Медицинская литература. Новинки

 

 

 

 

 

 

Представление об энергетическом дефиците в ткани печени и дополнительной энергии в цифровом выражении (гипотеза)

Вы можете загрузить полный текст статьи в формате pdf

В медицинской литературе отсутствуют концептуальные работы по изучению энергетических потребностей при тяжелых заболеваниях, травматических повреждениях, стрессорных воздействиях. Предлагаемая гипотеза основана на анализе литературы (PubMed, ключевые слова: дефицит энергии, стрессор, глюконеогенез, окислительное фосфорилирование, метаболический стресс, АТФ, митохондрии, секреция инсулина) и является итогом переосмысления результатов проведенных экспериментов по энергетическому состоянию ткани печени при механической желтухе, ишемии и массивной резекции, а также обобщения 60-летнего опыта клинической, хирургической и научной работы, позволившего сделать ряд предположений. Различные возбудители (стрессоры) вызывают в организме образование дополнительной энергии, являющейся энергетической основой ответных метаболических реакций, обеспечивающих адаптацию жизнедеятельности организма и уничтожение возбудителя. Дополнительная энергия - это интегральная сила реакции на возбудитель, учитывающая силу действия стрессора и индивидуальную силу ответа организма, которая может быть разной на одну и ту же силу стрессора. При развитии стресса она определяет его силу в цифровом виде, то есть в реальном представлении. Концепция настоящей гипотезы исходит из того, что стресс, основная задача которого состоит в обеспечении организма энергией, появляется при определенном уровне дефицита энергии в организме. Такой уровень редко появляется моментально после действия стрессора. Вначале обычно происходят предстрессовые адаптивные реакции. Они используют запас энергии в клетках в виде АТФ и гликогена, а также результат перераспределения энергии: уменьшение ее в инсулинзависимых тканях и увеличение в инсулиннезависимых. Это позволило разделить ответные метаболические реакции на две группы: предстрессовые и стрессовые, а также выделить два периода: предстресс и метаболический стресс. Предстрессовые реакции направлены также на предупреждение развития метаболического стресса. Метаболический стресс возникает тогда, когда предстреccовые реакции не могут удовлетворить потребности организма и формируется энергетический дефицит, который можно выразить в цифрах. Метаболическую ситуацию в организме в определенной степени отражает печень как метаболический орган, который выполняет многие метаболические реакции, образует энергию АТФ, учитывает метаболическое состояние других органов. Уровень энергетического дефицита в ткани печени может быть показателем, вызывающим метаболический стресс и отображающим в цифровом выражении не только энергетическое положение организма, но и тяжесть общего его состояния, перспективные возможности, прогноз и приоритетное лечение, которое должно быть направлено на комплексное восполнение энергетического дефицита. При любых стрессорных воздействиях врач должен решать две задачи: борьбу со специфическим стрессором и обеспечение этой борьбы и жизнедеятельности больного энергией. Функциональная недостаточность печени при диффузных ее заболеваниях может привести к нарушению глюконеогенеза или окислительного фосфорилирования глюкозы, несостоявшемуся или незавершенному стрессу.

Ключевые слова:
дефицит энергии, стрессор, метаболический стресс, АТФ, глюконеогенез, окислительное фосфорилирование, митохондрии, секреция инсулина, energy deficit, stressor, metabolic stress, ATP, gluconeogenesis, oxidative phosphorylation of glucose, mitochondria, insulin secretion

