Біохімічні закономірності розвитку помутнінь кришталиків і підвищення стійкості організму до дії катарактогенних факторів

З огляду на факт більш частого виникнення катаракти на фоні вікових метаболічних розладів, принципово важливим є питання, якою мірою кожний з виявлених біохімічних факторів, значимих у катарактогенезі, зв'язаний з віком. Аналіз досліджуваних параметрів в осіб з прозорими кришталиками виявив залежні від віку зміни Nа+,К+-АТРази (r=-0,63, р<0,0001, n=122), ВАА (r=-0,35, р<0,0007, n=90) і вітаміну Е (r=-0,507, р<0,001, n=32), що дозволяє припустити наявність їх ролі як у процесах старіння, так і розвитку вікової патології. Спрямованість і виразність залежних від віку і зв'язаних з катарактогенезом змін метаболізму не тотожні. Зниження активності Na+,K+-АТРази і рівня вітаміну Е, характерне для старіння, ще більш виражено при катаракті, особливо в осіб до 40 років. Не відзначено залежних від віку змін рівня вітаміну С, однак виявлена залежність між вмістом аскорбінової кислоти в крові хворих на вікову катаракту і віком, що відповідає початку помутнінь кришталиків. Це є доказом того, що зниження даних параметрів є одним з факторів ризику виникнення вікової катаракти, а також сприяє розвитку патологічних змін кришталика в більш молодому віці. Спрямованість змін активності ГТП у катарактогенезі аналогічна таким при старінні, але ступінь її зниження при помутнінні кришталиків більше. Зниження вмісту ВАА при збільшенні віку менш виражено в осіб з катарактою, ніж у здорових. Сумарна АОА водорозчинних АО і вміст ЦП майже не змінюються при старінні і розвитку залежної від віку катаракти.

У хворих на вікову катаракту із супутньою патологією ШКТ, гепатобіліарної і серцево-судинної системи, а також хронічною алкогольною інтоксикацією відзначені більш виражені метаболічні порушення, що узгоджується з даними про зниження в цих випадках АО забезпеченості організму і порушенні структурно-функціональних параметрів мембран (Печенюк І.В. та ін., 1994; Губський Ю.I. та iн., 1995; Петров Е.Е., 1996). При захворюваннях печінки активність Nа+,К+-АТРази знижена на 14,4% щодо значень в осіб з віковою катарактою без іншої патології (р<0,05), вміст ЦП - на 19,4% (р<0,05), АОА водорозчинних АО - у 3 рази (р<0,001) на фоні підвищення ГТП у 2 рази (р<0,001). Наявність захворювань ШКТ сприяє активації ГТП (більш, ніж у 2 рази, р<0,001) і збільшенню ПГЕ (на 18,5%, р>0,05). При супутніх серцево-судинних захворюваннях у 1,5 рази знижена перекисна резистентність еритроцитів (р<0,02), на 55,6% збільшена активність ГТП (р<0,001) і відзначена тенденція до зниження ЦП (на 15%).

Прогностичні ознаки швидкого розвитку вікової катаракти. Дані, отримані на моделях катаракти та в осіб з залежними від віку помутніннями кришталиків мають істотне практичне значення, тому що на їх основі були розроблені біохімічні критерії стійкості організму до катарактогенів, що дозволяють прогнозувати швидкість розвитку помутнінь кришталиків (рис. 7).

Визначення діагностичної інформативності клінічних ознак вікової катаракти і досліджуваних біохімічних параметрів дозволило розрахувати прогностично надійний інтегральний показник швидкості її прогресування, що може бути отриманий за допомогою запропонованої формули, використовуючи реальні значення кожного з указаних ознак. Прогнозування швидкості розвитку помутнінь кришталиків може бути використане для виявлення групи ризику швидкого формування катаракти, що дозволить здійснювати відповідну діагностику і тактику лікування. За допомогою методу лінійної дискримінантної функції отримано моделі дискримінантних функцій F1 і F2 із сумарним внеском у дисперсію показників 67,6 і 32,4%. Точність діагностування швидкості розвитку катаракти склала 93,1% для повільного формування катаракти, середньо- і швидкорозвиваючихся катаракт відповідно 0% і 100%.

Ефективність препаратів з потенційними антикатарактальними властивостями при експериментальних помутніннях кришталика. Результати експериментальних досліджень встановили роль зниження активності АО системи і функціональних параметрів мембран у розвитку помутнінь кришталиків, що стало основою для вивчення можливості їх корекції як патогенетично орієнтованих підходів до лікування і профілактики катаракти.

Мілдронат запобігає різкому збільшенню світлопоглинання при опроміненні гомогенатів кришталиків ультрафіолетом 18 годин (оптична щільність розчинів після опромінення в присутності мілдронату - 104,3% щодо відповідних значень до експерименту, р>0,05, але в 1,5 рази нижче, р<0,001, ніж при опроміненні гомогенатів без препарату). Препарат С6 сприяє менш вираженому збільшенню оптичної щільності при 15 і 27 годинному опроміненні (на 6 і 28,7% у порівнянні з контрольними зразками відповідно) і знижує інтенсивність світлорозсіювання (на 15,6 і 28,3%), надаючи більший ефект, ніж ТФХД, ТФХК і ТФА (рис. 8).

В умовах епітеліально-капсульної культури кришталика мілдронат (10 і 100 мкг/мл) не викликає змін у цілісності моношару і сприяє зниженню вакуолізованих клітин (у 1,9 - 1,6 раз, р<0,01 і <0,05). Штучні антиоксиданти ІОС-124 і ІОС-985 поліпшують схоронність моношару, міграційну здатність клітин і мітотичну активність, але збільшують вакуолізацію клітин більш, ніж у 2 рази, р<0,05). Препарат С1, не пригнічує ріст клітин і їх мітотичну активність, підвищує схоронність моношару (на 29,1%, р<0,05), але посилює вакуолізацію клітин (у 2 рази, р=0,05). Препарат С6 індиферентний стосовно епітелію, не викликаючи змін моношару по його схоронності і кількості пікнотизованих і вакуолізованих клітин, але знижує мітотичну активність (р>0,05) і міграційну здатність (у 3 рази, р<0,01). Метовіт у досліджуваних концентраціях, не порушуючи схоронності эксплантатів, виявляє тенденцію до збільшення мітотичної активності до 14% і значно знижує вакуолізацію клітин (у 1,9-2,4 рази, р<0,01).

