部肿瘤的治疗中用于研究化疗药物的抗肿瘤活性以及毒性等［28］。我国目前对EVLP还处于基础研究阶段，缺乏相应的临床试验。如果EVLP发展成为一项成熟的技术在临床上得到广泛应用，能在一定程度上缓解供肺短缺，进一步推动肺移植的发展。

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修订日期：（2015⁃10⁃25）

收稿日期：（2015⁃08⁃04）

通讯作者：李欣Email：leex21＠hotmail．com