人工肝辅助系统在肝衰竭中的应用

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      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、大量或长期酗酒、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，严重时可导致肝脏功能不全及肝脏衰竭。如何通过生物或非生物的人工的方法帮助严重损害的肝脏清除毒素，合成大分子物质，维持机体的稳态使患者平稳过渡到肝功能恢复阶段或为肝移植手术进行术前准备，已经成为临床迫切的要求。

实际上自二十世纪五十年代即开始人工肝的研究。1950年Merrill首次对肝衰竭的患者进行血液透析治疗,开始了非生物型人工肝的临床应用。50-60年代主要是应用血液透析法治疗肝衰竭。60～70年代有了微载体细胞培养法和毛细中空纤维肝细胞反应器,开始了生物型人工肝启蒙阶段,1975年有学者通过体外循环分离大量血浆获得成功,首先使用血浆置换来治疗肝衰竭所致的肝昏迷,使非生物型人工肝的临床应用得到了进一步的发展, 1987年Matsamura设计出最早的生物人工肝装置使生物型人工肝开始应用于临床。

人工肝定义以血液净化理论为基础，借助体外机械、化学或生物性装置，通过代替肝脏的一种或几种功能的辅助治疗，从而协助治疗肝功能不全、肝衰竭或相关疾病的方法总称为人工肝支持系统（Artificial Liver Support System，ALSS）。通过人工肝为肝衰竭时的肝细胞再生创造时间，提供可能避免肝移植的机会；为肝移植创造时间，同时为肝移植后早期的无功能状态进行协助治疗；作为肝极量切除术、某些肝脏特殊情况或应激时的辅助治疗手段。

人工肝分类：根据组成和性质主要分三类:非生物型，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），血液灌流/吸附（Direct Hemoperfusion/Plasma Absorption，DHP/PA），血液滤过（HF），白蛋白透析（AD），血浆胆红素吸附（PBA）以及各种组合；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(hybrid bioartificial 1iver support system , HBALSS)，由生物与非生物部分相结合组成的具有两者功能的人工肝支持系统。

普通血液透析（HD）对于分布容积大、弥散性强的小分子物质具有清除作用，如氨、假性神经递质，GABA等，对与白蛋白结合的毒素清除差。研究尚未证明血液透析能提高患者的生存率。但是对慢性肾功衰伴严重肝损伤甚至需要行肝移植的患者HD通过对小分子的清除纠正内环境的紊乱。HD的不足在于心血管系统不稳定，低血压倾向以及颅内压升高等。

血液灌流（HP）能通过活性炭或合成树脂有效的吸附与蛋白质结合的多种毒素，如硫醇、GABA、芳香族氨基酸、吲哚等。但是HP治疗活性碳容易脱落，并伴有凝血因子的丢失和血小板的下降等。目前单纯性HP对爆发性肝炎的作用尚不能肯定。

血浆置换（PE）作为目前较为成熟和普及的一种ALSS,在重症肝炎、肝衰竭、急性中毒等方面均有应用。具有如下特点:①可以清除小分子、中分子及大分子物质,尤其对与白蛋白结合的毒素有显著的清除作用。②补充作用,可以通过置换补充患者所缺乏的多种物质如凝血因子、白蛋白、电解质等;③免疫调节作用,置换液中含有大量的免疫球蛋白,可以改善和恢复患者的体液免疫和细胞免疫功能来达到抑制疾病发展的作用；④对肝功能衰竭中常见的电解质紊乱和酸碱平衡失调的纠正有一定的作用,但远不及血液透析和血液滤过。PE对分布容积小，生成率低的物质清除较好，对分布容积大，生成率快的毒素清除率低。此外PE需要消耗大量的冷冻血浆、并可能存在H IV或其他未知病原体感染。PE对水负荷过重的情况无改善作用。

连续性血液净化治疗（CBP）使用高通透性的血滤器进行连续性的血液滤过治疗，能缓慢、持续的清除中分子物质，精确的控制水电解质酸碱平衡，清除炎性介质和中分子毒素，具有血流动力学稳定，不影响颅内压等优点，特别适用于伴有肾衰的肝病患者。但是不少炎性介质是通过AN69的吸附作用清除的，普通的血滤可能并不能有效的清除这些炎症因子，而且肝衰竭时不少毒素和白蛋白连接，对于此类毒素血滤的清除效果有限。

白蛋白透析为有效的清除肝衰竭时和白蛋白结合的毒素，人们提出了白蛋白透析和血浆透析的治疗方法，将白蛋白视为毒素的转运载体移出血液内和白蛋白结合的毒素。研究发现血浆透析比HVHF和HP更有效的降低总胆红素水平。与血浆置换相比，它不需要分离血浆，避免了体内大量生理物质的丢失，防止外源性蛋白进入体内，减少的过敏的风险，但作为载体的白蛋白和血浆存在饱和后清除减弱以及再生的问题。

分子吸附循环系统（MARS）MARS联合使用了上述血液净化技术，具有更好的清除毒素的效果，近年来发展迅速，有望成为最有发展前途的非生物型ALSS。MARSFLUX透析膜模拟体内肝细胞对蛋白结合毒素的解毒机制。MARSFLUX透析膜的厚度只有普通透析膜的1/100～1/500,膜的总面积达24m2。MARS结合了白蛋白再循环、活性炭和树脂吸附以及透析三种方法,组成了三个循环系统，血循环,白蛋白循环和透析循环，可清除脂溶性、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的调节作用。当血流经MARS膜时，体内中小分子有毒物质经MARS膜直接弥散到膜外侧的白蛋白溶液中，而亲脂性蛋白结合毒素接触MARS膜后,吸附在MARS膜的一侧,被膜外侧高浓度的白蛋白(载体蛋白)结合，转运到膜外，进入白蛋白循环。含有各种有毒物质的白蛋白,经过碳酸氢盐透析系统,清除了大部分水溶性有毒物质，并通过活性炭罐和阴离子树脂罐等,使与白蛋白结合的毒素被吸附,使白蛋白获得再生。如此反复循环不断清除体内的各种有毒物质。MARS的优点：血浆不与活性炭及阴离子树脂接触,凝血因子和蛋白质的吸附和破坏少,肝细胞生长因子及其它营养成分丢失少;血流动力学相对稳定、可持续清除中小分于毒素及纠正电解质紊乱。

非生物型人工肝的临床应用中，更多的是不同方式的人工肝支持方法联合或序贯应用，以便取长补短，以较小的投入，对不同患者进行个体化治疗,针对主要矛盾,应用有效技术进行针对性治疗，达到最佳的临床效果，例如,对单纯高胆红素血症采用血液灌流进行单纯胆红素吸附;对血流动力学欠稳定伴有肝衰竭患者应用血液滤过;对体内含大量蛋白结合毒素或分子量巨大毒素,应用血浆置换予以清除。组合型人工肝初步研究治疗效果有一定疗效，但目前价格较为昂贵，因此非生物人工肝支持方法的选用仍应坚持个体化标准,合理应用。

理论上,最理想的ALSS是生物型ALSS，其核心材料为肝细胞，要求尽可能的接近正常人肝细胞功能，对人体无害，数量足够多，即以人源性、分化正常且容易获得和培养，能保持良好的分化状态及具有成熟肝细胞的生物代谢功能的肝细胞最理想。但实际上，原代人肝细胞来源有限，分离、培养后数量和质量均有降低，且在体外大量传代、增殖培养困难；而其他动物的肝细胞尽管有类似人肝细胞的部分功能，但由于生物相容性问题、可能的人畜共患病、细胞产业化过程中的质控环节复杂等，受到限制；肿瘤细胞和异种细胞存在潜在的安全隐患等；其他的如骨髓干细胞、肝脏干细胞等，虽有望成为可无限增殖且仍具有正常表型的肝细胞，但目前尚无法应用于临床；以上情况导致生物型ALSS短期内很难成为ALSS的主流。

发展较快的有生物型人工肝包括美国ELAD生物人工肝支持系统、欧洲的MELS生物人工肝等。主要由两部分：生物反应器部分和辅助部分。生物反应器由特殊材料作为支架，人工培养的细胞在支架上生长。患者血浆连续流经生物反应器，在生物反应器内与细胞进行物质交换。人工培养的细胞以C3A较常用，它具有很低致瘤性；实验证实它具有很多的正常肝细胞功能如白蛋白、转铁蛋白A、第V和第VII凝血因子、抗纤维蛋白酶3、C3补体、ɑ－1抗胰蛋白酶和甲胎蛋白合成功能，并有糖原异生、尿素合成、利多卡因的代谢及其他细胞色素P450酶活性等功能；由于它仍然有致瘤性，有学者尝试加入细胞过滤器，以杜绝少数脱落细胞进入人体的可能性。其他多以猪肝细胞为生物成分等。生物型人工肝的缺点在于使用体外培养的异种或异源肝细胞以及肿瘤细胞引起的异体排斥反应和潜在的人畜共患疾病及致癌的危险，而且体外培养细胞替代自然肝脏的能力有限，此外大规模生产、保存和运输生物材料尚存在不足，其的临床推广受到限制。目前生物型人工肝正在进行临床试验,尚未获得FDA批准。

   复合型人工肝即生物型和非生物型人工肝联合应用，在生物人工肝前加用血浆置换、胆红素吸附、血液灌流、CVVH或CVVHD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，延长细胞的功能和寿命。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；原则仍然是优势互补。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400～500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。

随着人工肝治疗方法的不断进步和治疗经验的丰富，人工肝治疗的指征亟待规范。2006年中华医学会感染病学分会肝功能衰竭与人工肝学组和肝病学分会重型肝病与人工肝学组联合制定的我国“肝功能衰竭诊疗指南”较为详细的对人工肝治疗进行了描述和规范。该指南认为应根据患者的具体情况选择不同方法单独或联合治疗，如伴脑水肿或肾衰竭时选择PE和CBP、HF或PDF；伴高胆红素血症时可选用PBA或PE；伴水电解质紊乱时可选用HD或白蛋白透析（III级）。该指南规范了人工肝的适应征：1 各种原因引起的肝功能衰竭早、中期，PTA在20－40％之间，血小板>50X109/l为宜，晚期肝功能衰竭的患者也可进行治疗，但并发症多见，宜慎重；未达到肝衰竭标准，但有肝衰竭倾向的患者也可进行治疗；2 晚期肝功能衰竭等待供体，肝移植术后排斥，移植肝无功能期的患者。人工肝的相对禁忌症包括严重的DIC,活动性出血，对治疗所需药品或血浆制品过敏，循环功能衰竭，心肌梗死不稳定期，妊娠晚期等。该指南将有助于临床更规范的开展人工肝技术。

肝素等抗凝剂的应用有待规范。目前国内外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。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。目前通过监测APTT或全血凝血时间指导重型肝炎患者人工肝治疗的抗凝方式以及相应的剂量，但仍有相当数量的病人有出血现象。

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等风险，同时细胞储备与临床需要补匹配，动物饲养条件尤其规范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、较低成本，但肝细胞的功能有所下降，且有潜在的致瘤风险。胎肝细胞虽较理想，但受论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尚有待进一步解决。肝细胞在体外培养系统中的增殖与生物反应器有待进一步的完善，以便使体外培养的肝细胞更好地发挥其功能。

急性肝衰竭动物模型和肝细胞功能检测方法有待进一步的研究。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。

小结肝衰竭患者病理生理主要表现为几方面:①由于肝功能不全及肝组织坏死导致毒素在体内的蓄积,如氨、内源性苯二氮类产物、胆红素、胆酸及一些假性神经递质等;②由于肝功能不全导致肝脏合成的物质缺乏,如凝血因子、纤维蛋白原、肝细胞生长因子、组织生长因子α及表皮生长因子等;③是由于肝衰竭时的内毒素血症**细胞因子产生过多,导致多脏器功能不全、血流动力学不稳定及肾功能不全。因此,理想的人工肝应能替代肝脏这几方面功能。但目前尚无一种人工肝能够替代正常肝脏的全部功能,非生物型人工肝技术比较成熟、疗效确切、安全性高,而生物型人工肝,已有的动物实验及临床试验表明,为肝衰竭患者代偿肝脏的解毒、生物合成功能以及稳定内环境、阻断恶性循环提供了希望,且为具有强大再生能力的肝细胞再生提供了条件和时间,尤其是随着混合型人工肝的逐渐发展。相信经过逐渐成熟和完善后,人工肝,尤其是混合型人工肝,极有可能像透析给肾衰竭患者的治疗带来***性的变化那样,为急、慢性肝衰竭患者救治的成功开拓更美好的前景。