现代血液净化技术在人工肝的应用新型非生物人工肝的进展.docx

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现代血液净化技术在人工肝的应用新型非生物人工肝的进展

现代血液净化技术在人工肝的应用——新型非生物人工肝的进展

郭利民北京地坛医院

一、传统人工肝支持系统的类型

1994年Uchino提出人工肝支持系统的基本分类（表1）至今仍为沿用。

表1人工肝支持系统的分型

分型

主要技术

功能

I型（非生物型）

血液透析/滤过，血液/血浆灌流

以解毒功能为主

II型（中间型）

血浆置换

清除毒性物质,补充生物活性物质

III型（生物型）

体外肝细胞生物反应装置

生物合成及转化

IV型（混合型）

III型与I、II型的合成

兼有I、III型功能

生物型/混合型人工肝目前尚停留于临床试验阶段，当前临床应用的仍是非生物型人工肝，其中常采用的治疗模式为血液灌流（bloodperfusion,HP）和血浆置换（plasmaexchange,PE）。

1．HP：

最权威的报告来自于英国伦敦皇家学院医院肝病研究所，1974年～1988年，他们对HP治疗FHF进行了系列研究。

Gimson和Williams曾报告76例FHF的HP治疗结果，29例患者最终存活（38%），但IV°肝性脑病（HE）患者存活率仅为20%。

O`Grady的对照性研究报告显示，III°肝昏迷患者HP治疗的存活率较高，可达50%～51.5%；而患者IV°肝昏迷患者HP的疗效较差，治疗组与对照组的存活率分别为34.5%和39.3%，影响预后的主要因素为脑水肿和肝肾综合症（HRS）。

2．PE：

日本90年代初文献报告，PE治疗FHF的存活率在20～46%之间，治疗药物性肝衰竭的存活率约为60%。

2000年意大利的SeSilvestro总结了自1982年～1999年的PE治疗经验，70例FHF患者的存活率为41%。

我国1998年～2001年的报告数据显示，重型病毒性肝炎（重肝）PE的治愈好转率在42.2%～51.6%之间。

如按病情轻、中、重程度进行分级评价，重肝晚期病人的存活率多在20%以下（表2）。

江苏省的对照资料显示，PE治疗对重肝早期以及重肝晚期患者的存活率不产生重大影响；中期患者的存活率随并发症的增多而呈急剧下降趋势，尤以HRS对病死率的影响较大。

3．血液透析（hemodialysis,HD）：

脑水肿和HRS是HP和PE疗效的主要影响因子。

HD是传统的肾脏替代疗法，但却不能用于HRS的治疗。

1997年，Wikinson用HD治疗25例肝硬化并肾衰，患者无一例存活；治疗50例暴发性肝衰竭（FHF）合并肾衰患者，仅6例（12%）完全恢复。

2000年，Arroyo总结了HD治疗I型肝肾综合征（HRS）的结果，非对照性研究证明无效，大多数患者在治疗期间死亡，并有严重不良反应。

只有在解决肝衰竭的始动因素之后，HD才能发挥肾脏替代作用。

1997年Kaplan等证实，肝肾衰竭病人在肝移植后，HD有助于维持水、电解质和酸碱平衡。

表2我国PE治疗重型肝炎的治愈好转率

早期

中期

晚期

平均

1998

90.9%

71.0%

20.5%

51.55%

1999

84.6%

58.7%

19.0%

42.2%

2000

83.3%

50.0%

14.0%

48.4%

2001

87.5%

61.8%

17.0%

45.6%

二、人工肝血液净化技术的进展

在肝衰竭尤其是合并MODS时，除以胆红素为代表的大分子白蛋白结合的毒素外，尚存在许多中、小分子的水溶性毒素。

传统人工肝中所采用的单一血液净化模式在清除肝毒素方面各有侧重，如HP可吸附中分子致昏迷物质和蛋白结合胆红素等物质；PE则主要清除大分子的蛋白结合毒素，补充凝血因子等生物活性物质，但两者均不能有效清除血氨（NH3）、肌酐（Cr）等水溶性毒素，不能调节水、电解质平衡。

