CLINICAL ASPECTS OF THE APPLICABILITY OF BIOMARKERS OF ACUTE KIDNEY INJURY IN ISCHEMIA-REPERFUSION IN OPERATIVE UROLOGY

Full Text

Введение.

Острое повреждение почек (ОПП) представляет собой острое снижение почечной функции, приводящее к повышению уровня креатинина сыворотки и/или снижению диуреза [1]. Использование в клинической практике стандартных показателей прогрессирования ОПП (креатинин сыворотки крови и азот мочевины) может приводить к неблагоприятным исходам ОПП ввиду их низкой чувствительности и высокой специфичности на фоне повреждения более 50 % паренхимы почек [2]. Несвоевременная диагностика патологического процесса может ассоциироваться с развитием ряда тяжелых осложнений. Устойчивое повреждение почечной паренхимы может привести к необратимой потере ее функции и/или развитию хронической болезни почек (ХБП) с последующим формированием стадии терминальной почечной недостаточности [3].

Цель работы - проведение анализа современной научной литературы и поиск статей, посвященных биомаркерам ОПП при ренальной ишемии-реперфузии.

Материалы и методы исследования. Поиск данных осуществлялся в следующих базах: CENTRAL, MEDLINE и EMBASE, в поисковом портале Международного регистра клинических испытаний (ICTRP) рандомизированных контролируемых исследований (РКИ), посвященных использованию маркеров ОПП при ренальной ишемии-реперфузии».

Результаты. В настоящее время большинство исследователей сходятся во мнении, что продолжительность интраоперационной ишемии в органосохраняющей хирургической практике лечения новообразований почки должна составлять не более 20 минут в случае теплового обескровливания и 35 минут- в случае холодового [4]. Так, Шкарупа Д.Д. полагает, что оптимальная продолжительность оперативного пособия в условиях тепловой ишемии при новообразованиях почек составляет 15 минут [5]. Отмечено, что продолжительность ишемического этапа определяется методом оперативного лечения: 14-21 минута в условиях открытой резекции, 27-35 – лапароскопической, 19,7-32,1 - роботической.

Основные патогенетические аспекты структурно-функциональной дезорганизации ренальной ткани при хирургическом лечении: сосудистый, обструктивный и реперфузионный. Основой развития первых двух являются пережатие почечной артерии, последнего – снятие ограничений для поступления крови в паренхиму почек [6]. Внезапное прекращение почечного кровотока запускает каскад патофизиологических реакций, приводящих к дисфункции эндотелия капилляров клубочков и сопровождающихся изменением баланса между биосинтезом вазоактивных соединений. Накопление ангиотензина-II, тромбоксана А2, серотонина, простагландинов H2 и G2, лейкотриенов C4, D4, E4, в свою очередь, приводит к вазоконстрикции клубочковых капилляров и перитубулярного микроциркуляторного русла [7, 8].

После устранения причины обескровливания в оперируемой почке развивается постишемическая артериальная гиперемия, в условиях которой объем перфузии крови и количество поставляемого к тканям кислорода (основного источника активных форм кислорода (АФК)) превышает таковое до окклюзии почечной артерии. Данный процесс приводит к образованию и накоплению в клетках супероксидного анион-радикала О2-, перекиси водорода Н2О2, гидроксил-радикала ОН- и др., что в дальнейшем переводит клеточные структуры почки в состояние окислительного стресса. Восстановление кровотока при этом может сопровождаться рядом осложнений, получивших название реперфузионного синдрома [9,  10]. В настоящее время доказана важная роль реперфузионного повреждения тканей в генезе органных нарушений при многих патологических состояниях, в том числе, и при острой ишемии почек [11].

К возможным лабораторным биомаркерам острого почечного повреждения в клинической практике предъявляются достаточно высокие требования (простота забора биологического материала, безопасность и атравматичность при взятии материала, унифицированные технологии, высокая чувствительность и специфичность идентификаторов и т.д.). Они должны в полной мере отражать особенности патогенеза острого почечного повреждения; степень тяжести патологического процесса, необходимость применения диализа [12, 13].

В настоящее время опубликовано большое количество результатов как экспериментальных, так и клинических исследований, предлагающих использование различных биомаркеров для диагностики ОПП [14, 15, 16]. Одним из наиболее распространенных подходов к их классификации является соотношение биомаркера с преимущественной локализацией повреждения определенного микроструктурного компартмента почки [17]. Другой подход к классификации основан на патофизиологическом принципе, когда определенные биомаркеры соотносятся с характером патологического процесса [18]. Последняя (рабочая) классификация имеет скорее научное значение, поскольку в большей степени описывает перспективы применения биомаркеров в клинической практике (табл.) [19, 20].

Таблица

Сравнительная характеристика основных подходов к классификации биомаркеров острого повреждения почек

Table

Comparative characteristics of the main approaches to the classification of biomarkers of acute kidney injury

Показатели	Биомаркеры
Топическая классификация
Клубочки	Альбумин, цистатин-С, α-1-микроглобулин, псевдохолинэстераза
Проксимальные канальцы	Липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов (липокалин-2, NGAL), молекулы почечного повреждения (Kidney Injury Molecule-1, KIM-1), белок, связывающий жирные кислоты (БСЖК, L-FABP), β-2-микроглобулин, цистатин-С, интерлейкин-18 (ИЛ-18), α-глютатион-S-трансфераза (GST), гамма-глутамилтрансфераза
Дистальные канальцы	π-глютатион-S-трансфераза (GST), гексокиназа, лактатдегидрогеназа, NGAL
Собирательные трубочки	Кальбиндин D28
Петля Генле	Остеопонтин, натрий-водородный обменник (NHE-3)
Патофизиологическая классификация
Нарушение функции почек	Креатинин сыворотки, цистатин-С, 8-А2α-изопростан, 4-гидрокси-2-ноненаль
Повреждения нефроцитов канальцев и межклеточной среды	NGAL, KIM-1, L-FABP
Апоптоз	аннексин-V
Рабочая классификация
Первая группа	NGAL, L-FABP, KIM-I, интерлейкин-18
Вторая группа	цистатин-С
Третья группа	цистатин-С, α-1- и β-2-микроглобулины
Четвертая группа	Интрацеллюлярные энзимы, такие, как N-ацетил-D-глюкозаминидаза (NAG), α- и π-глютатион-S-трансферазы (GST), γ-глутамил-трансфераза (ГГТ), щелочная фосфатаза (ЩФ), лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

 

По мнению исследователей, наиболее вероятными биомаркерами интраоперационного острого ишемического повреждения ренальной ткани в условиях лапароскопической резекции почки являются креатинин, цистатин-С, интерлейкин-18, молекула почечного повреждения-1, липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов, белок, связывающий жирные кислоты, N-ацетил-β-глюкозаминидаза, α-изоформа глютатион-S-трансферазы, γ-глутамилтрансфераза, лактатдегидрогеназа [21].

Пауль Реберг первым предложил использовать креатинин для контроля функции почек. Креатинин является продуктом распада креатинфосфата в результате мышечного и белкового метаболизма и высвобождается с постоянной скоростью, зависящей от мышечной массы тела. Креатинкиназа катализирует его превращение в фосфокреатин. Во время этого процесса самопроизвольно происходит образование ангидрида креатинина. Креатинин выводится клубочковой фильтрацией, реабсорбция креатинина очень мала или отсутствует. Информативность креатинина высока при резком снижении СКФ. В том случае, когда почечная функция в значительной степени сохранена, показатель креатинина менее достоверен [18]. В результате СКФ может быть снижена более чем на 50% до того, как клиницисты смогут это определить по динамике содержания креатинина.

Цистатин-С – представляет собой низкомолекулярный белок массой 13 кДа, который постоянно продуцируется всеми ядросодержащими клетками, свободно фильтруется в клубочках и метаболизируется в проксимальных канальцах. После повреждения почек концентрация цистатина С повышается раньше, чем креатинина, в связи с чем определение концентрации цистатина-С представляется ценным для ранней диагностики ОПП [19]. В ряде исследований было обнаружено, что цистатин С превосходит креатинин в обнаружении незначительного снижения СКФ [19, 20]. Некоторые данные указывают на корреляцию между уровнем креатинина и гендерно-возрастными характеристиками пациента [22, 23].

Интерлейкин-18 (ИЛ-18), член суперсемейства IL-1, представляет собой провоспалительный цитокин, структурно сходный с IL-1β. IL-18 способствует выработке гамма-интерферона (IFN-γ). IL-18 действует синергетически с IL-12, индуцируя продукцию IFN-γ в качестве цитокина Th1, и отдельно, индуцируя продукцию цитокинов Th2 (IL-4 и IL-13). Кроме того, IL-18 сам по себе усиливает активность естественных клеток-киллеров и экспрессию лиганда FAS. Определение уровня ИЛ-18 в моче с большой точностью и надежностью позволяет осуществить раннее выявление ОПП, в т.ч. ишемически-реперфузионного.

В исследовании I. Sandokji и соавт. (2023), включавщем анализ 26 исследований с 7183 пациентами, было обнаружено, что использование ИЛ-18 в диагностике ОПП обладает чувствительностью и специфичностью соответственно 0,64 (95% ДИ: 0,59–0,73) и 0,77 (95% ДИ: 0,71–0,83) [24]. Установлено, что уровень IL-18 превышен в моче у пациентов с острым тубулярным некрозом, сепсисом по сравнению с пациентами с инфекциями мочевыводящих путей, преренальной острой почечной недостаточностью, хроническими заболеваниями почек и нефротическим синдромом. В связи с этим, некоторые авторы полагают, что необходимо соблюдать осторожность при использовании уровня IL-18 в моче при диагностике ОПП [25].

Обнаружение в образцах мочи молекулы почечного повреждения-1 (KIM-1), представляющего собой гликопротеин с молекулярной массой 90 кДа, является диагностически значимым ранним лабораторным признаком острого поражения проксимальных отделов канальцев нефрона в условиях ишемии или на фоне разнообразных токсических воздействий. Объединенный анализ ряда исследований показывает, что расчетная чувствительность КIМ-1 мочи в диагностике ОПП составляет 0,74, а специфичность – 0,84 [26]. Некоторые исследователи полагают, что КIМ-1 пока преждевременно использовать в клинической практике. J. Geng и соавт. (2021) продемонстрировали, что существует относительно большая разница в пороговом значении, используемом для КIМ-1. Абсолютные значения варьируют от 1,412 нг/мл до 3,1 нг/мл, стандартизированные пороговые значения - от 0,42 нг/мг до 2,0 нг/мг [27].

Липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов (липокалин-2 или NGAL) является протеином с молекулярной массой 25 кДа. Синтез данного соединения осуществляется клетками всех органов и тканей, в том числе ренальной. Экспрессия NGAL была обнаружена во многих тканях человека, включая почки, сердце, печень и легкие. В почках NGAL экспрессируется в эпителиальных клетках канальцев. При остром повреждении этих органов экспрессия NGAL многократно возрастает [28]. Определение концентрации NGAL в крови и в моче является чувствительным и надежным методом идентификации и прогнозирования при преренальной и ренальной острой почечной недостаточности, в том числе ее субклинического варианта, хронической болезни почек, различных нефропатий и воспалительных заболеваний мочевыводящих путей.

Белки, связывающие жирные кислоты (БСЖК или L-FABP от англ. FattyAcid-Binding Proteins) в норме осуществляют интрацеллюлярные трансмембранные поставки жирных кислот в хондриосомы. В самых ранних публикациях, посвященных использованию LFABP в качестве лабораторного критерия острых ишемически-гипоксических поражениях почек, описывались результаты мониторинга данного аналита показателя в моче подопытных животных с экспериментальной моделью острой почечной недостаточности. В настоящее время отмечено, что L-FABP имеет хорошую диагностическую ценность при заболеваниях почек, включая ОПП [29], хроническую болезнь почек [30] и диабетическую нефропатию [31]. L-FABP в моче может быть хорошим потенциальным биомаркером для прогнозирования ОПП, однако для подтверждения его высокой чувствительности и специфичности необходимо проведение дальнейших исследований.

N-ацетил-β-глюкозаминидаза (NAG) является активным интрацеллюлярным ферментом и входит в состав лизосомальных гидролаз. В клубочковом аппарате нефрона молекулы N-ацетил-β-глюкозаминидазы не способны преодолеть почечный фильтр, что связано с их весьма крупными размерами и высокой массой, равной примерно 140 кДа. Следовательно, появление NAG в моче возможно только в условиях альтерации тубулярных эпителиоцитов, когда фермент поступает в мочу стразу после нарушения целостности цитолеммы эпителиальных клеток. Важно отметить, что его повышенный уровень в моче при остром повреждении почек является ранним признаком заболевания, поскольку он предшествует повышению уровня креатинина в сыворотке крови. NAG описывается как один из многообещающих новых маркеров ОПП, тем не менее необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить его эффективность у пациентов разных возрастных групп и при наличии различной соматической патологии (например, при сахарном диабете) [32]. В литературе сообщается о некоторых ограничениях его использования в качестве индикатора ОПП. Было показано, что активность NAG также повышена у пациентов с ХБП, что свидетельствует об отсутствии специфичности при стратификации риска при ОПП. Кроме того, было обнаружено, что уровень NAG повышен при других заболеваниях почек, а также при целом ряде состояний, связанных с повреждением канальцев - ревматоидном артрите, нарушении толерантности к углеводам, гипертиреозе, нефротическом синдроме, инфекции мочевыводящих путей, отравлении тяжелыми металлами [33].

