ЧАСТЬ Ⅰ: Метаболические потребности почечного трансплантата, подвергнутого нормотермической машинной перфузии
Mar 21, 2022
ali.ma@wecistanche.com
ЧАСТЬ Ⅰ: Метаболические потребности почечного трансплантата, подвергнутого нормотермической машинной перфузии
Асель С. Арыкбаева, Дороття К. де Врис и др.
Ключевой проблемой трансплантации органов является глобальнаянехватка донорских органов. Из-за насущных потребностей большинство центров трансплантации постепенно принимают органы от пожилых доноров и доноров с более высоким риском. В то же время многие трансплантаты выбрасываются из-за предполагаемого риска того, что эти органы могут не функционировать или функционировать неоптимально после трансплантации». Одной из стратегий повышения полезности трансплантата и улучшения результатов трансплантации является внедрение более объективных инструментов оценки качества путем перфузии донорских органов ex-situ, тем самым создавая окно для функционального тестирования и повышения жизнеспособности перфузируемого трансплантата, 4R: реанимация, восстановление. , омоложение и регенерация. Многочисленные испытания показали, что аппаратная гипотермическая перфузия ex-situ для почечных трансплантатов осуществима и безопасна и улучшает клинические результаты. Очевидным следующим шагом стало введение (суб)нормотермической машинной перфузии (NMP). Хотя осуществимость NMP была доказана в нескольких испытаниях, текущие протоколы NMP почек отражают новаторские исследования, подтверждающие концепцию, исследования, которые в основном касались коротких периодов NMP. Конкретные метаболические предпосылки могут до некоторой степени варьироваться в зависимости от конкретных целей перфузии; 4 рупии. Более короткая перфузия, направленная на реанимацию, омоложение и функциональную оценку, должна обеспечивать метаболиты, которые оптимально поддерживают метаболическую гибкость. Более длительные перфузии, направленные на восстановление и омоложение, сопровождаются дополнительной потребностью в анаболических факторах, таких как незаменимые аминокислоты и витамины. Текущие протоколы основаны на непрерывной перфузии эритроцитами или альтернативным переносчиком кислорода, изотоническим и/или коллоидным раствором, таким как альбумин, а также глюкозой и аминокислотами2-5,10-1 в качестве источника энергии. .4 Подробный обзор опубликованных протоколов (включая состав перфузата) представлен в таблицах 1.33,9,10.
Щелкните, чтобы получить cistanche para que sirve для почек
Основываясь на наблюдении, что все НМП-исследования почек человека 5,12,13 до сих пор сообщают о накоплении уровней лактата в перфузате, можно утверждать, что физиологическое метаболическое состояние не устанавливается в текущих условиях НМП5». Хотя это явление может отражать При использовании отработанных почек накопление лактата также наблюдается при НМП почек, принятых для трансплантации, поэтому современные протоколы перфузии НМП еще не предусматривают оптимальных условий, необходимых для индукции физиологического метаболического состояния в жизнеспособных трансплантатах, не говоря уже о том, что протоколы имитируют оптимальные условия для тестирования жизнеспособности или длительной перфузии, необходимой для реанимации и/или восстановления так называемых «маргинальных» почечных трансплантатов.
Почка является метаболически высокоактивным органом с потребностью в массе энергии, аналогичной сердцу, и имеет специфические предпочтения в отношении субстрата и метаболические функции. Последние аспекты ясно иллюстрируются характерными для почек паттернами поглощения и высвобождения метаболитов, проявляющимися в органоспецифических артериовенозных различиях концентраций, а также в его решающей роли в утилизации лактата в организме. с различными субстратными предпочтениями для каждой из его специализированных функциональных субъединиц. Как следствие, оптимальный протокол NMP должен учитывать метаболические потребности почек и компенсировать отсутствие гомеостатической системы организма, которая обычно восполняет питательные вещества и избавляется от отходов.
NMP для проверки жизнеспособности или восстановления так называемых «маргинальных» почечных трансплантатов может предъявлять еще более высокие требования. Эти «маргинальные» почечные трансплантаты составляют гетерогенную группу, которая включает трансплантаты от пожилых доноров, трансплантаты от доноров с предполагаемым повышенным риском и/или трансплантаты, которые выдержали значительный стресс при закупке (такой как зубчатая ишемия). Все эти состояния связаны с нарушением устойчивости», поскольку такие «маргинальные» почечные трансплантаты могут иметь нарушенную метаболическую пластичность.1 Следовательно, неспособность удовлетворить метаболические потребности этих пораженных органов может привести к необоснованным выводам в отношении их жизнеспособности. более адаптированные протоколы перфузии, вероятно, необходимы для поддержания анаболического состояния и удовлетворения метаболических предпосылок для длительного NMP, направленного на регенерацию трансплантата ex-situ.
