Биофизическая и биохимическая характеристики хрусталика

Хрусталик человека представляет собой своеобразный сосуд, который содержит в среднем 65% воды и 35% органических соединений, играющих важную роль как в трансмиссии, так и в абсорбции и отражении света при его прохождении через этот орган. Степень гидратации и, возможно, наличие мукополисахаридов как цементирующих компонентов между волокнами хрусталика также имеют существенное значение для прозрачности.

Способность хрусталика к аккомодации прежде всего обусловлена возможностью изменения собственной кривизны, а также имеющимся различием рефракционных свойств хрусталика и окружающей его жидкости передней и задней камеры. Это зависит главным образом от химического состава хрусталика и, в первую очередь, от состояния и концентрации белков, обладающих высокими показателями рефракции и большим содержанием воды. В зависимости от баланса этих двух компонентов в процессе аккомодации ведущую роль может играть или изменение кривизны хрусталика, или движение его вдоль зрительной оси.

Первый вариант обусловлен высоким уровнем воды в хрусталике и отмечается у птиц (содержание воды более 80%), второй характерен для рыб, в хрусталике которых наблюдается относительно высокая концентрация белков. Содержание воды в хрусталике человека варьирует от 60 до 70% в зависимости от возраста. Как правило, с возрастом содержание воды в хрусталике заметно уменьшается.

В массе хрусталика вода находится главным образом внутри клеток (90%) и лишь незначительная её часть занимает внеклеточное пространство (10%). Внутри клетки вода может быть как в свободном состоянии, так и в связанном с белками (54%), при этом только 3-4% связанной с белками воды можно считать прочно связанной.

Вода в хрусталике играет важную роль в состоянии его оптических свойств (светорассеивание и рефракция). Процессы, приводящие к изменению рефракционного индекса, принято называть синерезисом. Между синерезисом, степенью мутности и размером светорассеивающих единиц отмечаются довольно сложные взаимоотношения. Их взаимосвязь и роль воды в этих процессах изучается с помощью методов ядерного магнитного резонанса и дифференциальной сканирующей калориметрии.

При анализе случаев ядерной катаракты выявлено, что синерезис играет ведущую роль в катарактогенезе. Так, приблизительно 42% мутности хрусталика при ядерной катаракте можно отнести за счет вызываемых синерезисом изменений рефракционного индекса и только 14% помутнений обусловлено процессами агрегации хрусталиковых компонентов. Соотношение уровня воды и содержания белков в различных участках хрусталика варьирует. Это соотношение в значительной мере определяет изменение оптических свойств хрусталика при температурных воздействиях.

Биохимический состав хрусталика

В последнее время получены убедительные данные о том, что при катарактогенезе отмечаются значительные изменения в состоянии воды в хрусталике. Так, в мутном хрусталике изменяется соотношение уровней свободной и связанной воды, при этом содержание свободной воды увеличивается.

Хрусталик человека отличается содержанием:

  • калия - 170 мг/100 г сырого веса - он сосредоточен главным образом во внутриклеточном пространстве
  • примерно в половину меньшим уровнем натрия - 91 мг/100 г сырого веса - он сосредоточен во внеклеточном.
  • кальция составляет 1,4 мг/100 г сырой массы - в дальнейшем, а особенно при развитии возрастной катаракты, уровень кальция повышается. Одной из наиболее важных функций кальция в хрусталике является поддержание нормальной проницаемости мембран.
  • магния - 0,3 мг/100 г сырого веса, что значительно превышает потребность в нем ферментных систем, где он выступает как ко-фактор аденозинтрифосфатаз, киназ и мутаз, им активируемых.
  • хлорида, карбоната, фосфата и сульфита. Хлориды нелегко проходят через мембраны хрусталиковых волокон и локализованы главным образом во внеклеточном пространстве; повышение уровня хлоридов в хрусталике, как правило, свидетельствует о нарушении мембранной проницаемости для анионов. Содержание хлоридов в хрусталике варьирует от 24 до 69 мг/100 г сырой массы. Большая часть хлоридов в коре и ядре хрусталика находится в свободном состоянии и легко обменивается.
  • цинка, железа, селена - ко-факторов важнейших энзиматических систем, обеспечивающих метаболизм и стабильность хрусталиковых компонентов.
  • фосфорсодержащих соединений - адениловых нуклеотидов, включающих в свой состав аденозинмоно-, ди- и трифосфорные кислоты. Последняя является универсальным переносчиком энергии возбужденного электрона окисляемых соединений к разнообразным биохимическим процессам жизнеобеспечения, протекающим с потреблением энергии химической связи АТФ. К адениловым нуклеотидам относится и группа никотинамидных ко-ферментов (NAD, NADN, NADF и NADFN), участвующих во всех окислительно-восстановительных процессах и реакциях восстановительного биосинтеза.
  • глутатиона (9,5-15 мкмоль/г). Трипептид глутатион играет важную роль в обмене веществ хрусталика и поддержании нативности всех его компонентов.
  • аскорбиновой кислоты (0,5-1,1 нмоль/г). Основное значение аскорбиновой кислоты в хрусталике заключается в обеспечении стабильности его белковых и мембранных компонентов.
  • глюкозы, уровень которой почти в 10 раз ниже ее содержания во внутриглазной жидкости - 10 мг/100 г сырой массы.
  • липидов (1 % общей массы хрусталика), в нем обнаруживаются представители всех групп липидов - глицериды, сфинголипиды, гликолипиды и стерины. Основная роль липидов в хрусталике определяется их участием в построении мембранных структур - на их долю приходится 55% сухого веса плазматических мембран (преимущественно холестерин).

В зависимости от возраста человека и состояния хрусталика соотношение уровней калия и натрия может значительно изменяться. В хрусталике отмечается значительный концентрационный градиент ионов К+ и Na+ по отношению к внутрикамерной влаге: уровень ионов К+ и катионов Na+ в нем составляет 20 и 120 mМ, тогда как в жидкости камеры - 150 и 5 mМ соответственно. Поддержание ионного баланса является важным регуляторным механизмом метаболизма. Так, в частности, синтез белков в хрусталике контролируется соотношением ионов К+ и Na+. Транспорт ионов в хрусталик является энергозависимым процессами осуществляется эпителиальными АТФ-азами. Посредством активного транспорта через эпителий хрусталика поступают аминокислоты; важным звеном в механизме этого процесса является уровень ионов Са2+.

При развитии сенильной катаракты содержание кальция значительно возрастает (почти в 10 раз); при этом он переходит в нерастворимые формы и может даже откладываться в виде кристаллов (карбоната и оксалата), формируя сферолиты до 0,25 мм в диаметре.

Функция карбонат-аниона связана главным образом с поддержанием постоянства концентрации ионов водорода (рН 7,4). На долю фосфатов приходится до 39% зольного остатка хрусталика. Из этого количества только 10% составляет неорганический фосфат, остальная же главная часть его представлена различными органическими фосфатами.

В хрусталике также обнаружены различные триозо-, пентозо- и гексозофосфаты, принимающие участие в различных метаболических процессах, а также креатин-фосфат, частично депонирующий энергию АТФ.
В хрусталике присутствуют и другие азотистые нуклеотиды, используемые для синтеза РНК и ДНК, фосфолипидов, полисахаридов (гуанозин-, уридин-, моно-, ди- и трифосфаты).

