人工肝技术临床研究和应用的进展

 1 人工肝发展的基础 
   
    各种原因所致的重型肝炎、肝脏功能不全与肝脏衰竭临床十分常见。肝炎病毒感染、大量或长期饮酒、应用对肝脏有毒性的药物、一些代谢性疾病和自身免疫性疾病、肝肿瘤、外科手术、严重感染等均可引起或加重肝脏损害，严重时则导致肝脏功能不全及肝脏衰竭。 
    重型肝炎及肝衰竭的病因在全球不同地区差别明显。从临床类型看，东南亚、非洲及美洲部分地区，重型肝炎、肝衰竭病因和类型与我国相似，以病毒性肝炎为主，临床多是慢性过程或在慢性肝病基础上突然加重。例如在慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎甚至无症状病毒携带基础上重叠甲型肝炎病毒和戊型肝炎病毒等噬肝病毒感染，劳累、酗酒、应用肝损害药物等都可能成为慢性重型肝炎、肝衰竭诱发或加重的因素。在欧美等国家，重型肝炎和肝衰竭类型以急性和亚急性为主，病因以药物、酗酒、手术创伤等多见。 
    内科综合治疗、人工肝支持治疗和肝脏移植是重型肝炎及肝脏衰竭三种基本治疗方法。近年来，发达国家肝脏移植技术已经基本成熟和普及，主要存在问题是供肝短缺、肝衰竭以急性为主而供肝在时间上无法满足要求，因此至少有30％以上适合肝移植的患者无法得到手术机会而在等待中死亡。国内肝脏移植病例数近3年来几乎以倍数增长，但因为手术及术后用药价格昂贵、供肝短缺、传统观念及技术因素的限制，还远未普及。我国2003年完成肝移植不到1 000例，而同期发生重型肝炎和肝衰竭的患者约8.2万例，死亡率70%以上。由此可见，重型肝炎和肝衰竭仍然是目前和未来较长时期国内外肝病治疗面临的突出难题。 
    人工肝正是在此背景下迅速发展起来的以血液净化为基础的一系列实用性很强的技术，发展很快。据不完全统计，目前国内有近700家单位开展了人工肝治疗，遍布全国各大中城市，每年行各种人工肝操作一万余人次。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，专业人员包括了内科、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。  
   
    2 人工肝技术的概念、分类与作用 
   
    2.1人工肝的概念：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。人工肝与一般内科药物治疗的主要区别在于，前者主要通过“功能替代”治疗疾病，后者主要通过“功能加强”治疗疾病。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）。 
    2.2人工肝的分类：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/Plasma Absorption，DHP/PA）（图1），血液滤过（HF）（图2）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，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。 
    2.3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：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，还可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。 
    人工肝的作用原理基于肝脏损伤的可逆性及肝细胞的强大再生能力，即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，因此肝脏病变情况和治疗时机特别重要。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。由于自然肝脏具有合成、分泌、转化等多种作用，所以具有其中一种或几种功能的肝脏支持系统，从理论上都应称为人工肝脏技术。把血液透析、血液滤过、血液吸附等血液净化技术归为人工肝支持技术，原因也在于此，只是其适应对象、适应证和适用范围不同而已。 
    我国不同地区的十余家单位从2003年1月开始，进行了包括血浆置换、血液灌流、分子吸附等数种人工肝方法的多中心临床对照研究。研究的中期结果显示，对重型肝炎，无论是病毒性还是药物性，在内科综合治疗基础上及时配合人工肝治疗，与对照组比较，患者半年存活率可提高约17％，1年存活率至少提高11％以上。如果配合肝脏移植，患者病死率还有较大幅度降低。 （未完待续） 
   
    测  试： 
   
    1. 对于重型肝炎及肝衰竭，以下说法正确的是： 
    A. 病因在欧美等国家以病毒性肝炎为主； 
    B. 在欧美等国家，以慢性为主； 
    C. 在我国病因以药物、酗酒、手术创伤等多见； 
    D. 劳累、酗酒、应用肝损害药物等都可能成为慢性重型肝炎、肝衰竭诱发或加重的因素。 
   
    2. 重型肝炎及肝脏衰竭的基本治疗方法包括： 
    A. 内科综合治疗； B. 人工肝支持治疗； C. 肝脏移植； D. 以上都是。 
   
    3. 对于人工肝，说法错误的是： 
    A. 人工肝主要通过“功能加强”治疗疾病; 
    B. 根据组成和性质，人工肝可分成非生物型、生物型和混合型三类； 
    C. 人工肝可为肝移植创造条件； 
    D. 人工肝的作用原理基于肝脏损伤的可逆性及肝细胞的强大再生能力。 
   
