Хотя роговица обеспечивает большую часть фокусирующей способности глаза, ее фокус фиксирован. Аккомодация (перефокусировка света для лучшего обзора близких объектов) достигается за счет изменения геометрии линзы. Медицинские термины, относящиеся к роговице, часто начинаются с приставки « керат- » от греческого слова κέρας, рог .
Состав
Роговица имеет немиелиновые нервные окончания, чувствительные к прикосновению, температуре и химическим веществам; прикосновение к роговице вызывает непроизвольный рефлекс закрытия века . Поскольку прозрачность имеет первостепенное значение, здоровая роговица не имеет и не нуждается в кровеносных сосудах . Вместо этого кислород растворяется в слезах, а затем распространяется по роговице, поддерживая ее здоровье. [5] Аналогичным образом, питательные вещества транспортируются путем диффузии из слезной жидкости через внешнюю поверхность и из водянистой влаги через внутреннюю поверхность. Питательные вещества также поступают через нейротрофины , поставляемые нервами роговицы. У человека роговица имеет диаметр около 11,5 мм, толщину 0,5–0,6 мм в центре и 0,6–0,8 мм на периферии. Прозрачность, бессосудистость, наличие незрелых резидентных иммунных клеток и иммунологические привилегии делают роговицу особой тканью.
Наиболее распространенным растворимым белком в роговице млекопитающих является альбумин . [6]
Роговица человека граничит со склерой на лимбе роговицы . У миног роговица является продолжением склеры и отделена от кожи над ней, но у более развитых позвоночных она всегда слита с кожей, образуя единую структуру, хотя и состоящую из нескольких слоев. У рыб и водных позвоночных в целом роговица не играет роли в фокусировке света, поскольку она имеет практически тот же показатель преломления, что и вода. [7]
Микроанатомия
Роговица человека имеет пять слоев (возможно, шесть, если включить слой Дуа ). [8] Роговица других приматов имеет пять известных слоев. В роговице кошек, собак, волков и других хищников их всего четыре. [9] Спереди назад слои роговицы человека расположены:
Эпителий роговицы : чрезвычайно тонкий слой многоклеточной эпителиальной ткани (некератинизированный многослойный плоский эпителий) из быстрорастущих и легко регенерируемых клеток , сохраняемый влажным от слез . Неравномерность или отек эпителия роговицы нарушает гладкость границы раздела воздух/слезная пленка, наиболее значимого компонента общей преломляющей силы глаза, тем самым снижая остроту зрения. Эпителий роговицы является продолжением эпителия конъюнктивы и состоит примерно из 6 слоев клеток, которые постоянно отслаиваются на обнаженном слое и регенерируются путем размножения в базальном слое.
Слой Боумена (также известный как передняя ограничивающая мембрана ): если рассматривать его вместо субэпителиальной базальной мембраны, то слой Боумена представляет собой прочный слой, состоящий из коллагена (в основном фибрилл коллагена I типа), ламинина , нидогена , перлекана и других HSPG, который защищает строма роговицы. Если рассматривать Боуменов слой как отдельную от субэпителиальной базальной мембраны единицу, то его можно описать как бесклеточную, конденсированную область апикальной стромы, состоящую в основном из беспорядочно организованных, но плотно переплетенных коллагеновых фибрилл. Эти фибриллы взаимодействуют и прикрепляются друг к другу. Этот слой имеет толщину от восьми до 14 микрометров (мкм) [10] и отсутствует или очень тонкий у неприматов. [9] [11]
Строма роговицы (также собственная субстанция ): толстый прозрачный средний слой, состоящий из регулярно расположенных коллагеновых волокон и редко распределенных взаимосвязанных кератоцитов , которые являются клетками для общего восстановления и поддержания. [10] Они параллельны и накладываются друг на друга, как страницы книги. Строма роговицы состоит примерно из 200 слоев, преимущественно коллагеновых фибрилл I типа. Каждый слой составляет 1,5-2,5 мкм. До 90% толщины роговицы состоит из стромы. [10] Существует две теории того, как возникает прозрачность роговицы:
Решетчатое расположение коллагеновых фибрилл в строме. Рассеяние света отдельными фибриллами компенсируется деструктивной интерференцией рассеянного света других отдельных фибрилл. [12]
Для обеспечения прозрачности расстояние между соседними коллагеновыми фибриллами в строме должно быть <200 нм. (Гольдман и Бенедек)
Десцеметова мембрана (также задняя пограничная мембрана ): тонкий бесклеточный слой, который служит модифицированной базальной мембраной эндотелия роговицы, из которого происходят клетки. Этот слой состоит в основном из фибрилл коллагена IV типа, менее жестких, чем фибриллы коллагена I типа, и имеет толщину около 5–20 мкм, в зависимости от возраста субъекта. Прямо перед десцеметовой мембраной находится очень тонкий и прочный слой Дуа толщиной 15 микрон, способный выдерживать давление от 1,5 до 2 бар. [13]
