Медицинская литература. Новинки

 

 

 

 

 

 

Энергетические проблемы в хирургии на примерах холестаза и массивных резекций печени

Статья посвящена энергетическим процессам, происходящим при заболеваниях в живом организме. Проведены эксперименты на 151 крысе. Ткань печени забирали для определения ее энергетического состояния при холестазе (перевязка общего желчного протока) и после резекции 60 и 80% паренхимы (без холестаза). Изучали адениновые нуклеотиды (АТФ, АДФ и АМФ) и активность ферментов глюконеогенеза: при холестазе раз в 3 дня в течение 15 дней, после резекции печени – каждые 6 ч в течение 3 дней. Особое внимание было уделено энергетическому дефициту в ткани печени. Гипотеза предполагает, что определенный уровень энергетического дефицита в ткани печени является регулятором энергии и возбудителем метаболического стресса. Проведенные опыты показали достоверное увеличение энергетического дефицита в ткани печени, который к 6-му дню холестаза составил 15%, а к 12–15-му дню – 48–50% от исходного уровня энергии. Данные о росте энергетического дефицита в ткани печени обратно коррелировали с уменьшением активности ферментов глюконеогенеза – к 15-му дню глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы на 44% и изоцитратдегидрогеназы на 48% к исходному уровню. Декомпрессия через 15 дней от начала холестаза сопровождалась дальнейшим ростом энергетического дефицита на 15% от исходного уровня в течение 3–5 дней. Развития метаболического стресса не было, о чем свидетельствует уменьшение активности ферментов глюконеогенеза. К 12-му часу после резекции 60 и 80% паренхимы печени энергетический дефицит в печени в обеих группах составил 50% от исход ного уровня. После резекции 60% паренхимы печени дефицит энергии быстро уменьшался: к 24 ч до 30%, к 72 ч до 11%; в этот период умерли 2 крысы из 30. Через 12 ч после резекции 80% паренхимы печени дефицит энергии резко возрастал: к 24 ч до 70% от исходного уровня; в этот период умерло 26 животных из 31. В обеих группах животных отмечена обратная связь между уменьшением количества энергии, идущей на функцию гепатоцитов, и ростом активности ключевых ферментов глюконеогенеза. Это позволило сделать следующие предположения. В обеих группах животных после резекции печени развился метаболический стресс, однако после резекции 80% паренхимы органа он “захлебнулся” из-за несостоятельности гепатоцитов остатка. Основная часть энергии пошла на развитие регенерации. Метаболический стресс и регенерация развиваются одновременно. Дефицит 50% энергии в ткани печени при дальнейшем увеличении может свидетельствовать о критическом состоянии как при холестазе, так и после массивной резекции. Результаты исследований энергетических изменений при холестазе и после массивных резекций печени по-новому раскрывают закономерности внутренних процессов организма.

Ключевые слова:
печень, холестаз, резекция, дефицит энергии, метаболический стресс, АТФ, глюконеогенез, окислительное фосфорилирование, митохондрии

Литература:
1.Mann D.V., Lam W.W., Magnus Hjelm N., So N.M., Yeung D.K., Metreweli C., Lau W.Y. Biliary drainage for obstructive jaundice enhances hepatic energy status in humans: a 31-phosphorus magnetic resonance spectroscopy study. Gut. 2002; 50 (1): 118–122. https://doi.org/10.1136/gut.50.1.118
2.Komura M., Chijiiwa K., Naito T., Kameoka N., Yamashita H., Yamaguchi K., Kuroki S., Tanaka M. Sequential changes of energy charge, lipoperoxide level, and DNA synthesis rate of the liver following biliary obstruction in rats. J. Surg. Res. 1996; 61 (2): 503–508. https://doi.org/10.1006/jsre.1996.0154
3.Ove P., Takai S.I., Umeda T., Lieberman I. Adenosine triphosphate in liver after partial hepatectomy and acute stress. J. Biol. Chem. 1967; 242 (21): 4963–4971. PMID: 6058939
4.Mizumoto R., Kawarada Y., Yamawaki T., Noguchi T., Nishida S. Resectability and functional reserve of the liver with obstructive jaundice in dogs. Am. J. Surg. 1979; 137 (6): 768–772. https://doi.org/10.1016/0002-9610(79)90090-4
5.Mann D.V., Lam W.W., Hjelm N.M., So N.M., Yeung D.K., Metreweli C., Lau W.Y. Human liver regeneration: hepatic energy economy is less efficient when the organ is diseased. Hepatology. 2001; 34 (3): 557–565. https://doi.org/10.1053/jhep.2001.27012
6.Foss A., Andersson R., Ding J.W., Hochbergs P., Paulsen J.E., Bengmark S., Ahren B. Effect of bile obstruction on liver regeneration following major hepatectomy: an experimental study in the rat. Eur. Surg. Res. 1995; 27 (2): 127–133. https://doi.org/10.1159/000129383
7.Farghali H., Rilo H., Zhang W., Simplaceanu V., Gavaler J.S., Ho C., van Thiel D.H. Liver regeneration after partial hepatectomy in the rat. Sequential events monitored by 31P-nuclear magnetic resonance spectroscopy and biochemical studies. Lab. Invest. 1994; 70 (3): 418–425. PMID: 8145535
8.Yokoyama Y., Nagino M., Nimura Y. Mechanism of impaired hepatic regeneration in cholestatic liver. J. Hepatobiliary Pancreat. Surg. 2007; 14 (2): 159–166. https://doi.org/10.1007/s00534-006-1125-1
9.Blamey S.L., Fearon K.C., Gilmour W.H., Osborne D.H., Carter D.C. Prediction of risk in biliary surgery. Br. J. Surg. 1983; 70 (9): 535–538. https://doi.org/10.1002/bjs.1800700910
10.Tabata M., Kawarada Y., Yokoi H., Higashiguchi T., Isaji S. Surgical treatment for hilar cholangiocarcinoma. J. Hepatobiliary Pancreat. Surg. 2000; 7 (2): 148–154. https://doi.org/10.1007/s005340050169
11.Шевченко Ю.Л., Ветшев П.С., Стойко Ю.М., Левчук А.Л., Бардаков В.Г., Степанюк И.В. Хирургическая тактика при синдроме механической желтухи. Вестник национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова. 2009; 4 (1): 10–13.
12.Papakostas C., Bezirtzoglou E., Pitiakoudis M., Polychronidis A., Simopoulos C. Endotoxinemia in the portal and the systemic circulation in obstructive jaundice. Clin. Exp. Med. 2003; 3 (2): 124–128. https://doi.org/10.1007/s10238-003-0015-y
13.Wu P.C., Ma L., Gibson J.B., Hirai H., Tsukada Y. Serum alphafetoprotein in rats after ligation of the common bile duct: relation to ductular cell (oval cell) proliferation. J. Pathol. 1981; 133 (1): 61–74. https://doi.org/10.1002/path.1711330107
14.Гальперин Э.И. Представление об энергетическом дефиците в ткани печени и дополнительной энергии в цифровом выражении (гипотеза). Анналы хирургической гепатологии. 2022; 27 (3): 114–125. https://doi.org/10.16931/1995-5464.2022-3-114-125
15.Ozawa K., Takeda H., Yamaoka Y., Nambu H., Kamiyama Y. Adenine nucleotide metabolism in regenerative, atrophic, and necrotizing processes of the liver. Gastroenterology. 1974; 67 (6): 1225–1230. PMID: 4214729
16.Preiser J.C., Ichai C., Orban J.C., Groeneveld A.B. Metabolic response to the stress of critical illness. Br. J. Anaesth. 2014; 113 (6): 945–954. https://doi.org/10.1093/bja/aeu187
17.Aronson D.C., Chamuleau R.A., Frederiks W.M., Bosman D.K., Oosting J. The effect of extrahepatic cholestasis on liver regeneration after partial hepatectomy in the rat. Liver. 1995; 15 (5): 242–246. https://doi.org/10.1111/j.1600-0676.1995.tb00679.x
18.Mann D.V., Lam W.W., Hjelm N.M., So N.M., Yeung D.K., Metreweli C., Lau W.Y. Metabolic control patterns in acute phase and regenerating human liver determined in vivo by 31-phosphorus magnetic resonance spectroscopy. Ann. Surg. 2002; 235 (3): 408–416. https://doi.org/10.1097/00000658-200203000-00013
19.Corbin I.R., Buist R., Volotovskyy V., Peeling J., Zhang M., Minuk G.Y. Regenerative activity and liver function following partial hepatectomy in the rat using (31)P-MR spectroscopy. Hepatology. 2002; 36 (2): 345–353. https://doi.org/10.1053/jhep.2002.34742
20.Багненко С.С. Комплексное магнитно-резонансное исследование в выявлении и дифференциальной диагностике очаговых поражений печени: автореф. дисс. ... докт. мед. наук. СПб., 2014. 48 с.
21.Jones J.G. Non-Invasive analysis of human liver metabolism by magnetic resonance spectroscopy. Metabolites. 2021; 11 (11):751. https://doi.org/10.3390/metabo11110751
22.Atkinson D.E. The energy charge of the adenylate pool as a regulatory parameter. Interaction with feedback modifiers. Biochemistry. 1968; 7 (11): 4030–4034. https://doi.org/10.1021/bi00851a033
23.Suzuki H., Iyomasa S., Nimura Y., Yoshida S. Internal biliary drainage, unlike external drainage, does not suppress the regeneration of cholestatic rat liver after partial hepatectomy. Hepatology. 1994; 20 (5): 1318–1322.
24.Saiki S., Chijiiwa K., Komura M., Yamaguchi K., Kuroki S., Tanaka M. Preoperative internal biliary drainage is superior to external biliary drainage in liver regeneration and function after hepatectomy in obstructive jaundiced rats. Ann. Surg. 1999; 230 (5): 655–662. https://doi.org/10.1097/00000658-199911000-00007
25.Harrell C.S., Gillespie C.F., Neigh G.N. Energetic stress: The reciprocal relationship between energy availability and the stress response. Physiol. Behav. 2016; 166: 43–55. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2015.10.009
26.Гальперин Э.И. Двуликий янус. Стресс (безудержный, но спасающий). М., 2021. 130 с.
27.Swain M.G., Patchev V., Vergalla J., Chrousos G., Jones E.A. Suppression of hypothalamic-pituitary-adrenal axis responsiveness to stress in a rat model of acute cholestasis. J. Clin. Invest. 1993; 91 (5): 1903–1908. https://doi.org/10.1172/JCI116408
28.Jacobson L., Sapolsky R. The role of the hippocampus in feedback regulation of the hypothalamic-pituitary-adrenocortical axis. Endocr. Rev. 1991; 12 (2): 118–134. https://doi.org/10.1210/edrv-12-2-118
29.Герман Д.П. Нейронные пути интеграции стресса: отношение к злоупотреблению алкоголем. Alcohol. Res. 2012; 34 (4): 441–447.
30.Гальперин Э.И. Механическая желтуха: состояние “мнимой стабильности”, последствия “второго удара”, принципы лечения. Анналы хирургической гепатологии. 2011; 16 (3): 16–25.
31.Платонова Л.В., Шоно Н.И., Ахаладзе Г.Г., Гальперин Э.И. Энергетический статус ткани печени при механической желтухе (экспериментальное исследование). Анналы хирургической гепатологии. 2002; 7 (2): 45–50.
32.Гальперин Э.И., Котовский А.Е., Момунова О.Н. Темп декомпрессии желчных протоков при механической желтухе опухолевой этиологии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2011; 8: 33–40.
33.Гальперин Э.И., Момунова О.Н. Классификация тяжести механической желтухи. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2014; 1: 5–9.
34.Varela-Rey M., Beraza N., Lu S.C., Mato J.M., MartinezChantar M.L. Role of AMP-activated protein kinase in the control of hepatocyte priming and proliferation during liver regeneration. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2011; 236 (4):402–408. https://doi.org/10.1258/ebm.2011.010352
35.Winder W.W., Thomson D.M. Cellular energy sensing and signaling by AMP-activated protein kinase. Cell. Biochem. Biophys. 2007; 47 (3): 332–347. https://doi.org/10.1007/s12013-007-0008-7
36.Li C.X., Wang H.W., Jiang W.J., Li G.C., Zhang Y.D., Luo C.H., Li X.C. The Inhibition of aldose reductase accelerates liver regeneration through regulating energy metabolism. Oxid. Med. Cell. Longev. 2020; 2020: 3076131. https://doi.org/10.1155/2020/3076131
37.Дюжева Т.Г., Мудряк Д.Л., Семененко И.А., Шефер А.В., Степанченко А.П., Белых Е.Н. Влияние конфигурации некроза поджелудочной железы на течение наружных панкреатических свищей после острого панкреатита. Анналы хирургической гепатологии. 2023; 28 (2): 70–78. https://doi.org/10.16931/1995-5464.2023-2-70-78

