人工肝臟

簡介

由各種原因引起的肝臟疾病，例如各型病毒性肝炎、藥物性肝炎、酒精性肝炎、中毒性肝損害、代謝性肝病等均表現為不同程度的肝功能障礙。當大部分肝細胞變性、壞死，殘存肝細胞不足以維持人體生命必需時，即出現凝血功能障礙、黃疸、肝性腦病、腹水等為主要表現的一組臨床症候群，在醫學上稱為肝衰竭。在這種情況下，大部分肝細胞已變性、壞死，從而導致機體內嚴重的代謝紊亂及有害物質的堆積，此時靠現有的對症、支持及病因治療等多不能起效，病死率極高。

針對這種情況，人工肝臟應運而生。人工肝臟是指藉助一個體外的機械、理化或者生物反應器裝置，清除因肝衰竭產生或增加的各種有害物質，補充需肝臟合成或代謝的蛋白質等必須物質，改善患者水、電解質及酸鹼平衡等內環境，暫時輔助或替代肝臟相應的主要功能，直至自體肝細胞再生、肝功能恢復，或改善晚期肝病患者的症狀，成為肝移植的“橋樑”，提高患者生存率。簡稱“人工肝”。

人工肝的分類

人工肝可分為非生物型人工肝（non-bioartificial liver，NBAL）、生物型人工肝（bioartificial liver，BAL）和混合型人工肝（hybrid artificial liver，HAL）三類（見表1）。從1986年起，浙大一院李蘭娟團隊就開始研究人工肝治療肝衰竭原理，設計各種人工肝方案。20餘年來，創建了一系列根據不同病情進行不同組合、暫時替代肝臟主要功能、改善肝衰竭併發症、明顯提高患者生存率的新型人工肝系統，統稱為李氏人工肝系統（Li’s artificial liver system, Li-ALS）。李氏人工肝系統包括李氏非生物型人工肝（Li’s non-bioartificial liver, Li-NBAL）、李氏生物型人工肝（Li’s bioartificial liver, Li-BAL）和李氏混合型人工肝（Li’s hybrid artificial liver, Li-HAL）。

表1人工肝臟的分型

分型	主要技術和裝置	功能
非生物型	系統地套用和發展了血漿置換、血漿灌流、白蛋白透析、血液濾過、血液透析等血液淨化技術的Li-NBAL、MARS和普羅米修斯系統等	以清除有害物質為主，其中血漿置換還能補充凝血因子等必需物質
生物型	以體外培養肝細胞為基礎所構建的體外生物反應裝置，主要有Li-BAL系統、ELAD系統、BLSS系統、RFB系統等	具有肝臟特異性解毒、生物合成及轉化功能
混合型	將非生物型和生物型人工肝臟裝置結合套用，主要有Li-HAL系統、HepatAssist系統、MELS系統、AMC系統等	兼具非生物型人工肝臟高效的解毒功能和生物型人工肝臟的代謝功能

MARS：Molecular adsorbents recirculating system; ELAD：Extracorporeal liver assist device; BLSS: Bioartificial liver support system; RFB: Radial flow bioreactor; MELS: Modular extracorporeal liver support; AMC: academic medical center.

1、非生物型人工肝

通過暫時替代肝臟主要功能的各類血液淨化裝置，清除有害物質，補充有益物質，糾正代謝紊亂。常用的淨化方法包括血漿置換（plasma exchange, PE）、血液透析（hemodialysis, HD）、血液濾過（hemofiltrtion, HF）、血液/血漿灌流（hemoperfusion, HP/ plasma perfusion, PP）。浙大一院李蘭娟團隊創建了Li-NBAL，系統地將血漿置換、血漿灌流、血液濾過、血液透析等套用於肝衰竭患者的治療，並創新性地提出：在臨床實踐中要根據患者的具體病情選擇不同人工肝方法單獨或聯合使用血漿置換聯合血液濾過（plasma exchange and hemofiltration, PEF）、血漿置換聯合透析濾過（plasma exchange and diafiltration, PEDF）、血漿置換聯合體外血漿吸附和血液濾過（couple plasma exchange，hemofiltration and plasma absorption, CPEFA）等。此外，非生物人工肝還有分子吸附再循環系統（Molecular adsorbents recirculating system，MARS）、連續白蛋白淨化系統（Continuous albumin purification system，CAPS）、普羅米修斯系統（Prometheus system）等。目前，非生物型人工肝是在臨床上唯一成熟套用的人工肝技術，生物型人工肝和混合型人工肝尚處在研究階段。非生物型人工肝套用常用血液淨化方法簡介如下。

（1）血液置換

經典的方法是將患者的血液抽出來，分離血漿和細胞成分，棄去血漿，而把細胞成分以及所補充白蛋白，血漿及平衡液等回輸體內，以達到清除致病介質的治療目的。現代技術不但可以分離全血漿，尚可分離出某一類或某一種血漿成分從而能夠選擇性或特異性地清除致病介質，進一步提高了療效，減少併發症。早期常用的血漿分離方法是封閉的離心式血漿分離器，20世紀70年代末出現了膜式血漿分離裝置，全血通過膜直接濾出血漿，使血漿置換在技術上更加簡化和實用。目前多採用膜式分離法進行治療，膜式血漿分離器是用高分子聚合物製成的空心纖維型或平板型濾器，該孔可準許血漿濾過，但能阻擋所有的細胞成分。

（2）血液透析：血液透析的基本原理：透析是指溶質通過半透膜，從高濃度溶液向低濃度方向運動。一種小分子物質能通過而大分子物質不能通過半透膜的物質移動現象稱為彌散。臨床上用彌散現象來分離純化血液使之達到淨化目的的方法即為血液透析的基本原理。

肝昏迷的中毒因子可能為中分子物質，而一種叫做聚丙烯腈薄膜的物質具有清除中分子的作用，特別是未與蛋白質結合的多種胺基酸，在透析前後進行分析比較，絕大多數胺基酸如酪氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸等皆有明顯降低。這些胺基酸常是造成肝昏迷的主要原因。

通過競爭機制將血液中的毒素轉運出來，再經過活性炭吸附器、膽紅素吸附器吸附毒素及透析器血液外側的透析循環清除各種毒素、對蛋白透析液再生。

（3）血液濾過：血液濾過主要通過採用孔徑較大的膜，依靠液體靜壓力差作為跨膜壓，通過對流作用使血液中的毒物經膜濾過而清除。濾過膜為聚丙烯腈膜或聚碸支撐的中空濾過器，可以濾過水分、電解質及相對分子量中等或小的代謝產物。

（4）血液/血漿灌流；血液/血漿灌流原理指患者在全身肝素化後，血流/血漿被引入裝有固態吸附劑的逆流柱，用以清除血中某些外源性或內源性毒物，血液淨化後再輸回體內，起到解毒作用的一種治療方法。吸附劑主要是活性碳與樹脂。活性碳能吸附甲硫氨酸、硫酸、脂肪酸、酚類及某些中分子物質；樹脂是網狀結構的離子聚合物，能吸附不能被活性碳清除的氨，也能清除血中游離脂肪酸等。

2、生物型人工肝

由反應器及肝細胞源兩部分原件組成。其原理是：將培養的外源性肝細胞放置或繼續培養於體外生物反應器中，當患者血液或血漿流經反應器時，通過半透膜或直接接觸的方式與培養的肝細胞進行物質交換，其中的肝細胞發揮清除毒素和中間代謝產物、參與生物合成和生物轉化、以及分泌具有促進肝細胞生長的活性物質等功能，從而達到暫時的支持作用。主要有Li-BAL系統、ELAD系統、BLSS系統、RFB系統等。

