Pasquale ARAGONA

Dipartimento delle Specialità Chirurgiche

Sezione di Oftalmologia

Università di Messina

Osmoprotekcja

Leczenie uszkodzeń wynikających z hiperosmolarności łez w zespole suchego oka.

Mimo iż wiedza na temat mechanizmów patogenetycznych odpowiedzialnych za powstawanie i utrzymywanie się zjawiska suchego oka jest coraz większa, zwykle leczenie tej dolegliwości polega przede wszystkim na wkraplaniu sztucznych łez, które w znacznej mierze powodują ustąpienie objawów. W warunkach fizjologicznych film łzowy utrzymuje powierzchnie rogówkowo-spojówkowe w optymalnym stanie, zapewniając przezierność rogówki i brak dolegliwości. Kiedy równowaga między różnymi składnikami filmu łzowego ulegnie zakłóceniu, dochodzi do ekspozycji powierzchni oka i podrażnienia nabłonka rogówkowo-spojówkowego.

Niezależnie od rodzaju patologii, która doprowadziła do suchości oka, w powstawaniu objawów i uszkodzeniu powierzchni oka znaczącą rolę odgrywa rozwijająca się hiperosmolarność łez. Komórki nabłonkowe ulegają metaplazji w nabłonek wielowarstwowy płaski, czemu towarzyszy zmniejszenie stosunku jądro/cytoplazma i pojawienie się ewidentnych cech apoptozy. Długotrwały stres osmotyczny powoduje uszkodzenie komórek, co prowadzi do zmiany wewnątrzkomórkowych systemów metabolicznych, które są odpowiedzialne za śmierć komórki.

Dostępne obecnie metody korygowania hiperosmolarności polegają na stosowaniu hipotonicznych sztucznych łez, które działają na komórki nabłonkowe tylko pośrednio i nie są w stanie zatrzymać zmian w zakresie wewnątrzkomórkowych procesów metabolicznych.

Współczesne badania w zakresie biologii morskiej wykazały, że jeden z mechanizmów przeżycia komórek w środowisku hiperosmotycznym związany jest z działaniem cząstek organicznych, które – łącząc się z wodą, elektrolitami i produktami metabolizmu komórkowego – przeciwstawiają się zmianom objętości komórki wynikającym ze stresu osmotycznego. Do tych makrocząsteczek, definiowanych jako kompatybilne substancje rozpuszczone, należą niektóre aminokwasy i ich pochodne, poliole i cukry, metyloamina i mocznik. W organizmie ludzkim również występują cząstki, które odgrywają funkcję kompensacyjną w przypadku zaburzeń równowagi osmotycznej między środowiskiem wewnątrz- i zewnątrzkomórkowym. Należy do nich n-acetyloasparaginian, druga cząstka o największym stężeniu w mózgu po aminokwasie – kwasie glutaminowym. Podstawową funkcją n-acetyloasparaginianu jest działanie jako kompatybilna substancja rozpuszczona (osmolalna) w komórkach nerwowych, biorąca udział w utrzymaniu równowagi płynów między środowiskiem wewnątrz- i zewnątrzkomórkowym. Inną kompatybilną substancją rozpuszczoną jest betaina, pochodna choliny pochodzenia pokarmowego, która gromadzi się w komórkach nerek i innych tkankach w celu równoważenia hipertonii zewnątrzkomórkowej.

W ostatnim czasie pojawiło się wiele opcji terapeutycznych w zespole suchego oka. Obejmują one różne czynniki ochronne, począwszy od sztucznych łez, poprzez czynniki integrujące i środki przeciwzapalne, które z jednej strony mają przywrócić skuteczny film łzowy, a z drugiej zablokować proces zapalny i apoptozę, odgrywających istotną rolę w mechanizmie patogenetycznym odpowiedzialnym za zespół suchego oka. Dane epidemiologiczne pokazują, że w USA 79% pacjentów leczonych jest sztucznymi łzami, przydatnymi w zmniejszania objawów z uwagi na wydłużenie czasu utrzymania łez na powierzchni oka. Istniejące preparaty zawierają głównie polimery przypominające śluz, wodę, elektrolity, roztwory buforujące i konserwanty, przy czym tych ostatnich należy unikać w leczeniu przewlekłym, ponieważ są potencjalnie toksyczne dla nabłonka.

Substancje przypominające śluz mogą być typu nieniutonowskiego – o zmiennej lepkości, lub typu niutonowskiego – o stałej lepkości. Wśród tych ostatnich najczęściej stosowana jest karboksymetyloceluloza (CMC), polimer o dużej masie cząsteczkowej. Jest on przydatny w leczeniu zespołu oka suchego wynikającego z niedoboru wody, gdyż zmniejsza objawy i poprawia stan nabłonka powierzchni oka. Efekt zależy od dawki i jest większy przy stężeniu 1%. Karboksymetyloceluloza była też używana po zabiegach LASIK w celu przyspieszenia gojenia i zmniejszenia objawów. Jest również przydatna w przypadku korzystania z soczewek kontaktowych – wykazano działanie cytoprotekcyjne na powierzchnię oka, jeżeli była ona stosowana przed założeniem soczewki. Ponadto soczewki kontaktowe pokryte CMC przed użyciem są lepiej tolerowane. Utrzymuje się, że działanie karboksymetylocelulozy wynika z jej właściwości fizycznych w zakresie lepkości i adhezyjności do błon śluzowych, co pozwala na długotrwałe utrzymywanie się tej substancji na powierzchni oczu. W jednym z ostatnich badań pokazano in vitro i in vivo, że CMC wykazuje również działanie biologiczne i jest w stanie stymulować ponowną epitelializację komórek rogówki ludzkiej w hodowli oraz rogówki króliczej in vivo w przypadku urazu. Działanie CMC wynika prawdopodobnie z interakcji między podjednostkami glukopirogronianu oraz cząsteczkami transportującymi glukozę. Ponadto wiązanie między karboksymetylocelulozą a macierzą pozakomórkową stymuluje komórki rogówki do przylegania do macierzy i migracji, poprawiając epitelializację uszkodzeń rogówki.

Ponieważ istnieją dowody, że hiperosmolarność łez odgrywa ważną rolę w genezie uszkodzeń powierzchni oka w zespole suchego oka, podejście terapeutyczne nastawione na rozwiązanie tego problemu może okazać się przydatne. W zespole suchego oka film łzowy staje się hipertoniczny wskutek zwiększenia stężenia soli (elektrolitów) we łzach. Wysokie stężenie elektrolitów we łzach może uszkadzać komórki powierzchni oka, które – aby zrównoważyć hipertonię pozakomórkową – tracą płyny, co przyczynia się do ich odwodnienia, ucieczki wody i zmniejszenia objętości. Dochodzi ponadto do zaburzenia równowagi elektrolitowej, co w konsekwencji powoduje zakłócenie takich funkcji komórkowych, jak wymiana przezbłonowa i działanie pomp osmotycznych, prowadząc do uszkodzenia i śmierci komórki.

W ostatnich badaniach wykazano, że hiperosmolarność podłoża w hodowli komórkowej indukuje aktywację systemu swoistych kinaz MAP, uruchamianych przez stres (SAPK), zwłaszcza JNK oraz p38. Powodują one zmiany strukturalne i funkcjonalne w komórce, mające na celu utrzymanie jej przy życiu¹⁸. Ponadto SAPK indukuje produkcję przez komórkę cytokin prozapalnych, takich jak interleukina (IL)-1 beta, czynnik martwicy guza (tumor necrosis factor, TNF-alfa) oraz IL-8.

Wprowadzenie do leczenia zespołu suchego oka sztucznych łez wzbogaconych o kompatybilne substancje rozpuszczone, które kompensują hiperosmolarność pozakomórkową bez zakłócania komórkowych procesów metabolicznych, jest więc bardzo obiecujące. Substancje te działają jako czynniki „osmoprotekcyjne”, ponieważ mogą przechodzić przez błonę komórkową i penetrować do wnętrza poszczególnych komórek nabłonkowych. Obecność takich cząstek w środowisku wewnątrzkomórkowym zwiększa osmolalność komórek, przyciąga płyny i pomaga osiągnąć równowagę osmotyczną, a w konsekwencji zapewnia ochronę przed zbyt wysokim stężeniem soli występujących w nadmiarze we łzach. Kompatybilne substancje rozpuszczone to nieelektrolitowe czynniki osmotyczne gromadzone przez komórki, np. karnityna, erytriol i gliceryna, które działają ochronnie. W przeciwieństwie do soli kompatybilne substancje rozpuszczone nie zakłócają funkcji komórkowych. Równoważą gradient osmotyczny i normalizują funkcje komórek również w środowisku o wysokim stężeniu soli (hipertonicznym). Karnityna stosowana jest w metabolizmie tłuszczów w celu zwiększenia ich wartości energetycznej oraz w przypadku problemów kardiologicznych. Związek ten znajduje się w całym organizmie, także w oczach. Stanowi niezbędny składnik odżywczy, który bywa pochodzenia pokarmowego, ale może być również syntezowany w wątrobie.   Erytriol jest podobny do gliceryny, ale większy o jeden atom węgla. Jego umiarkowane rozmiary pozwalają na łatwe przechodzenie do komórek, gdzie działa podobne do gliceryny, tylko dłużej. Erytriol jest składnikiem naturalnym. Gliceryna to substancja naturalna, która wnika do komórek i wiąże się silnie z wodą. Od dawna jest poddawana badaniom jako składnik różnych preparatów podawanych również ogólnie. Chroni komórki, nie zwiększając lepkości, i nie pogarsza wzroku.

W badaniach, w których mierzono przeznabłonkowy opór elektryczny (Resistenza Elettrica Trans Epiteliale, TEER) w komórkach rogówki królika w hodowli jednowarstwowej w środowisku izotonicznym i hipertonicznym, wykazano, że dodanie kompatybilnych substancji rozpuszczonych do komórek poprawia ich stan w warunkach hipertonicznych. Dzięki połączeniu erytriolu i karnityny uzyskuje się normalizację odpowiedzi komórkowej w analizie przeznabłonkowej oporności elektrycznej (TEER), a więc wynik podobny do odpowiedzi komórkowej w warunkach izotonicznych, co wskazuje, że rogówka jest zdrowa. Dodatkowo karnityna i erytriol zwalczają stres związany z warunkami hipertonicznymi, o czym świadczy zmniejszenie aktywacji SAPK.

Możliwość stosowania substancji, które oddziałują w sposób bezpośredni na skutki stresu związanego z warunkami hiperosmolarnymi (osmoprotekcja), otwiera bardzo interesujące perspektywy w leczeniu zmian na powierzchni oczu w przebiegu zespołu suchego oka.

„Przegląd Okulistyczny” 2009, nr 1 (28), s. 8, 13.