Введение
Реперфузионное повреждение, иногда называемое повреждением при ишемии-реперфузии (IRI) или повреждением при реоксигенации, – это повреждение тканей, возникающее при восстановлении кровоснабжения после периода ишемии или недостатка кислорода (аноксии или гипоксии). Отсутствие кислорода и питательных веществ в крови во время ишемии создает условия, при которых восстановление кровообращения приводит к воспалению и окислительному повреждению посредством индукции окислительного стресса, а не (или наряду с) восстановлением нормальной функции. Реперфузионное повреждение отличается от синдрома церебральной гиперперфузии (иногда называемого "синдромом реперфузии"), характеризующегося аномальным расширением сосудов головного мозга.
Reperfusion injury, sometimes called ischemia reperfusion injury (IRI) or reoxygenation injury, is the tissue damage caused when blood supply returns to tissue (re + perfusion) after a period of ischemia or lack of oxygen (anoxia or hypoxia). The absence of oxygen and nutrients from blood during the ischemic period creates a condition in which the restoration of circulation results in inflammation and oxidative damage through the induction of oxidative stress rather than (or along with) restoration of normal function. Reperfusion injury is distinct from cerebral hyperperfusion syndrome (sometimes called "Reperfusion syndrome"), a state of abnormal cerebral vasodilation.
Механизмы
Реперфузия ишемических тканей часто сопровождается повреждением микрососудов, особенно из-за увеличения проницаемости капилляров и артериол, что приводит к усилению диффузии и фильтрации жидкости в ткани. Активированные эндотелиальные клетки после реперфузии производят больше реактивных видов кислорода, но меньше оксида азота, и этот дисбаланс вызывает последующую воспалительную реакцию. Воспалительный ответ частично ответственен за повреждения при реперфузионной травме. Лейкоциты, приносимые в область вновь восстановившегося кровотока, высвобождают множество воспалительных факторов, таких как интерлейкины, а также свободные радикалы в ответ на повреждение тканей. Восстановленный кровоток вновь доставляет кислород в клетки, повреждая клеточные белки, ДНК и плазматическую мембрану. Повреждение клеточной мембраны, в свою очередь, может приводить к высвобождению большего количества свободных радикалов. Эти реактивные виды также могут косвенно участвовать в окислительно-восстановительной сигнализации, запуская апоптоз. Лейкоциты также могут прикрепляться к эндотелию мелких капилляров, закупоривая их и усугубляя ишемию. Контроль этих процессов является предметом продолжающихся исследований. Повторяющиеся эпизоды ишемии и реперфузионной травмы также считаются фактором, способствующим образованию и незаживлению хронических ран, таких как пролежни и язвы диабетической стопы. Постоянное давление ограничивает кровоснабжение и вызывает ишемию, а воспаление возникает при реперфузии. При повторении этот процесс в конечном итоге повреждает ткани настолько, что образуется рана. Было установлено, что недостаток кислорода приводит к состоянию, при котором митохондриальный комплекс I теряет свой естественный кофактор – мононуклеотид флавина (FMN) – и становится неактивным. В присутствии кислорода фермент катализирует физиологическую реакцию окисления NADH убихиноном, обеспечивая электронами нижележащие звенья дыхательной цепи (комплексы III и IV). Ишемия приводит к резкому увеличению уровня сукцината. В присутствии сукцината митохондрии катализируют обратный перенос электронов, направляя часть электронов из сукцината вверх по течению к FMN комплекса I. Обратный перенос электронов приводит к восстановлению FMN комплекса I, увеличению образования ROS, сопровождаемому потерей восстановленного кофактора (FMNH2) и нарушению выработки энергии митохондриями. Реперфузионное повреждение является серьезной проблемой при хирургии трансплантации печени.
Терапевтическая гипотермия
Однако терапевтический эффект гипотермии не ограничивается только метаболизмом и стабильностью мембран. Другое направление исследований сосредоточено на способности гипотермии предотвращать повреждения, возникающие после восстановления кровообращения в мозге, или так называемые реперфузионные повреждения. Фактически, человек, перенесший ишемическое повреждение, продолжает испытывать негативные последствия даже после восстановления кровотока. На крысах было показано, что нейроны часто погибают спустя полные 24 часа после возобновления кровоснабжения. Некоторые предполагают, что эта отсроченная реакция обусловлена различными воспалительными иммунными ответами, происходящими во время реперфузии. Эти воспалительные ответы вызывают повышение внутричерепного давления, которое приводит к повреждению клеток и, в некоторых случаях, к их гибели. Гипотермия, как было показано, помогает регулировать внутричерепное давление и, следовательно, минимизировать вредное воздействие воспалительных иммунных ответов пациента во время реперфузии. Помимо этого, реперфузия также увеличивает образование свободных радикалов. Гипотермия также продемонстрировала способность снижать выработку опасных свободных радикалов у пациента во время реперфузии. Многие сейчас полагают, что улучшение состояния пациента после закупорки кровотока в мозге, вызванное гипотермией, связано именно с тем, что она снижает как внутричерепное давление, так и образование свободных радикалов.
