Συγκριτική μελέτη των επιδράσεων της παρατεταμένης θερμής και ψυχρής ισχαιμίας στην νεφρική λειτουργία και στην κυτταρική δομή κατά τη διάρκεια μερικής νεφρεκτομής

Abstract

Core of this study has been the application of prolonged periods of warm and cold ischemia in a novel, animal experimental model with a solitary kidney undergoing partial nephrectomy and the investigation of the effects of the above stress stimuli, as well as the phenomenon of reperfusion in the cellular and subcellular level. The study investigation was 3-fold: 1. Evaluation of the overall survival and the renal function by measuring the serum levels of creatinine and blood-urea-nitrogen (BUN). 2. Evaluation of the morphology of the renal structures with the use of the optical and tandem electron microscopy (TEM). 3. Quantification of the local and systemic production of the most significant growth factor, which is related to ischemia, the vascular endothelial growth factor (VEGF). The results of the above investigation are in accordance between them and specify the major conclusion of this study. The tolerance of the solitary renal unit after a partial nephrectomy reaches the 60 minutes and the 120 minutes for warm and cold ischemia conditions, respectively. These limits were verified by the biochemical determinations, which reflect the postoperative renal function of the animals. The 60 minutes warm and the both of the cold ischemia groups exhibited the highest overall survival rates. On the contrary, the 90 minutes warm ischemia group had 100% mortality due to uremia and acute renal failure. The same pattern of differentiation between the study groups was also presented in the microscopical observations, where the first 3 groups showed excellent preservation of the renal structures. 90 minutes of warm ischemia created detrimental lesions in both optical and electron microscopy. The most important conclusion recorded by the TEM was the crucial role of the glomerular basement membrane and the podocytes, since the alterations in these structures are more impactful than those presented in the endothelial or mesagial cells. To our knowledge, this is the first time that a study investigates the effect of the cold ischemia and the partial nephrectomy with TEM and establishes the major advantage of cold ischemia over warm ischemia in the preservation of the structures Finally, the study of the VEGF concluded the following: 1. The compensatory hypertrophy of the solitary renal unit after a nephrectomy is VEGF-dependent. 2. The systemic synthesis of VEGF represents a local adaptation to hypoxia and especially the renal adaptation. 3. It was once again verified that the 90 minute warm ischemia group was greatly differentiated from the other groups, since the production of VEGF was abolished, while in the other 3 groups it was up-regulated. Our results are not without limitations. The major differences in the anatomy and physiology between humans and rabbits prohibit the application of the results in a clinical level. However, despite the fact that the data presented challenge the contemporary guidelines for the ischemia application during renal sparing surgery, they provide critical information and motives for further research.

Kορμό της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η εφαρμογή παρατεταμένων χρόνων θερμής και ψυχρής ισχαιμίας στα πλαίσια διενέργειας μερικής νεφρεκτομής, σε ένα καινοτόμο πειραματικό ζωϊκό μοντέλο με μονήρη νεφρό και η μελέτη των επιδράσεων των παραπάνω ερεθισμάτων και του φαινομένου επαναιμάτωσης σε κυτταρικό και υποκυτταρικό επίπεδο. Η μελέτη χαρακτηρίστηκε από 3 βασικές συνιστώσες: 1. Eκτίμηση της νεφρικής λειτουργίας και επιβίωσης με τη μέτρηση βιοχημικών παραμέτρων 2. Εκτίμηση της μορφολογίας των νεφρικών δομών στο οπτικό και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο 3. Προσδιορισμός της τοπικής και συστηματικής παραγωγής του κυριότερου αυξητικού παράγοντα της ισχαιμίας, του αγγειακού ενδοθηλιακού αυξητικού παράγοντα (VEGF). Τα αποτελέσματα και από τις 3 εκτιμήσεις συμφωνούν απόλυτα και οριοθετούν ουσιαστικά το βασικό συμπέρασμα της διατριβής. Η μονήρης νεφρική μονάδα έχει ως ανώτερο όριο ανοχής της θερμής ισχαιμίας τα 60 λεπτά και ψυχρής ισχαιμίας τα 120 λεπτά. Τα αναφερόμενα όρια επιβεβαιώθηκαν από τις μετρούμενες βιοχημικές παραμέτρους (ουρία, κρεατινίνη, ηλεκτρολύτες), οι οποίες αντικατοπτρίζουν τη μετεγχειρητική νεφρική λειτουργία των πειραματοζώων. Οι ομάδες των 60 λεπτών θερμής και 90 και 120 λεπτών ψυχρής ισχαιμίας χαρακτηρίστηκαν από τα υψηλότερα ποσοστά επιβίωσης, σε αντίθεση με την ομάδα των 90 λεπτών θερμής ισχαιμίας που απεβίωσαν καθολικά εξαιτίας οξείας νεφρικής ανεπάρκειας. Η ίδια διαφοροποίηση παρουσιάστηκε και στις μικροσκοπικές παρατηρήσεις, όπου οι πρώτες 3 ομάδες είχαν πολύ καλή έως άριστη διατήρηση των νεφρικών δομών ή κάποιες αναστρέψιμες βλάβες, σε αντίθεση με την ομάδα των 90 λεπτών θερμής ισχαιμίας, όπου οι αλλοιώσεις ήταν καταστροφικές. Το ίδιο μοτίβο ακολουθήθηκε και σε υποκυτταρικό επίπεδο. Βασικό συμπέρασμα της μελέτης στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ήταν η ζωτικής σημασίας για τη νεφρική λειτουργία της βασικής σπειραματικής μεμβράνης και των ποδοκυττάρων, των οποίων οι βλάβες στοιχίζουν περισσότερο από τις αντίστοιχες του ενδοθηλίου ή των μεσαγγειακών κυττάρων. Για πρώτη φορά μελετήθηκε η επίδραση της ψυχρής ισχαιμίας και μερικής νεφρεκτομής με τη χρήση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και απεδείχθη η σχεδόν τέλεια διατήρηση των δομών, αποδίδοντας έτσι στην ψυχρή ισχαιμία το μεγάλο πλεονέκτημα έναντι της θερμής. Τέλος, η μελέτη του VEGF ανέδειξε τα εξής στοιχεία: α) Η αντιρροπιστική υπερτροφία του μονήρους νεφρού μετά από νεφρεκτομή είναι VEGF-εξαρτώμενη. β) Η συστηματική παραγωγή του VEGF αντιπροσωπεύει μια τοπική προσαρμογή στην ισχαιμία και για την περίπτωσή μας τη νεφρική προσαρμογή. γ) Και σε αυτή τη μελέτη επιβεβαιώθηκε η διαφοροποίηση των ομάδων ισχαιμίας, αφού στα 90 λεπτά θερμής ισχαιμίας η σύνθεση του VEGF καταργήθηκε ολοσχερώς, ενώ στις υπόλοιπες 3 ομάδες η σύνθεση ήταν πολλαπλά μεγαλύτερη με αποκορύφωμα τις ομάδες ψυχρής ισχαιμίας. Τα αποτελέσματά μας υπόκεινται σε περιορισμούς, αφού η ανατομία και η φυσιολογία του πειραματόζωου διαφέρει σημαντικά από αυτή του ανθρώπου. Παρ’ όλ’αυτά, αν και τα δεδομένα μας ανατρέπουν τα μέχρι σήμερα επικρατούντα δόγματα για την εφαρμογή ισχαιμίας κατά τη διάρκεια της μερικής νεφρεκτομής, παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και νέα κίνητρα για περαιτέρω έρευνα.