Кіріспе

Машиналық перфузия (МП) – мүшелерді трансплантациялау кезінде трансплантацияланатын мүшелерді сақтау үшін қолданылатын әдіс. Машиналық перфузияның түрлі формалары бар және олар перфузат температурасына қарай жіктеледі: суық (4 °C) және жылы (37 °C). Машиналық перфузия бүйрек, бауыр және өкпе трансплантацияларында қолданылған. Бұл статикалық суық сақтаудың (ССС) баламасы болып табылады.

Ғылыми-зерттеу және даму

2022 жылы адам ағзасын машиналық перфузия арқылы сақтаудың рекордтық ұзақтығы, әдеттегіден гөрі 3 күнге созылғаны (<12 сағаттың орнына) хабарланды. Бұл мүмкіндік 10 күнге дейін ұзартылып, төмен температурада сақтау әдістері арқылы жасушаларға елеулі зақым келтірудің алдын алуға мүмкіндік береді. Баламалы тәсілдерге жаңа криопротекторлық еріткіштер кіреді. Өлімнен кейін бір сағат өткен соң (дене ұзақ уақыт бойы жылы ишемияға ұшыраған) бірнеше маңызды (шошқа) мүшелерді жасушалық деңгейде қалпына келтіре алатын жаңа органды перфузиялық жүйе әзірленуде, сондай-ақ (шошқа) миын қайта тірілтуге арналған ұқсас әдіс/жүйе дамытылуда. Жасушаларды қалпына келтіру жүйесі донорлық мүшелерді сақтау үшін немесе медициналық төтенше жағдайларда жандандыру емдері үшін қолданылуы мүмкін. Каррель 1902 жылы иттерге жасалған алғашқы бүйрек трансплантациясын сипаттады; Уллман сол жылы ұқсас тәжірибелерді тәуелсіз түрде сипаттады. Бұл тәжірибелерде бүйректерді сақтауға тырыспай, бірден трансплантация жасалды. Бүйректерді *in vitro* сақтаудың маңызды қадамы 1943 жылы Фурманның гипотермияның оқшауланған тіндердің метаболикалық процестеріне кері әсерін көрсетуі болды. Бұрын бүйректерді қан немесе сұйылтылған қанды перфузаттар арқылы қалыпты дене температурасында сақтаған, бірақ сәтті қайта имплантация жасалмаған. Фурман мысық бүйрегінің қабығы мен миының кесінділерінің 0,2 °C температураға дейін бір сағат салқындауға төтеп бергенін көрсетті, бұл температурада олардың оттегі тұтынуы ең төменгі деңгейде болды. Кесінділерді 37 °C температураға дейін қыздырғанда, олардың оттегі тұтынуы қалыпқа келді. Гипотермияның ишемиялық бүйректерге тигізетін пайдалы әсерін 1955 жылы Оуэнс көрсетті: егер иттерді 23-26 °C дейін салқындатып, олардың көкірек аортасын 2 сағатқа тоқтатып қойса, олардың бүйректері қайта жылытылғанда ешқандай зақымдануды көрсетпеді. Бүйрек ишемиялық зақымдануына гипотермияның қорғаныш әсерін Богардус растады, ол 2 сағатқа бүйрек педикуласын тоқтатып қойған иттердің бүйректерін беттік салқындатудың қорғаныш әсерін көрсетті. Мойер осы эксперименттердің адамға қатыстылығын көрсетті, ол гипотермиялық ишемияның бірдей кезеңдерінен соң иттер мен адам бүйректерінің қызметіне бірдей әсерін көрсетті. 