Ишемические и реперфузионные повреждения почек – важная проблема современной урологии, нефрологии и трансплантологии, так как вызывают функциональные изменения, результатом которых в конечном итоге может стать почечная недостаточность. Ишемия приводит к повреждению различных клеточных структур, в то время как восстановление кровоснабжения еще больше усугубляет эту травму за счет высвобождения активных форм кислорода, цитокинов и других медиаторов почечного повреждения [1, 2].

Ишемия-реперфузия является неизменным следствием многих заболеваний, включая последствия хирургических вмешательств на почках с пережатием почечных сосудов, т.е. затрагивает междисциплинарные проблемы урологии, нефрологии, травматологии и трансплантологии [1, 3]. Количество органосохраняющих операций на почках, т.е. операций, часто требующих пережатия почечных сосудов, неуклонно растет во всем мире из-за более высокой частоты выявления опухолей почки на ранних стадиях [4]. Таким образом, нефрэктомия более не является «золотым» стандартом в лечении опухолей почек. С другой стороны, растет количество трансплантаций почек от живого донора из-за нехватки трупных почек [3].

Актуальным остается изучение вклада ишемических повреждений в развитие контрастиндуцированной нефропатии [5].

В то же время операции с применением искусственного кровообращения, которых выполняется более 2 млн в год, служат фактором риска развития ишемических и реперфузионных повреждений чувствительных к гипоксии органов – сердца, головного мозга и почек. При этом одним из наиболее частых и серьезных осложнений таких операций считается острая почечная недостаточность [6]. В связи с этим поиск оптимальных путей предупреждения и коррекции острого почечного повреждения можно рассматривать как мультидисциплинарную задачу.

Перечисленные вмешательства часто приводят к ишемическому и реперфузионному повреждению почек, а значит, растет потребность в оптимальном способе ренопротекции. Одним из них является ишемическое и фармакологическое прекондиционирование.

Прекондиционирование: определение и механизмы развития

Прекондиционирование (ПреК) – один из способов адаптации тканей к повторяющемуся кратковременному воздействию повреждающих факторов, приводящий к повышению устойчивости к более длительной гипоксии и/или ишемии. Выделяют несколько видов прекондиционирования: гипоксическое, ишемическое и фармакологическое.

Ишемическое прекондиционирование – феномен повышения устойчивости клеток к повторному воздействию ишемии, возникающей после одного или нескольких кратковременных эпизодов ишемии-реперфузии [7–10]. Этот феномен был впервые описан Murry и соавт. на модели острого инфаркта миокарда у собак [11]. Впоследствии эффективность различных протоколов прекондиционирования была подтверждена на других моделях: ишемических и реперфузионных повреждениях печени [10, 12, 13], почек [12–14], сетчатки [15, 16], головного мозга [12, 13], миокарда [9, 12, 13], скелетной мышцы [17], плаценты [18].

Развитие феномена прекондиционирования характеризуется двумя фазами: острой, или ранней, которая следует сразу за прекондиционирующим стимулом и длится не дольше нескольких часов, и поздней, которая начинается спустя 24 ч после стимула и может длиться в течение нескольких дней [19, 20].

В механизме развития прекондиционирования выделяют три последовательных этапа: триггерный, сигнальный и эффекторный [21].

Триггерный этап

Запуск острой фазы прекондиционирования опосредуется двумя видами эндогенных триггеров: рецепторзависимыми (аденозин, брадикинин, опиоиды, простагландины, норэпинефрин, ангиотензин, эндотелин) и рецепторнезависимыми (свободные радикалы, оксид азота [NO], кальций, фактор некроза опухоли α и др.) [22].

Сигнальный этап

Аденозин приводит к активации G-белок-связанного рецептора с последующей индукцией фосфолипазы C и протеинкиназы С (PKC). Опиоиды и брадикинин в свою очередь запускают сигнальные каскады с участием протеинкиназы А, протеинкиназы В (Akt), фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и пр. [21].

Одним из ключевых ферментов в реализации эффектов прекондиционирования является PKC [22, 23]. Она не только регулирует процессы эффекторного этапа ПреК, но и влияет на активность других ферментов, например митогенактивируемых протеинкиназ (MAPK).

