本方案基于每日尿量及血清肾功能检测值,对移植物功能充分性作出客观定义,以可重复且客观的方式判断移植后7天内移植物是否能够独立维持机体稳态,无需依赖透析治疗。
本方案基于每日尿量及血清肾功能检测值,对移植物功能充分性作出客观定义,以可重复且客观的方式判断移植后7天内移植物是否能够独立维持机体稳态,无需依赖透析治疗。
延迟移植物功能(DGF)通常定义为肾移植术后7天内需要透析;然而,目前的定义往往依赖于主观的临床判断,缺乏准确描述移植物功能充分性的标准化标准。这种不一致性阻碍了诊断和研究结果的比较。本方案通过可量化的尿量和血清肾功能数值设定DGF的客观阈值,以客观描述移植物功能的充分性及其维持内环境稳态的独立能力。在猪模型中开展研究具有挑战性,原因在于缺乏DGF的共识性诊断终点,且难以长时间实施透析。为解决这一问题,我们提出了一项明确定义的方案,用于在30分钟孤立性肾热缺血后、模拟心脏死亡后供体(DCD样)获取的猪肾自体移植模型中定义并诱导DGF。我们介绍了在雌性猪只中实施的无创Foley导尿管置入、中心静脉通路建立以及动脉导管监测方法,以实现准确的尿量测量、每日实验室检测和术中监测。这些技术细节的描述旨在确保研究的透明性和可重复性,从而在猪模型中建立一个可标准化的DGF研究终点,以重现临床表型。
美国肾移植等待名单上的患者已超过9万名。由于供体器官短缺,每年完成的肾移植手术不足3万例,而每年新增等待移植的患者数量与此相近1。为应对日益严重的器官短缺问题,越来越多原本被认为次优的缺血损伤性DCD供肾被选用。事实上,自2023年起,美国移植的肾脏中已有50%来自DCD供者。DCD供肾与较高的移植肾功能延迟恢复(DGF)发生率相关。大多数研究将DGF定义为肾移植术后7天内需要透析治疗。尽管DGF是一种暂时性的移植肾功能不全,但它与早期和晚期移植肾排斥反应发生率升高相关,且移植肾的中位存活时间缩短至8–12年2。由于缺乏客观、标准化的定义,以及在猪模型中长期透析存在技术困难,DGF在猪模型中难以研究,且其定义主要依赖主观临床判断。在本研究中,我们建立了一种客观、标准化的方案,用于定义移植肾功能充分性,并在猪肾自体移植模型中诱导DGF。由于异种移植研究已证实猪肾与人肾在功能上具有相似性,该方案可转化为应用于人类肾移植研究。本模型选择猪肾自体移植,主要目的是将缺血-再灌注损伤作为导致早期移植肾功能不全的唯一变量,从而排除同种异体免疫反应或免疫抑制药物毒性等混杂因素的影响。
延迟移植物功能的定义:为了克服以下两个主要挑战:1)客观定义移植物功能是否充分;2)在无需透析支持的情况下,明确该表型的暂时性特征,并将其作为过渡至移植物功能恢复的桥梁,我们采用客观的尿量和肾功能检测指标来界定该疾病。通过标准化液体复苏量、自体移植标准以及排除吻合口功能障碍(动脉、静脉或输尿管),可排除导致移植物功能不全的永久性解剖学原因。我们将猪自体移植中的延迟移植物功能定义为:由于长时间无尿(<100 mL/天)超过3天所引起的早期暂时性移植物功能不全,导致血尿素氮(BUN)、肌酐和钾不同程度蓄积,直至达到人道终点(血钾 ≥ 8 mEq/L,提示高危心脏心律失常,需紧急或急诊透析);且此状态并非由吻合口功能障碍所致。 根据此定义,功能正常的移植物能够产生足够的尿量以维持电解质平衡,并使BUN和肌酐水平呈下降趋势;相反,功能不全的移植物无法产生足够尿量以排出BUN和肌酐,从而引发危及生命的高度血钾症,需依赖透析(若无法透析则需实施人道安乐死),其原因为可逆性的实质缺血-再灌注损伤,而非不可逆的吻合口功能障碍或排斥反应。
本研究已获得杜克大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。本模型使用仅限雌性(便于无创性 Foley 导尿管插入)的约克夏猪,体重为 40-50 kg(便于肾血管和输尿管口直径适合插管操作)。该方案可由四人团队实施:一名外科医生、一名助手、一名器官灌注师和一名研究管理者(负责样本、耗材和数据)。
