Ермолаев А.П.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН, Москва

Новиков И.А.

Институт клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «НМИЦ кардиологии» Минздрава России, Москва, Россия

Мельникова Л.И.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11, А, Б, Москва, 119021, Российская Федерация

Грибоедова И.Г.

ФГБУ "Институт геологии и рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии" РАН (ФГБУ ИГЕМ РАН)

Аветисов К.С.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН

Элементный состав влаги передней камеры и сыворотки крови при различном уровне внутриглазного давления

Журнал: Вестник офтальмологии. 2016;132(6): 43-48

Просмотров : 55

Загрузок : 2

Как цитировать

Ермолаев А. П., Новиков И. А., Мельникова Л. И., Грибоедова И. Г., Аветисов К. С. Элементный состав влаги передней камеры и сыворотки крови при различном уровне внутриглазного давления. Вестник офтальмологии. 2016;132(6):43-48. https://doi.org/10.17116/oftalma2016132643-48

Авторы:

Ермолаев А.П.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН, Москва

Все авторы (5)

В литературе приводятся данные о связи между механизмом повышения внутриглазного давления (ВГД) при первичной открытоугольной глаукоме (ПОУГ) и химическим составом жидких сред глаза. Эти данные представляют интерес по следующим причинам: с одной стороны, влага передней камеры (ВПК) глаза является дериватом сыворотки крови (СК), по этой причине концентрации веществ в СК и ВПК должны находиться в корреляционных соотношениях. С другой стороны вещества, обладающие осмотической активностью, тем или иным образом оказавшиеся внутри глазного яблока, принимают участие в процессе секреции внутриглазной жидкости. Активность этого процесса зависит от соотношения концентраций осмотически активных веществ по разные стороны стенок цилиарных отростков (между СК и ВПК) [1—5].

Известно, что гематоофтальмический барьер (ГОБ) избирательно пропускает воду, электролиты, низкомолекулярные вещества и некоторые более сложные молекулы. Этот механизм осуществляется под влиянием разницы гидростатического давления в результате трансмембранного осмотического массопереноса (согласно градиенту концентрации), а также при помощи активного транспорта благодаря белковым переносчикам [6—8].

По мнению J. Caprioli (1987), каждое вещество переходит из крови в ВПК глаза с конкретной скоростью, характерной именно для этого вещества [9]. При изучении проницаемости ГОБ было выявлено, что из 85 сывороточных полипептидов 28 были обнаружены в стекловидном теле (СТ), что подтвердило теорию об избирательной проницаемости ГОБ для некоторых типов белков [10]. Общее содержание белков в СТ составляет примерно 1% [11] от содержания их в СК [12]. Исследования, проведенные на крысах и направленные на изучение проницаемости ГОБ, показали, что мочевина, сахароза и L-глюкоза проникают только пассивным транспортом (диффузионно) как в СТ, так и в ВПК глаза [13].

А.П. Нестеров (1995) полагал, что ведущую роль в активном транспорте ионов сквозь стенки отростков цилиарного тела играет натриевая помпа, работа которой ведет к гипертоничности жидких сред глаза, а это в свою очередь служит причиной для поступления воды из капилляров цилиарного тела в заднюю камеру глаза за счет осмотических процессов [14]. Таким образом, секрецию внутриглазной жидкости упрощенно можно представить как двухэтапный процесс: вначале идет активное трансмембранное перемещение осмотически активных компонентов из СК в ВПК глаза, а за ними под влиянием осмотических сил перемещается вода.

Одно из первых исследований по качественному и количественному определению неорганических веществ в СТ и в ВПК быка провел Е.Ж. Трон (1927). По его данным, в СТ быка среди неорганических веществ преобладают Na и CI, в меньших концентрациях представлен K и в очень малых концентрациях — Ca, Mg, S и P. Концентрация неорганического P в ВПК в 2 раза превышала концентрацию в СТ, в то время как концентрация Na и CI в СТ приближалась к их концентрации в С.К. Концентрация K, Ca, Mg, S и P в СК быка почти в 2 раза превышала концентрацию в СТ и ВПК [15].

По другим данным, Na в СТ содержится больше, чем K, что согласуется с его ролью «главного катиона» биологических жидкостей, а концентрации неорганических соединений и состав элементов в СТ схожи с таковыми в ВПК и СК [16].

При исследовании содержания ряда неорганических элементов в СТ глаз человека, энуклеированных по поводу терминальной глаукомы, и в СТ, взятом из кадаверных глаз (принятых за условную норму), выявлено, что при терминальной глаукоме значительно снижена концентрация K и незначительно — концентрация Na и CI, в то время как концентрация Ca существенно не отличалась. В глазах с терминальной глаукомой была отмечена повышенная концентрация P. Автором сделан вывод, что концентрация неорганических элементов существенно влияет на процесс гидратации СТ [17].

