第三章 器官灌注保存液的研發(fā)進(jìn)展

第一節(jié) 器官灌注保存液的研發(fā)現(xiàn)狀

器官灌注保存液是影響器官機(jī)械灌注保存效果的關(guān)鍵因素之一，但由于既往機(jī)械灌注保存在臨床的應(yīng)用較少，專用器官機(jī)械灌注保存液的發(fā)展出現(xiàn)了較長時(shí)間的停滯。然而隨著近年來機(jī)械灌注保存在臨床的逐步廣泛應(yīng)用，臨床對(duì)器官灌注液的要求也越來越高。在對(duì)現(xiàn)有灌注液改進(jìn)的同時(shí)，新型器官灌注保存液的開發(fā)也在不斷進(jìn)行中。目前一批新型器官灌注液已逐步應(yīng)用于臨床。

一、器官灌注液的研發(fā)現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)60年代，學(xué)者們就開始嘗試通過血液和機(jī)械灌注裝置建立人工灌注循環(huán)，對(duì)離體器官進(jìn)行灌注保存。1967年Belzer等首次報(bào)道用冷沉淀血漿和低溫機(jī)械灌注裝置，成功保存犬腎72小時(shí)，這一技術(shù)于1968年被應(yīng)用于臨床，并一直沿用至今。1967年Brettschneider等通過經(jīng)稀釋和肝素化的氧合血液對(duì)肝臟進(jìn)行低溫機(jī)械灌注，從而建立了肝臟的機(jī)械灌注保存技術(shù)，該技術(shù)由Starzl等于1968年應(yīng)用于臨床肝臟保存。最初的器官灌注液均以血液及其組分為基礎(chǔ)，存在著制備困難、應(yīng)用受限以及易傳播疾病等缺點(diǎn)。隨著對(duì)器官低溫保存過程中組織和細(xì)胞損傷機(jī)制認(rèn)識(shí)的不斷深入，一類含有多種組分的電解質(zhì)溶液——器官灌注液被應(yīng)用于低溫機(jī)械灌注保存。

1982年Belzer等在美國威斯康星大學(xué)研發(fā)出一種完全人工合成的器官灌注液Belzer MPS液（即KPS-1液），其特點(diǎn)是使用甘露醇和葡萄糖酸鹽作為非滲透性物質(zhì)，可有效防止細(xì)胞腫脹；特有的膠體物質(zhì)羥乙基淀粉可防止細(xì)胞間隙水腫；此外還添加了氫離子緩沖劑磷酸鹽和HEPES，以及能量代謝底物葡萄糖和腺嘌呤等。經(jīng)過30余年的臨床應(yīng)用，Belzer MPS液已成為臨床低溫機(jī)械灌注保存的標(biāo)準(zhǔn)灌注液。1988年Belzer等又對(duì)Belzer MPS液的配方進(jìn)行了改進(jìn)，并定名為UW液，目前UW液已成為腹腔器官單純低溫保存的金標(biāo)準(zhǔn)。此外，很多臨床常用的器官保存液也均是在借鑒其配方組分的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。

雖然Belzer MPS液作為一種專用的器官灌注液在低溫機(jī)械灌注保存中獲得了廣泛應(yīng)用，但從器官保存的原理來說，應(yīng)用于單純低溫保存的器官保存液與應(yīng)用于低溫機(jī)械灌注保存的器官灌注液并無顯著的差異，因此一些臨床廣泛應(yīng)用的器官保存液如UW液、HTK液、Celsior液等也已作為器官灌注液應(yīng)用于低溫機(jī)械灌注保存。此外隨著低溫機(jī)械灌注保存技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域逐漸向肝臟、心臟和肺臟等器官擴(kuò)展，對(duì)器官灌注液的要求也越來越高。作為金標(biāo)準(zhǔn)的Belzer MPS液雖然有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但它也存在著黏滯度高、能量底物不足、抗氧化能力弱等缺點(diǎn)。因此除了對(duì)現(xiàn)有灌注液進(jìn)行改進(jìn)以外，一批新型器官灌注液也逐步應(yīng)用于臨床，如Custodiol-N液、Polysol液、IGL-1液等（圖3-1）。我國移植工作者近年來也開始了新型器官灌注液的研制工作，目前這項(xiàng)工作已取得了令人滿意的進(jìn)展。