Углеводы поступают в хрусталик посредством энергозависимого процесса - так называемой облегченной диффузии - и используются в энергопродуцирующих и биосинтетических процессах. Поступающая в хрусталик глюкоза в основном фосфорилируется и метаболизирует по одному из двух путей: гликолиза или пентозо-фосфатного цикла. Первый наиболее активен, хотя энергетически малоэффективен, и приводит к образованию молочной кислоты. В последующем аэробном цикле трикарбоновых кислот, через который метаболизируется только 3% поступающей в хрусталик глюкозы, продуцируется более 25% АТФ хрусталика.

Через пентозо-фосфатный цикл в хрусталике метаболизируется только 5% глюкозы, однако его роль чрезвычайно важна для биосинтетических процессов и в первую очередь - для регенерации восстановленной формы глутатиона. И наконец, часть глюкозы, поступающей в хрусталик, повреждается в сорбитах (сорбитоловый путь), в нормальном хрусталике не более 5% глюкозы проходит через этот путь. Однако при сахарном диабете этот путь играет, по всей вероятности, важнейшую роль в развитии диабетической катаракты. Поэтому использование ингибиторов альдозоредуктазы, ключевого фермента этого пути, может быть перспективным в лечебно-профилактическом отношении.

Капсула хрусталика представляет собой бесклеточную структуру, состоящую в основном из коллагена, связанного с гликопротеинами. Мукополисахариды, входящие в состав капсулы, секретируются в передней ее части эпителием хрусталика, а в задней - кортикальными фибриллами. Из мукополисахаридов гепаринсульфат играет важную роль в организации структуры матрикса и поддержании прозрачности капсулы.

К базальной пластинке передней капсулы плотно прилежит один слой высоко-дифференцированных эпителиальных клеток, обладающих значительной метаболической активностью, включая синтез ДНК, РНК, белков, липидов, и способностью генерировать АТФ для энергетических путей хрусталика. Наиболее активно синтез ДНК протекает в так называемой герминативной зоне - ограниченном кольцевом участке передней поверхности хрусталика. Образующиеся здесь клетки мигрируют в экваториальном направлении, где они дифференцируются в фибриллы.

В своей массе кора и ядро хрусталика состоят из фибрилл, включающих белковый матрикс, окруженный двухслойной липидной мембраной. Химический состав плазматических мембран хрусталиковых волокон отличается стабильностью и ригидностью. Характерно высокое содержание насыщенных жирных кислот, высокий холестерол-фосфолипидный индекс и повышенная концентрация сфингомиелина. Все эти компоненты способствуют плотной упаковке и низкой текучести мембран.

С возрастом показатели соотношений белки/липиды и холестерол/липиды возрастают, особенно это касается ядра, главным образом за счет потери фосфолипидов. Концентрация белков в хрусталике составляет приблизительно 35% влажного веса, что в 2 раза превышает аналогичный показатель в большинстве других тканей, Основная масса белков хрусталика представляет собой структурные протеины, которые входят в состав волокон хрусталика, Эти белки делятся на две большие группы: водорастворимые и водонерастворимые.

Большинство водорастворимых белков входят в одну из трех больших групп: α-, β- и γ-кристаллины (их количественное соотношение 32, 55, 65% соответственно). Эти группы отличаются молекулярной массой и локализацией: α-фракция впервые появляется в эпителии, β- и γ- - в кортикальных волокнах. Наиболее высокомолекулярные белковые агрегаты, состоящие из α- и β-кристаллинов, их концентрация повышается от коркового слоя к ядру хрусталика, это так называемые НМ-кристаллины. Белки с энзиматической активностью распределяются в основном во фракциях α- и β-кристаллинов.

Среди нерастворимых в воде белков более половины (55%) являются собственно мембранными протеинами (МР). Другая группа белков - актины (F-актин фибриллярный и G-актин глобулярный); функция этих белков заключается в поддержании цитоскелета нормального хрусталика, а также в их возможном участии в аккомодации.

Содержание нуклеиновых кислот в хрусталике весьма низкое, особенно низкий уровень ДНК, вследствие небольшого числа ядросодержащих клеток. Количество РНК в хрусталике человека составляет 50-60 мкг/100 г влажного веса. При этом в эпителии и волокнах содержатся разные типы РНК: в клетках эпителия - короткоживущие РНК, а в волокнах - долгоживущие. Интересно отметить, что синтез белка в волокнах не нарушается после блокирования транскрипции актиномицином Д.

Главной особенностью клеток эпителия хрусталика является их способность исправлять поврежденные участки ДНК (поврежденная ДНК активирует эндонуклеазу, которая отщепляет поврежденный участок ДНК, далее с помощью полимеразы, экзонуклеазы и полинуклеотидлигазы происходит встраивание соответствующего исправленного фрагмента на его место). Это очень важное свойство генетического аппарата клеток хрусталикового эпителия, учитывая тот факт, что хрусталик не имеет возможности сбрасывать мертвые или поврежденные клетки.

Катарактогенез

Медико-социальное значение возрастной катаракты трудно переоценить, поскольку в настоящее время она является наиболее частой причиной слепоты. Ежегодно более 2 млн человек теряют зрение вследствие катаракты. В перспективе количество таких больных, по всей вероятности, будет расти в связи с увеличением продолжительности жизни населения. А вследствие повышения уровня общего фона радиации на земном шаре можно ожидать не только увеличение частоты возникновения катаракты, но и развитие её у лиц более молодого возраста.

Длительное время среди офтальмологов доминировало представление, что катаракта - неизбежный результат процесса старения тканей глаза. Это в значительной степени тормозило развитие исследований по изучению патогенеза возрастной катаракты и разработке способов профилактики её развития.

Основной вид помощи больным катарактой заключается в оперативном удалении помутневшего хрусталика. Но, несмотря на значительные успехи в микрохирургии катаракты в последние три десятилетия, проблема борьбы с инвалидностью по зрению вследствие катаракты не может быть решена только хирургическим путем. Хирургический путь не уменьшает нарастающего потока больных и не может обеспечить снижение высокого процента инвалидности в связи с не всегда высокой остротой зрения после операции и профессиональными ограничениями. Однако эффективных медикаментозных методов лечения катаракты, а также способов её профилактики до настоящего времени нет.

В научном и практическом отношении актуальным является изучение

  • качественных и количественных аспектов катарактогенного действия различных видов электромагнитной энергии (световой, радио- и микроволновой, рентгеновской, космического и гамма-излучения).  
  • прямого катарактогенного влияния ряда химических веществ, встречающихся в быту и на производстве (нафталин, b-нафтол, тетралин, динитрофенол, дихлор-бензол, метотрексат, триэтиленмеламин, автомобильный смог и др.).  
  • заболеваний, при которых нарушаются антитоксический статус и трофика тканей (сахарный диабет, глаукома, воспалительные заболевания глаз и др.) - они могут ослаблять устойчивость тканей глаза к действию различных катарактогенных факторов, а также ускорять процессы старения хрусталика.
  • роли фактора питания в развитии возрастной катаракты, ведь именно с продуктами питания мы получаем целый ряд незаменимых эндогенных компонентов антирадикальной защиты: витамин Е, незаменимые серосодержащие аминокислоты, микроэлементы и др.  
  • катарактогенного действия у целого ряда лекарственных веществ - группы гормональных препаратов (кортикостероиды), миотики (пилокарпин и др.), контрацептивы (инфекундин и др.), транквилизаторы и др.

