Катаракта. Радиация.

Старение.

К.О. Муранов, Н.Б. Полянский, А.Н. Абросимова, Н.Л. Шеремет, М.А. Островский

Катаракта – основная причина

слепоты в мире

• Возраст

• Диабет

• Ультрафиолет

• Наследственность

• Радиация (Chalupecky, 1897)

ВОЗ 2005, 117 сессия

Основные факторы:

Риск возникновения

радиационной катаракты

• 2 Gy – однократное облучение

• 4 Gy – дробное облучение – International Commission on Radiological

Protection (Annals of the ICRP, Vol. 37, Elsevier,

Amsterdam, 2007)

• 0.7 Gy – однократно – Minamoto et al., Int.J.Radiat.Biol. 2004, 80, 339

– Worgul,B.V., et al., Radiat.Res. 2007, 167, 233

– Chodick,G., et al., Am.J.Epidemiol. 2008, 168, 620

Радиация и катаракта

• Последствия атомных бомбардировок и испытания ядерного оружия

• Аварии на атомных станциях

• Облучение в клинике

– радиотерапия, компьютерная томография, рентгеновские обследования

• Профессиональное облучение

• Загрязнение материалов – Продолжительное облучение в низких дозах,

0 – 3 Sv, Тайвань, 1980 г.

• Авиация и космонавтика

Катаракта и космос

• Исследования на экспериментальных животных – Б.С. Федоренко, Basil Worgul и др.

• Обследования космонавтов и летчиков высотной авиации – Cucinotta 2001, Rastegar 2002, и др.

• NASA Study of Cataract in Astronauts (NASCA) – Связь между возникновением катаракты и

воздействием галактического излучения на астронавтов

– Дозовая зависимость возникновения помутнения с учетом дополнительных факторов: питание, образ жизни, солнечная инсоляция и т.д.

Взаимодействие

катарактогенных факторов?

• Ионизирующая радиация

• Солнечная радиация (УФ)

• Возраст

Глаз и хрусталик

Развитие хрусталика в

онтогенезе

Зачатки:

1 – сетчатки; 2 - хрусталика

Строение хрусталика –

лукообразный апельсин

Хрусталик мыши, растровая

электронная микроскопия

Особенности физиологии

хрусталика

• Волоконные клетки хрусталика не обновляются

• Белки хрусталика: a- b- g-кристаллины не обновляются

• Концентрация белка в клетках экстремально высока: – Человек 350-400 мг/мл

– Мышь – 900 мг/мл

Катаракта и точки светорассеяния

• Нарушение структуры на клеточном и

субклеточном уровнях

А Б

В

Катаракта и точки светорассеяния

• Теория прозрачности хрусталика

- G. Benedek, Appl. Opt. 1971, 10, 459

• Metlapally et al., Exp. Eye Res. 2008, 86, 434

A – катаракта человека

Б – прозрачный хрусталик

В – крысы OXIS

Г – крысы Wistar

Анализ текстуры цитоплазмы с

помощью теории светорассеяния

Debye-Bueche

Катаракта и точки светорассеяния

• Морфологические изменения хрусталика

(упаковка и микроструктура клеток

хрусталика)

• Нарушение упаковки белков кристаллинов

цитоплазмы клеток хрусталика

Классификация катаракт

по локализации

Взаимодействие

катарактогенных факторов?

• Ионизирующая радиация

• Солнечная радиация (УФ)

• Возраст

Задача исследования:

• Изучить изменения хрусталика мыши на органном, клеточном/субклеточном и молекулярном уровнях при

– старении

– воздействии радиации

– воздействии ультрафиолета

– комплексном воздействии старения, радиации и ультрафиолета

Схема эксперимента

• Группа контроля – старение

• Облучение ультрафиолетом (ежедневно)

• Облучение g-лучами (2 Gy, однократно)

• Воздействие g-лучами + ультрафиолет

Обследование глаз мышей

методом экспертных оценок

Обследование глаз мышей методом

экспертных оценок Помутнение хрусталика оценивается с помощью

«6-балльной» шкалы

Отражение от роговицы – 1;

Отражение от капсулы

хрусталика – 2;

Диффузное помутнение – 3;

Локальное помутнение – 4;

Катаракта. Схема анализа.

