Гигиенические проблемы взаимодействия искусственного освещения и межклеточной воды (обзор литературы)

Введение. Рассмотрена роль воды и системы аквапоринов в условиях искусственного освещения и их значимость как для зрения, так и для организма человека в целом.

Материалы. В обзоре использованы базы данных Scopus, Web of Science, MedLine, The Cochrane Library, EMBASE, Global Health, CyberLeninka, РИНЦ.

Основная часть. Показано, что функционально необходимый уровень водообмена в глазу человека в значительной степени зависит от эффективности работы аквапоринов, подвергающихся воздействию агрессивной внешней среды. К таким воздействиям относится избыточная доза синего света, электромагнитное излучение, избыточная концентрация в организме человека ртути, ионов меди и цинка. В этих условиях нарушается эффективность работы аквапоринов, что приводит к отёчности в функциональных структурах глаза, изменению их оптических характеристик, и, как следствие, создаются условия для развития заболеваний зрительного анализатора. Оптическая система глаза очень чувствительна к геометрическим размерам роговицы, ириса, хрусталика и клеток Мюллера, а отёки этих клеток являются первопричинами оптических искажений изображения на сетчатке. 

Показано положительное влияние гуморальных регуляторов активности аквапоринов (вазопрессин, эстрогены, компоненты ренин-ангиотензинной системы) на прозрачность хрусталика. Ключевую роль в предотвращения сферической аберрации в хрусталике глаза млекопитающих играет аквапорин-0.

Некоторые исследователи предполагают, что структурные нарушения динамики воды между клетками и внутри них лежат в основе многих заболеваний. Более поздние данные показали, что аквапорины могут также быть связаны с опухолью, пролиферацией и миграцией опухолевых клеток, а также с ангиогенезом в солидных и гематологических опухолях. Открытие аквапоринов, которые обеспечивают быстрый транспорт воды через биологические мембраны всех живых организмов (животных, растений и микроорганизмов), опровергло традиционную концепцию и явилось выдающимся достижением общей биологии, ботаники, физиологии, медицины и офтальмологии.

Заключение. Изменение свойств межклеточной воды в условиях искусственного освещения (и других негативно воздействующих факторов) является новой физиологической и гигиенической проблемой.

Участие авторов:

Капцов В.А. — концепция и дизайн исследования, написание текста, оформление и редактирование статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;

Дейнего В.Н. — сбор материала, обработка данных, написание текста;

Шипилов И.В. — сбор материала и обработка данных.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 12.11.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 08.04.2022

1. Недачин А.Е., Артемова Т.З., Дмитриева Р.А., Доскина Т.В., Талаева Ю.Г., Иванова Л.В. и др. Проблемы эпидемической безопасности питьевого водопользования населения России. Гигиена и санитария. 2005; 84(6): 14-8.

2. Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И. Анализ пищевых рисков и безопасность водного фактора. Анализ риска здоровью. 2018; (4): 31-42. https://doi.org/10.21668/health.risk/2018.4.04

3. Day R.E., Kitchen P., Owen D.S., Bland C., Marshall L., Conner A.C., et al. Human aquaporins: regulators of transcellular water flow. Biochim. Biophys. Acta. 2014; 1840(5): 1492-506. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.09.033

4. Schey K.L., Wang Z., Wenke L.J., Qi Y. Aquaporins in the eye: expression, function, and roles in ocular disease. Biochim. Biophys. Acta. 2014; 1840(5): 1513-23. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.10.037

5. Сукманський О.І. Порушення водно-мінерального обміну. В кн.: Зайко М.Н., Быць Ю.В., ред. Патофізіологія: підручник. Киев: Медицина; 2010: 373-87.

6. Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Биофизика воды: Квантовая нелокальность в технологиях водоподготовки; регуляторная роль ассоциированной воды в клеточном метаболизме; нормирование биоэнергетической активности питьевой воды. М.: ЛЕНАНД; 2016.

7. Beitz E. Preface: aquaporins. Handb. Exp. Pharmacol. 2009; (190): 5-6.

8. Крысова А.В., Циркин В.И., Куншин А.А. Роль аквапоринов в транспорте воды через биологические мембраны. Вятский медицинский вестник. 2012; (2): 50-8.

9. Сукманский О.И., Пасечникова Н.В., Вит В.В., Науменко В.А., Сукманский И.О. Аквапорины (водные каналы): офтальмологические аспекты. Офтальмологический журнал. 2013; (1): 66-73.

10. Verkman A.S. Aquaporins at a glance. J. Cell. Sci. 2011; 124(Pt. 13): 2107-12. https://doi.org/10.1242/jcs.079467

11. Аквапорины - естественные проводники влаги и защитники кожи. Доступно: https://cosmetic.ua/akvaporini_estestvennie_provodniki_vlagi_i_zaschitniki_kozhi

12. Hamann S., Zeuthen T., La Cour M., Nagelhus E.A., Ottersen O.P., Agre P., et al. Aquaporins in complex tissues: distribution of aquaporins 1-5 in human and rat eye. Am. J. Physiol. 1998; 274(5): C1332-45. https://doi.org/10.1152/ajpcell.1998.274.5.c1332

13. Verkman A.S., Ruiz-Ederra J., Levin M.H. Functions of aquaporins in the eye. Prog. Retin. Eye Res. 2008; 27(4): 420-33. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2008.04.001

14. Муранов К.О., Островский М.А. Молекулярная физиология и патология хрусталика глаза. М.: ТОРУС ПРЕСС; 2013.

15. Брагин Е.В. Обзор факторов риска развития старческой катаракты. Анализ риска здоровью. 2018; (1): 113-25.

16. Coca-Prados M., Escribano J. New perspectives in aqueous humor secretion and in glaucoma: the ciliary body as a multifunctional neuroendocrine gland. Prog. Retin. Eye Res. 2007; 26(3): 239-62. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2007.01.002

17. Сумеркина В.А. Роль аквапоринов в поддержании прозрачности хрусталика (экспериментальное исследование): Автореф. дисс. … канд. мед. наук. Челябинск; 2010

18. Chepelinsky A.B. Structural function of MIP/aquaporin 0 in the eye lens; genetic defects lead to congenital inherited cataracts. Handb. Exp. Pharmacol. 2009; (190): 265-97. https://doi.org/10.1007/978-3-540-79885-9_14

19. Kumari S.S., Varadaraj K. Aquaporin 0 plays a pivotal role in refractive index gradient development in mammalian eye lens to prevent spherical aberration. Biochem. Biophys. Res.Commun. 2014; 452(4): 986-91. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.09.032

20. Gonen T., Sliz P., Kistler J., Cheng Y., Walz T. Aquaporin-0 membrane junctions reveal the structure of a closed water pore. Nature. 2004; 429(6988): 193-7. https://doi.org/10.1038/nature02503

21. Школьник-Яррос Е.Г., Калинина А.В. Нейроны сетчатки. М.: Наука; 1986.

22. Капцов В.А., Дейнего В.Н. Восприятие цвета при светодиодном освещении - риски здоровью. Анализ риска здоровью. 2017; (2): 16-25. https://doi.org/10.21668/health.risk/2017.2.02

23. Iandiev I., Wurm A., Hollborn M., Wiedemann P., Grimm C., Remé C.E., et al. Müller cell response to blue light injury of the rat retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2008; 49(8): 3559-67. https://doi.org/10.1167/iovs.08-1723

24. Wang Y. Aquaporin 4 and kir4.1 distribution in retinal glial cells of normal macaque eyes and eyes with experimental glaucoma 2015-12. Available at: https://uh-ir.tdl.org/handle/10657/2177

25. Avola R., Graziano A.C.E., Pannuzzo G., Cardile V. blue light induces down-regulation of Aquaporin 1, 3, and 9 in human keratinocytes. Cells. 2018; 7(11): 197. https://doi.org/10.3390/cells7110197

26. King L.S., Yasui M., Agre P. Aquaporins in health and disease.Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(8): 1213.

27. Davidson R.M., Lauritzen A., Seneff S. Biological water dynamics and entropy: A biophysical origin of cancer and other diseases entropy. 2013; 15(9): 3822-76.

28. Wang J., Feng L., Zhu Z., Zheng M., Wang D., Chen Z., et al. Aquaporin as diagnostic and therapeutic targets in cancer: How far we are? J. Transl. Med. 2015; 13: 96. https://doi.org/10.1186/s12967-015-0439-7