Эндотелий роговицы : простой плоский или низкий кубовидный монослой толщиной около 5 мкм из клеток, богатых митохондриями. Эти клетки отвечают за регулирование транспорта жидкости и растворенных веществ между водным отделом и стромальным компартментом роговицы. [14] (Термин «эндотелий» здесь является неправильным . Эндотелий роговицы омывается водянистой жидкостью, а не кровью или лимфой , и имеет совершенно другое происхождение, функцию и внешний вид, чем эндотелий сосудов .) В отличие от эпителия роговицы, клетки эндотелия не регенерируют. Вместо этого они растягиваются, чтобы компенсировать мертвые клетки, что снижает общую плотность клеток эндотелия, что влияет на регуляцию жидкости. Если эндотелий больше не может поддерживать правильный баланс жидкости, произойдет отек стромы из-за избытка жидкости и последующая потеря прозрачности, что может вызвать отек роговицы и нарушение прозрачности роговицы и, таким образом, ухудшить формируемое изображение. [14] Пигментные клетки радужной оболочки, отложившиеся на эндотелии роговицы, иногда могут быть вымыты водными потоками в отчетливую вертикальную структуру – это известно как веретено Крукенберга .
Нервное снабжение
Роговица является одной из наиболее чувствительных тканей организма, так как она плотно иннервируется чувствительными нервными волокнами через глазную ветвь тройничного нерва посредством 70–80 длинных цилиарных нервов . Исследования показывают, что плотность болевых рецепторов в роговице в 300–600 раз больше, чем в коже, и в 20–40 раз больше, чем в пульпе зуба [15] , что делает любое повреждение структуры мучительно болезненным. [16]
Ресничные нервы проходят под эндотелием и выходят из глаза через отверстия в склере, отдельно от зрительного нерва (который передает только оптические сигналы). [10] Нервы входят в роговицу через три уровня; склеральная, эписклеральная и конъюнктивальная . Большинство пучков путем деления образуют сеть в строме, из которой волокна снабжают различные области. Три сети: мидстромальная, субэпителиальная/суббазальная и эпителиальная. Рецептивные поля каждого нервного окончания очень велики и могут перекрываться.
Роговичные нервы субэпителиального слоя заканчиваются вблизи поверхностного эпителиального слоя роговицы в виде логарифмической спирали . [17] Плотность эпителиальных нервов уменьшается с возрастом, особенно после седьмого десятилетия. [18]
Функция
Преломление
Оптический компонент предназначен для создания уменьшенного перевернутого изображения на сетчатке. Оптическая система глаза состоит не из двух, а из четырех поверхностей: две на роговице, две на хрусталике. Лучи преломляются к средней линии. Дальние лучи вследствие своей параллельности сходятся в точке на сетчатке. Роговица пропускает свет под наибольшим углом. И водная жидкость, и стекловидное тело имеют показатель преломления 1,336–1,339, тогда как роговица имеет показатель преломления 1,376. Поскольку изменение показателя преломления между роговицей и водянистой жидкостью относительно невелико по сравнению с изменением на границе раздела воздух-роговица, оно имеет незначительный рефракционный эффект, обычно -6 диоптрий. [10] Роговица считается линзой с положительным мениском . [19] У некоторых животных, таких как виды птиц, хамелеоны и виды рыб, роговица также может фокусироваться. [20]
Прозрачность
После смерти или удаления глаза роговица поглощает водянистую влагу, утолщается и становится мутной. Прозрачность можно восстановить, поместив ее в теплую, хорошо вентилируемую камеру при температуре 31 °C (88 °F, нормальная температура), позволяя жидкости покинуть роговицу и стать прозрачной. Роговица всасывает жидкость из водянистой влаги и мелких кровеносных сосудов лимба, но насос выбрасывает жидкость сразу после входа. При недостатке энергии насос может выйти из строя или работать слишком медленно, чтобы компенсировать это, что приводит к отеку. Это происходит после смерти, но мертвый глаз можно поместить в теплую камеру с резервуаром с сахаром и гликогеном, который обычно сохраняет прозрачность роговицы в течение как минимум 24 часов. [10]
Эндотелий контролирует это насосное действие, и, как обсуждалось выше, его повреждение является более серьезным и является причиной помутнения и отека. Когда происходит повреждение роговицы, например, при вирусной инфекции, коллаген, используемый для восстановления процесса, не распределяется регулярно, что приводит к образованию непрозрачного пятна (лейкомы).
Клиническое значение
Наиболее распространенными заболеваниями роговицы являются следующие:
Абразия роговицы – заболевание, сопровождающееся потерей поверхностного эпителиального слоя роговицы в результате травмы поверхности глаза.
Дистрофия роговицы – состояние, при котором одна или несколько частей роговицы теряют нормальную прозрачность из-за накопления мутного материала.
Язва роговицы – воспалительное или инфекционное заболевание роговицы, сопровождающееся разрушением ее эпителиального слоя с вовлечением стромы роговицы.
Неоваскуляризация роговицы – избыточное врастание сосудов из лимбального сосудистого сплетения в роговицу, вызванное лишением кислорода из воздуха.
Кератоконус – дегенеративное заболевание, при котором роговица истончается и меняет форму, приобретая конусную форму.
Инородное тело роговицы – инородный предмет, присутствующий в роговице, один из наиболее распространенных предотвратимых профессиональных рисков. [21]
Управление
Хирургические процедуры
Различные методы рефракционной хирургии глаза изменяют форму роговицы, чтобы уменьшить потребность в корректирующих линзах или иным образом улучшить рефракционное состояние глаза. Во многих методах, используемых сегодня, изменение формы роговицы осуществляется путем фотоабляции с использованием эксимерного лазера .
В разработке также находятся синтетические роговицы (кератопротезы). Большинство из них представляют собой просто пластиковые вставки, но есть и вкладыши, состоящие из биосовместимых синтетических материалов, которые способствуют прорастанию тканей в синтетическую роговицу, тем самым способствуя биоинтеграции. Другие методы, такие как магнитно-деформируемые мембраны [22] и оптически когерентная транскраниальная магнитная стимуляция сетчатки человека [23], все еще находятся на очень ранних стадиях исследований.
Другие процедуры
Ортокератология – это метод использования специализированных жестких или жестких газопроницаемых контактных линз для временного изменения формы роговицы с целью улучшения рефракционного состояния глаза или уменьшения потребности в очках и контактных линзах.
В 2009 году исследователи из Медицинского центра Университета Питтсбурга продемонстрировали, что стволовые клетки , собранные из роговицы человека, могут восстанавливать прозрачность, не вызывая реакции отторжения у мышей с повреждением роговицы. [24] При заболеваниях эпителия роговицы, таких как синдром Стивенса-Джонсона, персистирующая язва роговицы и т. д., аутологичный контралатеральный (нормальный) супрабазальный лимб, полученный in vitro, показал эффективность расширенных лимбальных стволовых клеток роговицы [25] , поскольку расширение на основе амниотической мембраны является спорным. . [26] Для эндотелиальных заболеваний, таких как буллезная кератопатия, была доказана эффективность использования эндотелиальных клеток-предшественников трупной роговицы. Ожидается, что недавно появившиеся технологии тканевой инженерии будут способны обеспечить расширение клеток роговицы одного трупного донора и их можно будет использовать более чем в одном глазу пациента. [27] [28]
Ретенция и проницаемость роговицы при местной доставке лекарств в глаз
Большинство глазных терапевтических средств вводятся в глаза местно. Роговица является одним из основных барьеров для распространения лекарств из-за ее высокой непроницаемости. Постоянное орошение слезной жидкостью также приводит к плохому удерживанию лечебных средств на поверхности глаза. Плохая проницаемость роговицы и быстрое вымывание терапевтических средств с поверхности глаза приводят к очень низкой биодоступности препаратов, вводимых местно (обычно менее 5%). Плохое удержание составов на поверхности глаз потенциально можно улучшить с помощью мукоадгезивных полимеров. [29] Проникновение лекарств через роговицу можно облегчить добавлением усилителей проникновения в составы для местного применения. [30]
Когда для трансплантации необходима роговица, например, из банка глаз, лучшей процедурой является удаление роговицы из глазного яблока, не допуская поглощения роговицей водянистой влаги. [10]
Существует глобальная нехватка донорской роговицы, что серьезно ограничивает доступность трансплантации роговицы в большинстве стран мира. Исследование 2016 года показало, что 12,7 миллиона людей с нарушениями зрения нуждаются в пересадке роговицы, при этом на каждые 70 человек доступна только одна роговица. [31] Во многих странах существуют многолетние списки ожидания на операцию по трансплантации роговицы из-за нехватки донорских роговиц. [32] [33] Только несколько стран постоянно имеют достаточно большие запасы донорской роговицы, чтобы удовлетворить местный спрос без листа ожидания, включая США, Италию и Шри-Ланку. [31]
^ Нис, Дэвид В.; Фарисс, Роберт Н.; Пятигорский, Йорам (2003). «Сывороточный альбумин в роговице млекопитающих: значение для клинического применения». Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 44 (8): 3339–45. дои : 10.1167/iovs.02-1161 . ПМИД 12882779.