Результаты ряда работ по предупреждению и торможению развития катаракты в эксперименте обосновывают перспективность поиска способов повышения устойчивости тканей глаза к действию катарактогенных факторов и замедления процессов старения путем стимулирующих воздействий на антирадикальную и дезинтоксикационную системы тканей глаза и организма в целом.

Радикально проблема катаракты может быть решена только путем разработки методов профилактики заболевания и стабилизации его в начальной стадии при еще хорошем зрении с учетом фундаментального изучения причин и механизмов развития этой патологии хрусталика.

В плане разработки методов медикаментозной терапии предложен ряд витамин-и кофермент-содержащих капель (вицеин, витайодуроль, катахром, катастат и др.). Компоненты указанных капель, рекомендуемых при начальных стадиях катаракты, стимулируя метаболизм тканей глаза, должны повышать устойчивость хрусталика и таким образом задерживать развитие заболевания. Однако пока их эффективность недостаточно высока.

Несомненный интерес представляет препарат сенкаталин, разработанный с учетом хиноидной теории развития возрастной катаракты и оказывающий метаболическое и мембранотропное действие. Также привлекает внимание предложенный итальянскими исследователями препарат бендазаклизин, оказывающий антиденатурирующее действие на белки хрусталика. Клиническая эффективность препарата в настоящее время широко исследуется.

В целях разработки эффективных методов предупреждения и лечения катаракты учеными всего мира широко проводятся исследования для выяснения патогенетических основ катарактогенеза.
Основные направления, по которым осуществляется изучение патогенеза возрастной катаракты:

  • детальное выяснение конкретных механизмов катарактогенеза на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях;
  • определение прямых и дополнительных (косвенных) катарактогенных факторов и исследование механизмов их действия;
  • разработка способов предупреждения возрастной катаракты (элементарных, физических, биологических и др.) и методов лечения ее путем воздействия на основное звено или комплекс звеньев, ответственных за развитие заболевания.

По первому направлению основные успехи достигнуты при изучении физико-химических, биохимических и биофизических процессов в мутнеющем хрусталике, главным образом в экспериментальных условиях.
Как уже указывалось, хрусталик является уникальной структурой, состоящей в основном из белков и липопротеидных плазматических мембран хрусталиковых волокон.

Данные литературы свидетельствуют о том, что начальные изменения при развитии ядерной катаракты обусловлены повреждениями в компоновке хрусталиковых волокон или их мембран, изменениями в структуре белковых молекул, в частности, их химической модификацией и полимеризацией, а также образованием хромогенов в хрусталике.

Следует отметить, что с возрастом в хрусталике происходит ряд изменений, которые можно рассматривать как признаки старения: относительное повышение уровня нерастворимых белков, снижение уровня свободных сульфгидрильных групп, появление пигментированных соединений и увеличение концентрации флуорогенов. Наиболее выражены указанные изменения в ядре хрусталика, и считается, что именно они лежат в основе физико-химического механизма образования ядерной катаракты.

В повышении светорассеивания главная роль принадлежит процессам полимеризации белков, вследствие чего возрастают размеры белковых молекул и изменяются их оптические параметры; при этом уровень низкомолекулярных белков в хрусталике снижается. В полимеризации и деградации белковых молекул значительную роль играет образование дисульфидных связей, вследствие чего снижается уровень γ-кристаллинов, содержащих наибольшее количество сульфгидрильных групп.

Существенную роль играет также расщепление ряда химических связей, окисление метионина, дезаминирование, неферментативное гликолизирование белков. Необходимо указать, что повреждение белков хрусталика, как правило, сочетается с процессами дезинтеграции мембранных компонентов хрусталиковых волокон и образованием плотных гроздьевидных агрегатов, состоящих из высокомолекулярных белков, связанных дисульфидными связями с полипептидными участками липопротеидных мембран хрусталиковых волокон.

В ряде случаев помутнение хрусталика сопровождается окрашиванием его ядра в желто-коричневый цвет различной интенсивности, главным образом за счет образования пигментов из флуорогенов, которые, действуя как хроматофоры, поглощают энергию коротковолновой части спектра видимого света. Флуорогены образуются за счет окисления триптофана с образованием N-формилкинуренина и других окрашенных веществ. При этом следует отметить, что фотоны этого участка спектра, обладая значительной энергией (3-4,5 eV), способны вызывать не только возбуждение электронов в хроматофорах, но и расщеплять определенные химические связи. В общем генез ядерной катаракты можно рассматривать как резко ускоренный (патологический) процесс старения хрусталика.

Принципиально отличительной чертой кортикальной катаракты является увеличение межклеточного пространства и нарушение равномерного распределения белков в хрусталиковых волокнах за счет появления большого числа нерегулярных межповерхностных расстояний в упаковке белковых молекул.
В механизме кортикальных помутнений существенную роль играют также значительные изменения в конфигурации и агрегации белков, нарушающие плотность их упаковки в хрусталиковых волокнах и приводящие к снижению прозрачности вещества хрусталика за счет повышения светорассеивания. Как и при ядерной форме катаракты, при кортикальной могут образовываться агрегаты за счет дисульфидных связей из высокомолекулярных белков и полипептидов мембран, однако при кортикальной катаракте эти комплексы отрываются от мембран, расщепляя их на фрагменты, переходящие в пространство цитоплазмы.

В образовании помутнения при кортикальной катаракте, особенно на ранних этапах ее развития, значительную роль может играть и "осмотический" механизм, в основе которого лежат нарушения процессов транспорта ионов, приводящие к изменению их соотношения и концентрации, в частности, к повышению уровня ионов натрия в хрусталике. При этом первичные повреждения могут возникать как непосредственно в механизмах транспорта ионов и проницаемости мембран, так и в процессах энергетического обеспечения мембранных функций: аккумуляции энергии, тканевого дыхания, углеводного обмена и т.д. Подобного рода биохимические механизмы образования катаракты отчетливо показаны в случае врожденной, а также диабетической и галактозной катаракт: наличие ингибитора мембранного фермента - K/Na-аденозинтрифосфатазы при врожденной катаракте и осмотическое набухание хрусталика вследствие накопления полиолов, образуемых альдозоредуктазой при повышении концентрации сахара в хрусталике, в двух последних случаях.

В этой связи высказываемое мнение, что эпителий хрусталика вторично вовлекается в процесс катарактогенеза недостаточно убедительно. Более аргументированной можно считать точку зрения, согласно которой нарушение или ослабление биохимических и биофизических функций эпителия капсулы хрусталика при старении являются одним из предопределяющих моментов в развитии возрастной катаракты.

Несмотря на достигнутые успехи в изучении механизмов развития помутнений при формировании катаракты, остается невыясненным целый ряд вопросов

  • основные физико-химические и биохимические параметры катарактогенеза исследованы главным образом на конечных стадиях развития катаракты,
  • неясна степень обратимости предкатарактальных изменений метаболизма,
  • не изучена возможность предотвращения развития предкатарактальных повреждений белковых комплексов хрусталика путем стимулирования ключевых участков метаболизма,
  • нет ясности в том, как развивается катаракта у пожилых людей при различных состояниях системы дезинтоксикации организма,
  • необходимо также уточнить роль мембранного компонента в развитии разных форм катаракты
  • изучить действие стабилизаторов структуры и стимуляторов функции мембран на различных этапах развития возрастной катаракты.
  • крайне необходимы углубленные исследования пусковых механизмов и конкретных факторов внешней и внутренней среды организма, обусловливающих в различной мере возникновение и прогрессирование данного заболевания.

