CC BY
35
УДК 617.741-004.1-092.9
СИСТЕМА ГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ВОДНОГО ГОМЕОСТАЗА ХРУСТАЛИКА
В.А. Сумеркина
Челябинская государственная медицинская академия Росздрава, г. Челябинск
В условиях in vitro на изолированных хрусталиках крысы показано, что активность аквапоринов находится под регуляторным влиянием биологически активных веществ - вазопрессина, стероидов, компонентов ренин-ангиотензиновой системы. Источником рассматриваемых пептидов в структуре глаза является цилиарное тело.
Ключевые слова: хрусталик, вазопрессин, цилиарное тело, аквапорины, катарактогенез.
Введение. Большой научный интерес представляют патофизиологические механизмы, лежащие в основе катарактогенеза. Различные нарушения гомеостаза хрусталика вызывают изменение структуры водорастворимых белков ядра хрусталика - кристалл инов, что приводит к формированию помутнения. В патогенезе катаракты важная роль принадлежит дисбалансу ионов кальция, нарушению углеводного обмена, воздействию токсических агентов, ионизирующего излучения [15,
16, 17]. В нашем предыдущем исследовании было показано, что наиболее значимое влияние на прозрачность хрусталика оказывает изменение его водного гомеостаза. Так блокада водных каналов эпителия капсулы (AQP1) ионами ртути вызывает помутнение хрусталика в более короткие сроки по сравнению с воздействием других патологических факторов [2].
Основными структурами, участвующими в поддержании водного гомеостаза хрусталика являются белки плазматических мембран - аквапорины (AQP0 волокнистых клеток и AQP1 эпителиальных клеток капсулы) [5, 8, 9, 10, 12, 14]. В литературе описаны механизмы гуморальной регуляции активности различных изоформ аквапоринов в почках, головном мозге, лёгких, однако относительно AQP хрусталика этот вопрос остаётся открытым [3, 11].
Цель исследования - в условиях in vitro изучить влияние на прозрачность хрусталика эстрогенов, вазопрессина, блокады ангиотензинпревра-щающего фермента (АПФ). Кроме того, нам представляется актуальным определить в структуре зрительного анализатора источник биологически активных веществ, регулирующих активность аквапоринов хрусталика. В качестве источника гуморальных регуляторов мы предполагаем цилиарное тело, в этой связи во второй серии экспериментов было изучено влияние на прозрачность хрусталика экстракта цилиарного тела.
Материалы и методы. Эксперименты выполнены in vitro на изолированных хрусталиках взрослых лабораторных крыс обоего пола (п = 251).
Хрусталики культивировали в стерильном физиологическом растворе, стандартизованном по содержанию ионов кальция и глюкозы при 37 °С. В зависимости от условий культивирования было выделено 8 экспериментальных групп:
1 группа - контроль (культивирование в физиологическом растворе) (п = 31);
2 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем 25 пг/мл десмопрес-сина ацетат (синтетический аналог вазопрессина) (п = 31);
3 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем 23 пМ каптоприла (блокатор АПФ) (п = 33);
4 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем 100 пМ синэстрола (синтетический эстрогенный препарат нестероидного строения) (п = 32);
5 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем в своём составе экстракт цилиарного тела 0,02 % (п = 31);
6 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем в своём составе экстракт цилиарного тела 0,03 % (п = 31);
7 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем в своём составе экстракт цилиарного тела 0,04 % (п = 31);
8 группа - культивирование в физиологическом растворе, содержащем в своём составе экстракт цилиарного тела 0,05 % (п = 31).
На протяжении всего периода инкубирования визуально оценивали прозрачность хрусталиков, используя разлинованную подложку, а также определяли изменение массы хрусталиков (ДМ, %). Все исследуемые хрусталики взвешивали на торсионных весах сразу после извлечения из глаза (Мо, мг) и через одни сутки культивирования (Мь мг). Рассчитывали изменение массы хрусталиков ДМ, %.
ДМ = ((Мг - М0)/ Мо)*Ю0, %.
Полученные экспериментальные данные были проверены на нормальность распределения с помощью критериев Колмогорова-Смирнова, Шапиро-Уилка, Эппса-Палли. При статистической об-
Проблемы здравоохранения
работке данных установлено, что распределение полученных величин не относится к нормальному. Для установления различия в наблюдаемых независимых выборках использовали непараметрические критерии Колмогорова-Смирнова, Вилкоксо-на-Манна-Уитни и Крамера-Уэлча. Доверительная вероятность 95 %.