1958 жылға дейін ғана иттердің бүйректері төмен температураға салқындатылғанда, қан ағымы тоқтағанда одан да жақсы сақталатыны дәлелденді. Stueber бүйрек педикуласын 6 сағатқа тоқтатуға болатынын көрсетті, егер бүйректерді салқындату жилетіне салып, 0,5 °C дейін салқындатса, ал Schloerb гепаринденген иттердің бүйректерін 2,4 °C дейін салқындатудың ұқсас әдісі 8 сағатқа қорғаныс берді, бірақ 12 сағатқа емес. Schloerb сонымен қатар салқындатылған бүйректерді *in vitro* сақтауға және автотрансплантация жасауға тырысты, содан кейін 4 сағат бүйрек сақтаудан кейін бір ұзақ уақыт аман қалған адам болды, содан кейін қайта имплантация және дереу контралатеральді нефректомия жасалды. Сондай-ақ, 24 сағат бүйрек сақтаудан кейін және кешіктірілген контралатеральді нефректомиядан кейін бүйректе кешіктірілген артериялық тромбоз дамыған ит те аман қалды. Бұл беттік салқындату әдістері бүйректің тамыр жүйесі сақталғанға дейін суық сұйықтықпен шаю әдістерін енгізу арқылы жақсартылды. Бұл бүйректің салқындау жылдамдығын арттырып, тамыр жүйесінен қызыл қан жасушаларын жойды. Kiser бұл әдісті қолдана отырып, иттердің бүйрегін 7 сағат бойы *in vitro* сақтауға қол жеткізді, ол сақтау алдында 5 °C температурада декстран мен сұйылтылған қанның қоспасымен шаюдан өтті. 1960 жылы Лапчинский сегіз иттің бүйректері 2,4 °C температурада 28 сағат сақталғаннан кейін, содан кейін автотрансплантация және кешіктірілген контралатеральді нефректомиядан кейін аман қалғанын хабарлаған кезде, осыған ұқсас сақтау мерзімдерінің мүмкін екенін растады. Лапчинский өз мақаласында нақты мәлімет бермегенмен, Хамфрис бұл тәжірибелердің бүйректерді 1 сағат бойы суық қанмен салқындатуды, содан кейін 2,4 °C температурада сақтауды, содан кейін бүйректерді 1 сағат бойы жылы қанмен қайта жылытуды қамтитынын хабарлады. Контралатеральді нефректомия екі айға кешіктірілді. Хамфрис үздіксіз перфузия әдістерін қолдану қажеттілігін күмәнмен қарастырды, ол 12 сағаттық тиімді сақтауды әлдеқайда қарапайым әдістерді қолдану арқылы қол жеткізуге болатындығын көрсетті. Калнның бүйрегінің бір бөлігі тіршілік етуде, тіпті контралатеральді нефректомия қайта имплантациямен бір уақытта жүргізілген кезде де. Кальн тек иттің бүйректерін гепаринмен тазартып, 4 °C температурада мұздатылған ерітіндіде сақтады. Бір экспериментте нефректомия кешіктірілгенде 17 сағат сақтау мүмкін болғанымен, 24 сағат сақтауда сәттілікке қол жеткізілмеді. Келесі жетістік 1964 жылы Хамфрис жасады, ол өзінің бастапқы үздіксіз перфузиялық жүйесінде қолданылатын перфузатты өзгертіп, 24 сағат сақтаудан кейін тірі қала алатын иттердің бүйрегіне қол жеткізді, тіпті қайта имплантациямен бір уақытта дереу контралатеральді нефректомия жасалғанда да. Бұл эксперименттерде 10 °C температурада 50% Tis U Sol ерітіндісімен сұйылтылған автогенді қан перфузат ретінде қолданылды. Перфузат қысымы 