深低溫凍存同種異體血管的臨床應用進展

蔡超操,王 成,陳世玖

(遵義醫學院第五附屬(珠海)醫院手外科,廣東 珠海519000)

在血管外科和器官移植外科手術中,使用血管移植材料移植重建血管變得越來越常見。目前使用的血管移植物包括自體靜脈血管、人造血管及同種異體血管。自體血管來源有限,并受管徑大小、取材長短等限制,使血管移植的應用受到制約[1]。人造血管材料(滌綸、聚四氟乙烯、天然真絲等)的出現改善了這種情況,但人工血管移植也存在不良反應,如需使用抗凝藥和免疫抑制劑等,遠期通暢率較低[2],且不能完全達到管徑小于6 mm的小血管移植的要求[1,3]。同種異體血管具有管徑易匹配、采樣方便、結構相似等優點,并可大量獲得,具有一定優勢。同種異體血管的保存需要使用冷凍保護劑，冷凍保護劑是一些化合物, 置于保存組織的溶液中能夠保護組織不被凍傷；此外，冷凍保護劑可以選擇性抑制同種異體抗原呈遞細胞并降低血管免疫原性,抑制排斥反應[1,4]，但冷凍保護劑也易使細胞及細胞發生毒性效應和滲透性損傷，因此冷凍保護劑的選擇及其使用的優化是深低溫凍存技術的關鍵點。

1 冷凍保護劑

冷凍保護劑是由不同成分和比例的化學試劑組成，在低溫冷凍期間，冷凍保護劑可以消除被保存器官低溫時產生的冰晶，從而起到保護器官的作用[5-7]。研究者最初發現，低溫保存精子時加入甘油可以顯著提高精子的活力，隨后人們又陸續發現了其他冷凍保護劑，如二甲基亞砜、丙二醇、乙二醇等[8]。

2 冷凍保護劑的分類

根據能否滲透進入細胞通常將冷凍保護劑分為滲透性和非滲透性兩類。

2.1滲透性保護劑 主要是醇類，以二甲基亞砜、甘油、丙二醇、乙二醇為代表。該類保護劑可與溶液中的水分子結合，發生水合作用，使溶液的黏性增加，減緩降溫過程中水分子結晶的形成，減輕“細胞內冰晶損傷”，從而保護細胞和組織；此外，在冷凍保存過程中，滲透性保護劑的加入可以稀釋溶液中的溶質，使細胞內外側的離子濃度差降低，減少離子進入細胞，從而起到保護作用；同時，滲透保護劑滲透入細胞，避免細胞處于過冷狀態，使細胞內的壓力與外界接近，減少“溶質損傷”，降低冷凍過程中細胞脫水引起的細胞收縮程度和時間[7，9]。此外，在解凍復溫過程中，這類保護劑可以滲透性地進出細胞，能夠減弱高濃度差所致的滲透性水腫，減輕細胞和組織的損傷。當滲透性保護劑的濃度升高時，其玻璃化凍存的效果更好，但高濃度低溫保護劑的毒性也隨之增加，對細胞及組織的損傷也隨之增大[9]。

2.2非滲透性冷凍保護劑 主要是大分子物質，如果糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖以及分子量>1 000的大分子化合物(聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基淀粉等)[10]。非滲透性保護劑的加入可降低某特定溫度電解質的濃度，改善保護液的玻璃化性質，減輕溶質損傷；此外，由于該類保護劑位于細胞外，不能自由通過細胞膜，使細胞外側滲透壓增大，細胞內外側滲透壓差增大，細胞內的水分子移動到細胞外，細胞內水分子減少，細胞內冰晶形成減少，促使細胞膜穩定，降低冷凍保護劑達到玻璃化狀態所需的濃度，降低玻璃化溶液的毒性[9]。大分子非滲透性物質(聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基淀粉等)也可以溶解在溶劑中，但由于不能自由穿過細胞膜，溶液中加入該類保護劑后可表現為過冷狀態，抑制了細胞外冰晶的形成，減少了細胞損傷。

由于在冷凍過程中使用了滲透性冷凍保護劑和非滲透性冷凍保護劑，從而降低了滲透性保護劑的使用濃度，減少了滲透性保護劑的毒性作用；復溫過程中，細胞外較高的滲透壓環境避免了溶劑中的水較多、較快地進入細胞而引起的細胞腫脹，使細胞和組織的凍存效果更好。通常玻璃化溶液中滲透性保護劑的濃度不應低于30%，非滲透性保護劑蔗糖的濃度通常為0.1～1 mol/L[11]。海藻糖不同于其他非滲透性保護劑，可使蛋白質折疊得更加穩定，在低溫環境中，通過“水替代”“玻璃態”及“化學穩定性”3種機制起抗凍作用[12-14]。

3 深低溫保存血管的臨床應用

深低溫保存血管是指將分離的同種異體血管置于含冷凍保護劑的冷凍管中，經梯度降溫后，最后保存于-196 ℃的液氮中。深低溫保存可降低血管的免疫原性，保留血管的生物學活性，保證血管移植后的通暢率，經深低溫保存的血管可廣泛用于臨床實踐[15]。

3.1用于各種血管損傷和動脈瘤 在創傷中常合并血管損傷，治療上需進行血管移植以恢復組織器官血供。人造血管移植主要用于修復大血管缺損，修復小血管缺損的效果不理想。早期采用冷凍，戊二醛、乙醇浸泡等方法降低了血管移植物的抗原性，增加了血管的通暢率。溫樹正等[16]采用冷凍保存的同種異體血管修復血管缺損6例7條(其中左小指雙指動脈各缺損1例、橈動脈缺損1例、尺動脈缺損1例、腕部橈動脈外傷性動脈瘤1例、左脛前動脈損傷1例、右小腿大隱靜脈缺損1例)，血管缺損長度為1.0～15.0 cm，平均4.75 cm，移植血管長度為1.2～16.0 cm，平均5.37 cm，冷藏時間為1.0～4.5個月，平均2.75個月。6例患者中，5例術后效果良好，移植血管血流通暢。姬亞飛等[17]應用深低溫保存的血管移植修復13例血管損傷(腘動脈5例、尺動脈3例、橈動脈3例、指動脈2例)，術后11例成活，2例閉塞，隨訪發現移植成活的血管血流暢通，無排斥反應，但當移植血管直徑<1 mm時易栓塞。在2例腎移植后髂外動脈感染曲霉菌的動脈瘤患者中，Minz等[18]成功地使用了自體髂內動脈移植物修復了髂外動脈缺損。Cho等[19]使用冷凍保存的同種異體血管移植修復治療1例嬰幼兒巨大特發性先天性腎下腹主動脈瘤，手術成功，術后療效可。Petrunic等[20]采用冷凍保存的同種主動脈移植物成功修復1例真菌性腎上主動脈瘤并左腰肌膿腫。低溫保存的主動脈同種異體移植物允許在感染的情況下進行主動脈重建，其早期和長期發病率和死亡率低于其他先前報道的治療方案[21]。

同種異體移植血管的血流通暢率受外源性和內源性因素的影響，其中血管通暢率主要受內源性因素影響，如免疫排斥反應、管壁結構的病理改變；外源性因素主要是手術技術缺陷，如吻合口狹窄、扭曲等。如何減少內源性影響因素并提高手術技術是提高血管移植通暢率的關鍵。

3.2用于先天性/后天性心臟病 1962年,Ross和Somerville[22]首次應用同種異體血管移植治療復雜先天性心臟病合并肺動脈閉鎖。經過數十年的研究發展，關于心臟瓣膜的基礎研究和臨床運用取得了長足的進步。目前，心臟瓣膜分為機械瓣膜和生物瓣膜，其中生物瓣膜分為3類：異種生物瓣膜、同種異體心臟瓣膜以及組織工程瓣膜。經過長時間的臨床運用與后期隨訪，各種瓣膜的優缺點逐步顯露出來。機械瓣植入后易形成栓塞，使用抗凝藥物后又易出現抗凝相關的并發癥，所以并不是理想的心臟瓣膜[23]。異種心臟瓣膜易發生退行性變和鈣化，致使心臟瓣膜結構發生改變，從而引起心臟功能不全，泵血量不足以維持有效的血液循環，遠期效果欠佳。冷凍保存的人體同源心臟瓣膜不僅具有正常瓣膜的形態結構和生理功能，而且具有良好的動力學性質和生物學活性，比異種生物瓣膜更耐用[24]，但同種瓣膜也不可避免地存在鈣化和退行性變。

初期，同種異體心臟瓣膜主要用于治療嬰幼兒和兒童的復雜先天性心臟病，新生兒心臟病患者右心房與右心室內血流速度較慢，壓力較低，機械瓣膜置換后易形成血栓，而同種異體瓣膜置換后效果較好[25]。目前同種異體心臟瓣膜已廣泛用于治療各年齡段的先天性/后天性心臟病，由于移植的同種異體瓣膜與受體種類相同，移植后細菌不易黏附，血栓形成率較低，效果好，已成為治療感染性心內膜炎合并瓣膜病變的重要方式[24，26]。孫衍慶和楊能善[27]使用同種異體大血管(帶瓣主動脈、帶瓣肺動脈和胸主動脈)移植治療復雜小兒先天性心臟病5例，術后4例恢復良好，無并發癥，患兒痊愈出院，1例因嚴重低心排血量、腎功能不全而死亡。術后隨訪證實,同種異體血管移植物血流動力學良好，瓣膜的形態及功能正常，免疫排斥指標也無明顯升高，無明顯排斥反應。廖崇先等[28]采用液氮深低溫保存的同種異體帶瓣大血管治療復雜先天性心臟病4例，術后3例痊愈出院，1例因低氧血癥、低心排血量及腎功能不全而放棄治療，晚期隨訪發現同種異體大血管移植物具有良好的血流動力學和正常的瓣膜功能，證實使用異體瓣膜移植治療復雜先天性心臟病的可行性。但如何預防和延緩瓣膜鈣化并延長瓣膜的使用時間還需要進一步研究。

3.3用于建立血液透析通路 對于腎臟病終末期患者，良好的血液透析治療能有效提高患者的生活質量并延長患者的生存期，良好的透析途徑對血液透析的建立至關重要。與人工血管相比，同種異體血管具有良好的組織相容性，較小的免疫原性，植入后排斥反應小，內瘺發生感染后易于控制。鐘偉強等[29]的研究證實，與使用人造血管制作的動靜脈瘺相比，同種異體移植血管制作的血液透析通路的通暢率高，并發癥少。劉聲茂等[30]對分別采用人造血管和同種異體血管制作血液透析通路的膿毒癥患者進行比較發現，聚四氟乙烯人造血管內瘺較同種異體血管內瘺的平均使用時間短、血液透析后的止血時間長，且費用較高。Ha等[31]研究證實，采用冷凍保存的同種異體動脈移植重建上臂的血液透析通路，可以在移植血管未愈合的情況下即刻行血液透析。Jadlowiec等[32]的回顧性研究證實，在血液透析通路的建立中，使用冷凍保存的同種異體靜脈的通暢率與使用聚四氟乙烯作為血管移植物的通暢率相當，并可以終身維持透析通路。對需要在感染的情況下建立血管通路的患者，更應考慮使用冷凍保存的同種異體靜脈建立透析通路。綜上所述，與人造血管相比，同種異體血管內瘺在使用時間、止血時間、醫療費用等方面具有一定優勢。

3.4用于器官移植 器官移植時，供體器官需與受體完成血管重建，形成血流通路。通常因供體器官與受體間的血管直徑不匹配而需要采用血管移植物進行血管重建，以維持血液供應。血管移植物的來源有自體血管和同種異體血管，自體血管來源有限，受管徑匹配、取材長度等限制，而同種異體血管的管徑、長度可與靶血管匹配，移植拼接較簡單。張克明等[33]在3例乙型肝炎相關肝癌肝移植患者中使用冷凍移植靜脈重建肝流出道，隨訪發現，使用同種異體靜脈重建的靜脈流出道的血流暢通，無血栓形成及栓塞，證實使用冷凍異體靜脈重建肝臟流出道是安全可靠的，既保證了供者的生命安全，還降低了小肝綜合征的發生率，使活體右肝切除術得以進一步發展。關兆杰等[34]研究了采用冷凍保存的髂靜脈重建肝中靜脈行肝移植的患者發現，冷凍保留的髂靜脈是成人右肝移植肝靜脈重建的理想材料。

3.5應用于各種惡性腫瘤 對于侵犯周圍重要血管的惡性腫瘤，采用傳統手術方式剝離腫瘤時常損傷血管，或無法剝離干凈，致使腫瘤常常復發。要想徹底切除腫瘤，延長患者的生存期，應完整切除腫瘤及浸潤的血管，并行血管移植重建。血管移植物的選擇及血管重建技術是影響該類手術預后的重要因素。鄭樹森等[35]研究發現，在胰腺癌手術過程中可采用同種異體血管行血管重建。張曉剛等[36]應用深低溫保存的人髂血管作為血管移植物對肝細胞肝癌和胰腺癌侵犯的血管進行重建，術后無并發癥發生。王偉林等[37]分別采用凍存的異體門靜脈(4例)和異體髂動脈(10例)行移植重建的胰腺癌患者，研究發現，同種異體血管作為胰十二指腸切除術術中門靜脈的替代物具有生物學、結構學優勢。武嶠等[38]應用低溫保存的異體髂血管聯合髂內和髂外血管作為血管移植物，在根治性胰十二指腸切除術治療合并血管侵犯的胰腺癌患者中進行血管重建，術后隨訪療效好，但5年生存率還需進一步研究。

4 小 結

作為理想的血管移植材料，同種異體血管有著廣泛的科研和臨床應用價值。同種異體血管的保存影響著研究的進展和臨床應用，如何選用合適濃度及種類的冷凍保護劑保存血管，使既能保持同種異體血管的生物學活性，又能降低免疫原性、維持遠期通暢率，仍需要進一步的探索與研究。期待在不久的將來能夠找到更適合的血管深低溫保存方法，從而建立“血管銀行”，為科研及臨床工作提供更加合適的血管。