1. 术后第-1天(POD-1)(肾脏获取)
2. 猪的维持生命性DCD肾脏自体移植
即刻移植功能与延迟移植功能 我们进行了 n = 5 例猪30分钟热缺血后供肾的自体移植实验,供肾在低温无氧机械灌注(MAP = 40 mmHg)下保存24小时,随后监测移植后第一周内移植物的恢复表型与功能,通过每日采集血液样本及记录总尿量进行评估。我们观察到两种移植后恢复表型。第一种为即时/早期移植物功能恢复/充分型。五头猪中有三头(60%)在植入模拟DCD供肾后恢复尿液生成(每日尿量 > 100 mL),血清肌酐在术后第4天降至峰值以下,且无需透析支持。第二种表型为移植物功能延迟恢复/不足型。两头猪(40%)未恢复尿量(每日尿量 < 100 mL),血清肌酐持续升高,需要透析支持以维持生命。 > 术后第2-3天每日500 mL,可在无需干预(透析、钾离子螯合或胰岛素介导的细胞内转移)的情况下维持持续的电解质稳态 (图3)第二种表型为延迟移植物功能(DGF),其特征为术后第3天(POD 3)后持续无尿,伴随血清尿素氮(BUN)、肌酐水平升高以及低钠血症和高钾血症的发生,这些表现为透析的客观临床指征。当血钾升至≥8 mEq/L时,无尿和高钾血症进展可导致心电图改变(T波高尖),提示需紧急透析,因此被视为人道终点。一旦达到该终点,即在全身麻醉下实施安乐死,以排除因吻合口受损或其他手术并发症所致的移植物功能不全或衰竭。根据此DGF定义,经30分钟热缺血的猪DCD肾脏 原位 热缺血后,经过24小时低温无氧机械灌注保存以及55分钟缝合热缺血时间,5只猪中有2只发生延迟肾功能恢复(DGF),发生率为40%。该DGF发生率与临床报道的人类DCD肾移植中的DGF发生率相符。1.

图1:隧道式中心静脉导管和导尿管的放置。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 2:猪的DCD供肾生命支持自体移植。 请点击此处查看此图的放大版本。

图 3:猪模型中的移植肾功能延迟。 即时功能移植组与功能延迟移植组之间的(A)尿量差异;(B)血钾水平差异;(C)每日血清肌酐水平差异。所有图表均以均值 ± 标准误(Mean + SEM)表示,数据采用末次观测值结转法(LOCF)报告,并通过混合模型分析进行统计。缩写:LOCF = 末次观测值结转。每组 N=5 头猪。请点击此处查看该图的放大版本。
移植肾功能延迟会对接肾移植后的临床病程产生负面影响。在移植早期,它与住院时间延长、侵入性操作发生率升高以及排斥反应风险增加相关。从长期来看,移植肾功能延迟也与移植物存活时间缩短有关。缺血-再灌注损伤(I/RI)严重时可表现为移植肾功能延迟,这一点在DCD移植中的发生率高于DBD或活体供肾移植,即是佐证。急性肾损伤(AKI)继发于I/RI所致的急性肾小管坏死,被认为是同种异体移植物未能立即发挥功能的最常见原因。临床上,移植肾功能延迟定义为移植后第一周内需要透析治疗。在大型动物模型中,由于缺乏对移植物功能充分性的标准化定义,且无法实施透析以明确该病症的暂时性(透析作为过渡至移植物功能恢复的桥梁),因此对移植肾功能延迟的界定和研究一直存在困难。
在本方案中,选择猪模型是因为其被广泛认为在肾脏生理学上与人类高度相似(最近成功的异种移植已证明这一点)10,11。选择自体移植是为了消除同种免疫反应、排斥反应,以及钙调磷酸酶抑制剂所带来的潜在毒副作用及其混杂影响。延迟移植物功能(DGF)的定义基于术后第3天(POD3)后持续无尿(<每日100 mL尿量),进而导致严重的高钾血症相关心电图改变。留置导尿管可实现精确的尿液收集,从而使延迟移植物功能与功能充足的定义建立在尿液质与量这一功能结局之上。每日采集血液样本可对传统肾功能检测指标进行日常监测,从而全面评估电解质稳态情况。
