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糖尿病患者老年性白內障與老年性白內障晶狀體上皮細胞形態學變化的實驗研究

來源:中華現代眼耳鼻喉科雜志 作者:邱璐璐,鄭秋平 2006-8-18
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摘要: 【摘要】 目的 通過觀察糖尿病患者老年性白內障和老年性白內障晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells,LECS)形態學的變化,探討糖尿病患者老年性白內障發生的相關機制。方法 收集16例糖尿病患者的老年性白內障眼的晶狀體前囊膜上皮分為兩組,15例進行HE染色,光學顯微鏡觀察,1例制片電鏡觀察。對照組取16例老年性白內障......


  【摘要】  目的  通過觀察糖尿病患者老年性白內障和老年性白內障晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells,LECS)形態學的變化,探討糖尿病患者老年性白內障發生的相關機制。方法  收集16例糖尿病患者的老年性白內障眼的晶狀體前囊膜上皮分為兩組,15例進行HE染色,光學顯微鏡觀察,1例制片電鏡觀察;對照組取16例老年性白內障眼的晶狀體前囊膜上皮分為3組,15例進行HE染色,光學顯微鏡觀察,1例制片電鏡觀察。結果 (1)糖尿病患者老年性白內障組晶狀體上皮細胞形態改變明顯,細胞發生明顯凋亡和異常增殖。(2)對照組老年性白內障組晶狀體上皮細胞形態學改變與細胞凋亡、異常增殖發生不明顯。結論  與老年性白內障相比:糖尿病老年患者晶狀體前囊膜上皮細胞凋亡發生幾率高,有大量細胞增殖。晶狀體前囊膜上皮細胞凋亡可能是糖尿病患者老年障形成的形態學基礎。

  【關鍵詞】  糖尿病;白內障;晶狀體前囊膜上皮細胞;細胞凋亡
  
  Experimental study on morphological changes in diabetic senile cataract and senile cataract

  QIU Lu-lu,ZHENG Qiu-ping.

  Hongqi Hospital,Heilongjiang 157000,China

  【Abstract】  Objective  To observe morphological changes of lens epithelial cells(LECs)in diabetic senile cataract,in order to investigate the pathogenic mechanism of diabetic cataract.Methods  16 epithelials of lens anterior capsules of diabetic senile cataract were divided into two groups,15 were stained with HE and examined with light microscopy.1 was examined with transmissional electron microscope.The same examination in 16 epithelials of lens anterior capsule in senile cataract was carried out.Results  Morphological changes occurred markedly in diabetic senile cataract. Apoptotic of lens epithelial is the morphological base of senile diabetic cataracts.Conclusion  Comparing with senile cataract:(1)Percentage of a poptotic and proliferative was markedly increased.(2)Apoptotic of lens epithelial is the morphological base of diabetic senile cataracts.

  【Key words】  diabetic;cataract;lens epithelial cells;apoptotic

  糖尿病患者老年性白內障是糖尿病眼部病變致盲的重要原因,占糖尿病致盲性疾病的第二位,對其發病機制進行研究,尋找有效地防治途徑一直是眼科學界致力研究解決的重要課題,其經典的發病機制包括滲透損傷學說、晶狀體蛋白的非酶基氧化學說。近年來Li等研究發現過氧化氫、紫外線和鈣離子均可誘發晶狀體上皮細胞凋亡,并認為晶狀體上皮細胞凋亡是人類和動物非先天白內障共有的細胞學基礎。本實驗研究通過對糖尿病患者老年性白內障晶狀體上皮細胞的觀察實驗進一步證實:糖尿病患者老年性白內障的發生與晶狀體上皮細胞凋亡有關。

  1  資料與方法

  1.1  一般資料

  1.1.1  實驗組  選擇2004年2~4月住院的患糖尿病的老年性白內障患者16例16眼,男10例,女6例,既往無眼外傷或其他眼部疾病,年齡55~78歲,平均(64±2.5)歲,入院時已在內科確診為2型糖尿病,血糖在7.8~13.7mmol/L之間,尿糖(+~++++),病程5~6年不等,經內科藥物治療后,血糖控制在8.3mmol/L以下,尿糖轉陰。

