Современные биомаркеры повреждения почек в педиатрии

ВВЕДЕНИЕ

Острое повреждение почек (ОПП) - это ком­плексное, быстро прогрессирующее (менее 7 су­ток) и потенциально обратимое состояние, сопро­вождающееся снижением экскреторной функции почек, изменением биохимического состава кро­ви, а также снижением объема диуреза и/или тем и другим. ОПП в настоящее время рассматривается как клинический синдром. Чаще всего он ослож­няет течение заболеваний сердечно-сосудистой системы (ССС), а наиболее тяжелые его формы сопровождают сепсис, повышая вероятность ле­тального исхода [1-5]. Причины ОПП включают в себе 3 основные группы, которые считаются основой патогенетической классификации: преренальные, ренальные и постренальные. Меха­низмы развития ОПП при повреждении разных сегментов нефрона могут в значительной степени сочетаться, в связи с чем может быть трудно про­вести четкую границу между различными патоге­нетическими вариантами ОПП [2].

Современные подходы к диагностике остро­го почечного повреждения

Независимо от этиологии и патогенеза ОПП, определяются общие звенья формирования по­вреждения почечной ткани, ведущим из которых считается развитие воспаления. Повреждающий фактор (ишемия, нефротоксичные агенты и про­чие) стимулирует выработку эндотелиоцитами и клетками тубулярного эпителия медиаторов вос­паления (цитокинов и хемокинов), в связи с чем лейкоциты перемещаются в очаг поражения и, выделяя медиаторы воспаления, усугубляют по­ражение почечной ткани, нарушая структуру ци­тоскелета клеток эпителия канальцев, которые подвергаются слущиванию с последующим не­крозом или апоптозом. Основной причиной сни­жения СКФ служит обструкция канальцев клетка­ми, белковыми и клеточными цилиндрами, а так­же вазоконстрикция капилляров [4-6]. По своему определению биомаркер является не обязательно участником, но свидетелем патологического про­цесса [7], который должен отражать течение пато­генетических этапов развития ОПП [4, 8, 9].

Биомаркеры острого повреждения почек должны удовлетворять следующим требованиям [8, 10, 11]:

1. обладать способностью к топической диа­гностике поврежденного сегмента нефрона (клу­бочек, проксимальный или дистальный каналец, интерстиций, сосуды);
2. нести информацию о причинах, характере и длительности повреждения почек (ОПП, ХБП), трансформации ОПП в ХБП;
3. обладать высокой специфичностью и чув­ствительностью в дифференциальной диагности­ке патогенетических вариантов ОПП;
4. иметь прогностическое значение в отноше­нии продолжительности и исходов ОПП: развития терминальной почечной недостаточности, потреб­ности в заместительной почечной терапии и т.д.;
5. предоставлять возможность динамического контроля эффективности проводимой терапии.

В настоящее время «идеальный» для всех кли­нических ситуаций маркер ОПП подобрать невоз­можно, но аналитические свойства ряда веществ, уже использующихся в этом качестве, позволяют судить о большинстве патологических процессов в почках [9, 11, 12].

Почки - один из главных органов, участвую­щих в развитии нейрогуморальной и иммунной патологии. Они играют главную роль в процессах очищения, в гомеостазе жидкости, электролитов и кислотно-основном балансе. ОПП - одна из основных причин летальности в группе больных с критически тяжелой патологией. Однако, не­смотря на первичное поражение почек, на первый план в клинической картине выступают симптомы со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Концепция субклинического ОПП под­черкивает, что при отсутствии клинических про­явлений тубулярные повреждения имеют место и повышают риск прогрессирования дисфункции почек [13]. Последнее практическое руководство KDIGO предлагает новую концепцию, названную «Острая болезнь почек», чтобы подчеркнуть не­обходимость наблюдения за пациентами, пере­жившими эпизод ОПП [14].