Глютатион-S-трансферазы (ГСТ или GST) – семейство энзимов, которые накапливаются в эпителиальных клетках почечных канальцев и обнаруживаются в моче при повреждении целостности клеток почечных канальцев. Первоначально сообщалось, что GST является маркером канальцевого повреждения, а их содержание повышается при почечных повреждениях [34]. Дальнейшие иммуногистохимические исследования продемонстрировали локализацию α- и π-GST в проксимальных и дистальных почечных канальцах соответственно. В эпоху мочевых биомаркеров ОПП GST заняла свое место в нескольких хорошо известных моделях повреждения почек, хотя различия в них были переменными. В настоящее время чувствительность и специфичность как α-, так и π-GST оцениваются проспективно в ряде исследований для определения данных характеристик и возможно использования GST в качестве возможного биомаркера ОПП в клинической практике.

Представленные биомаркеры могут быть оценены вместе в одной пробе при создании соответствующих мультиплексных панелей, повышающих качество диагностики за счет большей чувствительности и специфичности.

Выводы.

1. Ранняя диагностика ОПП ишемического генеза может иметь решающее значение при прогнозировании течения патологического процесса и определения последствий вмешательства в клинической урологии.
2. Существующие в клинической практике биомаркеры ОПП (креатинин, цистатин-С, ИЛ-18, KIM-1, NGAl, L-FABP, NAGи другие) требуют дальнейших исследований для определения их клинической применимости и создания мультиплексных панелей.

About the authors

Sergey V. Popov

Clinical Hospital of St. Luke; Saint Petersburg Medical and Social Institute; S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: doc.popov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2767-7153
SPIN-code: 3830-9539
Scopus Author ID: 57197368945

Dr. Sci. (Med.), Professor, Chief Physician; Head of the Department of Surgery and Urology; Professor of the Department of Urology

Russian Federation, 46, Chugunnaya st., Saint-Petersburg, 194044, Russia; 72A, Kondrat`evskij Prospekt, Saint-Petersburg, 195271, Russia; 6, Akademika Lebedeva St., Saint Petersburg, 194044, Russia

Ruslan G. Guseinov

Clinical Hospital of St. Luke; Saint Petersburg Medical and Social Institute; Saint-Petersburg State University

Email: rusfa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9935-0243
SPIN-code: 4222-4601
Scopus Author ID: 57209859097

Cand. Sci. (Med.), Deputy Chief Physician for Research; Senior Lecturer, Department of Surgery and Urology; Assistant of the Department of Hospital Surgery

Russian Federation, 46, Chugunnaya st., Saint-Petersburg, 194044, Russia; 72A, Kondrat`evskij Prospekt, Saint-Petersburg, 195271, Russia; 7-9, Universitetskaya Emb., Saint Petersburg, 199034, Russia

Konstantin V. Sivak

Clinical Hospital of St. Luke; Smorodintsev Research Institute of Influenza

Email: kvsivak@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4064-5033
SPIN-code: 7426-8322
Scopus Author ID: 35269910300

Dr. Sci. (Biol.), Leading Researcher of the Sientific department; Head of the Department of Preclinical Studies of Medicines

Russian Federation, 46, Chugunnaya st., Saint-Petersburg, 194044, Russia; 15/17, Professor Popov st., Saint-Petersburg, 197022, Russia

Vitaliy V. Perepelitsa

Clinical Hospital of St. Luke; Associate Professor, Department of Surgery and Urology, Saint Petersburg Medical and Social Institute

Email: perepelitsa_vit@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7656-4473
SPIN-code: 7445-1996
Scopus Author ID: 14823999900

Cand. Sci. (Med.), Urologist, Clinical Hospital of St. Luke; Associate Professor, Department of Surgery and Urology

Russian Federation, 72A, Kondrat`evskij Prospekt, Saint-Petersburg, 195271, Russia

Nikolay S. Bunenkov

Clinical Hospital of St. Luke; Almazov National Medical Research Centre; Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: bunenkov2006@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4331-028X
SPIN-code: 3611-1290
Scopus Author ID: 57191173503

Cand. Sci. (Med.), Researcher of the Scientific Department; Junior Researcher of the Research Laboratory of Pathology of the Pulmonary Circulation; Surgeon

Russian Federation, 46, Chugunnaya st., Saint-Petersburg, 194044, Russia; 2, Akkuratova St., Saint Petersburg, 191014, Russia; 6-8, Lva Tolstogo st., Saint Petersburg, 197022, Russia

Tatiana A. Lelyavina

Clinical Hospital of St. Luke; Almazov National Medical Research Centre

Author for correspondence.
Email: tatianalelyavina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1834-4982

Dr. Sci. (Med.), Researcher of the Scientific Department; Leading Researcher, Scientific Research Division of Myocardial Microcirculation and Metabolism

Russian Federation, 46, Chugunnaya st., Saint-Petersburg, 194044, Russia; 2, Akkuratova St., Saint Petersburg, 191014, Russia

References

Supplementary files