Морфологические закономерности дегенерации и адаптации сетчатки глаз при экспериментальных ретинопатиях, коррекция биофлавоноидами

Изменения ассоциативных нейронов ВЯС при низкоинтенсивном световом воздействии имеют обратимый характер, что характерно и для микроволнового облучения нетермогенной интенсивности [Логвинов С.В., 1993]. сетчатка биофлавоноид гематоретинальный

При освещении (6000 лк) размер и локализация очагов повреждения наружных слоев сетчатки совпадают с участками деструкции нейронов ВЯС. Вероятно, срыв механизмов антиоксидантной защиты приводит к распространению свободных радикалов и продуктов пероксидации во внутренние слои сетчатки, что вызывает повреждение мембранных органелл, восприимчивых к окислению. Так, ультраструктурный стереометрический анализ удельной площади органелл показал снижение содержания митохондрий и эндоплазматического ретикулума в биполярных нейронах. Активизация свободнорадикального окисления и перикисного окисления липидов вызывает деструкцию высокомембранных структур синаптических контактов наружного сетчатого слоя. В отдельных участках он полностью отсутствует, что прерывает трехнейронную цепь и опосредованно вызывает деструкцию нейронов ВЯС, что согласуется с данными M. Wasowicz et al. (2002). По мнению этих исследователей, деструкция ассоциативных нейронов напрямую зависит от степени поражения НСК и объясняется потерей синаптического входа от них и невозможностью выхода трофических факторов и медиаторов. Максимальное содержание пикноморфных ассоциативных нейронов наблюдается на 7-е сут после освещения и совпадает по срокам с деструкцией НСК.

Среди ассоциативных нейронов наиболее подвержены деструкции амакринные нейроны. Так, количество пикноморфных амакринных нейронов при световом воздействии достигает 26,6±1,26%, биполярных 17,4±0,69% и горизонтальных 13,6±1,24%, что значимо отличается контроля (p<0,05). Подобные результаты наблюдались после нейтронного воздействия, микроволнового облучения, при диабете [Логвинов С.В. и соавт. 1994; Логвинов С.В., 1998; Гаджиев Р.В., 1998]. Обращает на себя внимание тот факт, что распределение ядер радиальных глиоцитов во внутреннем ядерном слое происходит неравномерно, основная часть их ядер сконцентрирована у витреального края этого слоя и находится в непосредственном контакте с телами амакринных нейронов. Отмечено, что большая часть этих глиоцитов при световом воздействии подвержена деструкции. Как известно, глия обеспечивает нормальное функционирование нейронов и ее гибель, косвенно, инициирует деструкцию нейронов. Так, например, радиальные глиоциты участвуют в метаболизме нейротрансмиттера глутамата, который в больших концентрациях обладает нейротоксичностью и индуцирует апоптатическую гибель нейронов, что наблюдается как после светового воздействия [Groshe J. et al., 1995; de Raad S. et al., 1996; Wasowicz M. et al., 2002], так и при сахарном диабете [Борисова С.А., Коломойцева Е.М., 2003; Mizutani M., 1996; Lieth-Alistair E.J. et al., 1998].

Возможно деструкция амакринных нейронов, является следствием гибели радиальных глиоцитов. Кроме того, проведенный корреляционный анализ выявил сильную зависимость между деструктивными изменениями амакринных и ганглионарных нейронов после светового воздействия интенсивностью 6000 лк. Повышение числа пикноморфных ганглионарных нейронов на 1-е сут после освещения приводит к деструкции амакринных клеток на 30-е сут (r=0,68). В группе с коррекцией каровертином увеличение числа пикноморфных ганглионарных нейронов на 14-е сут после освещения вызывает повышение содержания пикноморфных амакринных нейронов на 30-е сут (r=0,65).

Горизонтальные нейроны в меньшей степени подвержены деструкции, чем амакринные и биполярные, что вероятно связано с низким содержанием в них мембранных органелл - основной мишени высокоинтенсивного светового воздействия [Давыдова Т.В., 1984].

Выраженная гипергликемия при сахарном диабете, активация полиолового пути метаболизма глюкозы, а также нарушение глутаматного обмена по данным литературы во многом способствует развитию деструктивных изменений нейронов внутренних слоев и их апоптотической гибели [Gamberino W.C., 1997; Choi S. et al., 2001; Tinghuai W., 2005].

По нашим данным, изменения ассоциативных нейронов при аллоксановом диабете продолжительностью 4-8 недель проявляются набуханием части митохондрий, расширением цистерн эндоплазматической сети, исчезновением полисом. Р.В. Гаджиевым [1998] после шестимесячного дитизонового диабета обнаружено, что наибольшая выраженность осциляторных потенциалов принадлежит амакринным нейронам. Этот факт позволяет предположить, что первоначальные нарушения возникают именно на их уровне.

Вероятно, суммация всех описанных выше процессов приводит к тому, что наиболее выраженные деструктивные изменения нейронов ВЯС по критерию гиперхромия со сморщиванием наблюдаются в группе после освещения на фоне аллоксанового диабета, достигая максимальных значений на 7-е сут - 24,7±0,96%, что в 1,2 раза выше данных при одном световом воздействии (p<0,05). К 14-м и 30-м сут после освещения число деструктивно измененных нейронов снижается, и показатели в обеих группах уравниваются, что связано с фагоцитозом погибших нейронов радиальной глией.

Степень повреждения ассоциативных нейронов ВЯС в группах с использованием асковертина и каровертина значительно ниже аналогичных данных групп без коррекции, причем значения деструкции у животных после светового воздействия достоверно не отличаются от таковых в группе после освещения на фоне аллоксанового диабета. Это вероятно связано с большей сохранностью митохондрий и эндоплазматического ретикулума в цитоплазме ассоциативных нейронов сетчатки животных с коррекцией препаратами, что обнаружено при подсчете удельной площади органелл и как следствие увеличению метаболического и энергетического потенциала клеток. Так, на 1-е сут. удельная площадь гранулярной ЭПС в группах с коррекцией асковертином и каровертином достоверно выше аналогичных данных в группах без введения препаратов в 1,3 и 1,5 раза соответственно (p<0,05). Возможно, это связано с ингибированием процессов перекисного окисления липидов в мембранных органеллах ассоциативных нейронов, что способствует устойчивости этих нейронов к повреждающему действию света. Угнетение препаратами на основе диквертина полиолового пути метаболизма глюкозы при сахарном диабете [Haraguchi H. et al., 1996], вероятно, является одним из механизмов защиты нейронов внутренних слоев сетчатки от повреждения, что приводит к снижению дегенерации ассоциативных нейронов и нивелирует разницу между показателями деструкции в обеих изучаемых группах.