近年在人工肝治疗中，一些基于全面清除蛋白结合毒素和水溶性毒素的血液净化新技术先后出现。

1．白蛋白透析吸附系统：

亲脂性毒素与白蛋白呈配位键结合，白蛋白透析（AD）系在透析液中的加入白蛋白，与血浆白蛋白竞争结合毒素，而达到跨膜清除亲脂性毒素的目的。

（1）单次白蛋白通过透析（SPAD）：

透析液中白蛋白浓度为2g～10g/dl，弥补了单纯透析不能清除大、中分子毒素的缺陷。

1997年Award等和2002年Peszyznski等的研究证实，增加透析液白蛋白浓度或流速，均可改善非结合胆红素的清除率，且治疗无明显不良反应。

（2）分子吸附再循环系统（MARS）：

是德国Rostock大学Mitzner和Stange于1993年开始研制，1999年在欧洲正式进入临床，2001年在国内由北京地坛医院首家开始应用。

MARS是用超薄聚砜膜进行白蛋白透析，白蛋白透析液中的水溶性毒素经低通量透析器间接透析清除；白蛋白结合毒素经活性碳和阴离子树脂吸附清除，在线净化后的白蛋白透析液又重复下一个循环。

目前国外的一些多中心临床研究及我院的治疗经验均显示，MARS均能全面清除蛋白结合毒素及水溶性毒素、稳定血流动力学、降低颅内压（CIP）、改善肾功能，有助于肝衰竭合并MODS的防治。

（3）连续白蛋白净化系统（CAPS）：

2004年Abe等报告了用三醋酸纤维膜、5%白蛋白透析液、胆红素吸附柱和活性炭吸附柱建立了CAPS。

治疗原理与MARS类似，8小时治疗可使胆红素降低15%±，24小时治疗可调节肝肾功能。

2004年初，北京地坛医院采用高通量聚砜膜血滤器和20%白蛋白透析液，用日产KURARAYBL300胆红素吸附器或国产丽珠HA-330血液灌流器作为白蛋白净化的吸附介质，构建了CAPS。

在清除Cr和NH3等水溶性毒素方面，CAPS与MARS具有相似的效能，清除幅度分别为34.6%和35.4%。

对于总胆红素的清除率，BL300胆红素吸附器在30%以上，国产丽珠灌流器亦能达到20%左右。

与MARS比较，CAPS具有性能价格比的优势。

（4）重复白蛋白透析（Repeatedalbumindialysis,RAD）：

RAD是使用略高于血清白蛋白浓度的白蛋白透析液在膜外反复循环透析，直至透析液中白蛋白配位结合点饱和为止。

该种方法充分利用白蛋白的吸附效能，减少了白蛋白的用量和浪费。

广州中山大学六院报告，13例肝衰竭病人治疗6h，血清总胆红素、胆汁酸和血氨的平均降幅分别为37.6%、38.0%和44.3%。

此外，血清内毒素和细胞因子亦有明显降低。

北京地坛医院采用5%的白蛋白透析液3000ml，连续治疗8h以上，可脱水500ml，并可通过改变透析液中白蛋白的浓度对脱水量进行调节。

初步结果显示，RAD治疗期间患者血流动力学稳定，无出血、凝血等血液学方面的不良反应。

治疗后血清总胆红素、直接胆红和胆汁酸素的平均降幅为38.2%、53.2%和21.7%；总胆红素24小时反跳率仅6.8%，而直接胆红素和总胆汁酸则无明显反跳。

RAD的临床成功应用，向MARS和CAPS提出了挑战。

白蛋白本身即具有强大的吸附效能，没有必要用吸附介质对透析液中的白蛋白进行在线净化。

由于使用的是高通量血滤器，可以与CRRT实现无障碍衔接，与CRRT序贯连续治疗可以克服透析液闭路循环水溶性毒素清除不足的缺陷。

2．PE与连续血液滤过透析（Continuoushemodiafiltration,CHDF）联合治疗：

是日本学者Ogawa1992年首先开展的。

嗣后，Yoshiba和Hirasawa等的均报告，PE+CHDF治疗可降低FHF病人的CIP、提高意识清醒率，最终存活率达50%以上。

PE+CHDF有并列治疗、串接治疗和序贯治疗三种方法。

（1）并列治疗：

缓慢的血浆置换（Slowplasmaexchange,SPE）与CHDF同时进行。

SPE连续性8小时以上，治疗24小时后血清总胆红素的反跳幅度明显减轻，如同时进行CHDF可以充分去除引起肝昏迷的中、小分子物质，适用于有HRS或脑水肿并发症的治疗。

北京地坛医院曾尝试过SPE+CHDF以及SPE+MARS的并列治疗，由于需要同时使用2台血液净化仪，对人员、技术及设备条件要求较高，治疗时体外占血量多，不宜推广应用。

（2）串接治疗：

是在1台仪器上将血浆分离器和血液滤过器两个滤器串联起来同时进行。

北京地坛医院于2001年曾开展过PE+CHDF串接治疗，由于血液在体外循环时须流经2个滤器，可能会增加血液学不良反应的几率。

（3）序贯治疗仅需要1台血液净化仪，通常在PE治疗后再进行6～8h的CHDF治疗。

国内一些单位亦常采用这种联合治疗模式。

该组合可纠正PE所致的丢失综合症及电解质紊乱，减轻治疗后血清总胆红素的反跳幅度，但对于并发脑水肿、肾功能不全的患者尚需时间更长的连续肾脏替代疗法（CRRT）。

（4）血浆滤过透析（Plasmadiafiltration,PDF）：

是用血浆分离器进行血液透析滤过。

由于滤器的孔径较血滤器大，在透析滤过过程中会有血浆的丢失，丢失的那部分血浆用新鲜冰冻血浆（FFP）从后稀释液中补充。

治疗仅用一台仪器和一只滤器，可连续进行6～8小时或更长时间。

为减少长时间治疗中凝血因子和血清蛋白的丢失，通常选用蛋白筛选系数在普通血浆分离器和血滤器之间的血浆成份分离器，又称“蛋白分离器”。

2002年，日本MoriT和EguchiY等报告了这一新颖的PDF技术，其采用蛋白筛选系数为0.25的蛋白分离器（EC-2A），透析液流量为600ml/h，治疗8小时，补充FFP1600ml。

治疗后胆红素等白蛋白结合毒素的平均降低幅度为27%±；低流量透析可以纠正枸橼酸盐引起的低血钙、高血钠及代谢性碱中毒等电解质失衡，但不能有效地清除水溶性毒素。

北京地坛医院于2004年改进了这一技术，主要采用蛋白筛选系数0.65的蛋白分离器（EC-3A）

，透析液流量提高至3000ml/h，治疗6小时，补充FFP3000ml±。

这种高流量PDF疗法，提高了白蛋白结合毒素和水溶性毒素的清除率，总胆红素平均降幅为38%，血肌酐增高（Cr﹥132.6μmol/L）患者的Cr平均降幅为30%±，血氨平均降幅为50%±；治疗后血清白蛋白水平无降低，平均PTA从20%升至42%。

合并HRS和/或脑水肿患者，可选用膜孔径更小的蛋白分离器（EC-2A，筛选系数0.25）进行更长时间的治疗，以期更多地清除水溶性毒素。

3．血浆成份分离和吸附（fractionatedplasmaseparationandadsorption,FPSA）系统：

是1999年奥地利Falkenhagen等建立的，FPSA系统采用蛋白筛选系数0.89的聚砜膜滤器，血浆蛋白滤液在一密闭回路中经1～2个吸附器灌流，然后再行高流量血液透析，以期达到同时清除蛋白结合毒素和水溶性毒素的目的。

FPSA的血浆蛋白直接吸附与MARS的间接白蛋白吸附相比，可相对特异地从血中清除更多的白胆红素、硫醇等蛋白结合物质。

2001年，Kramer等在德国汉诺威对FPSA系统进行了小规模临床随机试验。

资料显示，血浆灌流接续血液透析虽可增加水溶性溶质的清除率，但FPSA治疗可诱发凝血功能紊乱、白蛋白丢失等不良反应，2/3病人中途退出，不能最终减少肝衰竭患者的病死率。

