Механизмы и результаты действия бензалкония хлорида на ткани глаза

Ключевые слова
Похожие статьи в журнале РМЖ

Читайте в новом номере

Импакт фактор - 0,584*

*пятилетний ИФ по данным РИНЦ

РМЖ «Клиническая Офтальмология» №2 от 22.05.2013 стр. 63
Рубрика: Офтальмология

Для цитирования: Лебедев О.И., Калижникова Е.А., Яворский А.Е. Механизмы и результаты действия бензалкония хлорида на ткани глаза // РМЖ «Клиническая Офтальмология». 2013. №2. С. 63

Резюме В обзоре представлены данные литературы, описывающие особенности действия консерванта бензалкония хлорида на ткани глаза и последствия применения офтальмологических препаратов, включающих консерванты.

В обзоре представлены данные литературы, описывающие особенности действия консерванта бензалкония хлорида на ткани глаза и последствия применения офтальмологических препаратов, включающих консерванты.
Ключевые слова: консервант, бензалкония хлорид, ткани глаза.

Abstract
Mechanisms of action and effects of the benzalkonium chloride on eye tissues
O.I. Lebedev, E.A. Kalizhnikova, A.E. Yavorsky

Omsk State Medical Academy
Clinical Ophthalmological Hospital named after Vyhodtsev V.P.
Omsk
Article presents literal data describing peculiarities of action of benzalkonium chloride on eye tissues and outcomes of prolonged usage of preservative-contained ophthalmologic drugs.
Key words: preservative, benzalkonium chloride, eye tissues

В настоящее время в состав большинства офтальмологических препаратов входят различные консерванты. Они являются необходимыми для стабилизации препаратов, но могут отрицательно влиять на ткани глаза пациентов, использующих эти лекарственные средства в качестве терапии глазных болезней.
Все консервирующие вещества подразделяются на группы: окислители, хелатообразователи, ингибиторы метаболитов и др. Наиболее часто из этих веществ в составе препаратов встречаются бензалкония хлорид (БХ), хлорбутанол, метилпарабен, натрия перборат, тимеросал [1, 4, 11, 17]. В наиболее часто использующихся концентрациях эти вещества по своей токсичности распределяются следующим образом: тимеросал (0,01%) > БХ (0,01%) > хлорбутанол (0,5%) > метилпарабен (0,01%) > натрия перборат (0,02%) [1, 4].Одним из самых распространенных и токсичных в отношении тканей глаза консервантов является БХ, обычно встречающийся в концентрации 0,0004–0,05%.
БХ – это четвертичное аммониевое соединение, которое способно оказывать влияние на обменные процессы, происходящие в клетках, за счет молекулярных связей с белковыми и липидными компонентами клеточных мембран [6, 19]. Являясь катионо-активным веществом, БХ снижает поверхностное натяжение на границе раздела двух сред, притягивает отрицательно заряженные частицы и микроорганизмы, приводит к повреждению мембран клеток, денатурации внутриклеточных белков, нарушению обменных процессов в клетках, обеспечивая выход жизненно важных компонентов в межклеточное пространство, что, в конечном счете, приводит к гибели микроорганизмов [1, 8].
В силу известного токсического действия этого распространенного компонента современных лекарственных препаратов на ткани глаза является интересным изучение механизмов его действия, поскольку терапию препаратами, включающими в свой состав БХ, применяет значительное количество пациентов с хроническими заболеваниями глаз, в т.ч. с глаукомой.
В последние годы все чаще стали встречаться данные о непереносимости пациентами медикаментозной терапии глаукомы в силу развития нежелательных эффектов препаратов [1]. В исследовании с участием 13 977 пациентов с глаукомой было показано, что больше половины из них (55,4%) прекратили впервые назначенное лечение в течение первых 90 дней из-за развития нежелательных эффектов лекарственных препаратов, причинами которых были как токсическое действие их компонентов на ткани глаза, так и развитие аллергических реакций [1, 13].
P.J. Pisella с соавт., изучив влияние антиглаукоматозных препаратов (АГП) с наличием или отсутствием в их составе консервирующих веществ на ткани глаза на примере 4107 пациентов с глаукомой, получили следующие результаты. Такие симптомы, как ощущение дискомфорта, жжения, сухости, чувства инородного тела в глазу, зуд век после инстилляции препарата наблюдались в 43, 48, 32, 42, 18% случаев у пациентов, применяющих препараты, содержащие в своем составе консерванты. Эти же симптомы наблюдались в 17, 22, 16, 15, 10% случаев соответственно у пациентов, использующих медикаментозные средства, свободные от консервирующих веществ [1, 21]. Развитие данных симптомов значительно снижает качество жизни пациентов, страдающих глаукомой.
В экспериментах на животных было отмечено, что использование препаратов, содержащих БХ, ведет к развитию воспалительной и аллергической реакций со стороны конъюнктивы с последующим развитием процессов ороговения и плоскоклеточной метаплазии [1, 5]. Молекулы консервирующих веществ, депонируясь в клетках, сохраняются в них в течение длительного времени (в среднем в течение 48 ч после однократного введения) и приводят тем самым к пролонгации токсического эффекта консервантов [1, 12, 22].
Воздействие БХ на эпителиальные клетки конъюнктивы в концентрации 0,1–0,05% приводит к их мгновенному лизису, в концентрации 0,01% – к гибели клеток в течение 24 ч, в концентрации 0,005–0,0001% – к индукции апоптоза этих клеток в течение 24–72 ч. Доказано, что этот консервант предрасполагает к прогрессированию глаукомы за счет индукции апоптоза более чем 95% здоровых клеток трабекулярного эпителия в концентрации 0,01% и менее [1, 12].
Считается, что после 2–12 нед. применения АГП в тканях роговицы и конъюнктивы развиваются специфические морфологические изменения, после 20 нед. использования АГП наблюдается возникновение аллергических реакций со стороны тканей глаза. Следует отметить, что эти изменения и реакции проявляются в большей степени у пациентов, использующих в качестве медикаментозной терапии глаукомы несколько гипотензивных препаратов, чем у пациентов, находящихся на монотерапии [1, 5].
По данным иммуногистохимии БХ-индуцированные изменения конъюнктивы и теноновой капсулы включают значительное увеличение толщины эпителиальных слоев, плотности субэпителиального коллагена, фибробластов, иммунокомпетентных клеток, уменьшение количества внеклеточного матрикса и бокаловидных клеток, изменение ядерно-цитоплазматического соотношения в клетках [25]. Эти данные являются подтверждением наличия воспалительных и фиброзных изменений слизистой оболочки глаза и теноновой капсулы у пациентов с глаукомой, использующих БХ-содержащие препараты, что впоследствии может явиться причиной развития избыточного рубцевания зоны оперативного вмешательства и недостаточной эффективности проводимых антиглаукоматозных операций (АГО) [20, 22].
По данным D.C. Broadway с соавт., успех трабекулэктомии, проведенной пациентам, находящимся на терапии препаратами, содержащими консервирующие вещества, составляет 93% для β-блокаторов, 72% – для β-блокаторов и миотиков, 45% – для β-блокаторов, миотиков и симпатомиметиков [1, 12]. M.J. Lavin с соавт. пришли к выводу, что результаты трабекулэктомии, проведенной пациентам, находящимся на медикаментозной терапии в течение 2 нед. до операции, лучше, чем у пациентов, принимающих препараты на протяжении 1 года [27].
Исходя из того, что конъюнктива играет немаловажную роль в успехе фильтрационной хирургии глаукомы, офтальмохирургам следует уделять пристальное внимание ее состоянию не только во время и после операции, но и, что особенно важно, в предоперационном периоде [20]. С этой целью необходимо проводить цитологическое исследование, с помощью которого возможны установление содержания эпителиальных клеток в слизистой оболочке, определение количества функционирующих бокаловидных клеток, содержания антигенпредставляющих клеток системы HLA DR, регистрирующихся уже после 6-месячного приема АГП [20]. По мнению N.Yokoi с соавт., существует необходимость осуществления микротравматизации конъюнктивы, купирования воспалительных и фиброзных изменений слизистой оболочки путем интраоперационного удаления измененной волокнистой ткани и разумного применения антиметаболитов и имплантов [26].
Токсическое действие БХ не ограничивается клетками конъюнктивы и теноновой капсулы. Консервант оказывает свое влияние и на клетки роговицы, задерживаясь в основном в ее поверхностных слоях [22]. БХ нарушает барьерные функции эпителия роговицы за счет внутриклеточных изменений, аналогичных тем, которые происходят в клетках микроорганизмов, ускорения десквамации эпителиоцитов, сокращения числа митозов, миграции клеток, запасов АТФ в них, стимуляции процессов апоптоза. Вышеперечисленные изменения наблюдаются при использовании БХ в концентрации от 0,005 до 0,0001%. Применение БХ в концентрации менее 0,0001% не приводит к развитию столь выраженных морфологических изменений роговицы [19].
Молекулы этого консерванта, обладая высоким аффинитетом к липидам, нарушают целостность внешнего слоя прекорнеальной пленки, способствуя тем самым испарению влаги с поверхности роговицы и развитию кератопатий [6]. Доказано, что при имеющихся патологических состояниях, например при синдроме «сухого глаза», для развития изменений роговицы требуются гораздо меньшие концентрации БХ [24].
Введение таких препаратов в переднюю камеру увеличивает проницаемость сосудистой стенки с последующим развитием интраокулярных геморрагий и макулярного отека [5]. По данным K. Miyake с соавт., процент развития отечной формы макулодистрофии после операций по поводу катаракты значительно выше у пациентов, принимающих БХ-содержащие АГП, по сравнению с пациентами, использующими препараты без консерванта [1].
Доказано наличие поражений пигментного эпителия сетчатки, хориоидеи, развития отслойки сетчатки после субконъюнктивального введения БХ-содержащих препаратов в эксперименте на животных, а у пациентов после аналогичного введения таких препаратов регистрируется изменение амплитуды волн электроретинограммы [1].
На сегодняшний день существуют данные о возможных механизмах реализации воздействия консервантов на ткани глаза. В свете существования двух изученных механизмов гибели клеток – апоптоза или некроза имеется предположение о наличии БХ-индуцированной программированной гибели клеток.
Одним из возможных механизмов развития БХ-индуцированного апоптоза клеток является воздействие ионов аммония на цитоплазматические мембраны с изменением движения ионов кальция, что приводит к дефициту энергии в митохондриях и снижению pH клеток [3, 15]. Изменение содержания кальция в клетке ведет к Fas-зависимой активации каспаз [10, 14]. Снижение активности митохондрий приводит к связыванию цитохрома С с фактором, активирующим каспазы-1 [8, 9].
Последствия митохондриальной дисфункции (изменения трансмембранного митохондриального потенциала, разобщение дыхательной цепи, гиперпродукции активных форм кислорода (АФК), которая приводит к изменению ядерно-цитоплазматического соотношения, конденсации хроматина в клетках; нарушение митохондриального биогенеза, изменение концентрации кальция и снижение содержания глутатиона, а также выход растворимых белков в межклеточное пространство) влекут за собой нарушение биоэнергетических процессов, кульминацией которых могут стать нарушение целостности плазматической мембраны, дегенерация цитоскелета (некроз) и/или активация протеаз и эндонуклеаз и фрагментации ДНК (апоптоз) [6, 16].
АФК приводят к разрушению полисахаридов и ДНК, развитию перекисного окисления липидов мембран клеток, нарушению целостности сосудистой стенки, активации факторов хемотаксиса и повышению воспалительного ответа [22].
БХ в концентрации 0,01% и менее ингибирует процессы роста и дифференцировки клеток, запускает механизмы их гибели путем апоптоза, а в концентрации более 0,01% приводит к постепенной гибели клеток путем некроза [8]. Было отмечено, что этот консервант в концентрации 0,01% и менее индуцирует апоптоз более чем 95% здоровых клеток трабекулярного эпителия, предрасполагая тем самым к прогрессированию глаукомы [1, 12].
БХ-содержащие препараты при длительном использовании приводят к повреждению не только эпителиальных, но и эндотелиальных клеток роговицы. На клетках конъюнктивы у таких пациентов зафиксировано увеличение количества человеческих лейкоцитарных антигенов DR II класса, интерлейкинов различных классов и маркера апоптоза (Apo 27), что свидетельствует о развитии индуцированной гибели клеток путем активации маркеров воспаления и апоптоза [5, 6, 8, 23].
M. Dutot с соавт. предположили, что гибель эпителиальных клеток конъюнктивы и роговицы, индуцированную БХ, можно объяснить АТФ-зависимой активацией Р2Х7 (purinergic receptor P2X, ligand-gated ion channel, 7) рецепторов, известных более как Р2Z рецепторы клеточного лизиса. Р2Х7 рецепторы находятся на поверхности клеток конъюнктивы и роговицы и активируются при помощи АФК, молекул АТФ, результатами чего являются открытие кальциевых ионных каналов, вход ионов кальция в клетку и развитие деполяризации. БХ способствует выходу АТФ во внеклеточное пространство и, следовательно, запускает весь каскад изменений, что приводит к увеличению проницаемости плазматических мембран клеток, проникновению компонентов БХ в клетку и реализации их внутриклеточного токсического действия.
Кроме того, известно, что Р2Х7 могут выступать в роли проапоптотических рецепторов эпителиальных клеток, а их активация способствует высвобождению провоспалительных цитокинов [7, 28]. Было отмечено, что высокая концентрация Р2Х7 существует и на ганглиозных клетках сетчатки, и высказано предположение об участии этих рецепторов посредством их активации АФК в развитии нейродегенеративных заболеваний – таких, как возрастная макулярная дегенерация и глаукома [7, 9].
Механизмы реализации воздействия БХ как самого распространенного консерванта в составе современных препаратов на ткани глаза сейчас находятся на стадии активного изучения. Параллельно ведется разработка методов уменьшения этого отрицательного воздействия.
Применение БХ в концентрации 0,0005–0,003% в качестве консерванта при приготовлении АГП является оптимальным вследствие формирования определенного равновесия между эффективностью и безопасностью использования конкретного препарата [18].
При применении лекарственных средств без БХ отсутствуют морфологические изменения и их клинические проявления, которые встречаются у пациентов при использовании консервант-содержащих препаратов [2].

Заключение
В связи с развитием патологических изменений со стороны практически всех тканевых структур глаза практикующим врачам рекомендуется:
– по возможности подбирать такие комбинации препаратов, при использовании которых риск реализации токсических эффектов консервантов, входящих в их состав, был бы минимальным;
– избегать применения консервант-содержащих препаратов в лечении пациентов, страдающих хроническими заболеваниями глаз и имеющих сопутствующую глазную патологию;
– использовать терапию одним или двумя препаратами предпочтительно пролонгированного действия с однократным суточным введением;
– при возникновении симптомов дискомфорта немедленно отменять назначенные препараты.
Компаниям-производителям необходимо учитывать все аспекты токсического действия консервирующих веществ на ткани глаза при разработке новых АГП.
Применение в качестве гипотензивной терапии препаратов без консервантов, безусловно, будет полезно пациентам, страдающим глаукомой, особенно это касается пациентов, находящихся на длительной комбинированной терапии и имеющих сопутствующую глазную патологию.
Разумный подход к производству и применению АГП должен стать «золотым стандартом» медикаментозной терапии и залогом успешного хирургического лечения глаукомы в будущем.

Литература
1. Baudouin C. Detrimental effect of preservatives in eyedrops: implications for the treatment of glaucoma // Acta Ophthalmol. 2008. Vol. 86. N. 7. P. 716–726.
2. F. Levrat et al. Clinical tolerance of antiglaucoma eyedrops with and without a preservative. Results of an unpublished survey in Europe // J .Fr. Ophtalmol. 1999. Vol. 22, N. 2. P. 186–191.
3. Cohen G.M. Caspases: the executioners of apoptosis // Biochem J. 1997. Vol. 326. P. 1–16.
4. Epstein S.P. et al. Comparative toxicity of preservatives on immortalized corneal and conjunctival epithelial cells // J. Ocul. Pharmacol. Ther. 2009. Vol. 25. N. 2. P. 113–119.
5. Pisella P.J. et al. Conjunctival proinflammatory and proapoptotic effects of latanoprost and preserved and unpreserved timolol: an ex vivo and in vitro study // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2004. Vol. 45. N. 5. P. 1360–1368.
6. De Saint Jean M. et al. Effects of benzalkonium chloride on growth and survival of Chang conjunctival cells Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1999. Vol. 40. N. 3. P. 619–630.
7. Dutot M. et al. Effects of toxic cellular stresses and divalent cations on the human P2X7 cell death receptor // Mol. Vis. 2008. Vol. 19. N. 14. P. 889–897.
8. Epstein S.P. et al. Evaluation of biomarkers of inflammation in response to benzalkonium chloride on corneal and conjunctival epithelial cells // J. Ocul. Pharmacol. Ther. 2009. Vol. 25. N. 5. P. 415–424.
9. Dutot M. et al. Fluoroquinolone eye drop-induced cytotoxicity: role of preservative in P2X7 cell death receptor activation and apoptosis // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2006. Vol. 47. N. 7. P. 2812–2819.
10. Grant R.L. Prolonged adverse effects of benzalkonium chloride and sodium dodecyl sulfate in a primary culture system of rabbit corneal epithelial cells / R.L. Grant, D. Acosta // Fundam. Appl. Toxicol. 1996. Vol. 33. P. 71–82.
11. Ayaki M. et al. In Vitro Assessment of the Cytotoxicity of Anti-allergic Eye Drops Using 5 Cultured Corneal and Conjunctival Cell Lines // J. Oleo. Sci. 2011. Vol. 60. N. 3. P. 139–144.
12. Baudouin C. et al. In vitro studies of antiglaucomatous prostaglandin analogues: travoprost with and without benzalkonium chloride and preserved latanoprost // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2007. Vol. 48. N. 9. P. 4123–4128.
13. Guenoun J.M. et al. n vitro study of inflammatory potential and toxicity profile of latanoprost, travoprost, and bimatoprost in conjunctiva-derived epithelial cells // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2005. Vol. 46. N. 7. P. 2444–2450.
14. Lovely T.J. et al. Light-induced genetic toxicity of thiomerosal and benzalkonium chloride in commercial contact lens solutions // Mutat. Res. 1982. Vol. 101. P. 11–18.
15. Li J. Apoptosis in an interleukin-2-dependent cytotoxic T lymphocyte cell line is associated with intracellular acidification / J. Li, A. Eastman // J. Biol. Chem. 1995. Vol. 270. P. 3203–3211.
16. Debbasch C. et al. Mitochondrial activity and glutathione injury in apoptosis induced by unpreserved and preserved beta-blockers on Chang conjunctival cells // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2001. Vol. 42. N. 11. P. 2525–2533.
17. Noecker R. Effects of common ophthalmic preservatives on ocular health // Adv. Ther. 2001. Vol. 18. N. 5. P. 205–215.
18. Asada H. et al. Optimization of benzalkonium chloride concentration in 0.0015% tafluprost ophthalmic solution from the points of ocular surface safety and preservative efficacy // Yakugaku. Zasshi. 2010. Vol. 130. N. 6. P. 867–871.
19. Patarca R., Fletcher M.A. Effects of benzalkonium salts on eukaryotic and microbial G-protein-mediated processes and surface membranes // Crit. Rev. Oncog. 1995. Vol. 6. P. 327–356.
20. Pisella P.J. Conjunctival markers as predictable markers for preoperative glaucoma assessment // Br. J. Ophthalmol. 2006. Vol. 90. N. 11. P. 1335–1336.
21. Pisella P.J. et al. Prevalence of ocular symptoms and signs with preserved and preservative free glaucoma medication // Br. J. Ophthalmol. 2002. Vol. 86. N. 4. P. 418–423.
22. Debbasch C. et al. Quaternary ammoniums and other preservatives' contribution in oxidative stress and apoptosis on Chang conjunctival cells // Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2001. Vol. 42. N. 3. P. 642–652.
23. Liang H. et al. Reduction of quaternary ammonium-induced ocular surface toxicity by emulsions: an in vivo study in rabbits // Mol. Vis. 2008. Vol. 31. N.14. P. 204–216.
24. Nakamura T. et al. Sensitive and real-time method for evaluating corneal barrier considering tear flow // Biol. Pharm. Bull. 2010. Vol. 33. N. 1. P. 107–110.
25. Nenciu A. et al. Structural and immunohistochemical changes of conjunctiva induced by topical glaucoma medication // Oftalmologia. 2004. Vol. 48. N. 1. P. 35–42.
26. Yokoi N. et al. Surgery of the conjunctiva // Dev. Ophthalmol. 2008. Vol. 41. P. 138–158.
28. Ferrari D. et al. The P2X7 receptor: a key player in IL-1 processing and release // J. Immunol. 2006. Vol. 176. N. 7. P. 3877–3883.

Оцените статью


Поделитесь статьей в социальных сетях

Порекомендуйте статью вашим коллегам

Предыдущая статья
Следующая статья

Авторизируйтесь или зарегистрируйтесь на сайте для того чтобы оставить комментарий.

зарегистрироваться авторизоваться
Наши партнеры
Boehringer
Jonson&Jonson
Verteks
Valeant
Teva
Takeda
Soteks
Shtada
Servier
Sanofi
Sandoz
Pharmstandart
Pfizer
 OTC Pharm
Lilly
KRKA
Ipsen
Gerofarm
Gedeon Rihter
Farmak