Текущая концепция трансдукции сигнала при ПреК предполагает активацию сигнальных каскадов не только через PKC, но и через PI3K, Akt и синтазы NO (NOS) [23].Одной из общих точек приложения этих путей является посттрансляционная модификация существующих протеинов и/или изменение активности факторов транскрипции (нуклеарного фактора каппа B [NF-κB], белка-активатора 1 [AP-1], гипоксии-индуцированного фактора [HIF] и др.) [24, 25]. Обе изоформы HIF необходимы для клеточной адаптации к гипоксии, осуществляя транскрипционный контроль факторов, запускающих анаэробный метаболизм глюкозы, участвующих в метаболизме аденозина, NO и железа, ангиогенезе и эритропоэзе [21, 26].

Дискутабельным остается вклад различных изоферментов NOS в развитие феномена прекондиционирования как в почках, так и в других органах и тканях. По нашему мнению, регуляция синтеза оксида азота осуществляется как с участием индуцибельной, так и эндотелиальной NOS [27, 28]. Возможно, кальцийзависимая eNOS участвует в реализации механизмов ранней фазы ишемического ПреК, а iNOS – поздней [10].

Эффекты NO в реализации феномена прекондиционирования связаны со следующими механизмами: активация и стабилизация HIF – важного протективного фактора транскрипции [29]; регуляция митохондриального дыхания и генерация оптимального количества АФК [30]; активация митохондриальных АТФ-зависимых калиевых каналов и ингибирование апоптоза [9, 31].

Эффекторный этап

К одним из ключевых мишеней заключительной фазы ишемического ПреК относятся митохондриальные и цитоплазматические АТФ-зависимые калиевые каналы (KАТФ-каналы). Активация митохондриальных KАТФ-каналов при развитии феномена прекондиционирования, во-первых, препятствует формированию отека митохондриального матрикса, оптимизируя генерацию АТФ [22, 32], во-вторых, лимитирует процесс образования активных форм кислорода (АФК) без развития оксидативного стресса [33]. Кроме того, снижается уровень ионов кальция, что способствует закрытию митохондриальной поры (поры, изменяющей проницаемость мембраны митохондрий) [34].

Процессы, происходящие с участием митохондриальной поры, служат одним из важных аспектов изучения прекондиционирующих стимулов как процессы [21, 34]. В условиях ишемии-реперфузии митохондриальная пора открывается, что приводит к набуханию матрицы митохондрий и разрыву наружной мембраны, а также выходу проапоптотических белков [35]. Конечным результатом является высвобождение активирующих апоптоз факторов в цитозоль и его индукция [36, 37].

Таким образом, ключевыми эффекторами и сигнальными молекулами феномена прекондиционирования являются KАТФ-каналы, NOS, NO и митохондриальная пора.

Ишемическое прекондиционирование при ишемии-реперфузии почек

Феномен ишемического прекондиционирования, обнаруженный в эксперименте на собачьем сердце, успешно воспроизведен на других видах животных, в различных органах, в том числе почках. Одной из первых публикаций, продемонстрировавших эффективность прямого ишемического прекондиционирования на модели ишемии-реперфузии почек, была работа Toosy и соавт. [38].

По данным мета-анализа [39], ишемическое прекондиционирование может снижать уровень креатинина сыворотки, азота мочевины и уменьшать выраженность структурных повреждений почек после почечной ишемии-реперфузии у различных видов животных.

Несмотря на многочисленные исследования в данной области, в течение последних двух десятилетий не были сформированы единые подходы к протоколам моделирования ишемических и реперфузионных повреждений почек. Наиболее распространенными моделями, позволяющими оценить функциональное состояние почек, являются билатеральная модель острого почечного повреждения и унилатеральная модель в сочетании с контралатеральной нефрэктомией. Оптимальное время ишемии у лабораторных животных составляет 30–60 мин [40]. На сегодняшний день наиболее распространена методика наложения атравматичных зажимов на почечную ножку на 40–45 мин [41–50].

Данные, полученные в клинических исследованиях, не столь однозначны. Чаще дизайн таких исследований предусматривает использование нескольких циклов дистантного ишемического ПреК у пациентов кардиохирургического профиля.

Один из первых ретроспективных анализов результатов рандомизированных плацебо-контролируемых исследований показал снижение частоты острого почечного повреждения I степени тяжести с 28% в контроле до 3% в группе с применением дистантного ишемического ПреК [51].

