НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІОХІМІЇ ім. О.В. ПАЛЛАДІНА

МЕТЕЛІЦИНА ІРИНА ПЛАТОНІВНА

УДК 577.1-07:617.741-004.1-092.9-053.9-085.27

БІОХІМІЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ РОЗВИТКУ ПОМУТНІНЬ КРИШТАЛИКА І ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ОРГАНІЗМУ ДО ДІЇ КАТАРАКТОГЕННИХ ФАКТОРІВ

03.00.04 - Біохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П.Філатова АМН України

Науковий консультант - доктор медичних наук, професор ЛЕУС Микола Федорович, завідувач лабораторії біохімії Інституту очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П.Філатова АМН України.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор ДМИТРЕНКО

Микола Петрович, завідувач лабораторії біохімії Інституту екогігієни та токсикології ім. Л.І. Медведя МОЗ України;

доктор медичних наук, професор КОРЖОВ Віталій Іванович, завідувач лабораторії біохімії Інституту фтизіатрії та пульмонології ім. Ф.Г. Яновського АМН України;

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник ЛЕВИЦЬКИЙ Євген Леонідович, головний науковий співробітник відділу біохімічної фармакології Інституту фармакології і токсикології АМН України.

Провідна установа - Інститут геронтології АМН України (лабораторія

геріатричної фармакології і лабораторія регуляції метаболізму), м. Київ.

Захист відбудеться " 27 " січня 2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.240.01 в Інституті біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України за адресою: 01601, Київ-30, вул. Леонтовича, 9.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України за адресою: Київ-30, вул. Леонтовича, 9.

Автореферат розісланий " 26 " грудня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук КІРСЕНКО О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З віком у кришталику ока відбувається ряд метаболічних змін, які можна розглядати як ознаки фізіологічного старіння. Різке посилення цих процесів в силу певних причин викликає полімеризацію білків кришталика і дезинтеграцію мембранних структур з утворенням високомолекулярних білкових агрегатів, що приводить до порушення його оптичних властивостей - зменшення світлопропускання (утворення мутностей) та збільшення світлопоглинання (фарбування кришталика) (Бабижаев М.А. и др., 1994; Augusteyn R.C., 1992; Aquilina J.A. et al., 1997; Roberts J.E. et al., 2001) і розвитку катаракти, яка є одним з серйозніших офтальмологічних захворювань, що приводить до обмеження і втрати працездатності.

Важлива роль у розвитку помутнінь кришталика відводиться підвищеній генерації вільнорадикальних сполук, що може бути викликано порушенням метаболічних процесів у кришталику і тканинах навколо нього (Ottonello S. et al., 2000; Mao Y.W. et al., 2001). Крім того, ультрафіолетове випромінення і короткохвильова частина інфрачервоного спектру сонячного світла, до яких кришталик надзвичайно чутливий, сприяє ініціації утворення вільно-радикальних сполук, що приводить до структурно-функціональних змін білків (Duhaiman A.S., 1995; Goldstein L.E. et al., 2000; Zigman S., 2000).

С іншого боку, дані літератури свідчать про зниження антиоксидантного статусу кришталика при розвитку катаракти: значне інгібування глутатіонзалежних ферментів, каталази, супероксиддисмутази, зниження вмісту селену, глутатіону, вітамінів-антиоксидантів (Bunce G.E., 1993; Jacques P.F., 1993; Rieger G. et al, 1994; Chasan-Taber L. et al., 1999; Saxena P. et al., 2000; Ozmen B. et al., 2002). Це створює умови для структурно-функціональних змін мембран кришталика - на поверхні білкових фібрил формується негативний заряд, який сприяє порушенню процесів проникності, збільшується вміст іонів натрію, а потім і кальцію в кришталику, іонний дисбаланс збільшується в результаті інгібування мембранозв’язаних ферментів, змінюючи його осмотичні властивості (Воскресенская Л.К., 1988; Qian W. et al., 2000; Truscott R.J., 2000, Reddy V.N. et al., 2001).

Однак, дані літератури про стан антирадикальної системи відображають в основному її рівень вже в катарактному кришталику, але не дають чіткого уявлення про ці процеси в динаміці, особливо на початковій і доклінічній стадіях катаракти. У цьому зв'язку визначення антиоксидантного статусу і з'ясування обставин, що сприяють підвищеній генерації вільнорадикальних сполук у динаміці помутніння кришталика, знання пускових механізмів і конкретних екзо- та ендогенних факторів, що сприяють виникненню і прогресуванню катаракти, дадуть можливість розробити засоби підвищення стійкості тканин ока до дії катарактогену, а стимуляція антирадикальної системи буде сприяти уповільненню процесів фізіологічного і патологічного старіння кришталика.