Эпителий почечных канальцев - основная лока­лизация воспалительного процесса [15]. При ОПП повреждение и гибель клеток сопровождаются вы­бросом циркулирующих медиаторов локального и системного воспалительно-оксидативного стрес­са различными механизмами, включая эпигене­тические процессы. На моделях животных почка отвечает экспрессией IL-1p, vascular cell adhesion molecule-1, and TGF-β в сочетании с клеточной ин­фильтрацией в почках и на заключительной стадии периваскулярным, перигломерулярным и перитубулярным фиброзом с увеличением содержания маркеров коллагенообразования [16]. Активация РААС может вносить свой вклад в ренальный фи­броз путем подавления цитопротекторной функ­ции белка Клото. Белок Клото экспрессируется главным образом в почечных дистальных извитых канальцах [17, 18]. Многофункциональный белок Клото регулирует фосфорно-кальциевый метабо­лизм и идентифицирован как значимая молекула в процессе старения. Его цитопротекторная роль из­учена при ХБП и ремоделировании сердца. Белок Клото признан одним из нескольких объединяю­щих механизмов при кардио-пульмоно-ренальном синдроме. В экспериментальных моделях он ока­зывает антиоксидативное [19, 20] и антифиброзное [21] действие путем подавления сосудистого эндотелиального фактора роста и повышения экс­прессии профиброзного TGF-β1Smad/3 в клетках эпителия легких. Таким образом, почечные тубу­лярные клетки и ренальные фибробласты могут быть первичными клетками при прогрессирова­нии ХБП, усугубляющими кардиоваскулярную и легочную патологию. В соответствии с концепци­ей субклинического ОПП ранние патологические изменения могут иметь место без очевидных кли­нических признаков благодаря высокой способ­ности почек к адаптации, но они соответствуют медленно прогрессирующему дегенеративному процессу. Как только пройден порог адаптации, прогрессирование ХБП идет быстро. Общепри­нято, что все первичные причины ХБП реализу­ются по общему патогенезу и сводятся к фиброзу. Альбуминурия - суррогатный маркер прогрессиро­вания ХБП и отражает эндотелиальную дисфунк­цию. Даже небольшое увеличение альбуминурии связано с хронической патологией легких [22], ремоделированием правого и левого желудочков и патологической реакцией сердечно-сосудистой системы [23].

Важным признаком ОПП является снижение гломерулярной фильтрации (ГФ). Содержание сывороточного креатинина (СК), элиминирующе­гося из крови в основном ГФ, увеличивается при ОПП и до сих пор служит основным диагностиче­ским тестом данного клинического синдрома. Од­нако уровень сывороточного креатинина является «не идеальным» маркером ввиду своей низкой специфичности (зависит не только от состояния почек, но и от возраста, пола, расы, диеты, мышеч­ной массы, состояния обмена в мышечной ткани, физической нагрузки и степени гидратации, дей­ствия определенных лекарственных средств) и медленного ответа. Фактически уровень сыворо­точного креатинина может не меняться в крови, пока функционируют более 50 % нефронов. В экс­перименте на животных показано, что для полной регресии ОПП лечебные мероприятия необходи­мо начинать до повышения креатинина в сыво­ротке крови выше нормальных значений [24-26].

Концентрация креатинина в сыворотке крови у старших детей и взрослых широко используется как маркер ОПП. Однако у новорожденных этот показатель отражает уровень креатинина в кро­ви матери. Постоянная концентрация креатинина зависит от мышечной массы новорожденного и СКФ, которые обратно пропорционально связа­ны с гестационным возрастом. У новорожденных с низкой массой при рождении, но с нормальной для их гестационного возраста функцией почек СК увеличивается в первые 3-5 дней жизни, а за­тем медленно снижается в течение следующих не­скольких недель. Эти сложности в интерпретации СК привели к поиску быстрого и чувствительного индикатора для выявления ренальной патологии у детей, в том числе у новорожденных с низкой массой тела при рождении [27].

Наиболее перспективные для ранней диагно­стики ОПП биомаркеры отражают не ГФ, а острое повреждение почечной паренхимы, клеточную пролиферацию, дифференцировку, апоптоз, нару­шения иммунного ответа и продукции цитокинов и хемокинов (таблица) [26-28].

Новые перспективные биомаркеры ОПП с по­тенциально высокой чувствительностью и специ­фичностью включают в себя плазменную панель (NGAL и цистатин С) и панель мочи (NGAL, ИЛ- 18, KIM-1, L-FABP).

NGAL (липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов/липокалин-2) - наиболее изу­ченный биомаркер ОПП. Изначально предполага­лось, что почка является единственным источником повышения концентрации NGAL в биологических жидкостях, но впоследствии экспериментальные и клинические исследования кинетики NGAL по­казали наличие двух пулов [30-32]. Первый пул - системный, он определяет концентрацию NGAL в сыворотке крови, которая обусловлена как нако­плением вследствие снижения ГФ, так и возрос­шей реабсорбцией этого белка в проксимальных канальцах. В ответ на повреждение почечных ка­нальцев уровень NGAL возрастает в плазме крови в 7-16 раз. Второй пул - мочевой, он обеспечивает­ся увеличением синтеза NGAL непосредственно в клетках тубулярного эпителия дистальных каналь­цев под действием повреждающего фактора. Экс­креция NGAL с мочой на 24-48 часов опережает повышение концентрации креатинина в сыворотке крови [33-35]. В настоящее время имеются данные о способности NGAL подавлять апоптоз, стимули­ровать процессы пролиферации и эпителизации, что можно отнести к его цитопротекторным свой­ствам [32, 37 -41].

Липокалины, в том числе и NGAL, обладают бактериостатическим эффектом, так как служат переносчиком сидерофоров, индуцируемых бак­териями с целью транспортировки слабораствори­мых гидроксильных комплексов, которые содержат необходимые для нормального функционирования бактериальной клетки ионы железа [42, 43]. Учи­тывая данные свойства, педиатры Университетско­го госпиталя Хорватии определили NGAL мочи у 134 детей с фебрильной лихорадкой разной этио­логии. Максимальный уровень был у 80 пациентов с острым пиелонефритом, в связи с чем авторы считают, что NGAL мочи может быть полезен при дифференцировке острого пиелонефрита от цисти­та (порог - cut-off 38,5 нг/мл), а также для отличия цистита от фебрильных состояний, не связанных с ИМС (порог - cut-off 20,4 нг/мл) [44]. Данное ис­следование особенно перспективно для обследо­вания детей младшего возраста, у которых доста­точно трудно определить уровень воспаления при инфекции мочевой системы.

В настоящее время имеются эксперименталь­ные и клинические данные, определяющие зави­симость экскреции NGAL с мочой в зависимости от уровня протеинурии, это объясняется наличи­ем общих молекулярных механизмов реабсорб­ции в проксимальных канальцах NGAL и альбу­мина [38, 45].

По результатам мета-анализа, проведенного в 2009 году, куда были включены 2538 пациентов из 19 исследований, выполненных в 8 странах, были сделаны выводы о возможности использования уровня NGAL в крови и моче в качестве ранней диагностики ОПП [46].

KIM-1 (Kidney Injury Molecule-1, молекула повреждения почек-1) - трансмембранный гли­копротеин, молекулы которого экспрессируют­ся в клетках проксимальных канальцев после их ишемического или токсического повреждения. Определение мочевой экскреции KIM-1 в каче­стве биомаркера ОПП впервые предложено в 2002 году, когда в нефробиоптатах при остром ту­булярном некрозе была обнаружена его повышен­ная концентрация [7]. Повышение сывороточной концентрации KIM-1 при повреждении клеток проксимальных канальцев опережает повышение уровня мочевины и креатинина в сыворотке кро­ви, его концентрация в моче увеличивается даже при небольшом повреждении почек, что позволя­ет проводить раннюю диагностику ОПП. В кли­нических исследованиях KIM-1 оказалась наибо­лее значимой в диагностике острого канальцевого некроза по сравнению с другими патогенетиче­скими вариантами ОПП. Она выступает в роли чувствительного предиктора относительного ри­ска летальности, а также предиктора необходимо­сти проведения диализной терапии [40, 47]. В на­стоящее время не удается установить пороговые значения мочевой экскреции KIM-1, необходимые для ранней диагностики ОПП, так как большин­ство клинических исследований являются одно­центровыми и не столь многочисленными.

Интерлейкин-18 (IL-18) является провоспалительным цитокином продуцируемым в прокси­мальных канальцах. Повышенная его концентра­ция определятся в моче у больных с ишемическим

ОПП. В ряде исследований было определенно, что увеличение концентрации ИЛ-18 мочи в ран­нем послеоперационном периоде позволяет пред­сказать развитие ОПП в течение ближайших 24 часов с вероятностью 73 %. Кроме того, повыше­ние его концентрации опережает повышение кон­центрации креатинина сыворотки крови на 48-72 часа [12, 25, 36, 38, 41, 42, 48-51]. В эксперимен­тальных исследованиях с использованием данно­го цитокина была доказана его роль в патогене­зе ишемического острого канальцевого некроза, ишемии кишечника, миокарда, головного мозга, артритов [48, 49]. В литературе имеются данные о повышении мочевой экскреции ИЛ-18 у пациен­тов с сепсисом [36].

Печеночный протеин, связывающий жирные кислоты (L-FABP, liver fatty acid binding protein) является цитоплазматическим белком, который выделяется в тканях с повышенным метаболиз­мом жирных кислот. В случае ОПП повышение L-FABP определяется в первые 24 часа, в то время как повышение креатинина отмечается только че­рез 72 часа. L-FABP относится к семейству бел­ков - переносчиков жирных кислот, участвующих в транспорте длинноцепочечных жирных кислот между интра- и экстрацеллюлярным простран­ством, регулирующий оксидативный стресс, свя­зывая липофильные продукты, ограничивая их повреждающее действие на клеточные мембраны [47]. В организме человека это вещество синтези­руется в основном в печени, но в небольших коли­чествах обнаруживается в почках и тонкой киш­ке. В нормальных условиях L-FABP отсутствует в моче, так как, фильтруясь в клубочках, полно­стью реабсорбируется в проксимальных каналь­цах [45]. Данный маркер проявил себя в качестве чувствительного предиктора ОПП у детей после кардиохирургических вмешательств с примене­нием аппарата искусственного кровообращения [51]. У пациентов с ОПП на фоне септического шока уровень L-FABP повышен и определяет от­носительный риск смертности [24, 38].

NGAL, IL-18, KIM-1 и L-FABP - наиболее пер­спективные мочевые маркеры ОПП не только при обследовании взрослых пациентов, но и в детской нефрологии. Широкому применению данных био­маркеров мешает отсутствие надежных референсных значений показателей у здоровых детей раз­ного возраста и пола, так как известно небольшое число работ, определяющих нормальные значе­ния этих маркеров у детей. Результаты обследова­ния наибольшего числа здоровых детей (368) опу­бликованы в журнале Pediatric Nephrology в 2015 [52]. Анализировались биомаркеры путем линей­ной регрессии и по возрастным группам (3 - до 5 лет; 5 - до 10 лет; 10 - до 15 лет; 15 - до 18), чтобы определить, зависит ли уровень маркера от возраста и пола. Средние значения таковы: NGAL (6,6 ng/ml; интерквартильный размах - (ИКР) 2,8-17), IL-18 (21,6 пг/мл; ИКР 13,6-32,9), KIM-1 (410 пг/мл; ИКР 226-703), LFABP (3,4 пг/мл; ИКР 1,6-6,0). Средние значения NGAL значимо выше у девочек, чем у мальчиков, во всех возрастных группах (13,1 нг/мл, ИКР 5,3-26,6 vs. 3,5 нг/мл, ИКР 1,9-7,9; p<,001). ИЛ-18 выше у девочек, чем у мальчиков, в возрасте от 10 - до 15 и от 15 - до 18 лет (31 нг/мл, ИКР 22,6-47,1 vs. 19 нг/мл, ИКР 12,5-27,9 и 27 нг/мл, 13,6-57,7 18 нг/мл, ИКР 14,4-24,9, соответственно p<,001). LFABP немно­го выше у девочек между 10 и 15 годами (3,5 нг/ мл, ИКР 2,0-5,2 vs. 1,8 нг/мл, 0,5-5,7; p=0.03), но затем повышается у мальчиков между 15 и 18 го­дами (4,5 нг/мл, ИКР 2,9-6,3 vs. 2,5 нг/мл, ИКР 0,9-3,3; p<0,001). По KIM-1 гендерных различий авторы не обнаружили.

Функциональные маркеры

Цистатин C - белок из семейства ингибиторов цистеиновых протеиназ, синтезируемый многи­ми клетками организма, постоянно циркулирую­щий в крови, свободно фильтруемый в клубочках почек, а затем полностью метаболизируемый в проксимальных канальцах и не секретируемый в них [2]. Клиническая чувствительность опреде­ления цистатина C в отношении повреждения почек составляет 86 %, специфичность - 82 %. При обследовании 85 пациентов в соответствии с критериями RIFLE с высоким риском развития ОПП увеличение сывороточной концентрации цистатина С предшествовало повышению уровня креатинина на 24-48 часов [47]. Похожие данные были получены при обследовании пациентов по­сле кардиохирургических вмешательств; цистатин С в сыворотке был чувствительным маркером ОПП и позволял оценивать относительный риск летального исхода и прогнозировать потребность в заместительной почечной терапии [48]. Опреде­ление плазменной/сывороточной концентрации цистатина C при остром некрозе канальцев по­зволяет лучше прогнозировать потребность в почечной заместительной терапии, чем СК [12]. Концентрация цистатина С в плазме крови наря­ду с креатинином служит основой для расчетного определения СКФ, в частности, по считающейся наиболее точной и современной формуле CKD- EPI 2009 [50]. В то же время экскреция цистатина С с мочой, как и NGAL, зависит от выраженности протеинурии в связи с конкуренцией с альбуми­ном за мегалин-кубулин-опосредованный эндоци- тоз в проксимальных канальцах [35].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время роль биомаркеров как ран­них маркеров острого повреждения почек являет­ся двоякой. С одной стороны, они способны стать весьма чувствительными для обнаружения острого повреждения почек на ранней, доклинической ста­дии, в связи с чем могут благоприятно повлиять на исход ввиду своевременно начатой заместительной терапии. А с другой стороны, необходимо глубокое понимание физиологической и патофизиологи­ческой роли, определение чувствительности и специфичности при поражении различных частей нефрона в момент острого процесса и в период вос­становления, определение референсных значений, и, самое главное, целесообразность их использова­ния при различных видах патологии почек [32].