glaucomaНациональный журнал ГлаукомаNational Journal glaucoma2078-41042311-6862Federal State Budgetary Institution of Science “Krasnov Research Institute of Eye Diseases”10.25700/NJG.2020.03.01glaucoma-279Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESСравнительный химический анализ внутриглазной жидкости и тканей дренажной зоны глаза при первичной открытоугольной глаукомеChanges in the elemental composition of aqueous humour outflow pathways in primary open-angle glaucomaКравчикМ. В.KravchikM. V.

Кравчик Марина Владимировна, младший научный сотрудник

119021, Москва, ул. Россолимо, 11А

Junior Research Associate

11A Rossolimo st., Moscow, 119021

kravchik.mv@gmail.comНовиковИ. А.NovikovI. A.

Старший научный сотрудник

119021, Москва, ул. Россолимо, 11А

Senior Research Associate

11A Rossolimo st., Moscow, 119021

СубботА. М.SubbotA. M.

Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник 

119021, Москва, ул. Россолимо, 11А

Ph.D., Senior Research Associate

11A Rossolimo st., Moscow, 119021

ПетровС. Ю.PetrovS. Yu.

Доктор медицинских наук, главный научный сотрудник 

119021, Москва, ул. Россолимо, 11А

Med.Sc.D., Leading Research Associate

11A Rossolimo st., Moscow, 119021

ПахомоваН. А.PakhomovaN. A.

Врач-офтальмолог

119021, Москва, ул. Россолимо, 11А

M.D.

11A Rossolimo st., Moscow, 119021

ПодопригораВ. С.PodoprigoraV. S.

Кандидат медицинских наук, ассистент кафедры офтальмологии

394036, Воронеж, ул. Студенческая, 10

Ph.D., Assistent of Ophtalmology Department

 

ФГБНУ «НИИ глазных болезней»РоссияScientific Research Institute of Eye DiseasesRussian FederationФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им Н.Н. Бурденко»РоссияThe State Budgetary Institution of Higher Professional Education “Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko” of the Ministry of Public Health of the Russian FederationRussian Federation202008102020193311Copyright © Кравчик М.В., Новиков И.А., Суббот А.М., Петров С.Ю., Пахомова Н.А., Подопригора В.С., 20202020Кравчик М.В., Новиков И.А., Суббот А.М., Петров С.Ю., Пахомова Н.А., Подопригора В.С.Kravchik M.V., Novikov I.A., Subbot A.M., Petrov S.Y., Pakhomova N.A., Podoprigora V.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.glaucomajournal.ru/jour/article/view/279ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Провести сравнительный химический анализ внутриглазной жидкости (ВГЖ), склеры и трабекулы при первичной открытоугольной глаукоме (ПОУГ). Оценить химический состав тканей при различных стадиях ПОУГ, а также при псевдоэксфолиативной глаукоме (ПЭГ).

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Определено содержание ряда химических элементов: углерода (С), азота (N), кислорода (O), алюминия (Al), кальция (Са), хлора (Cl), калия (К), магния (Mg), натрия (Na), фосфора (P), кремния (Si), серы (S) в сухом веществе ВГЖ, биоптатах трабекулярной ткани и склеры у пациентов со II и III стадиями ПОУГ, а также у пациентов с ПЭГ и ПОУГ без псевдоэксфолиативного материала. Визуализация проводилась с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) ЕVO LS 10 («Zeiss», Германия), исследование химического состава осуществлялось на энергодисперсионном спектрометре (ЭДС) Oxford-X-MAX-50 («Oxford», Великобритания) в режиме низкого вакуума (70 Па) при ускоряющем напряжении 21,5 кВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Выявлены различия в распределении Сl в сухом веществе ВГЖ и Si в трабекуле у пациентов со II и III стадиями ПОУГ. При сравнительном анализе тканей пациентов с ПЭГ и ПОУГ без псевдоэксфолиативного материала (ПЭМ) показано различие в распределении N сухого вещества ВГЖ, а также Ca, Cl, Na трабекулы. При сравнительном анализе элементного состава склеры между указанными группами статистически значимых различий в распределении исследуемых элементов выявлено не было.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Изменения, выявленные при сравнении II и III стадий ПОУГ, могут свидетельствовать о нарастании электролитного и кислотно-основного дисбаланса при прогрессировании заболевания. Отличия в распределении элементов между группами ПОУГ без ПЭМ и ПЭГ обусловлены молекулярным строением ПЭМ. Различия в водно-солевом и молекулярно-химическом составе тканей следует учитывать в дальнейших исследованиях, направленных на поиск оптимального медикаментозного метода лечения пациентов с разными стадиями и формами глаукомы.

PURPOSE

PURPOSE: There are two primary aims of this study:

1

1. To perform a comparative chemical analysis of aqueous humour (AH), scleral tissue, and trabecular meshwork in patients with primary open-angle glaucoma (POAG).

2

2. To evaluate the tissue’s chemical composition at the different POAG stages and with in patients with pseudoexfoliation glaucoma (PEG).

METHODS

METHODS: The concentration of certain chemical elements — carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), aluminum (Al), calcium (Ca), chlorine (Cl), potassium (K), magnesium (Mg), sodium (Na), phosphorus (P), silicon (Si), sulfur (S) — was determined in the dried AH residue, trabecular meshwork and sclera biopsy samples obtained from patients with POAG (stage I and II), patients with pseudoexfoliation glaucoma (PEG), and patients with POAG without pseudoexfoliation material (PEM). Samples were analyzed using a scanning electron microscope (SEM) EVO LS 10 (“Zeiss”,Germany). The chemical composition study was performed with an energy-dispersive spectrometer (EDS) Oxford-XMAX-50 (“Oxford”,UK) in a low-vacuum mode (70 Pa) with an accelerating voltage of 21.5 kV.

RESULTS

RESULTS: In the case of POAG (stage I and II) patients, there were significant differences in Cl distribution in dried AH residue and Si distribution in the trabecular meshwork. In the case of pseudoexfoliative glaucoma (PEG) and patients with POAG without PEM, there was a difference in the N distribution in dried AH residue, as well as Ca, Cl, and Na distribution in the trabecular meshwork. During scleral tissue comparative chemical analysis, no significant changes in studied elements’ concentration between patient groups were evident.

CONCLUSION

CONCLUSION: Changes between stage II of POAG and stage III of POAG patient groups may indicate that there is an increase in the electrolyte and acid-base imbalance associated with the progression of the disease. Differences in chemical elements distribution in patients with PEG and in patients with POAG without PEM result from the molecular structure of PEM. The tissue’s water and salt balance and molecular chemical composition alterations provide the following insights for future research in finding the optimal treatment method for patients with all stages and types of glaucoma.

первичная открытоугольная глаукомапсевдоэксфолиативная глаукомаэнергодисперсионная спектроскопияэлементный составвнутриглазная жидкостьтрабекулярная тканьсклера.primary open-angle glaucomapseudoexfoliation glaucomaenergy-dispersive X-ray spectroscopyelemental compositionaqueous humourtrabecular meshworkReferencesTauber F.W., Krause A.C. The role of iron, copper, zinc, and manganese in the metabolism of the ocular tissues, with special reference to the lens. Am J Ophthalmol. 1943; 26:260-266. doi:10.1016/s0002-9394(43)92830-2Tauber F.W., Krause A.C. The role of iron, copper, zinc, and manganese in the metabolism of the ocular tissues, with special reference to the lens. Am J Ophthalmol. 1943; 26:260-266. doi:10.1016/s0002-9394(43)92830-2De Azevedo M., De Jorge F. Some mineral constituents of normal human eye tissues (Na-K-Mg-Ca-P-Cu). Ophthalmologica. 1965;149(1):43-52. doi:10.1159/000304729De Azevedo M., De Jorge F. Some mineral constituents of normal human eye tissues (Na-K-Mg-Ca-P-Cu). Ophthalmologica. 1965; 149(1):43-52. doi:10.1159/000304729Marshall A.T., Goodyear M.J., Crewther S.G. Sequential quantitative X-ray elemental imaging of frozen-hydrated and freeze-dried biological bulk samples in the SEM. J Microscopy. 2012; 245(1):17-25. doi:10.1111/j.1365-2818.2011.03539.xMarshall A.T., Goodyear M.J., Crewther S.G. Sequential quantitative X-ray elemental imaging of frozen-hydrated and freeze-dried biological bulk samples in the SEM. J Microscopy. 2012; 245(1):17-25. doi:10.1111/j.1365-2818.2011.03539.xMcLaughlin C.W., Karl M.O., Zellhuber-McMillan S., Wang Z. et al.Electron probe X-ray microanalysis of intact pathway for human queous humor outf low. Am J Physiology-Cell Physiology. 2008; 295(5):1083-1091. doi:10.1152/ajpcell.340.2008McLaughlin C.W., Karl M.O., Zellhuber-McMillan S., Wang Z. et al. Electron probe X-ray microanalysis of intact pathway for human aqueous humor outf low. Am J Physiology-Cell Physiology. 2008; 295(5):1083-1091. doi:10.1152/ajpcell.340.2008Lucia U., Grisolia G., Astori M.R. Constructal law analysis of Cl– transport in eyes aqueous humor. Scientific reports. 2017; 7(1):1-4. doi:10.1038/s41598-017-07357-8Lucia U., Grisolia G., Astori M.R. Constructal law analysis of Cl– transport in eyes aqueous humor. Scientific reports. 2017; 7(1):1-4. doi:10.1038/s41598-017-07357-8Chi-ho To, Chi-wing Kong, Chu-yan Chan, Mohammad Shahidullah, Chi-wai Do. The mechanism of aqueous humour formation. Clin Exper Optom. 2002; 85(6):335-349. doi:10.1111/j.1444-0938.2002.tb02384.xChi-ho To, Chi-wing Kong, Chu-yan Chan, Mohammad Shahidullah, Chi-wai Do. The mechanism of aqueous humour formation. Clin Exper Optom. 2002; 85(6):335-349. doi:10.1111/j.1444-0938.2002.tb02384.xBecker B. Carbonic anhydrase and the formation of aqueous humor: The Friedenwald Memorial Lecture. Am J Ophthalmol. 1959; 47(1):342-361. doi:10.1016/s0002-9394(14)78041-9Becker B. Carbonic anhydrase and the formation of aqueous humor: The Friedenwald Memorial Lecture. Am J Ophthalmol. 1959; 47(1):342-361. doi:10.1016/s0002-9394(14)78041-9Ritch R., Schlötzer-Schrehardt U. Exfoliation syndrome. Surv Ophthalmol. 2001; 45(4):265-315. doi:10.1016/s0039-6257(00)00196-xRitch R., Schlötzer-Schrehardt U. Exfoliation syndrome. Surv Ophthalmol. 2001; 45(4):265-315. doi:10.1016/s0039-6257(00)00196-xЕрмолаев А.П., Новиков И.А., Мельникова Л.И., Грибоедова И.Г., Аветисов К.C. Элементный состав влаги передней камеры и сыворотки крови при различном уровне внутриглазного давления. Вестник офтальмологии. 2016; 132(6):43-48. doi:10.17116/oftalma2016132643-48Ermolaev A.P., Novikov I.A., Mel'nikova L.I., Griboedova I.G., Avetisov K.S. Elemental composition of aqueous humour and blood serum at various levels of intraocular pressure. Vestn oftalmol. 2016; 132(6):43-48. doi:10.17116/oftalma2016132643-48Evenas J., Malmendal A., Forsen S. Calcium. Curr Opin Chem Biol. 1998; 2(2):293-302. doi:10.1016/s1367-5931(98)80072-0Evenas J., Malmendal A., Forsen S. Calcium. Curr Opin Chem Biol. 1998; 2(2):293-302. doi:10.1016/s1367-5931(98)80072-0Kielty C.M., Shuttleworth C.A. The role of calcium in the organization of fibrillin microfibrils. FEBS letters. 1993; 336(2):323-326. doi:10.1016/0014-5793(93)80829-jKielty C.M., Shuttleworth C.A. The role of calcium in the organization of fibrillin microfibrils. FEBS letters. 1993; 336(2):323-326. doi:10.1016/0014-5793(93)80829-jGipson I., Anderson R. Actin filaments in cells of human trabecular meshwork and Schlemm's canal. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1979; 18(6):547-561.Gipson I., Anderson R. Actin filaments in cells of human trabecular meshwork and Schlemm's canal. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1979; 18(6):547-561.de Kater A.W., Shahsafaei A., Epstein D.L. Localization of smooth muscle and non muscle actin isoforms in the human aqueous outflow pathway. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1992; 33(2):424-429.de Kater A.W., Shahsafaei A., Epstein D.L. Localization of smooth muscle and non muscle actin isoforms in the human aqueous outflow pathway. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1992; 33(2):424-429.De Kater A., Spurr-Michaud S., Gipson I. Localization of smooth muscle myosin-containing cells in the aqueous outf low pathway. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1990; 31(2):347-353.De Kater A., Spurr-Michaud S., Gipson I. Localization of smooth muscle myosin-containing cells in the aqueous outf low pathway. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1990; 31(2):347-353.Stumpff F., Wiederholt M. Regulation of trabecular meshwork contractility. Ophthalmologica. 2000; 214(1):33-53. doi:10.1159/000027471Stumpff F., Wiederholt M. Regulation of trabecular meshwork contractility. Ophthalmologica. 2000; 214(1):33-53. doi:10.1159/000027471Kopp C., Linz P., Dahlmann A., Hammon M. et al. 23Na magnetic resonance imaging-determined tissue sodium in healthy subjects and hypertensive patients. Hypertension. 2013; 61(3):635-640. doi:10.1161/hypertensionaha.111.00566Kopp C., Linz P., Dahlmann A., Hammon M. et al. 23Na magnetic resonance imaging-determined tissue sodium in healthy subjects and hypertensive patients. Hypertension. 2013; 61(3):635-640. doi:10.1161/hypertensionaha.111.00566Titze J. Sodium balance is not just a renal affair. Curr Opin Nephrology And Hypertension. 2014; 23(2):101. doi:10.1097/01.mnh.0000441151.55320.c3Titze J. Sodium balance is not just a renal affair. Curr Opin Nephrology And Hypertension. 2014; 23(2):101. doi:10.1097/01.mnh.0000441151.55320.c3Challa P., Johnson W.M. Composition of exfoliation material. J Glaucoma. 2018; 27 Suppl 1:29-31. doi:10.1097/IJG.0000000000000917Challa P., Johnson W.M. Composition of exfoliation material. J Glaucoma. 2018; 27 Suppl 1:29-31. doi:10.1097/IJG.0000000000000917Schlötzer-Schrehardt U., Körtje K.-H., Erb C. Energy-filtering transmission electron microscopy (EFTEM) in the elemental analysis of pseudoexfoliative material. Curr Eye Res. 2001; 22(2):154-162. doi:10.1076/ceyr.22.2.154.5522Schlötzer-Schrehardt U., Körtje K.-H., Erb C. Energy-filtering transmission electron microscopy (EFTEM) in the elemental analysis of pseudoexfoliative material. Curr Eye Res. 2001; 22(2):154-162. doi:10.1076/ceyr.22.2.154.5522Schlötzer-Schrehardt U., Dorfler S., Naumann G.O. Immunohistochemical localization of basement membrane components in pseudoexfoliation material of the lens capsule. Curr Eye Res. 1992; 11(4):343-355. doi:10.3109/02713689209001788Schlötzer-Schrehardt U., Dorfler S., Naumann G.O. Immunohistochemical localization of basement membrane components in pseudoexfoliation material of the lens capsule. Curr Eye Res. 1992; 11(4):343-355. doi:10.3109/02713689209001788Tawara A., Fujisawa K., Kiyosawa R., Inomata H. Distribution and characterization of proteoglycans associated with exfoliation material. Curr Eye Res. 1996; 15(11):1101-1111. doi:10.3109/02713689608995141Tawara A., Fujisawa K., Kiyosawa R., Inomata H. Distribution and characterization of proteoglycans associated with exfoliation material. Curr Eye Res. 1996; 15(11):1101-1111. doi:10.3109/02713689608995141Arutyunov G., Dragunov D., Sokolova A., Papyshev I. et al. The effect of the level of total sodium deposited in the myocardium on its stiffness. Ther Arch. 2017; 89(1):32-37. doi:10.17116/terarkh201789132-37Arutyunov G., Dragunov D., Sokolova A., Papyshev I. et al. The effect of the level of total sodium deposited in the myocardium on its stiffness. Ther Arch. 2017; 89(1):32-37. doi:10.17116/terarkh201789132-37Volpi N. Disaccharide analysis and molecular mass determination to microgram level of single sulfated glycosaminoglycan species in mixtures following agarose-gel electrophoresis. Anall Biochem. 1999; 273(2):229-239. doi:10.1006/abio.1999.4218Volpi N. Disaccharide analysis and molecular mass determination to microgram level of single sulfated glycosaminoglycan species in mixtures following agarose-gel electrophoresis. Anall Biochem. 1999; 273(2):229-239. doi:10.1006/abio.1999.4218Titze J., Shakibaei M., Schafflhuber M., Schulze-Tanzil G. et al. Glycosaminoglycan polymerization may enable osmotically inactive Na+ storage in the skin. Am J Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2004; 287(1):203-208. doi:10.1152/ajpheart.01237.2003Titze J., Shakibaei M., Schafflhuber M., Schulze-Tanzil G. et al. Glycosaminoglycan polymerization may enable osmotically inactive Na+ storage in the skin. Am J Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2004; 287(1):203-208. doi:10.1152/ajpheart.01237.2003

The authors declare that there are no conflicts of interest present.