PART Ⅰ: Necessitats metabòliques de l'empelt de ronyó sotmès a perfusió de màquina normotèrmica
Mar 21, 2022
ali.ma@wecistanche.com
PART Ⅰ: Necessitats metabòliques de l'empelt renal sotmès a perfusió de màquina normotèrmica
Asel S. Arykbaeva, Dorottya K. de Vries & et al.
El repte clau en el trasplantament d'òrgans és el globalescassetat d'òrgans donants. A causa de les demandes urgents, la majoria dels centres de trasplantament estan adoptant progressivament òrgans de donants grans i de major risc. Al mateix temps, molts empelts es descarten a causa del risc percebut que aquests òrgans no funcionin o funcionin de manera subòptima després del trasplantament”. Una estratègia per augmentar la utilitat de l'empelt i millorar els resultats del trasplantament és la implementació d'eines d'avaluació de la qualitat més objectives mitjançant la perfusió ex situ dels òrgans del donant, creant així una finestra per a les proves funcionals i la millora de la viabilitat de l'empelt perfós, 4R: reanimació, reparació. ,' rejoveniment i regeneració. Diversos assaigs han demostrat que la perfusió de màquina hipotèrmica ex situ per a empelts de ronyó és factible i segura, i millora els resultats clínics. Un pas següent obvi va ser la introducció de la màquina de perfusió (sub)normotèrmica (NMP). Tot i que la viabilitat de NMP s'ha demostrat en diversos assaigs, els protocols actuals de NMP renal reflecteixen estudis pioners de prova de concepte, estudis que es refereixen principalment a períodes curts de NMP. Els prerequisits metabòlics específics poden, fins a cert punt, variar amb els objectius específics de la perfusió; les 4 Rs. La perfusió més curta que té com a objectiu la reanimació, el rejoveniment i l'avaluació funcional hauria de proporcionar els metabòlits que mantinguin de manera òptima la flexibilitat metabòlica. Les perfusions més llargues que tenen com a objectiu la reparació i el rejoveniment vénen amb la necessitat addicional de factors anabòlics, com ara aminoàcids i vitamines essencials. Tots els protocols actuals es basen en la perfusió contínua amb glòbuls vermells o un transportador alternatiu d'oxigen, una solució isotònica o/i col·loide, com l'albúmina, i glucosa i aminoàcids2-5,10-1 com a font d'energia .4 A la taula 1.33,9,10 es proporciona una visió general detallada dels protocols publicats (inclosa la composició del perfusat).
Feu clic a cistanche para que sirve per al ronyó
A partir de l'observació que tots els estudis NMP de ronyons humans 5,12,13 fins ara informen de nivells acumulats de lactat perfusat, es podria argumentar que no s'estableix un estat metabòlic fisiològic en les condicions actuals de NMP.5 "Tot i que aquest fenomen pot reflectir-se. l'ús de ronyons descartats, també s'observa acumulació de lactat durant la NMP dels ronyons acceptats per a trasplantament, per tant, els protocols de perfusió NMP actuals encara no comporten les condicions òptimes necessàries per a la inducció d'un estat metabòlic fisiològic en empelts viables, i molt menys que els protocols imiten les condicions òptimes per a les proves de viabilitat o perfusions prolongades necessàries per a la reanimació i/o reparació dels empelts renals anomenats "marginals".
El ronyó és un òrgan metabòlicament altament actiu, amb un requeriment d'energia per massa similar al cor, i té preferències específiques de substrat i funcions metabòliques. Aquests últims aspectes estan clarament il·lustrats pels patrons específics del ronyó d'absorció i alliberament de metabòlits, mostrats per les diferències de concentració arteriovenosa d'òrgans específics, i pel seu paper crucial en l'eliminació del lactat corporal.5. A més, la diversitat funcional del ronyó es tradueix en perfils metabòlics heterogenis. amb diferents preferències de substrat per a cadascuna de les seves subunitats funcionals especialitzades. Com a conseqüència, un protocol NMP òptim hauria d'abordar els requisits metabòlics del ronyó i compensar l'absència del sistema homeostàtic del cos que normalment reposaria nutrients i eliminaria els residus.
La NMP per a les proves de viabilitat o la recuperació dels anomenats empelts de ronyó "marginals" poden tenir requisits encara més exigents. Aquests empelts de ronyó "marginals" constitueixen un grup heterogeni que inclou empelts de donants més antics, empelts de donants percebuts de major risc i/o empelts que han patit un estrès d'obtenció considerable (com ara la isquèmia de punta). Totes aquestes condicions s'associen a una resiliència deteriorada", per tant, els empelts de ronyó "marginals" poden presentar una plasticitat metabòlica deteriorada.1 En conseqüència, l'incompliment dels requisits metabòlics d'aquests òrgans compromesos pot conduir a conclusions injustificades respecte a la seva viabilitat. És probable que es requereixin protocols de perfusió millor adaptats per donar suport a un estat anabòlic i complir els requisits previs metabòlics per a una NMP prolongada destinada a la regeneració de l'empelt ex situ.
L'objectiu d'aquesta revisió és proporcionar un marc teòric dels aspectes metabòlics de la NMP renal (és a dir, com proporcionar un suport metabòlic òptim durant la perfusió de l'empelt). Les conclusions de la revisió poden traduir-se (parcialment) a altres òrgans, però, existeixen diferències profundes específiques d'òrgans pel que fa a la preferència del substrat. Es va considerar una avaluació de les diferències específiques d'òrgans (com els àcids grassos de cadena llarga com a substrat metabòlic preferit del miocardi) fora de l'abast de la revisió. De la mateixa manera, es van considerar aspectes del lliurament d'oxigen fora de l'abast de la revisió. Aquesta revisió s'estructura juntament amb els 3 pols metabòlics principals: hidrats de carboni, àcids grassos i aminoàcids seguits de consideracions sobre l'aportació de micronutrients. Finalment, es proporciona una visió pràctica de les opcions per controlar l'homeòstasi metabòlica en el context de la NMP. Les dades de referència pel que fa als aspectes de la fisiologia metabòlica del ronyó es basen en gran mesura en estudis humans (donants vius) i porcins que van aplicar mostres de sang arteriovenosa sobre el ronyó.
Hidrats de carboni
En general i especialment per al ronyó, els protocols actuals de NMP es basen principalment en la glucosa com a substrat metabòlic per a l'empelt perfós. Tanmateix, l'absència de captació o alliberament de glucosa del ronyó, tal com es determina mitjançant mesures arteriovenoses al ronyó humà, podria implicar un catabolisme renal mínim de la glucosa (figura 1'). Aquesta observació bruta ignora l'organització particular, complexa i espacialment diversa del metabolisme renal dels hidrats de carboni, amb algunes àrees que depenen de la glucòlisi i d'altres que participen activament en la glucosa.
22 Aquesta diversitat segueix l'hetneogènesi funcional.15, heterogeneïtat del ronyó amb àmplies variacions regionals en les taxes metabòliques cel·lulars i profundes diferències en la tensió local d'oxigen. Els glomèruls corticals representen estructures vasculars ben oxigenades que funcionen principalment com a filtres "passius". Els túbuls medul·lars, en canvi, representen una sèrie de bombes altament actives i exigents metabòlicament27,2. Tanmateix, com a conseqüència inevitable del mecanisme de concentració a contracorrent dels bucles de Henle, aspectes de la medul·la més profunda estan exposats a una hipòxia profunda. Per tant, les cèl·lules d'aquesta àrea són glucolítices obligatòries (produeixen acetat) i s'informa com relativament resistents a l'anòxia (figura 2-).
L'absència d'alliberament de lactat, o fins i tot l'absorció neta de lactat de la circulació en condicions fisiològiques5,16,18 implica que el lactat format a la medul·la més profunda s'elimina de manera eficient dins de l'òrgan. Estudis recents van identificar els túbuls proximals com el lloc principal d'eliminació del lactat.
Tot i que la capacitat gluconeogenètica renal pot implicar independència de la glucosa, és important assenyalar que la gluconeogènesi és un procés anabòlic i, per tant, imposa una càrrega energètica evitable a l'empelt. A més, una disponibilitat inadequada de glucosa pot interferir profundament amb la plasticitat metabòlica de l'empelt (és a dir, la capacitat fisiològica de canviar entre diferents substrats metabòlics per mantenir la competència metabòlica). Com a conseqüència, el subministrament d'un subministrament adequat de glucosa és un requisit crític per a NMP. En aquest context, és important tenir en compte que les concentracions suprafisiològiques de glucosa imposaran una càrrega metabòlica evitable sobre els túbuls contorneats proximals (càrrega local) dins d'un ronyó perfós perquè la sang (perfusat) glucosa es filtra a l'ultrafiltrat glomerular i, posteriorment, es reabsorbeix activament en el ronyó. túbul contornejat proximal. Aquest procés de reabsorció de glucosa es troba entre els processos primaris que requereixen energia al ronyó. En conseqüència, des de la perspectiva de minimitzar els requisits energètics durant la NMP, s'ha de mantenir la concentració fisiològica de glucosa perfusat de 3,5 a 5,5 mmol/L. Es podria especular que la interferència farmacèutica amb els transportadors actius de glucosa, com l'inhibidor del cotransportador de sodi-glucosa 2, podria ser un anunci. avantatjós en el context de NMP, ja que minimitza el requisit/càrrega d'energia associada a la reabsorció de glucosa pels túbuls distals. 5,36
Una qüestió encara no resolta és si també s'ha de subministrar insulina durant la NMP. L'entrada de glucosa està controlada per la família de transportadors de glucosa (GLUT), la majoria dels quals són independents de la insulina. Una excepció és el GLUT4 depenent de la insulina, que controla l'eliminació postprandial de glucosa. Com que GLUT4 també s'expressa al ronyó, s'ha de considerar la suplementació d'insulina durant la NMP.
Taula 1|Visió general del maquinari (mode de control de perfusió, pressió i subministrament de gas), la composició del perfusat i els suplements proporcionats durant la NMP del ronyó per als diferents protocols
A part de la captació de lactat, les diferències de concentració arteriovenosa mostren que el ronyó també elimina els àcids orgànics, com el citrat i el malat, de la circulació. Tots dos són intermediaris directes en el cicle de l'àcid cítric. Per al citrat, s'ha especulat que aquesta eliminació reflecteix un mecanisme d'excreció urinària com a part d'un sistema d'eliminació del citrat. No obstant això, els estudis de traçador en ratolins i l'eliminació persistent de citrats per empelts de donants morts anúrics de manera transitoria en la fase immediatament posterior al trasplantament impliquen que el citrat es metabolitza, almenys parcialment, pel ronyó en lloc de només secretar-se a l'orina. "En conseqüència, es podria considerar el citrat. una font de carboni en el context de la NMP renal.
Figura 1|Mesures arteriovenoses de les concentracions de glucosa i creatinina en mostres de sang prerenal (arterial [A]; vermell) i postrenal (venosa [V]; blau) de donants de ronyó vius (san) (n [5) en mostres recollides tal com descriuen Lindeman et al. ., 16 mesurats de manera estàndard pel Laboratori de Química Clínica.( a ) Els nivells inferiors de creatinina venosa il·lustren l'eliminació de creatinina renal. ( b ) La variació de la captació de glucosa entre els diferents donants reflecteix una rotació heterogènia d'hidrats de carboni. Adaptat de Lindeman JH, Wijermars LG, Kostidis S, et al. Els resultats d'una avaluació clínica exploratòria suggereixen que la paràlisi metabòlica post-reperfusió immediata i persistent provoca una lesió d'isquèmia-reperfusió renal. K
Les observacions anteriors impliquen un paper central per al ronyó en el control fisiològic de l'homeòstasi dels carbohidrats i els àcids orgànics. De fet, els estudis clínics mostren que la lesió renal aguda està associada a alteracions profundes en el metabolisme dels hidrats de carboni que inclouen una eliminació de lactat profundament deteriorada. En línies similars, les diferències en la dinàmica del lactat postreperfusió (diferències de concentració arteriovenosa) discriminen entre els diferents nivells de competència metabòlica postreperfusió després del trasplantament de ronyó (figura 3'). En conseqüència, es podria especular que el metabolisme del lactat es pot utilitzar com a lectura de la competència metabòlica de l'empelt. En aquest sentit, es va observar una acumulació progressiva de lactat perfusat en experiments de NMP mitjançant empelts de ronyó humans rebutjats51.15 desafia el restabliment de l'homeòstasi metabòlica fisiològica en les condicions actuals de NMP.
Tot i que l'acumulació de lactat durant la NMP podria reflectir l'eliminació del lactat produït per glòbuls vermells (ja sigui mitjançant l'oxidació directa del lactat i/o, alternativament, la conversió de lactat a glucosa [Cicid de Cori]), és probable que l'acumulació de lactat es relacioni en gran mesura amb el lactat renal en curs. producció com a resultat de la fosforilació oxidativa deteriorada en les condicions actuals de NMP. L'acumulació de nivells de lactat perfusat donarà lloc a una acidosi metabòlica. Tot i que aquesta acidosi es pot corregir de manera eficient mitjançant la valoració del bicarbonat al perfusat, l'acumulació de lactat pot provocar la inhibició del producte de l'activitat de la lactat deshidrogenasa renal i eritròcits i, com a conseqüència, una reducció deteriorada del piruvat format a lactat. Aquest darrer pas de la via glicolítica és fonamental per mantenir la neutralitat de l'oxidació-reducció mitjançant la regeneració de nicotinamida adenina dinucleòtid positiu (NAD plus) a partir del NAD reduït format durant la glucòlisi. Com a conseqüència, la inhibició del producte de la lactat deshidrogenasa resultant dels nivells de lactat acumulats pot provocar estrès d'oxidació-reducció cel·lular.
Figura 2|Visió general esquemàtica dels substrats metabòlics utilitzats pel ronyó en les seves vies simplificades.En condicions normals, el lactat s'utilitza per a la gluconeogènesi i la glucosa, els àcids grassos, la glutamina (aminoàcids) i possiblement el citrat s'utilitzen per alimentar la fosforilació oxidativa. En condicions hipòxiques, o en condicions d'alta demanda energètica, la glucòlisi s'activa, donant lloc a una alliberació neta de lactat del ronyó. NAD, nicotinamida adenina dinucleòtid; NADH, dinucleòtid de nicotinamida adenina reduït; NH3, amoníac.
El ronyó no només comparteix aquesta capacitat de gluconeogènesi amb el fetge, sinó que també té la capacitat d'emmagatzemar glucogen, encara que menys equipat amb un sistema glicogenolític en comparació amb el del fetge. Com a conseqüència, s'informa que el paper de la glucogenòlisi renal en el manteniment dels nivells de glucosa en sang durant el dejuni intermitent és limitat.24 Tot i així, com que es troben associacions inverses entre els dipòsits de glucogen renal i l'abast de la lesió renal isquèmica, els dipòsits de glucogen poden servir com a agent endògen. amortidor energètic en condicions extremes, com ara l'obtenció d'empelt i el trasplantament. En conseqüència, es podria especular que la preservació, o fins i tot el restabliment, de les reserves de glicogen renal per part de la NMP és beneficiosa.
Figura 3|Dinàmica del lactat que il·lustra els diferents nivells de competència metabòlica renal després del trasplantament renal.Les corbes reflecteixen els nivells relatius de lactat renal (vermell) i venós (blau). Rentat inicial del lactat acumulat durant l'emmagatzematge (indicat per la barra grisa) i supressió immediata (donant viu) o retardat (empelt de donant mort sense funció d'empelt retardat [DGF]) de la glucòlisi (indicat per la barra verda). Glucòlisi normòxica persistent transitòria en empelts de donants morts sense i amb DGF (indicat per la barra vermella). Adaptat de Lindeman JH, Wijermars LG, Kostidis S, et al. Els resultats d'una avaluació clínica exploratòria suggereixen que la paràlisi metabòlica post-reperfusió immediata i persistent provoca una lesió d'isquèmia-reperfusió renal.
Àcids grassos
Tot i que els protocols de perfusió actuals estan essencialment centrats en la glucosa, a la vista dels estudis demostren que el ronyó, com el cor, depèn dels àcids grassos com a font principal de combustible. )àcids grassos, el ronyó es basa essencialment en àcids grassos de cadena mitjana (MCFA) (figura 46 i taula suplementària S2).
Figura 4|Diferències de concentració arteriovenosa (AV) en ronyons de donants vius (sans) per a àcids grassos de cadena mitjana (MCFA) i àcids grassos de cadena llarga (LCFA), il·lustrant la preferència del ronyó per MCFA.
La preferència renal pels MCFA té diversos avantatges respecte als àcids grassos de cadena llarga, ja que no depenen de transportadors transmembrana específics per creuar el plasma i les membranes mitocondrials mitjançant transportadors específics i transport de carnitina. Així, els MCFA es poden difondre simplement a través de la membrana mitocondrial interna, on es produeix l'oxidació dels àcids grassos. Amb l'objectiu d'imitar de manera òptima la fisiologia metabòlica renal durant la NMP, s'ha de tenir en compte la provisió de MCFA durant la NMP. En aquest context, la majoria de les formulacions d'emulsió de lípids parenterals es basen essencialment en àcids grassos de cadena llarga i, per tant, no són òptimes per a NMP renal. Tanmateix, hi ha fórmules enriquides amb MCFA: lipofundina (MCFA 10 per cent) i Smoflipid (MCFA 6 per cent). Donada l'aparent oxidació mínima dels àcids grassos de cadena llarga per part del ronyó, podria ser preferible un enriquiment addicional dels MCFA a aquestes solucions.
El lliurament de lípids durant la NMP comporta diversos reptes. La gran majoria dels àcids grassos plasmàtics són transportats per l'albúmina, amb els àcids grassos no units que representen només una petita fracció (<0.01%)of the="" total.="" more="" important,="" clinical-grade="" albumin,="" most="" often="" used="" in="" the="" nmp="" protocols,="" has="" not="" undergone="" any="" pretreatment="" to="" free="" fatty="" acid="" binding="" sites.="" as="" a="" result,="" binding="" sites="" will="" be="" occupied="" mainly="" by="" the="" naturally="" dominating="" long-chain="" fatty="" acids.="" furthermore,="" nmp="" is="" performed="" in="" an="" isolated,="" closed,="" and="" limited="" volume="" setup.="" as="" a="" consequence,="" the="" system="" has="" a="" limited="" lipid="" buffering="" capacity="" (because="" no="" adipose="" tissue,="" muscle,="" and="" liver="" are="" included),="" which="" imposes="" challenges="" with="" respect="" to="" the="" maintenance="" of="" mcfa="" supply="" and="" potential="" lipotoxicity.="" in="" the="" light="" of="" the="" limited="" free="" fatty="" acid="" carrying="" capacity="" of="" plasma="" or="" its="" derivates,="" it="" could="" be="" argued="" that="" preference="" should="" be="" given="" to="" lauric="" acid(c12:0)enrichment="" because="" this="" mcfa="" has="" the="" highest="" per="" molecule="" energy="">
Figura 5|Avaluació de l'estat metabòlic. Visió general esquemàtica que il·lustra un grup de biomarcadors líquids que es poden aplicar per controlar l'estat metabòlic durant la perfusió de la màquina normotèrmica renal.ATP, trifosfat d'adenosina; GTP, trifosfat de guanosina.
A part del seu paper com a font d'energia, s'hauria de considerar la prestació d'altres classes de lípids crítiques per a la funció cel·lular, com els àcids grassos insaturats essencials i el colesterol, durant la NMP prolongada, en particular en els protocols que tenen com a objectiu la regeneració d'òrgans. Tanmateix, la inclusió d'àcids grassos insaturats en els protocols NMP comporta riscos específics. Els àcids grassos insaturats poden promoure l'estrès oxidatiu i la peroxidació lipídica, especialment en presència d'excés d'hemoglobina lliure/hem alliberat com a conseqüència de l'hemòlisi7 durant la perfusió o quan s'utilitzen transportadors d'oxigen basats en hem.