總之，隨著機(jī)械灌注保存技術(shù)在臨床的廣泛應(yīng)用，特別是在肝臟保存中的應(yīng)用，這對(duì)傳統(tǒng)的器官灌注液提出了更高的要求，如何提高肝臟等器官的機(jī)械灌注保存效果成為了器官灌注液面臨的新挑戰(zhàn)。

二、器官灌注液的組成原則

針對(duì)器官在保存過程中經(jīng)歷的各種損傷，器官灌注液的制備原則應(yīng)滿足下列6個(gè)要求：①減少由于低溫保存導(dǎo)致的細(xì)胞腫脹；②防止細(xì)胞的酸化作用；③防止細(xì)胞間隙水腫；④防止再灌注過程中氧自由基的損傷；⑤提供再生高能磷酸化合物底物；⑥保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。

（一）減少由于低溫保存導(dǎo)致的細(xì)胞腫脹

目前一般通過在灌注液中添加非滲透性物質(zhì)來減少細(xì)胞腫脹，應(yīng)用的非滲透性物質(zhì)主要包括糖類和非滲透性陰離子。一般來說，所添加物質(zhì)的分子量越大，效果越好。目前添加的糖類物質(zhì)包括：葡萄糖、蔗糖、甘露醇、棉子糖等。其中葡萄糖和蔗糖由于在保存中仍會(huì)緩慢進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，因此已較少應(yīng)用。添加的非滲透性陰離子目前主要有：枸櫞酸鹽、組氨酸鹽、乳糖酸鹽和葡萄糖酸鹽等。

（二）防止細(xì)胞的酸化作用

通過在灌注液中添加氫離子緩沖劑可有效防止細(xì)胞的酸化，目前添加的緩沖劑主要有：碳酸氫鹽、枸櫞酸鹽、組氨酸、磷酸鹽和非離子兩性緩沖液HEPES等，其中組氨酸是目前緩沖能力最強(qiáng)的緩沖劑。

（三）防止細(xì)胞間隙水腫

膠體成分被認(rèn)為能有效地防止細(xì)胞間隙水腫。目前灌注液中添加的膠體主要有：羥乙基淀粉、右旋糖酐和聚乙二醇等。羥乙基淀粉（HES）作為Belzer MPS液中的重要膠體分子，在預(yù)防移植物間質(zhì)水腫方面發(fā)揮了重要作用。但最近研究顯示HES可增加Belzer MPS液的黏滯度并易引起紅細(xì)胞聚集，從而導(dǎo)致移植物內(nèi)微循環(huán)障礙，影響保存效果。聚乙二醇（PEG）是一種新型大分子膠體物質(zhì)，已在多種新型器官灌注液中得到應(yīng)用，被認(rèn)為是一種潛在的HES替代品。

（四）防止再灌注過程中氧自由基的損傷

氧自由基清除劑是器官灌注液的重要組分，在減輕缺血再灌注損傷中發(fā)揮了重要作用。目前添加的氧自由基清除劑有：還原性谷胱甘肽、別嘌呤醇和色氨酸等。

（五）提供再生高能磷酸化合物底物

目前添加的高能磷酸化合物底物有：腺嘌呤、腺苷和α-酮戊二酸等。腺苷阻延了高能量的核苷酸裂解變成更多的可溶核苷，防止在缺血期可溶核苷的丟失，為再灌注期間ATP的合成提供前體。

（六）保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定

既往認(rèn)為灌注液的鉀、鈉離子濃度對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要，直接影響器官保存的效果。但最近的研究表明無論是仿細(xì)胞內(nèi)液型灌注液、仿細(xì)胞外液型灌注液還是非體液型灌注液均可有效地保存器官，提示保持細(xì)胞的能量代謝穩(wěn)定比維持細(xì)胞內(nèi)高鉀水平更重要。