Результаты и обсуждение. В первой серии экспериментов было исследовано влияние на водный гомеостаз хрусталика гуморальных факторов. Результаты проведенных экспериментов представлены в табл. 1.
Как известно, в качестве гуморальных регуляторов активности различных изоформ аквапоринов почек, лёгких, головного мозга выступают вазо-прессин, стероиды, компоненты ренин-ангиотен-зиновой системы. Наши эксперименты подтверждают регуляторное влияние этих биологически активных пептидов на водный гомеостаз хрусталика. Об этом свидетельствует изменение массы хрусталиков, культивируемых в присутствии эстрогенов и вазопрессина, достоверно отличающееся от контрольной группы.
По литературным данным, эстрогены способствуют поддержанию прозрачности хрусталика, повышая переживаемость эпителиальных клеток капсулы [18]. Однако система регуляторного воздействия эстрогенов на водный гомеостаз хрусталика не описана. В наших исследованиях культивирование хрусталиков в среде, содержащей 100 пМ синэстрола, приводит к значительно большему увеличению их массы, чем в контрольной группе (опыт 14,4 ± 0,8 %; контроль - 8,9 ± 1,4 %). Увеличение массы хрусталиков можно связать с активацией аквапоринов, что приводит к избыточному скоплению воды под капсулой хрусталика. Однако, несмотря на это обстоятельство, полное помутнение наступает на 8,6 ± 0,4 сутки, что достоверно дольше, чем в контрольной группе (6,5 ± 0,3 сутки). Наблюдаемое нами влияние эстрогенов на прозрачность хрусталика можно объяснить блокированием процессов перекисного окисления липи-
дов, но для понимания механизмов регуляции водного гомеостаза хрусталика эстрогенами требуются дополнительные исследования.
Имеются сообщения о существовании локальной ренин-ангиотензиновой системы глаза, компоненты которой участвуют в регуляции продукции внутриглазной жидкости. Возможно, локальная ренин-ангиотензиновая система оказывает воздействие на систему циркуляции жидкости в хрусталике [13]. В эксперименте изменение массы хрусталиков в условиях блокады ангиотензин-превращающего фермента не различается с контрольной группой. Ингибитор АПФ каптоприл позволяет сохранять прозрачность хрусталиков до 9,0 ± 0,4 суток, что достоверно больше, чем в контрольной группе. Эксперименты показали положительное влияние блокады АПФ на прозрачность хрусталика, однако механизм указанного воздействия требует дальнейшего изучения.
Добавление в культуральную среду синтетического аналога вазопрессина (десмопрессина ацетат) в физиологической концентрации [1] позволяет существенно продлить срок сохранения прозрачности хрусталиков (полное помутнение в контрольной группе наступает на 6,5 ± 0,3 сутки, в опытной - на 9,7 ± 0,7 сутки). Также через одни сутки культивирования у данной опытной группы отмечалось большее увеличение массы, чем в контроле. Очевидно, вазопрессин увеличивает активность аквапоринов эпителия капсулы хрусталика (АС£Р1), что оптимизирует показатели водного гомеостаза, а значит сохраняет прозрачность.
Оптимальный баланс воды в хрусталике определяет максимальную функциональную активность водорастворимых белков - кристаллинов [3]. Последние, а в частности окристаллин, являются ша-перонами, то есть способствуют определению правильной укладки и функционированию белков [4]. Следует подчеркнуть роль именно эпителия капсулы хрусталика, который представлен всеми компартментами функционирующей клетки, в том числе и водными каналами мембраны, обеспечи-
Таблица 1
Сроки формирования различных степеней помутнения и изменение массы хрусталиков (ДМ, %) при культивировании в среде, содержащей эстрогены, вазопрессин и в условиях блокады АПФ (М ± т)
Параметр Группа
Контроль (п = 31) Вазопрессин (десмопрессина ацетат) (п = 31) Блокада АПФ (каптоприл) (п = 33) Эстрогены (синэстрол) (п = 32)
Изменение массы через одни сутки культивирования АМ, % 8,9 ± 1,4 11,8 ±0,6 8,6 ± 0,9 14,4 ±0,8
Начальное помутнение (2 степень), сутки 2,7 ± 0,2 2,0 ± 0,2 2,1 ±0,1 2,3 ± 0,2
Промежуточное помутнение (3 степень), сутки 4,9 ±0,3 5,6 ± 0,4 5,3 ± 0,2 5,6 ± 0,3
Полное помутнение (4 степень), сутки 6,5 ± 0,3 9,7 ± 0,7 9,0 ±0,4 8,6 ± 0,4
Сумерки на В.А.