Литература:
1.Каку М. Будущее разума. М.: Альпина нон-фикшн, 2015. 502 с.
2.Ткачук В.А., Воротников А.В. Молекулярные механизмы развития резистентности к инсулину. Сахарный диабет. 2014; 17 (2): 29-40.
3.Bedard K., Krause K.H. The NOX family of ROS-generating NADPH oxidases: physiology and pathophysiology. Physiol. Rev. 2007; 87 (1): 245-313. https://doi.org/10.1152/physrev.00044.2005
4.Gancheva S., Bierwagen A., Kaul K., Herder C., Nowotny P., Kahl S., Giani G., Klueppelholz B., Knebel B., Begovatz P., Strassburger K., Al-Hasani H., Lundbom J., Szendroedi J., Roden M. German Diabetes Study (GDS) Group. Variants in Genes Controlling Oxidative Metabolism Contribute to Lower Hepatic ATP Independent of Liver Fat Content in Type 1 Diabetes. Diabetes. 2016; 65 (7): 1849-1857. https://doi.org/10.2337/db16-0162
5.Puigserver P., Rhee J., Lin J., Wu Z., Yoon J.C., Zhang C.Y., Krauss S., Mootha V.K., Lowell B.B., Spiegelman B.M. Cytokine stimulation of energy expenditure through p38 MAP kinase activation of PPARgamma coactivator-1. Mol. Cell. 2001; 8 (5): 971-982. https://doi.org/10.1016/s1097-2765(01)00390-2
6.Ben Chihaoui M., Elleuch M., Sahli H., Cheour I., Romdhane R.H., Sellami S. Stress facture: epidemiology, physiopathology and risk factors. Tunis. Med. 2008; 86 (12): 1031-1035. French. PMID: 19213509
7.Kumashiro N., Erion D.M., Zhang D., Kahn M., Beddow S.A., Chu X., Still C.D., Gerhard G.S., Han X., Dziura J., Petersen K.F., Samuel V.T., Shulman G.I. Cellular mechanism of insulin resistance in nonalcoholic fatty liver disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011; 108 (39): 16381-16385.https://doi.org/10.1073/pnas.1113359108
8.Morino K., Petersen K.F., Shulman G.I. Molecular mechanisms of insulin resistance in humans and their potential links with mitochondrial dysfunction. Diabetes. 2006; 55 (Suppl 2): S9-S15. https://doi.org/10.2337/db06-S002
9.Ouwerkerk R. Deuterium MR spectroscopy: a new way to image glycolytic flux rates. Radiology. 2020; 294 (2): 297-298. https://doi.org/10.1148/radiol.2019192024
10.Селье Г. На уровне целого организма. Перевод с англ. М.: Наука, 1972. 122 с.
11.Chrousos G.P. Stress and disorders of the stress system. Nat. Rev. Endocrinol. 2009; 5 (7): 374-381. https://doi.org/10.1038/nrendo.2009.106
12.Levine S. Developmental determinants of sensitivity and resistance to stress. Psychoneuroendocrinology. 2005; 30 (10): 939-946. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2005.03.013
13.McEwen B.S. Protective and damaging effects of stress mediators. N. Engl. J. Med. 1998; 338 (3): 171-179. https://doi.org/10.1056/NEJM199801153380307
14.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
15.Nematy M., O''Flynn J.E., Wandrag L., Brynes A.E., Brett S.J., Patterson M., Ghatei M.A., Bloom S.R., Frost G.S. Changes in appetite related gut hormones in intensive care unit patients: a pilot cohort study. Crit. Care. 2006; 10 (1): R10. https://doi.org/10.1186/cc3957
16.Borelli M.I., Gagliardino J.J. Possible modulatory effect of endogenous islet catecholamines on insulin secretion. BMC Endocr. Disord. 2001; 1 (1): 1. https://doi.org/10.1186/1472-6823-1-1
17.James D.E., Brown R., Navarro J., Pilch P.F. Insulinregulatable tissues express a unique insulin-sensitive glucose transport protein. Nature. 1988; 333 (6169): 183-185. https://doi.org/10.1038/333183a0
18.James D.E., Strube M., Mueckler M. Molecular cloning and characterization of an insulin-regulatable glucose transporter. Nature. 1989; 338 (6210): 83-87. https://doi.org/10.1038/338083a0
19.Edgerton D.S., Kraft G., Smith M., Farmer B., Williams P.E., Coate K.C., Printz R.L., O''Brien R.M., Cherrington A.D. Insulin''s direct hepatic effect explains the inhibition of glucose production caused by insulin secretion. J. CI. Insight. 2017; 2 (6): e91863. https://doi.org/10.1172/jci.insight.91863
20.Tanaka K., Kawano T., Tomino T., Kawano H., Okada T., Oshita S., Takahashi A., Nakaya Y. Mechanisms of impaired glucose tolerance and insulin secretion during isoflurane anesthesia. Anesthesiology. 2009; 111 (5): 1044-1051. https://doi.org/10.1097/ALN.0b013e3181bbcb0d
21.Chen I., Lui F. Physiology, Active Transport. 2021 Sep. 14. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 Jan. PMID: 31613498
22.Kitamura T., Kahn C.R., Accili D. Insulin receptor knockout mice. Annu Rev. Physiol. 2003; 65: 313-332. https://doi.org/10.1146/annurev.physiol.65.092101.142540
23.Caggiati A., Phillips M., Lametschwandtner A., Allegra C. Valves in small veins and venules. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 2006; 32 (4): 447-452. https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2006.04.021
24.Camacho R.C., Donahue E.P., James F.D., Berglund E.D., Wasserman D.H. Energy state of the liver during short-term and exhaustive exercise in C57BL/6J mice. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2006; 290 (3): E405-408. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00385.2005
