Photobiologie de la lentille humaine

photobiologie de la lentille humaine

Joan E. Roberts
Université Fordham, Département des Sciences naturelles
113 West 60th Street, New York City, NY 10023

introduction
la fonction principale de la lentille humaine est de focaliser la lumière sans distorsion sur la rétine. Alors que les propriétés de transmission de la plupart des composants de l’œil sont stables, les propriétés de transmission du cristallin changent tout au long de la vie, comme le montre la Figure 1.,

Figure 1. Les changements dans la lentille humaine tout au long de la vie. Sur la photo sont à la naissance, 40 ans et 80 ans.

L’exposition à la lumière intense du soleil peut présenter un danger particulier pour le cristallin et entraîner la formation d’une cataracte qui nuit à la vision., L’exposition aux UV-A et aux UV-B sont des facteurs de risque majeurs pour l’induction d’une cataracte, en particulier chez les personnes de plus de 70 ans, car avec l’âge, la capacité de l’œil à se protéger contre les dommages légers est compromise. L’exposition au rayonnement UV de la réflexion de l’eau, du sable ou de la neige est particulièrement dommageable pour le cristallin .en plus du seul rayonnement UV, il existe de nombreux colorants, médicaments et médicaments à base de plantes qui, en présence de lumière visible et de rayonnement UV, peuvent induire une cataracte . Cette réaction phototoxique provoque une cataracte très précoce .,
toute modification de la clarté de l’objectif dégradera la qualité de l’image présentée à la rétine, et affectera grandement la perception visuelle. Dans ce module, nous allons en apprendre davantage sur la photochimie et la photobiologie de la lentille, et comment ces propriétés affectent non seulement la rétine, mais la santé humaine globale .
Structure de l’avant de l’œil (Segment antérieur)
l’œil humain est composé de plusieurs compartiments, comme on le voit sur la Figure 2. La couche la plus externe contient la sclérotique, dont la fonction est de protéger le globe oculaire, et la cornée, qui concentre la lumière entrante sur la lentille., Sous cette couche se trouve la choroïde contenant l’iris, connue sous le nom d’uvea. Cette région contient des mélanocytes, qui contiennent le pigment mélanine, dont la fonction est d’empêcher la diffusion de la lumière. L’ouverture de l’iris, la pupille se dilate et se contracte pour contrôler la quantité de lumière entrante. L’iris et la lentille sont baignés dans l’humeur aqueuse. L’humeur aqueuse est un liquide qui sert de système circulatoire transparent (ce que fait le flux sanguin dans les tissus non transparents)., Il maintient non seulement la pression intraoculaire, mais fournit également une nutrition à la lentille et à la cornée, et élimine les débris et les déchets de ces tissus oculaires. L’humeur aqueuse contient des concentrations élevées de divers antioxydants. La lentille est placée derrière l’iris. La fonction de la lentille est de focaliser la lumière sans distorsion sur la rétine, qui se trouve à l’arrière de l’œil (segment postérieur) .

la Figure 2. La structure de l’œil humain.,
La Structure de la lentille humaine
La structure de la lentille humaine est vue sur la Figure 3. La lentille est un organe transparent situé derrière la cornée et l’iris . Le bord externe de la lentille est constitué d’une seule couche de cellules épithéliales et d’une membrane qui recouvre tout l’organe . Les cellules épithéliales du cristallin ne se divisent pas sauf lorsqu’elles sont réparées. Certaines cellules épithéliales perdent leurs noyaux et d’autres organites et deviennent des cellules de fibres de lentilles . Ces cellules de fibre de lentille sont remplies d’une solution de 30% de protéine, connue sous le nom de protéine de lentille de cytosol (soluble)., Parce qu’il y a peu de renouvellement des protéines dans les cellules des fibres de la lentille, les dommages aux protéines de la lentille s’accumulent tout au long de la vie.

Figure 3. La structure de la lentille humaine.
Suture et équateur sont des termes anatomiques en ophtalmologie. Suture signifie les coutures de la lentille. Les motifs de suture deviennent plus complexes à mesure que davantage de couches de fibres de lentille sont ajoutées à la partie externe de la lentille. Équateur moyens du bord de la plus grande partie de la lentille (similaire à l’équateur sur un globe).,

quand la lumière est-elle nocive pour la lentille humaine?
bien que la lumière de l’environnement soit généralement bénigne, il existe plusieurs conditions dans lesquelles l’exposition à la lumière de l’environnement devient nocive. Pour déterminer si la lumière est dommageable, il faut tenir compte des facteurs suivants: intensité, longueur d’onde, site de dommage, tension d’oxygène, chromophores, systèmes de défense et mécanismes de réparation.
intensité. Plus l’intensité de la lumière, plus il est susceptible d’endommager l’œil. La lumière qui n’est généralement pas nocive peut causer des dommages aigus si elle est suffisamment intense., Par exemple, il est bien connu que l’œil peut être endommagé (temporairement ou définitivement) par l’exposition à la lumière du soleil réfléchissante de la neige (cécité des neiges), ou en regardant le soleil pendant une éclipse . Il y a une augmentation du rayonnement UV avec un amincissement de la couche d’ozone protectrice . De même, l’œil peut subir des dommages causés par des sources de lumière artificielle qui émettent des UV-A ou des UV-B. Les dommages cumulatifs causés par la lumière résultent d’une exposition moins intense sur une plus longue période et sont souvent le résultat d’une perte de protection sous-jacente liée à l’âge .

Longueur d’onde., Le rayonnement ambiant, provenant du soleil ou de sources de lumière artificielle, contient des quantités variables de lumière UV-C (100-280 nm), UV-B (280-315 nm), UV-A (315-400 nm) et visible (400-700 nm). Plus la longueur d’onde est courte, plus l’énergie est grande, et donc plus le potentiel de dommages biologiques est grand. Cependant, bien que les longueurs d’onde plus longues soient moins énergétiques, elles pénètrent plus profondément dans l’œil .
Pour qu’une réaction photochimique se produise, la lumière doit être absorbée dans un tissu oculaire particulier., Le primate / œil humain a des caractéristiques de filtrage uniques qui déterminent dans quelle zone de l’œil chaque longueur d’onde de lumière sera absorbée. Le rayonnement UV inférieur à 295 nm est filtré pour atteindre la lentille par la cornée humaine. Cela signifie que les longueurs d’onde les plus courtes et les plus énergétiques de la lumière (tous les UV-C et certains UV-B) sont filtrés avant d’atteindre la lentille humaine. La plupart de la lumière UV est absorbée par la lentille, mais la gamme exacte de longueurs d’onde dépend de l’âge. Chez l’ADULTE, la lentille absorbe les UV-B restants et la totalité des UV-A (295-400 nm), et donc seule la lumière visible atteint la rétine., Cependant, la lentille humaine très jeune transmet une petite fenêtre de lumière UV-B (320 nm) à la rétine, tandis que la lentille âgée filtre une grande partie de la lumière visible bleue courte (400-500 nm). La Transmission diffère également selon les espèces; les lentilles des mammifères autres que les primates transmettent un rayonnement UV supérieur à 295 nm à la rétine .
site de dommages légers à la lentille. Le cristallin est composé de deux parties les plus sensibles aux dommages: les cellules épithéliales (externes) et la membrane fibreuse (interne). Les cellules épithéliales contrôlent le transport vers la lentille., Ils sont en contact direct avec l’humeur aqueuse et sont les plus vulnérables aux dommages phototoxiques. Les dommages causés à ces cellules compromettraient facilement la viabilité du cristallin . La membrane fibreuse peut être endommagée photochimiquement par des dommages aux lipides et / ou à la protéine membranaire intrinsèque principale .
Les réactions phototoxiques peuvent entraîner une modification de l’ADN et de certains acides aminés (histidine, tryptophane, cystéine) et/ou une fixation covalente du sensibilisateur aux protéines de la lentille du cytosol ., Les chromophores liés par covalence peuvent alors agir comme sensibilisateurs endogènes et produire une sensibilité prolongée à la lumière. En outre, il existe une modification non photochimique des protéines de la lentille associée au diabète . Une concentration élevée de glucose a été trouvée pour mener à la glycosylation des groupes epsilon-amino des résidus de lysine. Tous ces types de dommages entraîneront une modification de l’indice de réfraction du matériau de la lentille, conduisant à l’agrégation et finalement à l’opacification (cataractogenèse) ., Une technique récemment développée (ScanTox) mesure très tôt les changements dans la qualité optique (Mise au point) de la lentille, avant même que les dommages ne provoquent l’opacification de la lentille .

