人工肝支持系统的研究进展
作者：江元森 姚集鲁
单位：中山医科大学附属第三医院(510630)
关键词：
广东医学990140 各种病因所致暴发性肝衰竭(fulminant hepatis failure, FHF)的救治，一直是临床上亟待解决的难题。由于此类患者的肝细胞发生广泛变性、坏死、功能衰竭，依靠多种疗法均未获得突破性进展。为了提高FHF生存率，探索治疗FHF的新方法，近年来国内外学者一直致力于非内科药物疗法，即人工肝支持系统(artificial liver support system, ALSS)的研究,并已取得重大进展。现将国内外有关研究综述如下。
1 人工肝支持系统的研究回顾
较系统的人工肝研究始于50年代，至今已有40多年的历史[1]。1958年Kiley等[2]报告了用Kolff 血透法治疗氨中毒病人5 例，4例由酒精性肝硬化引起，1例为乳癌肝转移，治疗后4例病人肝昏迷症状得到改善，但未能长期存活。这是首次人类应用人工肝治疗肝衰竭的报告。
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1959年Kimoto[3]报告了人与狗之间进行交叉血透, 因操作复杂，异种排斥反应等原因难以推广。1967年Barnell等[4]报告了用人交叉循环治疗氟烷中毒引起的FHF，因有损健康而废止。以至曾采用换血疗法，异种(猪，狒狒等)肝脏血灌疗法治疗FHF，由于疗效不肯定，目前已很少用。70年代后，很多学者采用包埋活性炭血灌疗法进行实验及临床研究[5～7]，利用聚丙稀晴膜进行血液透析[8，9]，近年来Agishi等[10]及我国学者吴烈昌等[11]和李兰娟等[12]报告采用血浆交换疗法治疗重症肝炎，在清除毒性代谢产物(如内毒素、胆红素等), 补充大量新鲜血浆、白蛋白、凝血因子和维持水电解质平衡等方面有一定疗效。是目前较完整的肝脏替代疗法,且方法较成熟。但由于肝脏是一个复杂的代谢器官，这些非生物学方法远不能代偿衰竭的肝功能。因此需要致力于生物人工肝的研究，旨在利用人工培养的肝细胞组合成体外肝脏辅助装置，支持肝脏代谢功能，以便为肝细胞再生及肝移植赢得宝贵时间。经过几十年的探索实践，人工肝的研究取得了很大的进展。迄今以美、英、德、日本、俄罗斯等国家的研究资料较多，现已将此归属生物医学工程(biological medical engineering, BME)。
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2 人工肝的类型
人工肝技术在其发展过程中，曾出现过多种形式的装置，Uchino等[13]将人工肝分为四种类型：①Ⅰ型(非生物性装置，non-biologic device):具有不同程度的解毒功能，如血液滤过或血液透析，血液血浆灌流。②Ⅱ型(中间型装置，middle device):如血浆置换疗法，交换输血及整体洗涤(total body washout)，既能除毒性物质，又能补充生物活性物质。但仍不具备肝脏特有的生物合成转化功能。③Ⅲ型(生物性装置,biologic device):是将肝脏的某种成分与生物合成材料组成特定的装置，具有肝特异性的解毒及生物合成转化功能。如以培养肝细胞为基础的体外生物人工肝支持系统(extracorporeal bioartificial liver support system, EBLSS), 目前已进入动物实验的最后阶段，并有较多临床个例报道，即将开展临床对照研究。④Ⅳ型(杂交型生物人工肝, hybrid bioartificial liver , HBAL)：可使人工肝的生物合成转化功能及解毒功能更为完善，常见HBAL组成包括：血浆交换+活性炭灌流+EBLSS。从原理上讲，HBAL是最理想的人工肝装置，尽管目前存在技术上的困难，但有理由相信，HBAL将不断完善并进入临床应用。
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3 空心纤维管型生物人工肝研究
80年代后期随着生化工业水平提高，生产出聚砜膜制成的空心纤维管，广泛用于人工肾、人工肝、人工肺、人工胰腺、人工甲状腺等现代生物技术的发展推动了人工肝研究进步。
3.1 生物人工肝 理想的生物人工肝应满足以下需求：①参与糖、蛋白质及脂肪三大物质代谢；②完成中间代谢，消除毒性物质及中间代谢产物；③具有生物合成转化功能；④分泌具有促进肝细胞生长活性的物质。目前，以培养肝细胞为基础的体外生物人工肝支持系统(extracorporeal bioartificial liver support system, EBLSS),最能满足上述要求。该类装置在国外已完成动物试验，并有临床病例报道[14]，均获良好疗效。
3.2 空心纤维型生物人工肝结构与功能 在密闭仓内立体排列5 000～10 000根空心纤维细管，形成管内腔与管外腔，纤维管壁为0.2 μm的多孔结构，允许约10万分子量以下的物质通过，但细胞及免疫球蛋白不能通过，起到免疫隔离作用。置培养肝细胞于管外腔(空心纤维管外、密闭仓内)，患者血液/血浆由空心纤维管内流过，通过管壁与肝细胞交换物质，达到人工肝支持作用。该装置带有微处理器(microprocessor),能自动监测血流速、温度及肝细胞培养液pH的变化，气体溶解装置不断将O2/CO2按一定比例溶入肝细胞培养液中，并按一定速度更换培养液，以维持肝细胞的生物学功能，该装置是目前最先进、最合理、应用最广泛的生物反应器，已有多组动物及临床报道[15，16]。
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3.3 混合型生物人工肝 虽然EBLSS能较好地替代肝脏的解毒与生物合成转化功能，但FHF患者体内积累的大量代谢产物及毒性物质，难以在有限的交换中由培养肝细胞解毒，反过来可能对培养肝细胞的存活及生物学功能产生不利影响。如将血液透析滤过、血浆交换、血液灌流等偏重于解毒作用的方法与EBLSS结合起来，组成混合型生物人工肝，可使人工肝的生物合成转化功能及解毒功能更为完善。混合型生物人工肝经初步临床应用，获得良好疗效。从理论上看，混合型生物人工肝是最理想的生物人工肝装置，但其结构复杂，体外循环路径长，肝素化要求高，发生副作用的可能性更大。如能克服这些技术上的困难，混合型生物人工肝就可能进入临床实用阶段。
4 今后工作展望
生物人工肝为FHF的现代化治疗提供了最大的希望。因此，目前研究主要集中在生物人工肝方面，而非生物型人工肝主要作为混合型生物人工肝中的辅助方法加以研究。今后可能从以下方面发展：①肝细胞种类：着重解决保存和传代问题；②肝细胞培养方法：重点是长期培养方法，培养基质成分及肝细胞非实质细胞混合培养；③生物反应器：理想的生物反应器应为肝细胞提供较好的生存条件，并达到较好的物质交换；④混合型生物人工肝的最佳配伍及方法。
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5 参考文献
1 李宗明.人工肝辅助装置疗法.见：叶维法，主编.肝病治疗学.天津：天津科技出版社，1990.64～72
2 Kiley JE, Pender Jc , Welch HF , et al . Ammonia introrication treated by hemodialysis. N Engl J Med, 1958，259：1156
3 Kimoto S. The artificial liver experiments and clinical application. ASAIO Trans, 1959，5:102
4 Burnell JM, Dawborn JK, Epstein ND, et al. Acute hepatic coma treated by cross-circulation or exchange transfusion. N Enfl J Med, 1967， 276:935
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5 Chang TMS. Haemoperfusions over a microencapsulated adsorbent in a patient with hepatic coma. Lacet, 1972， 2: 1371
6 徐昌喜.人工肝脏辅助装置吸附剂的研究.中华器官移植杂志，1982，3：135
7 何树初.人工肝实验研究.中山医学院学报，1982，2：848
8 Opolon P, Rapin JR, Huguet C, et al. Hepatic failure coma treated by polyacrylonitrile membrane hemodinlysis. Trans Am Soc Artif Intern Organs. 1976，22:701
9 袁桂玉，曹武奎，张万增,等.血流净化在治疗重症肝炎的应用.中华内科杂志，1992，31：169
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10 Agishi T, Nakagawa Y, Teraoka S, et al. Plasma exchange as rescure strategy for hepatic failure . ASAIO Trans， 1994， 40:77
11 吴烈昌,杨金龙,周桂林,等.血浆置换治疗病毒性肝炎18例初步报告.上海医学，1991，14：593
12 李兰娟.人工肝支持系统(ALSS)抢救重症肝炎三例.临床肝胆杂志，1995,(3)：165
13 Uchino J, Matsushita M. Artificial liver: strategies for the rescue of patients with liver failure .ASAIO J, 1994,40:74
14 Gibbs WW. Medicine closes in on an artificial liver device (Deliverance). Sci AM，1993，269:14
15 Kelly JH , Sussman NL. The hepatix extracorporeal liverassist device in the treatment of fulminant hepatis failure . ASAIO J, 1994，40:83
16 Frederick D. Clinical experience with a bioartificial liver in the treatment of severe liver failure. Ann Surg， 1997，225(5):484, 百拇医药