Поліморфізм катаракти і різноманіття факторів, що її викликають (Taylor A., 1992; Shyn K.H. et al., 1995; Leske M.C. et al., 1999; McCarty C.A. et al., 2000; Aristei C. et al., 2002), ставить під сумнів можливість лікування або її профілактики універсальним препаратом. У цьому зв'язку розробка нового підходу до впливу на кришталик, який мутніє, полягає в диференційованому виборі патогенетично орієнтованих засобів корекції метаболічних систем, які прямо або непрямо охороняють кришталик від помутніння і дозволять стабілізувати патологічні процеси на їх початковій стадії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в лабораторії біохімії Інституту очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П. Філатова АМН України відповідно до науково-дослідних тем, які зареєстровані в інституті, у більшості з яких автор є відповідальним виконавцем: “Вивчити характер дії світла на кришталик і сітківку в залежності від стану процесів дезінтоксикації в організмі”, 1983-1987 р. (шифр теми 27.0011.83, № держ. реєстрації 0183.0031645); “Встановити вікові передумови розвитку і перебігу катаракти в осіб старших вікових груп. Визначити основні фактори ризику і рекомендувати диференційоване лікування хворих з метою своєчасної медичної і соціально-трудової реабілітації”, 1986-1988 р. (шифр теми 02.05.01.86, № держ. реєстрації 01.86.0 044025); “Вивчити рівень захворюванності і інвалідизації внаслідок вікової катаракти, розробити спосіб медикаментозного лікування в експерименті, удосконалити систему організації соціально-трудової реабілітації хворих на катаракту”, 1989-1991 р. (шифр теми ВН 31.00 0043.89, № держ. реєстрації 0189. 0 013086); “Розробити і впровадити в практику охорони здоров'я методи профілактики і лікування катаракти”, 1987-1989 р., 1990-1992 р. (шифр теми ВН 31.00 0040.87, № держ. реєстрації 01.88.0 028844); “Вивчити роль структурно-функціонального стану біомембран тканин ока в розвитку катаракти”, 1994 р. (шифр теми ВН 54-И/94, № держ. реєстрації 01 94 U 008747); “Біофізичні і біохімічні механізми ушкодження оптичних середовищ ока при фотовпливах”, 1995-1996 р. (шифр теми 66-И/96, № держ. реєстрації 0195U010617); “Закономірності і механізми зміни адаптивно-компенсаторних і репаративних реакцій клітинних і тканинних елементів зорового аналізатора після комбінованого впливу малих доз іонізуючого випромінення і поліхромного світла”, 1992-1995 р. (шифр теми ФК 91.75, № держ. реєстрації UAO 1002984 Р), 1996-1998 р. (шифр теми 73-А/98, № держ. реєстрації 0196U002792).

Мета і задачі дослідження. Виявити біохімічні закономірності розвитку помутнінь кришталика і можливість корекції метаболічних процесів, що обумовлюють виникнення і прогресування катаракти шляхом підвищення стійкості організму до дії прямих і опосередкованих катарактогенних факторів.

Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні задачі.

1. Розробити модель, що дозволяє відтворити порушення системи антиоксидантного захисту організму й установити їх роль у розвитку помутнінь кришталика. Вивчити можливість непрямої катарактогенної дії ряду екзогенних факторів фізичної і хімічної природи, що сприяють активації вільнорадикальних процесів.

2. Вивчити роль системи антиоксидантного захисту і функціонального стану мембран у стійкості організму до дії прямих, а також опосередкованих катарактогенних факторів.

3. На ізольованому кришталику, його епітеліально-капсульній культурі, моделі світлової і комбінованої катаракт провести пошук хімічних речовин і засобів, що перешкоджають або знижують вільнорадикальне ушкодження білків кришталика, а також вивчити можливість підвищення його стійкості до катарактогенних факторів шляхом стимуляції процесів антиоксидантного захисту і стабілізації мембран.

4. Вивчити патогенетичний зв'язок між порушенням активності антиоксидантної системи і функціонального стану мембран та особливостями перебігу вікової катаракти.

5. Визначити порушення активності антиоксидантної системи і функціонального стану мембран, що є прогностично значимими у встановленні прискореного розвитку вікової катаракти.

6. Вивчити можливість корекції метаболічних порушень у хворих на вікову катаракту препаратом мембранотропної та антиоксидантної дії (мілдронат) і визначити його вплив на характер перебігу вікової катаракти.

Об'єкт дослідження: тканини ока, кров і печінка експериментальних тварин, кров осіб із прозорими кришталиками і віковою катарактою.

Предмет дослідження: активність антиоксидантної системи і функціональний стан мембран при виникненні і розвитку помутнінь кришталика в різних умовах експерименту і при віковій катаракті людини, а також можливість корекції цих порушень мембранотропними та антиоксидантними препаратами.

Методи дослідження: біохімічні, фізіологічні, морфологічні, офтальмологічні, фотоденситометрія, статистична обробка результатів.

Наукова новизна отриманих результатів. Теоретично обгрунтована і доведена можливість розвитку помутнінь кришталика при порушенні антиоксидантного гомеостазу в результаті підвищеної генерації вільнорадикальних сполук шляхом тривалого опромінення тварин поліхромним світлом.

Вперше встановлено, що загальна інтоксикація організму, хронічний стрес і фотосенсибілізатори посилюють ушкодження, а активація антиоксидантної системи сприяє підвищенню стійкості кришталика до катарактогенних факторів. В умовах моделювання катаракти виявлена непряма катарактогенна дія тетрахлорметану, диметилсульфоксиду, адреналіну, рибофлавіну і антикатарактальний ефект фенобарбіталу. Показано, що одночасна дія на організм двох прямих катарактогенів сприяє значно більш вираженому ушкодженню кришталика, що полягає не тільки в більш ранній появі катарактальних змін і прискореному їх розвитку, але й у збільшенні поширеності і ступеня виразності помутнінь, відповідно їх локалізації при дії кожного з факторів окремо.

Вперше показано, що при дії на організм поліхромного світла, амінотриазолу, нафталіну, іонізуючого випромінення мають місце аналогічні зміни функціонального стану мембран і антиоксидантного гомеостазу, ступінь виразності яких значно більший вже на ранніх термінах експерименту у випадку їх одночасного впливу. Одним з механізмів кокатарактогенної дії хронічного стресу, інтоксикації, фотосенсибілізації, механічної травми є потенціювання ушкоджень метаболічних систем прямими катарактогенами.

Встановлено, що одним з факторів, які визначають стійкість тварин до катарактогенних впливів, є функціональний стан мембран і антиоксидантний потенціал клітини. Частота виникнення помутнінь кришталиків і ступінь їх виразності тим більші, чим значніші ці порушення.

В умовах відтворення помутнінь кришталиків за допомогою різних екзогенних факторів доведено, що зміна стабільності мембран є одним з найважливіших механізмів розвитку катаракти при дії поліхромного світла в результаті інтенсифікації вільнорадикальних процесів, зокрема, за рахунок активації фотохімічних реакцій. Значне зниження потенціалу антиоксидантної системи в цих умовах посилює ефекти, що сприяють подальшій зміні функціональних властивостей мембран, активності і спрямованості метаболічних процесів. In vitro встановлено факт прямої ушкоджуючої дії світла ультрафіолетової і видимої ділянки спектра на метаболічні компоненти кришталика, реалізований на рівні мембран, і можливість його потенціювання рибофлавіном.

Обґрунтовано принципову можливість підвищення стійкості організму до катарактогенних впливів шляхом стабілізації мембранних структур і активації антиоксидантної системи у кришталику і організмі в цілому. В експерименті виявлена корегуюча дія вітамін-Е активних сполук (похідне -токоферолу з укороченим до 6 атомів вуглецю бічним ланцюгом, метовіт) і препарату мілдронат на початкових стадіях розвитку помутнінь кришталика, механізм якої реалізується на рівні мембран і регуляції антиоксидантного гомеостазу, що сприяє уповільненню патологічного процесу, формуванню менш виражених помутнінь, зниженню частоти виникнення і розвитку катаракти.

Виявлено зміни функціональних властивостей мембран і зниження активності антиоксидантної системи у хворих на вікову катаракту, спрямованість і ступінь виявлення яких залежить від клінічної форми, стадії розвитку і швидкості прогресування помутнінь кришталика. При змішаній, корковій і, особливо, ядерній формі катаракти відзначена значна зміна функціонального стану мембран (зниження активності Nа+,K+-АТРази, -глутамілтранспептидази та перекисної резистентності еритроцитів), а при субкапсулярній - зниження рівня вітамінів-антиоксидантів (вітаміни Е та С). В міру дозрівання катаракти, а також при помутніннях, які швидко розвиваються, виявлені метаболичні порушення посилюються.

Вперше встановлено, що залежні від віку і зв'язані з катарактогенезом зміни метаболізму не тотожні. Зниження активності Nа+,K+-АТРази і рівня вітаміну Е, характерні для старіння, ще більш виражені при помутнінні кришталика. Спрямованість змін активності -глутамілтранспептидази в катарактогенезі аналогічна таким при старінні, але більш виражена. Ступінь адаптаційного підвищення у хворих на катаракту церулоплазміну і вільного амінного азоту, що є залежним від віку, знижується при збільшенні віку пацієнтів. Сумарна антиокислювальна активність водорозчинних антиоксидантів і вміст вітаміну С як при старінні, так і у хворих на катаракту істотно не змінюються, за винятком вірогідного зниження вмісту аскорбінової кислоти в осіб з субкапсулярними помутніннями кришталика.

Вперше показано, що захворювання серцево-судинної системи, шлунково-кишкового тракту і печінки, хронічна алкогольна інтоксикація збільшують метаболічні порушення в осіб з віковою катарактою, особливо значимо при патології гепатобіліарної системи.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена і запропонована для використання у фундаментальних дослідженнях модель світлової катаракти, що характеризується тривалим латентним періодом, порушеннями окремих метаболічних процесів вже на доклінічній стадії розвитку, повільним дозріванням і клінічними ознаками, близькими до вікової ядерної катаракти людини. Рекомендовані засоби прискореного розвитку помутнінь кришталика внаслідок посилення вільнорадикальних процесів шляхом додаткової інтоксикації, хронічного стресу, фотосенсибілізації або уповільнення катарактогенезу активацією системи дезінтоксикації фенобарбіталом.

Запропоновані біохімічні критерії стійкості організму до дії катарактогенних факторів, які дозволяють прогнозувати швидкість розвитку помутнінь кришталиків, що може бути використане з прогностичною метою для виявлення групи ризику швидкого прогресування катаракти.

Обґрунтовано концепцію індивідуального підходу до профілактики і лікування вікової катаракти, який здійснюється шляхом виявлення порушень метаболізму в кожному конкретному випадку і підбором відповідної патогенетично орієнтованої корекції.

Запропоновано новий метод ранньої об'єктивної діагностики катаракти - фотоденситометричне дослідження кришталика, що дозволяє зафіксувати прекатарактальні зміни і кількісно оцінити виразність помутнінь.

Запропоновано засіб фармакотерапії початкової стадії вікової катаракти - препарат мілдронат, терапевтичний ефект якого полягає в корекції порушень метаболічних процесів, в тому числі активації функціональних параметрів мембран і антиоксидантної системи, що супроводжується стабілізацією процесу помутнінь кришталиків і зменшенням випадків прогресування катаракти.