Chromophores. Un chromophore est une substance qui absorbe la lumière. Un chromophore oculaire peut être soit un composé endogène naturellement présent dans l’œil, soit un agent exogène qui a traversé des barrières sang-oculaires et pénétré dans un site particulier. Pour que la lumière endommage la lentille, la lumière doit d’abord être absorbée par un chromophore situé dans un compartiment de la lentille.,
A) Chromophores endogènes (naturels) dans le cristallin humain. Les chromophores dans le cristallin humain changent tout au long de la vie, comme on le voit sur les figures 4a et B. Il y a en fait peu de dommages à l’œil humain causés par la lumière avant l’âge moyen. En effet, la lentille humaine adulte contient des chromophores jaunes (3-hydroxykyurénines) qui absorbent la lumière, mais libèrent l’énergie avant qu’elle ait une chance de faire des dommages ., Ainsi, les chromophores de kynurénine présents dans la lentille humaine adulte sont non seulement sûrs, mais servent à protéger la rétine en filtrant le rayonnement UV, l’empêchant ainsi d’atteindre et d’endommager la rétine . Après l’âge moyen, une enzyme (kynurénine amino transférase), produite en quantités croissantes, convertit les chromophores protecteurs (3-OH kynurénine et son glucoside) en chromophores destructeurs, en acide xanthurénique et en glucoside xanthurénique . Lorsque ces composés xanthuréniques absorbent la lumière, ils produisent des espèces réactives de l’oxygène (oxygène singulet et/ou superoxyde) , qui endommagent les protéines de la lentille ., Un autre chromophore, la n-formyl kynurénine, formé à partir de la photooxidation continue du tryptophane endogène , produit également de l’oxygène singulet et du superoxyde, qui endommagent les protéines de la lentille . Ainsi, l’acide xanthurénique et la n-formyl kynurénine sont des candidats probables pour les chromophores responsables de la formation de cataractes liées à l’âge.

Figure 4a. Liées à l’âge, des Changements dans le cristallin Humain. À mesure que la lentille vieillit, ses chromophores changent la couleur de l’œil humain, passant du clair (milieu) au jaune (en haut à droite)., En raison des changements de vieillissement dans la lentille humaine, une opacification de la lentille se produit, ce qui est connu comme une cataracte (en haut à gauche). Les lentilles de Vache (En bas) et d’autres non-primates ont des lentilles claires tout au long de la vie.

Figure 4b. Le changement en tryptophane de produits dérivés dans le cristallin humain avec l’âge. Notez le changement à L’âge moyen. Pour plus d’informations, voir le texte ci-dessus.

b) xénobiotiques ou Chromophores exogènes dans le cristallin., Les rayons UV-B ou UV-A intenses ou accumulés endommagent directement la lentille humaine. Cependant, en présence d’un médicament activé par la lumière (photosensibilisé), d’un médicament à base de plantes (hypericine dans le millepertuis) ou de nanoparticules, les patients risquent de subir une lésion oculaire accrue due au rayonnement UV ambiant et à la lumière visible ., La mesure dans laquelle un produit chimique particulier est capable de produire des effets secondaires phototoxiques dans l’œil dépend de plusieurs paramètres, notamment: 1) la structure chimique; 2) Les Spectres d’absorption du médicament; 3) la liaison du médicament au tissu oculaire; et 4) la capacité de traverser les barrières sang-oculaire.
Tout composé ayant une structure cyclique tricyclique, hétérocyclique ou porphyrine est un chromophore oculaire potentiel s’il a une absorbance supérieure à la coupure de la cornée (>295 nm). Lorsque ces sensibilisants exogènes (externes) se lient aux tissus oculaires (c.-à-d.,, protéines de la lentille), leur temps de rétention dans la lentille est prolongé et le danger potentiel qu’ils posent est amélioré. Les Substances amphiphiles ou lipophiles sont capables de traverser la plupart des barrières lenticulaires . L’objectif est alimenté par l’humeur aqueuse, et il est relativement difficile pour une substance de passer par l’humeur aqueuse de l’objectif et par ingestion. Cependant, une fois dans la lentille, il est également difficile d’éliminer la substance étrangère.
tension D’oxygène. La tension d’oxygène dans la lentille est très faible, mais est suffisante pour que la photooxidation se produise .
systèmes de défense., L’objectif dispose d’un système de défense très efficace contre les dommages causés par la lumière et les radiations. La lentille contient des enzymes antioxydantes (superoxyde dismutase (SOD) et catalase), et des antioxydants (vitamine E, C, lutéine, glutathion) qui servent à la protéger contre les dommages oxydatifs et photoinduced . Malheureusement , la plupart de ces antioxydants et enzymes protectrices diminuent à partir de quarante ans, laissant la lentille sans défense contre les dommages causés par la lumière.
Réparer., Les cellules épithéliales de la lentille périphérique sont capables de réparer les réticulations d’ADN induites par les UV-B (dimères de cyclobutane pyrimidine et 6-4 pyrimidine-pyrimidone) , mais toute exposition supplémentaire aux UV-A interfère avec la réparation cellulaire. Comme il y a peu de renouvellement des protéines de la lentille, les dommages aux protéines de la lentille s’accumulent .

mécanisme de dommages légers à la lentille
Photooxidation. La lumière Intense peut induire des dommages directs à l’ADN, mais avec une lumière moins intense, l’œil est endommagé par une réaction de phototoxidation., Dans les réactions de photooxidation, un chromophore dans l’œil absorbe la lumière et oxyde certains acides aminés et/ou acides nucléiques, ce qui endommage l’ensemble du cristallin. Le chromophore peut être endogène (naturel) ou exogène (médicament, médicament à base de plantes ou nanoparticule qui s’est accumulé dans l’œil). L’absorption de la lumière excite le chromophore à un État singulet excité, qui subit ensuite le croisement intersystème, et atteint l’état triplet., Dans son état triplet, le chromophore procède alors soit par un mécanisme de type I (radical libre) ou de type II (oxygène singulet) pour causer les dommages éventuels . La Photooxidation peut se produire dans la lentille par un mécanisme de Type I ou de type II, ou les deux simultanément.
les chromophores est la lentille humaine adulte peut être excité par la lumière, mais ils descendent de cet état excité (singulet) très rapidement (nanosecondes), de sorte qu’ils n’ont pas la chance d’atteindre un État triplet, de faire des intermédiaires actifs dommageables, et donc de causer des dommages dans la lentille ., Cependant, lorsque les photosensibilisateurs efficaces, l’acide xanthurénique, son glucoside et sa n-formyl kynurénine sont présents dans la lentille et que la lentille est exposée au rayonnement UV, ils sont capables de faire des triplets avec une efficacité suffisante (rendement quantique) pour former des espèces réactives de l’oxygène et des radicaux libres, qui endommagent ensuite le tissu de la lentille.
cataractes
mécanisme D’Induction. La lentille humaine est normalement transparente jusqu’à l’âge de 40 ans. Cette transparence est le résultat de la disposition ordonnée des fibres protéiques dans la lentille normalement ., À l’âge moyen, la protection enzymatique et antioxydante naturelle de l’œil contre les UV-A et les UV-B est perdue en même temps qu’il y a une augmentation de la production de chromophores photochimiquement actifs. Lorsque la lentille absorbe la lumière ambiante, ces chromophores sont photoactivés et produisent des espèces réactives de l’oxygène, telles que l’oxygène singulet et le superoxyde. Les protéines de la lentille (alpha, bêta, gamma cristallines) se dénaturent ou les cellules épithéliales de la lentille ne peuvent plus réparer les dommages causés par la lumière ambiante ., À l’âge de 70 ans, le cristallin devient finalement suffisamment trouble pour obstruer la vision, et l’individu serait atteint d’une cataracte liée à l’âge (Figure 4a) .