40 мм сын. бағ. және перфузат pH 7,11-7,35 (37 °C температурада) болды. Қанды зақымдамау үшін мембраналық өкпе оттектің қосылуы үшін қолданылды. Бұл нәтижелерді жақсартуға тырысқан Манакс гипербариялық оттектің әсерін зерттеді және 2 °C температурада үздіксіз перфузия қолданбастан, 48 сағат бойы иттердің бүйректерін сақтауға болатынын анықтады, егер бүйректерді сақтау алдында декстран/Tis U Sol ерітіндісімен шаюдан өткізсе, 7,9 атмосфера қысымында және егер контралатеральді нефректомия қайта имплантациядан кейін 2-4 аптаға кешіктірілсе. Манакс гипербариялық оттектің метаболизмді тежеу арқылы немесе бүйрек жасушаларына оттектің таралуына көмектесу арқылы әрекет ететінін болжады, бірақ ол өзінің моделінің басқа аспектілері гипербариядан гөрі маңыздырақ екенін анықтау үшін бақылау эксперименттерін жүргізбеді. Белзер 1967 жылы үздіксіз перфузияны қайта қолдану арқылы 72 сағаттық бүйрек сақтауға сәттілікке қол жеткізгенде сақтау уақытында айтарлықтай жақсартуға қол жеткізді, ол 8-12 °C температурада иттің плазмасына негіделген перфузатты қолданды. Белзер перфузаттың криопреципитациясының 72 сағаттық перфузияны қиындықсыз жүргізудің маңызды факторы екенін анықтады, бұл перфузаттағы тұрақсыз липопротеиндердің мөлшерін азайту үшін жасалды, олар әйтпесе ерітін шығып, бүйректің тамыр жүйесін бітеді. Лipoпротеиндердің денатурациясын болдырмау үшін жүйеде мембраналық оттектік аппарат та қолданылды, өйткені криопреципитация липопротеиндердің тек 35% -ін жойды. Перфузат 1 литр иттің плазмасынан, 4 мэкв магний сульфатынан, 250 мл глюкозадан, 80 бірлік инсулинден, 200 000 бірлік пенициллинден және 100 мг гидрокортизондан тұрды. Криопреципитациядан басқа, перфузат қолдану алдында 0,22 микрондық сүзгіден өтті. Белзер перфузат pH 7,4-7,5, Po2 150-190 мм сын. бағ. және пульсациялық перфузия ағынын тудыратын машинада перфузат қысымы 50-80 мм сын. бағ. қолданды. Бұл жүйені қолдана отырып, Белзер 6 иттердің бүйректері 72 сағат сақталғаннан кейін қайта имплантациядан кейін аман қалды, ал дереу контралатеральді нефректомия қайта имплантация операциясы кезінде жасалды. Белзердің сақтауға гидрокортизонды қосып қолдануы Лоткедің иттердің бүйрек кесінділерімен жасаған жұмысымен ұсынылды, онда гидрокортизон кесінділердің 30 сағат сақтаудан кейін PAH және оттекті шығару қабілетін жақсартты; Лотке гидрокортизонның бұл эксперименттерде лизосомалық мембрананы тұрақтандырушы ретінде әрекет етуі мүмкін екенін болжады. Белзердің моделінің басқа компоненттері эмпирикалық түрде алынды. Инсулин мен магний жасанды гибернацияны тудыруға тырысу үшін жартылай қолданылды, өйткені Суомалайнен бұл режимді табиғи гибернаторларда гибернацияны тудыру үшін тиімді деп тапты. Магний сонымен қатар метаболикалық тежеуші ретінде де берілді.