В этом отношении ценной является концепция о прямом и непрямом катарактогенном влиянии различных факторов (син-катарактогенном и ко-катарактогенном).

Свободные радикалы

Скорость старения как организма в целом, так и хрусталика в частности зависит от целого ряда факторов внешней и внутренней среды организма, которые могут вызывать повышенную генерацию свободнорадикальных соединений или ослаблять систему антирадикальной защиты организма.
Выявление этих факторов и изучение механизма их действия составляют важнейшее направление в области исследования патогенеза возрастной катаракты.

Свободные радикалы представляют собой химические соединения, содержащие делокализованные электроны и обладающие вследствие этого необычайно высокой реакционной способностью. В организме свободные радикалы постоянно образуются в процессе тканевого обмена, однако наличие четкой интеграции метаболических процессов в клетках предотвращает нежелательные реакции радикалов с их биоструктурами. В тканях глаза наиболее существенным дополнительным фактором, стимулирующим образование свободнорадикальных соединений, является свет, особенно коротковолновая часть его спектра в диапазоне 300-400 нм.

Следует подчеркнуть, что поглощение хрусталиком энергии этой части спектра с возрастом повышается. Наряду с этим выявлено, что с возрастом в хрусталике возрастает уровень флуоресцирующих хромофоров, абсорбирующих свет с длиной волны 360 и 435 нм и испускающих флуоресценцию с длиной волны 440 и 520 нм соответственно. Этот момент, несомненно, является существенным в качественной характеристике светопропускания хрусталика у лиц пожилого возраста.

У маленького ребенка хрусталик не содержит хромофоров, которые бы абсорбировали заметную часть видимого света (400-750 нм). Зоны, абсорбирующие ультрафиолетовые лучи длиннее 295 нм, сосредоточены преимущественно в триптофано-вых участках протеинов хрусталика и сравнительно малого количества свободного триптофана внутри хрусталика. Кроме незначительного количества цитохромов в клетках эпителия хрусталика в юном возрасте нет никаких других хромофоров, которые бы были способны абсорбировать волны света длиной более 320 нм.

Ультрафиолетовый свет может значительно повреждать нативный хрусталик как in vivo, так и in vitro путем прямой абсорбции. Изменения в человеческих хрусталиках, которые in vitro были подвергнуты ультрафиолетовому облучению, проявлялись в виде усиленной флуоресценции при 440 и 520 нм, а также выраженной пигментации. Эти данные позволяют предположить, что указанные фотохимические изменения подобной природы являются аналогичными увеличению флуоресценции в нормальном человеческом хрусталике в процессе старения.

Кумулятивное действие постоянного ультрафиолетового излучения из космоса состоит в инициировании образования целого ряда флуоресцирующих хромофоров, которые начинают абсорбировать более длинные световые волны, в пожелтевшем хрусталиковом ядре и в прогрессивном нарастании уровня нерастворимых протеинов хрусталика. Последнее происходит за счет образования поперечных связей (сшивок) в белках, в первую очередь за счет образования дисульфидных связей.

Исследования трансмиссии видимого и ультрафиолетового света в нормальном хрусталике в различные периоды жизни человека показали, что хрусталик у десятилетних пропускает свыше 75% ультрафиолетовых лучей (300-400 нм), в то время как трансмиссия в хрусталике у двадцатипятилетних уже снижается на 20% . Это обстоятельство обусловлено низким уровнем ультрафиолетабсорбирующих хромофоров в юных хрусталиках и их нарастающей концентрацией во время старения.

В основе фотохимических повреждений хрусталика лежат ультрафиолет-индуцированные свободные радикалы, а также влияние синглет-кислорода, образующегося при прямых ультрафиолетовых световых повреждениях и фотодинамическом воздействии псораленов на протеины хрусталика.

Поскольку хрусталик человека в течение всей жизни подвергается постоянному ультрафиолетовому излучению из космоса (300-400 нм), то следствием такого фотохимического воздействия является повышение ультрафиолетовой абсорбции и абсорбции определенных волн видимого света за счет фотохимически возбужденных флуоресцирующих хромофоров. По крайней мере, два таких хромофора идентифицированы. Один из них абсорбирует при 435 нм и флуоресцирует при 520 нм.

В происхождении указанных хромофоров важную роль играют фотохимические превращения ароматических аминокислот. Так, в частности, установлено, что триптофан посредством фотоионизации подвергается фотохимической деградации с разрывом индольного кольца. Триптофановые остатки белков хрусталика, поглощая свет и переходя в электронновозбужденное состояние, могут вызывать фотосенсибилизированное окисление белков, в частности их сульфгидрильных групп, с образованием дисульфидных связей.

Флуоресцирующие компоненты при старении увеличиваются в качественном и количественном отношении, хрусталиковое ядро становится все желтее и происходит прогрессивное уменьшение пропускаемости света как в видимой, так и в ультрафиолетовой области спектра. Окрашивание в основном ограничено ядром хрусталика, так как периферическая зона имеет намного более высокий уровень глутатиона, кроме того, и другие антирадикальные соединения могут препятствовать большинству фотохимических реакций. У 10% населения этот процесс происходит намного быстрее; при этом развивается ядерная коричневая катаракта как крайний случай этого зависящего от возраста фотохимического изменения. Этот тип окраски, если он не очень выражен, безусловно, полезен из-за своего светофильтрационного действия, защищающего ткани глаза от ультрафиолетового, а также от коротких волн видимого света. Так, в частности, сетчатка защищается в течение жизни от кумулятивного фотохимического повреждения. 

Данные исследований последних лет показывают, что излучения обусловливают необратимые световые повреждения в сетчатке при афакии у человека и у приматов. Удивительно, что природа одарила нас естественным ультрафиолетовым фильтром в виде собственного хрусталика, который защищает сетчатку от постоянного облучения коротковолновым световым излучением. Это особенно актуально для лиц пожилого возраста с более низким уровнем обмена веществ в сетчатке и репарационных процессов, в сравнении с молодым возрастом. Получено много подтверждений гипотезы, согласно которой длинноволновая часть ультрафиолетового излучения может играть патогенетическую роль в развитии определенных заболеваний сетчатки, свойственных пациентам пожилого возраста при дегенеративных процессах, таких, как пигментный ретинит и сенильная макулярная дегенерации, и после экстракции катаракты.

Помимо хронического воздействия ультрафиолетового света из космоса более высокий уровень излучения может вызвать in vitro и in vivo помутнение жидкости в хрусталике у человека, так же, как это происходит у крыс и у кроликов. Установлена зависимость эффекта от дозы и времени облучения. Принято считать, что "удар" облучения более высокой интенсивности может вызвать значительные фотохимические повреждения энзиматических систем (например, каталаза, глутатионредуктаза). Побуждающее действие хронического облучения более низкой интенсивности на энзимы может быть предупреждено активностью восстановительного механизма хрусталика, который препятствует прогрессированию фотохимически индуцированных повреждений структурных протеинов. Имеются данные, что интенсивное ультрафиолетовое облучение нарушает фазовое равновесие между протеином и водой внутри хрусталика, а это приводит к образованию своеобразных соединений воды с протеиновыми компонентами. Это может обусловливать локализованные, резко выраженные изменения в рефракционном индексе поврежденного места и тем самым увеличение рассеивания света и помутнение. Результаты более поздних исследований кроликов, подвергнутых лазерному облучению (337 нм), показали четкое изменение водорастворимых компонентов хрусталиков. Волны этой длины имеют достаточную фотоэнергию (1-1,5 зВ), чтобы нарушить нативное распределение протеин/вода в хрусталике.