Теоретичні і методологічні аспекти дисертації використовуються в наукових дослідженнях лабораторії біохімії і катарактальному диспансері Інституту очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П. Філатова АМН України, на кафедрі офтальмології Одеського державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно здійснене моделювання експериментальних катаракт, виконані біохімічні дослідження, проведені науковий аналіз і статистична обробка результатів досліджень, сформульовані наукові положення і висновки, підготовлені друковані і дисертаційна роботи. Офтальмологічне обстеження проведене лікарями-офтальмологами, загальноклінічне - терапевтами і геронтологом, фотоденситометрія оптичних зрізів кришталиків - к.т.н. Маринчиком В.К., морфологічні дослідження разом з д.м.н., проф. Мальцевим Е.В. Синтетичні похідні -токоферолу і препарат метовіт люб'язно надані співробітниками відділу біохімії коферментів Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України (керівник - д.б.н., чл.-кор. НАН України Донченко Г.В., с.н.с., д.б.н. Пархоменко Ю.М., с.н.с., к.б.н. Кузьменко І.В.). За результатами спільних досліджень автор має відповідні статті і патенти в співавторстві.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації викладені та обговорені на конференції за участю іноземних фахівців “Ефективні методи діагностики і лікування катаракти і питання її патогенезу” (Одеса, 1987 р.), IV симпозіумі Шаймпфлюгського клубу (Японія, Гамагорі, 1989 р.), Всесоюзній конференції “Клінічна вітамінологія” (Росія, Москва, 1991 р.), науковій конференції “Прискорене старіння, зв'язок з віковою патологією” (Київ, 1992 р.), науковому семінарі “Екологія АЕС” (Одеса, 1993 р.), Міжнародному симпозіумі “Мікрохірургія ока. Вплив підвищених доз радіації на орган зору” (Київ, 1994 р.), II з'їзді радіобіологів України (Дніпропетровськ, 1995 р.), Х конгресі Європейського товариства офтальмологів (Італія, Мілан, 1995 р.), ІХ Інтернаціональному офтальмологічному симпозіумі Генуя-Одеса (Італія, Генуя, 1995 р.), 9 з'їзді офтальмологів України (Одеса, 1996 р.), науково-практичній конференції “Застосування геропротекторів для попередження прискореного старіння” (Одеса, 1996 р.), науково-практичній конференції по геронтології (Росія, Москва, 1997 р.), VII Українському біохімічному з'їзді (Київ, 1997 р.), XI конгресі Європейського товариства офтальмологів (Угорщина, Будапешт, 1997 р.), XXXIII Інтернаціональному конгресі фізіологічних наук (Росія, Санкт-Петербург, 1997 р.), засіданні Вченої Ради фахівців Інституту очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П. Філатова АМН України (Одеса, 2001 р.), X з'їзді офтальмологів України (Одеса, 2002 р.), науковому семінарі Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України (Київ, 2002 р.)

Публікації. Основні результати дисертації викладені в 46 наукових працях. З них 21 стаття в наукових журналах і збірниках, 3 патенти України, 22 - у матеріалах і тезах вітчизняних і міжнародних з'їздів і конференцій.

Структура і об'єм роботи. Дисертація викладена на 446 сторінках комп'ютерного тексту і складається з розділів: "Вступ", "Огляд літератури", "Матеріали і методи", "Результати досліджень і їх обговорення" (8 глав), "Заключення", "Висновки", "Список використаних джерел" (436 посилань), містить 102 таблиці, 23 рисунки, 273 сторінки основної текстової частини.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури

В цьому розділі представлений аналіз основних питань етіології, патогенезу і лікування катаракти, у тому числі: роль порушень фізіологічної рівноваги між процесами перекисного окислення ліпідів і активністю антиоксидантної системи в катарактогенезі, основні фактори ризику розвитку захворювання, механізми ушкодження кришталика при фото- та іонізуючому випромінюваннях, а також сучасні напрямки у вивченні катарактогенезу і розробці патогенетично орієнтованих підходів до профілактики та лікування катаракти.

Матеріали і методи досліджень

В експерименті використані кролi породи Шиншилла (695 кролів) і очі статевозрілих бичків (207 очей). В осіб з віковою катарактою (641 чол.) і волонтерів (128 чол.) проведені біохімічні дослідження крові та офтальмологічні спостереження.

Методики моделювання катаракти in vivo. Нафталінову катаракту (Holmen J.B. et al., 1999) у нашій модифікації моделювали шляхом перорального введення 5 мл суспензії нафталіну з борошном (1 г на кг маси, 9 тижнів), 32 кроля.

Світлову (С) Список скорочень представлений на останній сторінці катаракту моделювали за допомогою загального опромінення тварин поліхромним світлом (350-1150 нм, щільність потоку світлової енергії 30 мBт/см2, напруга 220 В, потужність 750 Вт, фітопотік - 20000 МФТ) протягом 80 тижнів у режимі світлового дня двома дуговими ртутно-вольфрамовими лампами типу ДРВ-750 (Леус М.Ф., Метеліцина І.П. та ін., 1997), 126 кролів.

Амінотриазолову (АТ) катаракту моделювали введенням 0,2% розчину 3-аміно-IH-1,2,4-триазолу (100 мл на кг маси з питною водою) протягом 20-24 тижнів (Bhuyan K.S., Bhuyan D.K., 1979), 37 кролів. При моделюванні комбінованої (С+АТ) катаракти тварини піддавалися впливу світла та одночасно одержували АТ, 34 кроля. Тетрахлорметан (ССl4) тварини одержували внутрішньом’язово, 10% розчин у стерильній персиковій олії (1 мл на кг маси), всього 5 ін'єкцій із проміжками в 7 днів (Christie G.S., Judan I.D., 1964), 12 кролів. При моделюванні комбінованої (С+ССl4) катаракти тварини піддавалися впливу світла при одночасному введенні СCl4, 22 кроля; АТ+ССl4 катаракти - тварини одержували АТ і одночасно СCl4, 21 кріль; С+АТ+ССl4 катаракти - тварини піддавалися впливу світла, одночасно одержуючи АТ і СCl4, 20 кролів.