Целью этого обзора является обеспечение теоретической основы метаболических аспектов почечной NMP (т. е. как обеспечить оптимальную метаболическую поддержку во время перфузии трансплантата). Выводы из обзора могут (частично) переноситься на другие органы. Тем не менее, существуют глубокие органоспецифические различия в отношении предпочтения субстрата. Оценка органоспецифических различий (таких как длинноцепочечные жирные кислоты в качестве предпочтительного метаболического субстрата миокарда) считалась выходящей за рамки обзора. Точно так же аспекты доставки кислорода не рассматривались в рамках обзора. Этот обзор структурирован вместе с 3 основными метаболическими факторами: углеводами, жирными кислотами и аминокислотами, за которыми следуют соображения, касающиеся обеспечения микроэлементами. Наконец, представлен практический обзор вариантов мониторинга метаболического гомеостаза в контексте NMP. Справочные данные, касающиеся аспектов метаболической физиологии почек, в значительной степени основаны на исследованиях человека (живых доноров) и свиней, в которых применялся забор артериовенозной крови из почки.
Углеводы
В целом, и особенно для почек, современные протоколы NMP в основном полагаются на глюкозу в качестве метаболического субстрата для перфузируемого трансплантата. Однако отсутствие поглощения или высвобождения глюкозы из почек, что определяется артериовенозными измерениями в почках человека, может означать минимальный катаболизм глюкозы в почках (рис. 1'). Это грубое наблюдение игнорирует особую сложную и пространственно разнообразную организацию почечного углеводного обмена, при этом некоторые области зависят от гликолиза, а другие активно участвуют в глюкозо-углеводном обмене.
22 Это разнообразие следует за функциональным гетерогенезом. 15, гетерогенностью почек с широкими региональными вариациями скорости клеточного метаболизма и глубокими различиями в локальном напряжении кислорода. Кортикальные клубочки представляют собой хорошо оксигенированные сосудистые структуры, которые в основном функционируют как «пассивные» фильтры. Мозговые канальцы, с другой стороны, представляют собой ряд высокоактивных, метаболически требовательных насосов 27,2. Однако, как неизбежное следствие механизма противоточной концентрации петель Генле, участки более глубокого мозгового вещества подвергаются глубокой гипоксии. Следовательно, клетки в этой области являются обязательными гликолитическими (продуцирующими ацетат) и считаются относительно устойчивыми к аноксии (рис. 2-).
Отсутствие высвобождения лактата или даже чистое поглощение лактата из кровотока в физиологических условиях5,16,18 подразумевает, что лактат, образующийся в более глубоких слоях мозгового вещества, эффективно выводится из организма. Недавние исследования идентифицировали проксимальные канальцы как основное место утилизации лактата.
Хотя способность почек к глюконеогенезу может подразумевать независимость от глюкозы, важно отметить, что глюконеогенез является анаболическим процессом и, таким образом, создает энергетическую нагрузку на трансплантат, которой можно избежать. Кроме того, неадекватная доступность глюкозы может серьезно повлиять на метаболическую пластичность трансплантата (т.е. на физиологическую способность переключаться между различными метаболическими субстратами для поддержания метаболической компетентности). Как следствие, обеспечение адекватного поступления глюкозы является критическим условием для НМП. В этом контексте важно учитывать, что супрафизиологические концентрации глюкозы будут создавать предотвратимую метаболическую нагрузку на проксимальные извитые канальцы (локальная нагрузка) в перфузируемой почке, потому что глюкоза крови (перфузата) фильтруется в гломерулярный ультрафильтрат, а затем активно реабсорбируется в почках. проксимальный извитой каналец. Этот процесс реабсорбции глюкозы является одним из основных энергоемких процессов в почках. Следовательно, с точки зрения минимизации энергетических потребностей во время НМП следует поддерживать физиологическую концентрацию глюкозы в перфузате на уровне 3,5–5,5 ммоль/л. Можно предположить, что фармацевтическое воздействие на активные переносчики глюкозы, такие как ингибитор натрий-глюкозного котранспортера 2, может быть связано с рекламой. выгодно в контексте NMP, поскольку минимизирует потребность в энергии/нагрузку, связанную с реабсорбцией глюкозы дистальными канальцами. 5,36
Еще не решенный вопрос заключается в том, следует ли также вводить инсулин во время НМП. Поступление глюкозы контролируется семейством переносчиков глюкозы (GLUT), большинство из которых не зависят от инсулина. Исключением является инсулинозависимый GLUT4, который контролирует постпрандиальную утилизацию глюкозы. Поскольку GLUT4 также экспрессируется в почках, следует рассмотреть вопрос о дополнительном приеме инсулина во время НМП.
Таблица 1|Обзор оборудования (режим контроля перфузии, давление и подача газа), состав перфузата и добавки, предоставляемые во время НМП почек для различных протоколов
Помимо поглощения лактата, различия в артериовенозной концентрации показывают, что почки также выводят из кровотока органические кислоты, такие как цитрат и малат. Оба являются прямыми промежуточными продуктами в цикле лимонной кислоты. Было высказано предположение, что для цитрата этот клиренс отражает механизм экскреции с мочой как часть системы утилизации цитрата. Тем не менее, исследования индикаторов на мышах и постоянный клиренс цитрата трансплантатами умерших доноров с транзиторной анурией в фазе сразу после трансплантации предполагают, что цитрат, по крайней мере частично, метаболизируется в почках, а не просто секретируется с мочой». источник углерода в контексте почечной NMP.
Рисунок 1|Артериовенозные измерения концентрации глюкозы и креатинина в преренальных (артериальная [A]; красная) и постренальная (венозная [V]; синяя) пробах крови (здоровых) живых доноров почек (n [5) в образцах, собранных, как описано Lindeman et al. ., 16 измерено стандартным способом в лаборатории клинической химии.(а) Более низкие уровни венозного креатинина иллюстрируют почечный клиренс креатинина. (b) Различное поглощение глюкозы различными донорами отражает гетерогенный обмен углеводов. Адаптировано из Lindeman JH, Wijermars LG, Kostidis S, et al. Результаты исследовательской клинической оценки позволяют предположить, что немедленный и стойкий постреперфузионный метаболический паралич вызывает ишемически-реперфузионное повреждение почек. К
Приведенные выше наблюдения подразумевают центральную роль почек в физиологическом контроле гомеостаза углеводов и органических кислот. На самом деле, клинические исследования показывают, что острая почечная недостаточность связана с глубокими нарушениями углеводного обмена, включая серьезное нарушение клиренса лактата. Аналогичным образом, различия в постреперфузионной динамике лактата (артериовенозные различия концентрации) различают разные уровни постреперфузионной метаболической компетентности после трансплантации почки (рис. 3'). Соответственно, можно предположить, что метаболизм лактата можно использовать в качестве показателя метаболической компетентности трансплантата. В связи с этим прогрессирующее накопление лактата в перфузате наблюдалось в экспериментах с NMP с использованием выброшенных трансплантатов почек человека51,15, что затрудняет восстановление физиологического метаболического гомеостаза в текущих условиях NMP.
Хотя накопление лактата во время NMP может отражать удаление лактата, продуцируемого красными кровяными тельцами (либо путем прямого окисления лактата, либо альтернативного превращения лактата в глюкозу [Coricyde]), вполне вероятно, что накопление лактата в значительной степени связано с текущим почечным лактатом. продукция в результате нарушения окислительного фосфорилирования в современных условиях NMP. Нарастание уровня лактата в перфузате приводит к метаболическому ацидозу. Хотя этот ацидоз можно эффективно скорректировать путем титрования бикарбоната до уровня перфузата, накопление лактата может привести к ингибированию активности почечной и эритроцитарной лактатдегидрогеназы и, как следствие, к нарушению восстановления образовавшегося пирувата до лактата. Этот последний этап в гликолитическом пути имеет решающее значение для поддержания окислительно-восстановительного нейтралитета путем регенерации никотинамидадениндинуклеотид-положительного (НАД плюс) из восстановленного НАД, образующегося во время гликолиза. Как следствие, ингибирование продукции лактатдегидрогеназы в результате накопления уровня лактата может привести к клеточному окислительно-восстановительному стрессу.
Рисунок 2|Схематический обзор метаболических субстратов, используемых почками в их упрощенных путях.В нормальных условиях лактат используется для глюконеогенеза, а глюкоза, жирные кислоты, глютамин (аминокислоты) и, возможно, цитрат используются для подпитки окислительного фосфорилирования. В условиях гипоксии или в условиях высокой потребности в энергии активируется гликолиз, что приводит к высвобождению лактата из почек. НАД, никотинамидадениндинуклеотид; NADH, восстановленный никотинамидадениндинуклеотид; NH3, аммиак.
Почки не только делят эту способность к глюконеогенезу с печенью, но также обладают способностью запасать гликоген, хотя и менее снабжены гликогенолитической системой по сравнению с печенью. Как следствие, роль почечного гликогенолиза в поддержании уровня глюкозы в крови во время прерывистого голодания, как сообщается, ограничена. Тем не менее, поскольку обнаружена обратная связь между запасами гликогена в почках и степенью ишемического повреждения почек, запасы гликогена могут служить эндогенным показателем. энергетический буфер в экстремальных условиях, таких как забор и трансплантация трансплантата. Следовательно, можно предположить, что сохранение или даже восстановление запасов почечного гликогена с помощью NMP является полезным.
Рисунок 3|Динамика лактата, иллюстрирующая различные уровни почечной метаболической компетентности после трансплантации почки.Кривые отражают относительный уровень лактата в почечной артерии (красный цвет) и венозной крови (синий цвет). Первоначальное вымывание лактата, накопленного во время хранения (обозначено серой полосой), и немедленное (живой донор) или отсроченное (умерший донорский трансплантат без отсроченной функции трансплантата [DGF]) подавление гликолиза (обозначено зеленой полосой). Транзиторный стойкий нормоксический гликолиз в трансплантатах умерших доноров без DGF и с DGF (обозначен красной полосой). Адаптировано из Lindeman JH, Wijermars LG, Kostidis S, et al. Результаты исследовательской клинической оценки позволяют предположить, что немедленный и стойкий постреперфузионный метаболический паралич приводит к ишемически-реперфузионному повреждению почек.
Жирные кислоты
Хотя текущие протоколы перфузии в основном ориентированы на глюкозу, исследования показывают, что почки, как и сердце, полагаются на жирные кислоты в качестве основного источника энергии. ) жирные кислоты, почки в основном питаются жирными кислотами со средней длиной цепи (MCFA) (рис. 46 и дополнительная таблица S2).
Рисунок 4|Различия в артериовенозной (АВ) концентрации в (здоровых) живых донорских почках для жирных кислот средней цепи (MCFA) и жирных кислот с длинной цепью (LCFA), иллюстрирующие предпочтение почек для MCFA.
Почечное предпочтение MCFAs имеет несколько преимуществ перед длинноцепочечными жирными кислотами, поскольку они не полагаются на специфические трансмембранные транспортеры для пересечения плазматических и митохондриальных мембран с помощью специфических транспортеров и переноса карнитина. Итак, СЦЖК могут просто диффундировать через внутреннюю митохондриальную мембрану, где происходит окисление жирных кислот. С целью оптимальной имитации метаболической физиологии почек во время НМП следует рассмотреть вопрос о предоставлении СЦЖК во время НМП. В этом контексте большинство составов парентеральных липидных эмульсий в основном основаны на длинноцепочечных жирных кислотах и, следовательно, не оптимально подходят для почечного NMP. Тем не менее, доступны формулы, обогащенные MCFA: липофундин (MCFA 10 процентов) и смофлипид (MCFA 6 процентов). Учитывая кажущееся минимальное окисление длинноцепочечных жирных кислот в почках, дальнейшее обогащение этих растворов MCFAs может быть предпочтительным.
Доставка липидов во время NMP связана с несколькими проблемами. Подавляющее большинство жирных кислот плазмы переносится альбумином, а несвязанные жирные кислоты составляют лишь незначительную часть (<0.01%)of the="" total.="" more="" important,="" clinical-grade="" albumin,="" most="" often="" used="" in="" the="" nmp="" protocols,="" has="" not="" undergone="" any="" pretreatment="" to="" free="" fatty="" acid="" binding="" sites.="" as="" a="" result,="" binding="" sites="" will="" be="" occupied="" mainly="" by="" the="" naturally="" dominating="" long-chain="" fatty="" acids.="" furthermore,="" nmp="" is="" performed="" in="" an="" isolated,="" closed,="" and="" limited="" volume="" setup.="" as="" a="" consequence,="" the="" system="" has="" a="" limited="" lipid="" buffering="" capacity="" (because="" no="" adipose="" tissue,="" muscle,="" and="" liver="" are="" included),="" which="" imposes="" challenges="" with="" respect="" to="" the="" maintenance="" of="" mcfa="" supply="" and="" potential="" lipotoxicity.="" in="" the="" light="" of="" the="" limited="" free="" fatty="" acid="" carrying="" capacity="" of="" plasma="" or="" its="" derivates,="" it="" could="" be="" argued="" that="" preference="" should="" be="" given="" to="" lauric="" acid(c12:0)enrichment="" because="" this="" mcfa="" has="" the="" highest="" per="" molecule="" energy="">
Рисунок 5|Измерение метаболического статуса. Схематический обзор, иллюстрирующий группу жидких биомаркеров, которые можно применять для мониторинга метаболического статуса во время нормотермической перфузии почек.АТФ, аденозинтрифосфат; ГТФ, гуанозинтрифосфат.
Помимо их роли в качестве источника энергии, во время длительного НМП следует учитывать обеспечение других классов липидов, важных для клеточной функции, таких как незаменимые ненасыщенные жирные кислоты и холестерин, особенно в протоколах, направленных на регенерацию органов. Однако включение ненасыщенных жирных кислот в протоколы NMP сопряжено с определенными рисками. Ненасыщенные жирные кислоты могут способствовать окислительному стрессу и перекисному окислению липидов, особенно в присутствии избытка свободного гемоглобина/гема, высвобождаемого вследствие гемолиза7, во время перфузии или при использовании переносчиков кислорода на основе гема.
