9 місяців тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Напомним фундаментальные положения физиологи­ческой оптики: до сетчатки доходит видимый свет и ча­стично ближний ультрафиолет. Однако зрительное ощу­щение возникает в более узкой спектральной области — примерно от 400 (фиолетовое начало) до 760 нм (тем­но-красный конец видимого спектра). Ультрафиолето­вые лучи поглощаются роговицей и хрусталиком глаза; а если поглощаются, то, согласно первому закону фото­химии, способны вызвать фотохимическую реакцию.

Накапливается все больше сведений о факторах, опасных для зрения: значительные дозы ультрафиолета могут вызвать фотокератиты, или «болезнь сварщиков»; длительное или слишком частое ультрафиолетовое облу­чение, согласно последним данным, способно привести к катаракте — помутнению хрусталика (рис. 4). Следо­вательно, и это совершенно очевидно, необходимо защи­щать оптическую систему глаза от ультрафиолета хотя бы с помощью обычных стеклянных фильтров — очков, которые хорошо задерживают ультрафиолет.

Яркий солнечный свет, отражаясь от поверхности снега, вызывает фотоповреждения сетчатки...

Яркий солнечный свет, отражаясь от поверхности снега, вызывает фотоповреждения сетчатки…

Что известно сегодня о физико-химических механиз­мах фотоповреждения хрусталика? Для профилактики и лечения глазных заболеваний это крайне важно знать. Хрусталик (живая линза) состоит из клеток одного ти­па; редко, чтобы какая-либо биологическая ткань была сложена из однообразных клеток. С возрастом эти клет­ки теряют ядро и большинство внутриклеточных орга­нелл, тем самым внутри хрусталика уменьшается свето­рассеяние. Хрусталик должен быть прозрачен, как и по­лагается оптической линзе. Новые клетки в растущем хрусталике наворачиваются на старые, в результате ста­рые («детские») оказываются в центре и образуют ядро хрусталика, а новые («взрослые») формируют перифе­рическую часть. Другими словами, в центре ядра хрусталика находятся клетки, возникшие еще в период эм­брионального развития. Клеткам в ядре хрусталика столько лет, сколько человеку плюс еще несколько ме­сяцев до рождения.

Несколько слов о биохимии хрусталика. Никакая другая ткань не содержит белков в такой высокой кон­центрации, как хрусталик: почти 35% влажного веса и почти весь сухой вес приходится на белок. Около 90% всего белка хрусталика — кристаллины, особые, харак­терные только для хрусталика структурные белки. В хру­сталиках млекопитающих животных и человека их три вида — α-, β- и γ-кристаллины.

Эволюционно это, пожалуй, самые консервативные белки в организме — состав аминокислот и первичная структура этих белков у разных животных, вероятно, почти не различается, хотя форма и электрический за­ряд кристаллинов могут меняться с возрастом. Это име­ет, по-видимому, прямое отношение к развитию старче­ской катаракты у человека и к проблеме повреждающе­го действия ультрафиолетового излучения на хрусталик. В офтальмологической литературе накапливается все больше сведений о молекулярных повреждениях кри­сталлинов в пожилом и старческом возрасте.

В нормальном и особенно катарактальном хрустали­ке обнаружены нерастворимые агрегаты кристаллинов е огромным молекулярным весом. Естественно, образование таких агрегатов, беспорядочно ориентированных комков белка, с неизбежностью увеличивает светорас­сеяние; хрусталик, особенно катарактальный, становит­ся все мутнее — теряет прозрачность. В этих гигант­ских (в молекулярном масштабе) агрегатах обнаруже­но два типа сшивок — дисульфидные (S—S) мостики и еще какие-то другие поперечные сшивки. В катарактальном хрусталике человека дисульфидных связей осо­бенно много, существенно больше, чем в здоровом хру­сталике даже очень старого человека. Образуются эти S—S-мостики в нерастворимых агрегатах кристаллинов вследствие окисления сульфгидрильных (SH)-групп. Как следует из результатов биохимических опытов, ко­личество SH-групп в корковой части хрусталика выше, чем в ядерной. Это понятно: в «старых» кристаллинах за время жизни организма окислилось больше сульф­гидрильных групп, чем в «молодых».

Мы помним, чтобы вызвать фотохимический процесс, квант света должен поглотиться молекулой — хромофо­ром. Для хрусталика человека это особенно актуально. В то время как хрусталики большинства позвоночных остаются совершенно прозрачными в течение всей жиз­ни, у человека к старости хрусталик окрашивается. Ин­тересно, что появление окраски обнаружено и в хруста­ликах некоторых видов животных, которые активны днем и вынуждены подолгу быть на ярком солнце.