  1.1.2  對照組  選擇2004年2~4月期間住院的老年性白內障患者16例16眼,年齡55~78歲,平均(64±2.5)歲,無其他可引起白內障的疾病因素,既往無眼部疾病史。

  1.2  取材  實驗組與對照組的取材患者均在術前常規沖洗淚道、結膜囊。進入術間后平臥于手術床上,常規碘伏、酒精消毒,鋪一次性眼科孔巾,開瞼器開瞼,滴表面麻醉劑,實施白內障超聲乳化人工晶體植入術,術中作角鞏膜緣切口,前房注入黏彈劑,劃囊后環形撕取6mm大小前囊膜,即用30℃平衡鹽液沖洗,做HE染色組用75%酒精固定,送至病理教研室制片,做電鏡組用2.5%戊二醛液固定送至電鏡室。

  1.3  試劑  平衡鹽液:牡丹江溫春制藥廠;醫用透明質酸鈉:上海其勝生物制劑有限公司;2.5%鋨酸固定液。

  1.4  主要儀器設備  手術顯微鏡:Moller-WEDEL,光學顯微鏡(型號:Olympus cx40,日本制造)、H-600透射鏡(日本制造);LKB-V型超薄切片機(日本制造)。

  1.5  方法

  1.5.1  光學片制備  實驗組與對照組均為15例,取自白內障超聲乳化人工晶體植入術中環形撕取的6mm大小的前囊膜組織,用30℃平衡鹽沖洗后放入75%酒精中固定,送至病理教研室制片,具體操作如下:90%酒精固定12h;100%酒精2次各1h;二甲苯2次各1h;溫箱中浸蠟2次各1h包埋,切片,平鋪展片后送至溫箱中烘干2h;二甲苯中脫蠟2次各5~15min;無水乙醇2次5~15min;酒精濃度依次為100%,95%,80%,75%各1min。蒸餾水洗2min。蘇木素染色5~15min沖洗3遍后用鹽酸乙醇分化30s,酒精濃度依次為95%,95%,100%,100%各1min,二甲苯石炭酸2次各1min。滴樹膠1滴后蓋玻片封片。

  1.5.2  透射電鏡片制備  實驗組與對照組均取1例前囊膜上皮,用2.5%戊二醛磷酸緩沖液固定1~3h后,用磷酸鹽沖洗液反復多次清洗組織,沖洗3h以上,以徹底洗去醛類溶液,沖洗畢用1%鋨酸固定1~2h,用乙醇梯度脫水,100%丙酮浸透,環氧樹脂包埋,制片。將鋪于銅網上的切片經枸櫞酸鉛及醋酸雙氧鈾染色后,用透射電鏡觀察對照組。

  1.6  統計學方法  各組實驗數據結果用t檢驗,精確概率法進行統計學處理。

  2  結果

  2.1  糖尿病患者老年性白內障(DSC)組晶狀體上皮細胞的形態學觀察  光鏡下:(1)形態異常的細胞散在分布較多,表現為:胞質疏松淡染,空泡形成(見圖1、圖2)。(2)凋亡細胞在組織中單個散在分布較多,表現為:染色質致密濃縮,核碎裂等(見圖3)。(3)有大量細胞增殖(見圖4)。

  2.2  老年性白內障(SC)組晶狀體上皮細胞的形態學觀察  光鏡下:(1)形態異常細胞較少見,胞質呈均質狀,偶見胞質疏松,空泡(見圖5)。(2)凋亡細胞在組織中單個散在分布少見(見圖6)。(3)增殖細胞少見(見圖6)。

  2.3  DSC組與SC組兩組比較  見表1、表2。

  表1  DSC組與SC組臨床表現出的頻數比較(略)

  表中的定級由臨床表現出的頻數決定,“-”代表出現頻數為1%~20%;“+”為20%~40%;“++”為40%~60%;“+++”為60%~80%;“++++”為80%~100%。

  表2  SDC組與SC組細胞情況比較  (略)