3、混合型人工肝

指將非生物人工肝和生物人工肝裝置結合的系統。非生物人工肝側重於解毒功能，生物人工肝臟將肝細胞培養在體外生物反應器中，其中肝細胞發揮解毒、合成、生物轉化等功能，對非生物人工肝的功能進行補充。而非生物人工肝部分清除部分毒素，有利於生物反應器中的培養肝細胞存活並發揮特異性肝功能，因此將兩者結合起來，組成混合型人工肝。目前，主要的混合型人工肝系統有Li-HAL系統、HepatAssist系統、ELAD系統、MELS系統和AMC系統等。

非生物人工肝適應症及相對禁忌症

1、非生物人工肝適應症

（1）各種原因引起的肝衰竭早、中期，PTA在20%～40%之間和血小板>50×10/L的患者為宜；晚期肝衰竭患者也可進行治療，但併發症多見，治療風險大，臨床醫生應評估分險和利益後作出治療決定；未達到肝衰竭診斷標準，但有肝衰竭傾向者，一旦內科綜合治療效果不佳，也可考慮早期人工肝治療。

（2）晚期肝衰竭肝移植術前等待供體、肝移植術後排異反應、移植肝無功能期的患者。

（3）各種原因引起的高膽紅素血症，內科治療無效者。

（4）肝衰竭的各種併發症的治療。

1）肝腎綜合徵此綜合徵往往伴有嚴重的水、電解質平衡紊亂，大量含氮代謝產物和炎症介質瀦留體內，Li-ALS治療通過套用PE聯合HD或HF穩定血容量，平衡水、電解質，清除毒性物質，改善內循環，有利於肝、腎功能恢復。

2）肝性腦病人工肝治療通過清除血氨等含氮物質，清除一些中小分子物質，清除過多水分改善腦水腫，改善肝性腦病症狀。

3）嚴重水、電解質平衡失調。肝衰竭患者常出現水腫，低血鈉、高血鉀、低血氯、低血鈣、低血鎂並伴有酸鹼平衡失調。人工肝治療可通過調整置換液中電解質和緩衝劑成分比例，有效減輕體液負荷，改善或糾正電解質和酸鹼平衡失調。

4）全身嚴重反應綜合徵：肝衰竭患者由於繼發嚴重感染、腸道細菌或毒素移位、NO及氧化應激等原因激活單核-巨噬細胞系統釋放TNF-α、白細胞介素及前列腺素等多種炎症介質進入全身循環，引起廣泛的炎症反應，甚至多臟器功能衰竭。人工肝治療可去除多種炎症介質，改善血流動力學和臨床症狀。

2、非生物人工肝相對禁忌症

隨著血液淨化技術提高和體外循環材料的更新，人工肝治療沒有絕對的禁忌症，但為了減少併發症和治療意外，以下為人工肝治療的相對禁忌症：

（1）嚴重活動性出血和DIC患者，出血及DIC為得到控制。

（2）對治療過程中所用的藥物和血漿高過敏者。

（3）休克、循環功能衰竭者。

（4）心、腦梗死非穩定期患者。

（5）對有嚴重全身感染、晚期妊娠等合併症的患者應謹慎套用。

現狀及展望

自1956年Sorrention 證明新鮮肝組織勻漿的解毒能力，首次提出“人工肝”的概念。至今人工肝經歷了半個多世紀的發展過程。目前，人工肝在臨床套用中已取得了喜人的成果。數據表明，運用Li-NBAL治療能提高重型肝炎的治癒好轉率，尤其能顯著提高早、中期肝衰竭患者的治癒好轉率。此外，對於終末期肝病患者肝移植圍手術期進行Li-NBAL治療，能為病人贏取時間接受肝移植治療，對於提高肝移植成功率具有重要意義。隨著細胞生物學、組織工程學、生物材料等技術的發展，非生物型人工肝技術得到不斷最佳化，生物型和混合型人工肝成為人工肝研究的熱潮。肝細胞永生化和幹細胞在生物學方面研究取得了很大進展，具有較好的套用前景。細胞移植治療肝衰竭也日益受到人們的重視，但其安全性和療效還有待臨床試驗的驗證。相信隨著研究的不斷深入，必能帶動在細胞源和生物反應器等方面取得突破，人工肝的性能也必然會不斷地得到改進與最佳化。