各种原因所致的重型肝炎、肝脏功能不全和肝脏功能衰竭临床上十分常见,一般治疗效果差,临床死亡率一直居高不下,成为危及重型肝病患者生命的主营原因。国内肝脏移植病例数近3 年几乎以倍数增长,但因为价格昂贵、供肝短缺、文化观念及技术因素的限制,还远未普及。 人工肝就是在此背景下逐步形成的一套以血液净化为基础的实用性很强的治疗方法,它是借助体外机、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、肝衰竭或相关肝脏疾病的方法。目前,人工肝支持技术在国内外迅速发展和普及,已经成为重型肝炎、肝衰竭及其它一些疾病最重要和最常用的治疗方法之一。
1 人工肝目前发展的概况
人工肝目前根据其组成和性质主要可分为三类: ①非生物型,又称物理型,主要通过物理或机械的方法和(或) 借助进行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、氨及药物灌流吸附( direct hemoperfusion/ plasmaabsorption ,DHP/ PA) 、血液滤过(HF) 等均属此类; ②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; ③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,象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和被普遍认可。
人工肝的用途归纳起来主要有以下几个方面:①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; ②为肝移植创造条件,是重型肝炎肝移植的桥梁;协助治疗肝移植后的最初无功能状态; ③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。目前国内有近630 家单位开展了人工肝治疗,遍布全国各大中城市,每年行各种人工肝治疗一万余人次。开展人工肝治疗的科室有消化内科、肝病科、传染/ 感染科、肾内科、血液净化(透析) 中心、肝胆外科、ICU 等,包括了内科、外科、透析室、急救等各方面的医护人员及机器设备维护的工程师和技术人员。
人工肝技术经过近年来的迅速发展,已经呈现出如下特点:治疗应用范围的不断扩大。从最初治疗的暴发性肝衰竭(acute hepatic failure) ,到后来的慢性重型肝炎、慢性肝炎重度黄疸、胆汁淤积性肝病、原发性胆汁性肝硬化、急性中毒的解毒,以及肝极量切除术和肝移植前后的肝脏支持替代治疗等,对并发严重感染、肝肾综合征、肝性脑病的终末期肝病患者也可起到辅助治疗作用。从单一治疗模式向多种方法联合或序贯应用的发展。包括非生物型人工肝方法的联合应用和将非生物人工肝和生物人工肝结合起来的混合型生物人工肝支持系。目前研究比较多的联合首先是血浆置换与血液滤过的联合治疗,即在血浆置换完成后,再配合血液滤过或血液透析滤过治疗。这一联合的优点是,先行的血浆置换,可在短时间内去除较大量的血浆中各种分子量、不同溶解度的毒素,后续的血液净化治疗再去除部分条件性或选择性毒性物质以及炎性介质和中分子物质,这样毒素去除量更大,范围更广;血浆置换引起的水、电解质和酸碱改变可经后续的治疗予以调整,血浆胶体渗透压的急剧变化及水钠储留等血浆置换的副作用会大幅度下降;血浆置换输入的较大量的抗凝剂可以予以清除;首先置换补充的凝血因子可减少后续治疗出血的风险。此外,血浆置换+ 血浆灌流,血液滤过+ 血液灌流,血浆置换+ 分子吸附循环(MARS) 等方法也被国内外众多学者采用。可以预见,把不同非生物型血液净化技术结合构成的人工肝支持方法在临床上的应用会愈加广泛。在生物人工肝前加用血浆置换、胆红素吸附、血液灌流等非生物人工肝方法,既可加强毒素的清除,又可减少毒素对生物反应器内肝细胞的损害。目前国外多数新开发设计的生物人工肝系统在生物反应器前都带有非生物毒素清除系统,以加强毒素的清除,延长细胞的功能和寿命。持续性血液净化技术的应用日益广泛,如持续性血液(透析) 滤过、缓慢持续血浆置换、长时间的生物人工肝支持治疗等,此类方法强调长时间缓慢持续地清除毒性物质,较长时间维持机体内环境的稳定,以利于肝细胞的再生和功能恢复。对各种人工肝方法的选择、适应症、不良反应、治疗时机、治疗间隔和预后判断的认识逐渐加深。根据患者的病情和经济承受能力制定个体化的治疗方案,选择最佳的治疗方法;对可能出现的过敏、出血、血压下降已经能够做到有效的治疗和预防;慢性重型肝炎早、中期的疗效高于晚期;同时配合强有力的内科治疗,预防人工肝治疗后的出血和感染是降低死亡率的关键;根据治疗后胆红素的反弹趋势通过计算机运算得出的“生存曲线”和“死亡曲线”可以进行预后判断等等。
2 人工肝目前存在的问题
2. 1 人工肝治疗的标准化、规范化
尽管对人工肝的认识不断深入,但由于人工肝治疗的种类较多,是一门新兴的学科,许多方面尚需规范和标准化。下面以血浆置换和血液(透析) 滤过为例阐述。血浆置换一次治疗的血浆置换量如果过少,将达不到治疗效果,如果过多,将造成无效置换,增加花费和治疗风险。有学者通过高等数学推理及临床模拟,基本完成了血浆置换管理系统的设计工作。借助该系统,不仅可以获得较好的治疗成本效益比(E/ C) ,更有利于国内外血浆置换治疗的标准化及技术交流。血浆置换治疗的成本效益比例,呈不规则的抛物线形态,一次治疗血浆用量不足或过多,都不能得到理想的结果。另外,运用该标化管理系统,可在每次治疗前预测出治疗结束时的预期胆红素水平,其误差值< 5 %～7%。血液透析滤过/ 血液滤过的治疗时间、每小时的置换量、血液流速、透析液流速等都可能对治疗效果产生影响,最优化的治疗模式无疑能得到最佳的治疗效果。近期,在北京市科委及国家科技部两个有关人工肝及重肝重大项目支持下,已在国内组织十余家单位进行多中心研究,将在未来3 年内逐步建立及完善我国人工肝临床应用规范,可能对我国人工肝事业的健康有序发展起到积极作用。
2. 2 肝素等抗凝剂的应用
重型肝炎患者本身已有凝血机制的障碍,人工肝体外循环治疗时肝素的使用必将进一步加重凝血功能的紊乱。目前国内人工肝治疗肝素用量大小不一,往往依据经验或参考血液透析的用量。肾透析的患者大部分凝血功能正常,其所用肝素用量对肝病患者显然偏大。肝素用量不足将导致管路凝血,影响治疗顺利进行,肝素用量过大将加重出血倾向,甚至带来严重后果。重型肝炎患者普遍存在凝血机制的障碍,肝素应用后APTT 的变化更加敏感,小剂量肝素应用后即可引起APTT 的显著变化。重型肝炎患者肝素剂量过大将导致APTT 的显著延长,甚至大于100 秒的检测上限,而且在相当长的一段时间内APTT 明显延长,出血风险加大,该风险有可能由于血浆置换时大量输入正常血浆而被掩盖,应引起临床医师的足够重视。通过监测APTT 指导重型肝炎患者人工肝治疗的肝素用量,可保证治疗的安全顺利进行,并且为人工肝体外循环抗凝剂的规范应用提供了依据。
2. 3 持续性血液净化或联合治疗由于治疗时间的延长,会增加治疗过程中的风险及人力消耗,对病房日常治疗及药物应用影响较大,应注意与一般治疗的合理衔接及患者身体的耐受状态。
2. 4 生物人工肝的细胞来源问题
动物源性肝细胞虽可大量获得,但有导致人畜共患疾病、将动物源性疾病传染给人类、异种蛋白进入人体导致免疫反应等风险,同时细胞储备难以与临床需要匹配,动物饲养条件尤其规模化生产的条件要求高;成人肿瘤来源的肝细胞系可大量增殖,利于规模化生产,成本也较低,但肝细胞的功能有所下降,且有致瘤的潜在风险。胎肝细胞虽较理想,但受到伦理学及来源和数量的限制。肝干细胞体外的大量增殖及肝细胞的定向分化等难题还未取得突破,真正应用于生物人工肝尚需时日。
2. 5 动物源性生物人工肝的生物安全性评估和监测系统需进一步完善特别是SARS 流行后,使人们更加重视人畜共患疾病。猪体内存在猪逆转录病毒( PERVs) ,有可能通过生物反应器的半透膜进入人体。笔者通过近2 年的研究已证实中国实验用小型猪的肌肉组织、肝脏组织和猪肝细胞培养悬浮液中均存在猪逆转录病毒(PERVs) ,但患者治疗后半年内无逆转录病毒感染的证据,进一步的随访仍在进行中。应及早建立完善的监测PERVs 系统,筛选供体、监测受体,以保证猪细胞来源的生物人工肝和异种移植临床应用的生物安全性。目前国内猪肝细胞型生物人工肝PERV 的PCR、RT - PCR、ELISA、RT - ACTIVITY(逆转录酶活性) 检测方法研究都取得重要进展,有的方法已经成熟。
2. 6 肝细胞在体外培养系统中的增殖问题
应进一步完善肝细胞体外高密度培养的技术与方法,提高生物反应器内肝细胞的密度和质量。目前采用的方法包括:用肝细胞和聚合物支架形成类似肝脏组织结构,在不同细胞外基质中的肝细胞三维化培养,即肝细胞的组织化培养、微载体培养及对其表面进行修饰或包被、单层平板培养、球形体培养、肝细胞与肝非实质细胞共培养、添加肝细胞生长因子(HGF) ,表皮生长因子( EGF) ,肝细胞再生刺激因子(HSS) 等,这些方法的目标就是如何使体外培养的肝细胞聚集体获得一定结构的分化,以更好地发挥其功能。明确肝脏支持系统内所需合适的肝细胞量、细胞存在状态、体外支持的时机和时间。
3 人工肝技术的发展前景
把不同非生物型血液净化技术结合起来及非生物和生物型人工肝的有效组合,构成适合于不同患者的个体化方案,是人工肝发展的基本方向。
各种人工肝治疗方法的标准操作规程(SOP) 将会建立并逐步完善,人工肝的治疗将会更加安全、规范,治疗效果将进一步得到提高。
各种人工肝的机器设备将会更加精确、安全、高效和智能化,治疗模式多样化、功能强大,报警监测系统发达,操作将更加便捷,治疗将更加突出人性化的特点。今后应开发新型材料,加强对肝衰竭的病理生理研究,以便设计合理的人工肝辅助装置,使之更接近于体内肝细胞的生长代谢环境;改善体外支持系统内的微环境,提高肝细胞分化及存活能力,保持肝细胞的合成代谢功能以利于长时间进行体外肝脏功能替代;设计选择性高的生物器膜,发展效率更高、生物相容性更好的生物反应器,通过规模化生产以降低价格;未来的生物反应器将带有自动监测装置,可密切监测细胞的生长状况并随时调整温度、pH 值、氧供和营养液等,以维持细胞生长环境的稳定。
发展能在体外高水平增殖并具有较完善肝细胞功能的人类细胞株,如通过基因修饰的永生化的人类肝细胞,和安全性及有效性均经过严格评估的人类肿瘤细胞系细胞。通过基因修饰,可使肝细胞的增殖能力加强,肝细胞的某些功能得到加强;如产生温度敏感的可调控蛋白,可在细胞失去控制时通过干预诱导细胞凋亡,确保安全。骨髓干细胞及肝干细胞是国内外研究的热点,通过体外能够收获和扩增的肝脏干细胞,并诱导它们定向分化,可获得最接近正常人体功能的肝细胞。分子克隆、基因工程技术、干细胞和肝再生等基础研究的突破和进展将会极大地推动人工肝的发展。
具有产业化规模的肝细胞的大量增殖、低温保存和运输,将会使生物人工肝的应用更加普及,在更多基层单位的开展和应用将成为可能,从而造福更多的肝病患者,挽救重症患者的生命。
稳定、可重复的急性肝衰竭动物模型的建立将为评价各种人工肝治疗方法的效果提供良好的平台,并有助于从组织学、分子生物学基础上探讨重型肝炎的发病机理和人工肝的干预机制。灵敏且稳定的肝细胞功能检测方法的建立与完善有助于生物人工肝的效果评价和维持时间的评估及研究毒性物质对肝细胞功能的影响。随着对肝衰竭发病机制和病理生理的认识的不断深入,将会进一步明确肝衰竭时需净化和补充的物质,从而扩展人工肝治疗的方法和思路。
总之,随着人工肝技术的临床实际应用的逐步成熟与完善,人工肝将能够发展到早期、重复、长时间的支持肝脏的功能,象人工肾给肾功能衰竭的治疗带来的革命性变化一样,为肝功能衰竭的现代化治疗带来最大的希望。但也必然与血液透析、肾移植在慢性肾衰竭治疗过程中的发展与应用一样,有一个不断探索和完善的过程。高效安全的“维持性肝透析”和以血液净化为平台、以肝脏干细胞和组织工程为前导的真正意义上的“人工肝”是我们共同的目标。
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