Введение к работе
Актуальность проблемы. Среди основных причин слепоты пристальное внимание офтальмологов привлекает катаракта. В связи с большой распространенностью начальных форм помуткония хрусталика к выраженным сдвигом демографических показателей в сторону постарения населешш (Н.А.Пучковская и соавт.,1987) проблеш возрастной катаракты приобретает также и социальное заачешо. Несомненно, что знание механизма развития возрастной катаракты является основой для патогенетически обоснованной медикаментозной терапии. Это обусловило выдвижение проблемы, связанной с изучением молекулярных механизмов помутнения хрусталика, на центральное место в офтальмологии, а такза привлекло внимание не только офтальмологов, но л специалистов в области биохимии, биофизики, патофизиологии, иммунологии и молекулярной биологии (Э.В.Малъцов, 1981$ М.М.Краснов, IS82; Л.В.Хватова, 1982; А.А. Бунин, 1984; А.В.Кривандин, IS84; Н.А.Пучковская, IS8d, 1987; В.О.Беляев, 1Э85; Л.К.Воскресенская, "1S85; Н.Ф.Лвуо, 1985; 1987; О.В.Пєрамей, 1986; А.А.Иводоза, 1987; Н.А.БабиаавЕ, ISS7; С.Н.Федоров, 1989; Р. А.Гуздорова, 1989).
Статистика ВОЗ свидетельствует о выдвижении патологии хрусталика в одну из ведущих причин слепоты (Н.А.Пучковская, 1583$ Ю.Ф.Майчук, IS84). Литературные данные свидетельствуют о том, что на протяжении последних лет отмечается увели .зште числек-ности больных возрастной катарактой, наблюдается рост числа пациентов, подвергающихся хирургическому лечению. Это говорит о несостоятельности существующих консервативных методов лечения помутнений хрусталкісовоіі линзы. Отсутствие эффективности проводимых терапевтических мероприятий объясняется тем, что основные вопросы этиологии и патогенеза возрастной катаракты остаются невыясненными. Недостаточно оезещена роль нарушения метаболических процессов кортикальной.зоны хрусталиков в развитии помутившій, отсутствует комплексная оценка изменений структуры коры хрусталиков в ходе катарактогенеза, недостаточны свадегая о пусковых механизмах, а та:ске сведения о роли регуляторов метаболических и биосиктотпчееккх процессов в обеспечении прозрачности кортикальної; ьокы хрусталиков.
_ 4 -
До последнего времени изучение патогенеза возрастной катаракты основывалось на исследовании преимущественно цельного хрусталика. В последние года большое значение придается исследователями изучению молекулярных нарушений з различных региональных зонах хрусталика, что имеет большое теоретическое и практическое значение для разработки научно обоснованной патогенетической консервативной терапии возрастной катаракты.
В последнее десятилатие внимание исследователей привлекает роль биомембран в регуляции метаболических процессов в хрусталике (М.А.Бабижаев, I984-IS87). В соответствии с мембранной концепцией патогенеза катаракты (М.А.Бабикаев, 1987) постулируется, что структурная перестройка мембран является одним из важнейших факторов развития старческой катаракты. Литературные данные свидетельствуют о том, что при развитии катаракты происходят сдвиги в физико-химических свойствах мембран хрусталика, однако сведений о молекулярных субстратах, ответственных за помутнение хрусталика, недостаточно и они противоречивы.
Понимание доминирующей роли белков в обеспечении структуры и функции хрусталика вызвало большой интерес к изучению их качественных и количественных изменений при возрастной катаракте (И.Л.Голенда, 1972). Ддея о важной роли нарушения обмена белков в развитии катаракты легла в основу современной концепции о молекулярных ОСНОВах ПОМУТНеНИЯ Хрусталика (Benedeb: » 1971). К началу 80-х годов имелась значительная информация о совокупности качественных и количественных изменений белковых компонентов хрусталика при возрастной катаракте (И.Д.Мгвделадзе, 1975; ЮЛІ.Чирте зе, 1976). В то же время оставалась невыясненной роль модокулярюй организации водорастворимых белков коры хрусталика в обеспечении его прозрачности. Роль качественных и количественных изменений белков в катарактогенезе, несмотря на ряд достижений в их изучении (В.П.Пяевинскис, 1970; Б.С.Касавина, В.М.Аккуев, 1971), ев выяснена к началу настоящей работы и предетаатягтся весьма актуальной задачей.
На сегодняшний день отсутствует достаточно полно обоснованная схема комплексного патогенетического медикаментозного лечения возрастной катаракты, что ставит на повестку дня вопрос о необходимости разработки более эффективных методов лечения, ос-новшших на результатах углубленного изучения этиологии и пато-
генеза пог.утнений хрусталика.
