Транспортные функции эпителия хрусталика

Степанова, Людмила Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Транспортные функции эпителия хрусталика
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Транспортные функции эпителия хрусталика"

На правах рукописи

Степанова Людмила Васильевна

ТРАНСПОРТНЫЕ ФУНКЦИИ ЭПИТЕЛИЯ ХРУСТАЛИКА (БИОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)

03.00.02-биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск 2005

Работа выполнена на кафедре биофизики Красноярского государственного университета и на кафедре глазных болезней Красноярской государственной медицинской академии

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

В.А. Кратасюк

Научный консультант: кандидат медицинских наук, доцент

Г.М. Сычев

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

A.A. Савченко,

кандидат биологических наук старший научный сотрудник

B.В. Межевикин

Ведущая организация: ГУ НИИ физиологии СО РАМН (г.Новосибирск)

, во

Защита состоится «fQ» WjQ&SyjL 2005 г. в (0 часов на заседании диссертационного совета Д 003.007.01 в Институте биофизики СО РАН по адресу: 660036 г.Красноярск, Академгородок, д.50, стр.50.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биофизики СО РАН

Автореферат разослан «В » & 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

Н.С. Кудряшева

jtoot-ч гъ$б3£0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Хрусталик глаза (lens crystalline) по морфологическим и функциональным особенностям одинаков у всех позвоночных животных (Хамидова, 1972). Он представляет собой прозрачное, гидроколлоидное образование, изолированное капсулой от окружающей среды и подвешенное на цинновых связках между радужкой и стекловидным телом. Все хрусталики позвоночных животных имеют переднюю поверхность, покрытую слоем эпителиальных клеток, и заднюю, представленную бесклеточным образованием. Основная функция хрусталика - аккомодация (Мальцев, 1988). Большую роль в поддержании активности и жизнедеятельности хрусталика играют транспортные процессы обмена жидкости между хрусталиком и окружающей его средой (Mathias, 1997) Особое значение в обмене жидкости имеет транспорт ионов и воды, которые часто протекают против градиента концентраций с затратой энергии, то есть транспорт веществ является активным процессом (Антонов, 1997) Процесс активного транспорта, поддерживающий обмен жидкости, крайне важен для функционирования многих органов (Эккерт, 1991). Активный обмен веществ с окружающей средой обеспечивается главным образом посредством эпителия (Наточин, 1976).

Показано, что регуляция транспорта жидкости в хрусталике осуществляется эпителиальными клетками, расположенными на внутренней поверхности передней капсулы хрусталика (Пири, 1968; Мальцев, 1988). Характерной физиологической особенностью таких эпителиев считают то, что они способны переносить ионы против градиента их концентраций^ и поэтому их относят к группе транспортирующих эпителиев (Бессонов, 1991). Согласно теории Уссинга, транспорт веществ в эпителиальную клетку осуществляется активно в результате функционирования аденозингрифосфатазы (АТФазы) и имеет направленный характер (Эккерт, 1991).

Однако единого мнения о механизме транспортного процесса жидкости в хрусталике глаза не существует. Согласно результатам одних исследователей (Полунин, 1990; Ярославская, 1998; Mathias, 1985,1997, Candia, 2002), транспорт жидкости в хрусталике является пассивным процессом и представляет собой циркуляцию потоков ионов и воды вокруг его передней и задней поверхностей. Результаты экспериментов, проведенных другими исследователями (Мальцев, 1988; Гальбинур, 2004; Fischbarg, 1999),показывают, что на транспорт жидкости в хрусталике влияют ингибиторы Na, К-А'ГФазы. Отсюда следует, что

представления об обмене жидкости в нативном хрусталике до сих пор остаются противоречивыми. Таким образом, вопрос о характере транспорта жидкости в нативном хрусталике, остается открытым.

Возможная причина противоречий в понимании механизма транспорта жидкости в хрусталике заключается в методах исследований Широко применяемый метод тока короткого замыкания требует отделения эпителия или изолирования поверхностей хрусталика. Применение данного метода не позволяет оценить активность и направленность потоков, а также характеристики транспортного процесса в нативном хрусталике. Сочетание методических подходов, при которых оценивают транспортные свойства всего органа без разрушения его целостности и учета жизненной активности, позволяет охарактеризовать транспортные процессы обмена жидкости.

Таким образом, механизмы обмена жидкости в хрусталике изучены далеко не полностью: отсутствует единое мнение о соотношении пассивного и активного транспортов с участием эпителия передней поверхности хрусталика глаза; существуют противоречия в экспериментальных результатах и их интерпретации.

Выяснение механизмов обмена жидкости хрусталика с окружающей его средой исключительно важно для понимания процессов функционирования хрусталика в норме и при патологии, коррекции приемов и методов хирургических операций по замене хрусталика в офтальмологии. Применяемый в этих случаях искусственный хрусталик принципиально отличается от нативного, так как в нем отсутствуют процессы транспорта. Следовательно, изучаемые в работе закономерности обмена жидкости могут быть использованы при создании моделей искусственного хрусталика. В связи с этим исследование транспортных процессов обмена жидкости весьма актуально как с точки зрения фундаментальной науки, так и с прикладной, для медицины.

Цель исследования- выявление основных закономерностей транспортных процессов обмена жидкости в нативном хрусталике.

Задачи исследования.

1. Получить подтверждения наличия активного транспорта жидкости в нативном хрусталике глаза, связанного с функционированием его эпителия.

2. Оценить основные параметры активного транспорта жидкости в дативном хрусталике в условиях in vitro.

3. Определить направление движения жидкости в нативном хрусталике в условиях in vivo.

Научная новизна. В работе новым методом получено подтверждение участия эпителия хрусталика в формировании активного транспорта жидкости.

Впервые показано наличие направленного движения жидкости через хрусталик от передней поверхности хрусталика к задней.

Определены основные параметры транспорта жидкости.

Практическая значимость работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, используются в Красноярском межобластном центре микрохирургии глаза, на кафедре глазных болезней Красноярской медицинской академии для диагностики и лечения заболеваний хрусталика.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Эпителий осуществляет активный транспорт жидкости внутрь нативного хрусталика.

2. Величина энергии, необходимая для активного транспорта жидкости внутрь нативного хрусталика, находится в пределах (5-24)10*J Дж для хрусталиков Bos linnaeus и (1,5-6)10'J Дж - для Oryctolagws lilljeborg.

3. Прижизненное движение жидкости в ннтивном хрусталике происходит в направлении от передней поверхности хрусталика к задней.

Личный вклад соискателя состоит в проведении основных экспериментальных и теоретических работ по теме диссертации. Экспериментальные исследования хрусталиков в условиях in vivo проведены совместно со студентами и аспирантами кафедры глазных болезней Красноярской государственной медицинской академии.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 64-й итоговой студенческой научно-практической конференции с международным участием (Красноярск, 2000), научно-исследовательской конференции студентов-физиков (Красноярск, 2001), IX международном симпозиуме «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск, 2003), 10-й Всероссийской конференции студентов-физиков и молодых ученых (Москва, 2004), LXII международной конференции студентов-физиков «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2004).

Выигранные гранты. Исследования выполнены при поддержке Красноярского краевого фонда науки (грант 15G245).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликованы 9 статей и 16 тезисов.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка используемой литературы, приложения. Работа изложена на 113 страницах машинописного текста и содержит 31 рисунков, 11 таблиц. Список используемой литературы включает 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, кратко описывается современное состояние проблемы, представляются цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту, новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе диссертационной работы приведен обзор литературы по изучению структурных и функциональных особенностей эпителиальных клеток, касающихся механизма формирования транспортных процессов. Приведены методы оценки транспортных свойств эпителия Рассмотрены механизмы транспорта жидкости в эпителиях разных органов позвоночных, согласно которым транспорт жидкости в эпителиальную клетку может происходить или непосредственно «поперек» клетки, или через межклеточное соединение Отсюда следует, что движение жидкости может поддерживаться функционированием транспортных АТФаз, либо описываться механизмом, предложенным в гипотезе «постоянных осмотических градиентов» (Эккерт, 1991; Loo, 1999; Spring, 1999; Schultz, 1998, 2001) Проведен анализ современных гипотез о формировании активного и пассивного транспорта в хрусталике. Показано, что наличие водных пор и каналов в эпителии способствуют перемещению жидкости по осмотическому градиенту, т.е. транспорт жидкости является пассивным процессом (Fischbarg, 1995; Lilburg,1996; Nielsen, 1993) Вместе с этим имеются данные о присутствии энергетически зависимого движения жидкости - активного транспорта, осуществляющегося за счет функционирования транспортных АТФаз (Бессонов, 1991; Loo, 2002). Для обоснования механизмов активного транспорта в хрусталике глаза рассмотрены возможности применения современных подходов в исследовании транспорта жидкости в эпителии хрусталика. Предложен метод проверки гипотезы активного транспорта жидкости в эпителии хрусталика, который основан на измерении массы хрусталика, меняющейся в зависимости от изменения условий его проницаемости.