^ Ромер, Альфред Шервуд; Парсонс, Томас С. (1977). Тело позвоночного . Филадельфия: Холт-Сондерс Интернэшнл. стр. 461–2. ISBN0-03-910284-Х.
^ «Ученые открывают новый слой роговицы человека». sciencedaily.com . Проверено 14 апреля 2018 г.
^ аб Мериндано Энчина, Мария Долорес; Потау, Дж. М.; Руано, Д.; Коста, Дж.; Каналы, М. (2002). «Сравнительное исследование связей Боумена у некоторых млекопитающих с другими составляющими структурами роговицы». Европейский журнал анатомии . 6 (3): 133–40.
^ Хаяси, Шуичиро; Осава, Токудзи; Тохьяма, Кодзиро (2002). «Сравнительные наблюдения за роговицей, с особым упором на боуменовский слой и десцеметовую мембрану у млекопитающих и амфибий». Журнал морфологии . 254 (3): 247–58. дои : 10.1002/jmor.10030. PMID 12386895. S2CID 790199.
^ аб Янофф, Мирон; Кэмерон, Дуглас (2012). «Болезни зрительной системы». В Голдмане, Ли; Шафер, Эндрю И. (ред.). Cecil Medicine от Goldman (24-е изд.). Elsevier Науки о здоровье. стр. 2426–42. ISBN978-1-4377-1604-7.
^ Бельмонте, Карлос; Галлар Хуана (1996). «6: Ноцицепторы роговицы». Нейробиология ноцицепторов . Издательство Оксфордского университета. п. 146. дои :10.1093/acprof:oso/9780198523345.001.0001. ISBN9780198523345.
^ Кармель, Мириам (июль 2010 г.). «Устранение боли при невропатии роговицы». АйНет . Американская академия офтальмологии . Проверено 30 декабря 2017 г.
^ Ю, CQ; Розенблатт, Мичиган (2007). «Трансгенная нейрофлуоресценция роговицы у мышей: новая модель для исследования структуры и регенерации нервов in vivo». Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 48 (4): 1535–42. дои : 10.1167/iovs.06-1192 . ПМИД 17389482.
^ Хэ, Цзючэн; Базан, Николя Г.; Базан, Хейди EP (2010). «Картирование всей архитектуры нервов роговицы человека». Экспериментальное исследование глаз . 91 (4): 513–23. дои : 10.1016/j.exer.2010.07.007. ПМЦ 2939211 . ПМИД 20650270.
^ Иван Р. Шваб; Ричард Р. Дубельциг; Чарльз Шоберт (5 января 2012 г.). Свидетель эволюции: как развивались глаза. ОУП США. п. 106. ИСБН978-0-19-536974-8.
^ Онкар А. Комментарий: Борьба с инородным телом роговицы. Индийский журнал офтальмол 2020; 68: 57-8.
^ Джонс, Стивен М.; Балдерас-Мата, Сандра Э.; Малишевска, Сильвия М.; Оливье, Скот С.; Вернер, Джон С. (2011). «Работа 97-элементного мембранного магнитно-деформируемого зеркала ALPAO в системе адаптивной оптики - оптической когерентной томографии для визуализации сетчатки человека in vivo». Фотонные письма Польши . 3 (4): 147–9.
^ Рихтер, Ларс; Брудер, Ральф; Шлефер, Александр; Швайкард, Ахим (2010). «На пути к прямой навигации по голове для транскраниальной магнитной стимуляции под управлением робота с использованием 3D-лазерного сканирования: идея, установка и осуществимость». 2010 Ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine и Biology . Том. 2010. стр. 2283–86. doi :10.1109/IEMBS.2010.5627660. ISBN978-1-4244-4123-5. PMID 21097016. S2CID 3092563. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
^ Ду, Ицинь; Карлсон, Эрик С.; Фундербург, Марта Л.; Бирк, Дэвид Э.; Перлман, Эрик; Го, Наксин; Као, Уинстон, Вашингтон; Фундербург, Джеймс Л. (2009). «Терапия стволовыми клетками восстанавливает прозрачность дефектной роговицы мышей». Стволовые клетки . 27 (7): 1635–42. дои : 10.1002/stem.91. ПМЦ 2877374 . ПМИД 19544455.
«По мнению исследователей Питта, терапия стволовыми клетками делает мутную роговицу прозрачной». Медицинские новости сегодня . 13 апреля 2009 г.
^ Ситалакшми, Г.; Судха, Б.; Мадхаван, Х.Н.; Винай, С.; Кришнакумар, С.; Мори, Юичи; Ёсиока, Хироши; Авраам, Самуэль (2009). « Культивирование ex vivo клеток лимбального эпителия роговицы в термообратимом полимере (мебиоловом геле) и их трансплантация кроликам: модель на животных». Тканевая инженерия , часть А. 15 (2): 407–15. дои : 10.1089/ten.tea.2008.0041. ПМИД 18724830.
^ Шваб, Иван Р.; Джонсон, Северная Каролина; Харкин, Д.Г. (2006). «Неотъемлемые риски, связанные с производством биоинженерных тканей поверхности глаза». Архив офтальмологии . 124 (12): 1734–40. дои : 10.1001/archopht.124.12.1734 . ПМИД 17159033.
^ Хитани, К; Йоко, С; Хонда, Н.; Усуи, Т; Ямагами, С; Амано, С. (2008). «Трансплантация листа эндотелиальных клеток роговицы человека на модели кролика». Молекулярное видение . 14 : 1–9. ПМК 2267690 . ПМИД 18246029.
^ Парикумар, Периясами; Харагути, Кадзутоши; Обаяши, Акира; Сентилкумар, Раджаппа; Авраам, Сэмюэл Дж. К. (2014). «Успешная трансплантация разросшихся in vitro эндотелиальных клеток-предшественников роговицы трупного человека в глаз трупного быка с использованием листа нанокомпозитного геля». Текущие исследования глаз . 39 (5): 522–6. дои : 10.3109/02713683.2013.838633. PMID 24144454. S2CID 23131826.
^ Людвиг, Анник (3 ноября 2005 г.). «Использование мукоадгезивных полимеров для доставки лекарств в глаза». Обзоры расширенной доставки лекарств . Мукоадгезивные полимеры: стратегии, достижения и будущие задачи. 57 (11): 1595–1639. doi :10.1016/j.addr.2005.07.005. ISSN 0169-409X. ПМИД 16198021.
^ Хуторянский, Виталий В.; Стил, Фрейзер; Моррисон, Питер У.Дж.; Моисеев, Роман В. (июль 2019 г.). «Усилители проникновения при доставке лекарств в глаза». Фармацевтика . 11 (7): 321. doi : 10.3390/pharmaceutics11070321 . ПМК 6681039 . ПМИД 31324063.
^ ab Gain P, Jullienne R, He Z и др. Глобальный обзор трансплантации роговицы и банков глаз. ДЖАМА Офтальмол. 2016;134(2):167–173. doi:10.1001/jamaophthalmol.2015.4776
^ Крамер Л. Список ожидания трансплантации роговицы варьируется в зависимости от Канады. CMAJ. 2013;185(11):E511-E512. doi:10.1503/cmaj.109-4517
Даксер, Альберт; Мисоф, Клаус; Грабнер, Барбара; Эттл, Армин; Фратцль, Питер (1998). «Коллагеновые фибриллы в строме роговицы человека: структура и старение». Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 39 (3): 644–8. ПМИД 9501878.
Даксер, Альберт; Фратцль, Питер (1997). «Ориентация коллагеновых фибрилл в строме роговицы человека и ее значение при кератоконусе». Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 38 (1): 121–9. ПМИД 9008637.
Фратцль, Питер; Даксер, Альберт (1993). «Структурная трансформация коллагеновых фибрилл в строме роговицы при высыхании. Исследование рассеяния рентгеновских лучей». Биофизический журнал . 64 (4): 1210–4. Бибкод : 1993BpJ....64.1210F. дои : 10.1016/S0006-3495(93)81487-5. ПМЦ 1262438 . ПМИД 8494978.
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы по теме роговицы .
Найдите роговицу в Викисловаре, бесплатном словаре.
Факты о Национальном глазном институте роговицы и заболеваний роговицы (NEI)