Окрашенные включения появляются именно в «ста­ром» ядре, связаны они с нерастворимыми белковыми агрегатами. У молодых людей хрусталик только слегка желтоватый (с точки зрения физиологической оптики и физикохимии фотоповреждений желтый фильтр необхо­дим, это даже целесообразно!), с возрастом хрусталик не только заметно желтеет, но и все более темнеет. Иногда окраска бывает такой сильной, что свет почти не доходит до сетчатки. Катарактальный хрусталик ча­сто вообще коричневый. Химическая структура этого пигмента окончательно не выяснена. Пигментированный хрусталик начинает эффективно поглощать в ближней ультрафиолетовой области — 300—400 нм.

Вот мы и подошли к химической физике фотоповреж­дения хрусталика. Свет — хромофор — кислород — нали­цо вся триада для инициации и развития фотоповрежде­ния. Все больше появляется работ, прямо связывающих свободнорадикальное фотоокисление триптофана. Быть может, окисление триптофана не единственная причина появления пигментации в ядре хрусталика, но она ско­рее всего основная. По всей вероятности, фотоокисле­ние — ключевой процесс в развитии старческой ката­ракты, а среди глазных болезней катаракта, как изве­стно, стоит на первом месте.

Итак, фотосенсибилизированное свободнорадикаль­ное окисление, судя по всему, — важнейший механизм в повреждении белков хрусталика. Как результат фото­сенсибилизированного свободнорадикального окисления, наблюдается существенное уменьшение количества SH-групп при облучении изолированного хрусталика ультра­фиолетом и возрастание числа S—S-мостиков. Разгоняя электрофоретические белки хрусталика после облучения, удается обнаружить образование больших белковых аг­регатов. Регистрируя же спектры поглощения, можно ви­деть появление новых полос поглощения в ближней ультрафиолетовой области, что характерно и для катарактального хрусталика. Исследуя впервые целый изо­лированный хрусталик животных (лягушки, быка, голу­бя, черепахи) и катарактальный хрусталик человека, с помощью метода рентгеноструктурного анализа сов­местно с физиками Института кристаллографии удалось обнаружить внутреннюю структуру, высокую степень упорядоченности, укладки молекул кристаллинов в нор­мальных хрусталиках (у всех животных и человека она оказалась примерно одинаковой) и разупорядоченность, потерю правильной, регулярной структуры в поражен­ном катарактой хрусталике человека.

Наш следующий шаг в программе исследования фи­зико-химических механизмов фотоповреждения хруста­лика глаза — поиск ингибиторов свободных редикалов (антиоксидантов), способных оборвать цепь окисления и предотвратить агрегацию белков, приводящую к по­мутнению хрусталика.

И снова, углубляясь в фотохимию фотоокислитель­ных процессов, мы сталкиваемся с активными формами молекулы кислорода. Синглетный кислород с катастро­фической скоростью вызывает «сшивание» кристалли­нов — образование агрегатов.

Но не только сам триптофан — фотосенсибилизатор Этих молекулярно-патологических процессов. Гораздо опаснее, по всей видимости, окрашенные продукты его окисления, они ведь поглощают по сравнению с триптофаном более длинноволновый ультрафиолет, захватыва­ют еще и видимую часть спектра. Мало того, сам син­глетный кислород, образующийся в ходе фотохимиче­ских реакций, способен инициировать цепи окисления других аминокислот и приводить к добавочной агрега­ции кристаллинов. В свою очередь, новые продукты окисления этих аминокислот тоже окрашены и могут превращаться в фотосенсибилизирующие хромофоры. Так возникает фотохимическая лавина, приводящая к полной потере прозрачности хрусталика — к катаракте.

В пользу прямого фотохимического механизма по­вреждения хрусталика свидетельствует и тот очевид­ный факт, что повреждение белков происходит в первую очередь в ядре хрусталика. Именно в нем раньше, чем в корковой (периферической) части, появляется окраска (хромофоры-фотосенсибилизаторы).

Клетки, легко подверженные окислению — «темновому» и особенно световому, — содержат, как правило, систему антиокислительной защиты. Зрительные клетки, мы теперь это хорошо знаем, тому пример. В ядре же хрусталика ситуация складывается самым неблагоприят­ным образом: в них много молекул — фотосенсибилиза­торов, много «старых», частично окисленных и агреги­рованных белков, которые не обновлялись с рождения, и вдобавок в ядре крайне низка концентрация антиокси­данта. В наружной же корковой части хрусталика и со­держание антиоксиданта высоко, и окрашенных приме­сей мало, и кристаллины молодые, неокисленные, неагрегированные. Поэтому основная форма катаракты у лю­дей — ядерная.