Patofyziologie diabetické retinopatie

Souhrn

Diabetická retinopatie (DR) je postižení sítnice u pacientů s diabetes mellitus (DM). Základním vyvolávajícím faktorem je dlouhotrvající hyperglykemie. DR je mikroangiopatií, tj. postižením sítnicových kapilár. Patofyziologie DR je velmi složitá a podílí se na ní mnoho faktorů. Prvním a nejzásadnějším faktorem je porucha hematoretinální bariéry (HRB). Základním mechanizmem působícím poruchu HRB jsou produkty pokročilé glykace (AGE). Na poruše vnitřní HRB se podílí ztráta endoteliálních buněk kapilár společně se ztrátou pericytů. Velmi významnou roli v poruše HRB hraje také zvýšená adhezivita leukocytů. Nezanedbatelnou úlohu hrají také AGE a jejich receptor RAGE. Stimulují celou kaskádu patologických dějů poškozujících HRB. Druhým významným faktorem v patofyziologii DR jsou vazoaktivní faktory. Nejvýznamnější je vaskulární endoteliální růstový faktor (VEGF), dále proteinkináza C (PKC), histamin, angiotenzin II, matrixmetaloproteinázy a další. Třetím faktorem významným v patofyziologii DR je vitreoretinální rozhraní. Zde hraje roli odchlípení zadní plochy sklivce, kortikální sklivec, vnitřní limitující membrána.

Klíčová slova:
diabetická retinopatie – patofyziologie – diabetes mellitus – hematoretinální bariéra – VEGF – vitreoretinální rozhraní

Úvod

Diabetická retinopatie (DR) je postižení sítnice u pacientů s diabetes mellitus (DM). Jeho etiopatogeneze je komplexní. Hlavním vyvolávajícím faktorem je chronická hyperglykemie (vysoká hladina krevní glukózy). Do procesu vzniku a rozvoje DR se zapojují mnohé retinální buňky, jako jsou Müllerovy buňky, buňky retinálního pigmentového epitelu (RPE), gan­gliové buňky, endoteliální buňky a pericyty. Chronická hyperglykemie, neuronální dysfunkce a chronická zánětlivá reakce jsou hlavními vyvolávajícími faktory vzniku a progrese DR [1].

DR je mikroangiopatií, tj. postižením kapilárního cévního systému sítnice. Mikroangiopatie se projevuje jednak zvýšením kapilární permeability, jednak také kapilární obliterací. Výsledkem tohoto procesu je makulární edém, retinální ischemie a neovaskularizace. Diabetická retinopatie je považována za mikroangiopatii, ale neuronální změny bývají popisovány ještě před vznikem mikroangiopatie [1].

Hyperglykemie je základní rizikový faktor, který způsobuje strukturální a funkční změny buněk sítnice. Hyperglykemie vede k vysoké koncentraci glukózy uvnitř buněk, formování volných kyslíkových radikálů a aktivaci proteinkinázy C (PKC), která je zodpovědná za zvýšení cévní per­meability a kapilární okluzi [2]. Hlavní roli hrají produkty pokročilé glykace (advance glycation end-products – AGE). Ukládají se v bazálních membránách kapilár a tím způsobují jejich poškození. Dále dochází k aktivaci aldózo-reduktázového systému s akumulací polyolu [3]. Akumulace AGE ve sklivci je spojena s procesem retinální neovaskularizace [4].

Zánětlivá reakce je doprovázena zvýšenou produkcí vaskulárního endoteliálního faktoru (VEGF), endoteliální dysfunkcí, zvýšenou leukocytární adhezí a zvýšenou produkcí PKC [4].

Velmi významnou roli v patofyziologii DR hraje také vitreoretinální rozhraní, tj. vztah sklivce a jeho zevní limitující membrány a sítnice. Ztluštění zadní plochy sklivce spolu s chronickou tangenciální nebo anterioposteriorní trakcí, působí negativně na hematoretinální bariéru, vede k vyplavení vazogenních faktorů a tvorbě retinálního a makulárního edému.

Hematoretinální bariéra a makulární edém

Porucha hematoretinální bariéry (HRB) je hlavním faktorem zodpovědným za vznik makulárního a retinálního edému u DR. HRB vytváří ochranu neurosenzorické části sítnice před přímým kontaktem s vaskulárním systémem oka. Jde o promyšlený systém ochrany podobný hematoencefalické bariéře chránící mozek. Vysoce spe­cializované buňky sítnice a mozku totiž nemají schopnost se znovu dělit a nahradit tím poškozené elementy. HRB se skládá ze dvou součástí: zevní a vnitřní HRB. Vnitřní HRB je tvořena pevnými vazbami mezi endoteliálními buňkami cévního systému sítnice. Zevní HRB je tvořena pevnými spoji mezi buňkami RPE.

U pacientů s DM můžeme pozorovat poruchu jak zevní, tak vnitřní HRB. Porucha vnitřní HRB je hlavní příčinou retinálního edému, ale i porucha zevní HRB vede k nedostatečnému odstraňování intraretinálně akumulované tekutiny [5]. Pohyb vody přes HRB je jak pasivní, a to oběma směry, tak aktivní směrem ze sítnice do choriocapillaris. Aktivní transport zajišťují vodní pumpy buněk RPE.

Mechanizmus poruchy vnitřní hematoretinální bariéry je způsoben ztrátou endoteliálních buněk cév a pericytů, poruchou tight junctions endoteliálních buněk, retinální cévní dilatací a vitreomakulární trakcí [6–8].

Gliální buňky jsou podpůrnými sítnicovými elementy. Jejich porucha je pozorována již na počátku hyperglykemie a je spojena s vysokou koncentrací AGE, která je pro gliální buňky toxická.

Pericyty jsou buňky, které obklopují kapiláry a jsou důležité pro cévní stabilitu [8]. Jejich úbytek a morfologické změny jsou patrné již na počátku DM. Buňky ztrácejí charakteristický protáhlý tvar a stávají se okrouhlejšími, zmenšuje se počet jejich výběžků, jimiž regulují průměr kapilár [9]. Ztráta pericytů vyvolává tvorbu mikroaneuryzmat a poruchu vnitřní HRB [9]. Přesný mechanizmus vedoucí k úbytku pericytů není zatím znám. Může souviset s akumulací AGE a adhezí leukocytů ke stěně kapilár. Pericyty vytvářejí AGE receptory a jsou proto náchylné k poškození zvýšenou koncentrací AGE. Ztráta pericytů může pravděpodobně souviset také se ztrátou endoteliálních buněk.

Endoteliální buňky retinálních cév u pacientů s DM vykazují změny tvaru. S postupující nemocí se ztenčují a postupně zanikají. Ztráta endoteliálních buněk je základní známkou vzniku a progrese DR [9]. Jejich zánikem vznikají acelulární kapiláry a mikroaneuryz­mata. Acelulární kapiláry nejsou perfundovány a vzniká a prohlubuje se retinální ischemie. Základním vyvolávajícím momentem je vysoká adheze leukocytů k endoteliálním buňkám, která je spojena s poruchou vnitřní HRB a kapilárními uzávěry [10]. Acelulární kapiláry jsou výsledkem chronického leukocyty způsobeného postižení endotelií [11].

Leukostáza v retinálních cévách

Zánětlivá odpověď hraje v patofyziologii DR významnou roli, přestože onemocnění není primárně zánětlivého charakteru [12]. Jak už bylo uvedeno, leukostáza hraje zásadní roli při smrti endoteliálních buněk. Adheze leukocytů k endoteliím způsobuje také, jak již bylo uvedeno, smrt pericytů. Interakce mezi leukocyty a endoteliemi je způsobena hlavně intercelulární adhezivní molekulou (ICAM-1). Leukostáza pozitivně koreluje právě s expresí ICAM-1. Zajímavé je, že blokáda ICAM-1 monoklonární protilátkou zabraňuje adhezi leukocytů a udržuje neporušenou HRB [12]. Exprese ICAM-1 je tedy počátečním inzultem pozorovaným u DR. Je podporována zvýšenou koncentrací AGE [12].

Advanced glycation end-products

Chronická hyperglykemie vede ke zvýšené produkci AGE, která je příčinou mikroangiopatie. AGE modifikují funkce dalších proteinů [10]. AGE aktivují, jak již bylo uvedeno, především ICAM-1 v endoteliálních buňkách. Existuje nepřímá souvislost mezi koncentrací AGE a leukostázou na základě vyšší koncentrace ICAM-1. AGE se nachází ve sklivci a na vitreoretinálním rozhraní. Receptory pro AGE (RAGE) jsou situovány na bazálních výběžcích Müllerových buněk. S tím souvisí i fakt, že AGE způsobují strukturální změny zadní plochy sklivce a vnitřní limitující membrány [13]. AGE modifikují VEGF expresi, která je závislá na délce trvání a dávce a roste s hypoxií [14].

Tight junctions proteins

Existuje 8 proteinů, které hrají roli ve struktuře tight juntions. Jejich podrobný popis je nad odbornou úrovní této publikace. Nicméně je vhodné zmínit alespoň protein occludin. Tento protein je lokalizován pouze v tight junctions. Hraje zásadní roli ve funkčnosti HRB. Pokud není jeho koncentrace dostatečná, dochází k poruše HRB [15]. Tight junctions selektivně zabraňují přestupu molekul bílkovin a tuků a selektivně propouštějí pouze elektrolyty a vodu [15].

Vazoaktivní faktory

Vascular endothelial growth factor (VEGF)

VEGF je základním vazogenním faktorem důležitým pro fyziologickou obnovu cévního systému. Koncentrace VEGF je zvyšována jak hyperglykemií, tak ischemií. Hypoxie je způsobena vazokonstrikcí a poruchou kapilární sítě [16]. VEGF je hlavním faktorem způsobujícím zvýšení cévní permeability a novotvorbu cév [16,17]. Koncentrace VEGF je zvýšena u pacientů postižených DR [18]. VEGF je produkován buňkami RPE, gangliovými buňkami, Müllerovými buňkami, endoteliálními buňkami, gliálními buňkami a neurony [19,20]. VEGF způsobuje změny tight junctions. Rozvolňuje jejich strukturu na základě změn occludinu a dalších proteinů, a tím zvyšuje cévní permeabilitu. Také další cytosiny, jako insulin-like growth factor (IGF), interleukin-6 (IL-6), proteinkináza C-β (PKC-B) způsobují zvýšenou sekreci VEGF a poruchu HRB [16].

Proteinkináza C (PKC)

PKC je proteinkinázou, která se vyskytuje ve 12 izoformách. Podrobný popis jednotlivých izoforem je opět nad odborným rámcem této publikace. Inhibice PKC-B redukuje cévní permeabilitu u pacientů s DR. Proto byly provedeny klinické studie s použitím inhibitorů PKC-B. Jejich výsledek ale nebyl úspěšný [1]. Hyperglykemie přímo zvyšuje koncentraci PKC. Zvýšená koncentrace PKC snižuje krevní průtok v cévním systému sítnice a způsobuje vazokonstrikci zvýšením koncentrace endotelinu [21]. Endoteliny působí přes endotelinový receptor situovaný na pericytech a způsobují vazokonstrikci [22].

Histamin

Syntéza histaminu je zvýšená u pacientů s DR [23]. Histamin působí na proteiny tight junctions, které rozvolňuje prostřednictvím histaminového receptoru H₁ a H₂ a zvyšuje permeabilitu HRB.

Angiotenzin II

Koncentrace angiotenzinu II je zvýšená u pacientů s DR a zvyšuje se společně s rostoucí koncentrací VEGF. Angiotenzin II přímo stimuluje sekreci VEGF [24].

Matrixmetaloproteinázy (MMP)

MMP jsou enzymy, které ovlivňují extracelulární matrix. Hrají významnou roli v rozvoji proliferací u proliferativní DR [25]. MMP remodelací extracelulární matrix ovlivňují funkci endote­liálních buněk a mohou zvyšovat cévní permeabilitu [26].

Pigment epithelium derived factor (PEDF)

PEDF je glykoprotein s antiangiogenní aktivitou. Jde o antagonistu VEGF. Oba faktory jsou ve zdravé sítnici v rovnováze. U pacientů s DR je koncen­trace PEDF snížena, převažuje tedy proangio­genní efekt VEGF [27].

Plateled devated growth gactor (PDGF)

PDGF je velmi důležitý pro správný rozvoj pericytů. Je tedy zásadní pro udržení cévní stability a tím funkčnosti HRB [28].

Basic fibroblast growth factor (b-FGF)

B-FGF hraje zásadní roli v procesu angio­geneze. Stimuluje proliferaci endo­teliálních buněk a formaci tubulárních struktur. B-FGF je produkován hlavně Müllerovými buňkami sítnice [29]. Jeho nadprodukce u pacientů s DR vede k proliferaci astrocytů a hyalocytů a tím k ztluštění zadní sklivcové membrány [30].

Vitreoretinální rozhraní

Abnormality ve struktuře vitreoretinálního rozhraní hrají významnou roli v patogenezi DR a diabetického makulárního edému (DME) [31].

Sítnice postižená diabetickou retinopatií je velmi vulnerabilní, pokud je postižena trakcí. Zadní plocha sklivce a sítnice mají nejpevnější vztah v oblasti fovey a sklivcové baze [32].

Odchlípení zadní plochy sklivce

Zadní plocha sklivce hraje významnou roli v patogenezi DME. Pacienti s přiloženou zadní plochou sklivce mají signifikantně vyšší výskyt DME (3,4krát) než pacienti s ablací zadní plochy sklivce [33]. Spontánní ablace zadní plochy sklivce u pacientů s DR mladších 50 let je velmi vzácná [34]. Oproti tomu u pacientů bez známek DR je ve stejné věkové skupině daleko častější. K ablaci zadní plochy sklivce dochází v důsledku věkem podmíněných změn sklivce: likvifikace sklivce, jeho kolaps a snížení vitreoretinální adheze. U pacientů s DR dochází ale vlivem vysoké koncentrace AGE ke zvýšenému provázání kolagenních vláken zadní plochy sklivce s vnitřním povrchem sítnice, a co je velmi zajímavé, vitreoretinální adheze se udrží přesto, že dojde k likvifikaci sklivce [13,35].

Zadní kortikální sklivec

Chronická hyperglykemie vede k urychlení věkem podmíněných změn sklivce (likvifikaci, kolapsu sklivce) [36]. Likvifikace sklivce společně s jeho kolapsem vede společně s jeho adhezí k vnitřní ploše sítnice k trvalé sklivcové trakci a formaci retinálního edému [37]. V mnoha případech bývá přítomna lakuna ve sklivci v premakulární oblasti, která je charakteristická velmi tenkou pevně lpící vrstvou kortikálního sklivce a která může chronickým tangenciálním tahem způsobovat DME [38].

Ztluštění a napnutí zadní sklivcové membrány

Část očí vykazuje na zadním očním pólu ztluštělou napjatou zadní sklivcovou membránu, která tvoří chronický horizontální a vertikální tangen­ciální tah [39]. Ke ztluštění zadní plochy sklivce dochází infiltrací gliálními a zánětlivými buňkami [37]. Elektronová mikroskopie zde prokazuje buňky RPE, astrocyty a Müllerovy buňky, dále hyalo­cyty a tkáňové makrofágy [37]. Aktivaci těchto buněk stimulují a udržují VEGF, fibroblast growth factor (FGF) a PKC [30]. FGF je produkován především Müllerovými buňkami. VEGF je produkován, jak již bylo uvedeno výše, buňkami RPE, gangliovými a Müllerovými buňkami, pericyty, endoteliálními buňkami, gliálními buňkami, neurony a hladkými svalovými buňkami [40].

Makulární trakce u proliferativní diabetické retinopatie

Proliferativní DR je charakteristická formováním hutných fibrotických epiretinálních membrán. Jejich kontrakce vede k tvorbě a progresi makulárního a retinálního edému. Stav může dále zhoršovat anterio-posteriorní a tangenciální trakce.

Role vnitřní limitující membrány (ILM)

ILM je tvořena apozicí výběžků Müllerových buněk, na nichž jsou lokalizovány receptory pro AGE (RAGE). AGE jsou ve vysoké koncentraci přítomny ve sklivci pacientů s DR. RAGE poté způsobují strukturální změny ILM. Odstranění ILM operativně při pars plana vitrektomii (PPV) je stále kontroverzní [41]. Odstranění ILM vede ke stimulaci Müllerových buněk a remodelaci sítnice, která je postižena edémem. PPV s peelingem ILM zlepšuje zrakovou ostrost a zmenšuje edém u pacientů postižených DME [42].

Role sklivce

PPV se ukázala být efektivní i u očí, u kterých nebyla přítomna trakce a proběhla ablace zadní plochy sklivce [43]. Sklivec funguje jako rezervoár vazogenních faktorů, z nějž se postupně uvolňují. PPV zvyšuje oxygenaci prostoru sklivce. Zkřížení sklivcových vláken je u diabetiků dvakrát četnější než u pacientů, kteří diabetes nemají. Zkřížení sklivcových vláken vede k silnější vitreoretinální adhezi. Koncentrace AGE je ve sklivci diabetiků 20–30krát vyšší než ve sklivci nedia­betiků. Odstranění sklivce u diabetiků vede k poklesu koncentrace AGE, a tím i k poklesu koncentrace VEGF a poklesu cévní permeability.

Závěr

Závěrem lze říci, že patofyziologie DR je velmi komplexní. Mnohé bylo již objeveno a zodpovězeno, ale zbývá mnoho nezodpovězených otázek, na které snad najdeme odpověď v budoucnosti.

doc. MUDr. Petr Kolář, Ph.D.

www.med.muni.cz/ocniboh/indexcz.htm

e-mail: pkolar@med.muni.cz, pkolar@fnbrno.cz

Doručeno do redakce: 7. 2. 2013