器官移植:让身体新生从幻想走到现实

作者:君君来源:科普中国发布时间:2019-01-29

今天带大家了解一下器官移植的历史。

人类用了几千年编织渴望,在一个世纪的时间里使器官移植神话走向了现实,成千上万的患者因而获得了新生。

器官移植(Organ transplantation),是指将健康器官移植到另一个个体内,并使之迅速恢复功能的手术。器官移植的目的是代替因致命性疾病而丧失功能的器官,使被移植个体能重新拥有相应器官,并正常工作。

常用的移植器官有肾、心、肝 、胰腺与胰岛、甲状旁腺、心肺、骨髓、角膜等。自1954年肾移植在美国波士顿获得成功以来,人类已能移植除了人脑外几乎所有的重要组织和器官。今天带大家了解一下器官移植的历史。

古代的器官移植

古人钟情于移植,除医疗渴求外,还有力量崇拜的因素。古埃及神话中,狮子是战神的化身,人们就打造了狮身人面像来守护法老的金字塔。

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埃及狮身人面像

古希腊神话中有个喷火怪兽名叫喀迈拉(Chimera),形象是狮头、蛇尾、羊身,在背上还昂扬伸出一颗羊头。

美国移植外科协会ASTS(American Society of Transplant Surgeons)的logo就是它。如今“喀迈拉”成为一个生物学术语,译为“嵌合体”,意指来自不同生物体的细胞、器官组织或分子结合在一起形成的新个体——比方说接受器官移植者都是“喀迈拉”。

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喀迈拉图案(Chimera),法国卢浮宫

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美国移植外科协会的logo

关于器官移植的这类想象的巅峰,便是玛丽·雪莱(Mary Shelley,1797年——1851年)笔下的科学家弗兰肯斯坦所创造的怪物:它的全身各处器官和组织完全是从停尸房拼凑而来,模糊了移植的主客体,并借助雷电的刺激重获了生命。

玛丽·雪莱,英国著名小说家,因其1818年创作文学史上第一部科幻小说《弗兰肯斯坦》(或译《科学怪人》),而被誉为科幻小说之母。

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《弗兰肯斯坦》1831年插画

其它译名有《科学怪人》、《人造人的故事》等,是英国作家玛丽·雪莱在1818年创作的长篇小说。该作讲述小说主角弗兰肯斯坦是个热衷于生命起源的生物学家,他怀着犯罪心理频繁出没于藏尸间,尝试用不同尸体的各个部分拼凑成一个巨大人体。

更自由展示移植狂想的情节,则在小说中屡屡出现。尽管这些传说和故事非常精妙,但异体器官移植必须具备的技术和物质条件,显然在20世纪之前都不具备。

具体到临床,最早的实践是自体皮肤移植。欧洲文艺复兴时期,梅毒使许多人烂掉了鼻子,意大利有位外科医生加斯帕雷•塔利亚科齐(Gaspare Tagliacozzi,1545年——1599年),脑洞大开:他用吊带将病人上臂固定高举,将鼻子创口与上臂肱二头肌位置缝合,保持该姿势数周,皮肤便能长到一起,此时再手、鼻切分,使其各自愈合。不过据说如此植出来的鼻子不太结实,有时擤鼻涕都能把鼻子擤下来。

意大利博洛尼亚大学外科手术与解剖学教授加斯帕雷•塔利亚科齐(Gaspare Tagliacozzi)

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塔利亚科齐《植入手术纠正缺陷》书中的配图

在了解近现代器官移植的历史之前,器官移植面临诸多困难。

器官移植的技术难度

器官移植是活性移植,要取得成功,有3个技术难关需要突破:

一是血液供应。移植器官一旦植入受者体内,必须立刻接通血管,以恢复供血,使细胞赖以存活。这就要求有一套不同于缝合一般组织的外科技术,而这种完善的血管吻合操作方法的难题,直到1903年才由亚历克西斯•卡雷尔(Alexis Carrel)解决。

二是器官保存。切取的离体缺血器官在常温下短期内(少则几分钟,多则不超过1小时)就会死亡,不能用于移植。而要在如此短促的时间内完成移植手术是不可能的。因此,要设法保持器官的活性,这就是器官保存。方法是降温和持续灌流,因为低温能减少细胞对养料的需求,从而延长离体器官的存活时间,灌流能供给必需的养料。

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这一难题直到1967年由贝尔泽(Belzer FO)、1969年由科林斯(Collins GM)分别创制出实用的降温灌洗技术,包括一种特制的灌洗溶液,可以安全地保存供移植用肾的活性达24小时。这样才赢得器官移植手术所需的足够时间。

三是排斥反应。医疗上用的器官来自另一个人。但是接受器官移植的患者作为生物有着一种天赋的能力和机构(免疫机构),能对进入其体内的外来“非己”组织器官加以识别、控制、摧毁和消灭。这种生理免疫过程在临床上表现为排斥反应,导致移植器官破坏和移植失败。

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高倍显微镜的肺移植排斥反应

1960年代才陆续发现有临床实效的免疫抑制药物:硫唑嘌呤(1961)、泼尼松(1963)、抗淋巴细胞球蛋白(ALG,1966) 、环磷酰胺(1971),这以后才能使移植的器官长期存活。1962年美国医生默里(Joseph E.Murray,1990年诺贝尔医学奖获得者)第一次进行人体肾移植获得长期存活,器官移植作为医疗手段,才成为现实。