我们相信,建立一种可靠且可重复的延迟性移植物功能不全动物模型,将加速针对延迟性移植物功能不全的有效疗法的研究,并最终改善肾移植的临床结果。总之,本方案建立了一种可重复的猪自体肾移植模型,能够在可控的热缺血损伤后,利用可量化的尿量及血清生化指标,对延迟性移植物功能不全进行客观表征。通过采用标准化的手术条件、无创尿液采集以及连续的实验室监测,该方法为在无需透析的情况下研究DGF提供了切实可行的框架,并有助于与临床相关的移植后移植物功能障碍表型进行比较12,13,14,15。
作者声明无任何利益冲突。
我们感谢多伦多器官灌注实验室(Top实验室)在猪肾移植培训期间分享他们的专业知识。我们还感谢Michelle Mendiola Pla在猪的无创Foley导管插入技术方面提供的专业指导。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| <强>仰卧位导尿管置入 | |||
| 12 Fr 富利(Foley) | 尿液采集 | ||
| 外科润滑剂 | 导尿管插入 | ||
| 1 L 尿袋 | 尿液采集 | ||
| 2-0 尼龙缝合线 | 导尿管与中心静脉导管固定 | ||
| 窥器 &安培;朗·德贝基 &和光 | 导尿管插入 | ||
| 尿液采样管(50 ml 锥形) | 尿液采样 | ||
| CG8 + Chem 8 + Piccolo 芯片 | 每日实验 | ||
| <强>俯卧位至仰卧位中心静脉导管置入 | |||
| 9.6 Fr 单腔 Hickman 导管托盘 | 每日实验 | ||
| 10号刀片 | 中心静脉导管置入的穿刺切口 | ||
| 中心静脉导管无针鲁尔锁闭帽 | |||
| 肝素生理盐水袋(1升生理盐水 + 10瓶肝素) | 肝素锁CVC | ||
| <强>外植体 | |||
| 剖腹手术包 | |||
| Bovie | |||
| 无菌光源手柄 | |||
| 海绵填塞包 | |||
| 手术巾 - 白色 17×23 英寸(每包 4 条) | |||
| 2-0 丝线结 | 血管控制 | ||
| 1 L Plasmalyte | 平衡电解质溶液 | ||
| 无菌普通剖腹手术器械盘 | |||
| 用于湿润肠垫的温生理盐水 | 肠道操作 | ||
| 针具管理盒 | |||
| 博克沃尔特拉钩 | |||
| <强>后台表 | |||
| 无菌器官袋 - 每个肾脏2个 | |||
| 1 L 晶体液袋用于制备冰屑 | |||
| UW 溶液 - 每个肾脏 250 ml | |||
| 冲洗管路 | |||
| 14 号导管针 | |||
| <强>机器罩单 | |||
| 器官重量(天平 + 培养皿 + 无菌器官袋) | |||
| 机械灌注 | |||
| 灌注机 | Lifeport 肾脏转运器 | ||
| 一次性器官腔室 | Lifeport 肾脏转运器 | ||
| 灌注液 | KPS-1 溶液 | ||
| <强>植入 | |||
| 吸液管 | |||
| Yankauer 吸引头 | |||
| 吸液瓶 | |||
| 橡胶鞋底 | |||
| 4 mm 主动脉打孔器 | 动脉吻合 | ||
| 显微外科器械 + 夹子 | |||
| 输尿管导丝 | |||
| 输尿管支架 - 4.8 fr × 12 mm | 输尿管吻合术 | ||
| <强>腹部关闭 | |||
| 1个带环的聚丙烯缝线 | |||
| 布比卡因 | |||
| 皮肤缝合器 | |||
| <强>样本 | |||
| 样品盘 | |||
| 14 G 活检枪 | |||
| NBF 活检标本瓶 | |||
| Eppendorf管 | |||
| 绿色抗凝管 | |||
| 15 mL 离心管 | |||
| <强>药物 | |||
| 去甲肾上腺素小瓶 | |||
| 多巴胺小瓶 | |||
| 1 L Plasmalyte | 平衡电解质溶液 | ||
| 阿司匹林 81 mg 口服 每日1次 片剂 | |||
| 头孢唑啉小瓶 | |||
| 超出 | |||
| 肝素 10K 单位 |
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