25.Hoene M., Weigert C. The stress response of the liver to physical exercise. Exerc. Immunol. Rev. 2010; 16: 163-183. PMID: 20839498
26.Лэйн Ник. Митохондрии и смысл жизни. СПб.: Портал, 2022. 574 с.
27.Porter C., Herndon D.N., Borsheim E., Chao T., Reidy P.T., Borack M.S., Rasmussen B.B., Chondronikola M., Saraf M.K., Sidossis L.S. Uncoupled skeletal muscle mitochondria contribute to hypermetabolism in severely burned adults. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2014; 307 (5): E462-467. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00206.2014
28.Hoene M., Lehmann R., Hennige A.M., Pohl A.K., Haring H.U., Schleicher E.D., Weigert C. Acute regulation of metabolic genes and insulin receptor substrates in the liver of mice by one single bout of treadmill exercise. J. Physiol. 2009; 587 (1): 241-252. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2008.160275
29.Aoi W., Ichiishi E., Sakamoto N., Tsujimoto A., Tokuda H., Yoshikawa T. Effect of exercise on hepatic gene expression in rats: a microarray analysis. Life Sci. 2004; 75 (26): 3117-3128. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2004.04.053
30.Kjaer M. Hepatic glucose production during exercise. Adv. Exp. Med. Biol. 1998; 441: 117-127. PMID: 9781319
31.Liu Z.P., Gu W.B., Tu D.D., Zhu Q.H., Zhou Y.L., Wang C., Wang L.Z., Shu M.A. Effects of both cold and heat stress on the liver of the giant spiny frog (Quasipaa spinosa): stress response and histological changes. J. Exp. Biol. 2018; 221 (Pt 21): jeb186379. https://doi.org/10.1242/jeb.186379
32.Lan X., Hsieh J.C., Schmidt C.J., Zhu Q., Lamont S.J. Liver transcriptome response to hyperthermic stress in three distinct chicken lines. BMC Genomics. 2016; 17 (1): 955. https://doi.org/10.1186/s12864-016-3291-0
33.Inui M., Kameyama J., Sasaki I., Narui H. Effect of obstructive jaundice on acute gastric ulceration viewed from gastric mucosal energy metabolism in rats. Nihon Geka Gakkai Zasshi. 1984; 85 (11): 1464-1471. Japanese. PMID: 6521725
34.Konno Y., Kameyama J., Sasaki I., Narui H., Kamiyama T. Acute gastric ulcerations in rats with obstructive jaundice - with special reference to gastric mucosal blood flow. Nihon Geka Gakkai Zasshi. 1985; 86 (3): 298-303. PMID: 4039027 (In Japanese)
35.Mozsik G.Y., Garamszegi M., Javor T., Nagy L., Patty I., Suto G., Vincze A. A biochemical and pharmacological approach to the genesis of ulcer disease II. A model study of stress-induced injury to gastric mucosa in rats. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1990; 597: 264-281. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1990.tb16175.x
36.Assimakopoulos S.F., Vagianos C.E., Patsoukis N., Georgiou C., Nikolopoulou V., Scopa C.D. Evidence for intestinal oxidative stress in obstructive jaundice-induced gut barrier dysfunction in rats. Acta Physiol. Scand. 2004; 180 (2): 177-185. https://doi.org/10.1046/j.0001-6772.2003.01229.x
37.Ito H., Asahi H., Horiuchi S. Role of oxygen radicals in the pathogenesis of acute gastric mucosal lesion under obstructive jaundice. Nihon Geka Gakkai Zasshi. 1993; 94 (3): 225-233. PMID: 8316198 (In Japanese)
38.Kunisaki C. Changes in gastric mucosal glycosidases and thiobarbituric acid reactants induced by burn stress in obstructive jaundice rats. Nihon Shokakibyo Gakkai Zasshi. 1993; 90 (8): 1652-1661. PMID: 8361056 (In Japanese)
39.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.
40.Гальперин Э.И., Платонова Л.В., Шоно Н.И., Чевокин А.Ю. Энергетический статус ткани печени крыс при ишемических повреждениях. Анналы хирургической гепатологии. 2000; 5 (1): 43-48.
41.Гальперин Э.И., Платонова Л.В., Шоно Н.И., Сакеварашвили Г.Р., Чевокин А.Ю., Абакумова О.Ю., Алесенко А.В., Шингарова Л.Н. Зависимость продукции гепатотропного фактора роста и туморнекротического фактора-альфа от энергетического состояния печени после ее массивной резекции (экспериментальное исследование). Анналы хирургической гепатологии. 1998; 3 (2): 39-45.
42.Гальперин Э.И. Двуликий Янус. Стресс. М.: Видар, 2021. 130 с.
43.Niederer L.E., Miller H., Haines K.L., Molinger J., Whittle J., MacLeod D.B., McClave S.A., Wischmeyer P.E. Prolonged progressive hypermetabolism during COVID-19 hospitalization undetected by common predictive energy equations. Clin. Nutr. ESPEN. 2021; 45: 341-350. https://doi.org/10.1016/j.clnesp.2021.07.021
44.Tan T., Khoo B., Mills E.G., Phylactou M., Patel B., Eng P.C., Thurston L., Muzi B., Meeran K., Prevost A.T., Comninos A.N., Abbara A., Dhillo W.S. Association between high serum total cortisol concentrations and mortality from COVID-19. Lancet Diabetes Endocrinol. 2020; 8 (8): 659-660. https://doi.org/10.1016/S2213-8587(20)30216-3

