Возрастные особенности физиологии и биохимии глаза | Руководство по детской офтальмологии

Описание

Видоизмененный метаболизм нарушает функции жизненно важных органов. Врожденные наследственные нарушения обмена веществ нередко носят необратимый характер и имеют неблагоприятный прогноз. Все это наблюдается и при поражении глаза. К таким нарушениям можно отнести воспалительные заболевания глаз у детей, которые обусловлены многими общими заболеваниями.

Как известно, лечение этих воспалительных заболеваний глаз у детей не всегда эффективно. Это связано с тем, что не до конца изучены важнейшие регуляционные зависимости физиологических и биохимических показателей глаза. В связи с этим в последние годы большое значение приобрели изучение и оценка показателей обменных процессов при патологическом состоянии глаза и способы их нормализации с помощью различных гормональных» веществ.

Целенаправленное воздействие лекарственных препаратов при воспалительном заболевании глаз зависит от возрастных особенностей физиологического состояния глаза. С точки зрения фармакологии важно активное восприятие лекарств свободными рецепторными структурами глаза.

Вместе с тем возможно, что в процессе развития и формирования зрительных функций в глазу существенно изменяются соотношения не только различных рецепторных структур, но и веществ, связанных с эффекторными клетками тканей глаза.

В роговице обнаружено большое количество кислых и нейтральных ГАГ, коллаген роговицы характеризуется очень высоким содержанием азота, глицина, пролина, оксипролина и низким уровнем серосодержащих аминокислот и триптофана. В хрусталике содержатся водорастворимые белки — кристаллины, количество которых с возрастом уменьшается. Содержание нерастворимых белков увеличивается, особенно при катаракте.

В эпителии и капсуле хрусталика установлено присутствие связанных и свободных липидов, липопротеидов и гликолипидов, фосфатидов, нейтральных жиров.
Углеводы представлены мукополисахаридами (гликозаминогликанами), гликогеном, находящимся в клетках, сиаломукопротеидами.

Из кислых гликозаминогликанов (КГАГ) содержатся кератансульфат, гепарансульфат, хондроитинсульфат В, гиалуроновая кислота. В коллагене много оксипролина. Капсула хрусталика содержит большое количество метаболически важных веществ — много белков, обладающих функционально активными Н2-, Н и В2-группами, различных нейтральных и КГАГ, свободных и связанных липидов. Все эти компоненты в первую очередь КГАГ и фосфатиды выполняют функции регуляции проницаемости воды, ионов, аскорбиновой кислоты, глюкозы, молочной кислоты и других соединений, от чего во многом зависит прозрачность хрусталика.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Сетчатка, так же, как и мозг, содержит большое количество глютаминовой кислоты, глютамина и микроэлементов, которые являются компонентом окислительных ферментов. Из белков в сетчатке преобладают Н-, Н2-, СООН- етруппы белков. Липиды сетчатки представлены холестерином, фосфолипидами, сфинголипидами и др.

Аминокислотный состав сетчатки и других тканей глаза крайне разнообразен: глицин, пролин, оксипролин, аспарагиновая кислота, треонин, серин, глютаминовая кислота, аланин, валин, изолейцин, лейцин, тирозин, триптофан, гистидин, лизин, аргинин, фенилаланин, метионин, цистеин и др.

В настоящее время установлено, что эмбриональные ткани глаза включают различные типы адренергических, холинергических кортикостероидных и, возможно, других типов гормональных рецепторов. Следствием функционирования этих рецепторов может быть изменение углеводного, белкового или липидного обмена в тканях глаза. Между тем еще недостаточно изучены такие вещества, как катехоламины, моноамины, кортикостероиды и др., которые, несомненно, активно участвуют в регуляции не только углеводного, но и белкового обмена в тканях глаз у детей различного возраста.

Возрастные особенности обмена углеводов в тканях глаза. Результаты определения содержания углеводов в различных тканях глаза свидетельствуют о том, что с возрастом в роговице и других структурах глаза увеличивается потребление углеводов, в большей степени глюкозы. В эпителии роговицы у взрослых содержится около 100 - 110 мг глюкозы на 100 мл жидкости.

В расчете на 1 см2/ч поверхности роговицей усваивается до 110 мкг глюкозы, из которой большая часть (85%) превращается в молочную кислоту, а меньшая (15%) окисляется в результате прямого окисления (из 100 мг глюкозы получается 4,7 мкг гликогена и 91,2 мкг молочной кислоты). В результате активно протекающего гликолиза в роговице образуется около 3 мкмоль АТФ на 1 см2/ч. Этого количества энергии достаточно для нормального функционирования всех слоев роговицы.