На моделі С катаракти виявлена стабілізуюча дія вітаміна Е та його похідних на еритроцитарні мембрани, найбільш виражена у випадку ТФА і препарату С6 (ПГЕ знижений до 64,7 і 67,7%, р<0,05 в обох випадках через 6 місяців експерименту щодо вихідних значень). Вітамін Е і метовіт перешкоджають зниженню активності Na+,K+-АТРази на всіх термінах дослідження, а аналог вітаміну Е сприяє активації ферменту, складаючи в еритроцитах 108,1, 95,2 (р>0,05 в обох випадках) і 161,2% (р<0,001) щодо значень до експерименту, а також корі і капсулі кришталика відповідно 125,0 - 117,8%, (р>0,05) при застосуванні ТФА і С6 та 129,6 і 136,8% (р<0,001 і =0,05) у випадку метовіту. Вміст ВАА знижується в крові до рівня контрольних величин або навіть нижче (на 22,6, 28,1 і 18,8%) через 6 місяців опромінення на фоні ТФА, препаратів С6 і метовіт у порівнянні з вихідними даними (р>0,05 у всіх випадках), камерній волозі (на 14,3%, р>0,05, 34,8%, р<0,001 і 55,7%, р<0,001) і капсулі кришталика (на 22,2%, р>0,05, 50,0%, р<0,01 і 27,8%, р>0,05) відповідно при використанні ТФА, препаратів С6 і метовіт. При моделюванні С+АТ катаракти встановлено, що досліджувані препарати перешкоджають зниженню рівня вітаміну Е в крові, принаймні, на стадії початкової катаракти (складаючи 96,1, 121,2 і 111,2% щодо вихідних значень при використанні препаратів С1, С6 і метовіта відповідно, р>0,05 у всіх випадках). При відтворенні нафталінової катаракти виявлена мембранстабілізуюча дія мілдронату. ПГЕ знижений до кінця експерименту на 18,0, 29,6 і 34,0% при внутрішньом'язовому введенні в порівнянні з інстиляційним застосуванням сенкаталіну, мілдронату і плацебо (р>0,05, >0,05 і <0,05). Активність Na+,K+-АТРази еритроцитів залишається на рівні вихідних величин. У корі і капсулі кришталика відзначена її активація при інстиляційному і, особливо, одночасному з внутрішньом'язовим введенням мілдронату - на 17,5%, р>0,05 і 24,9%, р<0,05; у 1,3, р>0,05 і 1,6 рази, р<0,01 відповідно.

Виявлений нами факт корекції метаболічних порушень препаратами з вітаміном Е, його похідними і мілдронатом на різних моделях катаракти супроводжується стабілізацією патологічного процесу. За даними біомікроскопії кришталиків використовані сполуки сприяють уповільненню катарактальних змін і формуванню менш виражених помутнінь. Аналіз показав, що вираженим антикатарактальним ефектом по тривалості дії і наявності випадків з поліпшенням мають препарати С6, метовіт (Рішення про видачу патенту України від 24. 09. 2002 р.) і мілдронат (рис. 9, 10).

Таким чином, на субклітинному, органному та організменному рівні нами доведена можливість підвищення резистентності кришталика до катарактогенів корекцією метаболічних процесів у кришталику та організмі, в цілому, препаратами з вітаміном Е, його похідними і мілдронатом. Досліджувані сполуки, не викликаючи негативної дії на епітелій капсули кришталика, запобігаючи збільшенню світлопоглинання і світлорозсіювання його гомогенатів при опроміненні ультрафіолетовим і видимим світлом, виявляючи корегуючу дію на метаболічні процеси, порушення яких мають місце при формуванні катаракти, сповільнюють розвиток помутнінь кришталика.

Ефективність застосування мілдронату в лікуванні вікової катаракти за даними біохімічних досліджень і клінічних спостережень. Грунтуючись на експериментальних даних про наявність антикатарактальних властивостей у препарату мілдронат, нами досліджена його терапевтична активність і запропоновано новий засіб лікування початкової стадії вікової катаракти (Патент України № 5230 від 16.12.2002 р.). Ефект полягає в активації Nа+,К+-АТРази більш, ніж на 40%, збільшенні вмісту ЦП на 29,6%, вітаміну С в 1,6 рази і вітаміну Е до 125,5% на фоні стабілізації еритроцитарних мембран і зниження рівня ВАА, що супроводжується стабілізацією наявних помутнінь кришталика і зниженням числа хворих з їх прогресуванням за даними офтальмологічних спостережень протягом 1,5 років.

Фотометричне дослідження кришталика як метод ранньої об'єктивної діагностики помутнінь кришталиків. З огляду на відсутність доступних і досить інформативних об'єктивних методів оцінки ступеня прозорості кришталика, нами запропоновано і апробовано в експерименті і клініці новий фотоденситометричний метод, що дозволяє кількісно оцінити біомікроскопічно не обумовлені зміни кришталика і ступінь виразності помутніння в динаміці. Перевагами методу є: можливість одержання пошарових документованих зображень кришталика, виміру помутніння і побудови ліній рівного помутніння в площинах зрізів, що дозволяє порівняти дані в динаміці, прямий контроль вимірювальної системи шляхом томографії стандартного оптичного клина, проведення досліджень на основі типового обладнання.

ЗАКЛЮЧЕННЯ

Аналіз даних літератури свідчить про те, що молекулярні механізми формування катаракти дуже складні. Важлива роль в їх розвитку відводиться підвищеній генерації вільнорадикальних сполук, що може бути викликано порушенням метаболічних процесів у кришталику і навколишніх тканинах в результаті дії численних екзо- і ендогенних факторів (Davies M.J. et al., 200l; Ortwerth B.J. et al., 2002; Wegener A. et al., 2002). В цьому зв'язку виявлення факторів, що викликають чи сприяють розвитку катаракти, і розуміння механізмів їх дії дозволить запобігти або послабити метаболічні порушення в кришталику.

