第三章 器官灌注保存液的研發進展

第一節 器官灌注保存液的研發現狀

器官灌注保存液是影響器官機械灌注保存效果的關鍵因素之一，但由于既往機械灌注保存在臨床的應用較少，專用器官機械灌注保存液的發展出現了較長時間的停滯。然而隨著近年來機械灌注保存在臨床的逐步廣泛應用，臨床對器官灌注液的要求也越來越高。在對現有灌注液改進的同時，新型器官灌注保存液的開發也在不斷進行中。目前一批新型器官灌注液已逐步應用于臨床。

一、器官灌注液的研發現狀

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

1982年Belzer等在美國威斯康星大學研發出一種完全人工合成的器官灌注液Belzer MPS液（即KPS-1液），其特點是使用甘露醇和葡萄糖酸鹽作為非滲透性物質，可有效防止細胞腫脹；特有的膠體物質羥乙基淀粉可防止細胞間隙水腫；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。經過30余年的臨床應用，Belzer MPS液已成為臨床低溫機械灌注保存的標準灌注液。1988年Belzer等又對Belzer MPS液的配方進行了改進，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準。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上發展而來。

雖然Belzer MPS液作為一種專用的器官灌注液在低溫機械灌注保存中獲得了廣泛應用，但從器官保存的原理來說，應用于單純低溫保存的器官保存液與應用于低溫機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用于低溫機械灌注保存。此外隨著低溫機械灌注保存技術應用的領域逐漸向肝臟、心臟和肺臟等器官擴展，對器官灌注液的要求也越來越高。作為金標準的Belzer MPS液雖然有諸多的優點，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。因此除了對現有灌注液進行改進以外，一批新型器官灌注液也逐步應用于臨床，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，目前這項工作已取得了令人滿意的進展。

總之，隨著機械灌注保存技術在臨床的廣泛應用，特別是在肝臟保存中的應用，這對傳統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械灌注保存效果成為了器官灌注液面臨的新挑戰。

二、器官灌注液的組成原則

針對器官在保存過程中經歷的各種損傷，器官灌注液的制備原則應滿足下列6個要求：①減少由于低溫保存導致的細胞腫脹；②防止細胞的酸化作用；③防止細胞間隙水腫；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保持細胞內環境穩定。

（一）減少由于低溫保存導致的細胞腫脹

目前一般通過在灌注液中添加非滲透性物質來減少細胞腫脹，應用的非滲透性物質主要包括糖類和非滲透性陰離子。一般來說，所添加物質的分子量越大，效果越好。目前添加的糖類物質包括：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緩慢進入細胞內，因此已較少應用。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的緩沖劑。

（三）防止細胞間隙水腫

膠體成分被認為能有效地防止細胞間隙水腫。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，在預防移植物間質水腫方面發揮了重要作用。但最近研究顯示HES可增加Belzer MPS液的黏滯度并易引起紅細胞聚集，從而導致移植物內微循環障礙，影響保存效果。聚乙二醇（PEG）是一種新型大分子膠體物質，已在多種新型器官灌注液中得到應用，被認為是一種潛在的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）保持細胞內環境穩定

既往認為灌注液的鉀、鈉離子濃度對維持細胞內環境的穩定至關重要，直接影響器官保存的效果。但最近的研究表明無論是仿細胞內液型灌注液、仿細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，提示保持細胞的能量代謝穩定比維持細胞內高鉀水平更重要。