• Данные измеренные в баллах

• Непараметрический ранговый тест Краскела-Уоллиса – достоверна ли разница между группами?

• Непараметрический тест Коновера – как группы отличаются друг от друга?

• Старение, ультрафиолет, радиация вызывают образование однотипных помутнений хрусталика

• «Мощность» повреждающих факторов возрастает в ряду:

Старение – Ультрафиолет – Радиация

– Сумма воздействия 3 факторов

Морфологические исследования Схема приготовления гистологических препаратов хрусталика

Распластанный эпителий Сагиттальный срез хрусталика

Гематоксилен-эозин Метиловый синий-Фуксин

Патогистологические изменения хрусталика,

обнаруживаемые на срезах: вакуолизация и

кариорексис

Нормальные ядра, и

кортикальные волокна

Микровакуолизация

Стадии гибели ядер:

уплощение и дефрагментация

Патогистологические изменения,

обнаруживаемые на срезах хрусталика:

1

2 3

Набухание

кортикальных волокон

приводит к истончению

и разрывам капсулы

хрусталика

Патогистологические изменения,

обнаруживаемые на срезах хрусталика:

Перерождение клеток эпителия -

образование фибробластоподобных клеток

• Во всех экспериментальных группах

обнаруживаются однотипные

патогистологические изменения

• Исследованные повреждающие

факторы (старение, ультрафиолет,

радиация) не вызывают

специфических гистологических

изменений в хрусталике

Исследование белков хрусталика • Разностный электрофорез

(Differential Gel Electrophoresis, DIGE)

Cy-3 и Сy-5

MW

PI

Флуоресценция геля светом с разной

длиной волны

Различий между образцами не обнаружено

Водорастворимые (А) и водонераствормые (В) белки

Результаты:

• Методом биомикроскопии показано, что старение, ультрафиолет и g-лучи вызывают появление однотипных помутнений в хрусталике мышей

• Гистологическими методами показано, что старение, ультрафиолет и g-лучи вызывают однотипные патологические изменения как в ткани самого хрусталика, так и в клетках его эпителия

• Методом дифференциального электрофореза показано, что старение, ультрафиолет и g-лучи не вызывают специфических изменений белкового состава хрусталика

Вывод:

• Помутнение хрусталика вызывается

нарушением молекулярной структуры

упорядоченного геля цитоплазмы

клеток хрусталика

• Молекулярный механизм образования

катаракты един для всех

повреждающих факторов

Морфология и помутнение

хрусталика

al-Ghoul & Costello, Curr. Eye Res., 1996, 15, 553

Радиация и старение

• На 11 – 13 месяцы жизни хрусталик

мышей, облученных х-лучами,

эквивалентен по морфологии

хрусталику животных возрастом

24 – 29 месяцев жизни

– Pendergrass et al., Mol Vis, 2010, 16, 1496

Взаимодействие

катарактогенных факторов?

• Ионизирующая радиация

• Солнечная радиация (УФ)

• Возраст

1+1+1 = 3

1+1+1 > 3

Взаимодействие

катарактогенных факторов?

• Различие только в степени

помутнения хрусталика

• Необходима количественная

оценка степени помутнения

хрусталика

Количественная оценка степени

помутнения хрусталика

Шеймфлюг камера

Количественная оценка степени

помутнения хрусталика

Anzari et al., Exp Eye Res, 2001, 73, 859

Динамическое светорассеяние

Количественная оценка степени

помутнения хрусталика

Исследование in-vitro

Исследование in-vivo

Лазерная сканирующая

конфокальная микроскопия

(Leica TSC SP-5)

• Использование линий мышей с

разными сроками развития катаракты:

– (C57BL/6 х C3H)F1 – 24 – 26 мес

– (C57BL/6 х DBA/2)F1 – 12 – 14 мес

Учет вклада старения в

катарактогенез

Краткий итог

• Возникновения катаракты под воздействием различных повреждающих факторов имеет единый механизм

• Воздействие ионизирующего и неионизирующего излучения ускоряет процесс старения хрусталика = возникновение катаракты

• Изучение вклада каждого катарактогенного фактора возможно только с использованием количественной оценки степени помутнения хрусталика

Спасибо за внимание