Система гуморальной регуляции водного гомеостаза хрусталика
Таблица 2
Сравнительная оценка сроков помутнения и изменения массы хрусталиков (АМ, %) при культивировании в среде, содержащей экстракт цилиарного тела в различной концентрации (М ± т)
Параметр Группа
Контроль (п = 31) Концентрация экстракта цилиарного тела, %
0,02 % (п = 31) 0,03 % (п = 31) 0,04 % (п = 31) 0,05 % (п = 31)
Изменение массы через одни сутки культивирования АМ, % 8,9 ±1,4 13,7 ± 0,8 13,0 ±0,9 13,9 ±1,0 15,3 ± 0,7
Начальное помутнение (2 степень), сутки 2,7 ± 0,2 1,9 ±0,1 2,4 ± 0,2 1,9 ±0,2 2,1 ±0,2
Промежуточное помутнение (3 степень), сутки 4,9 ±0,3 5,3 ± 0,4 7,0 ± 0,5 5,5 ± 0,4 4,8 ± 0,4
Полное помутнение (4 степень), сутки 6,5 ± 0,3 7,9 ± 0,4 10,5 ± 0,7 8,7 ± 0,5 8,7 ± 0,5
вающими поддержание оптимального уровня водного гомеостаза хрусталика, что определяет его прозрачность.
Большой научный интерес вызывает поиск источника биологически активных веществ, участвующих в регуляции водного гомеостаза хрусталика. По нашему мнению, на эту роль претендует цилиарное тело, которое участвует в секреции внутриглазной жидкости. В этой связи во второй серии экспериментов хрусталики были культивированы в среде, содержащей различные концентрации экстракта цилиарного тела. В табл. 2 представлены результаты исследования.
Добавление в культуральную среду экстракта цилиарного тела позволяет существенно продлить срок сохранения прозрачности хрусталиков. Так в контрольной группе полное помутнение наступает на 6,5 ± 0,3 сутки, в то время как в опытных группах - от 7,9 ± 0,4 до 10,5 ± 0,7 сутки. Изменение массы хрусталиков в опытных группах достоверно больше, чем в контрольной. Однако между опытными группами различий по изменению массы не было обнаружено. Таким образом, можно полагать, что экстракт цилиарного тела, подобно вазо-прессину, влияет на водный гомеостаз хрусталика. При статистическом сравнении срока формирования полного помутнения хрусталиков и изменения их массы при культивировании в среде с добавлением десмопрессина, а также экстракта цилиарного тела различий обнаружено не было. Это обстоятельство позволяет предположить, что экстракт цилиарного тела в своём составе содержит определённое количество вазопрессина. Очевидно, в условиях in vivo цилиарное тело синтезирует во внутриглазную жидкость вазопрессин, который регулирует функциональную активность аквапо-ринов эпителия капсулы хрусталика.
Полученные нами экспериментальные данные согласуются с заключениями других авторов. М. Coca-Prados и J. Escribano рассматривают цилиарное тело в качестве мультифункциональной нейроэндокринной железы. Доказано, что цилиарное
тело обладает способностью продуцировать комплекс протеаз, нейропептидов, гормонов (натрий-уретический пептид), факторов роста. Доказана его роль в продукции стероидов и ангиотензина во внутриглазную жидкость. Все вышеперечисленные биологически активные вещества участвуют в поддержании водного гомеостаза различных структур глаза, в том числе и хрусталика [6].
Наряду с цилиарным телом активным продуцентом биологически активных веществ во внутриглазную жидкость является зрительный нерв. По мнению БасиЬо и соавторов, клетки зрительного нерва секретируют во внутриглазную жидкость задней камеры глаза комплекс факторов роста, оказывающих трофическое влияние на сетчатку [7]. Эти пептиды непосредственно контактируют с задней поверхностью хрусталика. Представляется перспективным определить регулирующее влияние биологически активных веществ, секретируемых зрительным нервом, на прозрачность хрусталика.
Вывод. Существует автономная система регуляции водного гомеостаза хрусталика. Цилиарное тело выступает в роли источника биологически активных веществ, регулирующих обмен воды (вазопрессин, стероиды, компоненты ренин-ангиотензиновой системы), которые, в свою очередь, влияют на функциональную активность ак-вапоринов 1 эпителия капсулы хрусталика.
