Макро- и микроэлементный состав склеральной оболочки глаза при различных формах глаукомы

   Цель  работы — сравнительное изучение элементного состава биоптатов склеры пациентов с различными клиническими формами глаукомы.

   Материал и методы.  Обследовано 44 пациента в возрасте 79,5 ± 2,5 года, разделенных на 3 группы в зависи­мости от формы глаукомы: 1-я группа — 16 пациентов с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ); 2-я — 13 пациентов с глаукомой нормального давления (ГНД); 3-я — 15 пациентов с псевдоэксфолиативной глаукомой (ПЭГ). Для элементного анализа использовали биоптаты склеры, полученные во время планового хирургического лечения глаукомы (непроникающей синустрабекулэктомии). Контролем служили фрагменты склеры 14 донорских глаз без глаукомы в анамнезе. Концентрацию макроэлементов — K, Mg, Ca, Fe — определяли с помощью атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС, Agilent ICP-AES 720ES, USA), а микроэлементов — Zn, Cu, Al, Mn — с помощью масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС, Bruker ICP-M S 820, Germany).

   Результаты. При всех формах глаукомы в образцах склеры обнаружено повышение содержания (различной степени выраженности) таких элементов, как Zn, Fe, Mg, AL, Ca, K. Наиболее высокое содержание Zn и Fe обнаружено в склеральной ткани пациентов с ГНД, различие с контролем (р = 0,0001 ир = 0,0003) и с ПОУГ(р = 0,0002, р = 0,0001) высокодостоверно. Статистически значимым оказалось также различие между содержанием Zn в биоптатах склеры пациентов с ПОУГ и ПЭГ (р = 0,0002), а значимой разницы между ПОУГ и ПЭГ по содержанию Fe в склере не выявлено (р = 0,69). Зафиксированы более высокие концентрации Mg, чем в контроле, при ГНД (р = 0,00014) и ПОУГ (р = 0,00002), а у пациентов с ПОУГ (р = 0,0005) и ПЭГ (р = 0,00022) в наибольшей степени отмечено накопление в склере Ca. Различий в содержании Mg в биоптатах склеры пациентов с ГНД и ПОУГ не обнаружено (р = 1,0), при этом уровень Ca при ПОУГ (р = 0,02) и ПЭГ (р = 0,00001) статистически значимо выше, чем при ГНД. Выявлено достоверно более низкое, чем в контроле, содержание (Hu в образцах склеры пациентов с ГНД (р = 0,022), ПОУГ (р = 0,004) и ПЭГ (р = 0,00004), а также пониженное содержание Mn при ПОУГ (р = 0,00003) и ПЭГ (р = 0,0012). У пациентов с ГНД (р = 0,000003), напротив, зафиксировано повышенное содержание Mn. Различий в содержании Си в склере пациентов с ГНД и ПОУГ не выявлено (р = 0,47), при этом уровень Cu при ПЭГ оказался статистически значимо ниже, чем при ПОУГ (р = 0,034) и ГНД (р = 0,013).  

   Заключение.  Наличие особенностей макро- и микро­элементного дисбаланса склеральной оболочки глаз с разными формами глаукомы свидетельствует об отличиях в их патогенезе. Эти особенности могут быть причиной различной выраженности нарушений коллагенообразования и формирования поперечных связей в соединительнотканных структурах склеры, а также изменений гидродинамики внутриглазной жидкости различной степени, что в целом может оказывать влияние на уровень внутриглазного давления и характер развития глаукомного поражения.

1. Quigley H. A., Broman A. T. The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020. Br. J. Ophthalmol. 2006; 90: 262–7. doi:10.1136/bjo.2005.081224

2. Tham Y. C., Li X., Wong T. Y., et al. Global prevalence of glaucoma and projections of glaucoma burden through 2040: A systematic review and meta-analysis. Ophthalmology. 2014; 121: 2081–90. doi: 10.1016/j.ophtha.2014.05.013

3. Weinreb R. N., Aung T., Medeiros F. A. The pathophysiology and treatment of glaucoma: a review. JAMA. 2014 May 14; 311 (18): 1901–11. doi: 10.1001/jama.2014.3192

4. Егоров Е. А. Национальное руководство по глаукоме: для практикующих врачей / Е. А. Егоров, В. П. Еричев ; под ред. В. П. Еричева. – 4-е изд., испр. и доп. – Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2019. [Egorov E.A., Erichev V.P. National guidance of glaucoma. 4rd edition. Moscow: GEOTAR-Media; 2019 (in Russian)]. doi: 10.33029/9704-5442-8-GLA-2020-1-384

5. Нестеров А. П. Глаукома нормального давления: гипотеза патогенеза / А. П. Нестеров, Ж. Ю. Алябьева, А. В. Лаврентьев // Вестник офтальмологии. – 2003. – 2: 3–6. [Nesterov A. P., Alyabieva Zh. Yu., Lavrentiev A. V. Glaucoma of normal tension: pathogenesis hypothesis. Vestnik oftal’mologii. 2003; 2: 3–6 (in Russian)].

