Кустодиол - старый друг
Но лучше ли он новых двух?
Раствор, опередивший своё время
В начале 1970-х годов профессор Ганс-Юрген Бретшнайдер из Гёттингенского университета решал задачу, которая на тот момент выглядела вполне конкретной: как защитить миокард во время кардиохирургической операции. Сердце нужно было остановить, дать хирургу время работать — и потом запустить снова. Задача кардиоплегии.
Бретшнайдер подошёл к ней не как хирург, а как физиолог. Он рассуждал от клетки. Если главная угроза при ишемии — это нарушение ионного гомеостаза, неконтролируемый вход натрия и кальция в клетку, истощение энергетических запасов и ацидоз, — значит, раствор должен эти процессы предотвращать. Не бороться с последствиями, а устранять причины.
Так родилась концепция, элегантная в своей простоте:
Низкий натрий, низкий кальций — убрать движущую силу повреждающего ионного тока;
Гистидин в высокой концентрации — мощнейший буфер, нейтрализующий протоны, которые неизбежно накапливаются при анаэробном метаболизме;
Кетоглутарат — субстрат, способный поддерживать остаточный энергетический обмен даже в условиях гипоксии;
Триптофан — стабилизатор клеточных мембран;
Маннитол — осмотический агент, препятствующий клеточному набуханию.
Раствор получился кристаллоидным, с вязкостью близкой к воде, с внутриклеточным типом электролитного состава. Бретшнайдер дал ему рабочее название по первым буквам ключевых компонентов: HTK — гистидин, триптофан, кетоглутарат.
От кардиоплегии к консервации органов
Довольно быстро стало понятно, что логика раствора выходит далеко за пределы кардиохирургии. Если HTK защищает клетку от ишемического повреждения при остановке сердца, почему бы ему не защищать клетки донорского органа при холодовом хранении? Физика процесса та же: ишемия, гипотермия, угроза отёка и ацидоза.
Так Кустодиол — коммерческое название HTK, выпущенное компанией Dr. Franz Köhler Chemie — вошёл в трансплантологию. И вошёл успешно. К 1990-м годам раствор стал одним из двух мировых стандартов консервации донорских органов наряду с раствором Университета Висконсин (UW). Почки, печень, сердце, поджелудочная железа, лёгкие — Кустодиол работал везде.
У него было ещё одно практическое преимущество, которое хирурги ценили отдельно: благодаря низкой вязкости раствор быстро и равномерно промывал сосудистое русло органа. Там, где UW с его гидроксиэтилкрахмалом требовал терпения и давления, HTK проходил легко и заполнял всё микроциркуляторное русло без усилий.
Бретшнайдер создал раствор, который пережил своего создателя (профессор скончался в 1993 году) и продолжает служить трансплантологии уже более сорока лет. Это редкая история в медицине — когда фундаментальная идея оказывается настолько точной, что продукт остаётся востребованным через десятилетия.
Новая эпоха: машинная перфузия
Однако трансплантология не стояла на месте. К 2000–2010-м годам стало очевидно, что статическое холодовое хранение — при всей его надёжности — имеет потолок. Органы от доноров с расширенными критериями, органы после остановки кровообращения (доноры категории Маастрихт III–V), органы с длительной тепловой ишемией — для них простого «промыть и положить на лёд» уже недостаточно.
Появилась и начала стремительно развиваться машинная перфузия — технология, при которой раствор непрерывно или пульсирующе прокачивается через сосудистое русло органа. Гипотермическая перфузия, нормотермическая перфузия, субнормотермическая, оксигенированная — десятки протоколов, растущая доказательная база, всё более широкое клиническое применение.
И здесь естественным образом возник вопрос: а можно ли использовать для машинной перфузии тот самый Кустодиол, который так хорошо себя зарекомендовал при статическом хранении?
Физика вопроса
Ответ на этот вопрос лежит не в области фармакологии, а в области физики — точнее, в законе Старлинга, описывающем движение жидкости через капиллярную стенку.
При статическом хранении орган лежит в растворе. Жидкость не прокачивается через сосуды. Движущие силы фильтрации минимальны. В таких условиях отсутствие коллоидно-онкотического давления в растворе не является проблемой — жидкости просто некуда фильтроваться под давлением.
При машинной перфузии ситуация принципиально иная. Насос создаёт гидростатическое давление в сосудистом русле. Это давление гонит жидкость через капиллярную стенку в интерстициальное пространство. Единственная сила, способная этому противостоять, — онкотическое давление перфузата, создаваемое крупными молекулами (белки, коллоиды), которые не проходят через капиллярную стенку.
Кустодиол — кристаллоидный раствор. В нём нет ни гидроксиэтилкрахмала (как в Belzer MPS), ни альбумина (как в нормотермических перфузатах), ни декстрана (как в растворе Steen), ни полиэтиленгликоля. Крупных молекул, создающих онкотическое давление, в растворе нет.
Это не дефект конструкции. Бретшнайдер создавал раствор для статического хранения — и для статического хранения он идеален. Отсутствие коллоидов обеспечивает ту самую низкую вязкость, которую так ценят хирурги при промывании органа. Но когда этот же раствор начинают непрерывно прокачивать через орган под давлением часами — возникает ситуация, которую Бретшнайдер в своих расчётах попросту не рассматривал, потому что такой задачи перед ним не стояло.
Что происходит на практике
Экспериментальные работы, в которых исследователи использовали HTK для машинной перфузии, показывают достаточно предсказуемую картину:
При краткосрочной гипотермической перфузии (1–4 часа при низком давлении) результаты могут быть вполне приемлемыми. При низких температурах проницаемость капиллярной стенки снижается, объём фильтрации невелик, и орган не успевает набрать критический отёк.
При продлённой перфузии (свыше 6 часов) начинают проявляться последствия отсутствия онкотической поддержки:
Прогрессирующее увеличение массы органа за счёт интерстициального отёка;
Рост внутрисосудистого сопротивления — отёчная ткань сдавливает капилляры;
Парадоксальное ухудшение микроциркуляции — то есть именно того, ради чего и применяется машинная перфузия;
В ряде исследований — худшие показатели функции после трансплантации по сравнению с органами, перфузированными растворами, содержащими коллоиды.
Важно подчеркнуть: эти результаты не говорят о том, что Кустодиол — плохой раствор. Они говорят о том, что каждый инструмент хорош для своей задачи.
Растворы, созданные для перфузии
Для полноты картины — основные перфузаты, разработанные специально для машинной перфузии:
Belzer MPS, также известный как KPS-1, — рабочая лошадка гипотермической машинной перфузии почек, используемый в аппаратах LifePort. Онкотическое давление обеспечивается гидроксиэтилкрахмалом.
UW-MPS — модификация классического раствора Университета Висконсин, адаптированная для перфузионного режима, — применяется при гипотермической перфузии печени и почек. Коллоидный компонент тот же — гидроксиэтилкрахмал.
Steen Solution, разработанный шведской группой Стига Стеена специально для оценки и восстановления донорских лёгких в режиме нормотермической перфузии, — содержит одновременно декстран 40 и альбумин.
Среда Вильямса E с добавлением альбумина используется при нормотермической перфузии печени, где альбумин выполняет и онкотическую, и транспортную функцию.
Наконец, при нормотермической перфузии сердца и печени в качестве основы нередко используется донорская кровь или эритроцитарная масса, разведённая плазмой, — здесь онкотическое давление обеспечивается белками плазмы, а эритроциты решают ещё и задачу транспорта кислорода.
Общая закономерность очевидна: все перфузаты для машинной перфузии содержат коллоидный компонент. Это не совпадение, а инженерная необходимость.
Кустодиол-N: следующее поколение
Компания-разработчик не остановилась на оригинальной формуле. Следующее поколение раствора — Кустодиол-N — включает ряд усовершенствований:
N-ацетилгистидин вместо части гистидина — более устойчивый буфер, менее подверженный окислительной деградации;
Дефероксамин и LK-614 — хелаторы железа, предотвращающие железо-зависимое свободнорадикальное повреждение;
Глицин и аланин — аминокислоты с доказанным цитопротективным действием;
Повышенная концентрация кетоглутарата.
Кустодиол-N демонстрирует улучшенные результаты по сравнению с оригинальным HTK в экспериментальных моделях статического хранения. Однако и в этой модификации коллоидный компонент не был введён в состав, что означает: Кустодиол-N по-прежнему позиционируется прежде всего как раствор для статического хранения и кардиоплегии.
Модификации для перфузии: экспериментальный путь
Ряд исследовательских групп пошёл по пути модификации HTK, добавляя к нему онкотический агент:
HTK + альбумин (1–5%) — в экспериментах на моделях перфузии почек и печени показал значительно меньший отёк по сравнению с чистым HTK;
HTK + полиэтиленгликоль — отдельные работы с перфузией печени;
HTK + декстран — единичные исследования.
Результаты этих экспериментов подтверждают главный тезис: буферная система, субстраты и протекторы Кустодиола сами по себе работают хорошо и при перфузии. Проблема — исключительно в отсутствии онкотической составляющей. Добавьте коллоид — и HTK-основа становится вполне работоспособным перфузатом.
Впрочем, такой модифицированный состав формально уже не является стандартным Кустодиолом, и его использование возможно только в рамках исследовательских протоколов.
Практические выводы
Для клинической практики: стандартный Кустодиол остаётся одним из лучших растворов для статического холодового хранения и кардиоплегии. Для машинной перфузии следует использовать растворы, разработанные и зарегистрированные для этой цели.
Для исследователей: HTK может применяться в экспериментальных моделях машинной перфузии, однако при планировании протокола необходимо учитывать:
Длительность перфузии (чем короче — тем меньше проблем с отёком);
Давление перфузии (чем ниже — тем меньше фильтрация);
Температурный режим (гипотермия снижает проницаемость);
Необходимость контроля массы органа, сопротивления и маркеров повреждения;
Целесообразность добавления онкотического агента.
Для разработчиков: HTK-основа с её мощной буферной системой и субстратной поддержкой потенциально является привлекательной платформой для создания нового перфузата — при условии добавления онкотического компонента и, возможно, переносчика кислорода для нормотермических режимов. Такой раствор мог бы объединить преимущества кустодиоловской фармакологии с физическими требованиями машинной перфузии.
Было бы несправедливо завершить этот разговор, не сказав пару слов о так называемом золотом стандарте — растворе Университета Висконсин, который уже более тридцати лет носит это почётное звание с достоинством, вполне соразмерным своей вязкости.
UW — раствор, бесспорно, заслуженный. Он изменил трансплантологию в конце 1980-х, когда Белзер и Саутард предложили концепцию, казавшуюся тогда революционной: не просто промыть орган, а создать вокруг клетки среду, максимально препятствующую всем известным механизмам ишемического повреждения. Лактобионат — для связывания кальция и железа. Раффиноза — как impermeant, не проникающий через мембрану осмотический агент. Глутатион — антиоксидант. Аденозин — предшественник АТФ. Гидроксиэтилкрахмал — коллоид. Всё логично, всё обосновано, всё работает.
Но работает — с оговорками, о которых в учебниках принято упоминать мелким шрифтом. Раствор настолько вязкий, что при холодовом промывании хирургу порой кажется, что он перфузирует орган не консервантом, а сиропом от кашля. Высокое содержание калия — 125 ммоль/л — при случайном попадании в системный кровоток способно остановить сердце реципиента, что, согласитесь, несколько противоречит общей идее трансплантации. Гидроксиэтилкрахмал при длительном хранении при низких температурах склонен к преципитации, превращая прозрачный раствор в мутную взвесь, вызывающую у перфузиолога экзистенциальную тревогу. Аденозин нестабилен. Мои тапочки, пропитанные UW (немного протекала портальная помпа), блестят и не отмываются.
И всё же UW остаётся золотым стандартом — во многом потому, что в трансплантологии, как и в политике, статус золотого стандарта определяется не столько блеском, сколько отсутствием консенсуса относительно альтернатив.
Между тем будущее, очевидно, принадлежит растворам нового поколения — тем, которые будут проектироваться не под один режим консервации, а как платформенные составы, способные работать и при статическом хранении, и при гипотермической перфузии, и, возможно, при субнормотермических протоколах. Растворам, в которых буферная мощь гистидиновой системы Бретшнайдера может быть объединена с онкотической поддержкой нового типа — не на основе устаревшего и небезупречного гидроксиэтилкрахмала, а, например, на основе полиэтиленгликоля или рекомбинантного альбумина. Растворам, в которые можно будет добавлять переносчики кислорода — перфторуглероды или искусственные гемоглобины — для нормотермических режимов. Растворам, которые будут учитывать не только физику Старлинга и биохимию ишемии, но и молекулярные механизмы реперфузионного повреждения, митохондриальную дисфункцию, эндотелиальную активацию и иммунную модуляцию трансплантата.
Идеальный перфузат будущего — это, вероятно, не один раствор, а конструктор: базовая платформа с модульными добавками, подбираемыми под конкретный орган, конкретного донора, конкретный температурный режим и конкретную клиническую ситуацию. Персонализированная консервация органов — звучит как фантастика, но двадцать лет назад фантастикой казалась и нормотермическая перфузия сердца в портативном аппарате по дороге из одного города в другой.
И наш старый друг и золотой стандарт когда-нибудь уступит место чему-то лучшему — как всегда происходит, если дать науке достаточно времени и достаточно денег.