20世纪的器官移植先锋

角膜移植是最早的移植。1905年,奥地利医生爱德华·泽尔遇到两个伤者,一名是来自捷克的农场工人,因长年跟石灰打交道眼睛碱性烧伤而濒临失明;另一个是被异物刺入眼部的11岁男孩。当确定后者视力无法挽回时,泽尔征得其家人同意,将男孩的角膜移植给了工人。这是人类首例同种异体角膜移植手术。角膜上没有血管,因此排斥反应轻微许多。尽管术后一只眼睛感染,另一只仍然恢复了视力并终身保持。

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爱德华·泽尔(Eduard Konrad Zirm,1863年——1944年),奥地利眼科医生,于1905年12月7日进行了第一次成功的人体全层角膜移植手术。

脏器的移植则难度巨大,在仅有止血带的时代,血管的精密切合首先就是挡在器官移植面前的一道难题。

1903年,法国医生亚历克西斯·卡雷尔(Alexis Carrel)在向巴黎最好的裁缝学习后,发明了血管的“三线缝合法”——运用该方法,可解决出血与血栓问题。这个方法很快引起了外科界的注意,并被临床证明牢固而有效:它不仅能止血,还能防止血管的缩窄,从而避免了栓塞的后遗症。

只是受当时材料工艺的限制,他的缝合线竟用的是护士的头发。此术一出,进行器官移植最为重要的血管缝合技术解决了。为此他获得了1912年的诺贝尔奖。

晚年的卡雷尔

(1873年——1944年)

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卡雷尔绘制的血管缝合示意图

1912年诺贝尔生理学或医学奖获奖理由:卡雷尔在血管缝合、血管及器官移植上具有开创性的研究工作。

人类真正实现实体器官移植的历史不到60年。早期进行的肾移植均以失败而告终。

像这样的尝试,20世纪上半叶的美苏与欧洲均进行了不少器官移植,都因排斥反应而失败。1954年,梅里尔(John P. Merrill)和约瑟夫·默里(Joseph Murray)医师在美国波士顿医院成功地进行了第一例同卵双胞胎之间的肾移植。

这一计划最初来自于某次默里与同事关于透析现状的午餐闲聊。他们在患者中拣选了一名有双胞胎弟弟的尿毒症患者,其弟弟同意捐出一个肾。默里和他的医疗小组为保证兄弟俩确为同卵孪生,到警局核对过指模,并预先给他们进行了交叉植皮试验。

最终这场里程碑式的换肾手术进行了五个半小时,开创了器官移植的新时代。默里对病人进行放射线照射,以抑制排斥反应。术后哥哥的生命延续了八年,肾脏运转始终正常,后因心脏病去世。捐肾的弟弟则一直活到了79岁。

约瑟夫·默里

(Joseph Murray,1919年—2012年),美国外科医生,1990年获得诺贝尔奖

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Merrill博士(左)向Richard Herrick(中)和他的兄弟Ronald(右)解释一台名为人工肾的新机器的工作原理。赫里克孪生兄弟是世界上第一个成功的肾脏移植手术的主体,罗纳德是捐赠者。

默里再接再厉,于1959年又进行了首例活体非亲属供肾的肾脏移植。1962年,他又成功进行了第一例尸体肾脏移植,这次他应用了硫唑嘌呤免疫抑制治疗,使移植肾获得了较长时间的存活。他在器官移植史上创造了三个第一,于1990年获颁诺贝尔奖。

紧跟首例肾移植手术后,肝脏移植手术与心脏移植手术也纷纷实施。1963年,美国的托马斯·斯达泽(Thomas Starzl)教授给一名年仅三岁的先天性胆管闭锁婴儿换肝,但因病变阻塞静脉,婴儿失血过多而夭亡。直到1967年,他的实践才获得了真正成功——一名肝癌患者在移植后使用了多种免疫抑制剂,存活时间超过了一年。

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托马斯·斯达泽(Thomas Starzl,1926年—2017年),美国医生、器官移植专家。图片是他在1990年进行移植手术后

1967年,南非心外科医生伯纳德(Christiaan Barnard)将一枚因车祸死亡女孩的心脏植入了心脏病患者Washkansky的胸腔。手术持续了大约5个小时。术后第6天病人甚至有了欢笑,感觉有可能出院回家,但在第9天肺部有了阴影。病人后因肺部感染死于肺炎,最终存活了18天。

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克里斯蒂安·伯纳德(Christiaan Barnard,1922年—2001年),南非心脏外科医生。图片拍摄于1969年。

在我国,首例尸体供肾肾移植手术由著名泌尿外科专家吴阶平院士在1960年完成,病人未能长期存活,但为70年代全国推广奠定了基础。1972年,中山医学院梅骅教授完成了我国第一例亲属肾移植手术,患者存活超过了一年,在我国医学界引起了较大的影响。 

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吴阶平(1917年—2011年),我国著名医学专家

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1972年,国内首例肾脏移植手术成功,患者存活超一年

1985年至1993年是我国肾移植稳步发展阶段。这个阶段的一年肾存活率达80%。这个阶段,心脏移植和肝脏移植开始起步。从1994年以后,肾移植进入飞速上升阶段,其他类型的器官移植也开始蓬勃发展。心脏、肝脏和肝肾、胰肾联合移植日趋成熟。2014年的情况显示,我国已经成为亚洲地区捐献率最高的国家,同时也是世界第二的器官移植国。

如今,器官移植已成为治疗病人器官衰竭的一个非常经典的方法,成千上万的患者因而获得了新生。而随着外科技术、药理学、免疫学、遗传学和基因工程技术的发展,未来的器官移植技术必将更加发达,将生命的梦想更强大地嫁接与延续下去。

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