12 месяцев назад
Нету коментариев

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.