3.2 Вікові особливості фізіології та біохімії ока
В даний час не підлягає сумніву той факт, що різні патологічні процеси супроводжуються порушенням багатьох біохімічних циклів в організмі хворих, встановлюються нові шляхи обміну із зміною концентрацій речовин, швидкостей хімічних реакцій та їх контакт. Видозмінений метаболізм порушує функції життєво важливих органів. Вроджені спадкові порушення обміну речовин нерідко мають незворотний характер і мають несприятливий прогноз. Все це спостерігається при поразці ока. До таких порушень можна віднести запальні захворювання очей у дітей, які обумовлені багатьма загальними захворюваннями.
Як відомо, лікування цих запальних захворювань діє у дітей не завжди ефективно. Це з тим, що вивчені найважливіші регуляційні залежності фізіологічних і біохімічних показників ока. У зв'язку з цим останніми роками велике значення набули вивчення та оцінка показників обмінних процесів при патологічному стані ока та способи їх нормалізації за допомогою різних «гормональних» речовин.
Цілеспрямована дія лікарських препаратів при запальному захворюванні очей залежить від вікових собенностей фізіологічного стану ока. З погляду фармакології важливим є активне сприйняття ліків вільними рецепторними структурами ока. Разом з тим, можливо, що в процесі розвитку та формування зорових функцій в оці суттєво змінюються співвідношення не тільки різних рецепторних структур, а й речовин, пов'язаних з ефекторними клітинами тканин ока.
В енергетичному обміні рогівки надають великого значення глікогену, нейтральним і кислим глікозаміногліканам (ГАГ) т глікопротеїдам, що беруть участь у таких важливих процесах, як ріст, регенерація та диференціювання[Касабьян Є. С, 1968; Лаврентьєва А. М. та ін., 1971]. Хімічний склад ліпідів рогівки представлений фоcфоліпідами, холестерином та його естерами [Завражнова А. І., 1971].
Глютатіон, який знаходиться у великих кількостях у тканинах ока, складається з глютамінової кислоти, гліцину та цистину та бере участь у процесах дихання тканин та синтезі білків. З великої кількості амінокислот кришталика особливо важливе значення мають цистин, цистеїн, метіонін. В епітелії та капсулі кришталика встановлено присутність зв'язаних та вільних ліпідів, ліпопротеїдів та гліколіпідів, фосфатидів, нейтральних жирів. Вуглеводи представлені мукополісахаридами (глікозаміногліканами), глікогеном, що знаходяться в клітинах, сіаломукопротеїдами. З кислих глікозаміногліканів (КГАГ) містяться кератансульфат, гепарансульфат, хондроїтинсульфат В, гіалуронова кислота. У колагені багато оксипроліну. Капсула кришталика містить велику кількість метаболічно важливих речовин - багато білків, що мають функціонально активні Н2-, Н-і SS-групи, різних нейтральних і КГАГ, вільних і пов'язаних ліпідів. Всі ці компоненти насамперед КГАГ та фосфатиди виконують функції регуляції проникності води, іонів, аскорбінової кислоти, глюкози, молочної кислоти та інших сполук, від чого багато в чому залежить прозорість кришталика [Поршнєв А. І., Калініна Г. Г., 1976] .
У сітківці, як і інших нервових субстратах, відбуваються такі ж процеси метаболізму, тому вона нерідко змінюється при ураженні мозку. Сітківка характеризується найвищою активністю дихання проти іншими тканинами організму. Хімічна енергія у вигляді АТФ у сітківці утворюється в основному за рахунок гліколізу та дихання. Сітківка, так само як і мозок, містить велику кількість глютамінової кислоти, глютаміну тамікроелементів, що є компонентом окисних ферментів. З білків у сітківці переважають Н-, Н2-, COOH-етрупи білків [Фаустов Ст С, Кузнєцова Г. П., 1971; Ромашенков Ф. А., 1971]. Ліпіди сітківки представлені холестерином, фосфоліпідами, сфінголіпідами та ін. , гістидин, лізин, аргінін, фенілаланін, метіонін, цистеїн та ін.
В даний час встановлено, що ембріональні тканини ока включають різні типи адренергічних, холінергічних кортикостероїдних та, можливо, інших типів гормональних рецепторів. Наслідком функціонування цих рецепторів може бути зміна вуглеводного, білкового або ліпідного обміну тканинах ока. Тим часом ще недостатньо вивчені такі речовини, як катехоламіни, моноаміни, кортикостероїди та ін, які, безсумнівно, беруть активну участь у регуляції не тільки вуглеводного, а й білкового обміну в тканинах очей у дітей різного віку.
Вікові особливості обміну вуглеводів у тканинах ока.
Результати визначення вмісту вуглеводів у різних тканинах ока свідчать про те, що з віком у рогівці та інших структурах ока збільшується споживання вуглеводів, переважно глюкози. В епітелії рогівки у дорослих міститься близько 100-110 мг глюкози на 100 мл рідини. У розрахунку на 1 см2/год поверхні рогівкою засвоюється до 110 мкг глюкози, з якої більша частина (85%) перетворюється на молочну кислоту, а менша (15%) окислюється в результаті прямого окислення (зі 100 мг глюкози виходить 4,7 мкг глікогену) та 91,2 мкг молочної кислоти). В результаті активно протікаєгліколіз у рогівці утворюється близько 3 мкмоль АТФ на 1 см2/год. Цієї кількості енергії достатньо для нормального функціонування всіх верств рогівки [Фаустов В. С., Прошина Л. Я. та ДР., 1973].
Збільшення кількості глюкози, що надходить у тканини ока* пояснюється зростанням судинної мережі ока та, можливо, накопиченням у ній глікогену. Однак у міру зростання ока спостерігається збільшення вмісту глікогену не в судинній оболонці ока як можна було припустити, а в сітківці [Фаустов Ст С, 1973].
У сітківці з віком збільшується кількість глікогену поблизу нервових волокон, у зовнішньому плексиформному шарі та екваторіальній ділянці. Особливості перетворення глюкози та її синтез у сітківці загалом подібні з обміном глюкози у печінці.
Встановлено, що найвища активність глікогенсинтетази спостерігається у сітківці новонароджених. У міру зростання та розвитку ока вона знижується майже в 3 рази. У райдужному та війному тілі активність глікогенсинтетази відносно висока в перші місяці і значно знижується у дорослих. У власне судинній оболонці відмічено зниження активності глікогенсинтетази у дорослих проти новонароджених. Таким чином, у всіх досліджених тканинах ока активність глікогенсинтетази у дорослих порівняно з новонародженими більшою чи меншою мірою знижується.
Одночасно в експерименті було досліджено активність фосфорилази глікогену в тканинах ока. Встановлено, що з віком активність фосфорилази збільшується у всіх тканинах ока, за винятком війкового тіла, де вона дещо знижується. Фосфорилаза у всіх тканинах ока кролика знаходиться головним чином в активній формі.
Активність гексокінази найбільша в сітківці, в судинній оболонці вона в 2-3 рази нижче. Вміст глюкозиу крові залежить як від надходження глюкози чи її попередників у організм, а й від вмісту у крові гормональних речовин типу інсуліну, глікогену і адреналіну. У плода надниркові залози за допомогою кортикотропіну (АКТГ) і адреналіну контролюють синтез розпаду глікогену основного постачальника глюкози. Відразу після народження запас глікогену значно зменшується, але вже через кілька днів він відновлюється, отже надходження глюкози в око в ранньому віці може змінюватися. Вміст глюкози в оці не є постійною функцією організму і не обумовлено генетичними можливостями, а більшою мірою залежить від судинної системи, транспортних механізмів та гормонального контролю.
Виявлено активність, що змінюється, «ключових» ферментів гліколізу — гексокінази, фосфорилази та глікогенсинтетази в залежності від віку. Активність глікогенсинтетази у тканинах ока молодих та дорослих кроликів змінювалася по-різному. У місячних тварин активність знижувалася на 50%, у дорослих у тих самих тканинах спостерігалося збільшення активності на 190-200%.
Активність глікогенсинтетази можна регулювати за допомогою низки метаболітів, які є інгібіторами чи активаторами цього ферменту. Так, аденозинтрифосфат (АТФ), аденозиндифосфат (АДФ), інозинтрифосфат, інозиндіфосфат пригнічують синтетазу. Високий рівень глікогену може запобігати цьому блокуванню. Цікава дія іона Mg2+. Виявилося, що магній збільшує спорідненість глікогенсинтетази до глюкозо-6-фосфату (Г-6-Ф), запобігаючи тим самим інгібування. У поліморфноядерних лейкоцитах людини 2 мкмоль АТФ блокують перехід глікогенсинтетази за малого вмісту глікогену. При високих концентраціях АТФ пригнічення зростає з 5 до 58%; 1 ммоль Г-6-Ф запобігає блокуванню АТФпри низьких концентраціях глікогену краще, ніж за високих. У зв'язку з цим припускають, що фосфотаза, що каталізує перетворення глікогенсинтетази, існує у двох формах. Одна форма при високих концентраціях глікогену інгібується АТФ, а інша при низьких концентраціях не інгібується АТФ.
Регуляція активності глікогенсинтетази тісно пов'язана з регуляторною мережею клітинних метаболітів через субстрати гліколізу та циклу трикарбонових кислот, які активують L-форму. Карбоксильні кислоти збільшують спорідненість ферменту Г-6-Ф. Однак дія цих кислот відрізняється від дії Г-6-Ф щодо АТФ: вони не захищають фермент від її інгібуючої дії.
При визначенні різних форм глікогенсинтетази встановлено, що у тканинах ока фермент переважно (70—80% активності) перебуває у Q-формі. Під дією різних карбонових кислот у тканинах ока відбувається активація глікогенсинтетази на 150-200%.
Іншим прикладом може бути активація гексокінази у фосфофруктокінази амінами та стероїдами. Так, активність гексокінази в тканинах ока стимулюється гідрокортизоном і блокується адреналіном, переважно у новонароджених.
Встановлено, що фосфофруктокіназна активність під впливом адреналіну та серотоніну знижується у сітківці та не знижується у судинній оболонці. У більшості експериментів спостерігалася активація фосфофруктокінази в оці піддослідного кролика порівняно з контрольною після ін'єкції гідрокортизону та дексаметазону дорослим тваринам.
Під дією гідрокортизону збільшується активність фосфофруктокінази в сітківці, війному тілі та судинній оболонці, тоді як після ін'єкції дексаметазону на 10-50% підвищується активність і в інших тканинах ока, за винятком кришталика та склоподібного тіла.
Укришталику людини (у дорослих) найбільш ретельно вивчено багато ферментів вуглеводного обміну. Отримані дані показують, що в кришталику людини, як і у кролика або мавпи, лімітуючими ферментами гліколізу є гексокіназа, альдолаза, фосфофруктокіназа та ферменти гексозо-монофосфатного шунта. Можна припустити, що активність ферментів у дітей дещо нижча порівняно з дорослими.
Практичний інтерес зазвичай являють не продукти обміну вуглеводів у тканинах та рідинах ока, а їх ферменти. В останні роки частіше проводять дослідження рідин ока та слізної рідини, ніж тканин. Активність ферментів у рідинах ока значно вища, ніж у сироватці крові. У слізній рідині активність ферментів у 10 разів і більша в порівнянні з сироваткою крові.
У дітей інформативним показником може бути активність лактатдегідрогенази (ЛДГ), тому що вона визначена в нормі та за ізоферментним спектром ближча до тканин ока, ніж до сироватки (табл. 4).
Таким чином, у дітей віком до 8 років активність ЛДГ у слізній рідині нижче 2 МО/мл, тоді як у дітей віком від 10 років вона підвищується до 2 МО/мл і більше. У сироватці крові дітей активність ЛДГ із збільшенням віку не змінюється.
Вікові особливості обміну амінів та 11-оксикортикостероїдів (11-ОКС). В умовах цілісного органу гормони та медіатори є посередниками між складними хімічними реакціями та нервовими сигналами. В результаті створюється певний ланцюг контролюючих механізмів: нервова система; гормони гіпофіза - гормони інших ендокринних залоз - ферменти енергетичного забезпечення.
Через низький вміст адреналіну в крові в порівнянні з тканинами він не бере участі в розвитку зорової функції в період дозрівання.
Можна, можливоприпустити, що адреналін і серотонін мають безпосереднє відношення до гліколізу, отже, існує пов'язана зміна вмісту АТФ і адреналіну.
Поки що неясно, у якій формі серотонін і адреналін найбільш активні у ферментативних процесах, що відбуваються в оці. Можна припустити, що їхня дія в тканинах ока істотно не відрізняється від дії в м'язах.
Значення кортикостероїдів в офтальмології велике, проте їхня дія на біохімічні процеси тканин недостатньо вивчена. Під впливом кортикостероїдів може суттєво змінюватися активність основних ферментів гліколізу – гексокінази та фосфофруктокінази.