Обработка сероводородом
Существуют предварительные исследования на мышах, которые, по всей видимости, свидетельствуют о том, что лечение сульфидом водорода (H2S) может оказывать защитный эффект при ишемии-реперфузии.
Циклоспорин
В дополнение к хорошо известным иммуносупрессивным свойствам, однократное введение циклоспорина во время чрескожной коронарной интервенции (ЧКВ) показало снижение размера инфаркта на 40% в небольшом пилотном исследовании на людях с повреждением при реперфузии, опубликованном в журнале The New England Journal of Medicine в 2008 году. В исследованиях подтверждено, что циклоспорин ингибирует действие циклофилина D, белка, который при избыточном внутриклеточном потоке кальция взаимодействует с другими компонентами поры и способствует открытию митохондриальной поры перехода (MPT-поры). Показано, что ингибирование циклофилина D предотвращает открытие MPT-поры и защищает митохондрии и клеточное производство энергии от избыточного притока кальция. Реперфузия вызывает биохимический дисбаланс в клетке, приводящий к гибели клеток и увеличению размера инфаркта. В частности, перегрузка кальцием и избыточное образование активных форм кислорода в первые минуты после реперфузии запускают каскад биохимических изменений, приводящих к открытию так называемой митохондриальной поры перехода (MPT-поры) в митохондриальной мембране кардиомиоцитов. Открытие MPT-поры приводит к поступлению воды в митохондрии, вызывая их дисфункцию и коллапс. При коллапсе кальций высвобождается, перегружая следующие митохондрии в каскадной последовательности событий, что приводит к снижению или полной остановке выработки энергии митохондриями, поддерживающими жизнедеятельность клетки. Прекращение выработки энергии приводит к гибели клеток. Защита митохондрий является перспективной кардиопротекторной стратегией. В 2008 году в редакционной статье в New England Journal of Medicine был вынесен призыв к проведению дополнительных исследований для определения возможности использования циклоспорина в качестве средства для уменьшения повреждения при реперфузии путем защиты митохондрий.
TRO40303
TRO40303 – это новое кардиопротекторное соединение, которое, как было показано, ингибирует МПТ-пору и снижает размер инфаркта после ишемии-реперфузии. Оно было разработано компанией Trophos и в настоящее время находится на первой фазе клинических испытаний.
Терапия стволовыми клетками
Недавние исследования указывают на возможное благоприятное воздействие мезенхимальных стволовых клеток на повреждение сердца и почек при реперфузии.
Супероксид дисмутаза
Супероксиддисмутаза – эффективный антиоксидантный фермент, который превращает супероксидные анионы в воду и перекись водорода. Недавние исследования продемонстрировали значительные терапевтические эффекты в доклинических моделях реперфузионного повреждения после ишемического инсульта.
Метформин
Серия исследований 2009 года, опубликованных в журнале Journal of Cardiovascular Pharmacology, предполагает, что метформин может предотвращать повреждение миокарда при реперфузии путем ингибирования митохондриального комплекса I и открытия МПТ-поры у крыс.
Рибофлавин
В неонатальной модели ишемии/реперфузии мозга in vivo повреждение тканей может быть уменьшено введением прекурсора FMN, рибофлавина, который предотвращает инактивацию митохондриального комплекса I.
Каннабиноиды
Исследование, опубликованное в 2012 году, показало, что синтетический аналог фитоканнабиноида тетрагидроканнабиварина (THCV), Δ8-тетрагидроканнабиварин (Δ8 THCV) и его метаболит 11-OH-Δ8 THCV предотвращают повреждение печени при ишемии/реперфузии, снижая окислительный стресс и воспалительные реакции посредством каннабиноидных CB2-рецепторов, тем самым уменьшая повреждение тканей и воспаление и оказывая защитное действие против повреждения печени. Предобработка антагонистом CB2-рецепторов ослабила защитный эффект Δ8 THCV, в то время как антагонист CB1, напротив, имел тенденцию усиливать его. Более раннее исследование, опубликованное в 2011 году, показало, что каннабидиол (CBD) также защищает от ишемического/реперфузионного повреждения печени, ослабляя воспалительную сигнализацию и реакцию на окислительный и нитративный стресс, и, следовательно, предотвращая гибель клеток и повреждение тканей, но независимо от классических CB1 и CB2-рецепторов.
Защита от реперфузии в обязательных режимах спячки
Обязательные хибернанты, такие как суслики, демонстрируют устойчивость к ишемии/реперфузии (И/Р) в печени, сердце и тонком кишечнике в сезон зимней спячки, когда происходит переход от углеводного к липидному метаболизму для обеспечения клеток энергией. Этот метаболический переход ограничивает анаэробный метаболизм и образование лактата – признака неблагоприятного прогноза и многоорганной недостаточности (МОН) после И/Р-повреждения. Кроме того, усиление липидного метаболизма приводит к образованию кетоновых тел и активации пероксисомных пролифератор-активированных рецепторов (PPAR), оба из которых, как показано, оказывают защитное действие при И/Р-повреждении.