Įvadas
Glaukoma – tai akių liga, kurios metu optinio nervo pažeidimas lemia laipsnišką regėjimo praradimą. Sergant glaukoma ir kitomis akių ligomis, oksidacinis stresas – kenksmingų reaktyviųjų deguonies formų (RDF) kaupimasis – jau seniai siejamas su audinių pažeidimu (en.wikipedia.org). Tačiau pats deguonis atlieka dvejopą vaidmenį sveikatai. Mūsų akims deguonis reikalingas kaip gyvybiškai svarbus kuras: pavyzdžiui, tinklainė turi vieną didžiausių deguonies poreikių organizme, o deguonis nuolat naudojamas nervinių ląstelių metabolizme. Štai kodėl papildomas deguonis (net ir hiperbarinės oksigenoterapijos (HBOT) sąlygomis) gali padėti gyti tam tikromis ligomis. Tačiau paradoksalu, per didelis deguonies kiekis gali generuoti perteklinį RDF ir sukelti audinių pažeidimą. Esant hiperoksijos sąlygoms (dideliam deguonies kiekiui), organizmas gamina superoksidą, vandenilio peroksidą ir kitus radikalus, kurie sukelia uždegimą ir ląstelių pažeidimus (en.wikipedia.org). Trumpai tariant, deguonis yra gyvybiškai svarbus esant vidutiniam kiekiui, tačiau didelėmis dozėmis gali būti toksiškas (en.wikipedia.org) (en.wikipedia.org). Šis „hiperoksijos paradoksas“ – deguonis kaip vaistas ir nuodas – yra pagrindinis veiksnys siekiant suprasti oksidacinį stresą sergant glaukoma.
Deguonis: vaistas ir grėsmė akyje
Deguonis yra nepakeičiamas normaliai akių funkcijai. Tinklainės ląstelės (ypač geltonojoje dėmėje ir fotoreceptorių sluoksnyje) naudoja deguonį, kad paverstų maistines medžiagas energija. Nuolatinis deguonies tiekimas iš gyslainės ir tinklainės kraujagyslių palaiko šių neuronų ir palaikomųjų ląstelių gyvybingumą. Be to, krauju tiekiamas deguonis į trabekulinį tinklelį (filtruojantį audinį, padedantį nutekėti akies skysčiui) ir akomodacinį lęšiuką palaiko jų metabolizmą. Kliniškai papildomas deguonis kartais naudojamas gijimui pagerinti. Pavyzdžiui, hiperbarinė oksigenoterapija (HBOT) – kvėpavimas 100 % deguonimi esant slėgiui – naudojama lėtinėms žaizdoms ir radiaciniams pažeidimams gydyti, ir ji gali padidinti deguonies tiekimą akių audiniams.
Tačiau, kaip perspėja medicinos šaltiniai, per didelis deguonies kiekis gali būti kenksmingas (en.wikipedia.org). Hiperoksija sutrikdo normalią organizmo pusiausvyrą ir sukelia RDF pliūpsnį (en.wikipedia.org). „Reaktyviosios deguonies formos yra žinomi probleminiai hiperoksijos šalutiniai produktai“, – pažymi medicininė literatūra, aiškinanti, kad perteklinis RDF sukelia audinių pažeidimo, uždegimo ir ląstelių mirties ciklą (en.wikipedia.org). Kitaip tariant, kas padeda mažomis dozėmis, gali pakenkti didelėmis dozėmis. Hiperoksijos generuojami laisvieji radikalai neatskiriamai chemiškai modifikuos aplinkines molekules (membranas, DNR, baltymus), potencialiai žalodami tas ląsteles. Pavyzdžiui, ilgalaikė arba labai didelio slėgio deguonies terapija gali sukelti deguonies toksiškumą, paveikiantį jautrius organus. Akies atveju tai reiškia, kad nors trumpas didelio deguonies kiekio gydymas gali paskatinti gijimą ar kraujotaką, jis taip pat gali sukelti žalingą oksidacinį stresą.
Hormezė: naudingas stresas?
Sąvoka hormezė padeda paaiškinti, kaip nedidelis oksidacinis stresas kartais gali būti naudingas. Hormezė yra gerai žinomas dvifazis atsakas biologijoje: nedidelis ar vidutinis streso veiksnio padidėjimas linkęs aktyvuoti adaptacinius gynybos mechanizmus, tuo tarpu labai dideli lygiai perpildo tuos gynybos mechanizmus ir tampa toksiški (en.wikipedia.org). Pats deguonis yra klasikinis hormetinio poveikio pavyzdys: šiek tiek didesnis nei normalus deguonies kiekis padeda ląstelėms funkcionuoti, tačiau ekstremali hiperoksija jas pažeidžia (en.wikipedia.org). Kai kurie ekspertai netgi siūlė, kad saikingi, protarpiniai deguonies pliūpsniai galėtų paruošti audinius ir sustiprinti antioksidantų mechanizmus. Kaip aiškina vienas mokslo naujienų straipsnis, kontroliuojami laisvųjų radikalų lygiai „padidina atsako gebą“, todėl organizmas geriau pasirengęs apsisaugoti nuo pažeidimų (www.livescience.com). Kitaip tariant, trumpi oksidaciniai „šokai“ gali sustiprinti streso gynybos mechanizmus trabekuliniame tinklelyje ar tinklainėje, ilgainiui padarydami šias ląsteles atsparesnes (koncepcija kartais vadinama hiperoksiniu išankstiniu kondicionavimu).
Teoriškai, trumpas didelio deguonies poveikis (pvz., trumpos HBOT sesijos) galėtų aktyvuoti apsauginius kelius akių ląstelėse. Vienas pagrindinių kelių apima baltymą NRF2 (branduolinis faktorius eritroidų kilmės 2-panašus 2). NRF2 yra pagrindinis antioksidacinių gynybos mechanizmų jungiklis: aktyvuotas NRF2 patenka į branduolį ir įjungia detoksikuojančių bei antioksidacinių fermentų genus (en.wikipedia.org). Pavyzdžiui, NRF2 stipriai indukuoja hemo oksigenazę-1 (HO-1) ir kitus „II fazės“ fermentus, kurie neutralizuoja RDF (en.wikipedia.org). Sustiprindamos šias gynybos priemones, ląstelės gali išgyventi būsimus oksidacinius iššūkius.
Palaikydami šią idėją, naujausi tyrimai su kitais audiniais parodė, kad protarpinis didelės dozės deguonis iš tiesų gali suaktyvinti NRF2 ir sumažinti oksidacinę žalą. Naujame gyvūnų tyrime, susijusiame su vadinamąja FLASH radioterapija, mokslininkai parodė, kad didelės dozės deguonies pliūpsnis aktyvavo nuo NRF2 priklausomus antioksidantų kelius ir sumažino laisvųjų radikalų žalą (arxiv.org). Šiame tyrime gydytuose audiniuose buvo mažesnis malondialdehido (lipoperoksidacijos žymens) kiekis ir mažiau mirštančių ląstelių, nes buvo aktyvuoti NRF2 ir susiję gynybos mechanizmai (arxiv.org). Nors tai nėra tiesiogiai susiję su glaukoma, šis rezultatas rodo bendrą principą: nedidelis oksidacinis stresas gali paruošti Nrf2 sistemą ir sumažinti žalą. Tikėtina, kad panašus hormetinis poveikis galėtų pasireikšti ir sergant glaukoma – pavyzdžiui, kontroliuojamas hiperoksijos gydymas galėtų padidinti antioksidantų kiekį tinklainės ganglioninėse ląstelėse ir trabekuliniame tinklelyje, potencialiai apsaugodamas juos nuo ligos.
Rizika: oksidacinis pažeidimas akių audiniuose
Kita vertus, hiperoksijos rizika glaukomos atveju aktualiems audiniams yra reali. Bet koks RDF padidėjimas dėl deguonies pertekliaus galėtų pabloginti pažeidimus trabekuliniame tinklelyje, lęšiuke ar tinklainėje. Pavyzdžiui, trabekuliniame tinklelyje lėtinis oksidacinis stresas jau siejamas su glaukoma. Jei didelis deguonies kiekis dar labiau padidintų RDF ten, TT ląstelės arba jų ekstraląstelinė matrica gali būti pažeistos arba žūti, sumažinant skysčio nutekėjimą ir padidinant akies spaudimą. Iš tiesų, glaukominių akių tyrimuose dažnai randama oksidacinio pažeidimo požymių tinklelyje. Panašiai, akies lęšiukas yra labai jautrus oksidacijai. Lęšiuko baltymai turi išlikti skaidrūs ir paprastai yra apsaugoti antioksidantų sistemų, tačiau perteklinis RDF gali suklijuoti baltymus ir sudaryti kataraktą. Hiperbarinio deguonies kontekste (pvz., nardymo medicinoje) žinoma, kad ilgalaikis deguonies poveikis gali pagreitinti branduolinės kataraktos susidarymą, oksiduodamas lęšiuko skaidulas. Taigi, sergantiems glaukoma, hiperoksija gali sukelti ar pagreitinti lęšiuko drumstumo atsiradimą, jei ji nėra atidžiai kontroliuojama.
Tinklainė – ypač vidinės tinklainės ganglioninės ląstelės, pažeistos sergant glaukoma – taip pat yra pažeidžiamos. Fotoreceptoriai ir ganglioninės ląstelės sunaudoja daug deguonies, tačiau per didelis deguonies kiekis (arba šviesa plius deguonis) gali sukelti žalojančius radikalus tinklainėje. Net naujagimiams papildomas deguonis gali sukelti neišnešiotų naujagimių retinopatiją dėl oksidacinio pažeidimo; suaugusiems didelis deguonies kiekis vis dar gali sukelti tinklainės neuronų stresą. Hiperoksija gali sutrikdyti tinklainės kraujotakos reguliavimą ir išprovokuoti uždegimą. Apibendrinant, bet kokia potenciali papildomo deguonies hormetinė nauda turi būti pasverta atsižvelgiant į pavojų, kad RDF viršys akių audinių antioksidacinę gebą. Kaip pažymi vienoje apžvalgoje, kai homeostatinė pusiausvyra sutrikdoma hiperoksijos, RDF „linkusios sukelti audinių pažeidimo ciklą su uždegimu, ląstelių pažeidimu ir ląstelių mirtimi“ (en.wikipedia.org). Gydant glaukomą, tai reiškia, kad hiperoksinė intervencija gali netyčia pabloginti oksidacinę žalą tose pačiose struktūrose (TT, lęšiukas, tinklainė), kurias norime apsaugoti.
Redokso poveikio matavimas: biomarkerai ir tyrimai
Norėdami atidžiai ištirti oksidacinius ar hormetinius hiperoksijos poveikius sergant glaukoma, gydytojai ir tyrėjai naudoja įvairius redokso biomarkerius. Tai apima tiesioginius pažeidimo žymenis ir antioksidacinio aktyvumo matavimus. Pavyzdžiui:
- Lipidų peroksidacijos produktai: Junginiai, tokie kaip malondialdehidas (MDA) arba 4-hidroksinonenalas, gali būti matuojami kraujyje ar akies skysčiuose (plonasluoksne chromatografija arba ELISA), siekiant įvertinti RDF žalą ląstelių membranoms. Kaip parodė vienas tyrimas, apsauginis gydymas sumažino RDF ir malondialdehido lygį audinyje (arxiv.org), todėl MDA stebėjimas galėtų sekti oksidacinę žalą HBOT metu.
- DNR oksidacijos žymenys: Modifikuota bazė 8-hidroksi-2′-deoksiguanozinas (8-OHdG) padidėja, kai oksidacinis stresas pažeidžia DNR. Jis gali būti matuojamas šlapime arba serume kaip bendras oksidacinio streso rodiklis. Buvo pranešta apie aukštus 8-OHdG lygius glaukomos pacientų skysčiuose, o padidėjimas intensyvaus deguonies metu galėtų reikšti žalą.
- Baltymų oksidacijos žymenys: Baltymų karbonilų kiekis arba pažangūs oksidacijos baltymų produktai (POBP) atspindi RDF žalą baltymams. Jie gali būti tiriami serume ir padidėtų, jei didelis deguonies stresas pažeidžia akių baltymus.
- Antioksidacinių fermentų lygiai: Fermentų, tokių kaip superoksido dismutazė (SOD), katalazė ir glutationo peroksidazė, aktyvumas tarnauja kaip funkciniai biomarkerai. Pavyzdžiui, matuojant SOD ir katalazės aktyvumą kraujyje ar akies vandeniniame skystyje HBOT metu, galima parodyti, ar organizmo gynybinės sistemos yra sustiprintos. Padidėjimas rodytų hormetinį atsaką, o sumažėjimas gali reikšti perpildytus antioksidantus.
- Glutationo santykis: Sumažinto glutationo (GSH) ir oksiduoto glutationo (GSSG) santykis yra klasikinis redokso indikatorius. Mažėjantis GSH/GSSG santykis atskleidžia oksidacinį stresą. Jis gali būti matuojamas audiniuose ar cirkuliuojančiose ląstelėse ir tikimasi, kad jis keisis esant hiperoksijai.
- NRF2 ir HO-1 ekspresija: Genetinėje/dabartinėje pusėje galima matuoti paties NRF2 aktyvaciją. Paimant akių ląsteles ar naudojant gyvūnų modelį, tyrėjai gali naudoti PGR ar imunologinius tyrimus, kad stebėtų NRF2 baltymų lygius ar branduolio translokaciją, ir tolesnius taikinius, tokius kaip HO-1. Pavyzdžiui, Western blot arba ELISA tyrimai HO-1 arba genų tyrimai NRF2 taikiniams genams rodytų, kad antioksidacinis atsakas įsijungia (en.wikipedia.org).
- Oksiduoti metaboliniai produktai: Taip pat galima stebėti bendros antioksidacinės gebos tyrimus (pvz., plazmos geležies redukcinę gebą) ir vitaminų C/E lygius. Šių antioksidantų sumažėjimas HBOT metu gali reikšti jų sunaudojimą RDF.
- Uždegimo žymenys: Kadangi oksidacinis stresas dažnai sukelia uždegimą, klinicistai gali taip pat matuoti citokinus (pvz., IL-6, TNF-α) akyje ar kraujyje. Šuolis deguonies terapijos metu gali rodyti, kad vyksta žalingi procesai.
Praktiškai, būtų galima naudoti šių tyrimų rinkinį. Pavyzdžiui, prieš HBOT sesiją ir po jos, gydytojai galėtų paimti kraujo ar vandeninio skysčio mėginius ir išmatuoti MDA, 8-OHdG ir GSH/GSSG, kartu tikrindami SOD ir katalazės aktyvumą. Kartu jie galėtų patikrinti NRF2 valdomų fermentų, tokių kaip HO-1 (en.wikipedia.org), ekspresiją, naudodami PGR ar ELISA. Šių biomarkerų pokyčiai kiekybiškai įvertintų terapijos redokso poveikį. Saugus hormetinis protokolas gali rodyti tik nedidelį RDF žymenų padidėjimą, kartu su antioksidacinių fermentų lygių padidėjimu. Priešingai, protokolas, kuris paūmina oksidacinį stresą, sukeltų didelius pažeidimo žymenų šuolius ir antioksidantų išeikvojimą.
Išvada
Deguonies vaidmuo sergant glaukoma yra sudėtingas. Viena vertus, papildomo deguonies tiekimas (pvz., per HBOT) teoriškai galėtų paskatinti hormetinį su Nrf2 susijusių antioksidacinių gynybos mechanizmų padidėjimą, potencialiai padedant apsaugoti tinklainės nervus ir trabekulinį tinklelį (arxiv.org) (en.wikipedia.org). Kita vertus, deguonies perteklius gali perkrauti gynybos mechanizmus ir tiesiogiai pažeisti lęšiuką, tinklainę ir nutekėjimo kelius su RDF (en.wikipedia.org). Ar protarpinė hiperoksija galiausiai yra naudinga, ar žalinga sergant glaukoma, priklauso nuo šių poveikių pusiausvyros. Reikalingi atidūs tyrimai: studijos turėtų stebėti oksidacinio streso žymenis (malondialdehidą, 8-OHdG, fermentų lygius ir kt.) ir antioksidacinių genų aktyvaciją (NRF2, HO-1) gydymo metu. Taikant griežtus biomarkerius, tyrėjai gali nustatyti, ar egzistuoja „auksinė vidurio“ deguonies dozė – pakankama, kad sukeltų adaptacinius atsakus, neperžengiant toksiškumo ribos.