Роль маркеров острого повреждения почки в оценке функции почки при ее ишемии

уществуют различные методы способные оценить функцию почек и их повреждение при различных заболеваниях и стрессовых состояний органа. Проводимые в настоящее время исследования помогают определить место новых маркеров для диагностики острого повреждения почек (ОПП) интраоперационно или же в раннем послеоперационном периоде больным, после хирургической травмы почки. Эти маркеры могут дать оценку состояния почечной паренхимы во время ишемии почки, а также выявляют воздействие фармакологических препаратов на функцию почки.

Быстрое развитие научных исследований привело к внедрению стратегий, основанных на новых маркерах, которые позволяют оценить латентный период заболевания до выявления клинических симптомов фактической почечной недостаточности [1].

Ранняя диагностика острой почечной недостаточности (ОПН), связанной с хирургическим вмешательством, с помощью новых почечных биомаркеров дает пространство для терапевтического маневра. Хирургическое вмешательство приводит к травме внутри нефрона, которая в свою очередь, приводит к потере полярности клетки и последующей ее гибели. Вследствие чего нарушаются функциональные возможности почки (рис. 1). Современные биомаркеры способны выявить нарушение на этапе повреждения нефрона до появления первых функциональных нарушений [2].

Представление об остром повреждении почек (ОПП) в наши дни подверглось существенному пересмотру. Растет число данных, указывающих на то, что острое, относительно незначительное повреждение почек или нарушение почечной функции, проявляющееся изменениями объема выделяемой мо-

Рис. 1. Схема внутриклеточного повреждения почки, развившегося вследствие хирургического воздействия. (В - почечные биомаркеры).

чи и биохимического состава крови, имеет серьезные клинические последствия. Установлено, что у пациентов, имеющих в анамнезе ОПП, риск развития хронической почечной болезни является очень высоким.

Исторически сложилось, что мочевина стала первым маркером, который использовался для оценки функции почек. В 1827 году Richard Bright первым связал накопление мочевины в крови и ее снижение в моче у больных с заболеванием почек. В клиническую практику, как диагностический тест, в начале 1900-х было введено количественное определение азота мочевины. Несмотря на то, что оценка азота мочевины остается широко применяемым тестом при оценке функции почек, в настоящее время признается, что данный тест является субоптимальным маркером для данной цели [3].

Следующим маркером, пришедшим на смену азоту мочевины, стал креатинин. В середине 1900-х он стал широко применяться в лабораторных тестах при оценке скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и применяется в повседневной практике по сей день. Креатинин свободно фильтруется клубочками и не реабсорбируется почечными канальцами, но он секретируется с разной скоростью. Такие лекарства, как циметадин и триметоприм, тормозят канальцевую секрецию. Также сомнительно утверждение о том, что канальцевая секреция относительно пропорциональна его клубочковой фильтрации, так как функция почки снижена, что приводит к неправильной оценке СКФ и, как следствие, увеличение креатинина сыворотки может не наблюдаться до того момента, когда СКФ существенно снизится. Еще один фактор, создающий трудности в диагностике при использовании креатинина сыворотки – это внут-рииндивидуальная и межиндивидуальная вариабельность образования креатинина. Исторически значи- тельная вариабельность, связанная с изменением креатинина в сыворотке, обычно приводит к менее точной оценке СКФ в случаях, когда концентрация креатинина в сыворотке была в пределах референсного значения или несколько ниже [4].

В наши дни ведется поиск диагностических критериев, которые могли бы на ранних этапах указать на формирование ОПП. В качестве диагностических критериев предложены биомаркеры ОПП, которые не зависят от фильтрационной функции почек.

Липокалин, связанный с ней-тафильной желатиназой (NGAL) – этот белок принадлежит к суперсемейству липокалина, которые являются секретируемыми или цитозольными белками, переносящими гидрофобные лиганды (такие как жирные кислоты, ретиноиды и феромоны) [5]. Человеческий NGAL существует как мономер или как гомодимер, а также он может существует как гетеродимер, где он конъюгирован с желатиназой и специфичен к нейтрофилам. Мономер представляет собой продукт гена, который очень быстро выделяется из поврежденных эпителиальных клеток [6]. Функции NGAL обусловлены его способностью связывать железо-сидерофорные комплексы. Он формирует бактериостатическую функцию врожденной иммунной системы путем секвестрации железо-сидерофорных комплексов и тем самым предотвращает поглощение железа бактериями [7]. Эта функция также может быть кооптирована для транспортировки железа в цитоплазму через комплексы «кате-холат-железо», где данный комплекс активирует или репрессирует гены, чувствительные к железу. После поглощения сидерофора, связанный NGAL перемещается в эндосому, от комплекса отщепляется железо. Это приводит к регуляции генов, чувствительных к железу (рис. 2А). Не связанный NGAL захватывает сиде-рофорсвязанное железо и переносит его во внеклеточное пространст- во. NGAL связывает бактериальные сидерофоры и, тем самым, ограничивает потребление железа бактериями и регулирует потребление железа клетками организма (рис. 2Б) [8].

Данный белок (NGAL) был открыт в 1993 году и вскоре получил признание у нефрологов в качестве маркера ОПП. Причиной повышенного интереса к данному белку явилось то обстоятельство, что при остром повреждении в моче преобладает «ренальный» пул NGAL, синтезируемый в почках, и не поступающий в систему кровообращения. Повышение синтеза NGAL в клетках проксимальных канальцев связано с ишемией почечной паренхимы и ее поражениями нефротоксическими соединениями. Плазменный NGAL свободно фильтруется гломерулами, большая его часть эффективно реабсорбируется в проксимальных канальцах мегалинза-висимым эндоцитозом, возвращая

Рис. 2. Схематическая модель транспортной функций NGAL

A - регуляции генов, чувствительных к железу. В - регуляция потребления железа клетками организма.

таким путем железо клеткам. В моче NGAL появляется только при повреждении проксимальных канальцев за счет роста синтеза NGAL de novo в дистальных отделах нефрона, что и происходит при ОПП. В ответ на повреждение ренальных канальцев уровень NGAL возрастает в плазме крови в 7-16 раз (уровень сывороточного NGAL (s-NGAL)) и в моче в 25-1000 раз (уровень NGAL в моче (u-NGAL)). Экскреция NGAL с мочой на 24-48 часов опережает повышение концентрации креатинина в сыворотке крови. Рост концентрации NGAL в моче наблюдается при ОПП, остром тубулярном некрозе или тубулоинтерстициальной нефропатии [9-11].

В 2011 году было проведено исследование, которое поставило своей целью проверить гипотезу о том, что без изменения креатинина сыворотки крови у пациентов с субклинической ОПН повышается уровень NGAL, что может определить дальнейший прогноз таких больных. В исследовании были проанализированы данные 2 322 пациентов с кардиоренальным синдромом из 10 проспективных независимых исследований. В исследовании использовались NGAL (-) и NGAL (+), для оптимального прогнозирования ОПП и термины Креатинин (-) или Креатинин (+). Априорные исходы включали необходимость применения заместительной почечной терапии, летальные исходы, их сочетание и продолжительность пребывания в реанимации и стационаре. На основе проведенных исследований ученые пришли к выводу, что при отсутствии диагностического повышения уровня креатинина в сыворотке крови повышение уровня NGAL выявляется у пациентов с вероятной субклинической ОПП [12].

В 2015 году в Мельбурне проведено исследование, которое оценивало способность NGAL прогнозировать у кардиохирургических больных ОПН, а также влияние искусственного кровообращения на уровень NGAL. В исследование бы- ло включено 288 кардиохирургических больных старше 18 лет. NGAL измерялся в начале исследования, сразу после операции и в 1, 2 дни послеоперационного периода. Было установлено, что NGAL может использоваться как маркер повреждения при развитии ОПП и его уровень тесно связан с продолжительностью искусственного кровообращения [13].

Таким образом, был сделан вывод о пограничных уровнях NGAL, позволяющих с оптимальной чувствительностью и специфичностью предсказывать ОПП. Установленные в разных исследованиях и у пациентов с ОПП разных этиологий, значения NGAL находятся в диапазоне 100 – 270 нг/мл. Для рутинного измерения NGAL с целью диагностики и прогнозирования ОПП рекомендуется пограничный уровень NGAL, разный 150 нг/мл [14].

Цистатин С – хорошо изученный современный маркер ОПП. В качестве маркера повреждения почек цистатин С оценивают в двух средах: сыворотке крови и в моче. Сывороточный цистатин С – белок, принадлежащий ко 2-й группе генетического семейства цистатинов. Цистатин С содержится в плазме крови человека, функцию выведения белка из организма осуществляют почки [10-11]. Цистатин С представляет собой негликозилиро-ванный белок с молекулярной массой 13,4 кДа и изоэлектрической точкой при рН 9,3. Относится к семейству ингибиторов цистеиновых протеиназ, идентичен пост-гамма-глобулину; впервые идентифицирован у пациентов с почечной недостаточностью как белок спинномозговой жидкости и мочи [15]. Сывороточная концентрация цистатина С, в отличие от креатинина, не зависит от питания, массы тела, пола, возраста. Поэтому как эндогенный биомаркер почечной функции он близок к идеальному и показывает лучшие результаты по сравнению с креатинином [10,11]. Исходно высокие при рождении уровни циста- тина С в первый год жизни снижаются и остаются стабильными до 50 лет, а затем повышаются. В большинстве исследований обнаружено, что референтный интервал значений концентрации цистатина С в сыворотке составляет для женщин 0,52 – 0,90 мг/л со средним значением 0,71 мг/л и 0,56 – 0,98 мг/л – для мужчин, среднее значение – 0,77 мг/л [16]. Цистатин С мочи в настоящее время являться индикатором количественной оценки тяжести канальцевых нарушений [11].

Цистатин С является одним из самых точный эндогенных маркеров и по своим диагностическим возможностям значительно превосходит креатинин, также высокочувствительный маркер при кардиохи-рургичеких вмешательствах, независимый от каких-либо кардиомаркеров (кардиальные тропонины, натрийуретические пептиды, С-ре-активный белок) [17-22]. Впервые уровень цистатина C мочи был определен в 1979 г. и составил 0,095± 0,057 мг/л [23]. На данный момент установлена связь между уровнем цистатина C мочи и концентрацией креатинина в моче, что было выявлено у пациентов с персистирующей протеинурией. Установлена также связь уровня креатинина с возрастом и количеством мышечной массы (средний уровень креатинина мочи возрастает с возрастом и увеличением мышечной массы). В то же время уровень цистатина С не зависит ни от одного из этих факторов. Уровень цистатина С мочи четко отражает эффективность реабсорбции цистатина С в проксимальных канальцах. В том случае, если соотношение цистатина С мочи и креатинина мочи находится в нормальном диапазоне, то цистатин С более точно отражает фильтрационную способность клубочков [24].

Молекула-1 поражения почек (KIM-1) – трансмембранный гликопротеин 1-го типа, который в норме присутствует в почечной ткани в минимальном количестве. В результате ишемического или нефротоксического ОПП происходит его значительное увеличение в клетках проксимальных почечных канальцев. KIM-1 является ранним неинвазивным биомаркером для ОПП, связанного с повреждением проксимальных почечных канальцев [9-11]. KIM-1 действует как фосфатидилсериновый рецептор, связывающий апоптотические тельца. KIM-1 связывается с альфа-субъединицей ге-теротримерного белка G12, тем самым опосредуя фагоцитоз апоп-тотических телец (рис. 3). Внеклеточный домен KIM-1 выводится с поверхности клетки металлопротеиназой [8].

Рис. 3. Схема действия KIM-1 при фагоцитозе апоптотических телец

Имеются исследования, подтверждающие экспрессию KIM-1 в клубочках, в ходе очагового клубочкового некроза почек, нефропатии IgA или мембранно-пролиферативной гломерулопатии. У пациентов с высокой степенью протеинурии в результате хронического повреждения клубочков чаще развивается ОПП. На этом основании можно утверждать, что KIM-1 может является маркером повреждения почек [25- 26].

Особая значимость KIM-1 была обнаружена при остром повреждении канальцев, которые могут быть следствием гипоксии (шок, обширное хирургическое вмешательство, трансплантация почки), септического или токсического повреждения почек, повреждения индуцированного контрастными, антибактериальными, противогрибковыми и цитотоксическими препаратами. Появляется KIM-1 в моче в первый день после токсического или ишемического повреждения канальцев почек, в то время как креатинин плазмы увеличивается только на третий день. Более того, было отмечено увеличение концентрации KIМ-1 через час после хирургического вмешательства [27-28].

Экспериментальные испытания, проведенные на животных и генетическом материале, полученном из проксимального канальца, позволили обнаружить гены, которые индуцируются в начале и после повреждения почки. Белковые продукты этих генов можно рассматривать как полезные маркеры для диагностики почечной недостаточности. Индукция гена KIM-1 (называемая молекулярной патологией почек-1) приводит к образованию белка, который можно рассматривать как диагностический маркер. Также КИМ-1 является еще и маркером почечно-клеточного рака (ПКР) до проявления клинических признаков. Группой ученых нескольких европейских стран было проведено исследование, в ходе которого удалось доказать значимость КИМ-1 при ранней диагностике ПКР. Так, повышение концентрации в плазме крови КИМ-1 может предсказать развитие ПКР за 5 лет до установления диагноза и, как следствие этого, может повлиять на выживаемость больных [29].

Интерлейкин-18 (ИЛ-18) – провоспалительный цитокин, принадлежащий к семейству интерлейкина 1. Синтезируется макрофагами и другими клетками организма. Был впервые открыт в 1995 году в каче- стве интерферон-гамма-индуциру-ющего фактора, который увеличивал активность клеток естественных киллеров в селезенке, причем его активность выше, чем у интерлейкина 12 [30]. ИЛ-18 является про-воспалительным цитокином, продуцируемым в проксимальных канальцах, и определятся в моче у больных с ишемическим ОПП. Кроме того, было обнаружено, что увеличение концентрации ИЛ-18 мочи в раннем послеоперационном периоде позволяет предсказать развитие ОПП в течение ближайших 24 часов с вероятностью 73%. Установлено, что повышение концентрации ИЛ-18 опережает повышение концентрации креатинина сыворотки крови на 4872 часа. Повышение концентрации ИЛ-18 в моче более 100 пг/мл указывает на ОПП [10-11]. ИЛ-18 играет активную роль в различных процессах почечных заболеваний, включая апоптоз, ишемию/реперфузию, отторжение аллотрансплантата, инфекцию, аутоиммунные состояния и злокачественность.

Белок, связывающий печеночные жирные кислоты (L-FABP) представляет собой протеин, который в норме проявляется в проксимальных извитых и прямых канальцах почек. В случае ОПП повышение L-FABP определяется в первые 24 часа, в то время как повышение креатинина отмечается только через 72 часа [9-11]. L-FABP представляет собой белок из большого надсемейства липидсвязывающих белков [31]. Общей функцией всех членов этого семейства является внутриклеточный транспорт. L-FABP переносит альбумин в митохондрии и пероксисомы, в которых белок метаболизируется. В почках L-FABP преимущественно располагается в проксимальных канальцах и выводится вместе со связанными токсичными продуктами окисления, в случае травмы почек данные продукты накапливаются в клетках почки [32].

L-FABP является новым потенциальным биомаркером почечной дисфункции. В Дании провели диагностическое исследование, представлявшее собой анализ информативности экскреторного мочевого L-FABP в отношении установленных маркеров риска, таких как артериальное давление, экскреция альбумина и СКФ, относительно прогрессирования хронической почечной недостаточности (ХПН). Было установлено, что уровень экскреторного мочевого L-FABР постоянно повышается у пациентов с ХПН, но коррелирует только со снижением СКФ у пациентов без альбуминурии [33].

Рис. 4. Схематическая модель транспортной функции L-FABP. L-FABP транспортирует свободные жирные кислоты в митохондрии и пероксисомы, а затем L-FABP выводится из клетки вместе с токсичными продуктами окисления.

Резюме:

В настоящее время установлены различные биомаркеры острой почечной недостаточности (ОПН). Данные биомаркеры обнаруживаются в моче или крови и характеризуют структурное повреждение почки. В клинике они используются как дополнительные биомаркеры повреждения к креатинину, и используются для дифференциальной диагностики и прогностической оценки ОПН. Наиболее очевидными требованием к биомаркерам является отражение ими патофизиологии болезни. К сожалению, установленные функциональные биомаркеры скорости клубочковой фильтрации, такие как креатинин сыворотки крови, мочевина выявляются только через 24 – 48 часов. Новые биомаркеры повреждения почек указывают на почечную травму на начальном этапе развития ОПН. В статье приведен обзор современных биомаркеров повреждения почки – их патофизиологическая основа, клиническая эффективность и функциональная значимость. Основное внимание уделяется тем новым биомаркерам повреждения почек, которые обладают наиболее перспективными биологическими характеристиками и клиническими доказательствами прогноза развития ОПН, таким как: липокалин, связанный с нейтафильной желатиназой, молекула повреждения почек-1, интерлейкин 18, цистатин С, креатинин, мочевина. Данные биомаркеры расширяют терапевтическое окно, с помощью которого становится возможной индивидуальная терапия для каждого отдельно взятого пациента. Применение данных биомаркеров в клинической практике помогает своевременно выявлять ОПН, что в свою очередь способствует снижению частоты серьезных осложнений.