Важную роль в повреждении ганглионарных нейронов играют нарушение микроциркуляции и деструкция астроглии. Наиболее чувствительными к гипоксии органеллами являются митохондрии, что приводит к нарушению функции тканевого дыхания и развитию окислительного стресса. Выход в гиалоплазму цитохрома С, в результате разрушения митохондриальных мембран, активизирует ПОЛ, а также индуцирует апоптоз клетки. Второй механизм гибели ганглионаров может быть связан с нарушением нейротрофической стимуляции при повреждении зрительного нерва. Так, очаговое повреждение миелиновых оболочек и осевых цилиндров было отмечено при высоко- и низкоинтенсивном световом воздействии, при нейтронном облучении [Логвинов С.В. и соавт., 1994; Потапов А.В., 2006]. Имеются данные, что при эмбриональном развитии сетчатки выживают те ганглионарные нейроны, растущие аксоны которых контактируют с латеральным колечатым телом, где, вероятно, терминальные участки их аксонов и подвергаются стимуляции нейротрофическим фактором мозга. Те клетки, которые не получили стимуляции вышеназванным фактором, подвергаются апоптозу. Так, в эксперименте нейротрофический фактор мозга оказался наиболее действенным при защите ганглионарных нейронов сетчатки от смерти после перерезки их аксонов [Quigley H., Nickells R., Kerrigan L., 1995].

Поражение ганглионарных нейронов встречается в двух формах - это хроматолиз и повышение осмиофилии со сморщиванием (пикноморфные нейроны). Эти изменения неспецифичны и встречаются при гипоксии мозга [Пугаченко Н.В., 2000], после воздействия на сетчатку ионизирующей радиации [Логвинов С.В., 1998], микроволн [Логвинов С.В. и соавт. 1994], света [Потапов А.В., 1998].

При анализе деструкции ганглионарных нейронов отмечены следующие закономерности: во-первых, при высокоинтенсивном световом воздействии ганглионарные нейроны менее подвержены деструкции, чем ассоциативные, а при низкоинтенсивном воздействии отмечается обратная динамика.

Вероятно, освещение (6000 лк) инициирует очаговую гибель наружных слоев сетчатки, что опосредованно, из-за нарушения синаптических связей, вызывает деструкцию ассоциативных нейронов. Кроме того, в ганглионарных нейронах отмечена высокая активность белка bcl-2, препятствующего апоптотической гибели этих клеток. Это, по-видимому, способствует увеличению порога чувствительности ганглионарных нейронов к действию патологических факторов.

При низкоинтенсивном освещении, вероятно, на первый план выступает нарушение трофики нейронов. По мнению M.J. Eadie et al., [1971] крупные клетки более чувствительны к гипоксии, что обусловлено большим расстоянием от периферии до центра клетки и, следовательно, менее адекватными условиями для диффузии веществ к центру клетки. Поэтому авторы полагают, что крупные нервные клетки с большим объемом цитоплазмы и высокой активностью окислительных ферментов более чувствительны к нарушению трофики, чем мелкие клетки.

Вторая отличительная особенность повреждающего действия кратковременного высокоинтенсивного и длительного низкоинтенсивного светового воздействия заключается в том, что после воздействия низкоинтенсивного света преобладает тотальный хроматолиз, а на ранних сроках после высокоинтенсивного воздействия в большем количестве наблюдаются пикноморфные ганглионарные нейроны.

По данным Н.Н. Боголепова [1979] хроматолитические нейроны могут переходить в осмиофильные. Вероятно, высокоинтенсивное воздействие, являясь более агрессивным фактором, чем низкоинтенсивное, минуя хроматолитическую стадию (либо она имеет место непродолжительное время) сразу приводит к сморщиванию клетки.

В зависимости от распределения и содержания хроматофильного вещества хроматолиз может быть очаговым и тотальным. Очаговый хроматолиз является обратимым изменением нейронов и отражает нарушение обмена функциональных белков. В дальнейшем он может нарастать, и в процесс вовлекаются структурные белки клеток, что приводит к развитию необратимой стадии - тотального хроматолиза. Так, уже на 1-е сут после освещения (6000 лк) наблюдается снижение удельной площади эндоплазматического ретикулума во всех экспериментальных группах, что совпадает с увеличением количества нейронов с очаговым хроматолизом. Количество нейронов с тотальным хроматолизом в эти сроки возрастает только в группе с аллоксановым диабетом до 3,65±0,4%, по сравнению с контролем (1,95±0,3%, p<0,05). В этой группе наблюдаются минимальные значения удельной площади гранулярной ЭПС и митохондрий. C одной стороны, это, вероятно, связано с усилением сосудистых нарушений, так как основной мишенью при сахарном диабете является микроциркуляторное русло [Нестеров А.П., 2000; Астахов Ю.С., Лисочкина А.Б., Шадричев Ф.Е., 2003; Antonetti Alistair D.J. et. al., 1998; Meier M., King G.l., 2000]. С другой стороны авторами P.M. Martin et al. [2004] обнаружен каспазозависимый апоптоз ганглионарных нейронов сетчаток крыс при стрептозотоциновом диабете. Предполагаемые причины апоптоза это - повышение концентрации глутамата и гемоцистеина в стекловидном теле, болеющих диабетом крыс, а также повышение активности протеинкиназы С, оксида азота и окислительный стресс [Ambati J., et al., 1997; LiethAlistair E. et al. , 1998; Kowluru R.A. et al., 2001; Moore P. et al., 2001; Kowluru R.A., 2004; Martin P.M. et al., 2004].

