張曉陽（綜述），李 欣（審校）

離體肺灌注技術(shù)的應用現(xiàn)狀

張曉陽（綜述），李 欣（審校）

［關(guān)鍵詞］：肺移植；離體肺灌注；供肺保護

作者單位：200000上海，上海交通大學附屬胸科醫(yī)院體外循環(huán)科［張曉陽（研究生）］

肺移植作為許多終末期肺疾病的唯一治療手段，在世界各國廣泛開展。隨著肺移植技術(shù)的改進，肺移植手術(shù)量不斷增加，據(jù)統(tǒng)計2010年全世界年肺移植總量為3 519例，而10年前全世界年肺移植總量為1 700例［1］。與肺移植手術(shù)總量不斷增加相對應的是供體肺數(shù)量的不足。據(jù)統(tǒng)計2010年至2012年美國每100個等待肺移植的患者有15．4個在等待過程中死亡［2］，而在英國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獻者不足，還有供肺利用率低下。由于供體在腦死亡和器官捐獻的過程中發(fā)生呼吸機相關(guān)性肺炎、氣壓傷、神經(jīng)源性和壓力性肺水腫等損傷，致使相當數(shù)量的供肺達不到標準［4］。據(jù)歐洲國家器官儲運組織（Eurotransplant）和移植受者科學注冊系統(tǒng)（SRTR）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年歐洲供肺使用率為61%，美國供肺使用率為22%。目前主要通過擴大供體選擇標準和應用體外肺灌注（ex vivo lung perfusion，EVLP）技術(shù)，來緩解供肺短缺。本文將介紹EVLP的發(fā)展歷史，EVLP的臨床應用方法，以及EVLP的優(yōu)勢。

1 EVLP的發(fā)展歷史

早在器官移植出現(xiàn)之前，Carrel和Lindbergh于1935年首次提出了器官常溫體外灌注的方法［5］。他們在隨后的研究中將這種方法用于卵巢、甲狀腺、腎臟和心臟的離體灌注，結(jié)果表明離體的器官在應用這種方法保存時可以維持正常功能長達數(shù)天。肺臟應用體外灌注技術(shù)，在20世紀90年代之前主要是進行肺臟生理學研究［6－7］，在2001年才被Steen等［8］首次應用于肺移植手術(shù)。在該手術(shù)中供體是54歲的由于心梗收治于ICU的患者，經(jīng)歷50 min心肺復蘇后心臟無復跳。他們用Perfadex?液（Vitrolife）灌注供者胸膜腔對供肺表面降溫，然后手術(shù)摘取供肺，供肺經(jīng)過65 min EVLP后右肺單肺成功移植。此前，由于無心跳供體（donor of cardiac death，DCD）在器官獲取前無法進行在體評估，較少應用于臨床，而EVLP技術(shù)使器官在體外灌注的過程中能夠得到全面評估，為DCD的應用提供了保障。隨后該移植小組將這種短時間體外灌注的方法推廣應用于不符合標準的供肺。6對不符合供肺選擇標準的供肺經(jīng)過61～121 min的短時間灌注，均雙肺成功移植［9］。多倫多總醫(yī)院在Steen等人的經(jīng)驗上進行改良，延長了供肺無損傷的體外灌注的時間，實現(xiàn)了對供肺進行評估的同時對其損傷進行修復和治療。本文以下對EVLP技術(shù)的介紹以多倫多醫(yī)院的經(jīng)驗為主。

2 EVLP的臨床應用方法

2．1 EVLP的納入標準 理想的肺供應該滿足以下標準［10］：供體年齡＜55歲；沒有肺外傷；每年吸煙＜20包；動脈氧分壓／吸入氧分數(shù)（PaO2／FiO2）＞300 mm Hg（在FiO2＝1．0，呼氣末正壓＝5 mm Hg的標準下）；胸片肺影清晰；支氣管鏡下未見膿性分泌物；呼吸道拭子革蘭氏染色未見病原體。而現(xiàn)實臨床上只有少部分供體肺能完全達到此要求，使用不符合理想供肺選擇標準的“邊緣性供肺”能夠在一定程度上緩解供肺短缺。

EVLP技術(shù)目前主要應用于邊緣性供體肺。滿足以下任何一個條件即符合EVLP的納入標準（適用于腦死亡和無心跳供體）［11－12］：①供肺最佳的PaO2／FiO2＜300 mm Hg；②X線檢查和體格檢查有肺水腫；③供肺摘取手術(shù)中發(fā)現(xiàn)肺順應性低；④輸血超過10個單位或者可疑誤吸病史；⑤供體撤除生命支持至心臟停跳之間超過60 min。

