Когда дело доходит до операции по пересадке органов, врачи мчатся на время - и время не на их стороне.
Команда клиницистов должна сначала удалить орган у донора, наборы рук в перчатках, координирующие действия, чтобы ловко отщепить ткань от тела. Затем врачи готовят собранный орган для транспортировки его получателю, который может быть в нескольких часах езды на самолете. Как только орган достигает места назначения, операция по пересадке может наконец начаться; Опять же, хирурги должны работать быстро, чтобы обеспечить безопасность пациента и жизнеспособность органа.
Это описание может сделать хирургию по пересадке органов похожей на телевизионную драму, когда медицинский персонал бежит по больничным коридорам, неся кулеры с частями тела. Но все эти споры поднимают вопрос, который гораздо важнее телешоу: как долго орган может оставаться вне тела и оставаться пригодным для трансплантации?
Это зависит от органа. На данный момент временное окно может составлять от 4 до 36 часов. Но когда-нибудь врачи надеются, что смогут поддерживать органы неделями.
Органы на льду
По данным Объединенной сети по обмену органами (UNOS), в 2018 году в одних только США было произведено более 36 500 операций по пересадке органов. Безусловно, почки были наиболее часто пересаживаемым органом, причем в прошлом году было проведено более 21 000 трансплантаций. Следующими наиболее часто пересаживаемыми органами были печень, сердце и легкие, в этом порядке, за которыми следовали трансплантации поджелудочной железы, кишечника и полиорганов.
Согласно отчету за 2019 год, опубликованному в журнале International Medical Research, большинство органов помещается в «статическое холодное хранилище» после того, как они собраны, что означает, что орган хранится в холодильнике, полном льда.
«Первоначальная идея сохранения холода очень похожа на то, когда мы кладем нашу еду в холодильник», - сказал доктор Минъяо Лю, директор Института медицинских наук и профессор хирургии, медицины и физиологии в университете Торонто.
Перед помещением органа в холодное хранилище врачи сначала промывают ткань «консервирующим раствором», чтобы защитить орган от повреждений, вызванных сильной простудой, сказал Лю Live Science.
При температуре тела клетки перекачивают химические вещества в свои мембраны и из них, чтобы поддерживать низкие концентрации натрия и калия в клетке. Но холодные клетки не могут работать эффективно. Химические вещества протекают через их мембраны, и со временем протекающие клетки набухают в избытке жидкости, что приводит к серьезным повреждениям. Решения по сохранению помогают задержать это повреждение, контролируя уровень натрия и калия. Эти растворы могут также содержать питательные вещества и антиоксиданты для поддержания клеток и воспаления, сказал Лю. В сочетании со льдом и холодильником, консервирующие растворы могут сохранять жизнеспособность органов в течение нескольких часов после сбора урожая.
При температуре от 32 до 39 градусов по Фаренгейту (от 0 до 4 градусов по Цельсию) метаболизм клеток падает примерно до 5% от его нормальной скорости, поэтому ткани сжигают свои запасы энергии гораздо медленнее и нуждаются в меньшем количестве кислорода для поддержания своей активности. Из-за этого охлаждение органа помогает задержать начало ишемии, состояния, при котором ткань становится поврежденной или дисфункциональной из-за недостатка кислорода.
Согласно докладу 2018 года, опубликованному в Йельском журнале биологии и медицины, помещение льда в орган также расширяет ограниченные запасы энергии в его клетках, предотвращая накопление вредных метаболитов и разрушение их тканей.
По словам доктора Брайана Лимы, директора по хирургии трансплантации сердца в больнице North Shore University в Манхассете, Нью-Йорк, среди обычно пересаженных органов сердца теряют жизнеспособность быстрее всего при хранении в холодильнике. В идеале, сердце не должно быть помещено в статическое холодное хранилище более чем на 4-6 часов, сказал он. Через 4 часа функция сердечной клетки начинает нарушаться, и вероятность того, что орган будет неисправен у реципиента, резко возрастает. По словам Лимы, недостаточность трансплантации органов, известная как первичная дисфункция трансплантата, является «наиболее опасным осложнением», связанным с трансплантацией твердых органов.
«Сердце… наиболее чувствительно к отсутствию кровотока», - сказала Лима. «Почки, с другой стороны, очень эластичны». Собранные почки могут оставаться жизнеспособными в течение 24-36 часов при хранении в холодильнике, дольше, чем любой из других четырех лучших органов трансплантации. По словам Лимы, легкие могут оставаться жизнеспособными в течение 6–8 часов, а печень может оставаться в холодильнике около 12 часов, говорит доктор Джеймс Маркманн, глава отделения трансплантации в Массачусетской больнице общего профиля в Бостоне.
Альтернативный метод
Несмотря на низкую технологичность, метод охлаждения льда «предлагает простой и эффективный способ сохранения и транспортировки органов» и широко используется с 1960-х годов, согласно докладу Лю в 2018 году. Но техника не лишена своих недостатков. По словам Лю, не только органы, находящиеся в холодном хранении, теряют жизнеспособность в течение нескольких часов, но и врачи не имеют возможности оценить качество охлажденных органов.
По сути, ни один объективный тест не может сказать клиницистам, функционирует ли тот или иной орган, когда данный орган находится в холодном холодильнике, а его метаболизм в клетках замедляется. Тем не менее, одна альтернатива холодному хранению позволяет врачам проверять органы перед их трансплантацией, и этот вариант может вскоре стать более распространенным, сообщили эксперты Live Science.
Этот альтернативный метод консервации, известный как перфузия, включает подключение извлеченного органа к машине, которая перекачивает богатую кислородом и питательными веществами жидкость через ткани органа, как это делает сердце в организме, согласно отчету Йельского журнала за 2018 год , Когда орган подключен к машине, поскольку орган метаболизирует энергию и производит отходы, его запасы сахара пополняются, а токсичные метаболиты удаляются.
До того, как хирурги извлекают орган, сердце донора прекращает перекачивать оксигенированную кровь в ткани на некоторое время, что вызывает повреждение. Маркманн считает, что помещение органа в перфузионный аппарат может дать ткани возможность восстановиться. Кроме того, врачи могут проверить орган, контролируя уровень метаболита лактата, циркулирующего в системе, сказал он. Клетки используют лактат во время нормальных метаболических функций, поэтому «если орган работает хорошо, лактат должен быть очищен» со временем, сказал Маркманн.
«Лактат в лучшем случае является грубым метаболическим показателем перфузии в организме», но он все же служит превосходной мерой по сравнению с глазным яблоком почти замороженного органа перед трансплантацией, добавила Лима. В зависимости от органа, врачи могут также оценить здоровье ткани с помощью других измерений, таких как производство желчи печенью.
Может ли перфузия дольше сохранять здоровье органов?
Некоторые перфузионные системы все еще требуют, чтобы орган был охлажден как часть процесса консервации, но в течение последних 20 лет несколько исследовательских групп решили сохранить орган в тепле и залить ткани теплой кровью. При температуре от 68 до 92 F (20 и 33 C) изолированные органы функционируют так же, как и в организме человека. В настоящее время в Австралии и США широко используются как холодные, так и теплые перфузионные системы, но большинство этих устройств остаются в клинических испытаниях в США.
Тем не менее, одна система перфузии в США попала в заголовки новостей в декабре как часть первой в своем роде трансплантации сердца. Врачи из медицинского центра Университета Дьюка в Дареме, штат Северная Каролина, удалили сердце пациента после того, как оно прекратило биться; Затем они по существу «реанимировали» орган, используя теплую перфузионную систему, сообщает CNN. Как правило, сердца удаляются от доноров с мертвым мозгом до того, как орган перестает биться, чтобы избежать обширного повреждения от ишемии. Врачи ранее «реанимировали» педиатрические сердца в США, но они никогда не использовали эту систему на взрослых органах. По словам Лимы, в тех странах, где эта система использовалась годами, пул доноров приемлемых сердец увеличился примерно на 30-40%.
«Если это переходит в Соединенные Штаты, мы говорим о больших, больших числах», добавил он.
Доктор Джейкоб Шредер, доцент хирургии Университета Дьюка и один из хирургов, которые помогли выполнить знаменательную пересадку сердца, сказал CNN, что использование системы по всей стране может «увеличить донорский пул и количество трансплантатов на 30%».
Хотя пул доноров может расширяться, улучшится ли состояние органов? В настоящее время лишь в нескольких исследованиях непосредственное сравнение более холодного хранения с перфузией, но, как ни странно, перфузированные органы, как правило, выглядят лучше.
Например, в одном исследовании, сравнившем систему перфузии печени со стандартным холодильным хранилищем, врачи отклонили только 16 перфузированных печенек по сравнению с 32, полученными из кулеров, и перфузированные органы выглядели менее поврежденными, согласно данным Stat News. Лю сказал, что он наблюдал аналогичные тенденции в своей собственной работе по пересадке легких. Лю и его коллеги разработали «перфузионную систему ex vivo» для легких; до его введения менее 20% донорских легких были успешно трансплантированы в больнице его университета. Теперь программа расширила свою деятельность на 70%, «с отличными результатами», согласно отчету 2018 года.
Как правило, легкие остаются подключенными к перфузионной системе в течение 4–6 часов, но экспериментальная работа с органами животных предполагает, что перфузированные легкие могут оставаться жизнеспособными в течение 12–18, а может быть, даже до 36 часов, сказал Лю. Он добавил, что когда-нибудь орган можно перфузировать неделями. Чем дольше органы могут оставаться в системе, тем больше времени у врачей должно быть на восстановление поврежденной ткани. В настоящее время Лю и его коллеги изучают, как воспаление и гибель клеток могут подавляться в перфузированных легких. Но в будущем, возможно, органы можно будет лечить с помощью генных или стволовых клеток, когда они подключены к перфузионному аппарату, сказал он.
На данный момент, однако, большинство донорских органов все еще путешествует своим реципиентам, укрытым в кулерах тающего льда. Почему?
«Честно говоря, препятствием является стоимость», - сказала Лима. По его словам, перфузионная система для одного органа может стоить несколько тысяч долларов, что явно превышает цену стандартного кулера. Поскольку в нескольких исследованиях сравнивали перфузию со стандартным хранением в холодильнике, не существует «потрясающих данных», которые могли бы убедить больницы сделать переход по всей стране.
Но, учитывая недавний успех пересадки сердца Герцога, Лима сказала, что перфузия может вскоре стать стандартом медицинской помощи.