6. Волков В. В. Глаукома при псевдонормальном давлении / В. В. Волков. – Москва: Медицина, 2001 [Volkov V. V. Glaucoma at pseudonormal pressure. Moscow: Meditsina; 2001 (in Russian)].

7. Mallick J., Devi L., Malik P.K., Mallick J. Update on normal tension glaucoma. J. Ophthalmic Vis. Res. 2016 Apr-Jun; 11 (2): 204–8. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27413503/

8. Петров С. Ю. Современный взгляд на глаукому нормального давления / С. Ю. Петров // Вестник офтальмологии. – 2020. – 136 (6): 57–64. [Petrov S. Yu. Modern view on normal-tension glaucoma. Vestnik oftalmologii. 2020; 136 (6): 57–64 (in Russian)]. https://doi.org/10.17116/oftalma202013606157

9. Симакова И. Л. Современный подход к диагностике глаукомы нормального давления с учетом особенностей ее патогенеза / И. Л. Симакова, А. Р. Сулейманова // Офтальмологические ведомости. – 2020. – 13 (1): 53–64. [Simakova I. L., Suleimanova A. R. Modern approach to the diagnosis of normal tension glaucoma taking into account the features of its pathogenesis. Oftal’mologicheskie vedomosti. 2020; 13 (1): 53–64 (in Russian)]. URL : https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennyy-podhod-k-diagnostike-glaukomy-normalnogo-davleniya-s-uchyotom-osobennostey-eyo-patogeneza?ysclid=l5ksav3pl3613086045

10. Kim K. E., Park K. H. Update on the prevalence, etiology, diagnosis, and monitoring of normal-tension glaucoma. Asia Pac. J. Ophthalmol. (Phila). Jan-Feb 2016; 5 (1): 23–31. doi: 10.1097/APO.0000000000000177

11. Иомдина Е. Н. Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения / Е. Н. Иомдина, С. М. Бауэр, К. Е. Котляр. – Москва: Реальное время, 2015. [Iomdina E. N., Bauer S. M., Kotliar K. E. Biomechanics of the eye: theoretical aspects and clinical applications. Moscow: Real Time; 2015 (in Russian)].

12. Иомдина Е. Н. Корнеосклеральная оболочка глаза: возможности оценки биомеханических свойств в норме и при патологии / Е. Н. Иомдина [и др.] // Офтальмология. – 2016. – 13 (2): 62–8. [Iomdina E. N., Petrov S. Yu., Antonov A. A., et al. The corneoscleral shell of the eye: potentials of assessing biomechanical parameters in normal and pathological conditions. Ophthalmology in Russia. 2016; 13 (2): 62–68 (in Russian)]. URL: https://www.ophthalmojournal.com/opht/article/view/301

13. Safa B. N., Wong C. A., Ha J., Ethier C. R. Glaucoma and biomechanics. Curr. Opin. Ophthalmol. 2022 Mar 1; 33 (2): 80–90. doi: 10.1097/ICU.0000000000000829

14. Иомдина Е. Н. Сравнительное изучение возрастных особенностей уровня поперечной связанности коллагена склеры пациентов с различными стадиями первичной открытоугольной глаукомы / Е. Н. Иомдина, Л. Л. Арутюнян, Н. Ю. Игнатьева // Российский офтальмологический журнал. – 2016. – 9 (1): 19–26. [Iomdina E. N., Arutyunyan L. L., Ignatieva N. Yu. A comparative study of agerelated level of sclera collagen crosslinking in patients with different stages of primary open angle glaucoma. Russian ophthalmological journal. 2016; 9 (1): 19–26 (in Russian)]. URL: https://roj.igb.ru/jour/article/view/4

15. Иомдина Е. Н. Биохимические и cтруктурно-биомеханические особенности матрикса склеры человека при первичной открытоугольной глаукоме / Е. Н. Иомдина [и др.] // Вестник офтальмологии. – 2011. – 6: 10–4. [Iomdina E. N., Ignatyeva N. Yu., Danilov N. A., et al. Biochemical, structural and biomechanical features of the human scleral matrix in primary open-angle glaucoma. Vestnik oftal’mologii. 2011; 6: 10–4 (in Russian)].

