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

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.

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.

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.

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.

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.

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.