Fressenius公司采用蛋白筛选系数0.6的蛋白分离器（Albuflow）、中性树脂吸附器（Prometh01）和阴离子树脂吸附器（Prometh02），在4008H血透机上构建了PFSA系统。

2003年Rifai等用该系统对11例慢性肝病急性衰竭（acute-on-chronicliverfailure,ACLF）患者进行了治疗，其中II°以上肝性脑病者者6例、肝肾综合征者9例，平均治疗时间为5±1h。

TBIL、C-BIL、TBA的降低幅度分别为21.1%、39.3%和42.6%；血NH4和Cr的降低幅度各为40%和48.5%。

主要治疗并发症为管路凝血、低血压和出血，最终3例（27.4%）患者存活出院。

PE+CHDF串接治疗类似，FPSA治疗蛋白分离器与透析器串接可能是管路易发生凝血的原因。

北京地坛医院设计出新型血浆滤过透析吸附（Plasmafiltrationdialysisadsorption，PFDA）系统。

该系统采用蛋白筛选系数0.75的蛋白分离器（EC-4A）滤出血浆，将透析器和中性树脂吸附器、阴离子树脂吸附器串接在一个回路中，对血浆进行透析吸附后再回输体内。

治疗过程可持续8h以上，目前该系统已在HF400血液净化仪上形成定制模式和管路配套，初步临床结果显，TBIL、DBIL和TBA降低幅度分别为32.1%、30.1%和41.8%，Cr降低幅度亦达到33.4%。

与MARS等白蛋白吸附系统相比较，血浆直接吸附效果优于间接吸附，并可省却白蛋白、降低治疗费用；血液透析改为血浆间接透析，体外循环时血液仅经过1个滤器，避免了管路凝血等血液学方面的不良反应。

PFDA今后可望在临床推广应用。

上述几种的治疗特性见表3。

表3新型人工肝血液净化系统的治疗特性

清除蛋白结合毒素

清除水溶性毒素

补充凝血因子等

白蛋白透析吸附系统

间接吸附

间接透析

—

（MARS、CAPS）

++

++

重复白蛋白透析

白蛋白吸附

有限饱和透析

—

（RAD）

+++

+

血浆置换+血液滤过透析

丢弃清除

直接透析

+++

（PE+CHDF、PDF）

++++

++

血浆滤过吸附透析

直接吸附

间接透析

—

（PFDA）

+++

++

三、连续性血液净化

1．连续性肾脏替代疗法（ContinuousRenalReplacementTherapy,CRRT）：

是相对于间歇性血液透析（IntermittentHemodialysis,IHD）而言。

（1）IHD：

间断进行，每次治疗3～4h。

HP和PE均属于间歇性血液净化范畴。

间歇性治疗由于短期内溶质大量丢失，易引起的失衡综合征（Disequilibriumsyndrome），以及超滤与再充盈失衡（Ultrafiltration&ReplenishUnbalance），可诱发或加剧脑水肿和血流动力学紊乱。

（2）CRRT：

旨在长时间替代受损的肾功能,并以每天24小时治疗为目标。

与IHD相比，CRRT可连续清除机体多余的水分、循环毒素和中分子物质，维持溶质平衡和血流动力学稳定，并根据需要提供营养支持和药物治疗，为危重病人提供内环境稳态。

CRRT原始于肾科，用于急性肾功能衰竭（ARF）以及ARF合并多脏器功能不全（Multipleorgansdysfuctionsyndrome,MODS）的治疗。

现CRRT的适应证已拓展至危重症领域，用于心衰、肺水肿、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、急性胰腺炎、急性肝衰竭、脓毒症（Sepsis）的治疗，远远超出了肾科的范围，故应称为CBP。

（3）延长的每日透析（ExtendedDailyDialysis,EDD）：

使用CRRT机器，每日治疗8～12小时。

EDD日间治疗、夜间休息，节约人力物力，无需连续抗凝，疗效介于IHD和CRRT之间。

MARS、CAPS等白蛋白透析吸附系统，重复白蛋白透析（RAD），PDF、FPSA和PFDA血浆滤过吸附透析均属于EDD范畴。

连续血液滤过透析（Continuoushemodiafiltration,CHDF）来自于日本的提法，国内一些作者报告，与PE序贯进行的CHDF一般持续6～8h，属于EDD治疗范畴，在概念不应与CRRT混淆。

2．CBP与多脏器支持治疗（Multipleorganssupporttherapy,MOST）：

2002年，RoncoC等提出MODS时进行MOST的观点。

Roncon和Belloomo进一步指出，MOST是ICU中体外血液净化应追求的目标。

（1）CBP的MOST作用：

①循环支持：

减少低血压病人去甲肾等升压药的剂量，纠正低血压，稳定血流动力学状态。

②呼吸支持：

改善急性肺损伤（Acutelungsinjury,ALI）病人的氧合功能，减少肺渗出，降低呼吸机支持条件，而有利于早日脱机。

③肾脏支持：

改善肾灌注，清除肌酐，增加尿量。

④肝脏支持：

清除胆红素等白蛋白结合毒素。

⑤中枢神经系统支持：

清除血氨和神经毒素，改善脑灌注，降低颅内压。

⑥凝血系统支持：

补充凝血因子，清除类肝素及纤溶物质。

除上述器官/系统支持作用外，CBP尚可消除液体负荷过度的风险，进行营养补给等代谢管理，先入性地控制病人的病理生理学状态，故CBP现已成为MOST的平台。

（2）代谢替代与代谢支持：

积极有效的治疗，应该是能够预防患者生理学损伤，而不是坐等患者病情进展至不可逆阶段危再去进行徒劳的努力。

在器官功能衰竭阶段采用器官功能替代疗法是消极的治疗；应在器官功能障碍的早期阶段采用代谢支持手段进行干预，维持危重病患者内环境平衡和血流动力学稳态，为器官功能的恢复创造有利条件。

无论急性肝衰竭（ALF）或是慢性肝病急性衰竭（ACLF），除肝性脑病（HE）、肝肾综合征（HRS）、出血、感染和电解质紊乱等并发症外，还常伴有脑水肿、血流动力学紊乱和肺损伤。

这些并发症并不是一个个孤立的事件，而是一系列序贯发生的MODS，肝衰竭病人多死于这些致命性并发症。

早在70年代，Murray-Lyon对105例ALF患者进行了死因分析，单纯死于肝细胞坏死的患者仅17例，死亡原因多为出血、感染、低血糖、肾衰及脑水肿等并发症。

1994年，Andresen即注意到在FHF患者中多脏器功能衰竭（MOF）很常见并伴有极高的病死率。

14例FHF患者有12例在入住ICU时即已存在MOF，或在入住ICU后1.5天出现MOF，结果12例患者全部死亡。

其中，IVº肝性脑病12例，神经系统并发症13例，肾功能衰竭10例，心血管并发症9例，呼吸并发症5例，血液并发症1例。

北京地坛医院ICU统计了88例危重肝衰病人并发症情况（见表4），该组患者PTA为平均

12.8±8.9%，TBIL平均为462.4±247.1μmol/L，MODS发生率接近60%。

表488例危重肝衰病人的并发症情况

并发症

例数（%）

HRS*

44（50%）

出血并发症（上消化道出血、皮下粘膜弥漫性出血）

25（28.4%）

DIC

5（5.7%）

感染并发症（自发性腹膜炎、肺炎、败血症）

50（56.8%）

低钠血症（≤125mmol/L）

20（27.3%）

Ⅱ°以上HE

46（52.3%）

低氧血症**

30（34.1%）

ARDS

7（8.0%）

循环功能不全（低血压、肺水肿及心力衰竭）

37（42.0%）

MODS

52（59.1%）

*HRS血Cr均>132.6μmol/L（1.5mg/dl）和尿量<500ml/24h；

**低氧血症平均SaO2为87.1±6.7%，平均PaO2为7.6±1.2kPa。

因此，现代人工肝治疗除了要替代复杂的肝脏代谢功能之外，尚需要逆转导致患者死亡的MODS。

3．CBP与介质清除治疗：

基于系统性炎症反应综合征（systemicinflammatoryresponsesyndrome,SIRS）是导致MODS的原因这一认识，阻断SIRS有可能为MODS的治疗带来突破性进展。

SIRS是机体对多种细胞因子和炎症介质的反应，过度的炎症反应导致MODS。

SIRS可分为SIRS、CARS、MARS三个阶段。

（1）SIRS：

是内毒素诱发TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等促炎因子发生“瀑布样”释放的级联反应，由此而造成全身广泛性组织器官损伤。

（2）CARS（compensatoryanti-inflammatoryresponsesyndrome）：

即代偿性抗炎反应综合征，是机体产生内源性抗炎反应，IL-4、IL-10等抗炎因子对抗促炎反应，导致免疫功能降低和对感染易感性增加，甚至免疫麻痹（immuneparalysis），病人往往因严重感染而死亡。

（3）MARS（mixedantagonistresponsesyndrome）：

即混合性拮抗反应综合征，CARS的病人中表现出明显的SIRS特征。

内源性抗炎介质不足以抵消促炎作用，则导致SIRS；内源性抗炎介质释放过多，则导致CARS。

MODS实际上是SIRS、CARS免疫失衡的严重后果。

依据峰值浓度假说（Thepeakconcentrationhypothesis），SIRS相促炎因子分泌呈高峰；CARS相则抗炎因子分泌呈高峰。

由于细胞因子多样性和多项性、以及复杂的网络效应，SIRS和CARS究竟是序贯（Serial）发生，抑或并列（Parallel）发生目前尚无定论，临床也没有找到拮抗炎症介质的有效疗法。

Bellomo等提出的“体液理论”认为，多器官系统衰竭实际上是由多种已知和未知的物质在体内蓄积引起“自身中毒”。

如果清除这些毒性物质，机体可以维持生存。

这就是连CBP治疗MODS的初步理论依据。

由于CBP清除细胞因子是基于其血中浓度水平进行的，因此无论是SIRS相或是MARS相，CBP均可阻断当时所有过度分泌的炎症介质。

利用这种盾牌（Magicshield）效应进行介质清除治疗是近年CBP发展的主要趋势。

五、人工肝血液净化治疗的展望

血液净化经历了早期的代谢替代治疗阶段，90年代的“介质血液净化（mediatorbloodpurification）”阶段，现今正逐步向MOST的“免疫调节治疗（immunomodulatorytreatment）”过渡。

传统血液净化强调对毒素的强大净化（bloodpurification）效应，现代血液净化注重调节机体内稳态平衡（regulatehomeostasis），血液净化的最新进展则着眼于细胞间的置换作用（Intercellularreplacement）。

1．介质血液净化：

经典的CRRT对细胞因子、炎症介质的清除能力受滤器筛系数、与滤过率以及膜的吸附性能的限制，尽管提高治疗剂量，采用高容量血滤（Highvolumehemofiltration，HVHF）可提高Sepsis患者的存活率。

2000年Ronco等报告，在35ml/kg·h剂量组和45ml/kg·h剂量组中，脓毒症（Sepsis）患者的存活率分别为18%和47%。

但一些研究表明，HVHF并未使血浆细胞因子的浓度得到满意地下降。

如肿瘤细胞坏死因子（TNF-α）在体内通常以多聚体形式存在，内毒素（LPS）则与白蛋白结合成的大分子，这些均超出血滤膜的滤过范围。

为达到更有效地去除白蛋白结合毒素和炎性介质的目的，近来有将吸附与CRRT联合应用的趋势。

国外动物试验业已证实，连续性血浆滤过吸附（Continuousplasmafiltrationadsorption,CPFA）治疗确能清除大量促炎因子和内毒素，临床治疗5h可改善高危重症患者血流动力学。

2002年Ronco等报告10例脓毒症性休克（Septicshock）病例，需用升压药维持血压，去甲肾（NE）剂量为0.25±0.3μg/kg/min，APACHEII评分达到27.6±1.6分。

采用10h的CPFA和10h的CVVHDF（Continuousveno-venoushemodiafiltration）联合治疗，结果患者的MAP升高，NE用量下降，有9例患者存活。

我们亦曾报道过MARS治疗清除细胞因子，提高了肝衰竭合并MODS、以及各种原因导致SIRS/MODS患者的存活率。

理论上人工肝常用的血浆、灌流吸