Во второй главе изложены материалы и методы исследования.

Транспортные свойства эпителия хрусталика исследовали in vitro на нативных хрусталиках, полученных от животных (160 глаз Bos linnaeus и 100 глаз Oryctolagus lilljeborg). Хрусталики выделяли не более чем через 40-60 минут после смерти животных Прижизненное движение жидкости в хрусталике исследовали in vivo на 50 глазах Orydolagus lilljeborg Эксперименты на живых

животных проводили в строгом соответствии с международными требованиями

(приказ МЗ СССР №755 от 12.08.1977г.). Отечественные растворы, использованные в экспериментальной работе, имели квалификационную марку не ниже ч.д а.

Инкубационный раствор соответствовал по ионному составу содержанию влаги передней камеры: 104,32 мМ NaCl; 27,26 мМ NaHC03; 4,08 мМ КНСОэ; 0,79 мМ MgCl2; 1,77 мМ глюконата кальция; 5,55 мМ глюкозы; 0,59 мМ K2S04; 0,56 мМ аскорбиновой кислоты; 0,28 мМ NaH3P04*2H20, 0,56 MMNa2HP04; pH 7,4.

В процессе проведения экспериментов осмотическое давление в инкубационном растворе изменяли в интервале от 22 до 60 мм рт.ст. Заданный уровень осмотического давления в растворе создавали при добавлении высокомолекулярного вещества - поливинилпирролидона (ПВП) (BASF, ФРГ) Молярная масса используемого поливинилпирролидона составляла 15104 г/моль Концентрация разведенного раствора рассчитывалась по формуле (Buhler, 1995):

(1)

где С - концентрация раствора (г/л), Р - давление раствора (мм рт.ст.), R - газовая постоянная (8,32 Дж/моль-К), М„- молярная масса, Т - температура (309 К)

Активность транспортного процесса в хрусталике шпибировали при добавлении в инкубационный раствор 10"* М строфантина К

В качестве вещества-маркера использовали 10%-й раствор флюоресцеина. Распределение флюоресцеина по раневому каналу ограничивали посредством повышения вязкости раствора, для чего в него добавляли 30%-й раствор поливинилпирролидона.

Для обезболивания применяли 1%-ые растворы дикаина и новокаина Зрачки животных (условие мидриаза) расширяли при закапывании в глаза 1%-го раствора сульфата атропина

Энуклеированные глаза животных замораживали в жидком азоте (Т=-180°С).

Хрусталики взвешивали на весах типа ВЛР-1 с погрешностью измерений ±1()"3г.

Осмотическое давление инкубационного раствора, создаваемое поливинилпирролидоном, измеряли на осмометре ОМ КА1Ц-01.

Исследования проводили в термостате (Т=36 °С) в течение 60 минут.

Прижизненное распределение флюоресцеина в хрусталике наблюдали с помощью щелевой лампы (Opton, Германия) и прямого электрического офтальмоскопа (Carl Zeiss Jena HOI 10, Германия). Флюоресценцию возбуждали синим светом.

Замороженные глаза рассекали на микротоме (Slide 2002 Compact, Германия). Перемещения флюоресцеина регистрировали с помощью фотосъемки цифровым фотоаппаратом (Olympus Camedia С-50, Китай).

Эксперименты по изучению транспортных свойств эпителия хрусталика проводили методом измерения массы хрусталиков при погружении их в инкубационный раствор двумя способами'

1) частичное погружение нативных хрусталиков (задней или передней поверхностью) в инкубационный раствор с добавлением строфантина и без него позволяло определить активность транспортного процесса в эпителии хрусталика (А С №1776395 от 23.11 1993);

2) полное погружение нативных хрусталиков в инкубационный раствор с разными концентрациями поливинилпирролидона с добавлением строфантина и без него позволяло определить транспортные характеристики эпителия.

Интенсивность транспорта жидкости через переднюю и заднюю поверхности хрусталика рассчитывали по формуле:

1=^, (2) st

где Am - изменение массы хрусталика (мг), s - площадь поверхности хрусталика (см2), t - время (мин).

Стандартную статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием t - критерия Стьюдента.

Движение жидкости в нативном хрусталике определяли по перемещению вещества-маркера с помощью следующих методов:

1) метод биомикроскопического анализа Исследования проводили в условиях мидриаза 100 мкл 10% флюоресцеина прижизненно вводили в хрусталик Распределение флюоресцеина по передней и задней поверхностям хрусталика наблюдали с помощью щелевой лампы Дальнейшее распространение флюоресцеина в глазу наблюдали с помощью электрического офтальмоскопа;

2) метод «остановленной диффузии». 100 мкл 10% флюоресцеина прижизненно вводили в хрусталик животного В течение часа с интервалом 5-10 минут глаза энуклеировали и сразу замораживали Замороженные глаза разрезали на микротоме через место введения флюоресцеина, и проводили цифровую фотосъемку (A.C. №2000102268/14(002081) от 27.01.2000).

В третьей главе представлены результаты исследования обмена жидкости в нативных хрусталиках Воя linmevs и Oryctolagus lilljeborg.

Исследование переноса жидкости через переднюю и заднюю поверхности нашивного хрусталика. Массы хрусталиков, погруженных передней гаи задней поверхностью в инкубационный раствор с добавлением строфантина и без него, увеличиваются (рис.1). Однако величины изменения массы хрусталиков, погруженных передней и задней поверхностями, различаются.

передняя задняя

поверхность хрусталика

□ без строфантина ■ со строфантином

Рис. 1 Изменение массы хрусталиков, погруженных в инкубационный раствор передней или задней поверхностью с добавлением строфантина и без него

При погружении хрусталиков передней поверхностью в инкубационный раствор без добавления строфантина изменение массы на единицу поверхности хрусталиков составляет (14,1 ±8,4) мг/см2. Строфантин, добавленный в инкубационный раствор, снижает эту величину до (5,4±6,5) мг/см2 (Р<0,05). Рассчитанная величина интенсивности потоков жидкости через переднюю поверхность хрусталика - (0,09±0,11) мг/(см2 мин) в присутствии строфантина и (0,2±0,12) мг/(см2 мин) - без него

Изменения массы на единицу задней поверхности хрусталиков, погруженных в инкубационный раствор с добавлением строфантина - (5,1±5,4) мг/см2 - и без него - (5,0±5,2) мг/см2 - количественно не различаются (Р>0,05) Рассчитанная величина интенсивности потоков жидкости через заднюю поверхность хрусталиков в присутствии строфантина - (0,09±0,1) мг/(см2мин), без него -(0,08±0,09) мг/(см2мин).

На основе полученных данных показано, что строфантин не влияет на транспорт жидкости в задней поверхности хрусталиков. По-видимому, в

2410 -

«! 2380 -|

« 2350 -

2320 -1

бесклеточной структуре задней поверхности хрусталиков возможен только пассивный транспорт При погружении хрусталиков передней поверхностью строфантин, действующий как ингибитор активности Na, К-АТФазы, влияет на изменение массы хрусталиков. Это указывает на активный характер транспорта жидкости (с участием Na, К-АТФазы). Эпителий, расположенный на передней поверхности хрусталиков, определяет процесс активного транспорта

Таким образом, экспериментально подтверждено наличие активного транспорта с участием Na, К-АТФазы в эпителии передней поверхности хрусталика и отсутствие активного транспорта в задней поверхности.

Исследование транспортных характеристик эпителия нативного хрусталика. Увеличение массы хрусталика может быть обусловлено не только активностью транспортной системы с участием Na, К-АТФазы, а также влиянием как разницы в осмотическом давлении между внешним раствором и хрусталиком, так и осмотическим давлением в нативном хрусталике.

В условиях эксперимента ионный состав инкубационного раствора был идентичен влаге передней камеры глаза. Следовательно, осмотическое давление, возникающее между внешним раствором и хрусталиком, незначительно влияло на увеличение массы хрусталика.

Осмотическое давление в нативном хрусталике и активность транспортной системы (Na, К-АТФазы) в эпителии определяли по изменению массы хрусталиков в инкубационных растворах с различной концентрацией поливинилпирролидона с добавлением строфантина и без него

Исследования показали, что характер зависимостей изменения массы от времени для хрусталиков Bos linnaeus (рис 2) и Oryctolagus lilljeborg (рис 3) в инкубационном растворе без добавления поливинилпирролидона практически не различается.

Согласно представленным данным (рис. 2, З^масса хрусталиков практически не изменяется в первые 8-11 минуты исследования. Увеличение массы хрусталиков начинается на 15 минуте и к 27 минуте исследования достигает своего наибольшего значения Далее, со временем, существенного увеличения массы хрусталиков не происходит. При этом массы хрусталиков в инкубационном растворе с добавлением строфантина и без него существенно отличаются Значительное снижение массы в присутствии строфантина объясняется ингибированием активного транспорта жидкости в хрусталике Отсутствие существенных изменений массы хрусталиков на участке кривой после 30 минут происходит в силу сбалансированности транспорта жидкости Возможно это

вызвано как отсутствием концентрационного градиента, создаваемого белками хрусталика, так и прекращением работы Ш, К-АТФазы.