单位：中山医科大学附属第三医院(510630)
关键词：
广东医学990140 各种病因所致暴发性肝衰竭(fulminant hepatis failure, FHF)的救治，一直是临床上亟待解决的难题。由于此类患者的肝细胞发生广泛变性、坏死、功能衰竭，依靠多种疗法均未获得突破性进展。为了提高FHF生存率，探索治疗FHF的新方法，近年来国内外学者一直致力于非内科药物疗法，即人工肝支持系统(artificial liver support system, ALSS)的研究,并已取得重大进展。现将国内外有关研究综述如下。
1 人工肝支持系统的研究回顾
较系统的人工肝研究始于50年代，至今已有40多年的历史[1]。1958年Kiley等[2]报告了用Kolff 血透法治疗氨中毒病人5 例，4例由酒精性肝硬化引起，1例为乳癌肝转移，治疗后4例病人肝昏迷症状得到改善，但未能长期存活。这是首次人类应用人工肝治疗肝衰竭的报告。
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1959年Kimoto[3]报告了人与狗之间进行交叉血透, 因操作复杂，异种排斥反应等原因难以推广。1967年Barnell等[4]报告了用人交叉循环治疗氟烷中毒引起的FHF，因有损健康而废止。以至曾采用换血疗法，异种(猪，狒狒等)肝脏血灌疗法治疗FHF，由于疗效不肯定，目前已很少用。70年代后，很多学者采用包埋活性炭血灌疗法进行实验及临床研究[5～7]，利用聚丙稀晴膜进行血液透析[8，9]，近年来Agishi等[10]及我国学者吴烈昌等[11]和李兰娟等[12]报告采用血浆交换疗法治疗重症肝炎，在清除毒性代谢产物(如内毒素、胆红素等), 补充大量新鲜血浆、白蛋白、凝血因子和维持水电解质平衡等方面有一定疗效。是目前较完整的肝脏替代疗法,且方法较成熟。但由于肝脏是一个复杂的代谢器官，这些非生物学方法远不能代偿衰竭的肝功能。因此需要致力于生物人工肝的研究，旨在利用人工培养的肝细胞组合成体外肝脏辅助装置，支持肝脏代谢功能，以便为肝细胞再生及肝移植赢得宝贵时间。经过几十年的探索实践，人工肝的研究取得了很大的进展。迄今以美、英、德、日本、俄罗斯等国家的研究资料较多，现已将此归属生物医学工程(biological medical engineering, BME)。
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2 人工肝的类型
人工肝技术在其发展过程中，曾出现过多种形式的装置，Uchino等[13]将人工肝分为四种类型：①Ⅰ型(非生物性装置，non-biologic device):具有不同程度的解毒功能，如血液滤过或血液透析，血液血浆灌流。②Ⅱ型(中间型装置，middle device):如血浆置换疗法，交换输血及整体洗涤(total body washout)，既能除毒性物质，又能补充生物活性物质。但仍不具备肝脏特有的生物合成转化功能。③Ⅲ型(生物性装置,biologic device):是将肝脏的某种成分与生物合成材料组成特定的装置，具有肝特异性的解毒及生物合成转化功能。如以培养肝细胞为基础的体外生物人工肝支持系统(extracorporeal bioartificial liver support system, EBLSS), 目前已进入动物实验的最后阶段，并有较多临床个例报道，即将开展临床对照研究。④Ⅳ型(杂交型生物人工肝, hybrid bioartificial liver , HBAL)：可使人工肝的生物合成转化功能及解毒功能更为完善，常见HBAL组成包括：血浆交换+活性炭灌流+EBLSS。从原理上讲，HBAL是最理想的人工肝装置，尽管目前存在技术上的困难，但有理由相信，HBAL将不断完善并进入临床应用。
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3 空心纤维管型生物人工肝研究
80年代后期随着生化工业水平提高，生产出聚砜膜制成的空心纤维管，广泛用于人工肾、人工肝、人工肺、人工胰腺、人工甲状腺等现代生物技术的发展推动了人工肝研究进步。
3.1 生物人工肝 理想的生物人工肝应满足以下需求：①参与糖、蛋白质及脂肪三大物质代谢；②完成中间代谢，消除毒性物质及中间代谢产物；③具有生物合成转化功能；④分泌具有促进肝细胞生长活性的物质。目前，以培养肝细胞为基础的体外生物人工肝支持系统(extracorporeal bioartificial liver support system, EBLSS),最能满足上述要求。该类装置在国外已完成动物试验，并有临床病例报道[14]，均获良好疗效。
3.2 空心纤维型生物人工肝结构与功能 在密闭仓内立体排列5 000～10 000根空心纤维细管，形成管内腔与管外腔，纤维管壁为0.2 μm的多孔结构，允许约10万分子量以下的物质通过，但细胞及免疫球蛋白不能通过，起到免疫隔离作用。置培养肝细胞于管外腔(空心纤维管外、密闭仓内)，患者血液/血浆由空心纤维管内流过，通过管壁与肝细胞交换物质，达到人工肝支持作用。该装置带有微处理器(microprocessor),能自动监测血流速、温度及肝细胞培养液pH的变化，气体溶解装置不断将O2/CO2按一定比例溶入肝细胞培养液中，并按一定速度更换培养液，以维持肝细胞的生物学功能，该装置是目前最先进、最合理、应用最广泛的生物反应器，已有多组动物及临床报道[15，16]。
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3.3 混合型生物人工肝 虽然EBLSS能较好地替代肝脏的解毒与生物合成转化功能，但FHF患者体内积累的大量代谢产物及毒性物质，难以在有限的交换中由培养肝细胞解毒，反过来可能对培养肝细胞的存活及生物学功能产生不利影响。如将血液透析滤过、血浆交换、血液灌流等偏重于解毒作用的方法与EBLSS结合起来，组成混合型生物人工肝，可使人工肝的生物合成转化功能及解毒功能更为完善。混合型生物人工肝经初步临床应用，获得良好疗效。从理论上看，混合型生物人工肝是最理想的生物人工肝装置，但其结构复杂，体外循环路径长，肝素化要求高，发生副作用的可能性更大。如能克服这些技术上的困难，混合型生物人工肝就可能进入临床实用阶段。
4 今后工作展望
生物人工肝为FHF的现代化治疗提供了最大的希望。因此，目前研究主要集中在生物人工肝方面，而非生物型人工肝主要作为混合型生物人工肝中的辅助方法加以研究。今后可能从以下方面发展：①肝细胞种类：着重解决保存和传代问题；②肝细胞培养方法：重点是长期培养方法，培养基质成分及肝细胞非实质细胞混合培养；③生物反应器：理想的生物反应器应为肝细胞提供较好的生存条件，并达到较好的物质交换；④混合型生物人工肝的最佳配伍及方法。
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5 参考文献
1 李宗明.人工肝辅助装置疗法.见：叶维法，主编.肝病治疗学.天津：天津科技出版社，1990.64～72
2 Kiley JE, Pender Jc , Welch HF , et al . Ammonia introrication treated by hemodialysis. N Engl J Med, 1958，259：1156
3 Kimoto S. The artificial liver experiments and clinical application. ASAIO Trans, 1959，5:102
4 Burnell JM, Dawborn JK, Epstein ND, et al. Acute hepatic coma treated by cross-circulation or exchange transfusion. N Enfl J Med, 1967， 276:935
, http://www.100md.com
5 Chang TMS. Haemoperfusions over a microencapsulated adsorbent in a patient with hepatic coma. Lacet, 1972， 2: 1371
6 徐昌喜.人工肝脏辅助装置吸附剂的研究.中华器官移植杂志，1982，3：135
7 何树初.人工肝实验研究.中山医学院学报，1982，2：848
8 Opolon P, Rapin JR, Huguet C, et al. Hepatic failure coma treated by polyacrylonitrile membrane hemodinlysis. Trans Am Soc Artif Intern Organs. 1976，22:701
9 袁桂玉，曹武奎，张万增,等.血流净化在治疗重症肝炎的应用.中华内科杂志，1992，31：169
, 百拇医药
10 Agishi T, Nakagawa Y, Teraoka S, et al. Plasma exchange as rescure strategy for hepatic failure . ASAIO Trans， 1994， 40:77
11 吴烈昌,杨金龙,周桂林,等.血浆置换治疗病毒性肝炎18例初步报告.上海医学，1991，14：593
12 李兰娟.人工肝支持系统(ALSS)抢救重症肝炎三例.临床肝胆杂志，1995,(3)：165
13 Uchino J, Matsushita M. Artificial liver: strategies for the rescue of patients with liver failure .ASAIO J, 1994,40:74
14 Gibbs WW. Medicine closes in on an artificial liver device (Deliverance). Sci AM，1993，269:14
15 Kelly JH , Sussman NL. The hepatix extracorporeal liverassist device in the treatment of fulminant hepatis failure . ASAIO J, 1994，40:83
16 Frederick D. Clinical experience with a bioartificial liver in the treatment of severe liver failure. Ann Surg， 1997，225(5):484, 百拇医药