La cataracte peut également se développer à un âge beaucoup plus précoce lorsque la personne est exposée à un rayonnement UV excessif, à la fumée de cigarette et à la pollution de l’air, aux médicaments photosensibilisants, aux stéroïdes ou au diabète. La cause sous-jacente de ces cataractes est également des dommages oxydatifs (et phototoxidatifs) aux cellules épithéliales du cristallin et aux protéines du cristallin.,
Le maintien de l’intégrité structurelle est particulièrement important pour l’alpha-cristalline de la protéine cristalline en raison de son rôle de chaperon moléculaire. l’alpha-cristalline est un agrégat de deux polypeptides, A et B, qui sont de petites protéines de choc thermique qui empêchent L’agrégation protéique induite par les UV (A et B). En ajoutant et en éliminant la production d’alpha-cristalline des cellules épithéliales de la lentille, Andley a montré que l’alpha-cristalline confère une protection naturelle contre les dommages causés par les rayons UV aux cellules de la lentille . l’alpha-cristalline protège également contre L’inhibition UV-A de l’activité enzymatique protectrice (catalase)., Les sites spécifiques de dommages à l’alpha-cristalline avec des chromophores endogènes et exogènes ont été détectés en utilisant la spectrométrie de masse et des techniques d’anticorps monoclonaux . Les produits finaux de Glycation avancés trouvés dans les cataractes diabétiques peuvent également se comporter comme photosensibilisants et oxyder les protéines du cristallin .
toute oxydation endogène ou exogène dénature les protéines de la lentille, réduit leur solubilité et, éventuellement, entraîne une perte de transparence dans la lentille, connue sous le nom de cataracte., Une cataracte qui se produit dans la partie centrale de la lentille est connue sous le nom de cataracte nucléaire, et celles qui se produisent à la périphérie de la lentille sont connues sous le nom de cataractes corticales. Une forme plus rare de cataracte est connue sous le nom de cataracte sous-capsulaire postérieure. Cette cataracte est généralement considérée comme génétiquement liée et survient à la naissance ou à un âge très précoce, ou à la suite de l’utilisation de stéroïdes ou du diabète .
diagnostic et traitement., La cataracte peut être facilement diagnostiquée grâce à l’utilisation d’une lampe à fente » ou d’un ophtalmoscope, qui examine l’objectif de manque de transparence, et détermine l’emplacement et la densité de l’opacification. En outre, un test d’acuité visuelle déterminera dans quelle mesure le patient peut voir avec la cataracte. Lorsque la perte de vision importante est notée, le traitement consiste à retirer chirurgicalement la lentille. Cette lentille est généralement remplacée par une lentille en plastique intraoculaire contenant un filtre UV-A et UV-B, Pour remplacer la puissance de mise au point et de filtrage perdue par le retrait de la lentille de la cataracte ., Récemment, des lentilles artificielles intraoculaires ont été disponibles avec des filtres de lumière bleue courts (400-440 nm), qui sont importants pour protéger les personnes âgées de la dégénérescence maculaire et les diabétiques de la rétinopathie diabétique .

la Prévention. Si vous empêchez la lumière d’exciter des chromophores endogènes ou exogènes dans la lentille, ou si vous bloquez les dommages des espèces réactives de l’oxygène avec des antioxydants, vous pouvez empêcher ou retarder la formation de cataractes .
A) Lunettes de soleil. Les UV-A et les UV-B ne sont pas nécessaires pour la vue ou pour déclencher la réponse circadienne., D’autre part, les UV-A et les UV-B induisent la formation de cataractes. L’élimination de ces longueurs d’onde de l’exposition oculaire réduira considérablement le risque de formation précoce de cataracte. Cela peut être facilement fait en portant des lunettes de soleil qui bloquent les longueurs d’onde inférieures à 400 nm . Cependant, en raison de la géométrie de l’œil, ces lunettes doivent être des lunettes de soleil enveloppantes pour empêcher les rayons UV réfléchissants d’atteindre l’œil.
b) antioxydants depuis l’âge diminue la production normale d’antioxydants dans la lentille , l’augmentation de la consommation de fruits et légumes a été suggéré pour remplacer la protection manquante ., En outre, la supplémentation en vitamines et antioxydants, y compris la vitamine E et la lutéine, s’est révélée particulièrement efficace pour retarder les cataractes liées à l’âge .
Les suppléments doivent être équilibrés, car des réactions d’oxydation dommageables peuvent se produire si un seul antioxydant est pris . Dans L’étude AREDS (Age-Related Eye Disease Study) parrainée par le National Eye Institute, il a été constaté qu’un excès de bêta-carotène était lié à un risque accru de cancer du poumon pour les fumeurs, tandis qu’un excès de Zn était lié à un risque accru de cancer de la prostate., Comme la lutéine, et non le bêta-carotène, est le caroténoïde naturel présent dans le cristallin et la rétine , la supplémentation en bêta-carotène excessif n’est pas seulement inutile pour protéger l’œil, mais est dangereuse pour les fumeurs et les anciens fumeurs. D’autres produits naturels tels que le thé vert, qui contient des polyphénols (épigallocatéchine gallate) et Ashwagandha (racine de Withania somnifera) utilisés dans la médecine ayurvédique traditionnelle a également été montré pour retarder les dommages induits par la lumière à la lentille .
Conclusions
La formation de la cataracte est une maladie liée à l’âge. La plupart des gens formeront une cataracte au moment où ils auront 70 ans., Les UV-A et les UV-B sont des facteurs de risque très importants pour le développement de cataractes précoces. En outre, l’exposition à la lumière même visible en présence de stéroïdes, de médicaments photosensibilisants, de cosmétiques et de nanoparticules peut augmenter considérablement le risque de cataracte précoce. L’évitement des rayons UV avec des lunettes de soleil appropriées et la combinaison appropriée de supplémentation en antioxydants oxydants et réducteurs peuvent aider à retarder ou à éliminer ce trouble aveuglant chez les personnes âgées.

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