Нами була теоретично обґрунтована та експериментально доведена можливість отримати модель розвитку помутнінь кришталиків шляхом порушення функціональної активності мембран і антиоксидантного гомеостазу в результаті підвищеної генерації вільнорадикальних сполук при тривалому опроміненні тварин поліхромним світлом. Метаболічні порушення в кришталику при цьому впливі посилюються внаслідок загальної інтоксикації організму, хронічного стресу і фотосенсибілізації, що супроводжується прискоренням і збільшенням катарактних змін. Це свідчить про кокатарактогенну дію ССl4, ДМСО, А і РИБ, які не викликають помутнінь кришталика при самостійному впливі, тоді як активація АО системи ФБ підвищує його стійкість до катарактогенів.

При дії різних катарактогенів - поліхромного світла, АТ, нафталіну, Р випромінення мають місце аналогічні зміни мембран і АО системи, ступінь виразності яких значно більше у випадку одночасного їх застосування, що викликає більш ранній і прискорений розвиток катарактальних змін, а також збільшення їх поширеності і ступеня виразності. Найважливішим фактором, що обумовлює індивідуальну стійкість тварин до катарактогенів, є стан параметрів, які характеризують функціональну активність мембран і АО потенціал клітини, що встановлено нами на основі порівняльного аналізу досліджуваних параметрів до і після впливів у тварин з розвиненими помутніннями і кришталиками, що зберегли прозорість. Частота виникнення помутнінь кришталиків і ступінь їх виразності тим більше, ніж значніше метаболічні порушення. Зміна функціональної активності мембран є одним з найважливіших механізмів розвитку катаракти при світловому впливі в результаті посилення вільнорадикальних процесів, зокрема, за рахунок активації фотохімічних реакцій. Значне зниження АО потенціалу в цих умовах посилює ефекти, що сприяють подальшому ушкодженню мембран, зміні активності і спрямованості метаболічних процесів. Факт ушкоджуючої дії світла ультрафіолетової і видимої області спектра, який реалізований на рівні мембран, і можливість його потенціювання РИБ був підтверджений в експерименті in vitro.

Сукупність отриманих в експерименті наукових результатів має важливе значення в теоретичному аспекті, оскільки деталізує біохімічні механізми розвитку помутнінь кришталиків.

Дані про зміну функціональних властивостей мембран і параметрів АО системи при помутніннях кришталика, встановлені нами на різних моделях катаракти, були підтверджені результатами дослідження крові в осіб з віковою катарактою. Виявлено особливості біохімічних порушень при різній локалізації помутнінь: для змішаної, коркової і, особливо, ядерної форми катаракти відзначена значна зміна параметрів, що характеризують функціональну активність мембран (зниження активності Nа+,K+-АТРази, g-глутамілтранс-пептидази, перекисної резистентності еритроцитів), субкапсулярної - зниження рівня вітамінів-антиоксидантів (вітамінів Е та С). Дозрівання катаракти супроводжується посиленням метаболічних порушень: також як і при помутніннях кришталику, які розвиваються швидко, ці зміни більш виражені, ніж при повільному формуванні катаракти. Встановлено, що залежні від віку зміни метаболізму не тотожні таким при розвитку катаракти. Зниження активності Na+,K+-АТРази і рівня вітаміну Е, характерні для старіння, ще більш виражені при помутнінні кришталика. Спрямованість змін активності ГТП у катарактогенезі аналогічна таким при старінні. Ступінь адаптаційного підвищення у хворих на катаракту ЦП і ВАА, що є залежним від віку параметром, знижується при збільшенні віку пацієнтів. Сумарна АОА водорозчинних АО і вміст вітаміну С знижені у осіб з катарактою більш виражено, ніж компенсаторна активація даних компонентів АО системи в осіб відповідного віку з прозорими кришталиками. Захворювання серцево-судинної системи, ШКТ, печінки і хронічна алкогольна інтоксикація у хворих на вікову катаракту, збільшуючи метаболічні порушення, особливо при патології гепатобіліарної системи, сприяють прискореному формуванню помутнінь кришталика, що підтверджує наші експериментальні дані про ранню появу перших ознак катаракти і прискорення її розвитку на фоні інтоксикації, стресу і фотосенсибілізації організму.

Отримані дані мають істотне практичне значення, тому що на їх підставі були розроблені біохімічні критерії стійкості організму до дії катарактогенних факторів і швидкості розвитку помутнінь кришталиків. Можливість виявлення групи підвищеного ризику швидкого прогресування вікової катаракти за допомогою запропонованої моделі дозволить, з огляду на ці фактори, вибрати оптимальну тактику консервативного лікування і вирішувати питання про раціональне планування термінів хірургічного втручання для своєчасного оперативного лікування і тим самим поліпшити його результати.

Одержані нами нові дані, а також дані літератури не розкривають усі біохімічні механізми розвитку помутнінь кришталика. Проте, грунтуючись на власних результатах і з огляду на відомі дослідження, нами була сформульована гіпотетична схема участі системи АО захисту клітини і ролі мембран у катарактогенезі (рис. 12).

Ключовою ланкою, що запускає каскад реакцій, які викликають метаболічні порушення, є активація вільно-радикальних процесів катарактогенами, що викликає необхідність знешкодження продуктів їх реакції. Однак, рівень каталази (CATase), глутатіон- редуктази (GRase) і пероксидази (GPRase), що нейтралізують ці сполуки, знижується, що приводить до неконтрольованого збільшення продуктів вільно-радикального окислення і, в результаті, окисного стресу, що сприяє зниженню рівня відновленого глутатіону (GSH). Це, у свою чергу, викликає збільшення окисленого глутатіону (GSSG), білок-тіолової суміші дисульфідів (білок-s-глутатіон, білок-s-s-цистеїн) і формує ланцюг реакцій, що ведуть до утворення високомолекулярних білкових комплексів. Зниження, при цьому, у білках кришталика тирозину (Tir) і триптофану (Try), їх окислення пероксидом водню з утворенням дериватів, що флуоресціюють (3OH Kyn), модифікація аргініну (Arg) в аргпиримідін (Argprm) також приводить до збільшення ковалентно зв'язаних агрегатів білка і частки пофарбованих білків. З іншого боку, зниження відновленого глутатіону чи редокс-системи сприяє ушкодженню епітелію кришталика, мішенню якого є білки, зв'язані з функціями мембран і, в тому числі, зниженню активності Na+,K+-АТРази. Це веде до зменшення синтезу АТР, що, у свою чергу, сприяє накопиченню в клітині Na+ і зниженню рівня K+. Крім того, зменшення рівня відновленого глутатіону приводить до зниження інтенсивності трансмембранного переносу амінокислот у клітини -глутамільним циклом за допомогою реакції зв'язування амінокислоти з глутатіоном, яку каталізує ГТП (GTP). Порушення гомеостазу Na+, необхідного для нормального транспорту амінокислот і оптимальної активності ГТП також сприяє зміні швидкості процесу. Значимість факту зниження вітаміну Е (TPH), що здійснює специфічний контроль за рівнем АО і мембранозв'язаних ферментів, у розвитку помутнінь кришталика стає очевидною, грунтуючись на даних літератури про роль -токоферолу в захисті ліпідів і сульфгідрильних груп білків від перекисного окислення, інактивації синглетного кисню й активного гідроксильного радикала, а також зниженні активності глутатіонпероксидази, каталази і супероксиддисмутази (SOD) при Е-гіповітамінозі і дії катарактогенних факторів. Зниження рівня відновленого глутатіону вже на початковому етапі катарактогенезу провокує ситуацію, коли в умовах нестачі сполук, що сприяють відновленню дегідроаскорбінової кислоти (C6H6O6), знижується рівень відновленої її форми. Отримані нами дані про зниження аскорбінової кислоти (C6H8O6) при розвитку помутнінь кришталиків в експерименті та у осіб з субкапсулярною катарактою, а також дослідження Taylor A. з співавторами (2002), Valero M.P. з співавторами (2002), що зв'язують факт недостатності в крові вітаміну С з ризиком виникнення вікової катаракти, свідчать про те, що хронічний дефіцит аскорбінової кислоти є чинником, що опосередковано приводить до розвитку помутнінь кришталика.

Поліморфізм катаракти і різноманіття прямих і опосередкованих катарактогенних факторів, ставить під сумнів можливість її лікування або профілактики універсальним препаратом. Про це свідчить відсутність вираженого терапевтичного ефекту численних засобів консервативного лікування катаракти, які вже давно використовуються чи тільки рекомендуються до застосування або клініко-експериментальних досліджень (Leske M.C. et al., 1991; Shyn K.H. et al., 1995; Spector A. et al., 2000; Chylack L.T. et al., 2002). Це визначає необхідність диференційованого вибору патогенетично орієнтованих засобів захисту метаболічних систем, які прямо або побічно охороняють кришталик від помутніння. На основі даних літератури і власних досліджень теоретично обґрунтована принципова можливість підвищення стійкості організму до катарактогенних впливів шляхом стабілізації мембранних структур і активації АО системи в кришталику та організмі, в цілому, і експериментально доведена перспективність застосування з цією метою препаратів з вітаміном Е, його похідних (метовіт, С6) і препарату мілдронат на початкових стадіях катаракти.

Дані офтальмологічного спостереження хворих на вікову катаракту, що приймали мілдронат, підтвердили результати експериментальних досліджень, зафіксувавши стабілізацію вже існуючих помутнінь і зниження числа осіб з їх прогресуванням протягом 1,5 років, що свідчить про наявність терапевтичного ефекту мілдронату і доцільності його використання як антикатарактального засобу.

У цілому, сукупність отриманих нами даних доповнює докази ролі порушень фізіологічної рівноваги вільнорадикальних процесів і антиоксидантного захисту клітини в стійкості кришталика до катарактогенних впливів, що стало науковою базою для обґрунтування нової концепції індивідуального підходу до профілактики і лікування катаракти на основі виявлення метаболічних порушень у кожному конкретному випадку і призначення відповідної патогенетично орієнтованої фармакологічної корекції.

ВИСНОВКИ

1. У зв'язку з відсутністю єдиної концепції, що задовільно пояснює патогенез вікової катаракти, проведені дослідження, що дозволили встановити роль порушень антиоксидантного гомеостазу і функціонального стану мембран у стійкості кришталика до катарактогенних факторів, а також виявити антикатарактну активність ряду препаратів, що мають антиоксидантну і мембранотропну дію.

2. Хронічне опромінення тварин поліхромним світлом (350-1150 нм, щільність світлового потоку 30 мВт/см2) викликає розвиток помутнінь кришталика з тривалим латентним періодом, які характеризуються повільним дозріванням і клінічними ознаками, характерними для вікової ядерної катаракти людини.

3. Одночасний вплив двох прямих катарактогенів (світло+амінотриазол) прискорює виникнення помутнінь кришталика, їх розвиток та інтенсивність. Кокатарактогенну дію у відтворенні світлової катаракти мають тетрахлорметан, диметилсульфоксид, адреналін і рибофлавін, що виражається у збільшенні відсотка її відтворюваності, більш раннім і прискореним формуванням.

4. Розвиток світлової та амінотриазолової катаракти супроводжується зміною антиоксидантного потенціалу і функціонального стану мембран у крові і тканинах ока. Адреналін, рибофлавін, диметилсульфоксид і тетрахлорметан на фоні моделювання світлової катаракти посилюють ці метаболічні порушення вже на ранніх термінах експерименту.

5. Фенобарбітал сповільнює розвиток амінотриазолової і комбінованої (з тетрахлорметаном) катаракти, що корелює з підвищенням стійкості мембран до цих катарактогенів.

6. Іонізуюче опромінення в малих дозах (2 Гр за місяць) разом з поліхромним світлом сприяє збільшенню частоти утворення експериментальної катаракти у тварин. Помутніння кришталиків супроводжуються метаболічними порушеннями, властивими світловій катаракті, але більш вираженими. Посилення адитивної дії іонізуючого випромінення досягається зміною режиму його впливу і механічною травмою кришталика.

7. Пряма катарактогенна дія світлової енергії є результатом активації вільнорадикальних процесів і зниження антиоксидантного потенціалу клітини, що приводить до ушкодження мембран. Непрямим підтвердженням значимості "окислювального стресу" у катарактогенезі є посилення помутнінь кришталика при додатковому впливі рибофлавіну.

8. Ступінь стійкості кришталика до світлового та іонізуючого випромінення визначається рівнем антиоксидантного захисту клітини і функціонального стану мембран.

9. Розвиток вікової катаракти характеризується змінами активності антиоксидантної системи і функціонального стану мембран, аналогічними таким при моделюванні світлової і комбінованих катаракт. Ці порушення обміну наростають по мірі дозрівання катаракти, є більш вираженими при її прискореному розвитку і супутніх захворюваннях серцево-судинної системи, шлунково-кишкового тракту і, особливо, гепатобіліарної системи.

10. Особливості метаболічних змін при старінні у осіб с прозорими кришталиками і при розвитку вікової катаракти не однозначні. Залежне від віку зниження активності Nа+,К+-АТРази, рівня вітаміну Е і вільного амінного азоту посилюється при помутнінні кришталика тільки для Na+,K+-АТРази і вітаміну Е. Ступінь змін -глутамілтранспептидази при катарактогенезі більш, а вільного амінного азоту - менш виражена, ніж при старінні. Вміст вітаміну С, церулоплазміну та сумарна антиокислювальна активність водорозчинних антиоксидантів при старінні істотно не змінюються, але при субкапсулярному помутнінні кришталика рівень аскорбінової кислоти вірогідно знижений.

11. Ряд речовин антиоксидантної дії (похідні вітаміну Е, препарати метовіт і мілдронат) має антикатарактні властивості, що проявляється в стабілізації оптичних параметрів кришталика в умовах модельної системи, захисному ефекті на епітеліальні клітини капсули кришталика, зниженні порушень антиоксидантного гомеостазу і функціонального стану мембран у динаміці розвитку катаракти in vivo, що супроводжується уповільненням формування помутніння кришталика, а також зниженням частоти виникнення катаракти.

12. Застосування препарату мілдронат сприяє нормалізації функціо-нальних параметрів мембран і антиоксидантної системи в периферичній крові хворих на вікову катаракту, що супроводжується стабілізацією наявних помутнінь кришталика і зниженням числа осіб з їх прогресуванням.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Леус Н.Ф., Метелицына И.П., Цымбалюк Н.А., Титарчук Е.Ф., Шапкина В.А. Исследование ферментов антирадикальной системы при развитии катаракты // Офтальмол. журн. - 1985. - № 7. - С. 391-394.

Пучковская Н А Метелицына И П Красновид Т А Леус НФ Кравченко ЛИ Дрожжина ГИ Взаимосвязь между показателями активности глутатионзависимых ферментов и скоростью прогрессирования возрастной катаракты // Офтальмол журн - 1993 - № 2 - С 88-90

Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Кравченко Л.И., Леус Н.Ф. Концентрация витаминов-антиоксидантов и субстратов НАД-зависимых дегидрогеназных систем в крови больных возрастной катарактой // Журн. АМН Украины.- 1996.- Т. 2.- № 4.- С. 696-703.

Метелицына И.П., Кузьменко И.В., Дрожжина Г.И., Мальцев Э.В., Леус Н.Ф., Донченко Г.В. Антикатарактальная активность аналога витамина Е с укороченной боковой цепью // Укр. биохим. журн.- 1996.- Т. 68.- № 5.- С. 64-69.

Кравченко Л.И., Метелицына И.П., Красновид Т.А. Развитие возрастной катаракты у лиц с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, печени и артериальной гипертонии II-III степени // Офтальмол. журн.- 1997.- № 6.- С. 425-428.

Метелицына И.П. Роль нарушений физиологического равновесия между процессами перекисного окисления липидов и активностью антиоксидантной системы в патогенезе глазных заболеваний. Коррекция антиоксидантами // Фармакол. всник.- 1997.- № 6.- С. 52-56.

Метелцина І.П. Обгрунтування застосування млдронату у лкуванн вкової катаракти // Лки.- 1997.- № 5.- С. 86-90.

Metelitsina I.P., Kolomiychuk S.G., Leus N.F., Kravchenko L.I. Provision with some vitamines and redox-state of free nicotinamide coenzymes in patients with senile cataract // Minerva Oftalmologica.- 1998.- V. 40.- № 4.- P. 245-248.

Метелицына И.П. Метаболические нарушения в крови больных возрастной катарактой с сопутствующими соматическими заболеваниями // Укр. биохим. журн.- 1998.- Т. 70.- № 2.- С. 110-115.

Метелицына И.П. Некоторые биохимические параметры крови у лиц с хрусталиками в норме и при катаракте // Укр. биохим. журн.- 1998.- Т. 70.- № 5.- С. 104-111.

Метелицына И.П., Леус Н.Ф. Особенности развития световой катаракты на фоне действия сублимальных факторов (экспериментальные исследования) // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології.- Київ-Луганськ-Харків: Планета копі.- 2000.- Вып. 2 (28).- С. 277-284.

Метелицына И.П. Сравнительная характеристика развития помутнений хрусталика при разных способах моделирования катаракты // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології.- Київ-Луганськ-Харків: Планета копі.- 2000.- Вып. 3 (29).- С. 221-233.

Метелицына И.П. Механизмы потенцирования светового повреждения хрусталика рибофлавином // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології.- Київ-Луганськ-Харків: Планета копі.- 2000.- Вып. 5 (31).- С. 303-310.

Метелицына И.П., Мальцев Э.В., Кузьменко И.В., Багиров Н.А. Морфометрический анализ состояния эпителия хрусталика, эксплантируемого в среде с препаратами мембранотропного и антиоксидантного действия // Вісник морфології.- 2000.- Т. 6.- № 2.- С. 234-236.

Метелицына И.П. Особенности развития экспериментальной (световой) катаракты, как модели возрастных изменений хрусталика в условиях действия ионизирующей радиации // Проблемы старения и долголетия.- 2000.- Т. 9.- № 4.- С. 340-347.

Метелицына И.П., Мальцев Э.В., Кузьменко И.В., Пархоменко Ю.М. Влияние новых синтетических производных витамина Е и комплексного витаминного препарата на морфологические признаки эпителия хрусталика in vitro // Вісник морфології.- 2001.- Т. 7.- № 1.- С. 25-27.

Метеліцина І.П. Розвиток кришталикових помутнінь унаслідок хронічної дії на кролів ікс-випромінення в низьких дозах та поліхромного світла // Укр. радіол. журн.- 2001.- Т. 9.- Вип. 3.- С. 306-310.

Метелицына И.П. Биохимические механизмы потенцирования катарактогенного действия света диметилсульфоксидом и адреналином // Укр. биохим. журн.- 2001.- Т.73.- № 4.- С. 114-119.

Метелицына И.П., Леус Н.Ф., Маринчик В.К. Фотоденситометрия как метод объективной оценки степени помутнения хрусталика (экспериментальные исследования) // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології.- Київ-Луганськ-Харків: Планета копі.- 2002.- Вып. 5(44).- С. 245-252.

Метелицына И.П. Фотосенсибилизирующий эффект рибофлавина при моделировании световой катаракты // Журн. АМН Украины.- 2002.- Т. 8.- № 4.- С. 760-768.

Метелицына И.П. Прогностические признаки быстрого развития возрастной катаракты // Проблемы старения и долголетия.- 2002.- Т.11.- № 2.- С.186-192.

Пат. 20026А Україна, ПМК А 61 F 9/00, А 61 К 31/355. Спосб профлактики та лкування катаракти / Метелцина І.П., Кузьменко І.В., Дрожжина Г.І., Леус М.Ф., Донченко Г.В.; Інститут бохмї м. О.В. Палладна НАН України.- № 97052189; Заявл. 13.05.97; Опубл. 25.12.97; Бюл. "Пром. власн". № 6.- ч. I. - С. 61.

Пат. 20177 Україна, ПМК G 01 N 33/50; А 61 К 9/00. Спосб прогнозування розвитку початкової вкової катаракти / Пучківська Н.О., Леус М.Ф., Метелцина І.П., Красновд Т.А., Дрожжна Г.І., Кравченко Л.І.; Інститут ОХ ТТ м. В.П. Флатова.- № 4813808/SU; Заявл. 13.04.90; Опубл. 25.12.97; Бюл. "Пром. власн". № 6.- ч. II. - С. 534.

Пат. 20178 Україна, ПМК G 09 В 23/28. Спосб моделювання променевої катаракти / Леус М.Ф., Метелцина І.П., Дрожжна Г.І., Ттарчук Є.Ф. Коломйчук С.Г.; Інститут ОХ ТТ м. В.П. Флатова.- № 4712831/SU; Заявл. 13.07.89; Опубл. 25.12.97; Бюл. "Пром. власн". № 6.- ч. II. - С. 576.

Logai I.M., Leus N.F., Metelitsina I.P. On the problem of discovering new anticataract preparations // IV Scheimpflug Club Meeting.- Gamagory.- 1989.- P. 84.

Метелицына И.П., Леус Н.Ф. К вопросу о поиске препаратов, стабилизирующих белковые компоненты хрусталика // Труды IV конф. офтальмол. СССР “Патология оптических сред и зрительно-нервного аппарата глаза”.- Кишинев: Универсул.- 1990.- С. 89.

Метелицына И.П., Сербина М.В. Статус витамина Е в катарактогенезе // Труды Всесоюзн. конф. “Клиническая витаминология”.- М.: Типография ОХО Миннефтегазпрома СССР.- 1991.- С. 189-190.

Леус Н.Ф., Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Дрожжина Г.И., Шапкина-Гунько В.А. Экспериментальный катарактогенез как модель для изучения механизмов ускоренного развития патологического старения хрусталика // Труды науч. конф. “Ускоренное старение, связь с возрастной патологией”.- К.: Киевская книжная типография научной книги.- 1992.- С. 91.

Кравченко Л.И., Метелицына И.П., Пучковская Н.А. Соматические заболевания - фактор риска ускоренного развития возрастной катаракты // Труды науч. конф. “Ускоренное старение, связь с возрастной патологией”.- К.: Киевская книжная типография научной книги.- 1992.- С. 91.

Метелицына И.П., Дрожжина Г.И., Леус Н.Ф. Нарушения мембранных функций - ранний биохимический признак помутнений хрусталиков // Труды конф. “Фундаментальные механизмы развития патологических процессов”.- К.: РОВО Укрвузполіграф.- 1992.- С. 82-83.

Метелицына И.П., Дрожжина Г.И. Антирадикальный статус у больных возрастной катарактой // Труды VI Укр. биохим. съезда.- Ч. 2.- К.: Изд-во УСГА.- 1992.- С. 173.

Метелицына И.П. Роль витаминов-антиоксидантов в катарактогенезе // Труды VI Укр. биохим. съезда.- Ч. 2.- К.: Изд-во УСГА.- 1992.- С. 172.

Вит В.В., Усов Н.И., Леус Н.Ф., Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Драгомирецкая Е.И. Влияние хронического воздействия малых доз ионизирующего излучения и полихромного света на состояние некоторых метаболических процессов // Труды междунар. науч.-практич. конф. “Радиационно-экологические и медицинские аспекты последствий аварии на Чернобыльской АЭС”.- К.: Полимед.- 1993.- С. 80-81.

Метелицына И.П., Кукушко Н.А., Беднаржевская Н.И., Голтуренко Я.С. Состояние системы антиоксидантной защиты клетки в динамике воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения в эксперименте // Труды науч. семинара “Экология АЭС”.- М.: Международное общественное объединение Ядерное общество.- 1993.- С. 53-54.

Леус Н.Ф., Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Драгомирецкая Е.И., Путиенко А.А., Коваленко Т.С. Индивидуальная коррекция метаболического статуса - принципиально новый метод консервативного лечения возрастной катаракты // Труды VI съезда офтальмологов России.- М.: Типография № 8.- 1994.- С. 51.

Драгомирецкая Е.И., Метелицына И.П., Путиенко А.А., Коломийчук С.Г. Подход к прогнозированию скорости развития помутнений хрусталиков на основании биохимического тестирования лиц, больных возрастной катарактой // Труды I-й Международной компьютерной конференции “Актуальные вопросы диагностики, лечения и профилактики заболеваний человека”.- 1994.- № 104.

Вит В.В., Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Драгомирецкая Е.И., Чокова И.Б., Леус Н.Ф. Роль нарушений метаболического статуса в развитии помутнений хрусталика при длительном облучении животных малыми дозами ионизирующего излучения и полихромного света // Труды междунар. симпозиума “Микрохирургия глаза. Влияние повышенных доз радиации на орган зрения”.- К.: Киевская книжная типография научной книги.- 1994.- С. 96.

Метелицына И.П., Мальцев Э.В., Леус Н.Ф., Калвиньш И.Я. Милдронат - новый антикатарактальный фактор (экспериментальные исследования) // Труды VI съезда офтальмологов России.- М.: Типография № 8.- 1994.- С. 57.

Leus N.F., Metelitsina I.P., Dragomiretskaya E.I., Putienko A.A., Kolomiychuk S.G. About the possibility to prognose the speed development of lens opacities on the basis of biochemical test on patients with senile cataract // Suppl. European J. of Ophthalmol. (Congress European Society of Ophthalmology, Milane).- 1995. - V. 5. - № 2A. - P. 249.

Metelitsina I.P., Kolomiychuk S.G., Leus N.F. The Role of disturbances of membrane functions in the development of lens opacities // Suppl. European J. of Physiology (Abstracts of the first FEPS Congress, Maastricht).- 1995.- V. 430.- № 4.- P. 580.

Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Леус Н.Ф. Кокатарактогенное действие рибофлавина // Труды VI научно-практической конференции офтальмологов Республики Беларусь.- Минск: Наука и техника.- 1996.- С. 34.

Kolomiychuk S.G., Metelitsina I.P., Leus N.F. Adaptation of organism to the damage effect of light and aminotriazole // XXXIII International Congress of Physiological Sciences.- St. Petersburg: Neva.- 1997.- Abstract P 041.25.

Metelitsina I.P., Kolomiychuk S.G., Leus N.F. Potentiation of photochemical damages of lens by the photosensibilizator // XI Congress of the European Society of Ophthalmology.- Budapest: G&G Kft., Pecs.- 1997.- P. 200.

Метелицына И.П., Коломийчук С.Г., Кузьменко И.В., Мальцев Э.В., Леус Н.Ф. О возможности замедления процессов ускоренного старения хрусталиков производными витамина Е // Труды научной конференции “Старение и долголетие: системный и междисциплинарный подходы”.- Цитология.- 1997.- Т. 39.- № 6.- С. 490-491.

Мальцев Э.В., Метелицына И.П., Ясир А.Ш.Терапия катаракт. Методологические подходы, состояние, перспективы // Труды X съезда офтальмологов Украины.- Одесса: Астропринт.- 2002.- С. 102.

Метелицына И.П. О возможности биохимического прогнозирования быстрого прогрессирования возрастной катаракты // Укр. биохим. журн.- 2002.- Т. 74.- № 4а (приложение 1).- С. 161.

АНОТАЦІЯ

Метеліцина І.П. Біохімічні закономірності розвитку помутнінь кришталиків і підвищення стійкості організму до дії катарактогенних факторів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 - біохімія.- Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, Київ, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню біохімічних механізмів розвитку помутнінь кришталика і можливості корекціп метаболічних процесів, які визначають виникнення і розвиток катаракти, для підвищення стійкості організму до дії катарактогенних факторів. Порушення антиоксидантного гомеостазу внаслідок тривалого опромінення тварин поліхромним світлом сприяють розвитку помутнiнь кришталика, швидкiсть та ступiнь яких посилюються при додатковій інтоксикації організму, хронічному стресі та дії фотосенсибілізаторів. Тетрахлорметан, адреналiн, диметилсульфоксид та рибофлавiн проявляють непряму катарактогенну дію, посилючи змiни функціонального стану мембран і антиоксидантного гомеостазу. Доведена можливість підвищення стійкості кришталика до катарактогенних дій шляхом стабілізації мембран та активації антиоксидантноп системи. Розвиток вікової катаракти характеризується змінами параметрiв антиоксидантної системи і функціонального стану мембран, які аналогічні таким при моделюванні світлової катаракти. Ці порушення посилюються при дозріванні помутнінь кришталика, бiльш вираженi при супутніх захворюваннях і швидкому прогресуваннi катаракти, на основi чого розроблено біохімічні критерії прогнозування пп розвитку. Запропонована гіпотетична схема участі антиоксидантної системи і ролі мембран в катарактогенезі.

Ключові слова: помутнiння кришталика, прями та непрями катарактогени, Nа+,K+-АТРаза, g-глутамiлтранспептидаза, церулоплазмiн, катепсини D i Е, антиоксидантна система, антиоксидантні препарати.

АННОТАЦИЯ

Метелицына И.П. Биохимические закономерности развития помутнений хрусталиков и повышения устойчивости организма к действию катарактогенных факторов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.04 - биохимия.- Институт биохимии им. А.В. Палладина НАН Украины, Киев, 2002.

Диссертация посвящена исследованию биохимических механизмов развития помутнений хрусталика и возможности коррекции метаболических процессов, которые определяют появление и развитие катаракты, для повышения устойчивости организма к действию катарактогенных факторов.

