cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2022-592cardiotomsk-1868Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESВлияние доставки оксида азота на энергетическое обеспечение почечной ткани при проведении искусственного кровообращения: экспериментальное исследованиеEffect of nitric oxide delivery on energy supply of renal tissue in cardiopulmonary bypass: an experimental studyhttps://orcid.org/0000-0003-2672-6136ТёМ. А.TyoM. A.

Тё Марк Артурович, младший научный сотрудник, лаборатория медицины критических состояний

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Mark A. Tyo, Junior Research Scientist, Laboratory of Critical Care Medicine

Tomsk, 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

marik640213@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4289-4439КаменщиковН. О.KamenshchikovN. O.

Каменщиков Николай Олегович, канд. мед. наук, заведующий лабораторией медицины критических состояний

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Nikolay O. Kamenshchikov, Cand. Sci. (Med.), Head of the Laboratory of Critical Care Medicine

Tomsk, 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

nikolajkamenof@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8939-2340ПодоксеновЮ. К.PodoksenovYu. K.

Подоксенов Юрий Кириллович, д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория медицины критических состояний

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Yury K. Podoksenov, Dr. Sci. (Med.), Leading Research Scientist, Laboratory of Critical Care Medicine

Tomsk, 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

uk@cardio-tomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1808-556XМухомедзяновА. В.MukhomedzyanovA. V.

Мухомедзянов Александр Валерьевич, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Alexandr V. Mukhomedzyanov, Cand. Sci. (Med.), Research Scientist, Laboratory of Experimental Cardiology

Tomsk, 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

sasha_m91@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6020-1598МасловЛ. Н.MaslovL. N.

Маслов Леонид Николаевич, д-р мед. наук, заведующий отделением экспериментальной кардиологии

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Leonid N. Maslov, Dr. Sci. (Med.), Head of the Laboratory of Experimental Cardiology

Tomsk, 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

maslov@cardio-tomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0217-7737КозловБ. Н.KozlovB. N.

Козлов Борис Николаевич, д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория медицины критических состояний

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Boris N. Kozlov, Dr. Sci. (Med.), Leading Research Scientist, Laboratory of Critical Care Medicine

Tomsk, 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

bnkozlov@yandex.ruНаучно-исследовательский институт (НИИ) кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр (НИМЦ) Российской академии наукРоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center (NRMC), Russian Academy of SciencesRussian Federation202425082023391163170Copyright © Тё М.А., Каменщиков Н.О., Подоксенов Ю.К., Мухомедзянов А.В., Маслов Л.Н., Козлов Б.Н., 20242024Тё М.А., Каменщиков Н.О., Подоксенов Ю.К., Мухомедзянов А.В., Маслов Л.Н., Козлов Б.Н.Tyo M.A., Kamenshchikov N.O., Podoksenov Y.K., Mukhomedzyanov A.V., Maslov L.N., Kozlov B.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1868Актуальность

Актуальность. Острое почечное повреждение (ОПП) – распространенное осложнение кардиохирургических операций с искусственным кровообращением (ИК). Ишемически-реперфузионное повреждение (ИРП), системное воспаление, окислительный стресс и другие факторы, возникающие при проведении ИК, приводят к нарушению энергетического обеспечения и к гибели клеток почечной ткани. Доставка оксида азота (NO) является перспективным методом нефропротекции при кардиохирургических операциях в условиях ИК.

Цель исследования

Цель исследования: изучить параметры энергетического обеспечения почечной ткани при проведении ИК на фоне доставки NO в эксперименте.

Материал и методы

Материал и методы. Проспективное контролируемое экспериментальное исследование выполнено на 12 баранах. Животные включались в 2 группы в соотношении 1 : 1. В исследуемой группе выполнялась доставка NO в дозе 80 ppm сразу после интубации трахеи и в течение 90 мин ИК (основная группа, n = 6). В контрольной группе искусственная вентиляция легких (ИВЛ) и ИК выполнялись по стандартным протоколам (контрольная группа, n = 6). Через 1 ч после отлучения от ИК проводился забор биоптатов ткани почек. Оценивалось состояние энергетического обеспечения (по тканевой концентрации аденозинтрифосфата (АТФ) и лактата).