Хотя при нормальных условиях в глаза попадает только малая доза ультрафиолетового излучения от солнца, кумулятивный эффект многих лет еще значителен, особенно если учитывать все увеличивающуюся продолжительность жизни человека. В ряде обзорных статей по эпидемиологии катаракты высказывается мнение, что солнечный свет играет важную роль при старении хрусталика и образовании старческой катаракты.

Так, например, частота катаракты и число её экстракций в Индии, Пакистане и в определенных областях Африки значительно выше, чем в зонах с умеренной инсоляцией. Данные более поздних эпидемиологических исследований, посвященных изучению соотношения солнечного облучения и возникновения катаракты, показали, что отношение показателя пациентов с катарактой к контрольному возрасту у лиц 65 лет или старше значительно выше в местностях с большим солнечным излучением. Результаты исследования, проведенного в Непале с участием коренного населения, свидетельствуют о значительной связи между появлением катаракты и продолжительностью солнечного облучения. В этих местностях наивысшего солнечного облучения частота появления катаракты составляет 75%, и этот показатель снижается на 15-20% на территориях, где уровень такого облучения ниже. Конечно, при катарак-тогенезе определенную роль играют и другие факторы, такие, как наследственность, особенности питания, обмен веществ и т.д.

Кроме уже оговоренного фотохимического действия ультрафиолетового облучения на хрусталик глаза существует еще возможность фотобиологических повреждений через фоточувствительные реакции вследствие аккумуляции определенных медикаментов в этом органе.

Лекарственные вещества

После тринадцатимиллиметровой фазы развития глазного хрусталика он полностью окружен капсулой и в течение всей жизни в нормальном состоянии не теряет ни одной клетки. Таким образом, если какой-то медикамент путем фотосинтеза связан с белками хрусталика или нуклеиновыми кислотами, то это означает, что он сохраняется внутри хрусталика и в течение всей жизни обусловливает повышенный риск для световых повреждений, когда речь идет о светочувствительном агенте.

Псоралены - это соединения, которые известны как фоточувствительные агенты и применяются дерматологами для лечения псориаза и витилиго. Такая форма световой рефракции условно названа как ПУФА-терапия; она состоит из приема метопсипсоралена или аналогичных соединений и дополнительного ультрафиолетового облучения (320-400 нм) в течение короткого периода.

Псорален был найден в ряде глазных тканей опытных животных (крыс, кошек и обезьян) в течение 2 ч после приема одной отдельной дозы, соответствующей дозе для человека. Он был обнаружен связанным с протеином хрусталика и с ДНК путем фотосинтеза в условиях воздействия ультрафиолетового спектра окружающего нас света. Так как хрусталик глаза большинства взрослых млекопитающих образует очень действенный фильтр против ультрафиолетового облучения, то в сетчатке не наблюдалось синтеза комплексов белков и нуклеиновых кислот с псораленом. У афаков или псевдоафаков подопытных животных так же, как и в глазах молодых животных (у которых глазной хрусталик еще пропускает значительную массу ультрафиолетового света), ультрафиолетовый свет, однако, успевал проникнуть в сетчатку и вызвать фотосинтетическую связь указанных компонентов с 8-МОП.

Взаимосвязь между ПУФА-терапией и возникновением катаракты у людей и подопытных животных была неоднократно подтверждена. Катаракта у пациентов, получающих ПУФА-терапию, была исследована способом фосфоресцентной спектроскопии с высокой разрешающей способностью. Уровень хрусталикового протеина у этих пациентов свидетельствует, что пик фосфоресценции (по форме и продолжительности жизни) идентичен с уже упомянутыми, обусловленными комплексом 8-МОП с хрусталиковыми протеинами, полученными в экспериментах на крысах. Эти данные являются объективным доказательством того, что указанный медикамент может вызывать в хрусталиках человека специфические фотопродукты (так же, как это было показано при образовании ПУФА-катаракты в опытах на животных).

Такое наблюдение, однако, не исключает применения этой формы лечения псориаза, так как имеются простые и действенные превентивные мероприятия. Следует иметь в виду, что 8-МОП находят в хрусталике только в течение около 24 ч после приема при защите глаз от ультрафиолетового облучения. Поэтому в настоящее время дерматологи снабжают таких пациентов очками с ультрафиолетовым фильтром и предписывают им сразу после приема медикамента надевать эти очки и носить их как минимум 24 ч. Их следует носить в помещении, а также на улице, так как в это время обычный флуоресцирующий свет достаточно рассеивает ультрафиолетовое α-облучение, чтобы не нарушить связывания 8-МОП с белками.

Результаты исследований, проведенных в течение 2 лет с применением ультрафиолетовых щелевых ламп (денситография), подтверждают эффективность этого способа. В противоположность этому у пациентов, глаза которых не были защищены в соответствии с вышеуказанными рекомендациями, наблюдалась аномальная и повышенная флуоресценция хрусталика; у некоторых из них развилась даже ПУФА-катаракта.

Часто применяемые внутриглазные имплантационные линзы свободно пропускают ультрафиолетовый свет и поэтому не могут быть такой защитой от ультрафиолетовых лучей, которая существует в природном хрусталике или даже при использовании обычного стекла, абсорбирующего ультрафиолетовые волны длиной до 320 нм. Поэтому в настоящее время определенное внимание уделяется испытанию интраокулярных линз, оптическая часть которых обладает свойством абсорбции ультрафиолетового света.

Кроме псоралена в медицинской практике встречается и ряд других лекарственных соединений, оказывающих фотосенсибилизирующее действие. Так, в частности, аллопуринол является медикаментом, применяемым при повышенном уровне мочевой кислоты. В ряде случаев указывалось на возможную взаимосвязь между развитием помутнения хрусталика у относительно молодых пациентов (20-40 лет) и длительным приемом этого медикамента. У больных катарактой, длительно (более 2 лет) принимающих аллопуринол, хрусталики были исследованы с помощью фосфоресцентной спектроскопии. Во всех хрусталиках удалось обнаружить типичный аллопуринол-триплет. Аналогичный спектр был получен от нормальных человеческих хрусталиков, которые инкубировались в присутствии 10-3моль/л аллопуринола и в течение 16 ч подвергались ультрафиолетовому облучению в 1,2 mW/см2. В контрольных хрусталиках (инкубировались без дополнения аллопуринолом) не выявили никаких изменений.

Такие же данные получены при изучении хрусталиков крыс; подопытные животные получали одноразовую дозу аллопуринола и в течение ночи подвергались ультрафиолетовому облучению.
В нормальных хрусталиках пациентов, которые лечились более 2 лет аллопуринолом без развития каких-либо глазных повреждений, аллопуринолл-триплет не был обнаружен. Эти данные дают основание полагать, что аллопуринол может повысить предрасположенность к катаракте, если в хрусталике он связан фотохимически (тогда он действует как дополнительный внешний фоточувствительный фактор).

Однако это обстоятельство не может служить абсолютным противопоказанием к применению аллопуринола в лечении хронических процессов. Взаимосвязь между уровнями ультрафиолетового облучения и циркулирующим аллопуринолом при возникновении фоточувствительной аллопуринол-катаракты нуждается в более детальном изучении. После того как в эксперименте была установлена повышенная флуоресценция в хрусталике во взаимосвязи со старением и медикаментозным лечением, а также случаи возникновения катаракт вследствие световых повреждений, был разработан метод для изучения флуоресценции хрусталика in vivo, который позволяет точно определять изменения в толще уже стареющих хрусталиков.

Кроме возрастного повышения уровня флуоресценции этим способом можно обнаружить также аналогичные изменения в ткани хрусталика, появление которых связано с профессиональными вредностями или несчастным случаем.

Повышенный уровень флуоресценции наблюдается также у пациентов, проходящих ПУФА-лечение. При недостаточной защите от ультрафиолетового облучения у таких пациентов может образоваться катаракта. Хотя многие дерматологические клиники теперь хорошо снабжены защитными очками, абсорбирующими ультрафиолетовый свет, данные по целому ряду лечившихся до 1977 г. лиц (до признания вредного влияния аллопурина при лечении псориаза) показывают значительное повышение отдельных пиков флуоресценции.

Интересные данные получены относительно пациентов, подвергавшихся лечению Д-пеницилламином (по поводу разных болезней): у них обычно обнаруживается более низкий уровень флуоресценции. В связи с тем, что Д-пеницилламин является исключительной ловушкой радикалов с образованием хелатов, он может проникать в хрусталик как in vivo, так и in vitro. Как ловушка радикалов пеницилламин в состоянии препятствовать реакции ультрафиолетиндуцированных радикалов и таким образом защищать хрусталик от световых повреждении.

Эти опыты показывают необходимость разработки метода для получения объективных и репродуцируемых данных о флуоресценции хрусталика in vivo. При помощи ультрафиолетовых методов и щелевой световой денситографии можно объективно контролировать параметры старения хрусталика (флуоресценцию) и таким образом установить световые повреждения на нем задолго до того, как они становятся видимыми. Таким образом, появляется возможность предупредить или задержать процесс помутнения хрусталика.

С появлением возможности выявить изменения уровня хромофоров в живом глазу установлена низкая способность хрусталика к фильтрованию ультрафиолетовых лучей у определенных пациентов с дегенеративным повреждением сетчатки по сравнению с аналогичными показателями в норме. Это означает, что хрусталик у таких людей не производит достаточно хромофоров для абсорбции всего ультрафиолетового излучения. У более чем 80% населения в возрасте 30-40 лет хрусталик развивается в очень эффективный фильтр против ультрафиолетовых лучей и коротких волн видимого света (320-450 нм) и этим защищает стареющую и метаболически менее активную сетчатку от световых повреждений.
Установлено, что у пациентов с дегенеративными повреждениями сетчатки уровень флуоресценции хрусталика значительно ниже (в 30-50% случаев), чем у здоровых лиц той же возрастной группы.

Это доказывает, что их хрусталики образуют менее эффективный фильтр против волн длиной 320-450 нм. Таким образом, есть основания предполагать, что световые повреждения являются важным фактором в прогрессировании некоторых дегенеративных болезней и, возможно, играют значительную роль для пациентов с артифакией, искусственные хрусталики которых хорошо пропускают как УФ-В, так и УФ-А.

В процессе обмена веществ образуются такие чрезвычайно реакционно-способные и вследствие этого токсичные интермедианты, как супероксидный радикал, гидропероксид водорода и гидроксидный радикал. Наличие указанных процессов в тканях глаза вообще и в хрусталике в частности подтверждено данными ряда исследований с использованием методов электронного парамагнитного резонанса и флуоресцентной спектроскопии.

Свободнорадикальные соединения в белках хрусталиковых волокон могут атаковать их функциональные группы (тиоловые, аминные, гидроксильные и др.), вызывая образование дополнительных химических связей, "сшивок", изменяя таким образом нативные свойства белков как в структурном, так и в функциональном отношении. И действительно, результаты исследования структуры белков хрусталика с помощью методов кругового и циркулярного дихроизма, а позднее с применением лазерной рамановской спектроскопии показали, что белки хрусталика находятся главным образом в антипараллельной b-складчатой конфигурации. Такой тип конфигурации белков довольно легко поддается полимеризации и денатурации за счет фотоградации триптофана, тирозина и окисления тиоловых групп с образованием дисульфидных связей.

В механизмах свободнорадикальных повреждений белков важное значение придается состоянию сульфгидрильных групп, уровень которых в белках хрусталиков, пораженных катарактой, резко снижен, при этом количество дисульфидных связей, как правило, повышено.

В этой связи особую актуальность приобретает изучение глутатиона, главной функциональной особенностью которого является поддержание в восстановленном состоянии сульфгидрильных групп белков, устранение свободных радикалов, обезвреживание чужеродных органических соединений. В настоящее время интенсивно проводится исследование истинной физиологической роли глутатиона в хрусталике и в других тканях глаза. Установлено, что в хрусталике отмечается самая высокая концентрация восстановленной формы глутатиона, при этом с возрастом уровень его заметно снижается, а глутатион является центральным звеном в энзимокофермент-ной системе гашения свободных радикалов и обезвреживания токсических веществ.

Однако имеющиеся в литературе сведения о состоянии антирадикальной системы при катарактогенезе отражают в основном её уровень в уже пораженном катарактой хрусталике. Они не дают четкого представления о восстановительном потенциале глутатион-Б-трансферазы в хрусталике, других тканях глаза, а также в организме в целом в начальный и последующие периоды развития патологических изменений в глазу, в то время как только такая информация может стать научным обоснованием к разработке эффективных методов, предупреждающих или замедляющих развитие катаракты.

В этой связи фундаментальные исследования системы "гашения" свободных радикалов и выяснение обстоятельств, способствующих повышению активности свободно-радикальных процессов в тканях глаза и в организме в целом, составляют в настоящее время одну из наиболее актуальных проблем офтальмологии и геронтологии.

С возрастом происходит старение и изменение уровня метаболизма, снижение каталитической активности ряда ферментов, ослабление процессов транспорта питательных веществ и нарушение функциональных параметров мембран.

Убедительным можно считать предположение, что в основе патогенеза старческой катаракты лежит резкое снижение уровня антирадикальной защиты тканей глаза. В этих условиях постоянно генерируемые метаболическим и фотохимическим путем свободные радикалы атакуют мембранные компоненты и белковые комплексы хрусталика, вызывая в них стуктурно-функциональные нарушения.

Исследования в данном аспекте возможны прежде всего в условиях моделирования катаракты в эксперименте. Среди экспериментальных моделей нафталиновая катаракта зарекомендовала себя как наиболее удобная, легко воспроизводимая и близкая по гистоморфологическим признакам к возрастной катаракте человека.

Был изучен, в частности, уровень глутатиона в различные периоды развития экспериментальной нафталиновой катаракты. Систематическое введение подопытным животным нафталина вызывает в глазу целый комплекс нарушений процессов метаболизма и транспорта питательных веществ, приводящих в итоге к резкому снижению уровня глутатиона в хрусталике.