Впервые доказана возможность развития помутнений хрусталика при нарушении антиоксидантного гомеостаза в результате продолжительного облучения животных полихромным светом и усиление этих повреждений при дополнительной общей интоксикации организма, хроническом стрессе и действии фотосенсибилизаторов. Показано, что при действии прямых катарактогенов (полихромного света, аминотриазола, нафталина, рентгеновского излучения) имеют место аналогичные изменения функциональных параметров мембран (снижение активности Nа+,K+-АТРазы, g-глутамилтранспептидазы, перекисной резистентности эритроцитов, увеличение активности катепсинов D и E) и антиоксидантной системы (церулоплазмина, витаминов Е и С), степень выраженности которых значительно больше в случае их одновременного воздействия на организм. Тетрахлорметан, диметилсульфоксид, адреналин и рибофлавин проявляют непрямое катарактогенное действие, усиливая повреждение этих метаболических систем. Установлено, что устойчивость животных к катарактогенам определяется состоянием биохимических показателей, которые характеризуют функциональные свойства мембран и антиоксидантный потенциал клетки. Активация антиоксидантной системы способствует повышению устойчивости хрусталика к действию прямых и непрямых катарактогенных факторов.

Доказана принципиальная возможность повышения устойчивости организма к действию катарактогенов путем стабилизации мембран и активации системы антиоксидантной защиты хрусталика и организма в целом веществами с антиоксидантными и мембранотропными свойствами. В эксперименте проведена коррекция метаболических нарушений, которые имеют место на начальных стадиях развития катаракты, препаратами с витамином Е, его синтетическими производными (метовит, производное -токоферола с модифицированной изопреноидной цепью - до 6 атомов углерода в боковой цепи) и препаратом милдронат. Это способствует замедлению патологического процесса, формированию менее выраженных помутнений хрусталика, снижению частоты их возникновения и развития.

Впервые установлено, что развитие возрастной катаракты характеризуется изменениями антиоксидантной системы и функционального состояния мембран, которые аналогичны таковым при моделировании световой катаракты. Направленность и степень выраженности этих изменений зависят от клинической формы, стадии развития и скорости прогрессирования помутнений хрусталика. При смешанной, корковой и, особенно, ядерной форме катаракты выявлены значительные изменения функционального состояния мембран, при субкапсулярной форме - снижение уровня витаминов-антиоксидантов. Эти нарушения обмена усиливаются при созревании помутнений хрусталика и являются более выраженными при сопутствующих соматических заболеваниях (сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и печени, хронической алкогольной интоксикации). Впервые установлено, что метаболические изменения, имеющие место при старении у лиц с прозрачными хрусталиками и у больных возрастной катарактой по своему механизму развития не тождественны.

Представленные в диссертации данные имеют важное теоретическое значение для понимания биохимических механизмов развития помутнений хрусталика. На основе полученных нами и литературных данных предложена гипотетическая схема участия антиоксидантной системы и роли мембран в катарактогенезе. Разработаны и предложены для использования в фундаментальных исследованиях модель световой катаракты, а также способы ускорения и замедления катарактогенеза. Предложены биохимические критерии, определяющие устойчивость организма к действию катарактогенных факторов, которые позволяют прогнозировать скорость развития помутнений хрусталика. Обоснована концепция индивидуального подхода к профилактике и лечению катаракты. Предложен новый метод ранней объективной диагностики катаракты (фотоденситометрия хрусталика) и способ фармакотерапии начальной стадии возрастной катаракты (препарат милдронат).

Ключевые слова: помутнение хрусталика, прямые и непрямые катарактогены, Nа+,K+-АТРаза, g-глутамилтранспептидаза, церулоплазмин, катепсины D и Е, антиоксидантная система, антиоксидантные препараты.

SUMMARY

Metelitsina I. P. Biochemical mechanisms of lens opacifications development and improvement of organism's resistance to the cataractogenic factors. -Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 03.00.04 - biochemistry.- O.V. Palladin Institute of Biochemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2002.

The purpose of the manuscript was to investigate the biochemical mechanisms of lens opacifications development, the possibility to correct metabolic processes, which determine cataract's development and to improve organism's resistance to the action of the cataractogenic factors. Changes in antioxidant homeostasis, as a result of prolonged radiation of animals with a polychromatic light cause the development of lens opacifications. The speed and expression of these changes increases with additional intoxication of the organism, chronic stress and action of photosensibilizers. Other factors, such as tetraclormetane, adrenalin, dimetilsulfoxid and riboflavin possess indirect cataractogenic activity, which increases functional changes in membrane state and antioxidant homeostasis, which then determine the resistance of animals to the action of cataractogens. It was proven, that the resistance of the lens to the action of cataractogenic factors could be increased through stabilization of the membranes and activation of the antioxidant system. The development of age-related cataract is characterized with similar changes in the antioxidant system and the functional state of the membranes as observed during modelling of light cataract. These disturbances increase with maturation of the lens opacifications and become more prominent in the presence of other diseases or with a rapid progression of the cataract. On the basis of these findings, the biochemical mechanisms, which allow one to predict the speed of cataract's development, were suggested, as well as a hypothetical scheme of the antioxidative system participation.

Key words: lens opacifications, direct and indirect cataractogens, Na+, K+ - ATPase, g-glutamiltranspeptidase, ceruloplasmin, cathepsins D and E, antioxidant system, antioxidant agents.

СПИСОК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ТФА - -токоферолацетат

ТФХД - -токоферолхінон довголанцюговий

ТФХК - -токоферолхінон коротколанцюговий

А - адреналін

АО - антиоксиданти

АОА - антиокислювальна активність водорозчинних антиоксидантів

АТ - амінотриазол

АТРаза - Na+,K+-АТРаза

ВАА - вільний амінний азот

Віт. С - вітамін С

Віт. Е - вітамін Е

ГТП - -глутамілтранспептидаза

ДМСО - диметилсульфоксид

ДРВ-750 - дугова ртутно-вольфрамова лампа

ДРК-120 - дугова ртутно-кварцева лампа

ПГЕ - перекисний гемоліз еритроцитів

ПОЛ - перекисне окислення ліпідів

Р - рентгенівське випромінення

РИБ - рибофлавін

С - світло

С1 - -токоферолацетат без бічного ланцюга

ССl4 - тетрахлорметан

ФБ - фенобарбітал

ЦП - церулоплазмін

ЧАЕС - Чорнобильська атомна електростанція

ШКТ - шлунково-кишковий тракт

Размещено на Allbest.ru