供心机械灌注与保存研究进展

仲肇基，刘盛（中国医学科学院，阜外医院心外科，北京 100037）

1 背 景

心脏移植是治疗终末期心脏病最有效的方法［1-3］。截至2015年6月底，国际心肺移植协会（International Society for Heart and Lung Transplantation，ISHLT）注册成人心脏移植已达113 472例［4］。供体缺乏是全球共同面对的问题，而受经济、法规、文化传统等因素影响，这一问题亚太地区更为显著［5］。一方面，由于缺少合适的供体心脏，部分潜在受体无法进行心脏移植，或需要心室辅助装置（ventricular assist device，VAD） 作为过渡；另一方面，限于供体年龄、脑死亡后心脏维护、转运条件等因素，只有少数供心最终得到利用。另外，心脏死亡器官捐献（donation after cardiac death，DCD）是重要的肾、肝供体来源，但由于心脏缺血损伤，DCD供心的利用也受到限制［6-7］。

由于供心与受体的供求关系以及传统低温停跳保存的不足［8］，机械灌注保存与转运供心得到了广泛的研究。本文侧重于临床应用方面，对低温机械灌注（hypothermic machine perfusion，HMP）与常温机械灌注（northermic machine perfusion，NMP）分别进行介绍。

2 供心机械灌注保存的目的

供心机械灌注保存的主要目的分为两个方面：① 对于标准供心，通过机械灌注延长保存时间，增加转运距离，提高供心质量。② 实现对边缘供心及DCD供心的安全有效的保存，并提供评估方法，使既往认为无法使用的供心得到利用，增加供心数量。

供心在保存与转运过程中可能受到损伤，并导致早期移植物衰败，甚至术后早期死亡［9-10］。供体年龄、缺血时间、受体年龄等均是供心损伤的危险因素［11-12］。例如，在传统低温停跳保存情况下，供心冷缺血时间从180分钟延长到360分钟，将导致早期移植物衰败及术后死亡风险加倍［8］。高龄供体对冷缺血更为不耐受［12-13］。因此，研究人员希望通过供心机械灌注延长供心安全保存时间，并提高供心质量，改善受体预后［14］。

为了增加供心数量，外科医师也不断试图利用边缘供心，如高龄供体、脑死亡后出现轻微心功能异常的供体、轻微冠脉病变供体等。DCD供体是重要的肾、肝来源，但DCD心脏供体受到限制。边缘供心、DCD供心的评估、选择与保存仍是目前研究的热点，供心机械灌注保存为此提供了可能的突破口［15］。

3 低温机械灌注

HMP利用灌注液使心脏处于静止状态，并通过持续灌注向心脏提供氧及营养物质，清除代谢产物［16］。HMP在实验动物模型中已经得到了广泛的研究［17］。目前，最佳灌注液配方、泵条件（平流/搏动性、流量、泵压） 及温度尚无定论。一些研究中，HMP液是在心脏停跳液（如Wisconsin液或Celsior液）配方基础上加以修改得到的高钾液体。而部分研究采用类似血浆电解质成分的等钾灌注液，心肌灌注和功能恢复更好［16，18-19］。保证供心的均匀灌注以及避免供心水肿是目前HMP值得注意的问题［16， 18］。

DCD供心的热缺血损伤与热缺血时间成正比。热缺血对供心造成的损害难以预测［20］，一般认为超过20分钟的热缺血会对供心造成不可逆损伤［21］。另外，停止循环支持后右心室会可能会受到额外的扩张损伤［22］。研究人员通过改进灌注液的成分等途径来减少热缺血造成的心肌损伤［21，23-24］。

在犬、猪等DCD动物模型中，HMP保存供心优于传统低温停跳保存［19，25-31］。动物模型中，DCD供心在30 分钟热缺血后，心功能仍能恢复［31］。研究发现在持续机械灌注的条件下，中度低温或浅低温较5℃深低温更有利于保护心功能，因此认为应避免温度过低［32］。

HMP的应用逐渐延伸到放弃临床使用的人类DCD供心。Osaki等［33］研究发现热缺血时间低于40 分钟的供心均成功复苏，但DCD供心功能低于DBD供心。Rosenfeldt等［34］也报道了人DCD供心在经过HMP后成功复苏。Cobert等［35］发现人DCD供心中，正向或逆向（经冠状静脉窦）HMP均优于传统低温停跳保存。HMP的研究多在实验动物模型中进行［16，18-19，24-32，35］。Osaki等［33］、Rosenfeldt等［34］、Cobert等［35］的研究虽然基于人类心脏，但研究对象仍然是放弃临床使用的供心，尚未真正意义上进入临床。

4 常温机械灌注

NMP的特点是保持心脏的常温与跳动状态，通过灌注含血液体满足心脏代谢需要［36-37］。该方法不但在动物模型中得到了深入的研究，而且已经投入了临床应用［14，38-40］。目前，唯一投入商业化生产的NMP设备是TransmedicsOCS（Organ Care System）。NMP的主要优点是可以实时监测心功能及代谢［21，23，41］，并添加细胞保护及免疫调节制剂［42］。NMP的主要缺点是：设备及操作较为复杂；需要一定量供体血液作为灌注液组分；设备和转运成本较高。与HMP一样，NMP的灌注液成分、泵条件尚无标准［37］。

4.1 NMP设备与技术：以TransmedicOCS系统为例，在供心获取过程中，须同时采集1.2～1.5 L供体血液。供体血滤去白细胞后，与500 ml含有各种营养物质的预充液混合。获取供心后，将供心主动脉与灌注管连接，将另一插管与肺动脉连接。将供心上、下腔静脉缝闭。自左心房安放左心室引流。血泵自主动脉根部泵入含血灌注液，经冠状动脉后，自冠状静脉窦回流至右房。灌注液进入右心室及肺动脉，再由肺动脉插管引流回储血器、氧合装置。心脏处于Langendoff循环，左室收缩但并不实际做功。该系统还可提供心外膜起搏及除颤功能。

TransmedicOCS系统通过乳酸浓度监测血乳酸浓度评估心肌活性。乳酸浓度低于5 mmol/L，并且存在心肌乳酸摄取的证据（动静脉血乳酸差值）提示心脏保存良好［39，43］。该系统还可以监测主动脉压力及冠脉血流。TransmedicsOCS系统还允许从主动脉插管安放导管，进行冠脉造影［44］。

4.2 NMP在标准DBD供体中的应用：ProceedⅡ研究是目前关于NMP的最大规模的临床试验（NCT00855712）［39］。该研究是一项多中心前瞻性随机非盲非劣性临床试验。研究入组了130例常规DBD供体，其中67例采用NMP技术保存（应用TransmedicOCS），63例为传统低温停跳保存。NMP组与传统低温停跳保存组的术后30天生存率分别为94%与97%，两组供心相关并发症发生率分别为13%与14%，差异均无统计学意义。在冷缺血时间小于4小时的情况下，该研究并未发现NMP优于传统低温停跳保存［39］。

Stamp等［45］报道了一例供心使用NMP保存10小时的病例。供心功能良好，但转运仅飞行时间就需6～8小时。常规情况下该供心不符合使用标准。由于受体需要紧急手术，该团队应用TransmedicOCS保存供心，供心经611分钟冷缺血后成功用于移植。术后患者成功脱离循环辅助装置，并于术后15日顺利出院。NMP的临床研究逐步从标准DBD供体延伸到边缘DBD供体和DCD供体中。

4.3 NMP在边缘DBD供体中的应用：目前尚无关于边缘DBD供心的随机对照研究。García等［38］报道了一项单中心回顾性研究。该研究中包含30例“高危”供体。高危的定义包括：供心冷缺血时间＞4 小时，供心LVEF＜50%，供心左室肥厚或冠脉病变；受体植入VAD，受体肺动脉高压。其中26例供心安装TransmedicOCS后进行评估，可用于移植。手术近期效果良好，仅有1例早期死亡。术后随访109～445日，心功能良好者占92%，平均左室射血分数（left ventricular ejection fractions，LVEF）为64%。

另外，一项关于NMP在边缘供心中应用的多中心前瞻性临床试验正在进行之中（EXPANDHeart研究，NCT02323321）。该研究是一项多中心非盲的前瞻性研究，入组不符合常规标准的供心，利用TransmedicOCS心脏保存系统进行保存。研究主要终点是心脏移植术后24小时内心脏原发性移植物功能障碍（primary graft dys-function，PGD）与术后30日死亡。

4.4 NMP在DCD供体中的应用：多项动物模型中的研究表明，NMP保存DCD供体优于传统低温停跳保存［21，23-24，31］。另外，NMP 可对 DCD 供心提供实时的、可重复的代谢及功能评估［23，41］。临床工作中，实时的、可重复的供心活性评估对外科医师有重要的指导意义。2015年，Dhital等［40］报道了NMP应用于DCD供心的获取、转运、复苏、实时评估。2016年，Messer等［46］报道了13例DCD供心采用NMP获取，平均热缺血时间为24分钟。获取后评估确定其中9例可用于移植，并取得了良好的近期效果。9例患者均顺利出院，尽管其中2例术后使用循环辅助装置。其他心脏移植中心也在开展DCD供心用于心脏移植的研究［47］。

5 结 论

供心机械灌注保存的优势包括：① 为供心提供氧及营养物质，避免心脏缺血损伤，清除代谢产物，避免对心脏的毒性作用；② 可根据需要加入心脏保护及免疫调节药物或其他药物［42］；③ 可实时进行代谢、心功能监测，方便进行供心评估［21，41］；④ 延长供心保存时间，增加转运距离，并给外科医师充足的准备时间，这对于再次手术或已安装VAD 的患者尤为重要［38，45］；⑤ 减少移植物功能异常与早期衰败，改善患者生存［14］；⑥ 增加潜在供体的数量，减少左心辅助装置的使用。

当前，供体心脏的机械灌注保存已经进入实际临床应用阶段。HMP与NMP都有广阔的发展前景。HMP设备更简单，成本更低；而NMP方便供心的实时评估与监测。目前研究表明，常规DBD供体中机械灌注保存与传统低温停跳保存相比并没有明显的优势。但在边缘DBD供体以及DCD供体中，有证据表明供心机械灌注保存具有优势。供心机械灌注保存有着广泛的发展前景，有希望同时提高供心的数量及质量。