З метою індукції процесів дезінтоксикації до початку моделювання катаракти групі тварин вводили внутрішньочеревно суспензію фенобарбіталу (ФБ) (50 мг на кг маси), 3 ін'єкції, через 3 дні кожну (Goldberg D.M. et al., 1980), 5 кролів. При моделюванні комбінованої (ФБ+АТ) катаракти повторний курс перорального введення ФБ здійснювали через 5,5-6 тижнів від початку моделювання АТ катаракти, 15 кролів; при комбінованому введенню ФБ і СCl4 тварини одержували одночасно ФБ і СCl4, 11 кролів; ФБ+АТ+ССl4 - одночасно ФБ, АТ і СCl4, 6 кролів.

Диметилсульфоксид (ДМСО) тварини одержували з питною водою щодня (100 мл 5,0% розчину на кг маси), 9 кролів. При моделюванні комбінованої (С+ДМСО) катаракти тварини піддавалися впливу світла протягом 3,5 місяців і, починаючи з 15 дня опромінення, одержували ДМСО, 98 кролів.

Тваринам вводили препарат адреналіну гідрохлорид (А) шляхом внутрішньовенних ін'єкцій (0,1 мл розчину 1:1000) через день, один місяць трьома курсами з перервами між курсами 1 місяць (Липовецкая Е.М., 1966), 9 кролів. При моделюванні комбінованої (С+А) катаракти тварини піддавалися впливу світла й одночасно одержували А, 13 кролів.

При моделюванні комбінованої світло+рибофлавін (РИБ) катаракти тварини піддавалися впливу світла при одночасному закапуванні в праве око 0,04% розчину РИБ по 2 краплі 5 разів у день щодня протягом 6 місяців, 20 кролів.

При моделюванні рентгенівської (Р) катаракти тварини піддавалися Р опроміненню протягом 8 тижнів щодня в дозі 0,05 Гр (сумарна 2 Гр) і 0,1 Гр (сумарна 4 Гр) на апараті для дистанційної променевої терапії РУМ-17, напруга на трубці 150 Кв, сила струму 10 мА. М'яке випромінення відтиналося фільтром - мідь 0,5 мм. Тварини знаходилися в 2 м від трубки, потужність дози 1,3 сГр/хв, 10 кролів. При моделюванні комбінованої (Р+С) катаракти світлове опромінення тварин було почато одночасно з рентгенівським. Тварини були розділені на групи: одночасне опромінення поліхромним С і Р випроміненням: протягом 4 тижнів при разовій дозі Р випромінення 0,05 Гр, сумарній - 1 Гр, 13 кролів; при разовій дозі Р випромінення 0,1 Гр, сумарній - 2 Гр, 12 кролів; протягом 8 тижнів при разовій дозі Р випромінення 0,05 Гр, сумарній - 2 Гр, 42 кроля; частина тварин цієї групи після курсу одночасного впливу поліхромного С і Р випромінення (8 тижнів при разовій дозі Р випромінення 0,05 Гр, сумарній - 2 Гр) продовжували опромінювати поліхромним світлом на протязі 8 тижнів, 12 кролів; після двомісячного опромінення тварин при разовій дозі Р випромінення 0,05 Гр, сумарній - 2 Гр відтворювали травму кришталика шляхом його локального механічного ушкодження: а) - через тиждень після закінчення експерименту, 7 кролів; б) - через місяць, 8 кролів. Всього 67 кролів.

Контрольними при моделюванні катаракти in vivo були інтактні кролi (132 кроля) або тварини з тим чи іншим видом експериментальної катаракти в залежності від поставленої задачі. До експерименту стан кришталиків було охарактеризовано як норма.

У динаміці експериментальних впливів були визначені біохімічні показники в плазмі крові і суспензії еритроцитів, а по закінченні експерименту також у надосадовій рідині гомогенатів тканин ока і печінки кролів. Гомогенати готували на фізіологічному розчині (1:9), час гомогенізації 90 с., центрифугування при 1100 g 10 хв на центрифузі К-24, К. Цейсс, Йена.

Методики експериментальних досліджень in vitro. Гомогенати кришталиків опромінювали поліхромним світлом (лампа ДРК-120, 200-300 нм і ДРВ-750), тривалість опромінення - від 1 - 2 до 18 - 36 годин. Як об'єктивні критерії ступеня помутніння кришталика використовували зміну показників світлопоглинання і світлорозсіювання (465 нм), а також інтенсивності флуоресценції (440/750 нм) гомогенатів до і після опромінення (Mellerio J., 1971). Реєстрацію результатів проводили на спектроколориметрі Spekol-10, К. Цейсс, Йена, використовуючи приставки ЕК-5, ТК і ФК. Дані виражали у відносних одиницях. До і після опромінення в гомогенатах кришталиків також визначали активність Na+,K+-ATРази, ГТП, катепсинів D та Е.

Методика морфологічних досліджень. Готування капсульно-епітеліальних препаратів кришталика (158 зразків) здійснювали за методом Мальцева Е.В. і Парфенова М.С. (1972) Культивування здійснювали в живильному середовищі199 на протязі 10 діб, фіксували 10 хв у суміші Карнуа, офарбовували гематоксилін-еозином і мікроскопіювали (мікроскоп Laboval-4, К. Цейсс, Йена). Критеріями стану епітеліальних клітин кришталика (Мусаев П.И., Никольская Г.В., 1981) були ступінь збереження епітеліального моношару (% інтактних клітин), міграція клітин на задню капсулу і скло, мітотична активність, вакуолізація, пікнотизування і руйнування клітин (умовні одиниці).

Характеристика і методики застосування досліджуваних сполук. У модельній системі і при відтворенні катаракти in vivo досліджували ефективність -токоферол ацетату (ТФА), м.м. 470, його синтетичних похідних з модифікованим ізопреноідним ланцюгом - до шести атомів вуглецю в бічному ланцюзі - 2,4-метил-3-пентенил-6-ацетокси-2,5,7,8-тетраметилхроман (С6), м.м. 331 і без бічного ланцюга (С1), комплексного препарату метовіт, що містить ряд вітамінів, у тому числі -токоферол, і мікроелементів, 3-(2,2,2-триметилгідразиній)-пропіонат (мілдронат, фірма Гріндекс, Латвія) (Simkhovich B. et al., 1988).

In vitro використовували ТФА, 1.10-5 М; С6, -токоферолхінон довголанцюговий (ТФХД), м.м. 446 і коротколанцюговий (ТФХК), м.м. 290, у концентраціях, еквімолярних концентрації вітаміну Е; мілдронат, 1.10-3-50.10-3 М. В умовах моделювання світлової і комбінованої (С+ДМСО) катаракти проведено 3 курси лікування -токоферолом та його похідними по 5 внутрішньом'язових ін'єкцій (0,5 мл розчину в маслиновій олії в концентрації, еквімолярній -токоферолу, добова доза 25 мг на кг маси), з перервами 1 місяць. Тваринам контрольної групи вводили маслинову олію по такій же схемі (51 кріль). Метовіт (у 0,05% розчині твін-80 на бідистильованій воді), вводили внутрішньом'язово протягом 5 днів 1 раз на день при 3 курсах з перервами в 3 тижні та інстилювали в обидва ока, починаючи з 11 тижнів світлового впливу, 12 кролів. При моделюванні нафталінової катаракти кролям дослідної групи (16 кролів, 32 ока) інстилювали мілдронат (10% розчин 2-3 краплі в кожне око, 3-5 разів на день). Шестьом з них, крім інстиляцій препарат вводили внутрішньом'язово (2,5 мл 10% розчину щодня). У групі порівняння (10 кролів, 20 очей) закапували антикатарактальні очні краплі сенкаталін (фірма С.Е. Інтернешенл, Індія) по 1-2 краплі в кожне око, 3-5 разів на день (Посібник із застосування: Сенкаталін, 1987).

Терапевтичний ефект досліджуваних препаратів оцінювали за ступенем стійкості тварин до катарактогенних факторів (швидкість розвитку катаракти, терміни появи перших помутнінь кришталиків і ступінь їх виразності), зміною біохімічних параметрів у крові і тканинах ока, загальним станом тварин (зміна ваги, виживання).

Методи біохімічних досліджень. Вміст вітаміну Е (віт. Е) визначали в результаті відновлення -токоферолом Fе3+ до Fе2+, що утворює пофарбований комплекс з ,-дипіридилом (Hashim S.A., Schutringer G.R., 1966); вміст аскорбінової кислоти (віт. С) - фотометричним визначенням надлишку 2,6-дихлорфеноліндофенолу після його відновлення аскорбіновою кислотою (Окунцев М.М. и др., 1974); антиокислювальну активність (АОА) водорозчинних антиоксидантів (АО) - шляхом розрахунку величини константи інгібування біологічним матеріалом окислювання 2,6-дихлорфеноліндофенолу киснем повітря, як показника антиокислювальної активності (Семенов В.Л., Ярош А.М., 1985); пероксидний гемоліз еритроцитів (ПГЕ) - визначенням їх чутливості до стандартної лабілізуючої дії пероксиду водню (по збільшенню оптичної щільності) (Mino M., 1978); вміст вільного амінного азоту (ВАА) - по інтенсивності фарбування розчину в результаті утворення комплексу азоту амінокислоти з нінгідрином (Колб В.Г., Камышников В.С., 1976); концентрацію загального білка по інтенсивності забарвлення розчину в результаті відновлення суміші фосфорно-вольфрамової і фосфорно-молібденової кислот з утворенням сполуки синього кольору (Hartree E.F., 1972; Lowry O. H. et al., 1951); церулоплазміну (ЦП) (КФ 1.16.3.1) - в результаті окислювання п-фенілендіаміну (Колб В.Г., Камышников В.С., 1976); активність -глутамілтранспептидази (ГТП) (КФ 2.3.2.1) при фотометричному визначенні звільненого п-нітроаніліну внаслідок розщеплення хромогенного субстрату -глутаміл-п-нітроаніліду і переносу -глутамілового залишку на акцепторний дипептид гліцилгліцин (Kulhanek V., Dimov D.H., 1973); Nа+,К+-АТРази (АТРаза) (КФ 3.6.1.37) - по кількості неорганічного фосфату, що утворюється в результаті гідролітичного розщеплення АТР АТРазою досліджуваного матеріалу (Глебов Р.Н., Дмитриева Н.М., 1974), активність Nа+,К+-АТРази розраховували по різниці між загальною і Мg2+-АТРазою; активність катепсинів D та Е (КФ 3.4.23.5 і 3.4.23.-) - по кількості розчинних у трихлороцтовій кислоті пептидів, що утворилися при гідролізі гемоглобіну й альбуміну, відповідно (Дингл Дж., 1980; Покровский А.А., Тутельян В.А., 1976; Ceriotti G., Spandrio I., 1957).

Методика фотоденситометрії оптичних зрізів кришталиків базується на вимірі ступеня почорніння фотопластинки, що пропорційно оптичній щільності кришталика (20 очей кролів, 50 осіб з віковою катарактою).

Методи обстеження хворих на вікову катаракту і здорових осіб, характеристика їх соматичного статусу і клінічних ознак помутнінь кришталиків. З використанням загальноприйнятих клінічних методів проведено комплексне офтальмологічне обстеження, а також біохімічні дослідження крові 641 чоловіка з віковою катарактою в динаміці розвитку помутнінь кришталика і 128 волонтерів із прозорими кришталиками. Серед осіб з катарактою було 586 чоловік з ядерною, корковою, субкапсулярною і змішаною клінічними формами, 628 чоловік на початковій, не зрілій і зрілій стадіях розвитку, 556 чоловік з катарактою, що розвивається повільно, середньо і швидко, 217 чоловік з серцево-судинними захворюваннями, 138 - з захворюваннями шлунково-кишкового тракту, 71 - з патологією печінки, 29 - з хронічною алкогольною інтоксикацією, а також 98 соматично здорових осіб. У динаміці спостереження було визначено активність Na+,K+-ATРази, ГТП, загальна АОА водорозчинних АО, вміст ЦП, вітамінів С та Е, ВАА і ПГЕ.

Методики апробації препарату мілдронат у хворих на вікову катаракту. Апробація мілдронату (зареєстрований Фармкомітетом України 29.06.1995 р., № 88/229/3) проведена на базі катарактального диспансеру Інституту. 54 чоловіка одержували окрім традиційних антикатарактальних засобів (катахром, витайодуроль, краплі Смірнова) мілдронат, з них 30 соматично здорових осіб з віковою катарактою і 24 чоловіка з ішемічною хворобою серця і віковою катарактою. Контрольна група (тільки катахром, витайодуроль або краплі Смірнова) - 49 чоловік (28 соматично здорових осіб з віковою катарактою і 21 чоловік з супутньою ішемічною хворобою серця). Біомікроскопічна картина кришталиків в осіб дослідної і контрольної груп була ідентичною. Мілдронат приймали 2 тижні по 1 капсулі (0,25 г, 2 рази на день), перерва між курсами 3 місяці, одержуючи за період спостереження (до півтора років) 3-4 курси лікування. Після лікування пацієнти проходили повторне офтальмологічне обстеження і біохімічні дослідження крові.

Методи статистичної обробки результатів досліджень. Статистичну обробку отриманих результатів здійснювали за допомогою пакета програм Statgrafics 3.0, Statistica for Windows 5.1 методами варіаційної статистики, кореляційного і факторного аналізу, статистичну вірогідність розходжень визначали за критерієм Стьюдента, Фішера, 2, Вілкоксона-Манна-Уітні і коефіцієнту парної кореляції r (Гублер Е.В., 1978).

Результати досліджень і їх обговорення

Особливості розвитку помутнінь кришталиків при різних моделях катаракти in vivo. З огляду на істотну нестачу численних способів відтворення помутнінь кришталиків - неадекватність експериментальних впливів природним умовам існування людини, нами розроблена нова модель катаракти, відтворена в результаті тривалого впливу на тварин світлової енергії в спектральному діапазоні 350 - 1150 нм, як фактора, що постійно присутній у навколишньому середовищі, який відрізняється від відомих тривалим латентним періодом, що супроводжується порушеннями окремих метаболічних процесів (рис. 1), і повільним розвитком помутнінь, близьких клінічним ознакам вікової ядерної катаракти людини.

Рис. 1. Зміна активності Nа+,К+-АТРази, ГТП, вмісту ЦП і ПГЕ в крові і кришталиках кролів у динаміці відтворення світлової катаракти, % від контролю (до опромінення).

З використанням даної моделі була встановлена кокатарактогенна дія (тобто потенціювання прямих катарактогенів) ССl4, ДМСО, РИБ, А, серед яких найбільш виражений ефект має ССl4, додаткове введення якого сприяє скороченню термінів появи перших змін кришталиків (при С моделі катаракти з 17 до 14 тижнів, а при АТ- з 6-ти до 1-2 тижнів), збільшенню виразності помутнінь на однакових термінах впливів (через 40 тижнів початкова ядерна катаракта сформувалася у 60-65% тварин при світловому і 81% при одночасному з ССl4 впливі) і прискоренню їх розвитку при одночасному впливі АТ і ССl4 (до повного помутніння кришталика на 40-42 тиждень впливу), тоді як при введенні АТ зріла катаракта не формується навіть через 50-60 тижнів. Таким чином, ефект прямих катарактогенів посилюється на фоні загальної інтоксикації організму ССl4. ДМСО і А потенціюють метаболічні ушкодження, які викликані хронічним опроміненням тварин поліхромним світлом, що можна розглядати як механізм розвитку помутнінь кришталика по типу кокатарактогенезу.

Одночасний вплив на організм двох прямих катарактогенів надає значно більш виражений ушкоджуючий ефект. При моделюванні С+АТ катаракти перші кришталикові зміни зафіксовані в 2 рази раніше, ніж при АТ і в 5,7 разів частіше, ніж при дії світла, а через 70-76 тижнів розвивається зріла катаракта, що не спостерігається при самостійному застосуванні кожного з вищезгаданих факторів. При відтворенні помутнінь кришталиків у результаті одночасного опромінення кролів поліхромним світлом і Р випроміненням через 2 місяці катарактальні зміни виявлені в 2 рази частіше, ніж при дії тільки іонізуючого випромінення і встановлено кореляційний зв'язок між інтенсивністю впливів (енергетичні характеристики променевої енергії і режими її застосування) і виразністю змін кришталиків (r=0,43, р<0,04).

При відтворенні АТ катаракти на фоні ФБ перші зміни кришталиків з'являються на два тижні, а початкова катаракта - на 2 місяці пізніше, а також із меншою інтенсивністю помутнінь, що можна розцінювати як підвищення стійкості кришталика до дії катарактогенів при активації системи дезінтоксикації клітини (рис. 2).

Рис. 2. Терміни появи і виразність перших змін кришталика при моделюванні катаракт.

Таким чином, нами доведена можливість відтворення помутнінь кришталиків, клінічно близьких віковій ядерній катаракті людини шляхом активації вільнорадикальних процесів хронічним впливом поліхромного світла і формування катаракти з різною швидкістю і тривалістю прекатарактального періоду за допомогою інтоксикації організму або активації системи дезінтоксикації.

Метаболічні порушення при відтворенні різних експериментальних катаракт. У динаміці моделювання С катаракти нами виявлене зниження стійкості еритроцитарних мембран (майже на 46,4% через 3 місяці, р<0,05 і в 1,7 рази до кінця експерименту, р<0,01), активності Na+,K+-АТРази еритроцитів (на 27,4%, р<0,02 через 3 тижні і майже в 2 рази через 22 тижні р<0,01), вмісту ЦП крові (до 66,0% щодо вихідної величини після 14 тижнів опромінення, р<0,001), у той час як спостерігається збільшення активності ГТП (більш, ніж у 3 рази до кінця експерименту, р<0,001), катепсинів D та Е (до 273,7 - 226,3% для катепсину D і 300,0 - 384,2% для катепсину Е через 16-20 і 24 тижні опромінення, р<0,02-0,001 у всіх випадках) і рівня ВАА (на 59,4%, р<0,001 через 3 і в 2,0 рази, р<0,001 через 5,5 місяців експерименту). При відтворенні АТ катаракти метаболічні порушення мають аналогічну спрямованість.

В результаті одночасної дії на організм світла і АТ показано, що ефект ушкодження еритроцитарних мембран в цих умовах більше, ніж при відтворенні С або АТ катаракти (уже на ранніх термінах експерименту на 15,4%, р>0,05 і в 1,4 рази, р=0,05), зниження активності Na+,K+-АТРази (до кінця експерименту на 13,3 - 9,8%), активація ГТП (починаючи з 3-х місяців впливів на 65,4 і 80,5%, р<0,05 і 0,001), збільшення рівня ВАА (на всіх термінах відтворення комбінованої катаракти: на 16,3 і 29,2%, р>0,05, через 3 тижні, 63,2%, р<0,05 і 28,6%, р>0,05 через 16 тижнів, 62,7 і 46,1%, р<0,05 і >0,05 через 22 тижні).

Вивчення особливостей біохімічних зрушень у динаміці розвитку С катаракти на фоні хронічного стресу показало, що вплив А на досліджувані параметри не настільки значимо в порівнянні з дією поліхромного світла.

Додаткове введення ДМСО при моделюванні С катаракти сприяє посиленню ПГЕ (розходження складають 6,4% через 3,5, 19,0% - через 8 і 38,4% через 16 тижнів експерименту), більш вираженому зниженню ЦП (на 24,6%, р<0,05 і 36,3%, р<0,001 при дії світла та на 38,0 і 41,5 %, р<0,001 в обох випадках, при одночасному із ДМСО опроміненні після 2 і 3,5 місяців відповідно), активації ГТП (у 2,5 рази при дії тільки світла, у 3,0 - при опроміненні на фоні ДМСО через 14 тижнів впливів), а також збільшенню вмісту ВАА на початкових етапах дослідження, що свідчить про потенціювання катарактогенної дії світла ДМСО у використаній концентрації і тривалості введення.

Відтворення АТ катаракти на фоні інтоксикації показало, що ССl4 сприяє більш вираженим змінам мембран еритроцитів (ПГЕ збільшується на 13,0%, р>0,05) щодо таких при АТ катаракті.

При моделюванні АТ катаракти в умовах введення ФБ не виявлено дестабілізації еритроцитарних мембран, однак ФБ не послабляє лабілізуючої дії ССl4 на мембрани (ПГЕ збільшений на 72,8%, р<0,002 у порівнянні з контролем і не відрізняється від показників у групах “АТ+ССl4” і “ССl4+ФБ”).

Дослідження в тканинах ока і печінки кролів після 22 тижнів моделювання С катаракти (рис. 3) виявили вірогідне зниження активності Nа+,К+-АТРази в цільному кришталику (до 63,7%), його корі і капсулі (до 60,3 і 64,7% відносно інтактних зразків) і ГТП (у цільному кришталику - на 38,5, корі - на 35,3%, у циліарному тілі - до 71,5% щодо норми).

Рис. 3. Активність катепсинів (1), Na+,K+-AТРази (2), ГТП (3), вміст ВАА (4) у тканинах ока кролів при різних моделях катаракти, % від контролю (без впливів).

При відтворенні АТ катаракти також виявлено вірогідне зниження активності Na+,K+-АТРази в досліджуваних тканинах, крім кори кришталика і ГТП у кришталику та циліарному тілі. При моделюванні АТ+С катаракти активність ГТП не відрізняється від таких значень при дії окремо світла або АТ, однак у печінці відзначене вірогідне зниження активності ферменту майже в 2 рази щодо контролю. Неседиментована активність катепсину D збільшується при моделюванні АТ катаракти до 115% (р>0,05) і катепсину Е більш, ніж у 1,5 рази (р<0,01). Одночасна дія світла і АТ сприяє більш вираженому підвищенню активності катепсину D.

При моделюванні С катаракти на фоні впливу А відзначене достовірне зниження тільки активності Na+,K+-АТРази в кришталику і печінці.

Опромінення тварин світлом в присутності РИБ як фотосенсибілізатора викликає зниження вмісту аскорбінової кислоти в кришталику на 20,6% (р>0,05), сітківці - до 70,1% (р<0,02), зниження ГТП на 27,3, 28,8 і 30% у циліарному тілі,