    4. 在人工肝技术中，血浆置换属于： 
    A. 非生物型； B. 生物型； C. 混合型； D. 以上都不是。 
   
    5. 我国的多中心临床对照研究的中期结果显示, 对重型肝炎, 在内科综合治疗基础上及时配合人工肝治疗, 与对照组比较，患者半年存活率可提高： 
    A. 约5%； B. 约10%； C. 约11％； D. 约17％。  
    3 人工肝技术目前发展的概况与趋势 
    目前国内有近700家单位开展了人工肝治疗，尚有数十家单位从事人工肝材料、设备、细胞及组织工程等基础研究。人工肝技术经过近年来的迅速发展，已经呈现出如下特点： 
    3.1治疗应用范围不断扩大：人工肝技术的应用范围从最初治疗暴发性肝衰竭（ Acute Hepatic Failure），扩大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、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。 
    3.2从单一治疗模式向多种方法联合或序贯应用发展：多种方法联合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统。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相对分子质量、不同溶解性的毒素，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，这样可使毒素去除量更大，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不良反应可大幅度下降；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。 
    3.3持续性血液净化技术的应用日益广泛：持续性血液净化技术，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，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。目前国外最新建立的混合生物人工肝系统，体外细胞数量可达400～450克，与人体血液循环系统连接后细胞活性可维持7～10天。如此长时间的体外支持，必将对重型肝病的预后产生重要影响。相关的系统已经完成Ⅰ～Ⅱ期临床试验，若进展顺利，有望在2～3年后正式投入临床。 
    3.4对各种人工肝方法的选择、适应证、不良反应、治疗时机、治疗间隔和预后判断的认识逐渐深入：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。  
   
    4 人工肝技术需要解决的问题和努力的方向 
    4.1人工肝治疗的标准化与规范化：尽管对肝衰竭与人工肝的认识不断深入，但由于人工肝治疗的方法较多，又是一门新兴的学科，所以许多方面尚需规范和标准化。下面以血浆置换为例阐述。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，运用该标准化管理系统，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％。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，将对我国人工肝事业的健康有序发展起到积极作用。 
    4.2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，肝素应用后活化部分凝血活酶时间（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。对重型肝炎患者使用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，使出血风险加大。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依据。 
    4.3持续性血液净化或联合治疗：持续性血液净化或联合治疗时间的延长，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。 
    4.4生物人工肝的细胞来源及生物安全性问题：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。 
    此外，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。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。 
    4.5肝细胞在体外培养系统中的增殖与生物反应器的完善：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，目标就是如何使体外培养的肝细胞更好地发挥其功能。 
    4.6急性肝衰竭动物模型和肝细胞功能检测方法：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。 
    总之，随着对重型肝炎、肝衰竭病理生理学认识的逐步深入和人工肝技术的逐步成熟与完善，人工肝将能够发展到早期、重复、长时间的支持肝脏的功能。像人工肾给肾功能衰竭的治疗带来的革命性变化一样，人工肝必将为重型肝病、肝衰竭的治疗带来巨大变化。内科综合治疗、人工肝支持治疗和肝移植综合治疗模式的建立与完善，会显著降低病死率，大大改善重型肝病患者的预后。  
   
    测  试： 
   
    1. 人工肝技术目前发展的特点有： 
    A. 治疗应用范围不断扩大； 
    B. 从单一治疗模式向多种方法联合或序贯应用发展； 
    C. 持续性血液净化技术的应用日益广泛； 
    D. 以上均是。 
   
    2. 目前国外最新建立的混合生物人工肝系统，与人体血液循环系统连接后细胞活性可维持： 
    A. 1～2天； B. 4～5天； C. 5～7天； D. 7～10天。 
   
    3. 对于肝素等抗凝剂的应用，哪项不正确: 
    A. 小剂量肝素不会影响重型肝炎患者APTT的变化； 
    B. 对重型肝炎患者使用肝素剂量过大将导致出血风险加大； 
    C. 出血风险有可能由于血浆置换时大量输入正常血浆而被掩盖； 
    D. 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。 
   
    4. 有关持续性血液净化或联合治疗，错误的是： 
    A. 治疗时间的延长会增加治疗过程中的风险； 
    B. 治疗时间的延长会增加人力消耗; 
    C. 应注意与一般治疗的合理衔接； 
    D. 不必考虑患者身体的耐受状态。 
   
    5. 有关生物人工肝的细胞来源及生物安全性问题，错误的是： 
    A. 动物源性肝细胞有导致将动物源性疾病传染给人类的风险； 
    B. 成人肿瘤来源的肝细胞系有致瘤的潜在风险； 
    C. 胎肝细胞应用受到伦理学及来源和数量的限制； 
    D. 肝干细胞体外的大量增殖及肝细胞的定向分化已经成熟。