В тачание последних лет в литературе стали накапливаться факты, свидетельствующие о важной роли нарушений метаболизма белков кортикальной зоны хрусталика в развитии катаракты (Bioemendal , 1984) и вовлеченности в этя процессы ионов кальция. Однако, к началу наших исследований в литературе практически отсутствовали какие-либо сведения о роли кадьций-каяьмо-дулиново'й системы, циклических нуклеотидов и простагландинов в регуляции обмена белков хрусталика. Специалисты в области офтальмологии, биохимии и молекулярной биологии не уделяли этому вопросу должного внимания до 90-х годов. Поэтому, как в теоретическом, так и в практическом отношениях целесообразно изучение роли этих внутриклеточных регуляторов в развитии возрастной катаракты. К началу наших исследований основные молекулярные мехаїшзмн нарушения метаболического статуса клеток коры помутневших хрусталикоз оставались невыяснаннк.та. Вместе с тем, изучение связующа звеньев между состоянием клеточных мембран хрусталика и активностью биосингстических ызкромблакулярных процессов яв- ляотся актуальной научной проблемой, так как расшифровка их механизмов позволит целенаправленно корригировать метаболические нарушения при возрастной катаракте.
Ка основании вышеизложенного были определены цель и задачи исследования.
Цель к задачи исследования.
Целью настоящего исследования явилось следующее: разработать современную патогенетически обоснованную концепцию комплексного консервативного лечения возрастной катаракты ка основе изучения клшшке-биохкмяческих данішх больных возрастной катарактой с одновременным изучением биохимических показателей метаболизма' .хрусталиков.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Изучить характер перестройки мембран клеток кош хрусталиков при возрастной катаракте.
-
Установить роль трансмембранних потоков попов кальция, кальмодулина, плклических нуклеотидов и простагландинов в регуляции активности белок-сиитезирукююго аппарата в клотках коры катаракталькых хрусталиков.
-
Провести исследование у больных возрастной катарактой содержания в крови диеновых коньгагатов, липидного спектра сыворотки крови, интенсивности хемилюминесценции водянистой влаги и белков .хрусталика, могущих свидетельствовать о вовлеченности процессов свободнорадикального окисления белков и липидов в развитие катаракты.
-
Разработать схему метаболических нарушений в коре хрусталика при развитии катаракты возрастной.
-
Обосновать применение в консервативном комплексном лечении возрастной катаракты кальций-антагонистических, антиоксидантних препаратов и средств, влияющих на тканевый обмен.
-
Оценить результаты комплексного лечения больных возрастной катарактой с использованием кальций-антагонистических,антиоксидантних и влияющих на тканевый обмен препаратов.
Научная новизна результатов исследования.
В ходе проведенного исследования клинико-биохишческих показателей установлено, что у больных возрастной катарактой на фоне сопутствующих заболеваний (атеросклероз, ишемическая болезнь сердца) факторами риска являются накопление в крови диеновых конъюгатов и изменения гидродинамики глаза.
Показано, что под влиянием комплексного лечения с применением кальций-антагонистических, актиокскдантішх и влияющих на тканевый обмен препаратов наступает уменьшение интенсивности реакций свободнорадикального окисления липидов в крови больных возрастной катарактой и стабилизация зрительных функций.
Проведенными биохимическими исследованиями установлено,что водорастворимые белки коры катаральных хрусталиков характеризуются различным электростатическим окружением остатков триптофана по сравнению с водорастворимыми белками коры нормальных хрусталиков. Эти отличия обусловлены перераспределением отрицательно эарлженньк радикалов вблизи триптофакилов в трехмерной структуре белков, что приводит к изменению их структурного со--стояния в ходе катарактогенеза, выражающегося в увеличении ассоциативна свойств, соотношения высокомолекулярные белки/яиз-комолокуляршс белки.
Показано, что существенный вклад в модификацию водорастворимых белков коры хрусталиков вносят фотохимические процессы, в которых принимают участие продукты окисления триптофана (5-гид-
роокситриптофан, кинуренин).
Нарушение молекулярной организации водорастворимых белков коры хрусталиков при возрастной катаракте сопровождается изменением их физико-химических своііств, характеризующихся сниженном способности противостоять влилгао окислителей.
Методом электронной микроскопии обнаружены признаки мемб-ранопатологичееккх изменений клеток кортикальной зоны катарак-тальных хрусталиков, выражающиеся в разжижении цдтозолыгаго матрикса, фрагментации клеток, расширении межклеточных пространств, накоплешш глобулярных тел и вещества лилофильной природи.
На основании изучения фосфолипидсв клеточных мембран кортикальной зони хрусталиков и их ккркокислотюго состава обнаружены количественные и качественные изменения фосфолипвдов у большое возрастной катарактой. В ходе кзтарпктогенеза наблюдается уменьшение содержания фосфатняилэтанолзьтнз и фоейатшцштозктола, а также уменьшение содержания олеиновой кислоти в сфангомаелинэ и фосфатидилатанолэшпо, увеличение содержания стеариновое и ара-хидоновой кислот;.' з фосфатидилотаноламшіе.
Впервые методом зотаовой спектроскопии установлено, что в клеточнгос мембранах корн кэтарактлльнкх хрусталиков происходит структурная перестройка, проявляю'цачея в уменьшении текучести в глубоких слоях лкпядноіі фазу t/ємбран. Изменений физкко-хилм-чеекпх свойств липйдіюі! фазн мембран клеток кори хрусталиков при возрастной катаракте сопровождается нарушением активности мсмбраносБязанных ферм?нтов: усилением активности 5---и,?клеотлда-gh, угнетением активности ^ -глутемилтраноферази, что является одним из рглшз іішик факторов катарпятотопеза.
В волоконных клетках корн катлракталъкых хрусталиков при возрастной катаракте наблюдается увеличение содержания ионов кальция и снижение уровня кальмодулинз. Полутскнно данные впервые позволили выдвинуть щюдполояечио о том, что кальцлй-дяль-модулиновая система хрусталика вовлечена в развитие возрастной катаракты.
Данные о значительном изменении уровія цЛМ!> и ц!*"5 в клетках корн хрусталика позволили прийти к выводу о том, что нарушение функционирования сиотэмц циклических ЕУКЛЄ07ИД0В является одним из возмошшх патогенетических механизмов катарактогеиеза.
- 8 -Впервые установлено, что развитие возрастной катаракты характеризуется накоплением в кортикальной зоне хрусталиков про-
стагландинов группы Е и ?2с\
Показано, что трансмембранные потоки ионов кальция вовлечены в регуляцию интенсивности синтеза бэлзса в клетках коры ка-таракталышх хрусталиков.
Получены доказательства, что синтез белков в клетках коры катарактальных хрусталиков находится под контролем цА№-зависи~ нт процессов.
В опытах с влиянием актиномицина Д и суммарного препарата дрожжевой ГШК на интенсивность синтеза балка в клетках коры катарактальных хрусталиков получены данные, позволившие выдвинуть положение о том, что нарушила регуляторній механизмов клеточного метаболизма при возрастной катаракте находится не только на трансляционном, но и на транскрипционном уровнях.
На основания проведенных исследований разработана схема метаболических и физико-химических нарушений хрусталика при возрастной катаракте и обоснована целесообразность применения в комплексном консервативном лечении возрастной катаракты кальций-оьтагонистических, антиоксидантних препаратов и средств, влияющих на тканевый обман.
Научно-теоретическая и практическая значимость.
Результаты настоящей работы имеют существенное научно-теоретическое и практическое значение, так как раскрывают новые аспекта метаболитических нарушении волоконных клеток кортикальной зоны хрусталиков при возрастной катаракте. На основании обширного експериментального материала предлагается схема метаболических и физико-химических нарушегай в коре катарактальных хрусталиков. Согласно ей, в помутнение хрусталика при возрастной катаракте вовлечены: фотохимические процессы, протекающие с участием триптофана к продуктов ого окисления, увеличение ассоциативных свойств зодорастворимых белков коры хрусталиков; активация процессов перекисного окисления липидов, уменьшешіе текучести ли-пядаой фазы мембран клеток коры, модулирование активности мемб-ранссвязаняні: ферментов (5 -куклеотидазы, ^-і'лутамилтранспелти-дазы); трансмембращше потоки ионов кальция, простагландини группы S л Р2Ы. » кальций-кальмоцулиновая система, приводящие к запуску цАМа-заБИСимых процессов, контролирующих синтез болка в
_ 9 -
клетках хрусталика.
Результаты работы не только раскрывают молекулярные аспекти развития помутнений хрусталика при возрастной катаракте, но и служат базой для разработки исследований прикладного характера, связанных с обоснованием патогенетически ориентированной схемы лечения, позволяющей включить в клиническую практику при возрастной катаракте кальций-антагонистические (циннаризнн, ко-ринфар) препараты, средства, влияющие на тканевый обмен (эссеи-циале, карнитина хлорид) и антиоксиданти (флакумин, гауфон, эмоксипии).
Показано, что под влиянием комплексного лечения с применением кальций-антагонистических, антиоксидантних и влияющих на тканевый обмен препаратов наступает стабилизация зрительных функций и снижение интенсивности реакций свободаорадикального окис-ления у больных возрастной катарактой.
Сведения настоящей работы, касающиеся латогенеигчесюі обоснованного кошлексного лечения больных возрастной катарактой внедрены в практику работы офтальмологов г.Мпнсиа, клиники глазных болезней Минского мединститута.
Результаты настоящей работы, опубликованные в периодической печати, используются з курсах лекций кафедр общей и биоор-ганической химия, глазных болезней Минского мединститута.
Апробация работы.
Отдельные части работы были доложены и обсуждены па конференциях Бэлорусского республиканского общества офтальмологов (1984, I98S, 1988), Всесоюзных совзданиях по люминесцентнэну анализу в модицшга и биологии (Рига, 1981, 1988), УП съезде офтальмологов Украинской ССР (Одесса, 1984), У конференции оф- ' тальмологов БССР (Минск, 1987), У Всесоюзном съезде офтальмологов (Ашхабад, 1985).
Публикации по томе диссертации.
По материалам диссертации опубликовано IB печатных работ. Имеются положительные решения на язобротє ая "Способ определения метаболизма хрусталика" и "Способ определения состояния хрусталика".
Структура и объем работы.