При воспалительной реакции усиливается транспорт глюкозы и увеличивается выход молочной кислоты. Незначительная травма, например, связанная с наложением контактных линз, в первые минуты вызывает воспалительную реакцию, в результате чего увеличивается содержание глюкозы и молочной кислоты в эпителии роговицы. Вследствие воспалительной реакции в роговице изменяются обмен в различных ее слоях и транспорт наиболее важных в энергетическом отношении веществ, таких как глюкоза пируват и др.

Увеличение количества глюкозы, поступающей в ткани глаза объясняется ростом сосудистой сети глаза и, возможно, накоплением в ней гликогена. Однако по мере роста глаза наблюдается увеличение содержания гликогена не в сосудистой оболочке глаза как можно было предположить, а в сетчатке.

У детей количество гликогена в расчете на массу хрусталика не увеличивается, а у взрослых содержание гликогена около 30 мг на 1 г массы хрусталика. Накопление гликогена происходит только в кортикальной зоне хрусталика.

В сетчатке с возрастом увеличивается количество гликогена вблизи нервных волокон, во внешнем плексиформном слое и экваториальной области. Особенности превращения глюкозы и ее синтез в сетчатке в общих чертах сходны с обменом глюкозы в печени.

Установлено, что наиболее высокая активность гликогенсинтетазы наблюдается в сетчатке новорожденных. По мере роста и развития глаза она снижается почти в 3 раза. В радужке и ресничном теле активость гликогенсинтетазы относительно высокая в первые месяцы и значительно снижается у взрослых. В собственно сосудистой оболочке отмечено снижение активности гликоген-синтетазы у взрослых по сравнению с новорожденными. Таким образом, во всех исследованных тканях глаза активность гликогенсинтетазы у взрослых по сравнению с новорожденными в большей или меньшей степени снижается.

Активность гексокиназы наиболее высока в сетчатке, в сосудистой оболочке она в 2 - 3 раза ниже. Содержание глюкозы в крови зависит не только от поступления глюкозы или ее предшественников в организм, но и от содержания в крови гормональных веществ типа инсулина, гликогена и адреналина. У плода надпочечники с помощью кортикотропина (АКТГ) и адреналина контролируют синтез распада гликогена основного поставщика глюкозы.

Сразу после рождения запас гликогена значительно уменьшается, но уже через несколько дней он восстанавливается, следовательно, поступление глюкозы в глаз в раннем возрасте может изменяться. Содержание глюкозы в глазу не является постоянной функцией организма и не обусловлено генетическими возможностями, а в большей степени зависит от сосудистой системы, транспортных механизмов и гормонального контроля.

Выявлена изменяющаяся активность «ключевых» ферментов гликолиза — гексокиназы, фосфорилазы и гликогенсинтетазы в зависимости от возраста. Активность гликогенсинтетазы в тканях глаза молодых и взрослых кроликов изменялась по-разному. У месячных животных активность снижалась на 50%, у взрослых в тех же тканях наблюдалось увеличение активности на 190— 200%.

Активность гликогенсинтетазы можно регулировать с помощью ряда метаболитов, которые являются ингибиторами или активаторами этого фермента. Так, аденозинтрифосфат (АТФ), аденозиндифосфат (АДФ), инозинтрифосфат, инозиндифосфат ингибируют синтетазу. Высокий уровень гликогена может предотвращать это блокирование.

Представляет интерес действие иона Мg2+. Оказалось, что маший увеличивает сродство гликогенсинтетазы к глюкозо-6-фосфату (Г-6-Ф), предотвращая тем самым ингибирование. В полиморфно-ядерных лейкоцитах человека 2 мкмоль АТФ блокируют переход гликогенсинтетазы при малом содержании гликогена. При высоких концентрациях АТФ ингибирование возрастает с 5 до 58%; 1 ммоль Г-6-Ф предотвращает блокирование АТФ при низких концентрациях гликогена лучше, чем при высоких.

В связи с этим предполагают, что фосфотаза, катализирующая превращение гликогенсинтетазы, существует в двух формах. Одна форма при высоких концентрациях гликогена ингибируется АТФ, а другая при низких его концентрациях не ингибируется АТФ.

Регуляция активности гликогенсинтетазы тесно связана с регуляторной сетью клеточных метаболитов через субстраты гликолиза и цикла трикарбоновых кислот, которые активируют L-форму. Карбоксильные кислоты увеличивают сродство фермента Г-6-Ф. Однако действие этих кислот отличается от действия Г-6-Ф в отношении АТФ: они не защищают фермент от ее ингибирующего действия.