В дальнейшем при низкоинтенсивном воздействии наблюдается рост содержания нейронов с очаговым и тотальным хроматолизом. Обращает на себя внимание тот факт, что после освещения в течение 14 сут наблюдается снижение содержания нейронов с тотальным и очаговым хроматолизом, а содержание пикноморфных ганглионаров существенно не меняется при увеличении продолжительности воздействия. Возможно, это связано с фагоцитозом погибших нейронов и восстановлением клеток с очаговым хроматолизом. Снижение количества нейронов с тотальным хроматолизом и отсутствие динамики в содержании пикноморфных ганглионаров может быть связано с адаптацией нейронов к изменению трофики.

При освещении (6000 лк) мы наблюдали динамику изменения содержания деструктивных нейронов также через 7, 14 и 30 сут после воздействия. Максимальное увеличение содержания нейронов с тотальным хроматолизом наблюдается на 14-е сут после освещения в очагах поражения, а к 30-м сут происходит снижение этого показателя за счет фагоцитоза погибших клеток. Большинство сохранившихся нейронов характеризуются морфологическими признаками компенсаторно-приспособительных реакций, выражающихся в гипертрофии клеток, активации ядрышка, усилением складчатости ядерной мембраны, увеличению удельной площади гранулярной ЭПС и митохондрий. Вне очагов изменения ганглионарных нейронов во всех группах незначительны.

Применение асковертина и каровертина приводит к значительному снижению процентного содержания нейронов с очаговым, тотальным хроматолизом, а также пикноморфных, что в некоторой степени может быть связано с увеличением активности антиапототического белка bcl-2, которая в несколько раз превышает активность проапототического гена р-53. К 30-м сут после освещения (6000 лк) при введении препаратов содержание нейронов с тотальным хроматолизом значимо не отличается от контрольных значений, а удельная площадь гранулярной ЭПС увеличивается как по сравнению с данными на 1-е сут, так и с соответствующими группами без коррекции. В группах же с аллоксановым диабетом степень патологических изменений нейронов несколько выше, но все же достоверно отличается от показателей группы без использования препаратов. Меньшая чувствительность мультиполярных нейронов ганглионарного слоя сетчатки крыс к изучаемым нами экспериментальным воздействиям на фоне применения асковертина и каровертина, вероятно объясняется улучшением кровоснабжения внутренних слоев сетчатки. А также сохранностью метаболических процессов, связанной с более высокой удельной площадью органелл и синаптических связей между клетками, образующими трехнейронную цепь сетчатки, по сравнению с группами без использования препаратов.

Большое значение в развитии структурных изменений сетчатки при одиночном высокоинтенсивном световом воздействии, а также освещении на фоне аллоксанового диабета имеет повреждение межнейрональных связей, так как степень повреждения синаптического пула, а также способность к восстановлению поврежденных и образованию новых синаптических контактов во многом определяет сохранность нейронной популяции сетчатки.

Высокая повреждаемость синапсов при данных воздействиях очевидна в связи с большим содержанием в отростках нейронов мембранных образований. По данным B. Razdan et al. [1993], мембраны пре- и постсинаптических отделов при активации в них перекисного окисления липидов повреждаются сильнее, чем мембраны других участков нейронов. Воздействие света приводит также к накоплению Ca²⁺ в цитоплазме нервной клетки, вследствие чего происходит дестабилизация синаптических мембран и активация протеолитических ферментов и Ca²⁺-зависимой протеинкиназы, блокирующих энергетические системы синапсов [Edwards D.F. et al., 1991; Li J. et al., 1991; Razdan B et al., 1993; Kristian T. et al., 1994]. Первоначальная реакция синапсов на любое экстремальное воздействие неспецифична и проявляется в виде набухания отростков, дезагрегации синаптических везикул, отека митохондрий, т.е. изменения контактов по светлому типу [Боголепов Н.Н,, 1979; Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С., 1995; Семченко В.В., Степанов С.С., Сергеева Е.Д., 1995; Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С. и др., 2005], что мы наблюдали, как при высоко-, так и при низкоинтенсивном световом воздействии. Аналогичные изменения описаны многочисленными авторами и при других видах экспериментальных воздействий - после острой гипоксии, при действии токсических веществ, нейтронном облучении, рентгеновском и световом воздействии [Фельдман Н.Г., Вендило М.В., 1976; Боголепов Н.Н, 1979; Антипов В.В. и др., 1987; Абдрахманов А.А., 1987; Потапов А.В., Логвинов С.В., 1999; Пугаченко Н.В., 2000].

При высокоинтенсивном световом воздействии и освещении на фоне аллоксанового диабета к 30-м сут в очагах поражения степень дегенеративных изменений синапсов нарастает, в большом количестве появляются контакты, измененные по темному типу, это в первую очередь связано с состоянием нейронов, регулирующих скорость аксонального тока. Выраженность нарушений транспорта молекул играет существенную роль в степени деструкции пресинаптических отделов и влияет на их способность к репарации [Боголепов Н.Н., 1979]. С другой стороны выраженная деструкция синапсов по сравнению с нейронами является своеобразной защитной реакцией, обеспечивающей в некоторой степени сохранность нейронов и их способность к структурно-функциональному обновлению [Боголепов Н.Н., 1979].

Количественное исследование активных зон синапсов с помощью контрастирования ФВК через 7 сут после освещения (6000 лк), как в группах без использования препаратов, так и в группах с коррекцией, свидетельствует о значительном снижении общей численной плотности контактов в условной единице площади невропиля в основном за счет деструкции асимметричных положительно и отрицательно изогнутых синапсов, т.е. зрелых активно функционирующих [Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С., 1995]. Аналогичную динамику наблюдали при экспериментальной ишемии мозга [Семченко В.В., Степанов С.С., Сергеева Е.Д., 1995; Логвинов С.В., Пугаченко Н.В. и др., 2001]. Аллоксановый диабет усиливает фотоповреждение синаптического аппарата сетчатки. Данный эффект, возможно, связан с наличием общих патогенетических механизмов.

Весьма существенным оказывается изменение системы субсинаптических единиц - снижение высоты, размытость контуров и неравномерность прокрашивания плотных проекций. Это свидетельствует о протеолитической деструкции данных филаментозных образований и нарушает синаптическую передачу при нормальной структуре синаптических везикул [Акерт К., 1972; Степанов С.С., 1986; Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С., 1995; Семченко В.В., Степанов С.С., Сергеева Е.Д., 1995]. К факторам, вызывающим перестройку субсинаптических единиц, относят внутриклеточную аутоинтоксикацию, активацию гидролитических ферментов, перекисное окисление липидов и метаболический ацидоз [Семченко В.В., Степанов С.С., 1987]. Во всех группах на 7-е сут после освещения уменьшается количество синапсов типа А с высотой плотных проекций > 60 нм и С с высотой плотных проекций <50 нм. Длина активной зоны контакта является отражением его функциональной активности и может меняться, изменяя при этом и высоту плотных проекций [Carverley R.K.S. et al., 1990], что свидетельствует о пластичности синаптического аппарата. Функционально активными являются только асимметиричные синапсы. Симметричные контакты относят к своеобразному “депо”. Эти контакты под действием определенных факторов могут преобразоваться в асимметричные [Логвинов С.В. и др., 1994; Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С., 1995].

На 7-е сутки после высокоинтенсивного воздействия во всех группах преобладают синапсы с длиной АЗК 200-300 мкм и 300-500 мкм, что является компенсаторно-приспособительной реакцией синапсов на повреждение, что особенно ярко выражено в группах с коррекцией. Реорганизация синаптической популяции возможна путем восстановления структуры и функции синапсов, их новообразованием, а также усложнением организации синаптических контактов, что было доказано на модели гипоксии головного мозга [Боголепов Н.Н., 1979; Семченко В.В., Степанов С.С., 1997]. Однако в отличие от коры головного мозга при восстановлении синаптического пула после повреждения в сетчатке не происходит усложнения межсинаптических связей. В частности, отсутствуют сложные гипертрофированные и перфорированные синапсы, наличие которых говорит об усилении информативности сохранившихся контактов. Это связано с возможностью одномоментного выделения нейромедиатора сразу несколькими синаптическими пузырьками [Семченко В.В., Степанов С.С., 1997].

Восстановление синаптического пула сетчатки при фотоповреждении происходит за счет созревания незрелых контактов и появления синапсов ювенильного типа, являющихся своеобразным синаптическим депо, что также отмечено при ишемическом поражении коры больших полушарий и после микроволнового облучения сетчатки [Логвинов С.В., 1994; Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С., 1995]. К 30-м сут после освещения заметно увеличивается количество мелких новообразованных синапсов с АЗК менее 100 мкм и 100-200 мкм.

После освещения при введении асковертина увеличивается численная плотность асимметричных синапсов за счет плоских неактивных контактов, что, вероятно, происходит из-за созревания симметричных синапсов, поэтому общая численная плотность синапсов меняется незначительно. Наиболее выраженный протективный эффект наблюдался после курсового введения каровертина, что стимулировало неосинаптогенез, созревание незрелых синапсов, а также гипертрофию сохранившихся контактов. Эффект антиоксидантов вероятно связан во-первых, с мембраностабилизирующим действием, во-вторых, с большей сохранностью нейронов, что отмечено в сетчатках животных, получавших лечение, в-третьих, с положительным влиянием препаратов на реологию крови, так как наряду с нейронами синаптические контакты наиболее чувствительны к недостатку кислорода [Боголепов Н.Н., 1972].

Изменение синаптоархитектоники сетчатки после длительного низкоинтенсивного освещения в течение 7-ми сут имеет адаптивный характер и сопровождается сохранением численной плотности контактов, а также реорганизацией с сохранением зрелых синапсов с длиной АЗК 300-500 мкм и 500-700 мкм. После освещения в течение 30 сут наблюдается срыв адаптации, проявляющийся снижением численной плотности контактов. Введение препаратов-антиоксидантов стабилизирует синаптоархитектонику сетчатки, препятствует снижению численной плотности синапсов и срыву адаптации. Как и при высокоинтенсивном воздействии, наиболее эффективным является каровертин. Он в большей степени способствует сохранению активно функционирующих искривленных синапсов.

По аналогии с наружными слоями сетчатки, где НСК и ПЭ образуют единую функциональную систему, во внутренних слоях сетчатки подобием такой системы является глионейрональный комплекс, где осуществляются двунаправленные коммуникативные связи. Среди глиальных элементов в сетчатке встречаются олигодендроглиоциты - в слое нервных волокон, микроглиоциты - во внутренних слоях сетчатки, астроглиоциты - по ходу кровеносных сосудов и в области диска зрительного нерва. Основным видом глии является радиальная глия, пронизывающая все слои сетчатки и образующая наружную и внутреннюю пограничные мембраны. В отличие от нейронов глия обладает пролиферативной способностью, поэтому при патологии сетчатки возможны как регрессивные, так и прогрессивно-пролиферативные изменения радиальной глии.

В патологических условиях, вызванных световым воздействием, ишемией, а также при эпилепсии наблюдается повышенная стимуляция нейронов, которые выпускают большие количества глутамата и калия [Glass M., Dragunow M., 1995; Nicholson C., Sykov E. 1998; Uckermann O. et al., 2004]. Одной из функций радиальной глии является удаление избытка калия и глутамата из сетчатки. В условиях повышенной нагрузки этот процесс нарушается, что приводит к отеку глиоцита [Uckermann O. et al., 2004]. Так, во всех экспериментальных группах, как при низко -, так и при высокоинтенсивном световом воздействии (в ранние сроки) наблюдался отек склеральных отростков радиальной глии. Витреальные отростки задействованы в меньшей степени, так как находятся в слоях сетчатки, которые менее всего вовлечены в патологический процесс. Помимо этого, глутамат активирует AMPA-каинатные рецепторы, что приводит к поступлению натрия в ассоциативные и ганглионарные нейроны и их набуханию [Uckermann O. et al., 2004]. Так, при высоко- и низкоинтенсивном световом воздействии, а также при освещении на фоне аллоксанового диабета наблюдались отечные "светлые" клетки во ВЯС и ганглионарном слое. По данным [Sztriha L., 1986; Olson J.E. et al., 1990; Nagelhus E.A. et al., 1993] радиальные глиоциты более склонны к набуханию, чем нейроны, так как они осуществляют транспорт воды, образующийся в результате функционирования нейронов. Этот транспорт происходит благодаря водным каналам, образованным аквапорином-4, встроенным в плазмолемму глиоцитов, далее вода удаляется либо через стекловидное тело, либо через интраретинальные кровеносные сосуды [Nagelhus E.A. et al., 1998]. Помимо отека в радиальных глиоцитах наблюдается деструкция органелл, что с одной стороны может быть связано с гипоксией, вследствие нарушения микроциркуляции, которая приводит к образованию свободных радикалов и усилению ПОЛ, мишенью которых являются мембраны органелл. С другой стороны - прямым действием свободных радикалов, проникших во ВЯС сетчатки, будучи не нейтрализованными, в ее наружных слоях. Грубые нарушения липопротеидных комплексов мембран приводят к потере клеткой воды и сморщиванию, что сопровождается конформационными изменениями белков клетки. Это выражается в повышении осмиофилии цитоплазмы и кариоплазмы при продолжающемся уменьшении органелл.

Так, уже на 1-е сут во всех экспериментальных группах наблюдалось увеличение содержания пикноморфных радиальных глиоцитов. Максимальное их содержание отмечено на 7-е сут при освещении (6000 лк) - 29,5±0,51% в группе со световым воздействием и 28,1±0,85% при освещении на фоне гипергликемии (контроль 2,65±0,13%, p<0,05), что совпадает со временем образования очагов в наружных слоях сетчатки. Очевидно, в эти сроки происходит срыв адаптации, и распространение патологического процесса во внутренние слои сетчатки. На 14-е и 30-е сут после воздействия отмечается снижение количества пикноморфных глиоцитов, связанное с их утилизацией фагоцитами.

Через 6 недель после введения аллоксана увеличивается содержание дегенеративно измененных радиальных глиоцитов, достигая максимальных значений на 8-ой неделе, что возможно связано с усилением сосудистых нарушений, играющих ведущую роль в патогенезе диабетической ретинопатии

Как было сказано выше, помимо деструктивных изменений наблюдается пролиферативная активность радиальной глии. По данным D.G. Puro et al., (1989) активирует пролиферацию глии повышенный вход в клетку ионов кальция, что наблюдается при световом воздействии [Newman E.A, 2005]. Пролиферативная активность проявляется в виде митотического деления, а также удлинения и гипертрофии отростков. Выраженная глиальная пролиферация наблюдается на 7-е сут после высокоинтенсивного светового воздействия и выражается в прорастании склеральных отростков в наружные слои сетчатки и замещении погибших НСК в очагах поражения. Данный факт можно рассматривать как адаптивную реакцию, направленную на защиту неизмененных клеток от действия свободных радикалов. Доказано, что чем больше очаг поражения при действии высокоинтенсивного света, тем значительнее глиальная пролиферация [Дробатулина Д.А., 2004]. Сохранившиеся НСК, а также ассоциативные нейроны окружены многослойными глиальными пластинами, что, возможно, является на начальных этапах компенсаторно-приспособительной реакцией. Это связано с выделением радиальными глиоцитами нейротрофических факторов, стимулирующих внутриклеточную репарацию нейронов [Harada T. et al., 2002; Zeiss C.J., Johnson E.A., 2004; Gauthier R. et al., 2005]. Косвенным признаком усиления митотической активности может служить повышение глионейронального индекса во всех экспериментальных группах по сравнению с контролем и с данными на первые сутки.

Применение асковертина и каровертина снижает степень деструкции радиальных глиоцитов, особенно после одного светового воздействия, что, вероятно, объясняется антиоксидантыми и мембраностабилизирующими свойствами препаратов, препятствующих деструктивным изменениям органелл и сохраняющих метаболическую и пролиферативную активность радиальных глиоцитов. Наибольший положительный эффект наблюдается после светового воздействия на фоне введения асковертина, причем в этой группе отмечается достаточно медленная динамика роста содержания пикноморфных глиоцитов, их максимальные значения наблюдаются лишь к 30-м сут после воздействия. В этой же группе к 30-м сут наблюдается максимальное повышение по отношению к контролю показателя глионейронального индекса до 0,67±0,02% (контроль 0,37±0,007%, p<0,05). Это возможно, связано с одной стороны с фагоцитозом погибших ассоциативных нейронов, с другой - увеличением пролиферативной активности радиальной глии, что способствует развитию компенсаторно-приспособительных механизмов сетчатки в ответ на повреждение. При низкоинтенсивном воздействии ретинопротекторный эффект отмечен после 1 и 7 сут освещения.

Олигодендроглиоциты в слое нервных волокон и астроциты по ходу витреально расположенных кровеносных сосудов в ранние сроки после всех воздействий характеризуются изменениями реактивного характера, выражающимися отеком, деструкцией крист митохондрий и расширением цистерн эндоплазматического ретикулума. В более поздние сроки обнаруживаются глиоциты с дегенеративными изменениями в виде повышения осмиофилии цитоплазмы и пикноза ядра. Обращает на себя внимание однотипность деструктивных изменений астроцитов и ганглионарных нейронов, находящихся в близком контакте друг с другом. Вероятно, патологические изменения глиальных клеток приводят к прогрессирующему нарушению трофики нейронов, что в конечном итоге вызывает их гибель.

От состояния кровотока и степени повреждения сосудов, а также других элементов гематоретинального барьера при изучаемых экспериментальных воздействиях напрямую зависят характер патологических изменений и репаративный потенциал структурных элементов сетчатки.

Обнаружено, что наиболее восприимчив к повреждающему действию света и диабета наружный отдел ГРБ, образованный эндотелием хориокапилляров, мембраной Бруха и пигментным эпителием, нежели внутренний его отдел, состоящий из эндотелия с базальной мембраной интраретинальных капилляров и отростков радиальной и астроцитарной глии. Так, при сахарном диабете отмечено усиление проницаемости наружного отдела гематоретинального барьера, связанное с дисфункцией эндотелия [Qaum T. et al., 2001; Cheung A.K.H. et al., 2005; El-Remessy A.B., Al-Shabrawey M., Khalifa Y., 2006]. Ведущую роль в увеличении проницаемости ГРБ отводят активации эндотелиального фактора роста VEGF [Amin R.H. et al., 1997, Qaum T. et al., 2001; Cheung A.K.H. et al., 2005]. Кроме того, хориокапилляры находятся в непосредственной близости от источника свободных радикалов и продуктов ПОЛ - НСК. При повышенной световой нагрузке происходит срыв адаптации и окислительное повреждение эндотелиоцитов. Так, P. Kayatz et al. (1999) обнаружили транспорт продуктов пероксидации в хориокапилляры от НСК. T. Wu et al. (2005) после освещения зеленым светом интенсивностью 3500 lx в течение 3 ч выявили окислительное повреждение ДНК эндотелиоцитов, перицитов и пигментоэпителиоцитов.

В ранний период после светового воздействия, а также освещения на фоне гипергликемии эндотелиоциты капилляров подвергаются отеку цитоплазмы, вакуолизации большинства органелл. Описанные ультраструктурные изменения сосудов сетчатки неспецифичны и наблюдаются также при других видах экспериментальных воздействий: микроволн, гамма - и нейтронном облучении, комбинированном воздействии высокоинтенсивного света и ионизирующего облучения [Абдрахманов А.А. и др., 1985; Буймова Н.П., 1993; Давыдов Г.А., Ушаков И.Б., 1987; Логвинов С.В., 1993; Логвинов С.В. и др., 1994; Дробатулина Д.А., 2004; Потапов А.В., 2006]. Дисфункция эндотелия нарушает транспорт метаболитов в ПЭ и обратный транспорт продуктов обмена. Это приводит к их накоплению в цитоплазме клетки и гибели пигментоэпителиоцитов. Также, повреждение эндотелия стимулирует тромбообразование [Yamashiro K., Tsujikawa A., Ishida S., 2003]. Тромбоциты выделяют воспалительные цитокины, вызывая хемотаксис лейкоцитов, те в свою очередь индуцируют апоптоз эндотелиоцитов. Свободные радикалы и продукты ПОЛ увеличивают ригидность мембран эритроцитов и снижают их способность к деформации, что приводит к их задержке в микроциркуляторном русле [Плотников М.Б и др., 2005]. Все перечисленные процессы вызывают увеличение удельной площади сосудов со стазом, сладжем форменных элементов и тромбозом сосудов, а также снижение количества открытых сосудов уже на 1-е сут после высокоинтенсивного и длительного низкоинтенсивного светового воздействия.

Нарушение перфузии приводит к ишемии наружных слоев сетчатки, не имеющих собственной сосудистой сети. Это, наряду с прямым повреждающим действием света, приводит к очаговому выпадению наружных слоев сетчатки на 7-е сут после высокоинтенсивного светового воздействия. Экспериментальный диабет усиливает фотоповреждение сосудов хориоидеи, способствует увеличению доли сосудов с тромбозом, а также со стазом и сладжем форменных элементов и снижению открытых неизмененных сосудов. Данный эффект связан с развитием диабетической микроангиопатии, характерными морфологическими признаками которой являются деструкция эндотелия и перицитов, утолщение базальной мембраны, появление аневризм, а также нарушение реологических свойств крови. К механизмам, вызывающим эти нарушения, относят неферментативное гликозилирование белков, возрастание активности протеинкиназы С и альдозоредуктазы, изменении метаболизма липидов, активности ростовых факторов, развитие окислительного стресса и тканевой гипоксии [Qaum T. et al., 2001; EI-Remessi A.B. et al., 2003; Moore T.C.B. et al., 2003; Cheung A.K.H. et al., 2005; Marneros A.G. et al., 2005].

В очагах поражения на 7-е сут после высокоинтенсивного светового воздействия, помимо НСК деструктивные изменения затрагивают ПЭ и мембрану Бруха. Встречаются участки, в которых отсутствуют все наружные слои сетчатки, и ассоциативные нейроны ВЯС оказываются вплотную приближены к мембране Бруха. В области дефектов базального комплекса наблюдаются сосудистые почки, что сопровождается прорастанием новообразованных сосудов хориоидеи в сетчатку. В участках, окружающих дефект, наблюдается усиленная пролиферация ПЭ. Обнаружено, что в ПЭ синтезируются два фактора-антагониста. Фактор роста ПЭ (PEDF) ингибирует ангиогенез [Dawson D.W., Volpert O.V., Gillis P., 1999; King G.L. et al., 2002] и выделяется через апикальную часть клетки, так как обладает еще нейропротекторным действием. Фактор роста эндотелиоцитов (VEGF) при нормальных условиях функционирования выделяется в небольших количествах через базальную часть ПЭ и стимулирует активность эндотелия хориоидеи [Blaauwgeers H.G. et al., 1999; Becerra S.P. et al., 2004].

Очевидно, в патологических условиях нарушается баланс, и VEGF начинает выделяться в больших количествах, кроме того, гипоксия индуцирует экспрессию HIF-1б фактора, что инициирует неоангиогенез [Zeng Y. et al., 2007]. По данным D.N. Ausprunk et J. Folkman (1977) в новообразованных сосудах практически отсутствует базальная мембрана. Они очень хрупкие и легко кровоточат. Мы наблюдали новообразованные сосуды, их базальная мембрана очень тонкая, но сохраняется на всем протяжении. Возможно, увеличение проницаемости таких сосудов связано с отсутствием глиальных отростков, участвующих в образовании гематоретинального барьера. По данным некоторых авторов при фотоповреждении источником образования новых сосудов является внутренняя сосудистая сеть сетчатки, причем они содержат фенестрированный эндотелий [Bellhorn R.W.et al., 1980; Korre G.E. et al., 1983]. Однако мы отчетливо наблюдали прорастание сосудов из хориоидеи.

Наибольшая сохранность ГРБ во внутренних слоях сетчатки, вероятно, связана с защитными свойствами радиальной и астроцитарной глии, которые выделяют трофические факторы, уменьшающие деструкцию эндотелия [Yamada H. et al., 2000], а также с относительной удаленностью от НСК - основного источника свободных радикалов и продуктов ПОЛ.

Использование асковертина и каровертина приводит к снижению площади тромбированных и увеличению открытых сосудов хориоидеи, что связано с улучшением реологических свойств крови. В первую очередь препараты, проявляя антиоксидантное действие, вероятно, улучшают показатели клеточной реологии. Они восстанавливают свободные радикалы, защищая мембраны форменных элементов крови от свободнорадикального окисления, улучшают деформируемость эритроцитов.

Математическое моделирование проводилось при помощи методов, реализованных в программной среде mathCAD (интерполяция, регрессия, аппрксимация). За основу брали экспериментальные данные, полученные в ходе эксперимента, проводили сплайн-интерполяцию для создания интерполяционных кривых. В последующем подбирали выражение путем сопоставления определенной функции каждому участку кривой, так, чтобы, полученная система уравнений удовлетворительно аппроксимировала экспериментальные данные. Эту задачу решали при помощи метода обобщенной линейной регрессии. В результате проведенной работы было показано, что содержание деструктивных НСК, пикноморфных нейронов и радиальной глии при световом воздействии на фоне аллоксанового диабета и коррекции асковертином и каровертином описывается следующей формулой:

y(t) - количество пикноморфных клеток;

acoef_i - коэффициенты полученные при моделировании (для соответствующего пула клеток);

t - время экспериментального воздействия

Таблица. 2 Коэффициенты для пикноморфных нейронов и глии.

Данная модель является универсальной для сетчатки и позволяет с высокой степенью вероятности оценить состояние того или иного пула клеток в конкретные моменты времени на протяжении всего эксперимента, а также прогнозировать их изменения на определенном отрезке времени.

Анализ кривых показал волнообразный характер изменения содержания деструктивных клеток сетчатки при всех видах воздействия, а также в группах с коррекцией. При прогнозировании изменений обращает на себя внимание закономерный рост деструкции при увеличении времени после высокоинтенсивного светового воздействия и усиление повреждения при увеличении длительности низкоинтенсивного светового воздействия. В нейрональной популяции сетчатки при световых (200 лк, 6000 лк) воздействиях, а также освещении на фоне аллоксанового диабета наиболее поражаемыми являются НСК, а нейроны внутренних слоев сетчатки менее чувствительны к указанным воздействиям. Причем при низкоинтенсивном световом воздействии достоверные отличия от контрольной группы (p<0,05) по показателю деструкции ассоциативных нейронов появляются только при увеличении продолжительности освещения до 40-а суток. Реакция радиальной глии при высокоинтенсивном световом воздействии характеризуется деструкцией, совпадающей по срокам с гибелью ассоциативных нейронов, а при длительном низкоинтенсивном световом воздействии значительно опережает дегенерацию нейронов. Введение препаратов антиоксидантов предупреждает деструктивные изменения нейронов и глии сетчатки, о чем свидетельствуют более низкие показатели деструкции нейронов и глии по сравнению с данными групп без коррекции.

На основании вышеизложенного нам представляется следующая схема патоморфогенеза сетчатки при световом воздействии на фоне аллоксанового диабета и коррекции антиоксидантами асковертином и каровертином (рис. 1). Обращает на себя внимание общность механизмов повреждения сетчатки при данных экспериментальных воздействиях, что в совокупности дает усиление деструктивного эффекта при их комбинации. Это, во-первых, активация свободнорадикального (СРО) и ПОЛ, во-вторых, гипоксия сетчатки, связанная с патологическими изменениями микроциркуляторного русла. Первой мишенью при воздействии света являются НСК, а именно их наружные сегменты - основные акцепторы световых лучей. В экстремальных ситуациях, будь то слишком яркое или продолжительное освещение, в них активируются процессы СРО и ПОЛ. Продукты пероксидации вызывают повреждение мембранных и ядерных структур НСК, а также ПЭ, осуществляющего антирадикальную защиту. Срыв защиты, приводит к распространению свободных радикалов и продуктов пероксидации, как в сторону хориоидеи, вызывая гибель эндотелиоцитов, с последующим тромбообразованием, так и во внутренние слои сетчатки, повреждая мембранные структуры синапсов и радиальных глиоцитов. Следствием описанных событий является нарушение межнейрональных и глионейрональных связей, что вызывает деструкцию ассоциативных и ганглионарных нейронов.

Аллоксановый диабет в ранние сроки приводит к поражению микроциркуляторного русла, что характеризуется деструкцией перицитов и эндотелиоцитов, утолщением базальной мембраны, а также нарушением реологических свойств крови. Нарушение микроциркуляции приводит к развитию стойкой гипоксии, стимулирующей выработку свободных радикалов, повреждающих глиальные элементы сетчатки, а также ассоциативные и ганглионарные нейроны.

Таким образом, во внутренних слоях сетчатки обнаружена "точка пересечения" повреждающих эффектов света и аллоксанового диабета. В наружных слоях сетчатки мишенью для обоих видов воздействия является наружный отдел ГРБ. Повреждение его компонентов приводит к тромбозу сосудов с образованием ишемических зон сетчатки, что при освещении (6000 лк) приводит к очаговому выпадению наружных слоев сетчатки, так как их питание осуществляется только за счет сосудов хориоидеи. Кроме того, гипоксия вызывает неоангиогенез, следствием чего является усиление дегенерации НСК, нарушение межнейрональных связей, дегенеративные изменения радиальных глиоцитов и нейронов внутренних слоев сетчатки.

Антирадикальная активность асковертина и каровертина способствует снижению указанных выше деструктивных изменений. Однако более выраженный протективный эффект препаратов в отношении данных структур отмечен больше в группе с изолированным световым воздействием, что, вероятно, связано с различием в механизмах, ведущих к образованию высокоактивных радикалов при световом воздействии и аллоксановом диабете. Свет непосредственно запускает механизмы фотооксидации, а гипергликемия приводит к снижению активности антиоксидантных систем, растормаживая выработку свободных радикалов [Островский М.А., Федорович И.Б., 1982; Можеренков В.П., Калинин А.П., 1991; Кондратьев Я.Ю. и др, 1998; Noell W. K. et al., 1966; Barinapa M., 1995]. Основной мишенью антиоксидантов являются легкоокисляемые субстраты - радикалы, а на антиоксидантную систему он влияния не оказывает, что несколько снижает его протективный эффект у животных с аллоксановым диабетом [Плотников М.Б. и др., 2005].

36

36

36

Размещено на http://www.allbest.ru/

Существенным в защите сетчатки от повреждения при использовании антиоксидантов, оказалась высокая сохранность ПЭ - важного звена в антирадикальной и антигипоксической защите сетчатки, что способствует меньшему повреждению НСК, синапсов, радиальных глиоцитов и эндотелиоцитов хориокапилляров. Это приводит к сохранению межнейрональных и глионейрональных связей и как следствие, защите ассоциативных и ганглионарных нейронов, а также препятствует структурно-функциональным нарушениям ГРБ и процессам неоангиогенеза. Кроме того, препараты асковертин и каровертин оказывают положительное влияние на показатели клеточной реологии, улучшая вязкоэластические свойства крови, вызывая антиагрегационное и капилляропротекторное действие, а также ограничивают свободнорадикальные процессы и ингибирует альдозоредуктазу, что приводит к улучшению состояния микроциркуляции, снижению гипоксии.

ВЫВОДЫ

Сочетанное действие света и аллоксанового диабета на сетчатку значительно отличается от эффектов, вызываемых каждым фактором в отдельности, и зависит от интенсивности освещения и продолжительности действия факторов. Максимальная выраженность деструкции при аллоксановом диабете характерна для глиально-сосудистого комплекса, а при световом воздействии - для нейросенсорных клеток и пигментного эпителия сетчатки. При высокоинтенсивном освещении на фоне аллоксанового диабета отмечен синергический эффект по критерию деструкции нейросенсорных клеток.

Изменения нейрональной популяции сетчатки при высокоинтенсивном световом воздействии и освещении на фоне гипергликемии характеризуются деструкцией закономерно убывающей в ряду НСК - ассоциативные нейроны - ганглионарные нейроны. Очаги деструкции НСК при освещении (6000 лк) замещаются быстро пролиферирующими отростками радиальной глии. При длительном низкоинтенсивном световом воздействии деструкция НСК не имеет массового характера, а компенсаторно-приспособительные процессы характеризуются репарацией наружных отростков фоторецепторов.

Изменения нейронов внутренних слоев сетчатки при световом воздействии (6000 лк) и освещении на фоне гипергликемии совпадают по срокам, локализации и динамике с дегенерацией НСК. Наибольшей деструкции подвержены амакринные нейроны, а наименьшей - горизонтальные. При длительном низкоинтенсивном освещении изменения ассоциативных нейронов имеют обратимый характер и проявляются только на ультраструктурном уровне.

Межнейрональные связи высокочувствительны к световому воздействию и освещению на фоне аллоксанового диабета, о чем свидетельствует их ранняя деструкция и снижение общей численной плотности преимущественно за счет асимметричных контактов. Реорганизация межнейронных связей характеризуется неосинаптогенезом и созреванием контактов ювенильного типа, что является отражением адаптации при сокращении нейрональной популяции.

Деструкция радиальной глии при высокоинтенсивном освещении совпадает по срокам с гибелью ассоциативных нейронов, а при длительном низкоинтенсивном световом воздействии значительно опережает дегенерацию нейронов. Усиление пролиферативной активности сохранившихся глиоцитов пропорционально росту глионейрональной деструкции и характеризуется разрастанием глиальных отростков с последующим замещением деструктивных клеточных элементов в очагах поражения, что является отражением адаптационных механизмов.

Световое воздействие и освещение на фоне аллоксанового диабета вызывает повреждение компонентов гематоретинального барьера и гемодинамические нарушения. Наиболее чувствителен к данным воздействиям наружный отдел ГРБ, где очаговая деструкция пигментного эпителия и эндотелия хориокапилляров приводит к тромбообразованию и прорыву гематоретинального барьера, что индуцирует сосудистое новообразование. Неоангиогенез с одной стороны является адаптивной реакцией, направленной на восстановление кровоснабжения сетчатки, а с другой стороны ставит нейроны сетчатки в непривычные условия функционирования и инициирует вторичные дегенеративные изменения.

Препараты асковертин и каровертин оказывают ретинопротекторное действие, более выраженное при высокоинтенсивном световом воздействии и реализующееся через защиту высокомембранных структур от окисления и улучшение микроциркуляции. По влиянию на синаптический аппарат сетчатки наибольшей эффективностью обладает каровертин.

Предложенная математическая модель является универсальной для изучения повреждения и репарации сетчатки при световом и сочетанном с диабетом освещении в любой момент времени на протяжении эксперимента, а также дает возможность прогнозировать эти изменения по временному показателю.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Закономерности и тканевые механизмы пострадиационных изменений зрительного анализатора при многофакторных воздействиях / С. В. Логвинов, И. С. Малиновская, А. В. Потапов, Е. Ю. Варакута и др. // Актуальные вопросы экспериментальной и клинической морфологии: Материалы конференции, посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Догеля / Сибирский гос. мед. ун-т. - Томск, 2002. - Вып. 2. - С.46-47.