Құрылымдық зақымдану

Бұрын зақымдалмаған бүйректерді 72 сағаттық гипотермиялық сақтау кезінде болатын құрылымдық өзгерістерді Маккей сипаттады, ол жасушалардың цитоплазмасының прогрессивті вакуоляциясын көрсетті, бұл әсіресе проксимальды түтікшелерге әсер етті. Электронды микроскопияда митохондриялардың ішкі кристалл мембраналарының ерте ажырауы және кейіннен барлық ішкі құрылымның жоғалуы байқалды. Лизосомалық тұтастығы соңғы кезеңге дейін сақталды, ал жасушаның жойылуы литикалық ферменттердің әсерінен туындаған жоқ, себебі лизосомаларға жақын жердегі зақымдану қалған жасушаға қарағанда артық болған жоқ. Вудс пен Лю де имплантациядан кейін 1 сағаттан соң биопсия жасады. Электронды микроскопияда Хилл қайта имплантациядан кейін фибриннің жиналуымен байланысты эндотелийдің зақымдануын анықтады. Жарық микроскопиясында Хилл гломерульдердегі өзгерістерді сирек кездесетін фибрин тромбтары және полиморфтардың инфильтрациясы ретінде байқады. Хилл бұл өзгерістердің иммунологиялық себепті зақымдану екенін болжады, бірақ гистологиялық зақымданудың ауырлығы мен иммуноглобулиннің болуы немесе болмауы арасында байланыс жоқ екенін анықтады. Перфузиялық сақтау кезінде бүйректердің өндірген зәрларын талдау туралы бірнеше хабарламалар бар. Кастагир 24 сағаттық перфузия кезінде алынған зәрдің перфузаттың ультрафильтраты екенін анықтады, Скотт 24 сағаттық сақтау кезінде зәрде ақуыздың іздерін тапты, ал Педерсон 36 сағаттық перфузиядан кейін тек ақуыздың іздерін тапты. Педерсон бұрынғы тәжірибелерінде ауыр протеинурияны тапқанын айтты. Вудс 36 сағаттық сақтаудан кейін бүйректердің тірі қалу қабілеті мен иттің бүйрек қабығының су мазмұны арасындағы маңызды корреляцияны анықтады. Бұл механизмді Na+K+ белсенді АТФаза ферменттік жүйесі қамтамасыз етеді және суықпен тежеледі. Леви 10°C температурада метаболикалық белсенділіктің, оттегі тұтыну арқылы өлшенгенде, қалыпты деңгейдің шамамен 5%-ына дейін төмендегенін анықтады және барлық ферменттік жүйелер гипотермияның әсеріне ұқсас болатындықтан, 10°C температурада АТФаза белсенділігі айтарлықтай төмендейді. Дегенмен, бұл АТФазаның суыққа сезімталдығы тіндер мен түрлер арасында өзгешеліктерге байланысты, бұл гипотермияға тіндердің төзімділігіндегі айырмашылықтарды түсіндіруге болады. Мартин иттің бүйрек қабығының жасушаларында 10°C температурада АТФаза белсенділігінің қалдықтары бар екенін, бірақ 0°C температурада жоқ екенін көрсетті. Бауыр және жүрек жасушаларында белсенділік 10°C температурада толығымен тежелді, ал АТФазаның суыққа сезімталдығындағы бұл айырмашылық бауыр және жүрек жасушаларының гипотермиялық сақтау кезінде жасуша ісінуін бақылаудағы қиындықтармен байланысты. Тамыр қабырғаларында ерекше АТФаза табылған, және Белзер 10°C температурада оның толығымен тежелетінін көрсетті, ал бүйрек қабығының жасушаларында АТФаза бұл температурада әлі де белсенді болып қалады. Бұл тәжірибелер аорта эндотелийінде жүргізілді, бірақ егер бүйректің тамыр эндотелийінің қасиеттері осыған ұқсас болса, онда тамыр зақымдануы бүйректің ұзақ сақталуының шектеуші факторы болуы мүмкін. Уиллис гибернация жасайтын жануарлардың төмен температурада тірі қалу қабілетінің бір бөлігін 5°C температурада натрий мен калийді жасушалық мембраналар арқылы белсенді түрде тасымалдайтын Na+K+ АТФазаның болуымен байланысты екенін көрсетті; бұл тасымалдау жылдамдығы гибернация жасайтын емес жануарларға қарағанда алты есе жоғары, және жасуша ісінуін болдырмау үшін жеткілікті. Тіннің салқындау жылдамдығы ферменттік жүйелерге зақым келтіруде маңызды рөл атқаруы мүмкін. Франкавилла бауыр тілімдерінің тез салқындатылғанда (6 минут ішінде 12°C дейін салқындату) 37°C дейін қайта жылыту кезінде өлшенген анаэробты гликолиздің белсенділігі кешіктірілген салқындатуға ұшыраған тілімдердегі белсенділіктен шамамен 67%-ға төмендегенін көрсетті. Алайда, иттің бүйрек тілімдері бауыр тілімдеріне қарағанда тез салқындатудан аз зақымдалды.

Аноксия

Барлық жасушалар метаболизмі үшін энергия көзі ретінде АТФ қажет. Бүйрек, бүйрек қабығының жасушалары анаэробты жағдайда жасушалардың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жеткілікті АТФ өндіре алмағанда аноксиядан зақымданады. Бүйректі алып тастау кезінде бүйрек артериясын бөлу мен бүйректі салқындату аралығында сөзсіз аноксия пайда болады. Бергстром көрсеткендей, иттердің бүйрегінің қабық жасушаларындағы АТФ мазмұнының 50% бүйрек артериясын қысқаннан кейін 1 минут ішінде жоғалады, ал Варник бүкіл егеуқұйрықтардың бүйректерінде де ұқсас нәтижелерді тапты, 30 секундтық жылы аноксиядан кейін жасушалық АТФ 50%-ға төмендеді. Варник пен Бергстром сондай-ақ, бүйректі алып тастағаннан кейін дереу салқындату АТФ жоғалуын едәуір азайтатынын көрсетті. Жылы зақымдалмаған бүйректерге оттегімен байытылған гипотермиялық плазма құйылғанда, 24 сағат сақтағаннан кейін АТФ деңгейі 50%-ға төмендеді, ал 48 сағаттан кейін тіндердегі АТФ деңгейі сәл жоғары болды, бұл АТФ синтезінің жүргенін көрсетеді. Пегг көрсеткендей, қоян бүйректері жылы зақымдалғаннан кейін перфузиялық сақтау кезеңінен кейін АТФ-ты қайта синтездей алады, бірақ жылы зақымдалмаған бүйректерде қайта синтез болмайды. Жылы аноксия бүйректі сақтағаннан кейін қайта имплантациялау кезінде де пайда болуы мүмкін. Лэннон сукцинат метаболизмін өлшеу арқылы бүйректің сақтаудан кейін пайда болған жылы гипоксияға, сақтаудан бұрын пайда болған жылы гипоксияға қарағанда сезімтал екенін көрсетті.

Қажетті қоректік заттардың жетіспеуі

Глюкозаның белсенді метаболизмін бикарбонат өндірісімен бірге Петтерсон мен Коэн көрсетті. Нормалық температурада май қышқылдары қоянның бүйрек қабығының басым субстраты екенін, ал глюкоза әдетте анаэробты түрде метаболизмге ұшыраған мидальдік жасушалардың басым субстраты болып табылады. Абодейли май қышқылдары мен глюкозаны қоян бүйрегінің сыртқы медуласы пайдалана алатынын, бірақ глюкоза артықшылықпен пайдаланылатынын көрсетті. Гипотермия кезінде бүйректің метаболизм қажеттілігі едәуір төмендейді, бірақ глюкоза, май қышқылдары және кетон денелерінің өлшенетін тұтынуы болады. Horsburgh бүйрек перфузатына олеат қосылмаса, 24 сағаттан кейін липидтің 35%-ға дейін жоғалуын байқады. Хуанның айтуынша, бұл жоғалту жасуша құрылымына әсер етуі мүмкін және бүйрек май қышқылын пайдаланып жатқанын көрсетеді. Кейінгі жарияланымда Хуан 10°C температурада ит бүйрек қабығының тілімдері май қышқылдарын метаболизмдейтінін, бірақ глюкозаны емес екенін көрсетті. Дұрыс қоректік заттар берілсе де, олар консервілеу жүйесінің түтігіне сіңіп жоғалуы мүмкін. Ли силикон резеңкесінің (бүйректі сақтау жүйелерінде кеңінен қолданылатын материал) 4 сағаттық перфузиядан кейін перфузаттың олеин қышқылының 46%-ын сіңіретінін көрсетті.

