Реперфузионное повреждение , иногда называемое ишемически-реперфузионным повреждением ( ИРП ) или реоксигенационным повреждением , представляет собой повреждение тканей , вызванное возвращением кровоснабжения к тканям ( ре- + перфузия ) после периода ишемии или недостатка кислорода (аноксии или гипоксии ). Отсутствие кислорода и питательных веществ в крови во время ишемического периода создает состояние, при котором восстановление кровообращения приводит к воспалению и окислительному повреждению посредством индукции окислительного стресса , а не (или вместе с) восстановлением нормальной функции.
Реперфузионное повреждение отличается от синдрома церебральной гиперперфузии (иногда называемого «реперфузионным синдромом») — состояния аномальной церебральной вазодилатации.
Реперфузия ишемических тканей часто связана с микрососудистым повреждением, особенно из-за повышенной проницаемости капилляров и артериол, что приводит к увеличению диффузии и фильтрации жидкости через ткани. Активированные эндотелиальные клетки производят больше активных форм кислорода , но меньше оксида азота после реперфузии, и дисбаланс приводит к последующей воспалительной реакции. [1] Воспалительная реакция частично ответственна за повреждение реперфузионного повреждения. Белые кровяные клетки , переносимые в область вновь возвращающейся кровью, высвобождают множество воспалительных факторов, таких как интерлейкины , а также свободные радикалы в ответ на повреждение тканей. [2] Восстановленный кровоток повторно вводит кислород в клетки , что повреждает клеточные белки , ДНК и плазматическую мембрану . Повреждение клеточной мембраны может, в свою очередь, вызвать высвобождение большего количества свободных радикалов. Такие активные виды могут также косвенно действовать в окислительно-восстановительной сигнализации, чтобы включить апоптоз . Белые кровяные клетки также могут связываться с эндотелием мелких капилляров , закупоривая их и приводя к еще большей ишемии. [2]
Реперфузионное повреждение играет важную роль в биохимии гипоксического повреждения мозга при инсульте . Аналогичные процессы отказа вовлечены в мозговую недостаточность после устранения остановки сердца ; [3] контроль этих процессов является предметом текущих исследований. Повторные приступы ишемии и реперфузионного повреждения также считаются фактором, ведущим к образованию и неспособности заживления хронических ран, таких как пролежни и диабетическая язва стопы . [4] Постоянное давление ограничивает кровоснабжение и вызывает ишемию, а воспаление возникает во время реперфузии. Поскольку этот процесс повторяется, он в конечном итоге повреждает ткань достаточно, чтобы вызвать рану . [4]
Основной причиной острой фазы ишемии-реперфузионного повреждения является кислородное голодание и, следовательно, остановка генерации АТФ (клеточной энергетической валюты) окислительным фосфорилированием митохондрий . Повреждение тканей из-за общего дефицита энергии во время ишемии сопровождается реперфузией (повышением уровня кислорода), когда повреждение усиливается. Митохондриальный комплекс I считается наиболее уязвимым ферментом для тканевой ишемии/реперфузии, но механизм повреждения различен в разных тканях. Например, ишемия/реперфузионное повреждение мозга опосредуется через окислительно-восстановительную инактивацию комплекса I. [5] Было обнаружено, что недостаток кислорода приводит к состояниям, при которых митохондриальный комплекс I теряет свой естественный кофактор, флавинмононуклеотид (ФМН), и становится неактивным. [6] При наличии кислорода фермент катализирует физиологическую реакцию окисления НАДН убихиноном , поставляя электроны ниже по дыхательной цепи (комплексы III и IV). Ишемия приводит к резкому повышению уровня сукцината . [7] В присутствии сукцината митохондрии катализируют обратный перенос электронов , так что часть электронов от сукцината направляется вверх по течению к FMN комплекса I. [8] Обратный перенос электронов приводит к восстановлению FMN комплекса I, увеличению образования ROS, за которым следует потеря восстановленного кофактора (FMNH 2 ) и ухудшение выработки энергии митохондриями. [8] Потеря FMN из-за повреждения комплекса I и I/R может быть уменьшена путем введения предшественника FMN, рибофлавина. [6]