2340-

а' s 2295

о 2250-

3 2205

2160

-1-1-1-1-1-1--—1-г

5 8 11 15 18 23 27 30 35 40 45 50 55 60

время, мж

—♦— без строфантина - со строфангтом

Рис. 2. Зависимость массы хрусталиков Bos linnaeus от времени в инкубационном растворе без добавления поливинилпирролидона со строфантином и без него

время, мин

♦ без строфантина со строфантином

Рис. 3. Зависимость массы хрусталиков Oryctolagus iilljebord от времена в инкубационном растворе без добавления поливинилпирролидона со строфантином и без него

Аналогичные зависимости массы от времени инкубирования для хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljeborg получены при добавлении поливинилпирролидона в инкубационный раствор со строфантином и без него. Различные концентрации поливинилпирролидона в инкубационном растворе по-разному влияли на изменение массы хрусталиков.

Результаты исследования массы хрусталиков в растворах с различными концентрациями поливинилпирролидона со строфантином и без него представлены да рис. 4 для Bos linnaeus и на рис. 5 - доя Oryctolagus lilljeborg.

«Средняя масса» хрусталиков составляет (2180±8) мг для Bos linnaeus и (315± 1) мг - для Oryctolagus lilljeborg, что представлено на рис. 4, 5 в виде горизонтальной линии, относительно которой были рассмотрены массы хрусталиков. Наибольшее значение массы по сравнению со «средней массой» хрусталиков наблюдается в инкубационном растворе при отсутствии поливинилпирролидона При увеличении концентрации поливинилпирролидона в инкубационном растворе массы хрусталиков в сравнении со «средней массой» уменьшаются. При этом показано, что изменение массы хрусталиков в инкубационном растворе с добавлением строфантина и без него существенно отличаются, так как происходит снижение массы в присутствие строфантина. Масса хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljeborg равна величине «средней массы» в инкубационном растворе без добавления строфантина с концентрацией поливинилпирролидона 253 г/л. При добавлении строфантина в инкубационный раствор массы хрусталиков приближаются к величине «средней массы», когда концентрация поливинилпирролидона находиться в интервале от 168 г/л до 253 г/л.

Таким образом, зависимость изменения массы хрусталиков от концентрации поливинилпирролидона в инкубационных растворах с добавлением строфантина и без него для Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord является одинаковой.

Увеличение массы хрусталиков по отношению к «средней массе» в растворах с

концентрацией поливинилпирролидона от 0 до 253 г/л можно объяснить

содержанием растворимых белков в хрусталике и активностью транспортной

системой - Na, К-АТФазы. Транспортная система (Na, К-АТФаза) в эпителии

передней поверхности осуществляет движение жидкости внутрь хрусталика за

счет ионного обмена. Белки хрусталика создают градиент осмотического

давления, вызывающий движение жидкости внутрь хрусталика Повышение

концентрации поливинилпирролидона увеличивает осмотическое давление в

инкубационном растворе. Вследствие этого создается градиент между

осмотическими давлениями внутри и снаружи хрусталика, что способствует

усилению движения жидкости из хрусталика. Активность транспортной системы -

Na, К-АТФазы - по-видимому, недостаточна для восполнения потери жидкости,

поэтому массы хрусталиков в растворах с концентрацией поливинилпирролидона

выше 253 г/л уменьшаются. Уменьшение массы в инкубационных растворах с

концентрацией поливинилпирролидона 381 г/л и 457 г/л существенно не различается Это можно объяснить удерживанием необходимого количества жидкости белками хрусталика.

концентрация поливинилпирролидона в растворе, г/л Ф без строфантина - -Ш-- со строфантином

Рис 4 Изменения массы хрусталиков Bos hnnaeus в инкубационных растворах с различной концентрацией поливинилпирролидона с добавлением строфантина и без него

Рис 5. Изменения массы хрусталиков Огус1о1<щи5 ЬЩеЬогц в инкубационных растворах с различной концентрацией поливинилпирролидона с добавлением строфантина и без него

Строфантин, добавленный в инкубационный раствор, ещё больше снижает массы хрусталиков за счет ингибирования активности транспортной системы -К-АТФаза. Изменение массы в этом случае происходит только за счет осмотического градиента, создаваемого белками хрусталика.

Таким образом, разница изменения массы хрусталиков в растворе со строфантином и без него, рассматривается как аргумент в пользу того, что транспортный процесс обмена жидкости в нативном хрусталике является активным и совершается за счет энергии транспортной системы (Na, К-АТФазы).

При концентрации поливинилпирролидона 253 г/л транспорт жидкости внутрь и вне хрусталика является сбалансированным. Осмотическое давление инкубационного раствора, измеренное на осмометре, составляет 33 мм рт.ст. По-видимому, давление в хрусталике, создаваемое белками и транспортной системой (Na, К-АТФазой), равняется осмотическому давлению раствора, а именно 33 мм рт.ст В присутствии строфантина, как видно из рис. 4, 5, величина осмотического давления значительно меньше и составляет 27 мм рт.ст. Разница величин осмотических давлений, составляющая 6 мм рт.ст. определяется активностью Na, К-АТФазы.

На основе изменения массы хрусталиков под влиянием осмотического давления инкубационного раствора была рассчитана величина энергии по формуле (3).

А=&Е = АР-&У = &Р-~ = ЛР-Лт, (3)

где ДР - разность осмотического давления, AV - изменение объема жидкости, Дш

- изменение массы хрусталика, р - плотность воды, соответствующая 1 .

Величина энергии, необходимая для активного транспорта жидкости внутрь нативного хрусталика находится в пределах (5-24)10'J Дж для Bos linnaeus и (1,5-6)10'2 Дж - для Oryctolagus lilljeborg Различия в величине энергии хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord объясняется различием массы хрусталиков животных Чем меньше масса хрусталика, тем более интенсивно происходит транспорт жидкости внутрь хрусталика.

Величина энергии, поддерживающий активный транспорт жидкости внутрь нативного хрусталика, рассчитана впервые В сравнении с энергией гидролиза АТФ (1 кДж) на активный транспорт жидкости внутрь нативного хрусталика затрачивается меньше энергии.

Итак, представленные данные показывают, что энергия, необходимая для активного транспорта жидкости внутрь нативного хрусталика Bos lintiaeusf больше, чем для Oryctolagus lilljeborg. Однако избыток жидкости, создающийся вследствие активного транспорта, повышает давление внутри хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord на одну и ту же величину - б мм рт.ст.

Исследование направленного движения жидкости в нашивном хрусталике Активная транспортная компонента (№, К-АТФаза) в эпителии участвует в формировании в нативном хрусталике направленного движения жидкости.

Наблюдения прижизненного распределения флюоресцеина в хрусталиках подтверждают выдвинутое утверждение. Исследования при помощи щелевой лампы показали, что движение флюоресцеина к передней поверхности хрусталика не происходит Флюоресцеин через 5-10 минут после введения в хрусталики перемещается к задней поверхности Последующие 15-20 минут исследования флюоресцеин покидает заднюю поверхность и окрашивает зону захрусталикового пространства Наблюдения глаз на электрическом офтальмоскопе показали, что дальнейшее движение флюоресцеина происходит в стекловидное тело

Результаты исследования методом «остановленной диффузии» подтвердили направленное движение жидкости Распределение флюоресцеина в хрусталиках через 10-15 минут после его введения происходит в направлении к задней поверхности хрусталика. Исследования в течение последующих 25-30 минут показали, что флюоресцеин покидает заднюю поверхность хрусталика с последующим выходом в стекловидное тело (рис 6) Перемещения флюоресцеина к передней поверхности хрусталика нет Наблюдения распределения флюоресцина в размороженных глазах позволили обнаружить его и в передней камере, и в стекловидном теле Данное явление объясняется тем, что натрий-калиевый насос после смерти животного не функционирует и флюоресцеин путем диффузии проникает через капсулу хрусталика в переднюю камеру и в стекловидное тело одинаково.

Рис 6 Прижизненное распределение флюоресцеина в структурах глаза Oryctolagus ЪП]еЬогс1

Итак, направленное движение жидкости от передней поверхности хрусталика к задней происходит с участием активной транспортной системы (Na, К-АТФаза)

На основе представленных результатов исследований выявлены основные закономерности транспортных процессов обмена жидкости в нативных хрусталиках Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebor.

Эпителий передней поверхности осуществляет активный транспорт жидкости внутрь нативного хрусталика за счет функционирования Na, К-АТФазы. Энергия, необходимая для активного транспорта жидкости, находится в пределах (5-24)10"2 Дж для хрусталиков Bos linnaeus и (1,5-6)10'2 Дж - для Oryctolagus lilljeborg. Вследствие активного транспорта жидкости внутрь хрусталика создается избыток воды, увеличивающий давление внутри хрусталика на 6 мм рт ст Прижизненное движение жидкости в нативном хрусталике происходит в направлении от передней поверхности к задней с последующим выходом в стекловидное тело.

Основные результаты и выводы:

1. Эпителий передней поверхности нативного хрусталика осуществляет активный транспорт жидкости с направленностью внутрь хрусталика. Задняя поверхность хрусталика в активном транспорте не участвует.

2 Интенсивность потоков жидкости, формируемых эпителием нативного хрусталика^составляет (0,2±0,12) мг/(см2мин) Присутствие строфантина снижает величину интенсивности до (0,09±0,11) мг/(см2 мин).

3 Величина энергии, необходимая для активного транспорта жидкости внутрь нативного хрусталика, находится в пределах (5-24)-10"2 Дж для хрусталиков Bos linnaeus и (1,5-6)-10"2 Дж - Oryctolagus lilljeborg.

4 Прижизненное движение жидкости в хрусталике является направленным и происходит от передней поверхности к задней с последующим выходом в стекловидное тело.

Список основных публикаций по теме диссертации

I. Степанова Л В. Общие закономерности обмена жидкости хрусталика теплокровных животных / JIB. Степанова, Г.М. Сычев, И.Ю. Марченко, А.А. Иккес, В.В. Лазаренко // Вопросы офтальмологии. - 2001. - С.177-182.

2 Сычев Г.М. Водный обмен хрусталика в окружающих его средах глаза / Г.М. Сычев, В.В Лазаренко, А.Г Сычев, Л.В Степанова, И Ю Марченко // Сибирское медицинское обозрение - 2003. - №4. - С. 55-57

3. Сычев Г.М. Направленность транспортных потоков эпителия хрусталика крупного рогатого скота / Г.М. Сычев, В.В. Лазаренко, Л.В Степанова, А.Г. Сычев // Сибирское медицинское обозрение. - 2003. - № 1. - С.29-31.

4 Сычев Г.М Энергетические характеристики транспортных функций эпителия хрусталика крупного рогатого скота / Г M Сычев, Л В Степанова, В.В Лазаренко, А.Г Сычев, И Ю. Марченко // Межрегиональная конференция офтальмологов, посвященная 40-летию детской глазной службы Красноярского края. - Красноярск, 2003. - С.22&-231.

5 Степанова Л.В. Участие хрусталика в обмене внутриглазной жидкости / Л В Степанова, Г.М Сычев, И Ю Марченко, В В Лазаренко // Бюллетень ВосточноСибирского научного центра. - 2004 - №2 - С.55-59.

6. Марченко И Ю. Стекловидное тело как зона интенсивного обмена жидкости / И Ю. Марченко, Г.М Сычев, Л.В. Степанова // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. - 2004. - №2.- С.52-55.

7. Сычев Г.М. Развитие травматической катаракты при повреждениях хрусталика /Г.М. Сычев, В.В Лазаренко, Л.В. Степанова //Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. - 2004.- №2. - С.59-63.

8 Степанова Л.В. Энергетические характеристики транспортных функций эпителия хрусталика различных животных / Л В Степанова, ИЮ. Марченко, Г'.М Сычев, В.А. Кратасюк // Вестник Красноярского государственного университета. - 2004. - №7. - С. 166-169.

9. Степанова Л.В. Направленность транспортных потоков в хрусталике кроликов / Л В Степанова, И.Ю Марченко, Г М. Сычев // Бюллетень экспериментальной и медицинской биологии -2005 -Т. 139, №1.-С 57-59

10. Stepanova L V. Exchange of fluid in hydrocolloidal structures of eye / L V Stepanova, I. Ju. Marchenko, GM. Sychov // Abstract of The 5 International Conference on Biological Physics. Schweden. - 2004. - P. 136.

II. Stepanova L.V Exchange of fluid in a crystalline lens of eye animals / L.V. Stepanova, I. Ju Marchenko, G M Sychov // Abstract of The Eleventh International Symposium of the Japan-Russia Medical Exchange Japan - 2004 - P.471

12 Marchenko I Ju. Research of out flow of the intraocular liquid from structures of the eye / I. Ju. Marchenko, L V Stepanova, G.M Sychov // Abstract of The Eleventh International Symposium of the Japan-Russia Medical Exchange. Japan. - 2004. -P.470 .

Список использованной литературы

I Антонов В.Ю. Мембранный транспорт [Электронный ресурс] / В.Ю Антонов // Соровский образовательный журнал. - 1997 - №6. - 14-20. -hltp.//journal. issep.rssi.ru

2. Бессонов Б И. Физико - химические основы трансэпителиального транспорта ионов Na [Текст] / Б И Бессонов, С Буцук. - М.: Наука, 1991. - 130 с

3 Гальбинур A 11 Роль транспортных аденозинтрифосфатаз в патологии глаза [Текст] / А.П Гальбинур // Вестник офтальмологии - 2004 - Т 120, №2 — 49-51 с

4. Мальцев Э.В. Хрусталик [Текст] / Э.В Мальцев. - М.: Медицина, 1988. -192 с

5 Наточин Ю.В. Методы исследования транспорта ионов и воды [Текст] / Ю.В Наточин, А Чапек - Л ■ Наука, 1976 -312с

6 Пири А Биохимия глаза [Текст] / А Пири, Р. ван Гейнинген - М • Медицина, 1968. - 79 с

7. Полунин Г.С. Движение флюоресцина в прозрачном хрусталике [Текст] / Г.С. Полунин, О. Хоквин, А. Вегендр // Вестник офтальмологии - 1990 - №4. -62-65 с.

8 Хамидова MX Развитие глаза и проводниковых зрительных путей у человека до и после рождения [Текст] / М X Хамидова - Ташкент: Медицина, 1972.-74 с

9. Эккерт Д.Р Физиология животных- Механизмы и адаптация [Текст] / Д.Р. Эккерт, Д. Огастин. -М.: Мир, 1991- Т 1 -423 с.

10 Ярославская А.Н Исследование водного обмена хрусталика глаза человека с помощью конфокального микроспекгроскопии комбинационного рассеяния [Текст] / А.Н. Ярославская, ИВ Ярославский, К Отго // Биофизика - 1998 - Т 43.- 125-130 с.

II Buhler V Kollidon Polyvinylpyrrolidone for the pharmaceutical industry / V. Buhler. - Ludwigshafen, 1995. - 124 c.

12 Candia O.A, Zamudio A.C. Regional distribution of the Na and К currents around the crystalline lens of rabbit // American Journal Cell Physiology. - 2002. - Vol 282. - P. 252-262. - http //www aipcell phvsiology.org

13 Fischbarg J A rapidly emerging field: water channel proteins in the eye // Investigate Ophthalmology Visual Science. - 1995. -No 36 -P 758-763.

14 Fischbarg J et al. Transport of fluid by lens epithelium // American Journal Physiology Cell Physiology. - 1999. - Vol. 276. - P. 548-557. -http://www.aipcell.phvsiologv.org

15 Lieburg A., Deen P., Os С H, Monnens L.A, Rnoers N.A Physiology and pathophysiology of water transport the role of aquaporins // Journal of Nephrology -1996 - Vol 9, no. 2,-P 58-65

16 Loo D.F., Wright E.M., Meinild A -K Commentary on «Epithelial fluid transport

- a centure of investigation» // News in Physiological Sciences. - 1999 - Vol. 14, no. 3.

- P. 98-100. -http://phvsiolotivonline.phvsiologv.org

17. Loo D.F., Wright E.M., Zeuthen T. Water pumps // Journal of Physiology. -2002. - Vol. 528. - P. 251-258. - http://jp.phvsoc.org

18 Mathias R T, Rae J L, Baldo G J Physiological properties of the normal lens // Physiology Review. - 1997.-Vol 77 -P 21-50 - http.//phvsrev.phvsiology org

19. Nielsen S., Smith B.L., Christensen El Distribution of aquaporin CHIP in secretory and resorptive epitheha and capillary endothelia // Proceeding National Academic Science. - 1993. - No 90. - P. 7275-7279. - http://www.pnas.org

20. Schultz S.G A century of (epithelial) transport physiology from vitalism to molecular cloning//American Journal Physiology -1998 - Vol 274 -P 13-23

21 Schultz S G Epithelial water absorption' Osmosis or cotransport? // Proceeding National Academic Science - 2001 - Vol 98, no 7. - P 3628-3630 ~ http.//www. pnas. org

22. Spring K.R. Epithelial fluid transport - a century of mvestigation // News in Physiological Sciences. - 1999 - Vol 14, no. 3 - P. 92-98. - http.//www.pnas.org

Подписано в печать «5* IO.¿ooS Формат 60x84/16. Бумага тип. Печать офсетная. Усл. печ. л. Тираж ¡СО Заказ 200

Издательский центр Красноярского государственного университета 660041 Красноярск, пр. Свободный, 79.

>ч

I, j

(

í í

РНБ Русский фонд

2007-4 5709

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Степанова, Людмила Васильевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТРАНСПОРТНЫЕ ФУНКЦИИ ЭПИТЕЛИЯ ХРУСТАЛИКА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ (обзор литературы)

1.1. Биологические особенности хрусталика позвоночных животных и человека

1.2. Эпителий как биофизический объект исследования транспортных процессов

1.2.1. Структура эпителия и его разновидности

1.2.2. Общая характеристика эпителиев

1.2.3. Эпителий хрусталика как один из разновидностей транспортирующих эпителиев

1.3. Биофизика транспортных свойств эпителия

1.3.1. Основные биофизические закономерности транспортных процессов

1.3.2. Транспорт жидкости в эпителии: пассивный или активный?

1.3.2.1. Основные биофизические методы исследования транспортных свойств эпителия

1.3.2.2. Механизм транспорта жидкости в эпителии

1.3.2.3. Влияние физических параметров на транспортный процесс в эпителии

1.3.3. Энергетическая характеристика транспортного процесса в эпителии

1.4. Особенности транспортных процессов в хрусталике

1.5. Методическая необоснованность активного транспорта жидкости в нативном хрусталике

1.6. Постановка задачи

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 56 2.1. Оценка геометрических размеров нативного хрусталика животных

2.1.1. Материалы экспериментального исследования

2.1.2. Методы экспериментального исследования

2.2. Исследование транспортных свойств эпителия хрусталика животных в условиях in vitro

2.2.1. Материалы экспериментального исследования

2.2.2. Метод экспериментального исследования активного транспорта жидкости в нативном хрусталике Bos linnaeus

2.2.3. Метод экспериментального исследования транспортных характеристик эпителия нативных хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord

2.3. Исследование направления движения жидкости в нативном хрусталике в условиях in vivo

2.3.1. Материалы экспериментального исследования

2.3.2. Методы экспериментального исследования

2.4. Статистическая обработка результатов исследования

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Основные различия геометрических размеров нативных хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord

3.1.1. Геометрические размеры нативного хрусталика Bos linnaeus

3.1.2. Геометрические размеры нативного хрусталика Oryctolagus lilljeborg

3.1.3. Сравнительный анализ результатов исследования нативных хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord

3.2. Транспортные свойства эпителия нативного хрусталика

3.2.1. Активный транспорт жидкости в эпителии нативного хрусталика

3.2.2. Транспортные характеристики эпителия нативного хрусталика

3.2.2.1. Основные характеристики транспортного процесса в нативном хрусталике Bos linnaeus

3.2.2.2. Основные характеристики транспортного процесса в нативном хрусталике Oryctolagus lilljeborg

3.2.2.3. Сравнительный анализ результатов исследования нативных хрусталиков Bos linnaeus и Oryctolagus lilljebord

3.3. Направление движения жидкости в нативном хрусталике

Введение Диссертация по биологии, на тему "Транспортные функции эпителия хрусталика"

Актуальность исследования. Выяснение механизмов транспорта веществ в клетках живых организмов в настоящее время считается одной из наиболее актуальных проблем биофизики. Изучение путей регуляции в биологических системах позволяет прояснить особенности биологических явлений на разных уровнях организации [50].

Особое внимание при исследовании транспортных процессов уделяется рассмотрению биофизики активного транспорта ионов и воды. Процессы активного транспорта поддерживают обмен жидкости, поэтому крайне важны для жизнедеятельности всех живых организмов [3, 16]. Активный обмен веществ с окружающей средой во многих органах обеспечивается эпителиальными клетками, покрывающими их внутренние поверхности (почки, мочевой пузырь, тонкий кишечник и др.) [43]. Хрусталик глаза человека и позвоночных животных (crystalline lens) также принадлежит к группе органов, содержащих эпителиальные клетки. Согласно морфологическим и функциональным особенностям хрусталик глаза одинаков для всех позвоночных животных [63, 113]. Он представляет собой прозрачное гидроколлоидное образование, изолированное капсулой от окружающей среды и подвешенное на цинновых связках между радужкой и стекловидным телом. Все хрусталики позвоночных животных имеют переднюю поверхность, покрытую слоем эпителиальных клеток, и заднюю, представленную бесклеточным образованием. Основная функция хрусталика - аккомодация [35, 36]. Большая роль в поддержании активности и жизнедеятельности хрусталика принадлежит процессам обмена жидкости между хрусталиком и окружающей средой [95,110]. Показано, что регуляция транспорта жидкости осуществляется эпителиальными клетками, расположенными на внутренней поверхности передней капсулы хрусталика [35,47].

Характерной физиологической особенностью таких эпителиев считают то, что они способны переносить ионы против градиента их концентраций, и поэтому их относят к группе транспортирующих эпителиев [7]. Согласно теории Уссинга, транспорт веществ в эпителиальную клетку осуществляется активно в результате функционирования аденозинтрифосфатазы (АТФазы) и имеет направленный характер [67].

Однако единого представления о механизме транспорта жидкости в хрусталике глаза не существует. Согласно результатам одних исследователей [48, 68, 76, 95, 97], транспорт жидкости в хрусталике является пассивным процессом и представляет собой циркуляцию потоков ионов и воды вокруг его передней и задней поверхностей. Результаты экспериментов, проведенные другими исследователями [18, 35, 47, 84], показывают, что на транспорт жидкости в хрусталике влияют ингибиторы Ыа, К-АТФазы.

Возможная причина противоречий в понимании механизма транспорта жидкости в хрусталике заключается в методах исследований. Широко применяемый метод тока короткого замыкания требует отделения эпителия или изолирования поверхностей хрусталика [43, 69, 75, 96]. Применение данного метода не позволяет оценить активность и направленность потоков, а также характеристики транспортных процессов в нативном хрусталике. Сочетание методических подходов, при которых оценивают транспортные свойства всего органа без разрушения его целостности и учета жизненной активности, позволяет охарактеризовать процессы обмена жидкости [43].

Таким образом, механизмы обмена жидкости между хрусталиком и окружающей его средой изучены далеко не полностью: отсутствует единое мнение о соотношении пассивного и активного транспорта с участием эпителия передней поверхности хрусталика глаза; существуют противоречия в экспериментальных результатах и их интерпретации.

Выяснение механизмов обмена жидкости хрусталика исключительно важно для понимания процессов функционирования хрусталика в норме и при патологии, коррекции приемов и методов хирургических операций по замене хрусталика в офтальмологии. Применяемый в этих случаях искусственный хрусталик принципиально отличается от нативного, так как в нем отсутствуют процессы транспорта. Вследствие этого изучаемые в работе закономерности обмена жидкости могут быть использованы при создании моделей искусственного хрусталика. В связи с этим исследование транспортных процессов обмена жидкости весьма актуально с точки зрения как фундаментальной науки, так и прикладной, для медицины.

Цель работы; выявление основных закономерностей транспортных процессов обмена жидкости в нативном хрусталике.

Задачи исследования

1. Получить подтверждения наличия активного транспорта жидкости в хрусталике глаза, связанного с функционированием его эпителия.

2. Оценить основные параметры активного транспорта жидкости в нативном хрусталике в условиях in vitro.

3. Определить направление движения жидкости в нативном хрусталике в условиях in vivo.

Научная новизна. В работе новым методом получено подтверждение участия эпителия хрусталика в формировании активного транспорта жидкости в хрусталике.

Впервые показано наличие направленного движения жидкости от передней поверхности хрусталика к задней.

Определены основные параметры транспорта жидкости.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Эпителий осуществляет активный транспорт жидкости внутрь нативного хрусталика.

2. Величина энергии, необходимая для активного транспорта жидкости внутрь нативного хрусталика, находится в пределах (5-24)-10" Дж для Bos linnaeus и (1,5-6)-10"2 Дж для Oryctolagus lilljebord.

3. Прижизненное движение жидкости в нативном хрусталике происходит в направлении от передней поверхности хрусталика к задней.

Личный вклад автора состоит в проведении основных экспериментальных и теоретических работ по теме диссертации. Экспериментальные исследования хрусталиков в условиях in vivo проведены совместно со студентами и аспирантами кафедры глазных болезней Красноярской государственной медицинской академии.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 64-й Итоговой студенческой научно-практической конференции с международным участием (Красноярск, 2000), Научно-исследовательской конференции студентов-физиков (Красноярск, 2001), IX Международном симпозиуме «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск, 2003), 10-й Всероссийской конференции студентов-физиков и молодых ученых (Москва, 2004), LXII Международной конференции студентов-физиков «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2004).

Выигранные гранты. Исследования выполнены при поддержке Красноярского краевого фонда науки (грант 15G245).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 статей и 16 тезисов.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Степанова, Людмила Васильевна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Эпителий передней поверхности нативного хрусталика осуществляет активный оубаинзависимый транспорт жидкости с направленностью внутрь хрусталика. Задняя поверхность хрусталика в активном транспорте не участвует.

2. Интенсивность потоков жидкости, формируемых эпителием нативного хрусталика, составляет (0,24±0,12) мг/(см мин). Присутствие строфантина снижает величину интенсивности до (0,09±0,11) мг/(см2мин).

3. Величина разности энергии, необходимая для активного транспорта жидкости внутрь нативного хрусталика, находится в пределах (5-24)-10 Дж для хрусталиков Bos linnaeus и (1,5-6)-10 Дж - для Oryctolagus lilljeborg.

4. Прижизненное движение жидкости в хрусталике является направленным и происходит от передней поверхности хрусталика к задней с последующим выходом в стекловидное тело.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Степанова JI.B. Общие закономерности обмена жидкости хрусталика теплокровных животных./ Л.В. Степанова, Г.М. Сычев, И.Ю. Марченко, A.A. Иккес, В.В. Лазаренко // Вопросы офтальмологии. - 2001. - С. 177182.

2. Иккес A.A. Изменение глаза человека при аккомодации./ A.A. Иккес, Г.М. Сычев, И.Ю. Марченко, Л.В. Степанова // Вопросы офтальмологии. -2001. - С.173-175.

3. Сычев Г.М. Водный обмен хрусталика в окружающих его средах глаза./ Г.М. Сычев, В.В. Лазаренко, А.Г. Сычев, Л.В. Степанова, И.Ю. Марченко // Сибирское медицинское обозрение. - 2003. - №4. - С.55-57.

4. Сычев Г.М. Направленность транспортных потоков эпителия хрусталика крупного рогатого скота./ Г.М. Сычев, В.В. Лазаренко, Л.В. Степанова, А.Г. Сычев // Сибирское медицинское обозрение. - 2003. - № 1 - С.29-31.

5. Сычев Г.М. Энергетические характеристики транспортных функций эпителия хрусталика крупного рогатого скота./ Г.М. Сычев, Л.В. Степанова, В.В. Лазаренко, А.Г. Сычев, И.Ю. Марченко // Межрегиональная конференция офтальмологов, посвященная 40-летию детской глазной службы Красноярского края. - 2003. - С.228-231.

6. Степанова Л.В. Участие хрусталика в обмене внутриглазной жидкости./ Л.В. Степанова, Г.М. Сычев, И.Ю. Марченко, В.В. Лазаренко // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. - 2004. - №2. - С.55-59.

7. Марченко И.Ю. Стекловидное тело как зона интенсивного обмена жидкости./ И. Ю. Марченко, Г.М. Сычев, Л.В. Степанова // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. - 2004. - №2.- С.52-55.

8. Сычев Г.М. Развитие травматической катаракты при повреждениях хрусталика./ Г.М. Сычев, В.В. Лазаренко, Л.В. Степанова // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. - 2004.- №2. - С.59-63.

9. Степанова JI.В. Направленность транспорных потоков жидкости в хрусталике./ JI.B. Степанова, И.Ю. Марченко, Г.М. Сычев // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2005. - Т. 139, №1.- С.57-59.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обобщение результатов исследований, полученных в ходе экспериментальных работ, позволили выявить закономерности транспортных процессов обмена жидкости в нативных хрусталиках Bos linnaeus и Oryctolagus lilljeborg.

Показано, что эпителий передней поверхности нативного хрусталика осуществляет активный транспорт жидкости за счет функционирования Na, К-АТФазы. Энергия, необходимая для транспорта жидкости внутрь О хрусталика, находится в пределах (5-24)-10" Дж для хрусталиков Bos linnaeus О и (1,5-6)-10 Дж - для Oryctolagus lilljeborg. Вследствие активного закачивания жидкости внутрь хрусталика создается избыток воды, увеличивающий давление внутри хрусталика на 6 мм рт.ст. Прижизненное движение жидкости в нативном хрусталике происходит в направлении от передней поверхности к задней с последующим выходом в стекловидное тело.

Полученные данные позволяют расширить представление о водном обмене глаза, указывая на то, что хрусталик принимает непосредственное участие в обмене внутриглазной жидкости глаза.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Степанова, Людмила Васильевна, Красноярск

1. Антонов В.Ф. Мембранный транспорт Электронный ресурс. / В.Ф. Антонов // Соровский образовательный журнал. 1997. - №6. - 14-20 с. -http://ionrnal.issep.rssi.ru

2. Антонов В.Ф. Биофизика мембран Электронный ресурс. / В.Ф. Антонов // Соровский образовательный журнал. 1996. - №6. - 4-12 с. -http://iournal.issep.rssi.ru

3. Артюхов В.Г. Биофизика Текст. / В. Г. Артюхов, Т.А. Ковалева, В.П. Шмелев. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1994. - 335 с.

4. Архангельский В.Н. Глазные болезни Текст. / В.Н. Архангельский. -М.: Медицина, 1969. 92 с.

5. Арчаков А.И. Транспортые процессы, направленные вдоль биологических мембран Текст. / А.И. Арчаков, A.B. Карякин,. В.П. Скулачев // ДАН СССР. 1975. - № 6. -1460 с.

6. Беркинблит М.Б. Высокопроницаемые контактные мембраны Текст. / М.Б. Беркинблит, В.П. Божикова. М.: Наука, 1981. - 466 с.

7. Бессонов Б.И. Физико-химические основы трансэпителиального транспорта ионов Na Текст. / Б.И. Бессонов, С. Буцук. М.: Наука, 1991. -130 с.

8. Биохимия активного транспорта ионов и транспортные АТФазы Текст. / под ред. A.A. Болдырева и др. М.: Изд-во МГУ, 1983. - 158 с.

9. Бирич Т.А. Глазные болезни Текст. / Т.А. Бирич, А.Б. Чекина, Л.Н. Марченко. М.: Высш. шк., 1998. - 231 с.

10. Болдырев A.A. Na, К-АТФаза Текст. / A.A. Болдырев // Успехи биологической химии. 1977. - Т. 5. - 122-125 с.

11. Болдырев A.A. Биологические мембраны и транспорт ионов Текст. / A.A. Болдырев. М.: Изд-во МГУ, 1985. - 90 с.

12. Болдырев A.A. Na/K-АТФаза: свойства и биологическая роль Электронный ресурс. / A.A. Болдырев // Соровский образовательный журнал. 1998. - №4. - 2-9 с. - http://iournal.issep.rssi.ru

13. Болдырев A.A. Регуляция активности мембранных ферментов Электронный ресурс. / A.A. Болдырев // Соровский образовательный журнал. 1997. - №6. - 21-27 с. - http://iournal.issep.rssi.ru

14. Вандер А. Физиология почек Текст.: пер. с англ / А. Вандер; под ред. акад. Ю.В. Наточина. СПб.: Питер. - 2000. - 256 с.

15. Войно-Ясенецкий В.В. Разрастание и изменчивость тканей глаза при его заболеваниях и травмах Текст. /В.В. Войно-Ясенецкий. Киев: Высш. шк., 1979.-224 с.

16. Волькенштейн М.В. Общая биофизика Текст. / М.В. Волькенштейн. -М.: Наука, 1978. 150 с.

17. Вопросы клинической и экспериментальной офтальмологии Текст. / под ред. А.Я. Самойлова, Е.Ж. Трон. Л.: МЕДГИЗ, 1959. - 152 с.

18. Гальбинур А.П. Роль транспортных аденозинтрифосфатаз в патологии глаза Текст. / А.П. Гальбинур // Вестник офтальмологии. 2004. - Т. 120, №2. —49-51с.

19. Геннис. Биомембраны. Молекулярная структура и функции Текст.: пер. с англ / Геннис; под ред. Л.И. Барсукова, А.Л. Семейкина, В.Д. Следа. -М.: Мир, 1997. 624 с.

20. Глазные болезни в вопросах и ответах Текст. / под ред. Г.И. Должич. -Ростов н/Дону: Феникс, 2000. 416 с.

21. Горшков В.И. Основы физической химии Текст. / В.И. Горшков, И.А. Кузнецов. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 140 с.

22. Грачева М.С. Учебное пособие по изучению анатомии органов чувств Текст. / М.С. Грачева. М., 1976. - 98 с.

23. Дашевский А.И. Ложная близорукость Текст. / А.И. Дашевский. М.: Медицина, 1973. - 53 с.

24. Итоги науки и техники: Межклеточные контакты эпителия Текст. -М., 1985.-Т. 16.-178 с.

25. Итоги науки и техники: Транспортные АТФазы Текст. М., 1985. - Т. 17.-244 с.

26. Кагава Я. Биомембраны Текст. / Я. Кагава. М.: Высш. шк., 1985. -303 с.

27. Кольман Я. Наглядная фиохимия Электронный ресурс. / Я. Кольман, К.Г. Рём // http://biochemestry.vov.ru/nagl bio/index.htm

28. Конев C.B. Межклеточные контакты Текст. / C.B. Конев, В.М. Мажуль. М.: Наука и техника, 1977. - 312 с.

29. Корочкин Л.И. Онтогенез, эволюция и гены Электронный ресурс. / Л.И. Корочкин // Природа. 2002. - №7. - 10-17 с. -http//vivovoco.nns.ru/ioimial/nature/onto.htm

30. Курдюкова Т.П. О действии некоторых биологически активных веществ по проницаемости живых мембран Текст. / Т.П. Курдюкова // Почки и Электролиты. Киев: Мединст., 1967. - 133 с.

31. Лебедев A.A. Транспорт натрия через биологические мембраны Текст. / A.A. Лебедев // Фармакология канальцевого транспорта натрия. Киев: Мединст, 1972. - 326 с.

32. Ленинджер А. Основы биохимии Текст. / А. Ленинджер. М.: Мир, 1985.-Т. 2.-425 с.

33. Лисовская Н.П. Аденозинтрифосфатаза клеточных мембран и перенос ионов Текст. / Н.П. Лисовская // Успехи биологической химии. 1976. - Т. 8.-93-96 с.

34. Маленков А.Г. Действие физиологически активных соединений на биологические мембраны Текст. / А.Г. Маленков. -М.: Наука, 1974. 142 с.

35. Мальцев Э.В. Хрусталик Текст. / Э.В. Мальцев. М.: Медицина, 1988. -192 с.

36. Мальцев Э.В. Биологические особенности и заболевания хрусталика. Текст. / Э.В. Мальцев, К.П. Павлюченко. Одесса: Асптропринт, 2002. -441 с.

37. Маркин B.C. Индуцированный ионный транспорт Текст. / B.C. Маркин. М.: Наука, 1974. - 45 с.

38. Мелких A.B. Модель электрического потенциала на биомембране клетки при переносе нескольких ионов системой активного транспорта Текст. / A.B. Мелких, A.B. Селезнев // Биофизика. 2001. - Т. 46. - 275279 с.

39. Мусаев П.И. Полупроницаемые барьеры глаза Текст. / П.И. Мусаев. -Баку: Азернешр, 1986. 168 с.

40. Мусил Я. Современная биохимия в схемах Текст.: пер. с англ / Я. Мусил, О. Новакова, К. Кунц; под ред. С.А. Аваевой, A.A. Байкова. М.: Мир.-1981.-216 с.

41. Наточин Ю.В. Дегидратирующее неосмотическое действие мочевины (по опытам на хрусталике и стекловидном теле) Текст. / Ю.В. Наточин, B.JI. Данскер, М.М. Керова М.М. // Цитология. 19656. - 753 - 756 с.

42. Наточин Ю.В. Ионорегулирующая функция почки Текст. / Ю.В. Наточин. -JI.: Наука, Ленинград, отд-ние, 1976. 267 с.

43. Наточин Ю.В. Методы исследования транспорта ионов и воды Текст. / Ю.В. Наточин, А. Чапек. Л.: Наука, 1976. - 312 с.

44. Наточин Ю.В. Основы физиологии почки Текст. / Ю.В. Наточин. Л.: Медицина, Ленинград, отд-ние, 1982. - 207 с.

45. Общие свойства эпителиев http://histologv.narod.ru/data epithelium/frigfat.htm

46. Общий курс физиологии человека и животных Текст. / под ред. проф. А.Д. Ноздрачева. М.: Высш. шк., 1991. - 120 с.

47. Пири А. Биохимия глаза Текст. / А. Пири, Р. ван. Гейнинген. М.: Медицина, 1968. - 79 с.

48. Полунин Г.С. Движение флюоресцеина в прозрачном хрусталике Текст. / Г.С. Полунин, О. Хоквин, А. Вегендр // Вестник офтальмологии. -1990. №4. - 62-65 с.

49. Проссер C.JI. Сравнительная физиология животных Текст. / C.JI. Проссер. М.: Мир, 1977. - Т.2. - 58 с.

50. Рубин А.Б. Биофизика Текст. / А.Б. Рубин. М.: Университет, 2000. -Т. 2. - 468 с.

51. Савостьянов Г.А. Принципы пространственной организации клеточных пластов (эпителиев) Текст. / Г.А. Савостьянов // Биофизика. 2001. - Т. 46, вып. 3. - 512-517 с.

52. Светлова О.В. Проработка концепции биомеханической модели оттока внутриглазной жидкости Текст. / О.В. Светлова, Н.В. Зиновьева, И.С. Крылова и др. // Российский журнал биомеханики. 2001. - №3. - 23-29 с.

53. Скулачев В.П. Аккумуляция энергии в клетке Текст. / В.П. Скулачев -М.: Наука, 1969. 440 с.

54. Скулачев В.П. Трансформация энергии в биомембранах Текст. / В.П. Скулачев М.: Наука, 1972. - 116 с.

55. Страер JI. Биохимия Текст.: пер. с англ / JI. Страер; под ред. М.Д. Гроздовой. М.: Мир, 1985. - Т. 1,2,3.-400 с.

56. Структура и функции биологических мембран Текст. / под ред. Я.А Винникова. М.: Наука, 1975. - 106 с.

57. Структура и функции межклеточных контактов Текст. / под ред. В.И. Архипенко. Киев: Здоровье, 1982. - 168 с

58. Тапшухамедов Б.А. Активный транспорт ионов через биологические мембраны Текст. / Б.А. Ташмухамедов // Автор, док. диссер. Ташкент: Фан, 1971.-26 с.

59. Твердислав В.А. Физические механизмы функционирования биологических мембран Текст. / В.А. Твердслав. М.: Изд-во МГУ, 1987. -189 с.

60. Уголев А.М. Мембранное пищеварение Текст. / A.M. Уголев. Л.: Наука, 1972. - 358 с.

61. Федрушкова И.Н. Совместное действие строфантина, диафилина и питутрина на проницаемость стенки мочевого пузыря лягушки для воды. Текст. / И.Н. Федрушкова // Почки и электролиты Киев: Мединст, 1970. -95 с.

62. Физиология гисто-гематических барьеров / руковод. по физиологии. -М.: Наука, 1977.-575 с.

63. Хамидова М.Х. Развитие глаза и проводниковых зрительных путей у человека до и после рождения Текст. / М.Х. Хамидова. Ташкент: Медицина, 1972. - 74 с.

64. Чайлахян Л.М. Биомембраны. Структура. Функции. Медицинские аспекты Текст. / Л.М. Чайлахян. Рига: Зинатине, 1981. - 73 с.

65. Шульпина Н.Б. Биомикроскопия глаза Текст. / Н.Б. Шульпина. М.: Медицина, 1974. - 264 с.

66. Эдсолл Д. Биотермодинамика Текст.: пер. с англ / Д. Эдсолл, X. Гатфренд. М.: Мир, 1986. - 296 с.

67. Эккерт Д.Р. Физиология животных: Механизмы и адаптация Текст. / Д.Р. Эккерт, Д. Огастин. М.: Мир, 1991. - Т. 1. -423 с.

68. Ярославская А.Н. Исследование водного обмена хрусталика глаза человека с помощью конфокального микроспектроскопии комбинационного рассеяния Текст. / А.Н. Ярославская, И.В. Ярославский, К. Отто // Биофизика. 1998. - Т. 43. - 125-130 с.

69. Alvarez L.J., Candia О.А., Zamudio А.С. Acetylcholine modulation of the short-circuit current across the rabbit lens // Experimental Eye Research. 1995. -Vol. 61. - P. 129-140. - http://cel.isiknowledee.com

70. Alvarez L.J., Wolosin J.M., Candia O.A. Contribution from a pH- and tonicity-sensitive K+ conductance to toad translens short-circuit current // Experimental Eye Research. 1991. - Vol. 52. - P. 283-292. -http://www.ncbi.nlm.nih.gov

71. Alvarez L.J., Candia O.A., Turner H.C., Polikoff L.A. Localization of a Na+-K+-2C1 cotransporter in the rabbit lens // Experimental Eye Research. -1994.- Vol. 45. P.101-107. - http://cel.isiknowledge.com

72. Alvarez L.J., Candia O.A., and Zamudio A.C. Potassium current oscillations across the rabbit lens epithelium // Experimental Eye Research. 1997. - Vol. 65.- P.191-204. http://cel.isiknowledge.com

73. Baldo G.J., Mathias R.T. Spatial variations in membrane properties in the intact rat lens // Biophysics Journal. 1992. - Vol. 63. - P. 518-529. -http://www.biophvsi .org

74. Buhler V. Kollidon. Polyvinylpyrrolidone for the pharmaceutical industry / V. Buhler. -Ludwigshafen, 1995.-124 c.

75. Candia O. A. Microelectrode and short-circuiting techniques for the study of ion transport in the lens // Experimental Eye Research. 1973. - Vol. 15. - P. 219223.

76. Candia O.A., Zamudio A.C. Regional distribution of the Na and K currents around the crystalline lens of rabbit // American Journal Cell Physiology. 2002. -Vol. 282. - P. 252-262. - http://aipcell.phvsiologv.org

77. Curran P.F., Macintosh J.R. A model system for biological water transport // Nature. 1962. - Vol. 193. - P. 347-348.

78. Curran P.F., Solomon A.K. Ion and water fluxes in the ileum of rats // Journal of Genetic Physiology. 1957. - Vol. 41. - P. 143-168. -http://www.jgp.org

79. Delamere N.A., Dean W.L. Distribution of lens sodium-potassium-adenosine triphosphatase // Investigate Ophthalmology Visual Science. 1993. -Vol. 34. - P. 2159-2163. - http://www.iovs.org

80. Diamond J.M., Bossert W.H. Standing-gradient osmotic flow. A mechanism for coupling of water and solute transport in epithelia // Journal Genetic Physiology. 1967. - Vol. 50. - P. 2061-2083. - http://www.igp.org

81. Duguette P.-P., Bissonnette P., Lapointe J.Y. Local osmotic gradients drive the water flux associated with Na/glucose cotransport // Proceeding of the National

82. Academy of Sciences of the USA. 2001. - Vol. 98. - P. 3796-3801. -http://wvyw.pnas.org

83. Eskandari S., Zampighi G.A., Leung D.W., Wright E.M., Loo D.D.F. Inhibition of gap junction hemichannls by chloride channel blockers // Journal of Membrane Biology. 2002. - Vol. 185. - P. 93-102. - http://ncbi.nlm.nih.gov

84. Fischbarg J. A rapidly emerging field: water channel proteins in the eye // Investigate Ophthalmology Visual Science. 1995. - Nol. 36. - P. 758-763.

85. Fischbarg J. et al. Transport of fluid by lens epithelium // American Journal Physiology Cell Physiology. 1999. - Vol. 276. - P. 548-557. -http://aipcell.phvsiology.org

86. Ganz T. Epithelia: Not just physical barriers // Proceeding of the National Academic of Science. -2000. Vol. 99., no. 6. - P. 3357-3358. -http://www.pnas.org

87. Gao J., Sun X., Yatsula V., Wymore R.S., Mathias R.T. Isoform-specific function and distribution of Na/K pumps in frog lens epithelium // Journal Membrane Biology. 2000. - Vol. 178. - P. 89-101. - http://cell.isiknowledge.com

88. Goodenough D.A. The crystalline lens. A system networked by gap junctional intercellular communication // Seminal Cell Biology. 1992. - No. 3. -P. 49-58. - http://www.ncbi.nlm.nih. gov

89. Kobatashi S., Roy A., Spector A. Sodium/potassium ATPase in normal and cataractous human lenses // Current Eye Research. -1982. No. 2. - P. 327-334. -http://www.ncbi.nlm.nih. gov

90. Kovbasnjuk O.N., Leader J.P., Weinstein A.M., Spring K.R Water does not flow across the tight junctions of MDCK cell epithelium // Proceeding of the National Academic of Science. 1998. - Vol. 95. - P. 6526-6530. -http://www.pubmedcentral.nih. gov

91. Lieburg A., Deen P., Os C.H., Monnens L.A., Knoers N.A. Physiology and pathophysiology of water transport: the role of aquaporins // Journal of Nephrology. 1996. - Vol.9, no. 2. - P. 58-65.

92. Loo D.F., Wright E.M., Meinild A.-K. Commentary on «Epithelial fluid transport a centure of investigation» // News in Physiological Sciences. - 1999. -Vol. 14, no. 3. - P. 98-100. - http://phvsiologvonline.physiology.org

93. Loo D.F., Wright E.M., Zeuthen T. Water pumps // Journal of Physiology.2002. Vol. 528. - P. 251-258. - http://ip.phvsoc.org

94. Lurtz M.M., Louis C.F. Calmodulin and protein kinase C regulate gap junctional coupling in lens epithelial cells // American Journal Cell Physiology.2003. No. 285. - P. 1475-1482.

95. Mathias R.T, Rae J.L, Baldo G.J. Physiological properties of the normal lens // Physiology Reviev. 1997. - Vol. 77. - P. 21-50. -http://phvsrev.phvsiology.org

96. Mathias R.T., Rae J.L., Eisenberg R.S. Electrical properties of structural components of the crystalline lens // Biophysics Journal. 1979. - Vol. 25. - P. 181-201.

97. Mathias R.T., Rae J.L. Transport properties of the lens // American Journal Physiology Cell Physiology. 1985. - Vol. 249. - P. 181-190. -http://ajpcell.physiology.org

98. Meinild A.K., Klaerke D.A., Loo D.F, Wright E.M., Zeuthen T. The human Na+-glucose cotransporter is a molecular water pump // Journal Physiology. -1998,-Vol. 508. P. 15-21. - http://ip.phvsoc.org

99. Moseley A.E., Dean W.L., Delamere N.A Isoforms of Na,K-ATPase in rats lens epithelium and fiber cells // Investigate Ophthalmology Visual Science. -1996. No. 37. - P. 1502-1508.

100. Nielsen S., Smith B.L., Christensen E.I. Distribution of aquaporin CHIP in secretory and resorptive epithelia and capillary endothelia // Proceeding of the National Academic of Science. 1993. - No. 90. - P. 7275 - 7279. -http://www.pnas.org.

101. Rae J.L., Bartling C., Mathias R.T. Dye transfer between cell of the lens // Journal Membrane Biology. 1996. - Vol. 150. - P. 89-103. -http://wvyw.ncbi.nlm.nih. gov

102. Reid E. W. Transport of fluid by certain epithelia // Journal Physiology. -1991. Vol. 26. - P. 436^44.

103. Robinson K.R., Patterson J.W. Localization of steady currents in the lens // Current Eye Research 2. -1983 P. 843-847. - http://www.ncbi.nlm.nih. gov

104. Schultz S.G. A century of (epithelial) transport physiology: from vitalism to molecular cloning // American Journal Physiology. 1998. - Vol. 274. -P. 13-23.

105. Schultz S.G. Epithelial water absorption: Osmosis or cotransport? // Proceeding of the National Academic of Science. 2001. - Vol. 98, no. 7. - P. 3628-3630. - http://www.pnas.org

106. Shestopalov V.I., Bassnett S. Development of a macromolecular diffusion pathway in the lens // Journal of Cell Science. 2003. - No. 116. - P. 4191-4199.

107. Spring K. R. Routes and mechanisms of fluid transport by epithelia // Annu. Review Physiology. 1998. - Vol. 60. - P. 105-119.

108. Spring K.R. Epithelial fluid transport a century of investigation // News in Physiological Sciences. - 1999. - Vol. 14, no. 3. - P. 92-98. -http://www.pnas.org

109. Stafford M. The histology and biology of the lens // Optician. -www.optometrv.co.uk

110. Tao Q.-F., Hollenberg N.K., Graves S.W. Sodium pump inhibition and regional expression of sodium pump-isoforms in lens // British Journal of Ophthalmology. 1999. - Vol. 34. - P. 1168-1174. -http://www.hvper.ahaiournals.org

111. Taylor V.L., Al-Ghoul K. J, Lane C.W., Davis V.A., Kuszak J.R., Costello M. J. Morphology of the normal human lens // Investigate Ophthalmology Visual Science. 1996. - No. 37. - P. 1396-1410. - http://www.ncbi.nlm.nih.gov

112. Weinstein A.M., Stephenson J.L., Spring K.R. The coupled transport of water // New Comprehensive Biochemistry. Membrane Transport, edited by S. L. Bonting, J. J. H. H. M. De Pont. -1981. Vol. 2. - P. 311-351.

113. Whitlock R. T., Wheeler H. O. Coupled transport of solute and water across rabbit gallbladder epithelium // Journal Clinic Investigate. 1964. - Vol. 43. -P. 2249-2265.

114. Wind B.E., Walsh S., Patterson J.W. Equatorial potassium currents in lenses // Experimental Eye Research. 1988. - Vol. 46. P. 117-130.

115. Wright E.M., Loo D.D.F. Coupling between Na, sugar and water transports across the intestine // Annals of the New York Academy of Sciences. -2000. No. 915. - P. 54-66. -http://www.annalsvas.org

116. Zamudio A.O., Candia O.A., Alvarez L. Distribution of ionic conductances around the surface of the rabbit lens // Investigate Ophthalmology Visual Science. 1998. - No. 39. - Suppl.: S790. - http://www.iovs.org

Информация о работе

Степанова, Людмила Васильевна
кандидата биологических наук
Красноярск, 2005
ВАК 03.00.02

Диссертация

Транспортные функции эпителия хрусталика - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы