Comparative analysis of morphological changes in the optic centers in patients with glaucoma and Alzheimer's disease

PURPOSE: A comparative analysis of morphological changes in the central part of the visual analyzer (lateral geniculate nucleus (LGN) and the visual cortex) in patients with glaucoma and Alzheimer’s disease. MATERIALS: Morphological material included brains of 7 patients: 2 patients with Alzheimer’s disease, 1 patient with glaucoma and 4 control patients without neurological and ophthalmic pathology. Nissl staining and Bilshovsky staining were applied to the autopsy material. A comparative analysis of the area sizes of the neurons and their nuclei as well as and the nuclear-cytoplasmic ratio in the LGN and the visual cortex in patients with glaucoma and Alzheimer’s disease was performed using morphometry software. Immunocytochemistry staining for-amyloid and tau-protein in the LGN and the cerebral cortex was perfomed in patients with glaucoma and Alzheimer’s disease. RESULTS: A marked reduction in the area size of neurons associated with Alzheimer’s disease and glaucoma was observed in all studied areas in comparison with the control group. Cross-sectional area of the nucleus in patients with Alzheimer’s disease on the contrary was substantially increased in the magnocellular and parvocellular layers and not significantly different from the control group in the visual cortex. No difference was found in the area size of the nuclei in the magnocellular layers of glaucoma patients compared to the control group, while in the parvocellular layers and the visual cortex their size was smaller. Immunocytochemistry analysis confirmed the presence of p-amyloid and tau- protein in the LGN and the cerebral cortex in glaucoma and Alzheimer’s disease. CONCLUSIONS: Morphological changes observed in visual centers in Alzheimer’s disease and glaucoma indicate transsynaptic distribution of the pathological process in the central nervous system structures.

глаукома, болезнь Альцгеймера, нейродегенеративные заболевания, транссинаптическая нейродегенерация, наружное коленчатое тело, зрительная кора, Р-амилоид, тау-белок, апоптоз, glaucoma, Alzheimer’s disease, neurodege- nerative disease, transsynaptic neurodegeneration, lateral geniculate nucleus, the visual cortex, P-amyloid, tau-protein, apoptosis

1. Crawford M.L., Harwerth R.S., Smith I.I.I.E.L., Shen F., Carter- Dawson L. Glaucoma in primates: cytochrome oxidase reactivity in parvo- and magnocellular pathways. Invest Ophthalmol VisSci 2000; 41(7): 1791-1802.

2. Ly T., Gupta N., Weinreb R.N., Kaufman P.L., Yucel Y.H. Dendrite plasticity in the lateral geniculate nucleus in primate glaucoma. Vision Res 2011; 51(2):243-250.

3. Luthra A., Gupta N., Kaufman P.L., Weinreb R.N., Yucel Y.H. Oxidative injury in neural and vascular tissue of the lateral geniculate nucleus in experimental glaucoma. Exp Eye Research 2005; 80(l):43-49.

4. Yficel Y.H., Zhang Q., Weinreb R.N., Kaufman P.L., Gupta N. Atrophy of relay neurons in mango- and parvocellular layers in the lateral geniculate nucleus in experimental glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci 2001; 42(13):3216-3222.

5. Алексеев B.H., Аничков H.M., Газизова И.Р., Никитин Н.Д. Морфологические изменения зрительного тракта при первичной открытоугольной глаукоме. Глаукома: теория, тенденции, технологии. HRT Клуб России - 2012: сборник научных статей X международного конгресса. М.; 2012; 18-21.

6. Алексеев B.H., Газизова И.Р. Головной мозг и глаукома (клинико-экспериментальное исследование). XII Всероссийская школа офтальмолога: Материалы конференции. М.; 2013; 13-17.

7. Gupta N., Yucel Y.H. Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr Opin Ophthalmol 2007; 18(2): 110-114.

8. Yucel Y., Gupta N. Glaucoma of the brain: a disease model for the study of transsynaptic neural degeneration. Prog Brain Res 2008; 173:465-478.

9. Еричев В.П., Туманов В.П., Панюшкина Л.А. Глаукома и нейродегенеративные заболевания. Глаукома. Журнал НИИ ГБ РАМН 2012; 1:62-68

10. McKinnon S.J. Glaucoma: ocular Alzheimer’s disease? Front Biosci 2003; 1(8): 1140-1156.

11. Bayer A.U., Keller O.N., Ferrari F., Maag K.P. Association of glaucoma with neurodegenerative diseases with apoptotic cell death: Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Am J Ophthalmol 2002; 133(1): 135-137.

12. Trick G.L., Trick L.R., Morris P., Wolf M. Visual field loss in senile dementia of the Alzheimer’s disease type. Neurology 1995; 45(l):68-74.

13. Dreyer E.B., Zurakowski D., Schumer R.A., Podos S.M., Lipton S.A. Elevated glutamate levels in the vitreous body of humans and monkeys with glaucoma. Arch Ophthalmol 1996; 114(3):299-305.

14. Tezel G. Oxidative stress in glaucomatous neurodegeneration: mechanisms and conseguences. Prog Retin Eye Res 2006; 25(5):490-513.

15. Gupta N., Zhang Q., Kaufman P.L., Weinreb R.N., Yucel Y.H. Chronic ocular hypertension induces dendrite pathology in the lateral geniculate nucleus of the brain. Exper Eye Research 2007; 84(1): 176-184.

16. Yucel Y.H., Zhang Q., Weinreb R.N., Kaufman P.L., Gupta N. Effects of retinal ganglion cell loss on mango-, parvo-, konio- cellular pathway in the lateral geniculate nucleus and visual cortex in glaucoma. Prog Retin Eye Res 2003; 22(4):465-481.

17. Gupta N., Ang L.C., Noel de Tilly L., Yucel Y.H. Human glaucoma and neuronal degeneration in the intracranial optic nerve, lateral geniculate nucleus and visual cortex of the brain. Br J Ophthalmol 2006; 90(6):674-678.

18. Алексеев B.H., Никитин Д.Н., Газизова И.Р., Ринджибал Алмайсам. Дегенеративные изменения проводящих путей зрительного анализатора у больных первичной открытоугольной глаукомой. Восток-Запад: Сборник научных трудов научно-практической конференции по офтальмохирургии с международным участием. Уфа; 2012; 167- 169.

19. Еричев В.П., Панюшкина Л.А. Диагностическая ценность функциональных и морфометрических параметров сетчатки и зрительного нерва у пациентов с болезнью Альцгеймера. Национальный журнал глаукома 2014; 2: 5-10

20. Еричев В.П., Панюшкина Л.А., Фомин A.B. Оптическая когерентная томография сетчатки и зрительного нерва в диагностике болезни Альцгеймера. Глаукома. Журнал НИИ ГБ РАМН 2013; 1:5-10

21. Мамиконян B.P., Казарян Э.Э., Смирнова T.B. Клиническая оценка основных морфометрических показателей зрительного нерва в ранней диагностике и мониторинге первичной открытоугольной глаукомы. Глаукома 2009; 2:26-28.

22. Мамиконян B.P., Казарян Э.Э., Галоян H.C., Козлова И.В., Шмелева-Демир О.А., Мазурова Ю.В., Басаева Е.А. Диагностическая значимость морфометрии макулярной области при первичной открытоугольной глаукоме. Вестник офтальмологии 2010; 6:8-12

23. Акопян B.C., Семенова H.C., Филоненко И.В., Цысарь М.А. Оценка комплекса ганглиозных клеток сетчатки при первичной открытоугольной глаукоме. Офтальмология 2011; 8(1):20-26

24. Шмырева В.Ф., Петров С.Ю., Антонов A.A., Сипливый В.И., Стратонников А.А., Савельева Т.А., Шевчик С.А., Рябова А.В. Метод оценки оксигенации субконъюнктивального сосудистого русла с помощью спектроскопии отраженного света (экспериментальное исследование). Глаукома 2008; 2:9-14.

25. Шмырева В.Ф., Петров С.Ю., Антонов A.A., Стратонников А.А., Савельева Т.А., Шевчик С.А., Рябова А.В., Урываев Ю.В. Исследование метаболизма тканей переднего отрезка глаза по уровню оксигенации гемоглобина в венозном русле при первичной открытоугольной глаукоме. Глаукома 2008; 3:3-10.

26. Авдеев P.B., Александров A.C., Басинский A.C., Блюм Е.А., Брежнев А.Ю., Волков Е.Н. и др. Клинико-эпидемиологическое исследование факторов риска развития и прогрессирования глаукомы. Российский офтальмологический журнал 2013; 6(3):4-11.

27. Шмырева В.Ф., Зиангирова Г.Г., Мазурова Ю.В., Петров С.Ю. Клинико-морфологическая характеристика дренажной зоны склеры при глаукоме нормального внутриглазного давления. Вестник офтальмологии 2007; 6:32-35.