Токсиндердің жинақталуы

Абуна 3 күн сақталған бүйректерді перфузиялау кезінде аммиактың перфузатқа бөлінетінін көрсетті және егер перфузат жиі алмастырылмаса, бұл бүйрек жасушалары үшін зиянды болуы мүмкін деп болжады. Лю ұзақ перфузиялар кезінде перфузатты алмастырудың пайдалы екенін көрсетті, сондай-ақ 96 сағаттық сақтау сапасы перфузаттың екі еселенген көлемін қолдану арқылы немесе перфузатты алмастыру арқылы жақсартылғанын анықтады. Дегенмен, Грундманн жасаған қорытындылар тек 3 иттің бақылау тобымен салыстыруға негізделген. Коэн оның тазалау сұйықтықтарының құрамындағы прокаиннің зиянды болуы мүмкін екенін көрсетті, ал Пегг ПВХ пластификаторлары сияқты зиянды заттардың перфузиялық контурдың түтікшелерінен жуылуы мүмкін екенін атап өтті. Дворак Вудстың маңызды деп есептеген перфузатқа метилпреднизолон қосылуы, гипотермиялық жағдайда сақталған егешкілердің бүйректерінде 16 сағат ішінде бір тізбекті ДНК үзілуіне әкелетінін көрсетті, ал Коллинз немесе Сакс ерітінділерінде сақтау бұл зақымдануды аздап тежеді. Бұл ядролық зақымдану жылумен зақымданудан өзгеше, онда екі тізбекті ДНК үзіледі.

Қан тамырлары жүйесінің механикалық зақымдануы

Перфузияны сақтау әдістері бүйректің қан тамырлары эндотелийіне механикалық зақым келтіруі мүмкін, бұл артериялық тромбозға немесе қайта имплантациядан кейін фибрин шөгуіне алып келеді. Хилл бүйрек артериясына қосылған канюлядан алыс жерде қалай сәулелі жарақат тудыруға болатынын көрсетті, бұл канюля орнынан шамамен 1 см қашықтықта артериялық тромбозға әкелді.

Қайта орнатқаннан кейінгі жарақат

Иммунологиялық механизмдер қайта имплантацияланғаннан кейін гипотермиялық перфузиядан өткен бүйректерге зиян келтіруі мүмкін, егер перфузаттың құрамында нақты антиденелер болса. Кросс екі жұп адам мәйітінен алынған бүйректі бірдей уақытта, бірінші жұпқа типтік HLA антиденелері бар криопреципитацияланған плазмамен перфузиялады. Осы екі бүйректің екеуінде де ерте сатыда артериялық тромбоз пайда болды. Лайт перфузиялық сақтаудан кейін ұқсас жедел қабылдамау реакциясын сипаттады және пайдаланылған криопреципитацияланған плазмада цитотоксикалық IgM антиденелері бар екенін көрсетті. Криопреципитацияланған плазманы қолданудың осы потенциалды қаупін Filo эксперименттік жолмен көрсетті: ол 24 сағат бойы иттің бүйректерін арнайы сезімталдандырылған криопреципитацияланған иттің плазмасымен перфузиялады және капиллярлардың кеңеюі, эндотелийдің ісінуі, полиморфонуклеарлық лейкоциттердің инфильтрациясы және артериялық тромбозбен қатар гломерулярлық және тамырлық зақымдануларды тудыра алды. Иммунофлуоресценттік микроскопия эндотелий беттерінде, гломерульдерде және тамырларда IgG-нің нақты байланысын көрсетті. Қайта имплантациядан кейін комплементті бекіту және тіндердің зақымдануы ұқсас үлгіде жүрді. Гистологиялық зақымданудың ауырлығы мен бүйректің кейінгі функциясы арасында белгілі бір корреляция байқалды. Көптеген зерттеушілер қайта имплантация кезінде бүйректің қайта жылынуын болдырмауға тырысты, бірақ Коэн ғана белсенді салқындату жүйесін қолдануды сипаттады. Ол бүйрек қайта имплантациясы операциясының соңында тамырлық қысқыштарды баяу босату арқылы бүйрекке зақым келтірмейтіндігін көрсетті, бірақ басқа зерттеушілер осы маневрді қолданған-қолданбағанын айтқан жоқ. Коэн перфузиялық сақтаудың 3 күнінен кейін ішкі қан кетуімен бірге тамыр зақымдануын анықтағаннан кейін, барлық келесі эксперименттерде ішкі тамырлардың тонусын қалпына келтіруге жеткілікті уақыт беру мақсатында, нәзік гломерулярлық тамырларға толық систолалық қысымның түсуін болдырмау үшін баяу реваскуляризациялау әдісі қолданылды. Оның кейінгі перфузияларында ірі тамырлардың зақымдануының болмауы осы маневрді қолданумен байланысты болуы мүмкін.