2．2 EVLP的具體操作方法 獲取供肺以后經(jīng)低溫保存運送至移植中心，然后對到達移植中心的供肺進行修剪準備［13］：①將左心房心肌袖修剪整齊，用4－0聚丙烯線和特制插管端端連續(xù)縫合。②如果摘取供肺時，獲得的供肺肺動脈足夠長，插管插入肺動脈至其分叉處，用雙股粗線捆扎固定；如果同時進行供心摘取，肺動脈會較短，用5－0聚丙烯線將肺動脈袖和插管端端連續(xù)縫合。③將氣管在隆突處鉗夾，切開縫合器縫合口插入普通氣管內(nèi)插管，用雙股粗線捆扎固定。用1 L Perfadex?液對供肺進行第二次逆行灌注。將修剪好的供肺放在EVLP的保護罩下，準備與管道連接。根據(jù)經(jīng)驗在供肺摘取時應盡量保證足夠長的左心房、肺動脈袖和氣管（通常從喉以下切斷氣管），以便于插管。如果一側(cè)肺損傷嚴重不符合臨床使用EVLP的指征，可將對側(cè)肺單獨灌注。

EVLP的裝置：肺動脈的流出端、硬殼回流罐、離心泵、中空纖維氧合器、變溫器、白細胞濾器和左心房流入端組成，之間用3／8英寸的管道相連。通路安裝完成后用2 L Steen液、500 mg甲潑尼龍、3 000 IU普通肝素、抗生素（500 mg亞胺培南＋西司他丁鈉）進行預充。

EVLP的灌注方法：灌注管路排氣后通過肺動脈插管進行順行灌注，左心房插管在開始灌注后充分排氣然后連接于管道環(huán)路上。松開流出管路管道鉗，開始EVLP。在對供肺用Steen?液進行灌注時目標灌注量是預測供體心排出量的40%。首先使用目標灌注量的10%進行灌注，10 min后將變溫器溫度設置為30℃流量為目標灌注量的20%，20 min后溫度設置為37℃流量為目標灌注量的30%，30 min、40 min、50 min流量分別為目標灌注量的50%、80%、100%。當供肺溫度達到33℃開始肺通氣（7次／min、潮氣量達到7 ml／kg、呼氣末正壓通氣（PEEP）5 cmH2O、FiO2＝1．0）。氧合器中通入由86%N2、8%CO2、6%O2組成的混合氣體使灌注液脫氧，流量為1 L／min，通過控制通氣流量把通過膜肺后的PCO2控制在35～40 mm Hg。通過調(diào)整灌注回流罐高度維持左心房壓力3～5 mm Hg。一旦供肺達到常溫和目標流量，開始以25 cm H2O手動膨肺。此次供肺進入穩(wěn)定階段。管路中的Steen?液每小時均要進行更換，第一小時更換500 ml，隨后每小時更換250 ml。

灌注的特點：①緩慢復溫至生理性正常溫度。肺血管常溫灌注有利于肺泡內(nèi)液體清除。Frank JA［14］的實驗表明，同一供體的兩肺葉分別進行常溫和低溫灌注，常溫灌注組的肺泡液體清除率是被動復溫組的四倍。②在肺復溫的過程中緩慢增加灌注量，目標灌注量為預計供者心輸出量的40%。高流量灌注會導致低溫缺血的供肺發(fā)生再灌注損傷，組織結(jié)構(gòu)和生理功能惡化［15］。多倫多醫(yī)院建議使用逐漸增加的保護性低流量灌注。③保護性肺通氣（7 ml／kg）。使用該機械通氣策略的證據(jù)來源于臨床上對急性肺損傷或呼吸窘迫綜合征的患者的通氣試驗。試驗顯示［16］相比于使用高潮氣量（12 ml／kg）的患者使用低潮氣量（6 ml／kg）的患者有較低的死亡率和機械通氣時間。④高滲的無細胞灌注液。多倫多總醫(yī)院使用的灌注液是細胞外液型不含細胞的Steen?液（Vitrolife），包含有人血白蛋白和右旋糖酐。人血白蛋白能保證一定的膠體滲透壓，減少肺水腫的形成。右旋糖酐保護上皮細胞免受補體損傷及細胞介導的細胞毒作用，還可以抗凝、抗血小板聚集等。在很多實驗中右旋糖苷的保護作用得到了肯定［17－18］。對Steen?液的研究表明［19］Steen?液能減少血小板和白細胞NOX2的活化，能抑制氧化應激反應，減少活性氧生成，增加一氧化碳（NO）生成，從而減少器官損傷。

EVLP的評估方法：灌注過程中每小時進行一次供肺評估。在進行評估時呼吸機參數(shù)設置為：潮氣量10 ml／kg、10次／min、FiO2＝1．0，維持5 min。監(jiān)測肺動脈壓、左心房壓、氣道峰值壓力和平臺壓、肺的動靜態(tài)順應性，分別抽取肺動脈端和左心房端灌注液進行肺動靜、脈血氣分析。第一小時以及隨后每兩小時進行肺X線影像學檢查、肺組織和肺泡灌洗液中的生物學標志物的檢查及支氣管鏡檢查。由于EVLP灌注液不含血細胞，所以灌注液PO2是較晚出現(xiàn)的肺損傷的標志，而肺順應性和氣道峰壓的變化是肺損傷較早的標志。當供肺PaO2／FiO2＞400 mm Hg，肺動脈壓力比基礎值減少15%，氣道壓、肺順應性平穩(wěn)或提高時，供肺便達到移植標準；當供肺PaO2／FiO2＜400 mm Hg，肺動脈壓力比基礎值增加超過15%，氣道壓、肺順應性比基礎值降低超過15%時，供肺便不適宜移植。達到移植標準的供肺，用變溫器使肺降溫至15℃。夾閉肺動、靜脈和氣管內(nèi)插管，并使肺保持充氣狀態(tài)。將供肺置于4℃Perfadex?液中表面覆蓋冰泥，等待移植。

3 EVLP的優(yōu)勢

3．1 延長供肺保存時間 在應用EVLP技術(shù)期間持續(xù)給予氧氣和能量，使供肺的代謝得以維持，能夠進行自身的組織修復。有實驗顯示EVLP技術(shù)的應用能延長供肺保存時間，而供肺并不發(fā)生損傷。Cypel等［20］將健康豬肺冷保存12 h，然后分別進行12 h冷保存（4℃）和12 h EVLP，結(jié)果顯示經(jīng)歷總共24 h保存，EVLP組豬肺泡組織學和肺功能的評估均優(yōu)于冷保存組。在多倫多醫(yī)院關(guān)于EVLP的臨床應用的試驗中顯示［12］，應用EVLP的邊緣供肺組的中位保存時間為653 min，幾乎是應用冷保存的標準供肺組（中位保存時間為370 min）的兩倍，但是沒有不良結(jié)局的發(fā)生。延長的供肺保存時間，使較遠距離器官的使用成為可能，同時增加了免疫配型測試和器官功能優(yōu)化的時間。

3．2 提供了供肺評估的平臺 供肺的準確評估是提高移植術(shù)后早期和晚期預后效果的重要因素。EVLP給供肺提供了一個更全面的評估平臺，增加了肺移植手術(shù)的安全性和可預測性。在低溫保存的過程中，供肺的評估只能在未離開供體前進行，在離體后直至移植前無法進行評估。這種評估方法具有局限性。有些供肺在最初的評估中符合供肺選擇標準，但是在撤除生命支持到供肺取出的過程中遭受嚴重損傷，導致移植后失敗；相反的有些供肺在最初的臨床分級中達不到移植標準，但是經(jīng)過詳細的測試和評估后，符合移植要求。供肺使用EVLP中每小時進行評估直至移植之前，評估結(jié)果更加可靠。根據(jù)目前的臨床供體選擇標準，比如X線檢查、血氣分析和支氣管鏡檢查來預測供肺的功能不夠客觀，不能準確預測移植后預后［21］在EVLP技術(shù)中對肺組織、支氣管肺泡灌洗液和灌注液中的生物學標志物的檢查，能顯著提高供肺質(zhì)量評定和移植術(shù)后結(jié)果預測的準確性。

3．3 提供了供肺治療的媒介 在離體灌注的過程中，生理溫度維持了細胞正常的代謝，使EVLP應用期間的各種治療能夠起效。通過氣管和灌注液兩種給藥途徑，對以下幾種損傷有治療作用：①肺水腫。灌注本身和高膠體滲透壓的灌注液的使用均能夠減輕肺水腫。在EVLP的過程中使用藥物治療減輕肺水腫的研究表明［22］，氣管內(nèi)應用腎上腺素，肺泡內(nèi)液體的清除率比對照組高84%。因為腎上腺素能夠激活肺泡上皮細胞膜表面鈉通道的活性尤其是β 和γ型上皮鈉通道［23］。②肺部感染。在腦死亡供體或者DCD，在ICU期間有很高的肺臟感染發(fā)生率，如果得不到有效的治療，會增加移植手術(shù)失敗的風險。灌注液中加入抗生素治療感染，具有濃度高、半衰期長和目標治療等特點，提高了治療效果，同時避免抗生素對其它器官的損傷。③炎癥反應。腦死亡或者ICU期間肺損傷相關(guān)的炎癥反應加劇了移植術(shù)后再灌注損傷。目前，具有抗炎作用的糖皮質(zhì)激素已經(jīng)加入EVLP的灌注液中。其它可能的抗炎物質(zhì)包括急性C反應蛋白、α－1－抗胰蛋白酶、白介素－10等，有待于進一步研究。④肺栓塞。在肺移植過程中，有血栓和脂肪栓子等形成，增加了術(shù)后發(fā)生原發(fā)性移植物功能障礙（primary graft dysfunc?tion，PGD）的風險。在EVLP灌注液中使用纖溶酶，能夠減少血栓，同時避免出血的風險。在動物的DCD模型中證明［24］，在EVLP灌洗液中加入纖溶酶，能夠減少血栓的形成，減輕肺血管阻力，改善供肺功能。加入纖溶酶的治療對在心臟停跳前不能進行全身肝素化的DCD有更重要的意義。

4 小結(jié)

離體肺灌注作為一種肺移植供肺保護方法，延長了冷缺血時間，可以使供肺得到全面的評估和治療，使邊緣性供體肺的移植成功率和標準供肺無差異［12，25－26］，大大提高供肺的數(shù)量和質(zhì)量。隨著EV?LP的廣泛應用，對供肺損傷的新的治療方法在不斷進行研究。EVLP期間對供肺進行基因和干細胞療法已經(jīng)在動物實驗和人的廢棄供肺上取得成功，具有良好的應用前景。在供肺功能評估方面，未來高效的肺功能的生物學標志物的發(fā)現(xiàn)，能夠更準確更快速的進行供肺評估，減少移植后PGD的發(fā)生。EVLP不僅能夠應用于肺移植，還可以應用于其他器官移植、再生醫(yī)學以及肺部腫瘤。比如作為肺臟的去細胞化和再細胞化的生物反應器［27］，在肺部腫瘤的治療中用于研究化療藥物的抗腫瘤活性以及毒性等［28］。我國目前對EVLP還處于基礎研究階段，缺乏相應的臨床試驗。如果EVLP發(fā)展成為一項成熟的技術(shù)在臨床上得到廣泛應用，能在一定程度上緩解供肺短缺，進一步推動肺移植的發(fā)展。

參考文獻：

［1］Christie JD，Edwards LB，Kucheryavaya AY，et al．The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation：29th adult lung and heart－lung transplant report－2012［J］．J Heart Lung Transplant，2012，31（10）：1073－1086．

［2］Valapour M，Skeans MA，Heubner BM，et al．OPTN／SRTR 2012 Annual Data Report：lung［J］．Am J Transplant，2014，14 Suppl 1：139－165．

［3］Titman A，Rogers CA，Bonser RS，et al．Disease－Specific Sur?vival Benefit of Lung Transplantation in Adults：A National Cohort Study［J］．Am J Transplant，2009，9（7）：1640－1649．

［4］Ware LB，Wang Y，F(xiàn)ang X，et al．Assessment of lungs rejected for transplantation and implications for donor selection［J］．Lan?cet，2002，360（9333）：619－620．

［5］Carrel A，Lindbergh CA．THE CULTURE OF WHOLE ORGANS ［J］．Science，1935，81（2112）：621－623．

［6］Jirsch DW，F(xiàn)isk RL，Couves CM．Ex vivo evaluation of stored lungs［J］．Ann Thorac Surg，1970，10（2）：163－168．

［7］Seeger W，Schneider U，Kreusler B，et al．Reproduction of transfusion－related acute lung injury in an ex vivo lung model ［J］．Blood，1990，76（7）：1438－1444．

［8］Steen S，Sj Berg T，Pierre L，et al．Transplantation of lungs from a non－h(huán)eart－beating donor［J］．Lancet，2001，357（9259）：825 －829．

［9］Ingemansson R，Eyjolfsson A，Mared L，et al．Clinical trans?plantation of initially rejected donor lungs after reconditioning ex vivo［J］．Ann Thorac Surg，2009，87（1）：255－260．

［10］Munshi L，Keshavjee S，Cypel M．Donor management and lung preservation for lung transplantation［J］．Lancet Respir Med，2013，1（4）：318－328．

［11］Cypel M，Yeung JC，Machuca T，et al．Experience with the first 50 ex vivo lung perfusions in clinical transplantation［J］．J Thorac Cardiovasc Surg，2012，144（5）：1200－1206．

［12］Cypel M，Yeung JC，Liu M，et al．Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation［J］．N Engl J Med，2011，364（15）：1431－1440．

［13］Machuca TN，Cypel M．Ex vivo lung perfusion［J］．J Thorac Dis，2014，6（8）：1054－1062．

［14］Frank JA，Briot R，Lee JW，et al．Physiological and biochemical markers of alveolar epithelial barrier dysfunction in perfused hu?man lungs［J］．Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2007，293 （1）：L52－L59．

［15］Piacentini E，Lopez－Aguilar J，Garcia－Martin C，et al．Effects of vascular flow and PEEP in a multiple hit model of lung injury in isolated perfused rabbit lungs［J］．J Trauma，2008，65（1）：147－153．

［16］No authors listed．Ventilation with lower tidal volumes as com?pared with traditional tidal volumes for acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome．The Acute Respiratory Dis?tress Syndrome Network［J］．N Engl J Med，2000，342（18）：1301－1308．

［17］Fischer S，Matte－Martyn A，De Perrot M，et al．Low－potassium dextran preservation solution improves lung function after human lung transplantation［J］．J Thorac Cardiovasc Surg，2001，121 （3）：594－596．

［18］Kelly RF，Murar J，Hong Z，et al．Low potassium dextran lung preservation solution reduces reactive oxygen species production［J］．Ann Thorac Surg，2003，75（6）：1705－1710．

［19］Carnevale R，Biondi－Zoccai G，Peruzzi M，et al．New Insights into the Steen Solution Properties：Breakthrough in Antioxidant Effects via NOX2 Downregulation［J］．Oxide Med Cell Longev，2014，20142180．

［20］Cypel M，Rubacha M，Yeung J，et al．NormothermicEx Vivo Perfusion Prevents Lung Injury Compared to Extended Cold Pres?ervation for Transplantation［J］．Am J Transplant，2009，9（10）：2262－2269．

［21］Orens JB，Boehler A，de Perrot M，et al．A review of lung trans?plant donor acceptability criteria［J］．J Heart Lung Transplant，2003，22（11）：1183－1200．

［22］Sakuma T，Gu X，Wang Z，et al．Stimulation of alveolar epithe?lial fluid clearance in human lungs by exogenous epinephrine［J］．Crit Care Med，2006，34（3）：676－681．

［23］Frank JA，Briot R，Lee JW，et al．Physiological and biochemical markers of alveolar epithelial barrier dysfunction in perfused hu?man lungs［J］．Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2007，293 （1）：L52－L59．

［24］Inci I，Zhai W，Arni S，et al．Fibrinolytic treatment improves the quality of lungs retrieved from non－h(huán)eart－beating donors［J］．J Heart Lung Transplant，2007，26（10）：1054－1060．

［25］Tikkanen JM，Cypel M，Machuca TN，et al．Functional out?comes and quality of life after normothermic ex vivo lung perfusion lung transplantation［J］．J Heart Lung Transplant，2015，34（4）：547－556．

［26］Popov AF，Sabashnikov A，Patil NP，et al．Ex vivo lung perfu?sion－state of the art in lung donor pool expansion［J］．Med Sci Monit Basic Res，2015，21：9－14．

［27］Ott HC，Clippinger B，Conrad C，et al．Regeneration and ortho?topic transplantation of a bioartificial lung［J］．Nat Med，2010，16（8）：927－933．

［28］Van Schil PE，Hendriks JM，van Putte BP，et al．Isolated lung perfusion and related techniques for the treatment of pulmonary metastases［J］．Eur J Cardiothorac Surg，2008，33（3）：487－496．

修訂日期：（2015?10?25）

收稿日期：（2015?08?04）

通訊作者：李欣Email：leex21＠hotmail．com