Осветление хрусталика

Осветление
хрусталика
М.Рачковский
Зрачок слепца
мутней воды стоячей
А.Тарковский
ЗДОРОВЬЕ
Капсула
Передний
кортекс^ л _ 1 ^
Схема развития
атаракта — наиболее частая
причина потери зрения,
особенно у пожилых людей. Многие
врачи считают эту болезнь таким же
спутником старости, как морщины или
атрофию мышц. Обычно, обнаружив
ее признаки, врач советует больному
дождаться, когда катаракта созреет, то
есть хрусталик станет совсем мутным,
а больной перестанет видеть этим гла­
зом, а затем отправляет его на опе­
рацию по замене хрусталика искус­
ственной линзой.
Не странно ли? Зубы, например, мы
обычно сначала пытаемся вылечить,
а лишь потом вставляем искусствен­
ные. Почему бы не вмешаться в раз­
витие катаракты на ранних стадиях и
не попытаться хотя бы замедлить его,
если не предотвратить? Однако сде­
лать это непросто. Во-первых, самые
начальные стадии трудно выявить.
Прозрачность хрусталика уменьшает­
ся медленно, и сам человек не сразу
это замечает. Часто ухудшение зре­
ния списывают на другие причины. А
врачи-офтальмологи при осмотрах
обычно проводят диагностику ката­
ракты с помощью фотощелевой лам­
пы, которая позволяет обнаружить
лишь явно выраженное помутнение.
Вторая причина более существен­
на. До недавних пор было непонятно,
какие молекулярные процессы приво­
дят к помутнению хрусталика, но без
этого невозможно разрабатывать бо­
лее совершенные методы терапевти­
ческого лечения. А стало быть, бес­
полезно заниматься и диагностикой.
Хрусталик — это не линза из одно­
родного вещества, а орган, состоящий
из клеток. Те, что находятся на эквато­
ре, сохраняют ядро и всю жизнь де­
лятся. В них, как и в клетках костного
мозга и кишечного эпителия, до пос­
ледних дней активен фермент теломераза, достраивающий концевые участ­
ки хромосом и позволяющий клеткам
делиться почти неограниченно.
После деления клетки, отложивши­
еся в толще хрусталика, движутся к
его заднему полюсу, теряют ядра, вы­
тягиваются и превращаются в волок-
хрусталика
^ri5# ■ я
человека
Эпителий
~~^~ " V - ^ h.
Циннова
связка
о»9
Эмбрионнальный
зачаток хрусталика
Первичное волокно
хрусталика
Ядра волокон
хрусталика
Задний кортекс
на. В результате живое увеличитель­
ное стекло с годами становится все
больше. Зоологи знают, что наиболее
точно возраст грызуна можно опре­
делить по весу его хрусталика.
Волокна хрусталика образуют мно­
жество щелевых контактов — специ­
альных каналов, которые связывают
их друг с другом в синцитий, то есть
в сверхклетку с общим обменом ве­
ществ. Этим хрусталик похож на сер­
дце. Однако большинство волокон
лишено ядра и многих органелл, на­
пример митохондрий. Их подпитыва­
ют энергией (то есть АТФ) эпители­
альные клетки, расположенные на пе­
риферии хрусталика.
В волокнах образуются белки-кристаллины, которые не обновляются с
момента их синтеза до самой смерти
организма. Можно только удивляться
тому, что они исправно служат деся­
тилетиями, не выходя из строя. И все
же в старости, а иногда и при болез­
нях, и при травмах хрусталик стано­
вится «мутней воды стоячей». Непос­
редственная причина этого —дегра­
дация кристаллинов. С возрастом они
изменяются химически и собираются
в агрегаты. Возможно, это происхо­
дит на мембранах клеток, где и фор­
мируются частицы, рассеивающие
свет. Скорее всего, химические из­
менения белковых молекул в какойто момент приводят к тому, что их
естественная укладка нарушается,
внутренние гидрофобные группы вы­
глядывают наружу, и тогда белки лег­
ко налипают на мембраны. Это пока
лишь гипотеза, однако весьма прав­
доподобная.
Но что действует на белки? О про­
исхождении катаракты спорили деся­
тилетия, находя различные изменения
в химии хрусталика. Известно, напри­
мер, что при развитии старческой
катаракты в хрусталике становится
больше натрия и меньше калия, что
нарушается водный баланс, что ей
способствует увеличение содержания
моносахаридов в крови (часто ката­
ракта развивается вследствие диабе­
та). Однако такие наблюдения были
отрывочны.
Многое стало ясно в конце 80-х го­
дов, когда занялись мембранами кле­
ток хрусталика. К этому времени уже
было известно о свободнорадикальных процессах и их роли в нормаль­
ной жизни клеток и в развитии раз­
ных патологий. Напомним,что сво­
бодные радикалы — это химически
активные частицы с неспаренными
электронами, которые образуются в
некоторых процессах окисления (в ос­
новном в митохондриях клеток). Они
запускают цепочки реакций, нередко
приводящие к нарушению фосфолипидов мембран, белков, нуклеиновых
кислот и других компонентов клетки.
При этом важно, что к разрушению
мембран (в мышцах, например)
нельзя относиться как к безусловно­
му злу: оно необходимо для обнов­
ления тканей при усиленных нагруз­
ках и в каких-то пределах полезно.
Изучение мембран и свободнорадикальных процессов в них направи­
ло усилия специалистов по новому
пути. В 1991 году в бельгийском го­
роде Генте в рамках программы по
исследованию старения в Европе был
проведен симпозиум «Мембраны хру­
сталика и старение». Один из орга­
низаторов этого симпозиума Г.Вренсен отметил: «Мембраны хрусталиковых волокон играют решающую роль
в развитии и поддержании высокой
упорядоченности структур хрустали­
ка. Появились веские основания счи­
тать, что нарушения мембранных про­
цессов являются главными причина­
ми развития катаракты».
15
Принцип работы фотощелевой лампы поймет всякий, кому
доводилось
видеть яркий луч света в темном помещении,
например от проектора
в кинотеатре. В луче видны все пылинки, рассеивающие
свет.
Врач-офтальмолог
также направляет луч от лампы через
вертикальную
щель в зрачок глаза и, глядя сбоку на хрусталик,
оценивает
его помутнение. Оценка эта во многом субъективна, и если явные
помутнения видны хорошо, то легкие начальные изменения
малоопытный
врач может не заметить. Действительно, всякий ли из нас
способен
оценить степень запыленности воздуха в комнате?
Основу мембран у клеток хрустали­
ка, как и у других клеток, составляет
двойной фосфолипидный слой. Он
очень чувствителен к действию актив­
ных форм кислорода, вызывающих
цепные процессы свободнорадикального окисления. Выпускники кафед­
ры биофизики 2-го Московского ме­
дицинского института (ныне Россий­
ский государственный медицинский
университет) М.А.Бабижаев и А.И.Деев, исследовав постадийно динами­
ку развития катаракты, доказали, что
перекисное окисление липидов игра­
ет ведущую роль в ее развитии. До
них ученые сравнивали нормальные
хрусталики, в которых еще не было
значительного окисления, с хрустали­
ками на конечных стадиях развития
катаракты, где все уже окислилось и
продукты окисления деградировали.
Работы наших ученых вошли в десят­
ку наиболее значимых по патогенезу
катаракты за 1985-1990 годы, на ос­
нове которых американский Нацио­
нальный институт здоровья сформи­
ровал новую программу исследова­
ний. Сейчас практически все специа­
листы согласны,что свободнорадикальное окисление мембран играет
ключевую роль в помутнении хруста­
лика. Вот в чем она состоит.
Свободные радикалы проникают в
волокна хрусталика, вероятно, из эпи­
телиальных клеток, которые активно
дышат (то есть окисляют). Кроме того,
пигменты-кинуренины, поглощающие
ультрафиолетовый свет в А-диапазоне при взаимодействии с кислородом,
могут генерировать синглетный кис­
лород, обладающий повышенной ре­
акционной способностью. При неко2
16
торых патологиях в хрусталик из легкоокисляемых фосфолипидов сетчат­
ки могут диффундировать перекиси
липидов, тоже очень активные.
В хрусталике свободные радикалы и
липоперекиси атакуют фосфолипиды
мембран. Те окисляются и, в свою оче­
редь, тоже генерируют липоперекиси,
а также не менее опасные для клетки
альдегиды. При этом нарушается ба­
рьерная функция мембран, в норме не
позволяющих ионам свободно прохо­
дить в клетку, а из нее — наружу. Пока
мембрана цела, она регулирует пере­
мещение ионов, так что по разные сто­
роны от нее формируется электричес­
кий потенциал. Когда мембрана пор­
тится, мембранный потенциал клеток
снижается и угнетается их энергетика,
необходимая для поддержания нор­
мальной структуры клеток, а от нее
зависит прозрачность хрусталика. Кро­
ме того, хотя на мембраны приходит­
ся не больше 5% объема хрусталика,
их вклад в рассеяние света достигает
половины. Когда упорядоченность мем­
бран нарушается, в них формируются
пузырьки и извитые образования, ко­
торые еще больше рассеивают свет.
Окисление в хрусталике, как и в
других органах, сдерживается антиоксидантными системами — веще­
ствами и ферментами,нейтрализую­
щими свободные радикалы. Антиоксиданты действуют в живой клетке
совместно. В разных тканях их коли­
чество и соотношение различаются,
ведь и обмен веществ в них протека­
ет неодинаково.
Важнейшие из антиоксидантов —
глутатион и зависимые от него фер­
менты. Содержание глутатиона в эпи-
телии хрусталика более чем в десять
раз превосходит его содержание в
клетках других тканей млекопитаю­
щих. В жидкости, омывающей хрус­
талик (водянистой влаге), содержит­
ся еще один антиоксидант —аскор­
биновая кислота, причем ее там при­
мерно в двадцать раз больше, чем в
крови.
Около двадцати лет назад ученые
обратили внимание еще на один анти­
оксидант—дипептид карнозин (3) (от
латинского саго, carnis — мясо). Это загадочное соединение открыл в 1900
году наш соотечественник В.С.Гулевич,
выделив его из говядины. Всю жизнь
занимался исследованием необычно­
го вещества его ученик, патриарх со­
ветской биохимии академик С.Е.Се­
верин, отдали ему дань и многие дру­
гие ученые. Было ясно, что это очень
важное соединение, но его функция и
механизм действия долгое время были
неизвестны. В начале 80-х годов на
кафедре биохимии МГУ, которой за­
ведовал С.Е.Северин, появилось
предположение, что карнозин защи­
щает мембраны (в частности, мемб­
раны митохондрий) от окислительно­
го стресса, а к концу десятилетия оно
было доказано в ведущих лаборато­
риях мира. В 2000 году открытию карнозина исполнилось 100 лет, и в оз­
наменование этого юбилея редакция
журнала «Биохимия» посвятила целый
номер (т.61, № 7) исследованиям со­
единения.
Карнозин — это водорастворимый
антиоксидант, который нейтрализу­
ет в первую очередь ОН-радикалы,
синглетный кислород и перекиси ли­
пидов. Содержится он в основном в
возбудимых тканях. Но помимо не­
рвов и мышц, вероятно, играет не­
малую роль в поддержании нормаль­
ной деятельности хрусталика. Инте­
ресно, что у птиц есть соединение,
похожее на карнозин. Его называют
анзерином (от латинского anser —
гусь). У морских млекопитающих и
змей были найдены и другие произ­
водные карнозина.
В глазах птиц очень много карно­
зина, а вот катаракта у них почти не
Что еще можно почитать о карнозине
А.А.Болдырев. Карнозин. «Химия и Жизнь», 1997, №10;
А.А.Болдырев. Карнозин. М.: Изд-во МГУ, 1998.
Контакты
International Anti-Aging Systems (Great Britain):
www.antiaging-systems.com.
Американский фонд инноваций (American Commercialization
Institute): www.33brinkster.com
«OcuZyme»: http://www.ocuzyme.com
ЗДОРОВЬЕ
встречается. И это несмотря на то,
что многие из них совершают дли­
тельные перелеты на большой высо­
те, где так ярок ультрафиолетовый
свет, или, как водоплавающие птицы,
подолгу смотрят на гладь воды, хо­
рошо отражающую его. (Известно, что
ультрафиолет —один из главных фак­
торов развития катаракты.)
На высокое содержание карнозина
в глазах птиц первым обратил вни­
мание Л.М.Броуде, еще один ученик
Гулевича. Отсюда недалеко было до
идеи — защитить хрусталик от помут­
нения с помощью дипептидов — антиоксидантов. С собаками этот номер
прошел — пожилые Шарики и Мось­
ки начинали видеть намного лучше
после закапывания раствора карно­
зина в глаза. Однако ввести карно­
зин в хрусталик человека не так про­
сто. Если закапать в глаз его раствор,
то в водянистой влаге, на пути от ро­
говицы к хрусталику, он будет разру­
шен ферментом карнозиназой. При
этом образуется гистидин, который
легко превращается в гистамин —
медиатор аллергических реакций,
оказывающий при введении извне
такое же действие, как и любой ал­
лерген.
