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

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.

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., Børsheim 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., Häring 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. Mózsik G.Y., Garamszegi M., Jávor T., Nagy L., Patty I., Sütö 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