Energy deficit in surgery on the examples of cholestasis and massive liver resection

The paper is dedicated to the energy processes associated with diseases in living organisms. Experiments involved 151 rats. Liver tissue was taken to determine its energy state in cholestasis (common bile duct ligation) and after resection of 60% and 80% of the parenchyma (without cholestasis). Adenine nucleotides (ATP, ADP, and AMP) and activity of gluconeogenesis enzymes were studied in cholestasis every 3 days for 15 days and after liver resection – every 6 hours for 3 days. Particular attention was paid to the energy deficit in liver tissue. A certain level of energy deficit n agent of metabolic stress. The experiments revealed that the energy deficit in the liver tissue increased by 15% by day 6 of cholestasis and by 48–50% of the initial energy level by days 12–15. The increase in energy deficit in liver tissue inversely correlated with the decrease in the activity of gluconeogenesis enzymes – by day 15 glucose-6- phosphate dehydrogenase reduced by 44% and isocitrate dehydrogenase – by 48% of the initial energy level. Decompression after 15 days from the onset of cholestasis was followed by an increase in energy deficit by 15%, as compared to the initial energy level, within 3–5 days. No development of metabolic stress was evidenced by a decrease in the activity of gluconeogenesis enzymes. After 12 hours after resection of 60% and 80% of the liver parenchyma, the liver energy deficit in both groups accounted for 50% of the initial energy level. After resection of 60% of the liver parenchyma, the energy deficit decreased rapidly: after 24 hours to 30%, after 72 hours to 11%; 2 rats out of 30 died during this period. After 12 hours after resection of 80% of the liver parenchyma, the energy deficit rose sharply: after 24 hours to 70% of the initial energy level. This led to the death of 26 animals out of 31. Both groups of animals demonstrated an inverse relationship between the decreased amount of energy used for hepatocyte function and the increased activity of key enzymes of gluconeogenesis. The obtained results suggest that in both groups of animals, metabolic stress developed after liver resection, however, after resection of 80% of the organ parenchyma, it “choked” due to the deficit of remnant hepatocytes. Most of the energy was spent for the development of regeneration. Metabolic stress and regeneration develop simultaneously. A deficit of 50% of energy in liver tissue with a further increase may indicate a critical condition, both in cholestasis and after a massive resection. The research into energy changes in cholestasis and after massive liver resections reveals new patterns of internal processes of the body.

Keywords:
печень, холестаз, резекция, дефицит энергии, метаболический стресс, АТФ, глюконеогенез, окислительное фосфорилирование, митохондрии