16. Реброва Г. А. Некоторые факторы старения коллагена in vivo и in vitro / Г. А. Реброва [и др.] // Биомедицинская химия. – 2003. – 49 (2): 128–37. [Rebrova G. A., Berzhitskaya V. V., Vasilevsky V. K., Timofeeva M. V., Ho So San. Some factors of collagen aging in vivo and in vitro. Biomedicinskaya khimija. 2003; 49 (2): 128–37 (in Russian)].

17. Mott J. D., Werb Z. Regulation of matrix biology by matrix metalloproteinases. Curr. Opin. Cell Biol. 2004 Oct; 16 (5): 558–64. doi: 10.1016/j.ceb.2004.07.010

18. Kravchik M. V., Novikov I. A., Petrov S. Yu., Avetisov S. E. Bioinorganic chemistry of open-angle glaucoma: A review. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2020; 62. 126652. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126652

19. Lin S.C., Singh K., Lin S.C. Association between body levels of trace metals and glaucoma prevalence. JAMA Ophthalmol. 2015; 133 (10): 1144–50. doi:10.1001/jamaophthalmol.2015.2438

20. Иомдина Е. Н.. Микроэлементный дисбаланс в патогенезе первичной открытоугольной глаукомы / Е. Н. Иомдина [и др.] // Российский офтальмологический журнал. – 2012. – 5 (1): 104–8. [Iomdina Е. N., Kiseleva О. А., Arutyunyan L. L., Аrefyeva М. V. Trace element imbalance in the pathogenesis of primary open-angle glaucoma. Russian ophthalmological journal. 2012; 5 (1): 104–8 (in Russian)].

21. Lin S. C., Singh K., Lin S. C. Association between body levels of trace metals and glaucoma prevalence. JAMA Ophthalmol. 2015; 133: 1144–50. doi:10.1001/jamaophthalmol.2015.2438

22. Курышева Н. И. Оптическая когерентная томография в диагностике глаукомы / Н. И. Курышева. – Москва: Гринлайт, 2015. [Kurysheva N. I. Optical coherence tomography in the diagnosis of glaucoma. Мoscow: Grinlayt; 2015 (in Russian)].

23. Kaminska A., Romano G. L., Rejdak R., et al. Influence of trace elements on neurodegenerative diseases of the eye — the glaucoma model. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22: 4323. https://doi.org/10.3390/ijms22094323

24. Paoletti P., Vergnano A. M., Barbour B., Casado M. Zinc at glutamatergic synapses. Neuroscience. 2009; 158: 126–36. doi: 10.1016/j.neuroscience.2008.01.061

25. Sudhof T. C. Calcium control of neurotransmitter release. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012; 4: a011353. doi:10.1101/cshperspect.a011353

26. Ugarte M., Osborne N. N. Recent advances in the understanding of the role of zinc in ocular tissues. Metallomics. 2014 Feb; 6 (2): 189–200. doi: 10.1039/c3mt00291h

27. Ekici F., Korkmaz S., Karaca E. E., et al. The role of magnesium in the pathogenesis and treatment of glaucoma. Int. Sch. Res. Notices. 2014; 2014: 745439. doi: 10.1155/2014/745439

28. Houde M., Desbiens L., D’Orleans-Juste P. Endothelin-1: Biosynthesis, signaling and vasoreactivity. Adv. Pharmacol. 2016; 77: 143–75. doi: 10.1016/bs.apha.2016.05.002

29. DeToma A. S., Dengler-Crish C. M., Deb A., et al. Abnormal metal levels in the primary visual pathway of the dba/2j mouse model of glaucoma. Biometals. 2014; 27: 1291–301. doi: 10.1007/s10534-014-9790-z

30. Kitazawa Y., Shirai H., Go F. J. The effect of Cа<sup>2(+)/sup> -antagonist on visual field in low-tension glaucoma. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 1989; 227 (5): 408–12. doi: 10.1007/BF02172889

31. Арутюнян Л. Л. Особенности структурно-биомеханических свойств и микроэлементного состава корнеосклеральной оболочки глаза при глаукоме нормального давления / Л. Л. Арутюнян, Е. Н. Иомдина, Ю. С. Морозова // Российский офтальмологический журнал. – 2021. – 14 (3): 113–9. [Arutyunyan L. L., Iomdina E. N., Morozova Yu. S. Structural and biomechanical properties and trace elements composition of the corneoscleral eye shell in normal tension glaucoma. Russian ophthalmological journal. 2021; 14 (3): 113–9 (in Russian)]. https://doi.org/10.21516/2072-0076-2021-14-3-113-119

32. Ноздрюхина Л. Р. Биохимическая роль микроэлементов в организме животных и человека / Л. Р. Ноздрюхина. – Москва: Наука, 1977. [Nozdryukhina L. R. Biochemical role of trace elements in animals and humans: Moscow: Nauka; 1977 (in Russian)].

33. Ahvazi B., Boeshans K. M., Rastinejad F. The emerging structural understanding of transglutaminase 3. 2004 Aug; 147 (2): 200–7. doi: 10.1016/j.jsb.2004.03.009

34. Кудрин А. В. Микроэлементы в неврологии / А. В. Кудрин, О. А. Громова. – Москва: ГЕОТАР-Медиа; 2006. [Kudrin A. V., Gromova O. A. Trace elements in neurology. Moscow: GEOTAR-Media; 2006 (in Russian)].

35. Громова О. А. Дисплазия соединительной ткани / О. А. Громова, И. Ю. Торшин // Российский медицинский журнал. – 2008. – 8 (6): 9–16. [Gromova O. A., Torshin I. Yu. Connective tissue dysplasia. Rossijskij medicinskij zhurnal. 2008; 8 (6): 9–16 (in Russian)].

36. Hohberger B., Chaudhri M. A., Michalke B., et al. Levels of aqueous humor trace elements in patients with open-angle glaucoma. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 45: 150–5. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.10.003

37. Goyal A., Srivastava A., Sihota R., Kaur J. Evaluation of oxidative stress markers in aqueous humor of primary open angle glaucoma and primary angle closure glaucoma patients. Curr. Eye Res. 2014 Aug; 39 (8): 823–9. doi: 10.3109/02713683.2011.556299

38. Akyol N., Deger O., Keha E. E., Kilic S. Aqueous humour and serum zinc and copper concentrations of patients with glaucoma and cataract. Br. J. Ophthalmol. 1990 Nov; 74 (11): 661–2. doi: 10.1136/bjo.74.11.661

39. Bocca B., Forte G., Pisano A., et al. A pilot study to evaluate the levels of aqueous humor trace elements in open-angle glaucoma. J. Trace Elem. Med. Biol. 2020 May 22; 61: 126560. doi: 10.1016/j.jtemb.2020.126560

40. Киселева О. А. Применение магнийсодержащего препарата для лечения больных с первичной открытоугольной глаукомой / О. А. Киселева [и др.] // Фарматека. – 2012. – 3: 91–5 [Kiseleva O. A., Iomdina E. N., Vasilenkova L. V., et al. Use of magnesium-containing drug for the treatment of patients with primary open angle glaucoma. Farmateka. 2012; 3: 91–5 (in Russian)].

41. Карнаухова И. В. Исследование содержания меди и активности медьзависимой супероксиддисмутазы в организме человека. Научное обозрение / И. В. Карнаухова., О. Ю. Ширяева // Биологические науки. –2018. – 2: 10–4. [Karnaukhova I. V., Shirjaeva O. Yu. Study of copper content and activity of copper-dependent superoxide dismutase in the human body. Scientific review. Biologicheskie nauki. 2018; 2: 10–4 (in Russian)].

42. Fratzl P. Collagen. Structure and Mechanics. Potsdam: Springer. 2008.

43. Иомдина Е. Н. Изучение местного микроэлементного баланса как фактора, влияющего на биомеханические показатели корнеосклеральной капсулы глаза при первичной открытоугольной глаукоме / Е. Н. Иомдина [и др.] – В кн.: Биомеханика глаза. – Москва, 2009. – С. 114–8. [Iomdina E. N., Kiseleva O. A., Filatova I. A., et al. A study of trace elements balance as a factor influencing the biomechanical parameters of the corneoscleral shell of the eye in open angle glaucoma In: Ocular Biomechanics. Moscow; 2009: 114–8 (in Russian)].

44. Pinazo-Duran, Zanon-Moreno V., Garcia-Medina J. J., Gallego-Pinazo R. Evaluation of presumptive biomarkers of oxidative stress, immune response and apoptosis in primary open-angle glaucoma. Current opinion in pharmacology. 2013; 13 (1): 98–107. 2013 Feb; 13(1): 98–107.doi: 10.1016/j.coph.2012.10.007

45. Gye H. J., Kim J. M., Yoo C., et al. Relationship between high serum ferritin level and glaucoma in a south Korean population: The Kangbuk Samsung Health Study. Br. J. Ophthalmol. 2016; 100: 1703–7. doi: 10.1136/bjophthalmol-2015-307678