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人工肝支持系统临床应用实践与新进展 发表时间：2009-08-17 发表者：周东辉 (访问人次：978) 一、概述人工肝是借助体外机械、化学或生物性装置，暂时及部分替代肝脏功能，从而协助治疗肝功能不全、肝衰竭或相关疾病的方法。由于人工肝以体外支持和功能替代为主，故又称人工肝支持系统（Artificial Liver Support System，ALSS）。根据其组成和性质主要可分为三类：非生物型：又称物理型，主要通过物理或机械的方法和/或借助化学的方法进行治疗，包括血浆置换（Plasma Exchange, PE），全血或血浆胆红素灌流吸附,血液滤过均属此类。生物型：将生物部分如同种及异种肝细胞与合成材料相结合组成特定的装置，患者的血液或血浆通过该装置进行物质交换和解毒转化等。混合型：由生物与非生物部分结合组成的具有两者功能的人工肝支持系统。也有人认为，像血浆置换等方法，在去除有害物质的同时，补充了凝血因子等生物活性成分，可单独归为一类，即中间型或过渡型人工肝，但三型分类法可能更简明，被普遍认可。 江苏省人民医院感染内科周东辉二、人工肝的作用人工肝的用途归纳起来主要有以下几个方面：通过人工肝支持，为重型肝炎或肝衰竭时的肝细胞再生创造时间，使可逆性肝损伤患者肝功能得到恢复，从而避免肝移植；为肝移植创造条件，是重型肝炎肝移植的桥梁，还可协助治疗肝移植后的最初无功能状态；作为辅助措施有助于行肝极量切除术，或作为肝脏特殊或应激情况下的辅助治疗手段。通过人工肝辅助治疗，期望在内环境改善情况下肝脏能够自发恢复（Spontaneous Recovery），或为肝脏移植和其他特效治疗进行准备。重型肝炎和肝衰竭时常有严重的代谢紊乱及毒性物质积聚，反过来促进肝脏损伤和抑制肝细胞再生，形成恶性循环，因此，良好的解毒功能是人工肝最基本和最重要的作用。肝脏的代谢作用可简要地归纳为解毒功能、生物合成及生物转化功能。着重于解毒，如血液透析、血液透析滤过、血流灌注；能补充活性物质而无解毒功能的有血浆交换、整体洗涤、交换输血。但上述各种方法仍不能具备肝脏特有的生物合成及转化功能。生物型人工肝是将培养的肝细胞置于一装置内，通过一种特殊的半透明膜与病人的血或血浆进行物质交换。混合型生物人工肝，即非生物型与生物型的结合。三、人工肝治疗模式1血液灌注：指患者在全身肝素化后，血流被引入装有固态吸附剂的灌流柱，用以清除血中某些外源性或内源性毒物，血液净化后再输回体内，起到解毒作用的一种治疗方法。吸附剂主要是活性碳与树脂。活性碳能吸附甲硫氨酸、硫酸、脂肪酸、酚类及某些中分子物质；树脂是网状结构的离子聚合物，能吸附不能被活性碳清除的氨，且能清除血中游离脂肪酸等。2，血液透析：肝昏迷的中毒因子可能为中分子物质，而聚丙烯腈薄膜具有清除中分子物质的作用，特别是未与蛋白质结合的多数氨基酸，在透析前后进行分析比较，绝大多数氨基酸如酪氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸等皆有明显降低。3，血浆分离：将患者血液引入血浆分离器，分离出血浆，用健康人血浆进行置换，或分离出的血浆直接通过吸附装置，经吸附后输回体内。 4，血液血浆灌流：血液灌流的确切含义是血液吸附，即溶解在血液的物质被吸附到具有丰富表面积的固态物质上藉以从血液中清除毒物。血液灌流设备主要由血液灌注机、附件（动脉和静脉管路等）及血液灌流器组成。常用的灌流器有两种：一类是活性炭，一类是合成树脂。 目前血液灌流作为人工肝的方法之一主要用于重型肝炎肝昏迷、重型肝炎伴有败血症、胆汁瘀积及瘙痒等。血液灌流技术的缺点是不能有效的吸附小分子毒物，活性炭对与白蛋白结合的毒素吸附能力也很差。由于使用非特异性的吸附剂，所以除了毒性物质被清除外，也清除一些肝细胞生长因子和激素。如果吸附剂的生物相容性差，还可能激活补体系统而引起系统炎性反应。 5，血浆置换：血浆置换为一种常用的人工肝技术。经典的方法是将患者的血液抽出来，分离血浆和细胞成分，弃去血浆，而把细胞成分以及所补充白蛋白、血浆及平衡液等回输体内，以达到清除致病介质的治疗目的。现代技术不但可以分离全血浆，尚可分离出某一类或某一种血浆成分从而能够选择性或特异性地清除致病介质，进一步提高了疗效，减少并发症。 6，连续性血液净化技术：急性肝衰竭、肝肾综合征、全身炎性反应综合征、多器官功能障碍综合征等都有成功应用的报道。临床治疗重症患者，尤其是血液动力学不稳定和严重高分解代谢的患者，通常首选此项治疗。它可控制水电解质和酸碱平衡，维持内稳态，并保证输入大量液体的需要，以摄入足量的蛋白质和热能。 7，分子吸附再循环系统（ Molecular adsorbent recirculating system, MARS ）：由白蛋白再循环系统、活性炭、树脂和透析等方法组成，能清除脂溶性、水溶性及与白蛋白结合的大、中、小分子量的毒素，同时对水电解质和酸碱失衡有较好调节作用。分子吸附再循环系统包括三个循环：血液循环、白蛋白循环和透析循环。MARS的优点在于中间蛋白、血浆不与活性炭及阴离子树脂接触，不会发生凝血因子和蛋白质的吸附和破坏，不会丢失肝细胞生长因子及其他营养成分，具有血液动力学的稳定、持续去除中小分子毒素及纠正电解质紊乱的优点。MARS人工肝主要用于改善重型肝炎肝性脑病的脑功能、改善血液动力学及肝脏的合成功能，对于肝肾综合征有较好的治疗效果。8，生物型人工肝一般专指人工培养的肝细胞为基础构件的体外生物反应系统。它不仅具有肝脏的特异性解毒功能，而且具有更高的效能，如参与能量代谢，具有生物合成转化功能，分泌促肝细胞生长活性物质等。目前的生物人工肝一般先用活性炭吸附或血浆置换去除患者血浆中的部分毒性物质，再与反应器中的肝细胞进行物质交换。这种把非生物型与生物型人工肝结合的装置即所谓组合型生物人工肝。 四、人工肝治疗进展人工肝支持持系统已经40余年了，最近的10年对人工肝支持系统的研究达到了一个新的阶段，主要是基于以细胞为基础的生物人工肝系统和白蛋白透析系统，一个理想的肝脏支持装置应该是通过中和和去除毒素达到解毒，合成临床上重要的蛋白质，促进肝细胞的再生，对不管是急性还是慢加急的肝衰竭患者提供支持，直至其恢复健康和临床稳定。理想的人工肝就是能使患者免于肝移植而生存下来。1，基于白蛋白系统的非生物型人工肝 除了MARS，最近有报道Single pass albumin dialysis，与MARS 的区别是白蛋白的浓度低于4.4%，在血滤器管路中一次性与患者血液逆流后丢弃，体外数据显示，其去除毒素的效果与MARS同等，但其优势在于价格便宜、应用方便。Prometheus system 即分次血浆分离（fractionated plasma separation，FPS)，该技术采用一种特别的滤膜，该滤膜的孔能通过分子量达250KDa 的物质，分离出的滤液通过树脂柱吸附后再返回到患者血循环中，因而不需要外源性白蛋白而直接对患者的白蛋白进行了清洗，去除了白蛋白结合的毒素，并同时进行高流量的透析。在对8个患者进行了横向研究显示，该系统对白蛋白结合的毒素和水溶性毒素的清除率均高于MARS，随后比较了FPS和MARS在18例慢加急肝衰竭中的作用，发现FPS清除毒素的效果优于MARS，但后者能缓解患者的高动力循环状态。2，生物型人工肝 ELAD (extracorporeal liver assist device)生物反应器中所采用的细胞是人肝脏肿瘤细胞C3A 。英国皇家医学院附院应用ELAD对24例急性肝衰竭（acute liver failure, ALF）患者进行治疗研究，全血通过反应器，时间从3到168小时不等，平均72小时。细胞重量大约8090g。 按照皇家医学院的标准，其中17例患者被认为有可能恢复，但和对照组相比，最终生存率分别为78%和75%，似乎没有什么优势。其后进行了改良，首先是细胞重量增至300400g，细胞的活力也得到改善，主要是引入氧气和营养支持液，血液超滤后通过生物反应器中的管路，滤膜上的孔径增大，以促使该循环系统中的分子自由运动。该改良装置对25例需要肝移植的患者进行了治疗评估，发现30天生存率ELAD组和对照组分别为63%和55%，然而，在其中的真正需要肝移植的19例患者中，ELAD组的30天生存率为81%，而对照组为56%（P0.05）。BAL（Bioartificial liver）所采用的细胞是猪肝细胞， 研究人员将50g猪肝细胞通过胶原包被微载体培养并加上活性碳柱，以减少来源于患者血浆中的毒素载量，保护肝细胞的功能使其发挥作用。分离出的血浆先经碳柱吸附，然后与培养的肝细胞接触。早期的研究提示，神经系统症状获得明显改善。23例ALF患者经BAL治疗后，脑水肿相关的临床体征减轻。治疗后颅内压从172 降至111mmHg ，Glasgow 昏迷评分也明显改善，血氨、血清胆红素和肌酐也明显下降。在随后的随机对照研究中，共入组了来自美国和欧洲20个中心的147例ALF和27例原发的移植肝无功能的患者。结果显示，30天生存率无总体差异，治疗组和对照组分别为71%和62%，在剔除了移植肝原发无功能患者后，其生存率差异变大，分别为73%和59%，但无统计学差异。阿姆斯特丹医学中心生物人工肝是由猪肝细胞和血浆置换组成的杂交系统，因担忧猪逆转录病毒(porcine endogenous retroviruses, PERV)感染，该系统进一步的评估被限制，也确实有记录证实，该系统治疗后有短暂的猪逆转录病毒血症，也可长达2周。.五、人工肝治疗对患者细胞因子和肝细胞再生的影响在ALF患者，血浆交换可降低TNF-，IL-6，或者对两者的水平没有影响，除非联合持续血液透析滤过。透析膜材料有天然物和人工合成两种，合成物组织相容性比天然物要好，在使用过程中可减少促炎因子的产生和补体的活化。透析回路同样可引起一定程度的生物反应，TNF-、IL-6、IL-1、白细胞三烯、超氧化物水平升高，激活补体瀑布反应，伴随C3a/C5a水平升高，单核细胞释放内源性致热原，其中TNF-和IL-1升高到一定的水平以至于引起全身反应，尤其在septic或unstable的患者。而合成材料的应用可使补体活化和内源性致热原水平下降。在心肺旁路循环，类似的补体活化和促炎因子TNF-，IL-6和IL-8水平升高也是存在的。有学者分别将高通量和低通量透析膜所得的超滤液加入到肝细胞培养液中，结果显示，超滤液引起细胞代谢活性下降和细胞毒性增加，也可刺激1酸性糖蛋白从肝细胞中释放，且高通量的作用更强。这提示，透析确能去除肝细胞毒性物质，某些透析膜可吸附TNF-，由于其本身分子量大（50kDa） 很少是通过透析被去除的。同样，通过透析可去除一定程度的IL-6和IL-8，但主要是被吸附去除的。 目前还没有证据提示透析会对有丝分裂物质如HGF或EGF产生影响。如图1所示，肝细胞的再生依赖于某些细胞因子，而现有的人工肝支持系统对肝细胞的再生的影响到底如何？例如，是否能去除抑制因子如TGF-？在人工肝治疗过程中是否影响补体系统导致血液循环的不稳定？生物性人工肝是否有这样的优点即通过产生或分泌促有丝分裂因子促进宿主肝脏的再生？ 还有待于进一步深入研究。 六、人工肝临床应用评价国外学者对353例ALF和130例慢加急肝衰竭患者就人工肝系统作用进行了评价，结论是在ALF的随机治疗试验中，该系统对死亡率不起作用，但在慢加急肝衰竭患者组，死亡率下降了33%。高通量的血浆置换可以交换的液体达的体重15%，其血浆滤过膜上孔径达0.65mm， 能改善脑病、脑血流量和脑灌注压，而颅内压没有恶化。 血液动力学研究发现，血浆置换后平均动脉压明显得到改善，在ALF和慢加急肝衰竭患者，分别从80升高至98mmHg和67升高至79mmHg。表1 8种生物型人工肝临床疗效比较名称或型号ELADHepatAssitTECA-HALSSBLSSRFBLSS and MELSAMC-BALHBAL国家美国美国中国美国意大利德国荷兰中国细胞来源C3A猪猪猪猪LSS猪MELS人猪猪细胞数量200-400g5-710910-2010970-120g200-230g600g1010910109最大通过70kD0.2m不详100 kD1mLSS300 kDMELS400 kD肝细胞与血浆直接接触100 kD治疗时间最长168h6h5h12h最长24hLSS7-46hMELS7-74h最长24h6h病例数1110647LS