В качестве наиболее существенных моментов в механизме катарактогенного действия нафталина необходимо отметить следующие:

  • нафтохинон - один из продуктов метаболизма нафталина - реагирует с ферментами, аминокислотами, глутатионом;
  • в камерной влаге нафтохинон окисляет аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую, которая проникает в хрусталик и восстанавливается за счет глутатиона.
  • окисленный в этой реакции глутатион может свободно диффундировать из хрусталика во влагу передней камеры.

Таким образом, в механизме снижения уровня глутатиона в хрусталике под влиянием кормления животных нафталином наиболее важны два момента:

  • непосредственное действие хинонов на процессы, связанные с биосинтезом и генерацией его восстановленной формы, и
  • сенсибилизирующее действие хинонов на процессы фотоионизации, приводящее к повышению концентрации свободных радикалов. Последний момент приобретает особую значимость в свете экспериментальных данных, убедительно показывающих, что одной из основных реакций глутатиона внутри клеток является реакция со свободными радикалами и последующая димеризация тиольных радикалов в дисульфиды.

Следовательно, в основе биогенеза старческой катаракты лежат процессы, связанные с генерацией свободнорадикальных соединений и образованием перекрестных связей в белках, роль окислительно-восстановительнои системы глутатиона можно рассматривать в более широком аспекте.

Следует отметить, что в экспериментах у некоторых кроликов катаракта не развивалась даже при длительном кормлении нафталином. Содержание глутатиона в хрусталике этих животных уменьшалось, однако значительно превышало уровень его в помутневших хрусталиках. Эти наблюдения позволяют в определенной степени расширить существующие представления о взаимосвязи пусковых патогенетических механизмов катарактогенеза по типу кокатарактогенеза, когда действие прямого катарактогенного фактора усиливается с помощью некатарактогенных (аддитивных) влияний, и синкатарактогенеза, при котором наблюдается появление катарактогенного эффекта при совместном действии двух или более субкатарактогенных факторов.

Результаты опытов с отсутствием видимых патологических изменений в хрусталике у отдельных животных после продолжительного скармливания нафталина свидетельствуют о наличии определенных факторов экзо- или эндогенного характера, препятствующих реализации прямого катарактогенного фактора или ослабляющего его действие. Уровень глутатиона в хрусталике этих животных позволяет полагать, что в механизме наблюдаемой устойчивости к катарактогенному действию нафталина существенная роль принадлежит глутатиону.

Данные о возможности участия глутатиона в связывании свободных радикалов в хрусталике, а также предварительные результаты изучения превентивного влияния глутатиона на развитие катаракты in vitro убеждают нас в той исключительной роли, которую играет глутатион в поддержании нативной конформации белковых структур хрусталика.

Необходимо также указать, что значительный вклад в потенциал антирадикальной системы вносят витамины Е и С. Повышенный уровень свободнорадикальных соединений может образовываться и при метаболизме токсических веществ экзогенного и эндогенного происхождения. Дезинтоксикационная роль глутатиона тесно связана с функцией глутатионпероксидазы, которая катализирует реакцию обезвреживания перекиси водорода и других гидроперекисей, а также глутатион-S-трансферазы, обеспечивающей обезвреживание различных токсических метаболитов и ксенобиотиков путем конъюгации их с глутатионом.

Данные исследований последних лет указывают на еще одну важную функцию глутатиона, раскрывающую роль этого соединения в пластическом обеспечении биосинтеза белков в хрусталике, - участие в механизме транспорта аминокислот через клеточные мембраны.

Важную роль в процессах «гашения» свободнорадикальных соединений, в частности, высокотоксичного супероксидного радикала, играет фермент супероксиддисмутаза, катализирующий реакцию дисмутации радикалов О2- с образованием перекиси водорода и молекулярного кислорода, при этом перекись водорода обезвреживается каталазой и глутатионпероксидазой.

В плане углубленного изучения метаболических механизмов катарактогенеза представляются важными биохимические исследования с использованием ингибиторов отдельных ферментов антирадикальной защиты и воздействий световой энергией. 

При исследовании активности супероксиддисмутазы, выполняющей функцию защиты белков от эндогенного О2- и Н2О2, выявлено ингибирование активности этого фермента в различных условиях эксперимента, особенно значительное при комплексном воздействии на организм света и аминотриазола.

Различная степень снижения активности супероксиддисмутазы, наблюдаемая в разных тканях, может быть обусловлена наличием тканевой специфичности фермента и его изоферментных форм.
Анализируя активность в этих условиях глутатион-S-трансферазы, следует отметить снижение уровня активности фермента в хрусталике и ресничном теле, тогда как антитоксическая функция печени, особенно при введении аминотриазола, активизируется. Это явление сопровождается повышенным расходом глутатиона в организме, что, в свою очередь, увеличивает потребность в серосодержащих аминокислотах в организме в целом.

Иная картина отмечается при анализе показателей глутатионпероксидазы: активность этого фермента в хрусталике при токсической аминотриазоловой катаракте незначительно снижается и заметно повышается в стекловидном теле, сыворотке крови, печени. Это явление, по-видимому, носит компенсаторный характер в ответ на повышенный уровень гидроперекиси в указанных тканях вследствие избирательного ингибирования каталазы аминотриазолом.

Значительное снижение активности глутатионпероксидазы в тканях радужки, сетчатки и хрусталика является важным звеном в механизме патогенного действия света высокой интенсивности на орган зрения.
Снижение активности g-глутамилтранспептидазы свидетельствуют является важным моментом в механизме нарушения системы транспорта аминокислот вследствие воздействия катарактогенных факторов.
Отмечено снижение резистентности эритроцитов в крови при развитии патологического процесса как у больных катарактой, так и у экспериментальных животных, что говорит о снижении потенциала антирадикальной системы в организме.

Об изменении антирадикального статуса тканей глаза при экспериментальном катарактогенезе (световая и аминотриазольная катаракта) свидетельствуют также данные о повышении лабильности мембран лизосом сетчатой оболочки, тогда как в условиях воздействия когерентных лучей с длиной волны 632,8 нм (малой энергией гелий-неонового лазера) отмечалось повышение стабильности отдельных мембранных структур сетчатки.

Таким образом, избирательное ингибирование только одного фермента (каталазы) вызывает целую цепь вторичных изменений в активности ферментов дезинтоксикации и "гашения" свободных радикалов, что лишь частично можно объяснить регуляторными механизмами обратной связи и что имеет существенное значение для возникновения и прогрессирования катаракты.

Яркий свет ускоряет процессы повреждения энзиматических систем антирадикальной защиты. По всей вероятности, эти повреждения затрагивают прежде всего каталитическую функцию ферментов, как это было показано, в частности, с помощью иммунотитрования специфическими антителами (супероксиддисмутаза и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа), когда было обнаружено, что при старении увеличивается число неактивных молекул энзимов с неповрежденной антигенной структурой.

Таким образом, нарушение биохимических процессов, то есть своеобразное старение метаболизма, предшествует физико-химическим процессам, повреждающим структурные компоненты хрусталика и обусловливающим его помутнение.

Весьма обнадеживающие результаты получены при изучении антикатарактогенного действия препаратов, являющихся предшественниками сульфгидрильной компоненты глутатиона-цистеина и его производных, а также аминокислотных составляющих глутатиона (витафакол). В настоящее время проходит клинические испытания отечественный аналог витафакола - факовит, также включающий в свой состав три аминокислоты, входящие в состав глутатиона.

Особые надежды вызывают препараты производных гамма-глутамил-цистеина, так как они позволяют более эффективно повышать концентрацию глутатиона в тканях глаза.

Полиэтиологичность возрастной катаракты диктует необходимость разработки комплекса методов патогенетически дифференцированной терапии, определять вид которой в каждом конкретном случае следует на основе данных обследования офтальмологического и метаболического статуса.

В общем виде процессы, ответственные за нативность хрусталиковых компонент, могут быть представлены следующим образом:

  1. Биофизические и биохимические компоненты хрусталика, повреждение которых непосредственно нарушает его оптические свойства.
    1. Хрусталиковые волокна - нарушение их целостности или взаиморасположения.
    2. Мембраны - нарушения структуры: изменение формы, свойств, проницаемости, дезинтеграция.
    3. Белки - пострибосомальная модификация, денатурация, полимеризация, протеолиз, фотолиз.
    4. Липиды - перекисное окисление, расщепление.
    5. Углеводы - полимеризация, деполимеризация, гликолизирование белков.
  2. Процессы, поддерживающие нативность молекулярных и надмолекулярных структур хрусталика.
    1. Транспорт ионов и метаболитов: аминокислот, витаминов, коферментов, липидов, углеводов (транспортная и барьерная функции эпителиальных компонент ресничного тела, капсулы хрусталика).
    2. Биосинтетические процессы (белки, липиды, углеводы, глутатион и др.).
    3. Биоэнергетические процессы (окислительно-восстановительные реакции аккумуляции энергии в виде АТФ и других высокоэргических соединений).
    4. Активность энзиматических систем защиты белков, липидов и регенерации восстановленной формы глутатиона:
      • каталаза;
      • супероксиддисмутаза;
      • глутатионпероксидаза;
      • глутатион-у-трансфераза;
      • глутатионредуктаза;
      • глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и другие ферменты, восстанавливающие НАДФ;
      • группа ферментов детоксикации: система цитохрома-450, уроконидаза и др.
  3. Процессы и факторы, вызывающие прямое или опосредованное повреждение биофизических и биохимических структур хрусталика.
    • Физические:
      1. световая энергия: ультрафиолетовое излучение (средний и ближний ультрафиолет), фиолетовое и инфракрасное излучения;
      2. механические и электрические повреждения, ультразвуковые, микроволновые и другие виды излучений.
    • Химические:
      1. экзогенные: алиментарные (недостаток эссенциальных факторов питания или их дисбаланс в пище), токсические (загрязнение окружающей среды, вредные в химическом отношении условия производства при нарушении техники безопасности, некоторые лекарственные препараты, инсектициды), избыток или недостаток кислорода;
      2. эндогенные: при пониженном поступлении и усвоении питательных веществ, при ряде заболеваний пищеварительной и сосудистой систем, приводящих к нарушению трофических процессов (в частности, при энтерите, гепатите, атеросклерозе, глаукоме и др.), в случае нарушения биосинтетических процессов (коферменты, белки и т.д.); при повышенном образовании токсических продуктов обмена веществ (перекиси водорода, липоперекисей, кетоновых соединений и др.), а также при нарушении обезвреживания их или выведения (в частности, при сахарном диабете, токсикозе).
    • Физико-химические: продукты фотодеградации триптофана (формилкинуре-нин), фотодинамически активные производные флавина, активация кислорода в свободнорадикальные формы, светозависимое окисление метионина до метионинсульфоксида и др.

С этих позиций целесообразно выделить по крайней мере два периода развития катаракты:

  1. Функциональные нарушения процессов биоэнергетики транспорта метаболитов, биосинтеза и реакций дезинтоксикации, в частности, системы "гашения" свободных радикалов.
  2. Структурные нарушения: химические и физико-химические повреждения структурных компонентов хрусталика, в частности, нарушение нормальной инволюции волокон в ядре.

Как уже указывалось, в процессах, ответственных за нативность хрусталиковых волокон, исключительную роль играет трипептид глутатион. Можно выделить два направления функций этого коэнзима в хрусталике:

  • процессы, в которых основную роль играет его тиоловая группа;
  • реакции, связанные с γ-глутамиловым участком его молекулы.

В осуществлении его многочисленных функций ведущая роль отводится окислительно-восстановительной системе глутатиона, позволяющей поддерживать высокий уровень его восстановленной формы за счет процесса восстановления окисленной дисульфидной формы с помощью восстановленного никотинамид-адениннуклеотид-фосфата.
Этот важнейший для тканей глаза, особенно для хрусталика, процесс катализируется глутатион-редуктазой - флавиновым ферментом, функция которого в значительной степени определяется метаболическим статусом рибофлавина в хрусталике. Последний зависит от целого ряда общих и местных факторов.
В числе первых наиболее существенно поступление рибофлавина в организм и транспортировка его в органы и ткани.

Среди местных факторов в хрусталике определяющими являются система синтеза флавин мононуклеотида (FMN) и флавин аденин-динуклеотида (FAD).
В настоящее время ферменты синтеза флавиновых нуклеотидов в хрусталике довольно детально изучены. При исследовании поступления рибофлавина в хрусталик было, в частности, показано, что этот процесс не является энергозависимым и что белки хрусталика обладают способностью связывать свободный рибофлавин. По всей вероятности, рибофлавин поступает в хрусталик вследствие простой диффузии, частичное же связывание свободного рибофлавина белками, а также синтез нуклеотидов из витамина способствуют созданию метаболически эффективных концентраций в нем коферментных форм рибофлавина.

Ферменты синтеза флавиновых коферментов FMN-синтетаза и FAD-пирофосфорилаза выявлены в белках хрусталиковых волокон, но не обнаружены в капсуле и в эпителии - это свидетельствует о том, что витамин при прохождении через аквохрусталиковый барьер не подвергается метаболической модификации.

По всей вероятности, указанные коферменты не могут поступать в хрусталик в виде нуклеотидов, а предварительно расщепляются с освобождением рибофлавина, который, попадая в хрусталик, подвергается фосфорилированию до FMN, а затем посредством пирофосфорилазной реакции - до FAD.

Исследования показали, что исходный уровень обеспеченности организма рибофлавином является важным звеном в механизмах устойчивости к действию катарактогенных факторов и имеет существенное значение для сроков возникновения и скорости развития катаракты в эксперименте. При наличии метаболического дефицита витамина В., в организме экспериментальных животных катарактальные изменения развиваются раньше и прогрессируют быстрее по сравнению с таковыми у животных с нормальной метаболической обеспеченностью рибофлавином.

Таким образом, есть основания полагать, что уровень коферментов в хрусталике является одним из существенных звеньев механизма устойчивости его компонентов при старении и действии различных катарактогенных факторов.
Следует отметить, что метаболическая обеспеченность хрусталика коферментами тесно связана с витаминным статусом организма, поступлением и всасыванием витаминов и их последующей транспортировкой в органы и ткани.

Исходя из вышеизложенных данных, можно полагать, что в патогенезе возрастной катаракты существенное значение в ряде случаев имеет нарушение метаболического статуса витаминов и коферментов. В этой связи исследование критериев коферментной обеспеченности метаболических процессов позволит не только раскрыть существенные звенья патогенеза катаракты, но и будет способствовать рациональному поиску дифференцированных методов патогенетически ориентированной терапии и профилактики прогрессирования возрастной катаракты.