Л.С. Патеюк
ФГБНУ «НИИГБ», Москва
Роль буферных систем в поддержании гомеостаза в организме человека бесспорна. Достаточно хорошо исследованы механизмы, поддерживающие кислотно-основное состояние внутренней среды организма, репродуктивной, выделительной и пищеварительной систем. В отношение глазной поверхности и слезной жидкости этот вопрос остается малоизученным. Стоит отметить, что этиопатогенез множества нозологических форм косвенно или напрямую сопряжен с нарушением функционирования буферных систем организма и отклонением уровня pH от допустимой физиологической нормы. Поэтому понимание этиологии и патогенеза ряда заболеваний глазной поверхности и разработка соответствующих методов лечения могут быть основаны на изучении буферных систем, поддерживающих pH конъюнктивы, роговицы и слезной пленки.
Согласно ранее проведенным исследованиям, буферной системой слезы считали бикарбонатный (или гидрокарбонатный) буфер, который состоит из смеси угольной кислоты и ее соли в виде гидрокарбонат-аниона (Carney L.G. et al., 1989; Coles W.H., Jaros P.A., 1984). Зона буферного воздействия бикарбонатной системы составляет диапазон от 5,4 до 7,4 ед. pH.
Также известно, что кислотность слезы варьирует, по данным разных авторов, от 6,5 до 8,0 ед. pH. В частности: pH слезы базальной секреции — 6,5-7,8 (Аветисов С.Э., 2011; Егоров Е.А. и др., 2004; Мошетова Л.К., Волков О.А., 2004; Abelson M.B. et al., 1981), слезы рефлекторной секреции — 7,1-8,0 (Fischer F.H., Wiederholt M., 1982; Records R.E., Duane’s foundations of clinical ophthalmology), свободной слезной жидкости — 6,3-7,2, а вязкого компонента слезы — 7,0-8,0 (Аветисов С.Э. и др., 2014).
Буферная емкость слезы находится в пределах от 7,0 до 7,7 ед. pH в узком диапазоне и от 3,0 до 10,0 — в широком (Carney L.G. et al., 1989).
В связи с чем возникает ряд противоречий по существу, а именно:
1) Бикарбонатный буфер не может поддерживать pH слезы более 7,4. То есть уровень кислотности свыше указанных значений должна регулировать иная буферная система;
2) Эта буферная система не может обеспечить вышеуказанную буферную емкость слезы. Таким образом, смешение pH сверх указанных диапазонов существенно дестабилизировало бы состояние глазной поверхности;
3) Бикарбонатный буфер не обладает достаточной емкостью по основанию, а имеет буферную емкость преимущественно по кислоте. То есть основной задачей этой буферной системы является быстрая нейтрализация кислот, она не может также быстро сдерживать чрезмерное защелачивание среды;
4) И наконец, при открытых или закрытых веках и в условиях контакта с воздухом окружающей среды бикарбонатный буфер нестабилен, так как находится в зависимости от парциального давления углекислого газа. При высоких концентрациях углекислого газа в воздухе и слезе константа диссоциации в буферной системе смещается сторону ацидоза, в противном случае — в сторону алкалоза.
В НИИГБ были получены новые данные о буферной системе слезы благодаря применению современных методов аналитической химии — методов рентгеноспектрального элементного анализа. Рентгеноспектральный анализ основан на изучении вторичного спектра рентгеновских лучей, испускаемых образцом вещества после первичного облучения. Атомы, возвращаясь в основное состояние после первичного облучения, возвращают электроны из внешних оболочек во внутренние с эмиссией излучения в рентгеновском диапазоне со строго определенными энергетическими значениями. При помощи энергодисперсионного детектора регистрируют характеристические спектральные линии атомов и таким образом делают выводы о количественном и качественном элементном составе анализируемого вещества. Однако, если анализируемый образец состоит из множества химических элементов, эти линии накладываются друг на друга, и зачастую их тяжело различить. Особую трудность представляет элементный анализ биологических объектов ввиду многокомпонентного химического состава.
Изучение минерального состава и определение возможных минеральных буферных систем слезы мы проводили при помощи рентгеноспектрального микроанализа (или РСМА, или электронно-зондовый микроанализ) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии в сочетании со сканирующей электронной микроскопией (или SEM-EDS, от англ. scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectrometry). В качестве источника первичного излучения при РСМА и SEM-EDS применяют узкий электронный пучок.
Вышеуказанные методы были адаптированы для изучения проб слезы 12 здоровых добровольцев в возрасте от 21 года до 28 лет, 7 мужчин и 5 женщин.
Разработанная методика проведения РСМА (электронно-зондовый микроанализатор Superprobe JXA-8200, JEOL Ltd., Япония) заключалась в нижеследующем.
Производили забор слезы базальной секреции при помощи микропипетки объемом 5 мкл из зоны слезного ручья «в одно касание». Пробы высушивали в контейнере на токопроводящей углеродной пленке в беспылевых условиях при относительной влажности 85% и температуре 18°C до получения лиофилизатов. После пробы слезы вакуумировали для эвапорации. Изображения получали в отраженных электронах BSE, во вторичных электронах SE и в режиме построения микротопограмм поверхности TOPO. Далее проводили спектральный анализ и локальное элементное микрокартирование.
После пробоподготовки слезы мы получали электронные изображения ее лиофилизатов — так называемые «кристаллограммы». Как видно на представленном рис. 1 (сверху слева), на фоне массы аморфных биоорганических составляющих слезы хорошо контрастируются ее выкристаллизовавшиеся минеральные компоненты. Согласно полученным энергодисперсионным спектрам (рис. 1, сверху справа), минеральные продукты эвапорации слезы были преимущественно представлены двумя твердыми фазами: серые кристаллы хлорида натрия и белые кристаллы хлорида калия. Элементное микрокартирование лиофилизатов слезы (рис. 1, снизу справа) показало, что основными ее минеральными составляющими являются хлор, натрий, калий и бор. Количественный подсчет содержания неорганических компонентов показал, что в составе минеральных кристаллов хлоридов калия и натрия концентрация бора варьировала от 0,00 до 26,50 ат.% (см. табл. на рис. 1). В составе кристаллов хлорида калия концентрация бора в фазе варьировала от 7,89 до 26,50 ат.%.
Рис. 1
В составе кристаллов хлорида натрия концентрация бора в фазе варьировала от 0,00 до 18,02 ат.%. Исходя из высоких концентраций бора, можно предположить присутствие бора в виде самостоятельных твердых фаз, кристаллизовавшихся в последнюю очередь. Также среди неорганических компонентов были выявлены медь, кремний, сера, углерод и кислород — в «следовых концентрациях».