Другим примером может служить активация гексокиназы в фосфофруктокиназы аминами и стероидами. Так, активность гексокиназы в тканях глаза стимулируется гидрокортизоном и блокируется адреналином, в большей степени у новорожденных.
Установлено, что фосфофруктокиназная активность под влиянием адреналина и серотонина снижается в сетчатке и не снижается в сосудистой оболочке.

В большинстве экспериментов наблюдалась активация фосфофруктокиназы в глазу подопытного кролика по сравнению с контрольным после инъекции гидрокортизона и дексаметазона взрослым животным.

Под действием гидрокортизона увеличивается активность фосфофруктокиназы в сетчатке, ресничном теле и сосудистой оболочке, тогда как после инъекции дексаметазона на 10 - 50% повышается активность и в других тканях глаза, за исключением хрусталика и стекловидного тела.

В хрусталике человека (у взрослых) наиболее тщательно изучены многие ферменты углеводного обмена. Полученные данные показывают, что в хрусталике человека, так же, как и у кролика или обезьяны, лимитирующими ферментами гликолиза являются гексокиназа, альдолаза, фосфофруктокиназа и ферменты гексозомонофосфатного шунта. Можно предположить, что активность ферментов у детей несколько ниже по сравнению со взрослыми.

Практический интерес обычно представляют не продукты обмена углеводов в тканях и жидкостях глаза, а их ферменты. В последние годы чаще проводят исследования жидкостей глаза и слезной жидкости, чем тканей. Активность ферментов в жидкостях глаза значительно выше, чем в сыворотке крови. В слезной жидкости активность ферментов в 10 раз и более выше по сравнению с сывороткой крови.

У детей информативным показателем может быть активность лактатдешдрогеназы (ЛДГ), так как она определена в норме и по изоферментному спектру более близка к тканям глаза, чем к сыворотке (табл. 4).

Таким образом, у детей в возрасте до 8 лет активность ЛДГ в слезной жидкости ниже 2 МЕ/мл, тогда как у детей старше 10 лет она повышается до 2 МЕ/мл и более. В сыворотке крови детей активность ЛДГ с увеличением возраста не изменяется.

Возрастные особенности обмена аминов и 11-оксикортикостероидов (11-ОКС). В условиях целостного органа гормоны и медиаторы являются посредниками между сложными химическими реакциями и нервными сигналами. В результате создается определенная цепь контролирующих механизмов: нервная система - гормоны гипофиза - гормоны других эндокринных желез — ферменты энергетического обеспечения.

Исследования показали, что в тканях сосудистой оболочки содержание адреналина больше, чем в сетчатке, хрусталике и жидких средах глаза. В хориоидее новорожденных адреналина больше, чем в радужке. После рождения содержание адреналина в радужке увеличивается, а затем существенно не изменяется, в хориоидее — сначала уменьшается, а затем увеличивается. В ресничном теле динамика содержания адреналина такая же.

В сетчатке, стекловидном теле и хрусталике отмечается кратковременное снижение уровня адреналина только в первые сутки после рождения, а затем он восстанавливается. В крови по сравнению с тканями глаза и внутриглазными жидкостями содержание адреналина значительно меньше, однако с возрастом также наблюдается его увеличение.

У новорожденных животных уровень серотонина выше в сетчатке, чем в тканях сосудистой оболочки. В хрусталике с момента рождения и до полового созревания содержание серотонина постепенно уменьшается.

Таким образом, наиболее высокий уровень адреналина отмечается в радужке, ресничном теле и хориоидее. С возрастом содержание адреналина во всех исследованных тканях глаза увеличивается. Исключение составляет сетчатка, в которой уровень адреналина невысок и сохраняется постоянным.

Можно предположить, что адреналин и серотонин имеют непосредственное отношение к гликолизу, следовательно, существует сопряженное изменение в содержании АТФ и адреналина.

Если сравнивать возрастные изменения содержания адреналина и серотонина в тканях глаза у животного и человека, то можно установить, что они неодинаковы. Уровень серотонина у человека значительно ниже по сравнению с экспериментальными животными: в крови его содержание составляет 0,12 мкг/мл, в тканях мозга — около 0,014 мкг/г.

Пока неясно, в какой форме серотонин и адреналин наиболее активны в ферментативных процессах, происходящих в глазу. Можно предположить, что их действие в тканях глаза существенно не отличается от действия в мышцах.

Установлено, что уровень гидрокортизона в плазме крови детей составляет 9,5 нг/мл и с возрастом повышается. Соотношение кортикостероидов и гидрокортизона у взрослых 1:10. Суммарное содержание 11-ОКС в сыворотке, определяемое утром, почти в 2 раза ниже, чем днем. В жидкости передней камеры глаза содержание гидрокортизона еще ниже — 32,0 ±10,1 нг/мл.