Energetic insufficiency of liver tissue and additional energy in digital value (The hypothesis)

Despite the deep understanding of the importance of energy supply in the development of the vast majority of processes and phenomena in organism, there are practically no conceptual researches of energy requirements in severe diseases, traumatic injuries, stressful effects and related treatment in the medical literature. The proposed hypothesis is based on the analysis of literature data (PubMed keywords: energy deficit, stressor, metabolic stress, ATP, gluconeogenesis, oxidative phosphorylation, mitochondria, insulin secretion), reconsideration of the results of our experiments dedicated to the energetic statement of liver tissue in obstructive jaundice (OJ), ischemia and massive resection, summarization of 60 years of experience in clinical, surgical and scientific activities, which made it possible to make a number of assumptions that need further clinical and experimental verification. Various pathogens (stressors) cause the additional energy production in the body, which is the energy basis of metabolic responses that ensure the adaptation of the body''s vital functions and the elimination of the pathogen by activation of innate immunity, systemic inflammatory reaction, activation of the sympathetic nervous system, etc. Additional energy is the integral strength of the response to the pathogen, that takes into consideration with the strength of the stressor and the individual strength of the body''s response, which can be different for the same strength of the stressor. In fact, when stress develops, it determines its strength in digital form, i.e. in real view. The concept of this hypothesis comes from the fact that stress, which main task is to provide the energy of organism, appears when there is a certain level of energy deficiency in the body. Such level rarely appears immediately after the action of the stressor. At the beginning, pre-stress adaptive reactions usually occur, which use the energy reserve in cells in the form of ATP and glycogen, and are also the result of energy redistribution: a decrease in it in insulin-dependent tissues and an increase in insulin-independent ones, which include vital organs. This made it possible to divide metabolic responses into two groups: pre-stress and stress, and to distinguish two periods: “pre-stress” and “metabolic stress”. Pre-stress reactions, in our opinion, are also aimed at preventing the development of metabolic stress, which generates energy through proteolysis and lipolysis of body tissues. Metabolic stress develops when pre-stress reactions cannot satisfy the needs of the body and a certain, expressed in numerical value, energy deficit occurs. In a certain extent the metabolic situation in the body reflects by the liver, which is a metabolic organ that performs many reactions both during normal and stressful metabolism, generates ATP energy, and takes into account the metabolic state of other organs. The level of energy deficiency of the liver tissue can be an indicator that causes the formation of metabolic stress and evaluates in a numerical value not only the energy position of the body, but also the severity of its general condition, promising opportunities, prognosis and priority treatment, which should be aimed at a comprehensive replenishment of the energy deficit. This is especially important to keep in mind at this time with severe forms of COVID-19 and low blood oxygen saturation. Under any stressful influences, the doctor must solve two problems: to deal with a specific stressor and to provide energy for this struggle and the vital activity of the patient. Functional insufficiency of the liver in its diffuse diseases can lead to impaired gluconeogenesis or oxidative phosphorylation of glucose and the formation of “unsuccessful” or “incomplete” stresses.

Keywords:
дефицит энергии, стрессор, метаболический стресс, АТФ, глюконеогенез, окислительное фосфорилирование, митохондрии, секреция инсулина, energy deficit, stressor, metabolic stress, ATP, gluconeogenesis, oxidative phosphorylation of glucose, mitochondria, insulin secretion