  用精確概率法進行統計學處理,P均<0.05,SDC組與SC組相比差異有顯著性。

  2.4  透射電鏡下  正常晶狀體上皮細胞形態:形態規則,細胞膜結構清晰,與相鄰細胞及晶狀體囊膜結合緊密,細胞質及染色質均勻無凝縮(見圖7)。凋亡上皮細胞形態:與相鄰細胞及晶狀體囊膜疏松結合,細胞核染色質凝聚在核膜周圍,細胞質濃縮(見圖8)。
  
  圖1  SDC晶狀體前囊膜上皮細胞排列相對紊亂,有異常細胞增殖,細胞密度不均  HE×200(略)

  圖2  SDC細胞有大量細胞重疊現象,胞質腫脹  HE×400(略)

  圖3  SDC細胞大小不均,核邊集,有凋亡小體,即染色質致密濃縮,核碎裂  HE×400(略)

  圖4  SDC晶狀體前囊膜上皮細胞排列紊亂,異常增殖  HE×100(略)

  圖5  SC細胞有少許細胞重疊,胞質腫脹  HE×100(略)

  圖6  SC晶狀體前囊膜上皮細胞,細胞排列整齊,少許增殖和凋亡細胞  HE×200(略)

  圖7  透射電鏡下正常晶狀體上皮細胞的超微結構  ×7200(略)

  圖8  透射電鏡下晶狀體上皮細胞凋亡的超微結構  ×10000(略)
  
  3  討論

  糖尿病患者所患的白內障是糖尿病眼部病變致盲的重要原因,對其發病機制進行研究尋找有效防治途徑一直是眼科界致力研究解決的重要課題。其發病機制有很多學說,包括滲透損傷學說、晶狀體蛋白的非酶糖基化學說及氧化損傷學說[1],近年來Li等研究認為LEC凋亡是人類和動物非先天性白內障共有的細胞學基礎[2],本研究觀察了老年人糖尿病患者所患的白內障和老年性白內障細胞凋亡情況,進一步證實了糖尿病患者白內障的發生與細胞凋亡關系密切。

  3.1  正常LEC形態和功能  晶狀體上皮細胞是晶狀體代謝最活躍的部位,它擔負著晶狀體的生長、分化和損傷修復作用,與白內障的發生發展有密切關系。晶狀體前囊膜的上皮為一層單純的立方上皮,11~17μm寬,5~8μm高,散布在前囊下到赤道部為止的一段距離內[3]大多數文獻報道認為,晶狀體上皮細胞通過消耗葡萄糖和氧,產生能量來維持晶狀體碳水化合物和氨基酸的運輸,提供在晶狀體赤道部形成晶狀體纖維所需蛋白質的能量,并含有大量保護晶狀體免受氧化損傷的酶系統。所以晶狀體上皮細胞的損傷或老年性改變均會影響纖維的生理功能,導致晶狀體混濁[4]。

  3.2  凋亡細胞的形態  HE染色后,凋亡細胞在光鏡下表現為核染色質致密濃縮、核碎裂等。壞死組織則呈均質紅染的無結構物質,核染色消失。電鏡下表現為細胞核染色質凝聚在核膜周圍,細胞質濃縮[5]。

  3.3  老年性白內障晶狀體上皮細胞形態學改變與細胞凋亡  本研究表明白內障組上皮細胞一部分與正常上皮細胞無明顯差別,一部分有輕度異常,表現為細胞腫大、細胞質淡染,有的濃染縮小,在標本中可見到多少不等的細胞重疊現象,一般為1~3個細胞重疊,與Konofsky等報道的結果相似,在光鏡下可見上皮細胞有變性改變,表現為偶見細胞腫大,胞質疏松甚至空泡形成,細胞核大小不一,與變性改變同時存在有細胞增生的表明,Li等的觀察表現,在44~94歲的白內障中上皮細胞凋亡發生率為4.4%~41.8%,而正常晶狀體的LEC中未發現凋亡細胞,因此各種刺激因素引起的細胞變性、死亡或凋亡,可能是晶狀體上皮細胞變性、細胞密度下降的原因。而光鏡下細胞凋亡表現為細胞染色質濃縮,并靠近核膜,產生核邊集現象,核膜裂解,染色質斷裂,產生凋亡小體等典型的細胞凋亡形態學變化,而本研究中核染色體呈塊狀的異型性正是細胞凋亡的形態學改變。

