CC BY
93
Мусина Л.А.1, Балхиева Л.Х.2, Хисматуллина З.Р.2, Табанакова Т.М.2
1ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии Министерства здравоохранения РФ»
2 ФГБО ВПО «Башкирский государственный университет»
Е-mail: morphoplant@mail.ru
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПИГМЕНТНОЙ ДЕГЕНЕРАЦИИ
СЕТЧАТКИ ГЛАЗА
Гистологическими и электронно-микроскопическими методами изучена структура клеток пигментного эпителия сетчатки крыс линии WAG/Rij. Рекомендовано использовать новую потенциально полезную экспериментальную модель для разработки методов лечения дегенеративных заболеваний сетчатки глаза.
Ключевые слова: дегенерация сетчатки, клетки пигментного эпителия, крысы линии WAG/Rij.
Актуальность
В век постоянно увеличивающихся нагрузок на зрительный анализатор весьма злободневную проблему представляют заболевания сетчатки глаз дегенеративно-дистрофического характера, имеющие наследственную или приобретенную природу [3, 13]. Существует множество экспериментальных моделей животных с пигментной дегенерацией сетчатки, в том числе линии собак, кошек, кур, свиней, мышей и крыс [10]. Крысы линии WAG/Rij также характеризуются врожденной двусторонней дегенерацией клеток пигментного эпителия сетчатки (ПЭС) [11]. Известно, что животные рождаются зрячими, но постепенно слепнут за счет деструкции фоторецепторного слоя сетчатки. В какой мере заболевание животных по своим признакам подобно болезни людей, неизвестно. Анализ этого вопроса серьезно затрудняет недостаток аутопсического материала - сетчаток больных людей на разных стадиях развития заболевания. Результаты изучения структуры клеток пигментного эпителия сетчатки глаза крыс линии WAG/Rij могут внести определенный вклад, как в фундаментальную, так и в прикладную науку для разработки новых методов лечения дегенеративных заболеваний сетчатки глаза человека.
Цель исследования
Выявить особенности структурной организации клеток пигментного эпителия сетчатки крыс линии WAG/Rij.
Материалы и методы исследования
При проведении исследований соблюдали «Правила проведения работ с использовани-
ем экспериментальных животных» (приказ Минвуза от 13 ноября 1984 г. №724). У 10 крыс (линий Wag/Rij и Wistar) обоего пола в возрасте 6 - 12 месяцев энуклеировали глазные яблоки (20 глаз). Крысы линии Wistar использовались для сравнения как контрольная группа. Крысы содержались в одинаковых условиях со стандартным рационом питания. Для гистологического исследования энуклеи-рованные глаза фиксировали в 10% забуферен-ном формалине по Лилли, после обезвоживания в серии спиртов возрастающей концентрации заливали в парафин по общепринятой методике. Срезы готовили на микротоме LEICA RM 2145 и окрашивали гематоксилином и эозином, по методам Ван-Гизон, по Нис-слю. Для электронной микроскопии кусочки сетчатки фиксировали в 2,5% глютаральдеги-де на какодилатном буфере (рН 7,2-7,4) с до-фиксацией в 1% OsO4 обезвоживали и заливали в эпон-812 по общепринятой методике. Уль-тратонкие срезы контрастировали 2% водным р-ром уранилацетата и цитратом свинца по Рейнольдсу и изучали в трансмиссионном микроскопе ^о1-100ХВ (Япония) при увеличениях 5800-30 000.
Результаты исследования
и их обсуждение
На гистологических препаратах глазных яблок крыс линии Wistar структура сетчатки была характерна для нормы. У крыс линии Wag/Rij был зафиксирован факт деструкции отдельных клеток ПЭС и отсутствие пигментных гранул в сохранившихся клетках. Более подробные отличия были выявлены на ультра-структурном уровне.
У крыс линии Wistar клетки ПЭС располагались в один слой. Это полярные клетки, одна сторона которых (базальная, или склеральная) обращена к сосудистой оболочке, а другая (апикальная или витреальная) - к фоторецепторным клеткам (ФР). Ядра клеток имели в основном овальную форму, нередко вытянутую в горизонтальной плоскости. В светлом матриксе кариоплазмы среди равномерной мелкой зернистости четко выделялись осмиофильные скопления хроматина и ядрышко. Цитоплазма клеток была богата орга-неллами. Митохондрии овальной формы, с тонкими светлыми кристами, располагались преимущественно в базальной части клеток. Клетки содержали как гладкий, так и гранулярный эндоплазматический ретикулум (ГЭР). Гладкий эндоплазматический ретику-лум (ГлЭР) был представлен развитой сетью трубчатых и везикулярных форм, которые составляли большую часть мембранных элементов клетки и занимали значительную часть цитоплазмы от базальной до апикальной зоны. Но они не проникали в удлиненные тонкие апикальные отростки, очень плотно обхватывающие наружные сегменты ФР. Немногочисленные короткие каналы ГЭР обнаруживались в основном в апикальной части клеток ПЭС. Здесь же определялось множество осмиофильных пигментных гранул (ме-ланосомы или меланопротеиновые гранулы) расположенных в один-два ряда. В цитоплазме ПЭС встречалось множество мелких лизо-сом и фагоцитированные фрагменты наружных сегментов ФР. Кроме описанных орга-нелл выявлялись пластинчатый аппарат Гольджи, миелоидные тела, диффузно расположенные рибосомы и полисомы.
У крыс линии Wag/Rij овальной формы ядра клеток ПЭС были без выраженных изменений. Цитоплазма пигментных клеток содержала почти все органеллы, свойственные пигментному эпителию сетчатки, кроме меланосом. Но нужно отметить, что в клетках ПЭС крыс линии Wag/Rij, в отличии от ПЭС крыс линии Wistar, почти все органеллы претерпевали какие-либо изменения. Митохондрии округлой формы были сильно набухшими, происходила или их вакуолизация с полным просветлением матрикса и деструкцией крист, или же помутнение матрикса с разрушением крист. Опреде-
лялись также митохондрии с признаками жирового перерождения. Кристы хорошо просматривались только в отдельных митохондриях. Наблюдалась потеря двухконтурности наружной мембраны и разрушение ее на отдельных участках. Основная масса цитоплазмы клеток ПЭС уплотнялась. Цистерны ГлЭР были представлены в виде многочисленных трубчатых и везикулярных форм разных размеров с электронно-плотным содержимым. В апикальной части клетки некоторые каналы ГлЭР сильно раздувались в виде больших везикул со светлым содержимым. Немногочисленные цистерны ГЭР также расширялись. Рибосомы и полисомы были диффузно рассеяны по всей цитоплазме клетки. Лишь в отдельных клетках встречались единичные мелкие лизосомы и пластинчатый аппарат Гольджи. На апикальном полюсе клеток почти полностью отсутствовали специфические органеллы - пигментные гранулы - меланосомы. Вместо них определялись единичные липофусциновые гранулы. В клетках отсутствовали специфичные фагосомы, содержащие фрагменты наружных сегментов ФР. Утолщенные и укороченные микровиллы клеток ПЭС большей частью были не способны на характерное плотное обхватывание наружных сегментов ФР. Фрагменты наружных сегментов ФР теряли правильную ориентацию расположения. Поэтому межклеточные взаимоотношения клеток ПЭС с фоторецепторными нейронами нарушались. Базальная мембрана клеток ПЭС и мембрана Бруха, на которой располагаются клетки ПЭС, просматривались нечетко вследствие их набухания.
Ранее придавали основное значение двум функциям пигментного эпителия - как светопоглощающего экрана и неотъемлемого участника в цикле восстановления родопсина [2, 6, 14]. На самом деле клетки ПЭС представляют собой полифункциональную систему, от полноценной деятельности которой зависит жизнеспособность сетчатки и всей зрительной системы [1, 5, 12]. Дисфункция клеток ПЭС приводит к дегенерации всей сетчатки глаза [3, 13]. Выполнение многочисленных функций ПЭС осуществляется благодаря высокоспециализированной структурной организации его клеток [5] . Меланосомы пигментного эпителия, поглощая избыточные кванты света, повышают разрешающую способность фоторецепторных ней-
ронов, защищают сетчатку от повреждающего действия света и ультрафиолетовых лучей. Меланин также играет защитную роль, предохраняя наружные сегменты ФР от перекисного окисления липидов [4]. Факт почти полного разрушения меланосом в клетках ПЭС крыс линии Wag/Rij, без сомнения, свидетельствует о выпадении вышеперечисленных функций клеток, следствием которого является расстройство зрительной системы глаза.
Клетки ПЭС переваривают фагоцитированные части наружных члеников палочек и колбочек ФР благодаря наличию хорошо развитой лизосомной системы. В пигментных клетках крыс линии Wag/Rij лизосомы определялись редко, что является доказательством ослабления катаболизма в данных клетках. Но катаболитические и метаболические процессы в клетках неразделимы. Наряду с эсте-рификацией, изомеризацией, хранением и транспортом витамина А в клетках ПЭС осуществляется и синтез межклеточного матрикса: межфоторецепторного матрикса и базального компонента базальной мембраны [8]. Клетками ПЭС осуществляется транспорт большого количества метаболитов к зрительным нейронам и от них в направлении сосудистой оболочки [5, 7, 9, 12]. Учитывая вышеперечисленные данные, нельзя отрицать, что
множество патоморфологических изменений, выявленных нами в клетках ПЭС глаза крыс линии Wag/Rij, не могли не отразиться отрицательно на ходе физиологических процессов в сетчатке глаза.
Таким образом, клетки пигментного эпителия сетчатки глаза крыс линии Wag/Rij характеризуются признаками выраженных дегенеративных процессов цитоплазмы и большинства органелл, которые ведут обычно к нарушению клеточных взаимоотношений в сетчатке. Такие процессы всегда сопровождаются нарушением функций глаза. Новую потенциально полезную экспериментальную модель дегенерации пигментных клеток сетчатки крыс линии Wag/Rij рекомендуем использовать для разработки методов лечения дегенеративных заболеваний сетчатки глаза человека. Выбрав правильную тактику лечебных мероприятий направленных, в первую очередь, на восстановление и поддержание состояния клеток пигментного эпителия сетчатки, а также восстановление межклеточных контактов с фоторецепторными клетками, вероятно, можно добиться в какой-либо мере стабилизации физиологических процессов в сетчатке глаза пациентов с пигментными ретинитами (врожденное заболевание) и возрастной макулодистрофией (приобретенное заболевание).
18.09.2012
Список литературы:
1. Вит В.В. Строение зрительной системы человека. - Одесса: Астропринт. - 2003. - 664с.
2. Донцов А.Е., Островский М.А. Пигментный эпителий (структурные, физиологические и биохимические особенности) // Итоги науки и техники. Физиология человека и животных. - 1984. - Т.28. - С.127.
3. Муслимов С. А. Морфологические аспекты регенеративной хирургии. - Уфа: Башкортостан, - 2000. - 168с., илл. 48с.
4. Островский М.А., Зак П.П., Федорович И.Б., Донцов А.Е. Защита структур глаза от светового повреждения и оптимизация зрительных функций (Физиологические, медицинские и гигиенические аспекты) // Вест. АН СССР. -1988.- №2. - 63 с.
5. Панова И.Г. Цитоструктура и цитохимия пигментного эпителия сетчатки // Серия биологическая. - 1993. - №2.- С.165-190.
6. Blanks J.C. Morphology of the retina // In Ryan S.J., Ogden T.E. (eds) Retina St. Louis, CV Mosby. - 1989. - Vol. 1. - P.37-52.
7. Lutty G, Grunwald J, Majji AB, Uyama M, Yoneya S. Changes in choriocapillaris and retinal pigment epithelium in age-related macular degeneration // Mol Vis. - 1999. - Nov. - Vol.3. - Р.5-35.
8. Hewitt A., Adier R. The retinal pigment epithelium and interphotoreceptor matrix: structure and specialized functions // In: Retina (eds S. J. Ryan, T. Ogden). - C.V. Mosby, St-Louis, 1989. - P.57-64.
9. Hicks D., Malecaze F. Physiology de lrepithelium pigmentaire. Encicl Ved Chir (Paris-France) // Ophtalmologie. - 1990. -Vol.21 - 20. - №30. - P.4.
10. Rivas M.A., Vecino E. Animal models and different therapies for treatment of retinitis pigmentosa // Histol. Histopathol.-2009.- Vol. 24.- No. 10.- P. 1295-1322.
11. OSteen W.K., Donnelly J.E. Chronologic analysis of variations in retinal damage in two strains of rats after short-term illumination // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. -1982. - Feb. Vol.22. - №2. - Р.252-255.
12. Strauss O. The retinal pigment epithelium in visual function // Physiological Reviews. - 2005. - Vol.85. -№3. - Р.845-881.