Результаты

Результаты. Доставка NO не сопровождалась аберрацией тканевой перфузии во время проведения ИК. Уровень свободного гемоглобина в обеих группах был статистически значимо выше через 1 ч после ИК по сравнению с этапами интубации – p < 0,000… и началом ИК – р < 0,000… Величина АТФ значимо различалась между группами и составила в контрольной группе 3,7 ± 0,62 nmol/g; в основной группе - 6,8 ± 1,11 nmol/g, р = 0,00011. Концентрация лактата статистически значимо не различалась между группами и составила в контрольной группе 12,9 ± 3,71 nmol/g; в основной группе – 10,2 ± 2,14 nmol/g, р = 0,1502.

Выводы

Выводы. Доставка NO приводит к улучшению энергетического обеспечения почечной ткани при проведении ИК в эксперименте.

Introduction

Introduction. Acute kidney injury is a common complication of cardiac surgery with cardiopulmonary bypass. Ischemic-reperfusion injury, systemic inflammation, oxidative stress, and other factors that occur during cardiopulmonary bypass lead to disruption of energy supply and death of kidney tissue cells. Delivery of nitric oxide is a promising method of nephroprotection during cardiosurgical operations with cardiopulmonary bypass.

Aim

Aim: To study the parameters of energy supply of the renal tissue during cardiopulmonary bypass with nitric oxide delivery in the experiment.

Material and Methods

Material and Methods. A prospective controlled experimental study was performed on 12 rams. Animals were included in 2 equal groups at a ratio of 1:1. In the main group, nitric oxide was delivered at a dose of 80 ppm immediately after tracheal intubation and within 90 minutes of cardiopulmonary bypass (main group, n = 6). In the control group, mechanical ventilation and cardiopulmonary bypass were performed according to standard protocols (control group, n = 6). Biopsy specimens of kidney tissue were taken 1 hour after weaning from cardiopulmonary bypass. Energy supply was assessed (according to the tissue concentration of adenosine triphosphate (ATP) and lactate).

Results

Results. Delivery of nitric oxide was not accompanied by tissue perfusion aberration during cardiopulmonary bypass (CPB). The level of free hemoglobin in both groups was statistically significantly higher 1 hour after cardiopulmonary bypass compared with the stages of intubation – p < 0.000... and the beginning of CPB – p < 0.000... The ATP value significantly differed between groups and amounted in the control group 3.7 ± 0.62 nmol/g; in the main group 6.8 ± 1.11 nmol/g, р = 0.00011. The lactate concentration did not differ statistically significantly between the groups and amounted to: in the control group 12.9 ± 3.71 nmol/g; in the main group 10.2 ± 2.14 nmol/g, р = 0.1502.

Conclusion

Conclusion: Delivery of nitric oxide improved the parameters of energy supply of the renal tissue during cardiopulmonary bypass in the experiment.

оксид азотаострое почечное повреждениемитохондрииэнергетическое обеспечениеискусственное кровообращениеnitric oxideacute kidney injurymitochondriaenergy supplycardiopulmonary bypassИсследование выполнено при поддержке гранта Министерства высшего образования и науки на создание новой лаборатории «Лаборатория медицины критических состояний» (Распоряжение Минобрнауки России МН-8/1284 от 24.10.2022 г.)Тhe study was funded by grant of the Ministry of Higher Education and Science for the creation of a new laboratory “Laboratory of Critical Care Medicine” (Decree of the Ministry of Education and Science of Russia MN8/1284 dated 10/24/2022)ReferencesKiers H.D., van den Boogaard M., Schoenmakers M.C., van der Hoeven J.G., van Swieten H.A., Heemskerk S. et al. Comparison and clinical suitability of eight prediction models for cardiac surgery-related acute kidney injury. Nephrol. Dial. Transplant. 2012;28(2):345–351. DOI: 10.1093/ndt/gfs518.Kiers H.D., van den Boogaard M., Schoenmakers M.C., van der Hoeven J.G., van Swieten H.A., Heemskerk S. et al. Comparison and clinical suitability of eight prediction models for cardiac surgery-related acute kidney injury. Nephrol. Dial. Transplant. 2012;28(2):345–351. DOI: 10.1093/ndt/gfs518.Bedford M., Stevens P.E., Wheeler T.W.K., Farmer C.K.T. What is the real impact of acute kidney injury? BMC Nephrol. 2014;15(1):95. DOI: 10.1186/1471-2369-15-95.Bedford M., Stevens P.E., Wheeler T.W.K., Farmer C.K.T. What is the real impact of acute kidney injury? BMC Nephrol. 2014;15(1):95. DOI: 10.1186/1471-2369-15-95.Rydén L., Sartipy U., Evans M., Holzmann M.J. Acute kidney injury after coronary artery bypass grafting and long-term risk of end-stage renal disease. Circulation. 2014;130(23):2005–2011. DOI: 10.1161/circulationaha.114.010622.Rydén L., Sartipy U., Evans M., Holzmann M.J. Acute kidney injury after coronary artery bypass grafting and long-term risk of end-stage renal disease. Circulation. 2014;130(23):2005–2011. DOI: 10.1161/circulationaha.114.010622.Bellomo R., Auriemma S., Fabbri A., D’Onofrio A., Kats N., McCullough P.A. et al. The pathophysiology of cardiac surgery-associated acute kidney injury (CSA-Aki). Int. J. Artif. Organs. 2008;31(2):166–178. DOI: 10.1177/039139880803100210.Bellomo R., Auriemma S., Fabbri A., D’Onofrio A., Kats N., McCullough P.A. et al. The pathophysiology of cardiac surgery-associated acute kidney injury (CSA-Aki). Int. J. Artif. Organs. 2008;31(2):166–178. DOI: 10.1177/039139880803100210.Kumar A.B., Suneja M. Cardiopulmonary bypass-associated acute kidney injury. Anesthesiology. 2011;114(4):964–970. DOI: 10.1097/aln.0b013e318210f86a.Kumar A.B., Suneja M. Cardiopulmonary bypass-associated acute kidney injury. Anesthesiology. 2011;114(4):964–970. DOI: 10.1097/aln.0b013e318210f86a.Nelson D.L. Lehninger principles of biochemistry; 8th edit. New York: W.H. Freeman. 2021:1248.Nelson D.L. Lehninger principles of biochemistry; 8th edit. New York: W.H. Freeman. 2021:1248.Pabla N., Bajwa A. Role of mitochondrial therapy for ischemic-reperfusion injury and acute kidney injury. Nephron. 2021;146(3):253–258. DOI: 10.1159/000520698.Pabla N., Bajwa A. Role of mitochondrial therapy for ischemic-reperfusion injury and acute kidney injury. Nephron. 2021;146(3):253–258. DOI: 10.1159/000520698.Ma H., Guo X., Cui S., Wu Y., Zhang Y., Shen X. et al. Dephosphorylation of AMP-activated protein kinase exacerbates ischemia/reperfusion-induced acute kidney injury via mitochondrial dysfunction. Kidney Int. 2022;101(2):315–330. DOI: 10.1016/j.kint.2021.10.028.Ma H., Guo X., Cui S., Wu Y., Zhang Y., Shen X. et al. Dephosphorylation of AMP-activated protein kinase exacerbates ischemia/reperfusion-induced acute kidney injury via mitochondrial dysfunction. Kidney Int. 2022;101(2):315–330. DOI: 10.1016/j.kint.2021.10.028.Shvedova M., Anfinogenova Y., Popov S.V., Atochin D.N. Connexins and nitric oxide inside and outside mitochondria: Significance for cardiac protection and adaptation. Front. Physiol. 2018;9:479. DOI: 10.3389/fphys.2018.00479.Shvedova M., Anfinogenova Y., Popov S.V., Atochin D.N. Connexins and nitric oxide inside and outside mitochondria: Significance for cardiac protection and adaptation. Front. Physiol. 2018;9:479. DOI: 10.3389/fphys.2018.00479.Kamenshchikov N.O., Anfinogenova Y.J., Kozlov B.N., Svirko Y.S., Pekarskiy S.E., Evtushenko V.V. et al. Nitric oxide delivery during cardiopulmonary bypass reduces acute kidney injury: A randomized trial. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2022;163(4):1393–1403.e9. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2020.03.182.Kamenshchikov N.O., Anfinogenova Y.J., Kozlov B.N., Svirko Y.S., Pekarskiy S.E., Evtushenko V.V. et al. Nitric oxide delivery during cardiopulmonary bypass reduces acute kidney injury: A randomized trial. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2022;163(4):1393–1403.e9. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2020.03.182.Lei C., Berra L., Rezoagli E., Yu B., Dong H., Yu S. et al. Nitric oxide decreases acute kidney injury and stage 3 chronic kidney disease after cardiac surgery. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2018;198(10):1279–1287. DOI: 10.1164/rccm.201710-2150OC.Lei C., Berra L., Rezoagli E., Yu B., Dong H., Yu S. et al. Nitric oxide decreases acute kidney injury and stage 3 chronic kidney disease after cardiac surgery. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2018;198(10):1279–1287. DOI: 10.1164/rccm.201710-2150OC.Wahba A., Milojevic M., Boer C., De Somer F.M.J.J., Gudbjartsson T., van den Goor J. et al. 2019 EACTS/EACTA/EBCP guidelines on cardiopulmonary bypass in adult cardiac surgery. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2020;57(2):210–251. DOI: 10.1093/ejcts/ezz267.Wahba A., Milojevic M., Boer C., De Somer F.M.J.J., Gudbjartsson T., van den Goor J. et al. 2019 EACTS/EACTA/EBCP guidelines on cardiopulmonary bypass in adult cardiac surgery. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2020;57(2):210–251. DOI: 10.1093/ejcts/ezz267.Møller M.H., Cecconi M. Venous-to-arterial carbon dioxide difference: An experimental model or a bedside clinical tool? Intensive Care Med. 2015;42(2):287–289. DOI: 10.1007/s00134-015-4181-7.Møller M.H., Cecconi M. Venous-to-arterial carbon dioxide difference: An experimental model or a bedside clinical tool? Intensive Care Med. 2015;42(2):287–289. DOI: 10.1007/s00134-015-4181-7.Ospina-Tascón G.A., Umaña M., Bermúdez W.F., Bautista-Rincón D.F., Valencia J.D., Madriñán H.J. et al. Can venous-to-arterial carbon dioxide differences reflect microcirculatory alterations in patients with septic shock? Intensive Care Med. 2015;42(2):211–221. DOI: 10.1007/s00134-015-4133-2.Ospina-Tascón G.A., Umaña M., Bermúdez W.F., Bautista-Rincón D.F., Valencia J.D., Madriñán H.J. et al. Can venous-to-arterial carbon dioxide differences reflect microcirculatory alterations in patients with septic shock? Intensive Care Med. 2015;42(2):211–221. DOI: 10.1007/s00134-015-4133-2.Vercaemst L. Hemolysis in cardiac surgery patients undergoing cardiopulmonary bypass: A review in search of a treatment algorithm. J. Extra Corpor. Technol. 2008;40(4):257–267.Vercaemst L. Hemolysis in cardiac surgery patients undergoing cardiopulmonary bypass: A review in search of a treatment algorithm. J. Extra Corpor. Technol. 2008;40(4):257–267.Kato G.J., Steinberg M.H., Gladwin M.T. Intravascular hemolysis and the pathophysiology of sickle cell disease. J. Clin. Invest. 2017;127(3):750– 760. DOI: 10.1172/jci89741.Kato G.J., Steinberg M.H., Gladwin M.T. Intravascular hemolysis and the pathophysiology of sickle cell disease. J. Clin. Invest. 2017;127(3):750– 760. DOI: 10.1172/jci89741.Teodoro J.S., Da Silva R.T., Machado I.F., Panisello-Roselló A., Roselló-Catafau J., Rolo A.P. et al. Shaping of hepatic ischemia/reperfusion events: The crucial role of mitochondria. Cells. 2022;11(4):688. DOI: 10.3390/cells11040688.Teodoro J.S., Da Silva R.T., Machado I.F., Panisello-Roselló A., Roselló-Catafau J., Rolo A.P. et al. Shaping of hepatic ischemia/reperfusion events: The crucial role of mitochondria. Cells. 2022;11(4):688. DOI: 10.3390/cells11040688.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.