Коротко остановимся на каждом из трех факторов. Начнем со свободного кислорода. Из широкой сети капилляров мощной сосудистой оболочки глаза он диффундирует через однослойный пигментный эпителий к фоторецепторам сетчатки. В ткани сетчатки, как известно парциальное давление кислорода весьма велико, причем около 60% его потребляется именно фоторецепторными клетками. На свету концентрация свободного кислорода в наружном сегменте фоторецепторной клетки возрастает. Следовательно, для развития окислительного процесса в рецепторных клетках нет недостатка в свободном кислороде.

Следующий необходимый для развития процесса фотоокисления фактор - это окрашенные, поглощающие свет вещества: родопсин в палочках, йодопсин в колбочках и продукты их фотолиза. Все зрительные пигменты являются хромогликопротеинами, в которых в роли окрашивающего белок хромофора выступает альдегид витамина А - ретиналь. Необесцвеченнная молекула родопсина поглощает свет в зеленой области спектра (500 нм), а при поглощении кванта света она быстро обесцвечивается, при этом максимум поглощения смещается в синюю область. Именно ретиналь в обесцвеченном зрительном пигменте выступает в качестве фотосенсибилизатора процессов окисления белков и липидов фоторецепторной мембраны наружного сегмента зрительной клетки.

Третьим необходимым компонентом для развития в клетке патологического фотоокислительного процесса являются субстраты окисления, т.е. вещества, которые претерпевают окислительное разрушение. Как известно, фоторецепторная мембрана состоит из липидов (50% сухого веса) и белка (40% сухого веса). Причем она крайне гомогенна по белковому составу - около 60-80% всех белков составляет родопсин. Это - водонерастворимый трансмембранный белок, содержащий шесть свободных тиоловых (SH) групп. В то же время хорошо известно, что в биологической мембране в первую очередь окисляются тиоловые группы белков. Кроме того, в фоторецепторной мембране имеется еще один легко подверженный окислению субстрат - это ненасыщенные жирные кислоты, скорость окисления которых возрастает с увеличением в них числа двойных связей. Для нормального функционирования зрительной клетки крайне важно поддержание малой вязкости фоторецепторной мембраны, которая обеспечивается именно высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот. В фосфолипидах фоторецепторной мембраны преобладает докозагексаеновая жирная кислота, содержащая шесть двойных связей.

Итак, повышенная концентрация кислорода, окрашенный фотосенсибилизатор - ретиналь и легко окисляемые субстраты - липиды и тиоловый белок - родопсин - вот та триада, которая делает исключительно высокой опасность развития неуправляемого процесса окисления в наружном сегменте зрительной клетки.

Вместе с тем в нормальной здоровой сетчатке глаза животного и человека даже в условиях длительной световой адаптации фотоповреждения не происходит. В системе сетчатка - пигментный эпителий это обеспечивается существованием собственной мощной системы антиокислительной защиты. Основную роль в этой защите в наружном сегменте играет природный антиоксидант - a-токоферол (витамин Е). Вклад ферментативных звеньев антиокислительной защиты (супероксиддисмутазы, пероксидазы, глутатионпероксидазы, каталазы) здесь, по-видимому не столь значителен. Концентрация a-токоферола в наружном сегменте в 5-10 раз выше, чем во фракции митохондрий или микросом печени. Недостаток a-токоферола в организме (Е-авитаминоз) приводит к деградации наружных сегментов фоторецепторов, накоплению в них токсических продуктов окисления липидов. Патологические процессы, развивающиеся при Е-авитаминозе, напоминают те, которые происходят в сетчатке при фотоповреждении.

В экстремальных условия освещения здоровой и особенно больной или ослабленной сетчатке ее система антиокислительной защиты, по-видимому, не в состоянии предотвратить развитие в мембранах фоторецепторных клеток процессов окисления ее основных молекулярных компонентов - белка и липидов.

Для понимания физико-химических механизмов фотоповреждения, а также для офтальмологической практики и гигиены зрения существенный интерес представляет зависимость скорости окисления SH-групп родопсина и липидов от спектрального состава света (спектр действия). Оказалось, что наиболее активной являлась коротковолновая (синяя) область спектра, где поглощают конечные продукты обесцвечивания родопсина. Сам родопсин имеет максимум поглощения в зеленой области (500нм). Наибольшую опасность для фоторецепторов сетчатки представляет коротковолновая область видимого спектра (синий цвет). Такой результат понятен. Действительно, свет, поглощенный родопсином, с высокой эффективностью обесцвечивает его, запуская тем самым в клетке сложную цепь электрических, ионных и ферментативных процессов, приводящих в конечном счете к возникновению зрительного возбуждения. Другими словами, свет, поглощенный необесцвеченной молекулой родопсина несет физиологическую нагрузку. В то же время в случае слишком яркого или длительного освещения большое количество света поглощается уже обесцвеченным зрительным пигментом, т.е. конечными продуктами фотолиза родопсина. В этой ситуации ретиналь выступает в роли фотосенсибилизатора процессов окисления. Поглощая кванты света, он запускает патологические процессы окисления SH-групп родопсина и липидов в фоторецепторной мембране наружного сегмента зрительной клетки.

Исследования показали, что в результате светового повреждения изменяется профиль электронной плотности фоторецепторного диска наружного сегмента. Это означает, что биохимически и структурно нарушается молекулярная организация собственно фоторецепторной мембраны диска.

В основе развития фотодегенерации зрительных клеток сетчатки лежат процессы свободно-радикального окисления молекулярных компонентов фоторецепторной мембраны - родопсина и липидов. Можно было поэтому предложить, что вещества - ингибиторы свободно-радикальных процессов - естественные или искусственные антиоксиданты, могут оказаться перспективными фотопротекторами, способными оказать защитное или терапевтическое действие.

Представляет интерес эксперимент проведенный с крысами (5). В эксперименте использовали 36 крыс. Крысы были выбраны в качестве экспериментальных животных в связи с необычайно высокой чувствительностью их сетчатки к повреждающему действию света. Регистрировали волны “а” и “b” ЭРГ до облучения крыс видимым светом, а также через 1, 7, 14 и 21 день после экспозиции. Животных облучали лампами дневного света с расчетной освещенностью на уровне роговицы, равной 10000 лк, в течение 3,5 часов. Для выяснения возможных причин повреждающего действия света (ПДС) и свойств вероятных фотопртекторов зрения 16 крысам за 2 ч до засвета внутрибрюшинно вводили антиоксидант (АО) в заведомо не токсичной дозе. Исследовали динамику изменения ЭРГ в процессе развития фотодегенерации на чистой модели ПДС на фоне применения АО.

На разных сроках после прекращения световой экспозиции глаза крыс исследовали в электронном микроскопе.

Таким образом, электрофизиологические исследования показали, что видимый свет в данных условиях экспозиции вызывает значительное и длительное угнетение всех волн ЭРГ, указывающее на грубые морфологические изменения во внутренних и наружных слоях сетчатки. При этом характерно, что наиболее сильно угнетается волна “а”, местом генерации которой являются наружные сегменты (НС) фоторецепторов. Предварительное введение антиоксидантов существенно ослабило функциональные проявления ПДС.