13. Zarbin MA. Age-related macular degeneration: review of pathogenesis // Eur. J. Ophthalmol. - 1998.- Oct-Dec.- Vol.8. -№4. -Р.199-206.
14. Wald G. The molecular basis of visual excitation // Nature. - 1968. - Vol.219. - P.800.
Сведения об авторах:
Мусина Ляля Ахияровна, вед.науч.сотр.отдела морфологии ФГБУ Всероссийский центр глазной и пластической хирургии» Министерства здравоохранения РФ 450075, г.Уфа, ул.Р.Зорге, 67/1, е-mail: morphoplant@mail.ru Балхиева Лилия Ханифовна, аспирант кафедры морфологии и физиологии человека и животных биологического факультета Башкирского государственного университета Хисматуллина Зухра Рашидовна, зав.кафедрой морфологии и физиологии человека и животных биологического факультета Башкирского государственного университета, профессор,
доктор медицинских наук Табанакова Татьяна Матвеевна, магистр 2 года обучения кафедры морфологии и физиологии человека и животных биологического факультета Башкирского государственного университета
450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32
UDC 617.735
Musina L^., Balkhiyeva L.Kh., Khismatullina Z.R., Tabanakova Т.М.
THE EXPERIMENTAL MODEL OF THE EYE RETINAL PIGMENTAL DEGENERATION
The pigmental epithelial cell structure of WAG/Rij rat strain retina has been studied with histological and electron-microscope methods. A new potentially useful experimental model was recommended to develop the methods for the treatment of the eye retinal degenerative diseases.
Key words: degeneration of retina, pigmental epithelial cells, WAG/Rij rat strain
Bibliography:
1. Vit V.V. Structure of visual system of the person.- Odessa: Astroprint. - 2003. - 664p.
2. Dontsov А.Е., Ostrovskiy М.А. Pigmental epithelium (structural, physiological and biochemical features) // Results of science and techniques. Physiology of human and animals. - 1984. - Vol.28. - P.127.
3. Muslimov S.A. Morphological aspects of regenerative surgery. - Ufa: Bachkortostan, - 2000. - 168p.
4. Ostrovskiy М.А., Zak P.P., Fedorovich I.B., Dontsov А.Е. Protection of structures of an eye against light damage and optimization of visual functions (Physiological, medical and hygienic aspects) // Vest. AN SSSR. -1988.- №2. - 63p.
5. Panova I.G. Cytostructure and cytochemistry of retina pigmental epithelium // Biological series. - 1993. - №2.- P.165-190.
6. Blanks J.C. Morphology of the retina // In Ryan S.J., Ogden T.E. (eds) Retina St.Louis, CV Mosby. - 1989. - Vol. 1. - P.37-52.
7. Lutty G, Grunwald J, Majji AB, Uyama M, Yoneya S. Changes in choriocapillaris and retinal pigment epithelium in age-related macular degeneration // Mol Vis. - 1999. - Nov. - Vol.3. - Р5-35.
8. Hewitt A., Adier R. The retinal pigment epithelium and interphotoreceptor matrix: structure and specialized functions // In: Retina (eds S. J. Ryan, T. Ogden). - C.V. Mosby, St-Louis, 1989. - P.57-64.
9. Hicks D., Malecaze F. Physiology de lrepithelium pigmentaire. Encicl Ved Chir (Paris-France) // Ophtalmologie. - 1990. - Vol.21 - 20. - №30. - P.4.
10. Rivas M.A., Vecino E. Animal models and different therapies for treatment of retinitis pigmentosa // Histol. Histopathol.-2009.- Vol. 24.- No. 10.- P. 1295-1322.
11. OSteen W.K., Donnelly J.E. Chronologic analysis of variations in retinal damage in two strains of rats after short-term illuminatio // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. -1982. - Feb. Vol.22. - №2. - Р.252-255.
12. Strauss O. The retinal pigment epithelium in visual function // Physiological Reviews. - 2005. - Vol.85. -№3. Р845-881.
13. Zarbin MA. Age-related macular degeneration: review of pathogenesis // Eur. J. Ophthalmol. - 1998.- Oct-Dec.- Vol.8. -№4. Р199-206.
14. Wald G. The molecular basis of visual excitation // Nature. - 1968. - Vol.219. - P800.