Реперфузия может вызвать гиперкалиемию . [9]
Реперфузионное повреждение является основной проблемой при трансплантации печени . [10]
Однако [ необходимо уточнение ] терапевтический эффект гипотермии не ограничивается метаболизмом и стабильностью мембран. Другая школа мысли фокусируется на способности гипотермии предотвращать повреждения, возникающие после восстановления кровообращения в мозге, или то, что называется реперфузионными повреждениями. Фактически, человек, страдающий от ишемического инсульта, продолжает страдать от повреждений и после восстановления кровообращения. Было показано, что у крыс нейроны часто умирают в течение целых 24 часов после восстановления кровотока. Некоторые предполагают, что эта отсроченная реакция возникает из-за различных воспалительных иммунных реакций, возникающих во время реперфузии. [11] Эти воспалительные реакции вызывают внутричерепное давление, давление, которое приводит к повреждению клеток и в некоторых ситуациях к гибели клеток. Было показано, что гипотермия помогает смягчить внутричерепное давление и, следовательно, минимизировать вредное воздействие воспалительных иммунных реакций пациента во время реперфузии. Помимо этого, реперфузия также увеличивает выработку свободных радикалов. Было показано, что гипотермия также минимизирует выработку смертоносных свободных радикалов у пациента во время реперфузии. Многие теперь подозревают, что гипотермия улучшает результаты лечения пациентов после блокады притока крови к мозгу, поскольку она снижает как внутричерепное давление, так и выработку свободных радикалов. [12]
Существуют некоторые предварительные исследования на мышах, которые, по-видимому, указывают на то, что лечение сероводородом (H 2 S) может иметь защитный эффект против реперфузионного повреждения. [13]
В дополнение к его хорошо известным иммуносупрессивным свойствам, было обнаружено, что однократное введение циклоспорина во время чрескожного коронарного вмешательства (ЧКВ) обеспечивает 40-процентное уменьшение размера инфаркта в небольшом групповом исследовании пациентов с реперфузионным повреждением, опубликованном в The New England Journal of Medicine в 2008 году. [14]
Циклоспорин, как было подтверждено в исследованиях, ингибирует действие циклофилина D, белка, который индуцируется чрезмерным внутриклеточным потоком кальция для взаимодействия с другими компонентами поры и помогает открыть пору MPT. Было показано, что ингибирование циклофилина D предотвращает открытие поры MPT и защищает митохондрии и производство клеточной энергии от чрезмерного притока кальция. [15]
Однако исследования CIRCUS и CYCLE (опубликованные в сентябре 2015 г. и феврале 2016 г. соответственно) рассматривали использование циклоспорина в виде однократной внутривенной дозы, вводимой непосредственно перед перфузионной терапией (PCI). Оба исследования не выявили статистической разницы в результатах при введении циклоспорина. [16] [17]
Реперфузия приводит к биохимическому дисбалансу внутри клетки, что приводит к гибели клетки и увеличению размера инфаркта. В частности, перегрузка кальцием и избыточное производство активных форм кислорода в первые несколько минут после реперфузии запускают каскад биохимических изменений, которые приводят к открытию так называемой митохондриальной поры перехода проницаемости (MPT-поры) в митохондриальной мембране сердечных клеток. [15]
Открытие поры MPT приводит к притоку воды в митохондрии, что приводит к митохондриальной дисфункции и коллапсу. После коллапса кальций затем высвобождается, чтобы подавить следующую митохондрию в каскадной серии событий, которые вызывают снижение или полную остановку выработки энергии митохондриями, поддерживающей клетку. Прекращение выработки энергии приводит к клеточной смерти. Защита митохондрий является жизнеспособной кардиопротекторной стратегией. [18]
В 2008 году редакционная статья в New England Journal of Medicine призвала к проведению дополнительных исследований, чтобы определить, может ли циклоспорин стать средством для улучшения реперфузионного повреждения путем защиты митохондрий. [18] С этой целью в 2011 году исследователи, участвовавшие в оригинальном исследовании NEJM 2008 года, инициировали клиническое исследование фазы III реперфузионного повреждения у 1000 пациентов с инфарктом миокарда в центрах по всей Европе. Результаты этого исследования были объявлены в 2015 году и показали, что «внутривенный циклоспорин не привел к лучшим клиническим результатам, чем плацебо, и не предотвратил неблагоприятное ремоделирование левого желудочка в течение 1 года». [16] Этот же процесс разрушения митохондрий через открытие поры MPT участвует в ухудшении травматических повреждений головного мозга . [19]
TRO40303 — это новое кардиопротекторное соединение, которое, как было показано, ингибирует поры MPT и уменьшает размер инфаркта после ишемии-реперфузии. Оно было разработано компанией Trophos и в настоящее время находится в фазе I клинических испытаний . [20]
Недавние исследования предполагают возможное благотворное влияние мезенхимальных стволовых клеток на реперфузионное повреждение сердца и почек. [21] [22]
Супероксиддисмутаза — эффективный антиоксидантный фермент, который преобразует супероксидные анионы в воду и перекись водорода. Недавние исследования показали значительные терапевтические эффекты на доклинических моделях реперфузионного повреждения после ишемического инсульта. [23] [24]
Серия исследований 2009 года, опубликованных в журнале «Журнал кардиоваскулярной фармакологии», предполагает, что метформин может предотвращать повреждение сердца, вызванное реперфузией, путем ингибирования митохондриального комплекса I и открытия пор MPT у крыс. [25] [26]
В неонатальной модели ишемии/реперфузии мозга in vivo повреждение тканей можно облегчить путем введения предшественника ФМН, рибофлавина, который предотвращает инактивацию митохондриального комплекса I. [6] [27]
Исследование, опубликованное в 2012 году, показывает, что синтетический аналог фитоканнабиноида тетрагидроканнабиварина ( THCV ), Δ 8 -тетрагидроканнабиварин (Δ 8 -THCV) и его метаболит 11-OH-Δ 8 -THCV, предотвращают ишемию печени /реперфузионное повреждение за счет снижения окислительного стресса и воспалительных реакций через каннабиноидные рецепторы CB2 и тем самым уменьшают повреждение тканей и воспаление с защитным эффектом против повреждения печени. Предварительная обработка антагонистом рецептора CB2 ослабила защитное действие Δ 8 -THCV, в то время как антагонист CB1 имел тенденцию усиливать его. [28]
Более раннее исследование, опубликованное в 2011 году, показало, что каннабидиол (КБД) также защищает от ишемии печени/реперфузионного повреждения, ослабляя воспалительную сигнализацию и реакцию окислительного и нитрационного стресса, и, таким образом, гибель клеток и повреждение тканей , но независимо от классических рецепторов CB1 и CB2. [29]
Облигатные гибернаторы, такие как суслики, демонстрируют устойчивость к ишемии/реперфузионному (И/Р) повреждению печени, сердца и тонкого кишечника во время сезона гибернации, когда происходит переключение с метаболизма углеводов на метаболизм липидов для обеспечения клеток энергией. [30] [31] [32] Это метаболическое переключение ограничивает анаэробный метаболизм и образование лактата , предвестника плохого прогноза и полиорганной недостаточности (МОН) после И/Р повреждения. Кроме того, увеличение липидного метаболизма генерирует кетоновые тела и активирует рецепторы, активируемые пролиферацией пероксисом (PPARs), оба из которых, как было показано, защищают от И/Р повреждения. [33]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )