我们的器官可以在体外“活”多久?最新方法可以延长器官保存时长

器官移植手术是一场与时间的战争。

Livescience网站发文指出,一组医生熟练地从供体中取出器官,然后将采集的器官处理后运输到接收者所在的医院,其间的距离最长可能需要几个小时的飞行。

一旦器官到达目的地就开始移植手术,外科医生必须迅速操作确保患者安全和器官生存能力。

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这个过程或许比听上去甚至是电视剧中的情节更令人紧张,对此,摆在医患面前最大的问题是“一个可以用于移植的器官究竟可以在体外存活多久?”

目前,根据器官的不同,其时间窗在4—36小时之间,而在科学家们的不断努力下,我们希望能够让器官能存活达到几个星期之久。

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根据美国器官共享网络(UNOS)的数据,仅在美国,2018年就进行了超过36,500例器官移植。到目前为止,肾脏是最常见的移植器官,去年进行了21,000多次移植。接下来最常见的器官是肝脏,心脏和肺,依次是胰腺,肠和多器官移植。

根据《国际医学研究》杂志2019年的一份报告,大多数器官在收获后都被放置在“静态冷藏库”中,这意味着器官被存放在装满冰的凉爽容器中。

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多伦多大学医学科学研究所所长,外科,医学和生理学教授刘明耀博士说:“冷藏的最初想法非常类似于将食物放在冰箱中。”

刘告诉Live Science,在将器官放入冷藏室之前,医生首先用“防腐液”冲洗组织,以保护器官免受极端寒冷造成的损害。

在体温下,细胞将化学物质泵入和流出膜,以维持细胞内低钠和高钾。但是,冷的细胞不能有效地泵出。化学物质会通过其膜泄漏,并且随着时间的流逝,泄漏的细胞会因多余的液体而膨胀,从而造成严重的损坏。保存溶液可通过控制钠和钾水平来帮助延缓这种损害。

刘说,这些溶液还可以包含营养物质和抗氧化剂,以维持细胞和抑制炎症。结合冰和冷却器,保存液可使器官在收获后数小时保持活力。

在华氏32至39度(摄氏0至4度)之间的温度下,细胞的新陈代谢下降至正常速度的5%左右,因此组织通过其能量存储进行燃烧的速度要慢得多,并且需要更少的氧气来维持其活动。

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因此,冷却器官有助于延迟局部缺血的发作,局部缺血是由于缺氧而导致组织受损或功能失调的情况。

根据《耶鲁大学生物学与医学杂志》 2018年的一份报告,将器官放在冰上还可以延长细胞有限的能量存储,防止有害的代谢产物积累和破坏器官组织。

纽约Manhasset的北岸大学医院心脏移植手术主任Brian Lima博士说,在通常移植的器官中,将心脏储存在冷却器中后,心脏丧失的活力最快。

他说,理想情况下,心脏不应在静态冷库中放置超过4至6个小时。在4小时大关时,心脏细胞功能开始衰竭,器官在其受体中发生故障的可能性急剧增加。利马说,移植器官衰竭称为原发性移植物功能障碍,是与实体器官移植有关的“最令人担忧的并发症”。

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“心脏对缺乏血流最敏感。” “另一方面,肾脏非常有弹性。” 与心脏相比,肾脏的耐受性最强,可以在冷藏条件下存活24—36小时,而肺脏是6—8小时,肝脏可存活12个小时左右。

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根据2018年的报告,尽管冰冷器技术含量低,但它“提供了一种简单有效的方法来保存和运输器官”,自1960年代以来就已被广泛使用。

但是该技术并非没有缺点。不仅冷库中的器官会在数小时内丧失生存能力,而且医生也无法评估冷库的质量。

基本上,当有问题的器官坐在寒冷的冷藏箱中时,没有客观的测试可以告诉临床医生器官是否仍在运转,其细胞新陈代谢在慢动作中逐渐减弱。冷藏的一种替代方法的确可以让医生在器官移植之前检查其器官,而且这种选择可能很快就会变得越来越普遍。

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根据耶鲁大学2018年的报告,这种替代性的保存方法被称为灌注,医生将收集的器官连接到机器上,就像心脏在体内运作一样,把富含氧气和营养的液体输入器官,将有毒的代谢产物清除。

在外科医生采集器官之前,捐献者的心脏会在一段时间内停止将含氧血液泵送到组织,这会造成损害。马克曼说,将器官放置在灌注机中可能使组织有恢复的机会。

此外,临床医生可以通过监测系统中循环的代谢产物乳酸水平来检查器官。细胞在正常的代谢功能中会使用乳酸,因此“如果器官运作良好,则应清除乳酸”。

利马补充说:“乳酸充其量是对人体灌注的一种粗略的新陈代谢量度,”但与眼前冷冻的近冷冻器官相比,它仍然是一种优越的量度。根据器官的不同,医生还可以通过其他测量来评估组织的健康状况,例如肝脏产生的胆汁。

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上述灌注系统仍要求在器官保存的流程中对其进行冷却,但在最近的20年中,有几个研究组已开始探究保持器官温暖并用常温血液灌注组织的方法。实验发现,在20至33摄氏度的条件下,离体器官与在人体中的功能基本相似。

目前,冷灌注与温灌注系统已在澳大利亚和英国广泛使用,而大多数设备已在美国进行临床试验。

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今年12月,美国杜克大学医学中心在患者心脏停跳后摘除了他的心脏,随后使用温灌注系统对器官进行修复,准备移植。

一般来说,心脏移植手术在患者被判定脑死亡后就要进行,避免停跳缺血带来的广泛器官损害,而心脏停跳后还能摘取器官无疑扩展了供体的有效性。目前,美国已通过这种方法成功实现了小儿心脏移植,而本次手术是成人器官的第一次尝试。

在已使用该系统多年的国家中,数据表明温灌注系统可使心脏捐献的数量增加30%—40%。那么,这个比例在美国将是一个巨大的数字。

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冷藏与灌注,孰优孰劣?

目前直接将器官冷藏与灌注进行比较的研究还很少,但从部分报道来看,灌注的效果通常更好一些。Stat News网站报道的一项研究中,研究人员将灌注系统与冷藏系统的肝移植手术进行比较,有16个灌注肝脏不能使用,而冷藏的确有32个肝脏不能使用,而且灌注的肝脏受到损伤更少。

在Liu团队的肺移植工作中看到了类似的趋势,原先仅有20%的供体肺可以成功移植,而应用他制作的肺部体外灌注系统中已经扩大到了70%。

数据表明,肺部在灌注系统中均运行了4—6小时,但动物器官实验显示肺部可生存12—18小时,甚至是36小时。在他看来,将来有一天器官甚至可以被灌注数周存活,甚至可以引入基因和干细胞疗法,对离体器官进行修复,达到更好的移植状态。

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但是,目前器官移植医生使用最多的还是器官冷藏法,最主要的原因还是成本。一套灌注系统需要花费数千美元,比冷藏法贵得多。如果没有充分的研究对灌注法与冷藏法进行比较,很难说服医院在全国范围内更换治疗方式,因为这涉及到一个相当大的成本转换。

考虑到越来越多的移植试验的成功,灌注法很有希望成为器官移植的治疗标准流程。

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