Научная статья на тему 'От консервации к аппаратной перфузионной реабилитации донорских органов'

От консервации к аппаратной перфузионной реабилитации донорских органов Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
146
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АППАРАТНАЯ ПЕРФУЗИЯ / APPARATUS PERFUSION / КОНСЕРВАЦИЯ ДОНОРСКИХ ОРГАНОВ / PRESERVATION OF DONOR ORGANS / ИСТОРИЯ ПЕРФУЗИОННОЙ КОНСЕРВАЦИИ / HISTORY OF PERFUSION PRESERVATION / ПЕРСПЕКТИВЫ / PROSPECTS

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Яремин Борис Иванович, Миронов Алексей Александрович, Гребенников Виталий Валерьевич, Александрова Виктория Эдуардовна, Масликова Ульяна Владиславовна

Вследствие повышения количества трансплантаций, дефициту донорских органов и, как следствие, увеличение нагрузки на центры органного донорства, требуется создание наиболее совершенных технологий консервации донорских органов, в частности, использования аппаратной консервации. Для этого в статье производится обзор литературы по данной тематике, обзор существующих аппаратов для перфузионной консервации, и перспективы для создания российского аналога.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Яремин Борис Иванович, Миронов Алексей Александрович, Гребенников Виталий Валерьевич, Александрова Виктория Эдуардовна, Масликова Ульяна Владиславовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FROM PRESERVATION TO APPARATUS PERFUSION REHABILITATION OF DONOR ORGANS

Increased number of organ transplantation, existing shortage of donor organs, and increased load of the centers for organ donation require more advanced technologies for the preservation of donor organs, including apparatus preservation. The article contains the review of currently available systems for perfusion preservation and discusses the outlooks in terms of developing a Russian analogue.

Текст научной работы на тему «От консервации к аппаратной перфузионной реабилитации донорских органов»

УДК 616-089:616-78

ОТ КОНСЕРВАЦИИ К АППАРАТНОЙ ПЕРФУЗИОННОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

ДОНОРСКИХ ОРГАНОВ

© 2017 Б.И. Яремин1, А. А. Миронов2, В.В. Гребенников2, В.Э. Александрова2, У.В. Масликова2

1ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Самара 2Самарский хирургический центр координации органного донорства, Самара

Вследствие повышения количества трансплантаций, дефициту донорских органов и, как следствие, увеличение нагрузки на центры органного донорства, требуется создание наиболее совершенных технологий консервации донорских органов, в частности, использования аппаратной консервации. Для этого в статье производится обзор литературы по данной тематике, обзор существующих аппаратов для перфузионной консервации, и перспективы для создания российского аналога.

Ключевые слова: аппаратная перфузия, консервация донорских органов, история перфузионной консервации, перспективы.

В России и в мире трансплантация почки получает широкое распространение как метод лечения терминальной стадии хронической почечной недостаточности (ТХПН). По данным UNOS, количество людей, встающих в лист ожидания, ежегодно увеличивается на 7-8 % [5, 6]. Это приводит к главной проблеме трансплантации - дефициту донорских органов. Причин этому много: растет средний возраст населения, при обследовании доноров определяется большой процент инфицированных ВИЧ, гепатитами. Актуален вопрос о взаимодействии центров органного донорства: при транспортировке органа на дальние расстояния повышается длительность холодовой ишемии, что оказывает негативное влияние и снижает функцию органа в посттрансплантационном периоде [7].

Для решения данных проблем различными авторами созданы аппараты для перфузионной консервации органов. Они перфузируют органы не только в операционном зале непосредственно после изъятия, но и в момент его транспортировки в другое лечебное учреждение. Это уменьшает риск возникновения реперфузионных осложнений на фоне повреждения эндотелия, миоцитов, активации полиморфноядерных лейкоцитов после пуска кровотока, а также помогает увеличить время консервации. Но в России данная аппаратура в настоящее время не зарегистрирована, а аналогов на российском рынке нет.

Прошлое. Попытки перфузировать, охлаждать орган для дальнейшего его сохранения и пересадки преследовали человека с давних времен. Уже в литературе, датированной IX веком до нашей эры, а именно в шестой песне «Илиады», описывалось существо с головой и шеей льва, туловищем козы, хвостом в виде змеи - первое упоминание в греческой мифологии о Химере. Уже в те далекие времена у Гомера зарождались мысли о пересадке частей тела от одного живого существа другому.

Во второй половине III-начале IV века братья, святые бессребреники, врачеватели Косьма и Дамиан, перешли от задумок к действиям. Согласно преданию, они, одетые в белое облачение, якобы сделали пересадку ноги мужчине, страдающим заболеванием, разрушающим ноги. Они отсекли одну ногу, а на место культи пришили ногу африканца, который недавно был похоронен на близлежащем кладбище. Данный сюжет описан Иаковом Ворагиным в Legenda aurea.

Что же касается вопроса гипотермии, то он широко распространился во врачебной практике благодаря заслугам таких отечественных исследователей, как А.П. Вальтер, П.И. Бахметьев, а также заслугам французского экспериментатора Ж. Гюгнара. Они определили, что в процессе охлаждения возникает временная приостановка жизнедеятельности организма или отдельных органов и тканей. Данная консервация была бесперфузионной - так выполнялись первые кардиохирургическое операции. Первой попыткой совместить гипотермию и перфузию можно считать изобретение «автожектора» в 1924 году С.С. Брюхоненко. Данный контур обеспечивал движение крови вне организма. Но автожектор был не аппаратом искусственного кровообращения, потому что оксигенация крови в нем осуществлялась биологическим способом: использовались легкие собаки донора. С помощью своего изобретения С. С. Брюхоненко успешно примененил его в операциях на открытом сердце в эксперименте более чем у 260 собак. Таким образом, в 1928 году С.С. Брюхоненко делает вывод, что временная остановка сердца для проведения дальнейших оперативных вмешательств на нем возможна. В 1934-1935 годах Д.Г. Гиббон создает аппарат сердце-легкие и проводит опыты по перфузии целого организма. Первые аппараты включали лишь два диафрагмальных насоса, но почти сразу же был заменен на мембранный.

В 1935 году А. Каррель совместно с Ч. Линдбергом осуществили прорыв в области консервации органов. Они объединили магнитный насос и оксигенирующую камеру и использовали данную конструкцию для перфузии почек, а в последующим была изобретена замкнутая система, которая могла поддерживать стерильность жидкостных сред в аппарате. В 1937 г. они сообщают о возможности поддержании жизнеспособности в изолированной щитовидной железе.

Одними из самых значимых работ в области перфузиологии были работы В.П. Демихова. Он, при помощи А.Ф. Фатина и В.М. Горяинова, предложил метод сохранения органов: для поддержания жизнедеятельности он изымал органокомплекс вместе с кровеносной и лимфатической системами, которые в дальнейшем подключал к аппаратам искусственного кровообращения, искусственной вентиляции легких при постоянной температуре окружающей среды (38-39 оС). В 1960 году В.П. Демихов начал заниматься разработкой технологии для оживления органов для дальнейшей пересадки. Метод был проверен в эксперименте и было доказано, что трупные органы можно оживить через 4,5 часа (максимум) после наступления биологической смерти человека. Для своих экспериментов В. П. Демихов выбрал свиней.

С именем В.П. Демихова связаны открытия не только в области перфузии, но и в трансплантологии в целом: он осуществил пересадку головы, выполнил ортотопические пересадки изолированного сердца и почек, проводил опыты по сращению туловищ собаки и щенка методом перекрестного кровообращения, разработал и выполнил аллотрансплантацию печени, всего желудочно-кишечного тракта, а также является основоположником применения иммунологических и серологическоих методов исследования. Умер В.П. Демихов на 83 году жизни.

В 1967 году Ф. Бельзер в своих трудах описал перфузию изолированных почек. Он обращал свое внимание на то, что повреждение клеток при применении этого вида консервации менее выражено и является обратимым.

Настоящее. В настоящее время концепция трансплантации немного изменилась. Если раньше фокус был направлен на оптимизацию иммуносупрессивной терапии для сохранения трансплантата и достижения более длительной продолжительности его жизни, то на данный момент он сместился в сторону сохранения органа на донорском этапе. Для того чтобы этого достигнуть, были разработаны три стратегии. Первая направлена на разработку новых кон-

сервирующих жидкостей, с помощью которых достигаются следующие показатели: внеклеточные ионы: N+ 100 ммоль/л; K+ 44 ммоль/л, внутриклеточные ионы: N+ 20 ммоль/л; K+ 130 ммоль/л. Вторая направлена на создание и использование машин для гипотермической перфузионной консервации (почки, печень), а также на использование нормотермической перфузии (сердце, легкие, печень, почки).

Патофизиология метаболизма при перфузии донорских органов заключается в том, что в отсутствие циркуляции крови и, как следствие, транспорта кислорода к клеткам, они быстро переключаются от аэробного метаболизма к анаэробному. Анаэробный метаболизм требует на 19 АТФ больше, чем анаэробный метаболизм. В результате мы получаем повышенное потребление энергетического субстрата, истощение внутренних энергетических запасов, а также накопление токсических продуктов метаболизма, основным из которых является лактат. Вследствие дефицита АТФ, ионные мембранные каналы начинают работать дезорганизовано. Поэтому целью сохранения органа является предотвращение возникновения анаэробного обмена. Это достигается путем охлаждения органа.

Использование аппаратной перфузии донорских органов способствует удлинению времени консервации органов, снижению частоты осложнений, в частности, первично отсроченной функции трансплантата. Также данный метод позволяет управлять микроциркуля-торным руслом, контролировать скорость потока частиц крови относительно сосудистой стенки. Несомненно, гипотермическая перфузия проста в реализации и менее затратна, нежели аппаратная перфузия. Но исходя из проблемы, поставленной нами в начале данной статьи, а именно - проблемы дефицита донорских органов в центрах координации органного донорства - повысился интерес к донорам с расширенными критериями. Существует большое количество работ, которые свидетельствуют о преимуществах применения аппаратной перфузии: улучшается качество трансплантата.

Если говорить о технологии холодного хранения, то оно нацелено:

- на ограничение повреждения посредством реперфузии путем пременения гипотермия для снижения клеточного метаболизма;

- на поддержание структуры клеточной стенки путем сохранения осмотического равновесия;

- на уменьшение внутрисосудистого тромбоза;

- на уменьшение образования реактивных видов кислорода (ROS).

В настоящее время к аппаратной перфузии предъявляются требования по предотвращению нескольких классических нежелательных эффектов:

- гипотермии и гипоксии;

- набухания клеток;

- нарушения энергетического обмена;

- ацидоза;

- образования свободных радикалов.

Принципиальная структура современного аппарата для перфузионной консервации сходна у различных авторов. Он устроен по принципу термоса с емкостью для льда. Для постоянной циркуляции организован контур, включающий систему трубок, канюлю для ввода раствора в артерии трансплантата, модуль роликового насоса, лейкоцитарный фильтр, пузырьковый уловитель. Оксигенатор является непостоянным компоненом системы. При помещении трансплантата в перфузионную машину врач устанавливает систолическое давление. Диастолическое давление определяется состоянием сосудистого русла органа. Аппарат имеет фиксированную частоту

пульсаций, задаваемую вращением роликового насоса. Необходимо особо отметить наличие в перфузионном контуре порта, при помощи которого в контур можно вводить лекарственные средства, забирать перфузат на проведение биохимических и других исследований.

Консервация трансплантатов почки и печени осуществляется модификацированным раствором UW (раствор Бельзера, раствор Висконсинского Университета). Раствор в объеме 1 л заливается через проводник непосредственно в перфузионный контур.

После того как трансплантат удален, он требует определенной подготовки перед помещением в аппарат. Первый этап - хирургическая обработка трансплантата - не отличается от стадии «back - table». Венозный ствол на этом этапе не обрабатывается, так как отток из вены осуществляется пассивно. После этих манипуляций трансплантат помещается в специальную кассету, вместе с этой кассетой орган фиксируется в перфузионном контуре с уже залитым консервантом. Консервант заливается вручную через пластмассовый проводник. Перфузион-ный контур устанавливается в аппарат, канюля с артерией трансплантата подключается к «артериальной» магистрали контура. Важно сосредоточить в этот момент внимание на том, чтобы вена трансплантата, из которой будет происходить свободный отток перфузата, не подвергалась компрессии, то есть находилась поверх трансплантата. Перфузионный контур закрывается прозрачной стерильной крышкой. Стерильный этап заканчивается. Вслед за этим устанавливаются рабочие режимы перфузии, аппарат накрывается герметичной термокрышкой.

Использование аппаратной перфузии позволяет решить следующие проблемы:

- предотвращает реперфузионные осложнения;

- облегчает принятие решений в области трансплантационной логистики;

- защищает от гипоксии;

- снижает процент гипоперфузии;

- предотвращает развитие постреперфузионного стеатоза.

Будущее. В настоящее время в нашей стране остро назревшей является перспектива внедрения технологий перфузионной реабилитации донорских органов. Для этого крайне необходимой является регистрация препаратов раствора Висконсинского Университета. Препарат Belzer UW Solution (Bridge To Life Inc., США) представляется одним из наиболее перспективных вариантов, как в плане его доступности, так и перспектив клинического применения. Имеется опыт применения данного препарата казахскими и белорусскими трансплантологами. Начало доклинических исследований данного препарата может быть очень востребованным.

Другой ключевой задачей является ввоз или самостоятельная разработка перфузионных машин для российского рынка. Экспорт перфузионных машин в Россию представляется оправданным как с точки зрения увеличившихся объёмов операций трансплантации и выросшей потребности в трансплантатах, так и с учётом увеличения финансирования данного вида деятельности. С учётом доступности по цене и технических характеристик можно отметить перфузионные решения Organ Assist (Нидерланды) как простые и легко интегрируемые в существующую логистическую модель органов в нашей стране. Однако разработка отечественной инфраструктуры для создания машин перфузионной консервации органов важна на менее. В рамках проекта «Умник» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на базе Самарского государственного медицинского университета разрабатывается проект «Капель», в рамках которого изготавливается отечественный прототип машины для аппаратной перфузии. Ключевыми задачами машины является её легкость, малая зависимость от импортных компонентов, более продвинутый по сравнению с импорт-

ными аналогами электронный блок управления (микрокомпьютер), позволяющий построить индивидуальную программу перфузионной реабилитации донорского органа. Для расчёта технических параметров указанной машины используется суперкомпьютер ФГБОУ ВО Сам-ГМУ Минздрава России «Ветерок» и программный комплекс FlowVision HPC.

Выводы. Верной и перспективной представляется концепция сохранения и «реабилитации» органов на донорском этапе. Новые стандарты реабилитации трансплантатов позволят управлять исходом и качеством трансплантации, а также смогут привести к частичному решению вопроса дефицита донорских органов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Биленко М.В. Ишемические и реперфузионные повреждения органов. - М.: Медицина, 1989. - 386 с.

2 Мойсюк Я. Г., Багненко С. Ф., Резник О. Н. и др. Современные методы и перспективы изъятия и консервации почечного трансплантата от асистолического донора // Вестник трансплантологии и искусственных органов. - 2003. - № 2. - С. 32-40.

3 Миронов А.А., Яремин Б.И., Колсанов А.В. и др. Органное донорство и трансплантационная координация в Самарской области: особенности региональной модели // Вестник трансплантологии и искусственных органов. - 2015. - Т. 15. - №. 2. - С. 140-143.

4 Губарев К.К., Крстич М., Погребниченко И. В. и др. Практическое использование экстракорпоральной мембранной оксигенации у донора после внезапной сердечной смерти в Московской области // Академический журнал Западной Сибири. - 2013. - № 9 (5). - С. 30-31.

5 Forde J.C., Shields W.P., Azhar M., Daly P.J., Zimmermann J.A., Smyth G.P., Eng M.P., Power R.E., Mohan P., Hickey D.P., Little D.M. / Single centre experience of hypothermic machine perfusion of kidneys from extended criteria deceased heart-beating donors: a comparative study // Ir J Med Sci. 2016 Feb;185(1):121-5. doi: 10.1007/s11845-014-1235-8

6 Roake J. /The molecular and cellular basis of reperfusion injury following organ transplantation // Transplantation rewiews. - 1998. - Vol. 12. -№ 1. - P. 14-33.

7 Koo D.D.H., Fuggle S.V. The role of mitochondria in ische mia/reperfusion injury // Transplantation. - 2002. -Vol. 27, 73. - № 4. - P. 493-499.

8 Lindell S.L., Muir H., Brassil J., Mangino M.J. Hypothermic Machine Perfusion Preservation of the DCD Kidney: Machine Effects // J Transplant. 2013;2013:802618. DOI: 10.1155/2013/802618.

9 Nath J., Guy A., Smith T.B., Cobbold M., Inston N.G., Hodson J., Tennant D.A., Ludwig C., Ready A.R. / Metabo-lomic perfusate analysis during kidney machine perfusion: the pig provides an appropriate model for human studies // PLoS One. 2014 Dec 12;9(12):e114818. DOI: 10.1371/journal.pone.0114818

10 Rodriguez-Martinez D., Cabello Benavente R., Pedemonte G., Subirá Ríos D., del Cañizo López J.F., Lledó García E. / Technical aspects of isolated organ perfusion devices // Actas Urol Esp. 2008 Jan;32(1):59-66.

11 Slapak M., Wigmore R.A., MacLean L.D. Twenty-four hour liver preservation by the use of continuous pulsatile perfusion and hyperbaric oxygen // Transplantation. 1967. Vol. 5. № 4. P. 1154-1158.

12 Van Caenegem O., Beauloye C., Vercruysse J., Horman S., Bertrand L., Bethuyne N., Poncelet A.J., Gianello P., Demuylder P., Legrand E., Beaurin G., Bontemps F., Jacquet L.M., Vanoverschelde J./ Hypothermic continuous machine perfusion improves metabolic preservation and functional recovery in heart grafts // Transpl Int. 2015 Feb;28(2):224-31. DOI: 10.1111/tri.12468.

13 Vogel T., Brockmann J.G., Quaglia A., Morovat A., Jassem W., Heaton N.D., Coussios C.C., Friend P.J. / The 24hour normothermic machine perfusion of discarded human liver grafts // Liver Transpl. 2017 Feb;23(2):207-220. DOI: 10.1002/lt.24672

14 Wang W., Xie D., Hu X., Yin H., Liu H., Zhang X. / Effect of Hypothermic Machine Perfusion on the Preservation of Kidneys Donated After Cardiac Death: A Single-Center, Randomized, Controlled Trial // Artif Organs. 2017 Aug;41(8):753-758. DOI: 10.1111/aor.12836

Рукопись получена: 19 сентября 2017 г. Принята к публикации: 27 сентбря 2017 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.