Введение

Прозрачный передний слой глаза

Роговица – это прозрачная передняя часть глаза, покрывающая радужную оболочку, зрачок и переднюю камеру. Вместе с передней камерой и хрусталиком роговица преломляет свет, обеспечивая примерно две трети общей оптической силы глаза. У человека преломляющая сила роговицы составляет около 43 диоптрий. Форму роговицы можно изменить с помощью хирургических процедур, таких как LASIK. Хотя роговица вносит наибольший вклад в фокусирующую способность глаза, ее фокус является фиксированным. Аккомодация (перефокусировка света для лучшего видения близких объектов) достигается за счет изменения геометрии хрусталика. Медицинские термины, связанные с роговицей, часто начинаются с приставки "керат-", происходящей от греческого слова κέρας, что означает "рог".

Структура

У роговицы есть немиелинизированные нервные окончания, чувствительные к прикосновению, температуре и химическим веществам; прикосновение к роговице вызывает непроизвольный рефлекс, заставляющий веко закрываться. Поскольку прозрачность имеет первостепенное значение, здоровая роговица не содержит и не нуждается в кровеносных сосудах. Вместо этого кислород растворяется в слезной жидкости, а затем диффундирует по всей роговице, поддерживая ее здоровье. Аналогично, питательные вещества транспортируются посредством диффузии из слезной жидкости через наружную поверхность и из водянистой влаги через внутреннюю поверхность. Питательные вещества также поступают через нейротрофины, обеспечиваемые нервами роговицы. У человека диаметр роговицы составляет около 11,5 мм, толщина – 0,5–0,6 мм в центре и 0,6–0,8 мм по периферии. Прозрачность, отсутствие сосудов, наличие незрелых резидентных иммунных клеток и иммунологические привилегии делают роговицу уникальной тканью. Наиболее распространенным растворимым белком в роговице млекопитающих является альбумин. У человека роговица граничит со склерой в области лимба роговицы. У миног роговица является исключительно продолжением склеры и отделена от кожи, но у более развитых позвоночных она всегда срастается с кожей, образуя единую структуру, состоящую, однако, из нескольких слоев. У рыб и водных позвоночных в целом роговица не участвует в фокусировке света, поскольку ее показатель преломления практически равен показателю преломления воды.

Микроанатомия

Роговица человека имеет пять слоев (возможно, шесть, если учитывать слой Дуа). У других приматов роговица имеет пять известных слоев. У кошек, собак, волков и других хищников роговица состоит всего из четырех слоев. От переднего к заднему слои роговицы человека следующие:

Эпителий роговицы: чрезвычайно тонкий многослойный эпителиальный слой (некератинизированный стратифицированный плоскоклеточный эпителий) быстрорастущих и легко регенерируемых клеток, поддерживаемый влажным состоянием слезной пленкой. Неровность или отек эпителия роговицы нарушает гладкость интерфейса воздух/слезная пленка – наиболее значимого компонента общей рефракционной силы глаза, тем самым снижая остроту зрения. Эпителий роговицы непрерывен с конъюнктивальным эпителием и состоит примерно из 6 слоев клеток, которые постоянно отшелушиваются с поверхности и регенерируются за счет размножения в базальном слое. Слой Боумана (также известный как передняя ограничивающая мембрана): при рассмотрении вместо субэпителиальной базальной мембраны, слой Боумана представляет собой прочный слой, состоящий из коллагена (в основном коллагеновых фибрилл типа I), ламинина, нидогена, перлекана и других ГСПГ, который защищает строму роговицы. Если рассматривать его как отдельную структуру от субэпителиальной базальной мембраны, слой Боумана можно описать как ацеллюлярную, конденсированную область апикальной стромы, состоящую в основном из хаотично организованных, но плотно переплетенных коллагеновых фибрилл. Эти фибриллы взаимодействуют и прикрепляются друг к другу. Толщина этого слоя составляет от 8 до 14 микрометров (мкм) и он отсутствует или очень тонкий у неприматов. Строма роговицы (также substantia propria): толстый, прозрачный средний слой, состоящий из регулярно расположенных коллагеновых волокон и немногочисленных взаимосвязанных кератоцитов, которые обеспечивают общий ремонт и поддержание структуры. Для обеспечения прозрачности расстояние между соседними коллагеновыми фибриллами в строме должно быть менее 200 нм (Goldman и Benedek). Мембрана Десцемета (также задняя ограничивающая мембрана): тонкий ацеллюлярный слой, служащий модифицированной базальной мембраной эндотелия роговицы, из которого происходят клетки. Этот слой состоит в основном из коллагеновых фибрилл IV типа, менее жестких, чем коллагеновые фибриллы I типа, и имеет толщину около 5-20 мкм, в зависимости от возраста пациента. Непосредственно перед мембраной Десцемета расположен очень тонкий и прочный слой Дуа, толщиной 15 микрон, способный выдерживать давление от 1,5 до 2 бар. Эндотелий роговицы: простой плоский или низкий кубический монослой толщиной около 5 мкм, состоящий из клеток, богатых митохондриями. Эти клетки отвечают за регулирование транспорта жидкости и растворенных веществ между водной влагой и стромальным отделом роговицы. (Термин «эндотелий» здесь не совсем корректен. Эндотелий роговицы омывается водной влагой, а не кровью или лимфой, и имеет совершенно иное происхождение, функцию и внешний вид, чем сосудистый эндотелий.) В отличие от эпителия роговицы, клетки эндотелия не регенерируют. Вместо этого они растягиваются, чтобы компенсировать погибшие клетки, что снижает общую плотность клеток эндотелия и влияет на регуляцию жидкости. Если эндотелий больше не может поддерживать надлежащий баланс жидкости, возникает отек стромы из-за избытка жидкости и последующая потеря прозрачности, что может привести к отеку роговицы и нарушению прозрачности роговицы, тем самым ухудшая качество формируемого изображения. Любое повреждение этой структуры вызывает мучительную боль. Цилиарные нервы проходят под эндотелием и выходят из глаза через отверстия в склере, за исключением зрительного нерва (который передает только зрительные сигналы). Плотность эпителиальных нервов снижается с возрастом, особенно после семидесяти лет.

Преломление

Оптический компонент обеспечивает формирование уменьшенного перевернутого изображения на сетчатке. Оптическая система глаза состоит не из двух, а из четырех преломляющих поверхностей – двух на роговице и двух на хрусталике. Лучи преломляются в направлении центральной оси. Параллельные лучи от удаленных объектов сходятся в точку на сетчатке. Роговица пропускает свет под максимальным углом. Показатель преломления водной и стекловидного тел составляет 1,336–1,339, в то время как показатель преломления роговицы равен 1,376. Поскольку изменение показателя преломления между роговицей и водной влагой относительно невелико по сравнению с изменением на границе воздух-роговица, оно оказывает незначительное преломляющее действие, обычно около 6 диоптрий. У некоторых животных, таких как птицы, хамелеоны и некоторые виды рыб, роговица также способна к фокусировке.

Прозрачность

При смерти или удалении глаза роговица впитывает водянистую влагу, утолщается и мутнеет. Прозрачность можно восстановить, поместив её в теплую, хорошо вентилируемую камеру при температуре 31 °C (88 °F, нормальная температура), чтобы жидкость могла выйти из роговицы и она снова стала прозрачной. Роговица впитывает жидкость из водянистой влаги и мелких кровеносных сосудов лимба, но насос немедленно выводит эту жидкость. При недостатке энергии насос может выйти из строя или работать недостаточно быстро для компенсации, что приводит к отёку. Это происходит после смерти, но мертвый глаз можно поместить в теплую камеру с резервуаром сахара и гликогена, что обычно поддерживает прозрачность роговицы в течение не менее 24 часов.

Хирургические процедуры

Различные методы рефракционной хирургии глаза изменяют форму роговицы, чтобы снизить потребность в коррекционных линзах или иным образом улучшить рефракцию глаза. Во многих современных методах изменение формы роговицы достигается посредством фотоабляции с использованием эксимерного лазера. Также ведутся разработки синтетических роговиц (кератопротезов). Большинство из них представляют собой простые пластиковые вставки, однако существуют и конструкции из биосовместимых синтетических материалов, способствующих врастанию тканей в синтетическую роговицу и, тем самым, биоинтеграции. Другие методы, такие как магнитные деформируемые мембраны и оптически когерентная транскраниальная магнитная стимуляция сетчатки, находятся на самых ранних этапах исследований.

Другие процедуры

Ортокератология – это метод, использующий специализированные жесткие или жесткие газопроницаемые контактные линзы для временного изменения формы роговицы с целью улучшения рефракции глаза или снижения потребности в очках и контактных линзах. В 2009 году исследователи из Медицинского центра Университета Питтсбурга показали, что стволовые клетки, полученные из человеческой роговицы, способны восстановить ее прозрачность, не вызывая отторжения у мышей с повреждениями роговицы. При эпителиальных заболеваниях роговицы, таких как синдром Стивенса-Джонсона, стойкая язва роговицы и другие, эффективными оказываются автологичные, контралатеральные (здоровые) надбазальные клетки лимбальной роговицы, выращенные in vitro. Эффективность расширения на основе амниотической мембраны остается спорной. Для эндотелиальных заболеваний, например, буллезной кератопатии, доказана эффективность использования клеток-предшественников эндотелия роговицы, полученных от доноров. Новые технологии тканевой инженерии, которые активно развиваются, позволяют надеяться на возможность расширения клеток роговицы одного донора и их использования для лечения нескольких пациентов.

Корнеальная ретенция и проницаемость при местном введении лекарственного средства в глаз

Большинство глазных терапевтических средств вводятся в глаз местным путем. Роговица является одним из основных барьеров для диффузии лекарственных веществ из-за своей высокой непроницаемости. Непрерывное увлажнение слезной жидкостью также приводит к низкой задержке терапевтических средств на поверхности глаза. Низкая проницаемость роговицы и быстрое вымывание терапевтических средств с поверхности глаза приводят к очень низкой биодоступности препаратов, вводимых местным путем (обычно менее 5%). Удержание лекарственных форм на поверхности глаза потенциально может быть улучшено с использованием мукоадгезивных полимеров. Проницаемость лекарственного вещества через роговицу может быть увеличена путем добавления усилителей проникновения в местные составы.

Трансплантация

Если строма роговицы становится визуально значимо непрозрачной, неровной или отечной, можно выполнить пересадку роговицы от умершего донора. Поскольку в роговице отсутствуют кровеносные сосуды, риск отторжения новой роговицы также невелик. Когда требуется трансплантация роговицы, например, из банка глаз, оптимальным методом является удаление роговицы из глазного яблока, предотвращая её насыщение водянистой влагой. Во многих странах существуют многолетние листы ожидания операции по пересадке роговицы из-за дефицита донорских роговиц. Лишь небольшое количество стран стабильно располагает достаточным количеством донорских роговиц для удовлетворения внутреннего спроса без необходимости ожидания, в том числе Соединенные Штаты, Италия и Шри-Ланка.