Одним из авторов настоящей статьи ранее было выявлено, что при терминальной болящей глаукоме на фоне высокого ВГД в жидких средах витреальной полости имеется высокая концентрация мочевины, превышающая концентрацию в СК (чего никогда не встречается в норме). Это дало основание сделать предположение, что высокая осмотическая активность мочевины, замкнутой в витреальной полости на фоне деградации путей оттока, создает условия для гипергидратации и стойкого повышения ВГД при рефрактерных формах глаукомы. По мнению автора, аномальный осмотический дисбаланс между СК и жидкими средами глазного яблока может быть причиной развития гипертензионного болевого синдрома из-за формирования патологического напряжения в стенках обильно иннервированных цилиарных отростков [18, 19].

Поскольку ВПК является производным от СК, представляется интересным сравнительное изучение соотношений концентраций химических элементов, содержащихся в ВПК и СК, одновременно взятых у пациента в процессе хирургической операции [20].

Изучение концентраций веществ в жидких средах глаза человека in vivo затрудняют методические проблемы, связанные с малым количеством жидкости, которую можно взять для исследования из передней камеры глаза человека в процессе операции. Новые перспективы в решении этого вопроса открывает применение сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), снабженного энергодисперсионным спектрометром (ЭДС), который позволяет проводить измерение концентраций химических элементов в образцах исследуемой жидкости с малым исходным объемом.

Необходимо уточнить термины «химические вещества» и «химические элементы». Термин «химический элемент», используемый в дальнейшем применительно к «элементному составу», отражает содержание в веществе однотипных атомов вне зависимости от того, какие вещества эти атомы образуют в своих различных комбинациях (Na, K, N, S и др.). «Химическое вещество» является организованной совокупностью химических элементов (NaCl, KCl, мочевина, белковые соединения и др.) [21].

Цель работы — сравнительное изучение концентраций химических элементов в ВПК глаза и в СК при различном уровне ВГД.

Материал и методы

Пациенты были разделены на 2 группы: в 1-ю вошли 33 человека (33 глаза) с ПОУГ и декомпенсированным ВГД, равным или больше 21 мм рт. ст., на фоне применения максимальной гипотензивной терапии (комбинация препаратов простагландинов, ингибиторов карбоангидразы и селективных бета-блокаторов); во 2-ю группу включены 33 пациента (33 глаза) с катарактой с нормальным ВГД (Ро ≤20 мм рт.ст.), не использующих гипотензивные капли, которые были приняты за условную норму. Образцы ВПК брали в процессе оперативного вмешательства: в 1-й группе — во время проникающей антиглаукомной операции, во 2-й — при факоэмульсификации катаракты. Кровь для исследования забирали из кубитальной вены, центрифугировали в течение 6 мин с частотой вращения 1500 об/мин, над-осадочную часть центрифугата рассматривали как С.К. Исследование С.К. и ВПК глаза проводили на СЭМ Zeiss EVO LS10 («Zeiss», Германия) с ЭДС Oxford X-Max50 (Oxford, Великобритания) в режиме низкого вакуума (70 Па) при ускоряющем напряжении 20 кВ и силе тока на образце 470 пА.

Образцы исследуемых биологических жидкостей (ВПК и СК) в объеме по 0,25 мкл размещали на поверхности химически чистой углеродной ленты и в беспылевом боксе подвергали эвапоризации в стандартизированных условиях (7 °C, атмосферное давление при относительной влажности 87%, >5 сут). Пробоподготовка исключала контаминацию исследуемых образцов инородными веществами, а дальнейшая экспозиция в течение 10 мин в условиях вакуума (5∙10–3 Па) обеспечивала гарантированное удаление из пробы газообразных фракций, в том числе слабо связанной воды и монооксида азота (NO), одного из регуляторов кровотока микроциркуляторного русла [22—26].

При получении данных о химическом составе всей пробы с помощью ЭДС накопление рентгеновского спектра производили в режиме сканирования поверхности с экспозицией 15 мин.

Изображение эвапоризированной капли образца жидкости и соответствующий ей спектр рентгеновской флюоресценции представлены на рис. 1, 2.

Рис. 1.Микрофотографии эвапоризованной капли влаги передней камеры (а) и сыворотки крови (б), взятые у одного и того же пациента и обработанные на СЭМ в режиме детекции обратнорассеянных электронов. Изображения иллюстрируют характер распределения химических элементов и особенности кристаллизации минеральных фаз в пределах исследуемого образца, которые зависят преимущественно от вязкости исследуемой биологической жидкости.

Рис. 2.Энергодисперсионные спектры, полученные при анализе образцов влаги передней камеры (а) и сыворотки крови (б), представленных на рис. 1, а, б, наглядно характеризуют химический элементный состав проб. По оси абсцисс — энергия квантов характеристического рентгеновского излучения, по оси ординат — относительная интенсивность рентгеновской флюоресценции.

Исходную концентрацию химических элементов в анализируемой жидкости вычисляли пропорционально молекулярному отношению содержания исследуемого химического элемента к Cl, поскольку Cl входит в состав суммы веществ KCl + NaCl, обусловливающих изотоничность исходного образца жидкости [27]. Такой метод реконструкции условной концентрации химического элемента в исходной жидкости был принят в связи с малым объемом пробы и, вероятно, существовавшими отклонениями концентраций некоторых веществ от их изотонических концентраций на момент забора пробы ВПК глаза.

Расчет относительной молярной концентрации обнаруженного химического элемента в исходной жидкости до эвапоризации:

См (Е) = ((С (Е)∙Аr (Сl))÷(C (Сl)∙Аr (Е)))∙0,95,

где См (Е) — молярная концентрация исследуемого химического элемента (Е) в исходном растворе; C (Е) — процентное весовое содержание химического элемента Е; Аr (Е) — относительная атомная масса химического элемента Е; C (Сl) — процентное весовое содержание химического хлора в пробе; Аr (Сl) — относительная атомная масса хлора; 0,95 — содержание NaCl в изотоническом растворе, используемое для относительного вычисления содержания элемента E в пробе.

Результаты и обсуждение

Помимо расчета абсолютных значений концентраций элементов в пробах указанных биологических образцов, представляет интерес соотношение концентраций и градиент концентраций каждого из указанных элементов между ВПК глаза и СК для глаз как с нормальным ВГД, так и декомпенсированным. В первую очередь это связано с элементами, обладающими осмотической активностью или входящими в состав осмотически активных веществ. Можно предположить, что от величины соотношения их концентраций по разные стороны биологической мембраны, разделяющей растворы с разными концентрациями элементов (в нашем случае это стенки цилиарных отростков, отделяющие кровь от влаги задней камеры), будет зависеть способность воды проникать через эту мембрану. Указанные данные представлены в табл. 1, 2 и на рис. 3.

Таблица 1.Концентрации химических элементов в ВПК глаза и в СК при нормальном ВГД и ПОУГ с декомпенсированным ВГД (на насыщенном гипотензивном режиме), а также градиент* и соотношение** этих концентраций — под градиентом концентрации предполагается разница между концентрацией химического элемента в ВПК глаза и концентрацией в СК (ВПК – СК); ** — под соотношением концентраций предполагается отношение концентрации химического элемента в ВПК глаза к концентрации химического элемента в СК (ВПК/СК). Примечание. р — коэффициент достоверности между показателями групп. * — под градиентом концентрации предполагается разница между концентрацией химического элемента в ВПК глаза при нормальном ВГД и концентрацией в ВПК глаза при повышенном ВГД (ВПК – СК).

Таблица 2.Концентрации химических элементов в ВПК глаза при нормальном ВГД и ПОУГ с декомпенсированным ВГД (на насыщенном гипотензивном режиме). Градиент концентраций* между группами Примечание. р — коэффициент достоверности между показателями групп. * — под градиентом концентрации предполагается разница между концентрацией химического элемента в ВПК глаза при нормальном ВГД и концентрацией в ВПК глаза при повышенном ВГД (ВПК – СК).

Рис. 3.Соотношение концентраций химических элементов Na (а), K (б) во влаге передней камеры глаза и в сыворотке крови при нормальном уровне ВГД и ПОУГ с декомпенсированным ВГД.

Выявлено, что концентрация таких элементов, как Na, K и Ca, участвующих в составе основных электролитов, в составе ВПК стабильно выше, чем в СК. В обеих группах эти данные были близки к эквивалентным.

Вопрос об изучении концентрации N имеет дополнительные особенности. N входит во все белковые соединения и в состав мочевины, концентрация которой в крови значительно варьирует в зависимости от состояния организма, физической нагрузки и рациона питания [28]. По этой причине реконструировать принадлежность N, выявленного при исследовании в CК, к конкретным химическим соединениям, в нашем исследовании было проблематично. Однако представляет несомненный интерес существенное превышение концентрации этого вещества во ВПК, взятой из глаз с декомпенсированным ВГД по сравнению с концентрацией во ВПК в глазах с нормальным ВГД.

S является одним из биогенных элементов и входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин) и некоторых ферментов [29]. По этой причине аналитическая реконструкция химических веществ сыворотки крови, к которым принадлежит выявленная S, так же затруднительна, как и реконструкция веществ, содержащих N. При сравнении концентрации S во ВПК обеих групп представляет интерес значительное превышение концентрации S в группе с ПОУГ с повышенным ВГД по сравнению с нормотоничными глазами.

Выявленные соотношения концентраций таких химических элементов как Si, P и Mg между ВПК и СК как при нормальном, так и при декомпенсированном ВГД, практически не менялись.

Выводы

1. Независимо от уровня ВГД характерно стабильное превышение концентраций Na, К и Ca в ВПК глаза по сравнению с содержанием этих элементов в СК.

2. При нормальном ВГД соотношение концентраций Na в ВПК и СК составило 1,51/1,30, а при декомпенсированном ВГД — 1,49/1,31. Аналогичные показатели для К соответственно составили 0,11/0,03 и 0,12/0,03, а для Ca — 0,06/0,04 и 0,07/0,05.

3. Повышение уровня ВГД сопровождается увеличением концентраций N и S в ВПК.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: A.Е., И.Н., Л.М.

Сбор и обработка материала: И.Н., Л.М., И.Г., К.А.

Статистическая обработка: И.Н., Л.М.

Написание текста: А.Е., И.Н., Л.М.

Редактирование: А.Е., И.Н.

Конфликт интересов отсутствует.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail