Jaskra
Patofizjologia i mechanizm
Jaskra to przewlekła neuropatia wzrokowa charakteryzująca się postępującą degeneracją komórek zwojowych siatkówki (RGC) i zmianami w tarczy nerwu wzrokowego, prowadzącymi do nieodwracalnej utraty widzenia. Kluczowym czynnikiem ryzyka jest podwyższone ciśnienie wewnątrzgałkowe (IOP), wynikające z zaburzeń odpływu cieczy wodnistej przez siateczkę beleczkowania lub drogę naczyniówkowo-twardówkową. W jaskrze z otwartym kątem przesączania obserwuje się zwiększony opór odpływu spowodowany dysfunkcją komórek śródbłonka, pogrubieniem błony podstawnej i zwężeniem przestrzeni międzybeleczkowych. W jaskrze z zamkniętym kątem mechaniczne blokowanie odpływu przez tęczówkę prowadzi do wzrostu IOP. Podwyższone IOP wywołuje mechaniczny stres w blaszce sitowej, powodując kompresję aksonów RGC, zaburzenia transportu aksonalnego i apoptozę. Dodatkowo, zaburzenia mikrokrążenia i dysfunkcja naczyniowa, szczególnie w jaskrze normalnego ciśnienia (NTG), prowadzą do niedokrwienia nerwu wzrokowego i nasilają stres oksydacyjny, co potwierdzają podwyższone poziomy HIF-1 w siatkówce i tarczy nerwu wzrokowego.
- Patogeneza jaskry
- Rola ciśnienia wewnątrzgałkowego
- Mechaniczne efekty podwyższonego ciśnienia wewnątrzgałkowego
- Dysfunkcja naczyniowa i niedokrwienie
- Stres oksydacyjny i mitochondrialny
- Neurodegeneracja i apoptoza komórek zwojowych siatkówki
- Mechanizmy immunologiczne i autoimmunologiczne
- Czynniki genetyczne
- Alternatywne mechanizmy w patogenezie jaskry
- Rola czynników neurotroficznych
- Udział glukokortykoidów
- Translaminarny gradient ciśnienia
- Rola dysregulacji lipidowej
- Rola pierwiastków śladowych
- Zintegrowany mechanizm patogenezy jaskry
Patogeneza jaskry
Jaskra to grupa przewlekłych neuropatii wzrokowych charakteryzujących się postępującą degeneracją komórek zwojowych siatkówki i zmianami w tarczy nerwu wzrokowego, prowadzącymi do nieodwracalnej utraty widzenia. Mimo że jaskra jest jedną z głównych przyczyn ślepoty na świecie, jej dokładna patofizjologia nie została w pełni poznana. Uważa się, że patogeneza jaskry ma charakter wieloczynnikowy, a w jej rozwoju uczestniczy wiele mechanizmów123.
Rola ciśnienia wewnątrzgałkowego
Podwyższone ciśnienie wewnątrzgałkowe (ang. intraocular pressure, IOP) jest najlepiej poznanym i najważniejszym klinicznie modyfikowalnym czynnikiem ryzyka jaskry. IOP jest determinowane przez równowagę między wydzielaniem cieczy wodnistej przez ciało rzęskowe a jej odpływem przez dwie niezależne drogi – siateczkę beleczkowania i drogę naczyniówkowo-twardówkową45.
W jaskrze z otwartym kątem przesączania występuje zwiększony opór dla odpływu cieczy wodnistej przez siateczkę beleczkowania. Dysfunkcja komórek śródbłonka siateczki beleczkowania, pogrubienie błony podstawnej, odkładanie się glikozaminoglikanów, zwężenie przestrzeni międzybeleczkowych i/lub zapadnięcie się kanału Schlemma są głównymi przyczynami tego zjawiska67.
W jaskrze z zamkniętym kątem przesączania, IOP wzrasta, gdy obwodowa część tęczówki mechanicznie blokuje odpływ cieczy wodnistej. Przyczyną może być blok źreniczny, w którym istnieje zwiększony opór dla przepływu cieczy wodnistej z komory tylnej do przedniej przez kanał między tęczówką a soczewką89.
Mechaniczne efekty podwyższonego ciśnienia wewnątrzgałkowego
Podwyższone IOP wywołuje mechaniczny stres i napięcie w tylnych strukturach oka, szczególnie w blaszce sitowej i otaczających tkankach. Blaszka sitowa, będąca częścią twardówki, przez którą przechodzą włókna nerwu wzrokowego, wydaje się być szczególnie podatna na zmiany IOP410.
Stres i napięcie wywołane przez podwyższone IOP mogą powodować kompresję, deformację i przebudowę blaszki sitowej z konsekwencją w postaci mechanicznego uszkodzenia aksonów i zaburzenia transportu aksonalnego. To z kolei przerywa wsteczne dostarczanie istotnych czynników troficznych do komórek zwojowych siatkówki z ich docelowego miejsca w pniu mózgu4.
W obszarze blaszki sitowej aksony komórek zwojowych siatkówki w jaskrze wykazują obrzęk, który może reprezentować akumulację pęcherzyków transportowych, wskazując na dysfunkcjonalny transport wsteczny i anterogradalny w aksonach10.
Dysfunkcja naczyniowa i niedokrwienie
Zaburzenia mikrokrążenia i dysfunkcja naczyniowa są istotnymi czynnikami w patogenezie jaskry, szczególnie w jaskrze normalnego ciśnienia, gdzie IOP pozostaje w granicach normy211.
Przepływ krwi w oku jest średnio niższy u pacjentów z jaskrą niż u zdrowych osób. Redukcja ta jest bardziej wyraźna w jaskrze normalnego ciśnienia niż w jaskrze wysokiego ciśnienia i bardziej wyraźna w przypadkach z postępującym uszkodzeniem w porównaniu do tych ze stabilną chorobą11.
Niedokrwienna neuropatia powstaje, gdy niewystarczające krążenie krwi w nerwie wzrokowym prowadzi do niedotlenienia tkanek. Zmniejszona perfuzja może być spowodowana zwiększonym IOP przekraczającym zdolność do autoregulacji lub przez samo zaburzenie autoregulacji. Główną przyczyną zaburzeń autoregulacji jest pierwotny syndrom dysregulacji naczyniowej (PVD)1213.
W wielu badaniach wykazano, że zmniejszony przepływ krwi w oku jest rzeczywiście czynnikiem ryzyka dalszej progresji jaskry. Również w siatkówce i tarczy nerwu wzrokowego pacjentów z jaskrą zwiększony jest czynnik indukowany hipoksją 1 (HIF-1), co wskazuje na niedobór tlenu14.
Stres oksydacyjny i mitochondrialny
Stres oksydacyjny odgrywa kluczową rolę w patogenezie jaskry. Przewlekły stres oksydacyjny został zidentyfikowany jako ważny czynnik w patogenezie tej choroby, na co wskazuje zależny od wieku kliniczny początek choroby, stała ekspozycja siateczki beleczkowania na H₂O₂ w cieczy wodnistej oraz zmienione komórkowe i molekularne odpowiedzi na ekspozycję na H₂O₂ in vitro15.
Zwiększone ciśnienie wewnątrzgałkowe powoduje zmniejszenie funkcji metabolicznej siatkówki, co czyni aksony komórek zwojowych siatkówki podatnymi na uszkodzenia i prowadzi do ostatecznej apoptozy. Mitochondria siatkówki, kluczowe organelle komórkowe zaangażowane we wsparcie energetyczne aksonów, stają się wadliwe w modelach jaskry16.
Dysfunkcja mitochondrialna jest często przypisywana zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu (ROS), które wchodzą w interakcje z lokalnymi cząsteczkami, takimi jak mitochondrialny DNA i białka komórkowe, powodując uszkodzenia. Gdy ROS gromadzą się i przytłaczają zdolność antyoksydacyjną komórki, rozpoczyna się stan stresu oksydacyjnego. Długotrwała ekspozycja na stres oksydacyjny indukuje apoptozę16.
Niestabilny przepływ krwi w oku prowadzi do niestabilnego dostarczania tlenu, co wywołuje stres oksydacyjny. Zwiększone stężenie anionów ponadtlenkowych w obszarze, gdzie zwiększona jest produkcja tlenku azotu (NO), wzmacnia produkcję bardzo szkodliwej cząsteczki – nadtlenoazotynu. Nadmiar NO może prowadzić do uszkodzenia komórek zwojowych siatkówki1412.
Neurodegeneracja i apoptoza komórek zwojowych siatkówki
Śmierć komórek zwojowych siatkówki (RGC) w jaskrze następuje głównie poprzez apoptozę, która jest również środkiem eliminacji 50% RGC podczas normalnego rozwojowego organizowania drogi wzrokowej17.
Odpowiedzi komórkowe na zmiany IOP prowadzące do apoptozy RGC nie są dobrze poznane. Jednym z możliwych mechanizmów apoptozy RGC wydaje się być związany ze zmianami składników macierzy pozakomórkowej w siatkówce oczu z jaskrą w odpowiedzi na podwyższone IOP18.
Apoptotyczna śmierć komórek RGC była również przypisywana toksyczności pośredniczonej przez glutaminian, a komórki siatkówki w warunkach hipoksji są znane z uwalniania glutaminianu19.
Charakterystyczna zmiana w tarczy nerwu wzrokowego w jaskrze to zagłębienie tarczy nerwu wzrokowego, gdzie zostały utracone aksony komórek zwojowych. Śmierć aksonów jest związana z utratą ciał komórek zwojowych w siatkówce i zakończeń aksonów komórek zwojowych w bocznym ciele kolankowatym grzbietowym17.
Mechanizmy immunologiczne i autoimmunologiczne
Coraz więcej dowodów wskazuje na udział procesów autoimmunologicznych w patogenezie jaskry. Te procesy autoimmunologiczne w obrębie ośrodkowego układu nerwowego są wysoce zorganizowaną odpowiedzią wrodzonej odporności20.
Poprzez rozpoznawanie neuronalnych epitopów, długoterminowa indukcja wrodzonej odpowiedzi immunologicznej i jej przejście do formy adaptacyjnej może być kluczowa dla patofizjologii jaskry20.
Aktywacja astrocytów prowadzi do zwiększonej produkcji NO. Równolegle, nawracające łagodne reperfuzje prowadzą do produkcji anionu ponadtlenkowego (O₂⁻) w mitochondriach, które są obficie zlokalizowane w aksonach tarczy nerwu wzrokowego. W tej sytuacji anion ponadtlenkowy może łatwo łączyć się z NO, tworząc wysoce szkodliwy nadtlenoazotyn (ONOO⁻), który z kolei indukuje apoptozę1213.
Mikroglej również odgrywa ważną rolę w patogenezie jaskry. Badania sugerują, że aktywacja mikrogleju jest jednym z najwcześniejszych zdarzeń w jaskrze, co jest zgodne z wcześniej opublikowaną literaturą2122.
Czynniki genetyczne
Jaskra ma silny komponent genetyczny, a 60% pacjentów ma pozytywny wywiad rodzinny. Badania rodzinne identyfikują 10-krotnie zwiększone ryzyko jaskry pierwotnej otwartego kąta (POAG) dla krewnych pierwszego stopnia23.
Dziedziczność POAG można podzielić na dwie główne kategorie: bezpośrednie powiązanie (zwiększone ryzyko POAG) i pośrednie (zwiększone ryzyko komponentu choroby). Pierwsza dotyczy kilku genów powiązanych z POAG poprzez rodzinną analizę genetyczną sprzężeń, z głównymi przykładami takimi jak miocylina (MYOC), optyneuryna (OPTN), domena powtórzeń WD 36 (WDR36), cytochrom P450, rodzina 1, podrodzia B, polipeptyd 1 (CYP1B1) i neurotrofina 4 (NTF4)23.
Badania asocjacyjne całego genomu (GWAS) były wykorzystywane w ostatniej dekadzie w próbie odkrycia wariantów genetycznych złożonych chorób. Dla POAG zidentyfikowano ponad 70 polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNP) i powiązano je z POAG lub jego endofenotypami, zmieniając nasze zrozumienie szlaków molekularnych choroby23.
Alternatywne mechanizmy w patogenezie jaskry
Rola czynników neurotroficznych
Śmierć neuronów, wzrost i różnicowanie neuronów są regulowane przez neurotrofiny lub czynniki neurotroficzne (NTF). Zmniejszenie NTF prowadzi do apoptozy komórek zwojowych siatkówki24.
Kilka genów powiązanych ze szlakami sygnalizacyjnymi neurotrofin zostało zgłoszonych jako związane z patologią jaskry. Zrozumienie heterogenności genetycznej i zaangażowania biologii neurotrofin w jaskrze może pomóc w zrozumieniu złożonej patofizjologii jaskry25.
Udział glukokortykoidów
Receptor glukokortykoidowy (GR), w tym obie alternatywnie połączone izoformy (GRα i GRβ), został zaangażowany w rozwój jaskry pierwotnej otwartego kąta (POAG) i jatrogennej jaskry wywołanej glikokortykoidami (GIG)26.
Jednym z poważnych efektów ubocznych przedłużonej terapii glikokortykoidami jest rozwój jatrogennego wtórnego nadciśnienia ocznego (OHT) i jaskry otwartego kąta (tj. jaskry wywołanej glikokortykoidami), które klinicznie i patologicznie naśladują POAG26.
OHT indukowane przez glikokortykoidy jest spowodowane patogennym uszkodzeniem siateczki beleczkowania, tkanki zaangażowanej w regulację odpływu cieczy wodnistej i ciśnienia wewnątrzgałkowego. Prawie wszyscy pacjenci z POAG rozwijają GC-OHT, gdy są leczeni glikokortykoidami, w przeciwieństwie do wskaźnika odpowiedzi na GC wynoszącego 40% w normalnej populacji26.
Glikokortykoidy przyczyniają się do zwiększonego oporu siateczki beleczkowania poprzez zwiększenie ekspresji i pozakomórkowego odkładania fibronektyny, glikozaminoglikanów (GAG), elastyny, kolagenu i lamininy w tkance siateczki beleczkowania27.
Translaminarny gradient ciśnienia
Jaskra normalnego ciśnienia (NTG) jest wyjątkiem w rodzinie jaskry, gdzie główny czynnik ryzyka, podwyższone ciśnienie wewnątrzgałkowe, jest nieobecny. Wśród możliwych przyczyn wymienia się wyższą wrażliwość na normalne ciśnienie, dysregulację naczyniową, nieprawidłowo wysoki gradient ciśnienia translaminarnego i proces neurodegeneracyjny spowodowany zaburzoną dynamiką płynu mózgowo-rdzeniowego w przedziale osłonki nerwu wzrokowego28.
Fakt, że żadna z tych teorii nie jest w stanie dostarczyć całościowego i jednomyślnego wyjaśnienia dla NTG, pokazuje, że patofizjologia NTG może być wieloczynnikowa28.
Rola dysregulacji lipidowej
Badacze wykorzystujący dane z prospektywnych badań kohortowych identyfikują wyższe poziomy diglicerydów i triglicerydów we krwi jako potencjalnie odgrywających ważną rolę w wieloczynnikowej przyczynie jaskry29.
Wyniki wskazują, że dysregulacja lipidów i funkcji mitochondrialnych odgrywa ważną rolę w powodowaniu jaskry i może prowadzić do nowych celów dla profilaktyki lub leczenia29.
Rola pierwiastków śladowych
Jaskra jest chorobą wielofunkcyjną, z którą związanych jest kilka pierwiastków śladowych i jej patofizjologia. Badanie znacznej ilości literatury sugeruje, że kilka pierwiastków śladowych jest związanych ze zmianami ciśnienia wewnątrzgałkowego (IOP), siateczki beleczkowania i stresu oksydacyjnego nerwu wzrokowego w złożonych chorobach oka30.
Stosunek nieprawidłowości powierzchni jest istotnym czynnikiem w pierwszej fazie patogenezy jaskry (jaskra wysokiego ciśnienia), w której wolne rodniki wpływają na komórki śródbłonka siateczki beleczkowania i powodują zmiany morfologiczne i funkcjonalne oraz ulegają rozproszonym uszkodzeniom31.
Dowody z badań populacyjnych sugerują, że stężenia metali śladowych w organizmie mogą wpływać na równowagę między utleniaczami a przeciwutleniaczami w patogenezie jaskry. W szczególności, niższe poziomy manganu (Mn) we krwi i wyższe poziomy rtęci w surowicy oraz ferrytyny są związane ze zwiększonym prawdopodobieństwem jaskry31.
Pierwiastki śladowe są zaangażowane w modyfikacje pośredniczone przez stres oksydacyjny, a tym samym potencjalnie zaangażowane w patogenezę jaskry. Rola pierwiastków śladowych w rozwoju jaskry jest wieloraka i raczej złożona; niektóre cechy mogą być ochronne, a inne mogą działać jako promotory32.
Zintegrowany mechanizm patogenezy jaskry
Patogeneza jaskry jest złożona i wieloczynnikowa, z wzajemnie powiązanymi mechanizmami, które obejmują efekty mechaniczne podwyższonego IOP, zmniejszoną dostawę neurotrofin, hipoksję, ekscytotoksyczność, stres oksydacyjny oraz zaangażowanie procesów autoimmunologicznych20.
Niezależnie od mechanizmu patogennego, konsekwencją jest zawsze powstawanie rozległych procesów degeneracyjnych w tarczy nerwu wzrokowego, komórkach zwojowych siatkówki i aksonach nerwu wzrokowego, które prowadzą do nieodwracalnego zniszczenia tych neuronów20.
Pierwotny mechanizm utraty neuronów w początkowej fazie to apoptoza, podczas gdy w drugiej fazie utrata neuronów jest spowodowana toksycznymi efektami pierwotnie degenerujących neuronów, dodatkowo do ciągłej ekspozycji na podwyższone IOP18.
Podsumowując, pierwotne czynniki odpowiedzialne za apoptotyczną śmierć komórek w jaskrze obejmują nie tylko podwyższone IOP, ale także dysregulację naczyniową, szczególnie u osób z jaskrą normalnego ciśnienia. Mechanizmy molekularne zaangażowane w dużej mierze obejmują ekscytotoksyczność glutaminianu, zwiększoną ekspresję MMP, regulację w górę TNF-alfa, zwiększoną ekspresję NOS-2 i stres oksydacyjny19.
Powyżej opisane fakty prowadzą do następującej koncepcji patogenetycznej: zarówno stres mechaniczny, jak i niedokrwienny aktywują komórki glejowe, prowadząc do zmienionego mikrośrodowiska, szczególnie w i wokół tarczy nerwu wzrokowego. Obejmuje to zwiększoną produkcję metaloproteinaz macierzy (MMP), które są zaangażowane w przebudowę tkanek13.
Niestabilny przepływ krwi spowodowany fluktuacjami IOP lub zaburzoną autoregulacją prowadzi do zwiększonego stresu oksydacyjnego, głównego czynnika przyczyniającego się do uszkodzeń jaskrowych14.
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.