Литература
1. Вовлечение интерстициальных структур почки в гидроосмотический эффект вазопрессина (морфофункционалъное исследование) / Л. В. Шесто-палова, В.А. Лавриненко, В.А. Шкурупий, Л.Н. Иванова // Труды ГУ Научного центра клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения РАМН. Приложение 1 к журналу «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины» за 2008 год / под ред. В.А. Шкурупия. — М.: Изд-во РАМН; 2008. - С. 8-12.
2. Сумеркинау В.А. Роль кальциевых каналов и аквапоринов эпителия хрусталика в развитии ка-
Проблемы здравоохранения
таракты irt vitro / В. А. Сумеркина, Г. К. Попов, Л.В. Воронова // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -2008. - Т. 145', № 2. - С. 144-148.
3. Agre, P. Aquaporin water channels (nobel lecture) / P. Agre // Angewandte chemie International edition. -2004. - V. 43. -P. 4278-4290.
4. Andley, U.P. Crystallins in the eye: function and pathology / U.P. Andley // Progress in retinal and eye research. - 2007. - V. 26. - P. 78-98.
5. Water permeability of С-terminally truncated aquaporin 0 (AQPO 1-243) observed in the aging human lens / L.E. Ball, M. Little, M. W. Nowak et al. // Investigative ophthalmology and visual science. -2003. - V. 44.-P. 4820-4828.
6. Coca-Prados, M New perspectives in aqueous humor secretion and in glaucoma: the ciliary body as a multifunctional neuroendocrine gland / M. Coca-Prados, J. Escribano // Progress in retinal and eye research. - 2007. -V 26.- P. 239-262.
7. Retinal ganglion cell-derived sonic hedgehog signaling is required for optic disc and stalk neuroepithelial cell development / G.D. Dakubo, Y.P. Wang, C. Mazerolle et al. //Development. - 2003. - V. 130. -P. 2967-2980.
8. Donaldson, P. Molecular solutions to mammalian lens transparency / P. Donaldson, J. Kistler, RT Mathias // News in physiological science. -2001. -V. 16, № 3.-P. 118-123.
9. Structure and function of water channels / Y Fujiyoshi, K. Mitsuoka, B. de Groot L. et al. // Current opinion in structural biology. - 2002. - V 12. -P. 509-515.
10. Aquaporins in complex tissues: distribution of aquaporins 1-5 in human and rat eye / S. Hamann, T. Zeuthen, M. La Corn et al. // American journal of physiology. Cell physiology. - 1998. - V. 274. -С. 1332-C1345.
11. Marples, D. Long-term regulation of aquaporins in the kidney / D. Marples, J. Fmkiaer, S. Nielsen // American journal of physiology. Renal physiology. - 1999. - V. 276. -F. 331-339.
12. Water channel properties of major intrinsic protein of lens / S.M. Mulders, G.M. Preston, P.M.T. Deen et al. // The Journal of biological chemistry. -1995. - V. 270, No 15. - P. 9010-9016.
13. Paul, M. Physiology of local renin-angiotensin systems / M. Paul, A. P. Mehr, R. Kreutz // Physiological reviews. -2006. - V. 86. - P. 747-803.
14. Characterization of human lens major intrinsic protein structure / K.L. Schey, M. Little, J.G. Fowler et al. // Investigative ophthalmology and visual sciences. - 2000. - V. 41. - P. 175-182.
15. Changes in lens membrane major intrinsic polypeptide during cataractogenesis in aged Hannover Wistar rats / L.J. Takemoto, W.C. Gorthy, C.L. Morin et al. // Investigative ophthalmology and visual sciences. - 1991. - V. 32, No 3. - P. 556-561.
16. Influence of age, diabetes, and cataract on calcium, lipid-calcium, andprotein-calcium relationships in human lenses / D. Tang, D. Borchman, M.C. Yappert et al. //Investigative ophthalmology and visual sciences. - 2003. - V. 44, N2 5.- P. 2059-2066.
17. Regulation of aquaporin water permeability in the lens/K. Varadaraj, S. Kumari, A. Shiels et al. // Investigative ophthalmology and visual sciences. -2005. - V. 46. -P. 1393-1402.
18. Oxidative damage to human lens epithelial cells in culture: estrogen protection of mitochondrial potential ATP, and cell viability / X. Wang, J.W. Simpkins, J.A. Dykens et al // Investigative ophthalmology and visual sciences. - 2003. - V. 44, № 5. -P. 2067-2075.
Поступила в редакцию 17 марта 2009 г.