В других клинических исследованиях ренопротективный эффект воздействия повторных прекондиционирующих стимулов не был подтвержден [52–54].

Неоднородность полученных данных можно объяснить разнообразными протоколами ишемического прекондиционирования, неоднородностью демографических характеристик пациентов, критериев включения и исключения [55], различными видами оперативного вмешательства [56].

Фармакологическое прекондиционирование при ишемических и реперфузионных повреждениях почек

Фармакологическое прекондиционирование выглядит предпочтительнее, так как более удобно технологически и лишено потенциальной опасности усугубления ишемии в патологически измененных тканях [7, 57, 58]. Это способствовало целенаправленному поиску фармакологических агентов для оптимальной ренопротекции.

Защитные эффекты на моделях ишемии-реперфузии почек были продемонстрированы для множества групп препаратов: агонистов аденозиновых рецепторов [46], активаторов калиевых каналов [59], средств для наркоза [60], аллопуринола [61], агонистов глюкагоноподобного пептида [62, 63].

Одним из наиболее изученных фармакологических агентов с прекондиционирующими свойствами считается гликопротеиновый гормон эритропоэтин. В многочисленных исследованиях было продемонстрировано, что эритропоэтин обладает цитопротективными, антиапоптозными, противовоспалительными и антиоксидантными свойствами при различных патологических состояниях [64, 65]. Так как главным стимулом для продукции эритропоэтина служит гипоксия, на сегодняшний день не подвергаются сомнению протективные эффекты данного гормона на моделях ишемии-реперфузии сердца [66, 67], печени [68], головного мозга [69], сетчатки [70, 71], почек [14, 72].

К основным мишеням эритропоэтина при реализации ренопротективного эффекта относятся митохондриальные KАТФ-каналы и биосинтез NO. Активация митохондриальных KАТФ-каналов не только защищает митохондрии от повреждения, но и влияет на активность транскрипционных факторов: повышает экспрессию HIF [73], снижает активность NF-κB [74], оказывает антиапоптотические эффекты [75]. Ренопротективные эффекты эритропоэтина подтверждены в клиническом исследовании: применение эритропоэтина в дозе 300 МЕ/кг у пациентов при проведении операции аортокоронарного шунтирования снижало частоту острого почечного повреждения [76].

На сегодняшний день перспективным направлением экспериментальной фармакологии является изучение эффективности карбамилированных форм эритропоэтина и более активного дарбэпоэтина с улучшенным фармакокинетическим профилем [77].

Другой перспективной группой препаратов для предупреждения развития ишемически-реперфузионных повреждений являются ингибиторы фосфодиэстеразы 5-го типа (иФДЭ-5). Их защитный эффект реализуется в основном за счет активации цГМФ-зависимой PKG и повышения продукции NO [16, 78]. С другой стороны, в экспериментальных исследованиях подтверждены их антиапоптотическая роль [78], антиоксидантные и противовоспалительные свойства [79, 80].

Ренопротективный эффект иФДЭ-5 подтвержден не только на модели ишемии-реперфузии, но и на различных экспериментальных моделях нефропатий: контрастиндуцированной [5], диабетической [81] и цисплатин-индуцированной [82]. По нашему мнению, перспективно изучение ренопротективных свойств наиболее селективного иФДЭ-5 – уденафила, продемонстрировавшего тестикулопротективные эффекты на модели ишемии реперфузии [83].

Таким образом, несмотря на массу фармакологических прекондиционирующих агентов, требуется дальнейшее изучение молекулярных и клеточных механизмов их действия, а также эффективности новых препаратов – дарбэпоэтина и уденафила – с целью повышения эффективности защиты почек от ишемически-реперфузионных повреждений.

На сегодняшний день, несмотря на более чем 40-летнюю историю изучения феномена прекондиционирования, возможные молекулярные и клеточные механизмы его ренопротективного действия изучены не до конца. Однако, без сомнения, ключевыми мишенями для поиска фармакологических агентов, предупреждающих ишемические и реперфузионные повреждения почек, являются митохондриальные АТФ-зависимые калиевые каналы и оксид азота. Это позволяет отнести препараты группы иФДЭ-5 и дарбэпоэтин к препаратам с потенциальным ренопротективным эффектом, требующим дальнейшего изучения.