PHOTOBIOLOGY do ser HUMANO LENTE

PHOTOBIOLOGY do ser HUMANO LENTE

Joan E. Roberts
Fordham University, Departamento de Ciências Naturais
113 Oeste 60th Street, Nova Iorque, NY 10023

Introdução
A função primária do ser humano lente para focalizar a luz não distorcida sobre a retina. Enquanto as propriedades de transmissão da maioria dos componentes do olho são estáveis, as propriedades de transmissão da lente mudam ao longo da vida, como visto na Figura 1.,

Figura 1. As mudanças na lente humana ao longo da vida. As imagens são à nascença, 40 anos e 80 anos.

a Exposição à luz intensa do sol que pode representar um perigo especial para a lente do olho, e levar à formação de uma catarata , que prejudica a visão., Tanto a exposição UV-a como UV-B são fatores de risco importantes para a indução de uma catarata, especialmente naqueles acima de 70 anos de idade, porque com a idade a capacidade do olho de se proteger contra danos de luz está comprometida. A exposição à radiação UV a partir do reflexo da água, areia, ou neve é particularmente prejudicial para a lente do olho .além da radiação UV sozinho, há muitos corantes, drogas e medicamentos à base de plantas que, na presença de luz visível e radiação UV pode induzir uma catarata . Esta reacção fototóxica provoca uma catarata muito precoce ., qualquer modificação na clareza da lente irá degradar a qualidade da imagem apresentada à retina, e afeta grandemente a percepção visual. Neste módulo, vamos aprender sobre a fotoquímica e fotobiologia da lente, e como essas propriedades afetam não só a retina, mas a saúde humana em geral . o olho humano é composto por vários compartimentos, como visto na Figura 2. A camada mais externa contém a esclera, cuja função é proteger o globo ocular, e a córnea, que foca a luz recebida na lente., Abaixo desta camada está o coróide que contém a íris, que é conhecida como uvea. Esta região contém melanócitos, que contêm o pigmento melanina, cuja função é evitar a dispersão de luz. A abertura na íris, o aluno, expande e contratos para controlar a quantidade de luz recebida. A íris e a lente são banhadas no humor aquoso. O humor aquoso é um fluido que serve como um sistema circulatório transparente (o que o fluxo sanguíneo faz em tecidos não transparentes)., Ele não só mantém a pressão intra-ocular, mas também fornece nutrição para a lente e córnea, e remove detritos e resíduos desses tecidos oculares. O humor aquoso contém altas concentrações de vários antioxidantes. A lente está posicionada atrás da íris. A função da lente é focar a luz não distorcida na retina, que está na parte de trás do olho (segmento posterior) .

Figura 2. A estrutura do olho humano.,
The Structure of The Human Lens
The structure of the human lens is seen in Figure 3. A lente é um órgão transparente localizado atrás da córnea e da íris . A borda externa da lente consiste de uma única camada de células epiteliais, e uma membrana que cobre todo o órgão . As células epiteliais das lentes não se dividem, exceto quando submetidas a reparação. Algumas células epiteliais perdem seus núcleos e outras organelas, e se tornam células de fibra de lente . Estas células de fibra de lente são preenchidas com uma solução de 30% de proteína, conhecida como proteína de lente citosol (solúvel)., Como há pouca rotação de proteínas nas células de fibra da lente, danos à proteína da lente se acumulam ao longo da vida.

Figura 3. A estrutura da lente humana.sutura e Equador são termos anatômicos em oftalmologia. Sutura significa as costuras da lente. Os padrões de sutura tornam-se mais complexos à medida que mais camadas de fibras de lentes são adicionadas à porção exterior da lente. Equador significa a borda da maior porção da lente (semelhante ao Equador em um globo).,

When is Light Harmful to The Human Lens?embora a luz ambiental seja principalmente benigna, existem várias condições sob as quais a exposição à luz ambiental se torna prejudicial. Para determinar se a luz é prejudicial, deve-se considerar os seguintes fatores: intensidade, comprimento de onda, local de dano, tensão de oxigênio, cromóforos, sistemas de defesa e mecanismos de reparação.
intensidade. Quanto maior a intensidade da luz, mais provável é que danifique o olho. A luz que normalmente não é nociva pode causar danos agudos se for suficientemente intensa., Por exemplo, é bem conhecido que o olho pode ser danificado (temporariamente ou permanentemente) pela exposição à luz solar refletiva da neve (cegueira da neve), ou de olhar para o sol durante um eclipse . Verifica-se um aumento da radiação UV com um desbaste da camada protectora de ozono . Da mesma forma, o olho pode sofrer danos a partir de fontes de luz artificial que emitem UV-A ou UV-B. Os danos da luz cumulativa resultam de uma exposição menos intensa durante um período de tempo mais longo, e é muitas vezes resultado de uma perda de protecção relacionada com a idade subjacente .
Comprimento de onda., A radiação ambiente, proveniente do sol ou de fontes luminosas artificiais, contém quantidades variáveis de luz UV-C (100-280 nm), UV-B (280-315 nm), UV-a (315-400 nm) e visível (400-700 nm). Quanto menor o comprimento de onda, maior a energia e, portanto, maior o potencial para danos biológicos. No entanto, embora os comprimentos de onda mais longos são menos energéticos, eles penetram o olho mais profundamente .para que uma reação fotoquímica ocorra, a luz deve ser absorvida em um tecido ocular particular., O olho primata / humano tem características de filtragem únicas que determinam em que área do olho cada comprimento de onda de luz será absorvido. A radiação UV abaixo de 295 nm é filtrada a partir de alcançar a lente pela córnea humana. Isto significa que os comprimentos de onda mais curtos e energéticos da luz (todos UV-C e alguns UV-B) são filtrados antes de alcançarem a lente humana. A maior parte da luz UV é absorvida pela lente, mas a faixa de comprimento de onda exata depende da idade. Em adultos, a lente absorve os restantes UV-B e todos os UV-a (295-400 nm) e, portanto, apenas a luz visível atinge a retina., No entanto, a lente humana muito jovem transmite uma pequena janela de luz UV-B (320 nm) para a retina, enquanto as lentes mais velhas filtram grande parte da luz visível azul curta (400-500 nm). A transmissão também difere com as espécies; as lentes de outros mamíferos que não primatas transmitem radiação UV por mais de 295 nm para a retina .

Site of Light Damage to the Lens. A lente é composta por duas partes que são mais suscetíveis a danos: as células epiteliais (externas) e a membrana de fibra (interna). As células epiteliais controlam o transporte para a lente., Têm contacto directo com o humor aquoso e são mais vulneráveis a danos fototóxicos. Danos a estas células comprometeriam facilmente a viabilidade da lente . A membrana de fibra pode ser fotocemicamente danificada através de danos nos lípidos e/ou na principal proteína intrínseca da membrana .as reacções fototóxicas podem levar a uma modificação do ADN e de certos aminoácidos (histidina, triptofano, cisteína) e/ou a uma ligação covalente do sensibilizante às proteínas do cristalino do citosol ., Os cromóforos com ligação covalente podem então actuar como sensibilizantes endógenos e produzir sensibilidade prolongada à luz. Além disso, há modificação não-fotoquímica das proteínas do cristalino associadas à diabetes . Verificou-se que uma elevada concentração de glucose conduz à glicosilação dos grupos epsilon-amino dos resíduos de lisina. Todos estes tipos de danos resultarão em uma mudança no índice refrativo do material da lente, levando a agregação e, em última análise, opacificação (cataratogênese) ., Uma técnica recentemente desenvolvida (ScanTox) mede mudanças muito precoces na qualidade óptica (focagem) da lente, mesmo antes de danos causarem opacificação da lente .cromóforos. Um cromóforo é uma substância que absorve a luz. Um cromóforo ocular pode ser um composto endógeno naturalmente presente no olho, ou um agente exógeno que passou através de barreiras hematoculares e penetrou em um determinado local. Para que a luz danifique a lente, a luz deve ser absorvida por um cromóforo localizado em algum compartimento da lente.,
a) cromóforos endógenos (de ocorrência natural) na lente humana. Os cromóforos nas lentes humanas mudam ao longo da vida, como se vê nas figuras 4a e B. Na verdade, há poucos danos no olho humano devido à luz antes da meia-idade. Isso ocorre porque a lente humana adulta contém cromóforos amarelos (3-hidroxicyureninas) que absorvem a luz, mas liberam a energia antes que ela tenha a chance de fazer qualquer dano ., Assim, os cromóforos de kynurenina presentes na lente humana adulta não são apenas seguros, mas servem para proteger a retina através da filtração da radiação UV, impedindo-a de alcançar e danificar a retina . Após a Idade Média, uma enzima (quinurenina amino transferase), produzida em quantidades crescentes, converte os cromóforos protectores (3-OH kynurenina e seu glucosido) em cromóforos destrutivos, ácido xanturenico e glucósido xanturenico . Quando esses compostos xanturenicos absorvem a luz, eles produzem espécies reativas de oxigênio (oxigênio singlet e/ou superóxido) , que danificam as proteínas das lentes ., Outro cromóforo, n-formil-cinurenina, formado a partir da fotooxidação contínua do triptofano endógeno , também produz oxigênio singlet e superóxido, que danificam as proteínas do cristalino . Assim, o ácido xanturenico e a n-formil-kynurenina são candidatos prováveis para os cromóforos responsáveis pela formação de cataratas relacionadas com a idade.

Figure 4a. Age Related Changes in the Human Lens. À medida que as lentes envelhecem, os cromóforos mudam a cor do olho humano de clara (média) para amarela (superior direita)., Como resultado das mudanças de envelhecimento na lente humana, ocorre uma turvação da lente, que é conhecida como catarata (superior esquerda). As lentes de vaca (inferior) e outras não primatas têm lentes claras ao longo da vida.

Figura 4b. A mudança em triptofano derivativos em humanos lente com a idade. Repare na mudança na meia-idade. Para mais informações, consulte o texto acima.

b) xenobióticos ou cromóforos exógenos na lente., Radiação UV-B ou UV-a intensa ou acumulada causa danos diretos à lente humana. No entanto, na presença de um fármaco activado pela luz (fotossensibilizado), medicação à base de plantas (hipericina no hipericão de St .Johns) ou nanopartículas, os doentes correm o risco de sofrer lesões oculares aumentadas devido à radiação UV ambiente e à luz visível., O grau em que uma determinada substância química é capaz de produzir fototóxicos efeitos colaterais no olho depende de vários parâmetros, incluindo: 1) a estrutura química; 2) os espectros de absorção das drogas; 3) ligação da droga para os tecidos oculares; e 4) a capacidade de sangue da cruz vermelha-ocular barreiras. Qualquer composto que tenha uma estrutura anelar tricíclico, heterocíclico ou porfirina é um cromóforo ocular potencial se tiver absorvância acima do corte da córnea (>295 nm). Quando estes sensibilizantes exógenos (externos) se ligam a tecidos oculares (i.e.,, lens proteins), seu tempo de retenção na lente é estendido, e o risco potencial que eles representam é aumentado. Substâncias que são anfifílicas ou lipofílicas são capazes de atravessar a maioria das barreiras lenticulares . A lente é alimentada pelo humor aquoso, e é relativamente difícil para uma substância passar através do humor aquoso para a lente por ingestão. No entanto, uma vez na lente, também é difícil para a substância estranha a ser removido.tensão do oxigénio. A tensão do oxigênio na lente é muito baixa, mas é suficiente para a fotooxidação ocorrer . Sistemas de Defesa., A lente tem um sistema de defesa muito eficiente contra danos de luz e radiação. A lente contém enzimas antioxidantes (superóxido dismutase (SOD) e catalase), e antioxidantes (vitamina E, C, luteína, glutationa) que servem para protegê-la contra danos oxidativos e fotoinduzidos . Infelizmente, a maioria destes antioxidantes e enzimas protectoras diminuem a partir dos quarenta anos de idade , deixando a lente indefesa contra danos de luz.reparação ., As células epiteliais do cristal periférico são capazes de reparar ligações cruzadas de ADN induzidas pelos UV-B (dímeros ciclobutano pirimidina e 6-4 pirimidina-pirimidona) , mas qualquer exposição adicional aos UV-A interfere com a reparação celular. Como há pouca rotação de proteínas de lentes, danos às proteínas de lentes acumula .

mecanismo de lesão da Luz Na lente
Fotooxidação. A luz intensa pode induzir danos diretos ao DNA, mas com uma luz menos intensa, o olho é danificado por uma reação de fototoxidação., Em reações de fotooxidação, um cromóforo no olho absorve luz e oxida certos aminoácidos e/ou ácidos nucleicos, o que resulta em danos a toda a lente. O cromóforo pode ser endógeno (natural) ou exógeno (fármaco, medicação à base de plantas ou nanopartículas que se acumulou no olho). A absorção da luz excita o cromóforo a um estado de singularidade excitada, que então passa por intersistemas, e atinge o estado de tripleto., Em seu estado tripleto, o cromóforo então procede através de um mecanismo de tipo i (radical livre) ou tipo II (oxigênio singlet) para causar o eventual dano . A fotooxidação pode ocorrer na lente por um mecanismo de tipo I ou de tipo II, ou ambos simultaneamente.os cromóforos são as lentes humanas adultas que podem ser excitadas pela luz, mas elas descem deste estado excitado (singlet) muito rapidamente (nanosegundos), de modo que não têm a chance de alcançar um estado tripleto, de fazer intermediários ativos prejudiciais, e, portanto, de causar danos na lente ., No entanto, quando o eficiente fotossensibilizadores, xanthurenic ácido, é glicólico e N-formyl kynurenine estão presentes na lente e a lente é exposto à radiação UV, eles são capazes está fazendo trigêmeos com suficiente eficiência (rendimento quântico) para a formação de espécies reativas de oxigênio e radicais livres, que então danificar a lente do tecido.Cataratas mecanismo de indução. A lente humana é normalmente transparente até aos 40 anos de idade. Esta transparência é o resultado do arranjo ordenado das fibras proteicas na lente normalmente ., Na Idade Média, a proteção enzimática e antioxidante natural do olho contra UV-A e UV-B é perdida ao mesmo tempo, há um aumento na produção de cromóforos fotocemicamente ativos. À medida que a lente absorve a luz ambiente, estes cromóforos são fotoativados e produzem espécies reativas de oxigênio, tais como oxigênio singlet e superóxido. As proteínas da lente (alfa, beta, cristalinas gama) tornam-se desnaturadas, ou as células epiteliais da lente não podem mais reparar danos causados pela luz ambiente ., Aos 70 anos, a lente finalmente se torna suficientemente nublada para obstruir a visão, e diz-se que o indivíduo tem uma catarata relacionada com a idade (figura 4a) . Cataratas também podem se desenvolver em uma idade muito mais precoce quando a pessoa é exposta a radiação UV excessiva, fumaça de cigarro e poluição do ar, medicamentos fotossensibilizantes, esteróides ou tem diabetes. A causa subjacente destas Cataratas é também danos oxidativos (e fototoxidativos) nas células epiteliais do cristalino e nas proteínas do cristalino., a manutenção da integridade estrutural é particularmente importante para a proteína de lente Alfa-cristalina por causa de seu papel como uma chaperona molecular. a Cristalina alfa é um agregado de dois polipeptídeos, A E B, que são pequenas proteínas de choque térmico que impedem a agregação proteica induzida por UV (A E B). Adicionando e removendo a produção de alfa-cristalina a partir de células epiteliais de lentes, Andley mostrou que a Alfa-cristalina confere proteção natural contra danos de radiação UV nas células de lentes . a Cristalina alfa também protege contra a inibição UV-A da actividade enzimática protectora (catalase)., Foram detectados locais específicos de lesão da cristalina alfa com cromóforos endógenos e exógenos utilizando técnicas de espectrometria de massa e de anticorpos monoclonais . Os End-produtos de glicação avançados encontrados em Cataratas diabéticas também podem se comportar como fotossensíveis e oxidam as proteínas do cristalino .toda a oxidação endógena ou exógena denota as proteínas do cristalino, reduz sua solubilidade e, eventualmente, resulta em uma perda de transparência na lente, que é conhecida como catarata., Uma catarata que ocorre na porção central da lente é conhecida como catarata nuclear, e as que ocorrem na periferia da lente são conhecidas como cataratas corticais. Uma forma rara de catarata é conhecida como cataratas subcapsulares posteriores. Pensa-se que esta catarata seja geneticamente ligada, e ocorre no nascimento ou muito cedo, ou como resultado do uso de esteróides ou diabetes .diagnóstico e tratamento., Cataratas podem ser facilmente diagnosticadas com o uso de uma “lâmpada de fenda” ou um oftalmoscópio, que examina a lente por falta de transparência, e determina a localização e a densidade da nebulosidade. Além disso, um teste de acuidade visual irá determinar o quão bem o paciente pode ver com a catarata. Quando uma perda significativa de visão é observada, o tratamento é para remover cirurgicamente a lente. Esta lente é comumente substituída por uma lente de plástico intraocular contendo um filtro UV-A e UV-B, para substituir a energia de focagem e filtragem perdida a partir da remoção da lente de catarata ., Recentemente, lentes artificiais intraoculares têm estado disponíveis com pequenos filtros de luz azul (400 – 440 nm), que são importantes para proteger os idosos da degeneração macular e os diabéticos da retinopatia diabética .

Prevenção. Se impedir a luz de excitar cromóforos endógenos ou exógenos na lente, ou bloquear os danos de espécies reactivas de oxigénio com antioxidantes, poderá prevenir ou retardar a formação de Cataratas .Óculos De Sol. Tanto os UV-a como UV-B não são necessários para a visão ou para desencadear a resposta circadiana., Por outro lado, tanto UV-a como UV-B induzem a formação de Cataratas. A remoção destes comprimentos de onda da exposição ocular reduzirá grandemente o risco de formação precoce de Cataratas. Isto pode ser facilmente feito usando óculos de sol que bloqueiam comprimentos de onda abaixo de 400 nm . No entanto, devido à geometria do olho, estes óculos devem ser Óculos de sol enrolados para evitar que a radiação UV reflexiva chegue ao olho.
b) antioxidantes desde a idade diminui a produção normal de antioxidantes na lente, aumentando a ingestão de frutas e legumes tem sido sugerido para substituir a proteção em falta ., Além disso, a suplementação com vitaminas e antioxidantes, incluindo vitamina E e luteína, tem demonstrado ser particularmente eficaz na retardo cataratas relacionadas com a idade .os suplementos devem ser equilibrados, pois podem ocorrer reacções de oxidação prejudiciais se for tomado apenas um antioxidante . No estudo sobre doenças oculares relacionadas com a idade, patrocinado pelo National Eye Institute, constatou-se que o beta-caroteno excessivo estava associado a um aumento do risco de cancro do pulmão para os fumadores, enquanto o Zn excessivo estava associado a um aumento do risco de cancro da próstata., Como a luteína, não o beta-caroteno , é o carotenóide natural encontrado na lente e na retina, a suplementação com excesso de beta-caroteno não é apenas desnecessária para proteger o olho, mas é perigosa para os fumadores e ex-fumadores. Outros produtos naturais, como o chá verde, que contém polifenóis (galato de epigallocatechina) e Ashwagandha (raiz de Withania somnifera) utilizados na medicina ayurvédica tradicional, demonstraram também retardar os danos induzidos pela luz na lente .a formação de Cataratas é uma doença relacionada à idade. A maioria das pessoas formará uma catarata quando tiverem 70 anos., Tanto UV-a como UV-B são fatores de risco muito importantes para o desenvolvimento de Cataratas precoces. Além disso, a exposição à luz mesmo visível na presença de esteróides, medicamentos fotossensibilizantes, cosméticos e nanopartículas pode aumentar drasticamente o risco de Cataratas precoces. Evitar radiações UV com óculos de sol apropriados, e a combinação adequada de oxidação e redução de suplementos antioxidantes pode ajudar a retardar ou eliminar esta doença ofuscante nos idosos. Andley UP (2008) the lens epithelium: focus on the expression and function of the alpha-crystallin chaperones., Int J Biol De Células Bioquímicas. 40:317-23.

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