Российский ученый М.А.Бабижаев
совместно с зарубежными коллегами
решил «обмануть» карнозиназу, со­
хранив при этом активное начало пре­
парата. Для этого создали синтети­
ческий препарат, похожий на природ­
ное вещество, но группу, по которой
карнозиназаузнает карнозин, замас­
кировали: на N-конец пептида (аминную группу бета-аланина) навесили
ацетильную группу (4). Теперь пре­
парат не разрушается карнозиназами, проникает в клетки хрусталика,
превращается в карнозин и, действуя
как антиоксидант, защищает линзу от
помутнения. Несколько такихпсевдодипептидов получили международный
и российский патенты.
Одно из производных карнозина
испытывали на крысах, у которых ка­
таракта развилась вследствие диабе­
та. Эти работы проводили в Монако
и университете Ниццы во Франции.
Препарат был эффективен при добав­
лении в воду, которую пили крысы.
Важно, что он не разрушается в пи­
щеварительном тракте и в крови, по­
этому его можно принимать внутрь,
не боясь потерять активность.
Итак, лекарство от катаракты вро­
де бы есть. Каковы его возможнос­
ти? Конечно, если процесс зашел
слишком далеко (зрение составляет
меньше 0,3), ацетилкарнозин помо­
жет не больше, чем сеанс магии. Од­
нако на ранних стадиях он работает:
хрусталик становится менее мутным
и дальнейшее помутнение замедля­
ется (конечно, для этого препарат
надо применять регулярно). Впрочем,
прозрачность хрусталика меняется и
от физиологических причин: времен­
но ухудшается при сильном общем
утомлении.
Обнаружить начало патологическо­
го процесса поможет прибор, осно­
ванный на глэр-эффекте (от англий­
ского glare - сияние, ореол). Когда
глаз освещают небольшим источни­
ком света и хрусталик прозрачен,
предмет, расположенный рядом с
этим источником, хорошо виден. Если
же хрусталик помутнел, ореол от лам­
пы мешает его заметить.
Глэр-тестирование населения по­
зволило бы вовремя определять лю­
дей, у которых с возрастом прозрач­
ность хрусталика снижается слишком
быстро. Таким людям и нужно пред­
лагать средства, замедляющие раз­
витие катаракты. (Впрочем, им не
следует забывать и обычные спосо­
бы профилактики: хорошее питание,
включающее достаточное количество
белков
иантиоксиданты.)
U
C J U
I
Сели бы
история карнозина и
его производных в профилак­
^ ^ ^ н т и к е катаракты имела хеппипроизводство и
энд (регистрацию,
(per
продажу препарата), к этой статье не
понадобилось бы писать небольшое
добавление. Дело в том, что в нашей
стране никто не заинтересовался ле­
карством настолько,чтобы провести
клинические испытания и наладить
производство.
Многое было сделано на Западе.
N-ацетилкарнозин (NACA) испытыва­
ли в клинике специалисты американ­
ской фирмы «Innovative Vision Pro­
ducts». Результаты, опубликованые в
международных журналах, показали
эффективность применения препарата
и послужили основой выпуска своеоб­
разной биодобавки для глаз «Сап-С»
(название созвучно can see — могу
видеть), которую продает по интер­
нет-заказам международная компа­
ния «International Anti-Aging Systems»
(IAS). Пленарные доклады об истории
создания, возможном механизме дей­
ствия и эффективности препарата в
геронтологии и офтальмологии были
сделаны М.А.Бабижаевым на между­
народных конференциях в Монако в
2002 и 2003 годах. Разработка по
нехирургическому лечению катаракты
вошла в Американский фонд иннова­
ций (American Commercialization
Institute). С этого года препарат на­
чали продавать в США под коммер­
ческим названием «OcuZyme» при
весьма любопытном условии: если он
не поможет в течение трех месяцев,
пациенту возвращают деньги за курс
лечения. По мнению американского
геронтоофтапьмолога Ричарда Коэна,
препарат полезен не только на на­
чальных стадиях катаракты, но и при
прессбиопии (снижение объема акко­
модации вследствие снижения элас­
тичности хрусталика), глаукоме, син­
дроме сухого глаза, диабетической
ретинопатии.
Надо отдать должное зарубежным
ученым. Подчеркивая, что примене­
ние ацетил карнозина — революцион­
ный прорыв в терапии катаракты, они
всегда ссылаются на работы россий­
ских авторов М.А.Бабижаева, А.И.Деева и других и даже говорят о про­
рыве русских в офтальмологии.
Автор благодарит кандидата
биологических наук А.И.Деева
за консультацию
и предоставленные
материалы
17