疫情中的救命神器“人工肝”,是怎样炼成的?

在对新型冠状病毒肺炎(COVID-19)危重症患者的抢救中,发挥重要作用的,除了广为人知的“救命神器”人工肺ECMO(体外膜肺氧合)外,还有一件低调的“神器”——人工肝支持系统,简称为“人工肝”。人工肝可以利用机器代替人的肝脏,行使清除机体的毒素以及细胞因子的功能,还可以补充凝血因子蛋白等身体所需成分。

危重疾病的“希望之星”

新冠肺炎是一种累及全身多系统的感染性疾病,对人身体损害之大、对器官的伤害之严重,远远超出了医学从业者的预期。不少患者因为感染导致的过量炎症反应面临肝脏衰竭的困境。

为了解决患者的需求,2020年2月2日,由李兰娟院士研发的李氏人工肝系统到达武汉前线。在这套可以代替人体肝脏来清除毒素,清理炎症因子的“李氏人工肝”的帮助下,医生们仅仅花费9天时间,就使两名危重症新冠患者成功脱离ICU

当然,抢救新冠肺炎患者并非人工肝的第一次“出战”,也不会是最后一次。在现今的重症医学领域,人工肝早就是抢救危急重症患者的有力武器。

欧洲最常见的引发急性肝衰竭的原因是扑热息痛中毒,在广泛引入人工肝治疗之后,这些患者的死亡率和避免肝移植的概率均有所下降。而对于其他原因(甚至是不明原因)引起的急性肝衰竭,人工肝同样可以有效地降低患者的死亡率[1],为患者争取进一步治疗提供宝贵的时间。

在肝衰竭以外的领域,人工肝的成绩同样值得关注。由于人工肝具有强大的解毒特性,因此在治疗某些特定毒物(例如百草枯和毒蕈)中毒时,人工肝作为标准治疗的辅助手段,可以更快地帮助患者清除体内的毒物、减少器官受毒害的时间

肝脏就在胃的上方附近的位置 | GnolizX / Public domain

人工肝是如何工作的?

对临床拥有如此高价值的人工肝,研发过程不可谓不艰辛。在研发初期,许多患者的情况并没有得到大幅改善,甚至还要经历凝血障碍、溶血、感染等副作用。所幸,经历技术革新后,现代人工肝支持系统已经取得了长足的进步,可以在临床用于辅助治疗多种危重疾病。

那么现代人工肝背后到底用多么复杂的机制,又是如何帮助患者脱离险境的呢?

目前临床流行的人工肝支持系统大致可以分为两类,一类是以分子吸附再循环系统(MARS)人工肝为代表的系统,一类则是以国内发明的李氏人工肝为代表的系统。

左边的机器就是一种人工肝支持系统 |Oscocommons供图 / CC BY-SA

以MARS人工肝为代表的系统[2],利用白蛋白溶液对患者的血浆进行透析,使毒素被白蛋白溶液吸附,再将血液分别通过含有活性炭吸附树脂的灌流器,拦截毒素,最终去除血液中的全部毒素,回输入患者体内。

MARS系统可以同时清除多种类型毒素,因此在临床上常用于治疗肝衰竭、毒物中毒和多器官衰竭等疾病。不过,由于操作过程繁琐、需要特殊机器和耗材、治疗成本高昂,许多医疗机构无法支持使用这种系统,MARS系统也因此无法进行大规模的临床使用。

分子吸附再循环系统(MARS)人工肝的作用原理 | Osco供图,陈娉莹汉化/CC BY-SA

而以国内所发明的“李氏人工肝”为代表[3]的系统,则是将血浆置换引入了人工肝支持系统中。例如在抢救新冠肺炎患者中所使用的“李氏人工肝”,就是先使用新鲜血浆置换将患者体内的毒素先置换出体外,同时利用新鲜血浆补充人体所急缺的多种血浆成分,再将血液通过血液透析、血液灌流、血液滤过等手段,进一步去除血浆置换所无法清除的毒素,从而恢复人体内的代谢平衡[4]。

相比于MARS系统,李氏人工肝支持系统对于新冠肺炎等炎症疾病导致的器官衰竭疗效更好,但使用的时候需要大量的血制品,并且在技术上(尤其是不同技术衔接的选择)也存在诸多门槛,限制了它的应用,使它注定只能成为危急时刻的“救命”手段。

生物人工肝,未来的希望?

无论是MARS系统,还是李氏人工肝支持系统,都属于非生物型人工肝虽然可以代替肝脏解毒,但肝脏所具有的其他更精密功能就难以满足了,比如生物合成功能。因此医学界一直在尝试研发性能更佳、更安全的“生物人工肝”。

一种生物人工肝的原理模型,黄色的为体外生物反应器 | HepaLife版权所有

目前研发的生物人工肝系统,利用体外的生物反应器(一类特殊的可以维持细胞生存的容器)培养肝脏细胞(或肝母细胞瘤细胞),当血液经过特定管路流经这些肝脏细胞时,其中的毒素便会被肝脏细胞代谢并排出,同时补充肝脏细胞合成的物质,最终输入人体[5]。如此循环,衰竭的肝脏功能可以被生物人工肝系统所完全替代。

尽管目前尚未有正式进入临床应用的生物人工肝系统,已有部分系统在临床研究中明显改善了患者肝功能[5],这些临床试验的结果,或将会对生物人工肝系统,乃至整个人工肝支持系统的发展带来重大影响。

你还知道哪些“科学神器”呢?

作者名片

作者:许婧斐

编辑:陈娉莹 范可鑫

排版:雷颖

题图来源:图虫创意

参考文献:

[1] Khuroo M S, Khuroo M S, Farahat K L C. Molecular adsorbent recirculating system for acute and acute‐on‐chronic liver failure: a meta‐analysis[J]. Liver Transplantation, 2004, 10(9): 1099-1106.

[2] 刘拉羊 ,赵良 ,孙晓娟 ,等.分子吸附循环系统 ( MARS ) 人工肝治疗对重型肝炎单核细胞免疫功能的影响[ J] 中国急救医学,2005 ,25(12) :869-872.

[3] 李兰娟.人工肝临床应用若于进展[J]. 中华肝脏病杂志,2005,13 (11) :844-845.

[4] 陈佳佳. 李氏人工肝治疗慢加急性肝衰竭的临床观察研究[D].浙江大学,2014.

[5] Dooley, James S., et al., eds. Sherlock's diseases of the liver and biliary system. John Wiley & Sons, 2018.

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