  3.4  糖尿病患者老年性白內障的晶狀體前囊膜上皮細胞形態學改變與細胞凋亡  與SC相比,研究表明,SDC中異形細胞較多,胞質疏松,空泡較多,染色質塊狀較多,重疊細胞較多,大小不均,排列紊亂,細胞增殖比SC增多,表明凋亡細胞比率增加,經典學說認為糖尿病高血糖主要通過滲透性水腫,形成非酶糖化終產物及氧化損傷導致糖尿病性白內障的發生[6],筆者的研究表明SDC的晶狀體上皮細胞凋亡增加,與SC相比其LEC凋亡百分率有顯著意義。糖尿病所致LEC凋亡的具體途徑,并未做深入研究,但已有相關研究報道:高血糖及并發的細胞高滲透狀態可改變bcl-2,bax等凋亡調控基因的表達,誘導細胞凋亡的發生:Lin等亦證實高濃度的葡萄糖能使細胞膜脂質過氧化,細胞內活性自由基增加,它們可通過誘導氧化應激介導細胞凋亡[7]。此外,晶狀體上皮細胞內鈣離子顯著增加亦被認為是高血糖誘發細胞凋亡的重要機制之一,最近Takamura等在其糖尿病性白內障的研究中提出晶狀體在解剖和生理方面有其特殊性,它是相對不受血管、淋巴管影響的單一細胞組成的獨立的組織結構,因此,從它較少接受其他細胞信息也能生存這點來看,晶狀體上皮細胞自己能產生抑制細胞死亡的因子,即晶狀體上皮細胞能自主地發現凋亡并進行調整,從而阻止過度凋亡[8],總之高血糖、年齡增長及外傷等原因可能繼發性地將這種控制功能破壞,從而導致LEC凋亡。

  綜上所述,晶狀體上皮細胞是貼附于晶狀體前囊面的單層上皮,晶狀體的正常代謝有賴于其晶狀體上皮細胞結構、數目與功能的完整性。晶狀體上皮細胞凋亡必定會引起屏障功能的破壞,晶狀體內環境代謝失衡,最終導致白內障。糖尿病患者血糖升高可使晶狀體上皮細胞凋亡,異常增殖,且SOD活性降低,抗氧化酶的失活可促進細胞凋亡,這可能是糖尿病性白內障發生的又一相關機制。

  4  結論

  與老年性白內障相比;糖尿病老年性白內障患者晶狀體上皮細胞凋亡發生幾率高,有大量細胞增殖。晶狀體前囊膜上皮細胞凋亡可能是糖尿病患者老年性白內障形成的形態學基礎。

  【參考文獻】

  1  張堯貞.老年性白內障的病因.中華眼科雜志,1995,31(3):236-238.

  2  Li WC,Kuszak JR,Dunn K,et al.Lens epithelial cell apoptosis appears to be a common celluar basis for noncongential cataract development in humans and animals.J Cell Biol,1995,130(1):169-181.

  3  郭海科.正常及白內障晶狀體上皮細胞生物學研究現狀.國外醫學·眼科學分冊,1993,17:298.

  4  張可杰.晶狀體上皮細胞的功能和形態學研究.國外醫學·眼科學分冊,1994,18(6):327-330.

  5  武莉莉.晶狀體上皮細胞凋亡的研究進展.福建醫學大學學報,2003,10:37.

  6  陶源,張驁坤,王玉國.老年性糖尿病性白內障與抗氧化酶(物)的關系.航空航天醫藥,2002,13(4):242-243.

  7  Lee EH,Wan XH,Song J,et al.Lens epithelial cell death and reduction of anti-apoptotic protein in human anterior polar cataracts.Mol Vis,2002,11(8):235-240.

  8  Li WC,Kuszak JR,Wang GM. Calaim ycin-induced lens epithelial cell apoptosis ntributes to cataract formation.Exp Eye Res,1995,16(1):91-98.

  (編輯:唐  城)

  作者單位: 157000 黑龍江牡丹江,牡丹江醫學院附屬紅旗醫院眼病中心


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