Роговица: анатомия и радиальная кератотомия

Роговица

Роговица Анатомия и физиология роговицы в применении к рефракционной кератотомии (краткое изложение книги «Рефракционная кератотомия» Джорджа О. Уоринга [George O. Waring], 1992 г.)

ФУНКЦИИ РОГОВИЦЫ Принцип действия рефракционной кератотомии заключается в изменении анатомии роговицы для создания новой формы — более плоской в центре и более крутой на периферии. Роговица защищает внутриглазное содержимое и преломляет свет. Для выполнения этих функций роговица должна сохранять прочность и прозрачность, что является непростой задачей для бессосудистой соединительной ткани. Толщина роговицы составляет 550 мкм в центре и 700 мкм на периферии, а диаметр — 12 мм по горизонтали и 11 мм по вертикали. Для сравнения, толщина кредитной карты составляет около 800 мкм; диаметр десятицентовой монеты (дайма) — 13 мм.

Роговица должна быть прочной. Вопреки распространенному среди неспециалистов представлению о том, что глазное яблоко — хрупкая структура, корнеосклеральная соединительнотканная оболочка способна выдерживать значительную тупую силу (приблизительно 5 кг/см²) до момента разрыва и может противостоять разрывающим воздействиям, как случайным, так и хирургическим. Основным структурным компонентом роговицы является коллагеновая соединительнотканная строма, которая переходит в склеру в области лимба. Разрезы, выполняемые во время рефракционной кератотомии, ослабляют эту структуру.

Роговица должна оставаться прозрачной. Поразительно, что эта выстланная эпителием соединительная ткань обладает специализированной структурой и функциями, обеспечивающими функциональную оптическую прозрачность. Любое помутнение роговицы, такое как рубцы от кератотомических ран, рассеивает свет, ухудшая как геометрическое изображение, так и контрастную чувствительность.

Образно роговицу можно представить как сэндвич, погруженный в питательный бульон. Два поверхностных слоя — эпителий и эндотелий — содержат центральную «начинку», строму. Все три слоя получают питание и кислород из слезной жидкости, водянистой влаги и сосудов лимба. Точнее говоря, структура роговицы соответствует строению многих других тканей. Поверхностный эпителий и эндотелий покоятся на базальных мембранах (эпителиальной базальной мембране и десцеметовой мембране), которые, в свою очередь, лежат на слое соединительной ткани — строме.

Если перевести эту базовую структуру на язык гистологии, пятислойный многослойный плоский эпителий поддерживает гладкую оптическую поверхность и блокирует проникновение воды и растворенных веществ из слезы в строму. В строме молекулы протеогликанов удерживают коллагеновые фибриллы в упорядоченном пластинчатом (ламеллярном) расположении для сохранения структурной прочности и оптической прозрачности. Для достижения этого протеогликаны должны оставаться относительно дегидратированными (обезвоженными). Однослойный эндотелий выполняет эту функцию дегидратации, частично блокируя приток водянистой влаги в строму и непрерывно откачивая воду из стромы. Для питания роговицы слезная пленка доставляет кислород, а водянистая влага обеспечивает ее аминокислотами, углеводами и липидами.

ЭПИТЕЛИЙ РОГОВИЦЫ Эпителий роговицы выполняет три основные функции:

Формирование механического барьера для инородных тел и микроорганизмов
Создание гладкой, прозрачной оптической поверхности, к которой может прикрепляться слезная пленка
Поддержание барьера для диффузии воды, растворенных веществ и лекарственных препаратов

После кератотомического надреза эпителий мигрирует в разрез и заполняет его эпителиальной пробкой. Поскольку эпителий сохраняется внутри разреза на протяжении месяцев и лет, вдоль стенки разреза формируется базальная мембрана с полноценным полудесмосомальным прикреплением.

БОУМЕНОВ СЛОЙ Боуменов слой представляет собой плотное войлокоподобное переплетение тонких, хаотично ориентированных коллагеновых фибрилл, расположенное между базальной мембраной эпителия и клеточной стромой. Эта бесклеточная ткань толщиной 12 мкм, вероятно, помогает поддерживать форму роговицы, хотя детали ее биомеханических свойств и функций остаются неизвестными. Она не обладает эластичностью.

Поскольку боуменов слой бесклеточный, он не способен к регенерации. В каждом случае кератотомии боуменов слой рассекается навсегда и не заживает. Разрезанные края боуменова слоя принимают различные конфигурации — сопоставление «край в край», нахлест и загибание внутрь разреза. Пространство между рассеченными концами боуменова слоя заполняется клеточной рубцовой тканью, формирующей перманентное помутнение.

КЛЕТОЧНАЯ СТРОМА РОГОВИЦЫ Структурные компоненты стромы — кератоциты (также называемые стромоцитами роговицы или фиброцитами) — синтезируют внеклеточный матрикс стромы. Коллагеновые фибриллы имеют относительно одинаковый диаметр и уложены в упорядоченные пластины, формирующие примерно 200 слоев.

С точки зрения рефракционной кератотомии важнейшим материалом в роговице является стромальный коллаген, поскольку коллагеновые фибриллы, включая боуменов слой, обеспечивают структурную прочность и пространственную стабильность роговицы. Строма роговицы обладает малой эластичностью и растягивается лишь примерно на 0,25% в диапазоне нормального внутриглазного давления. Поэтому роговица способна поддерживать достаточно постоянную форму и кривизну.

Однако очевидно, что когда при рефракционной кератотомии выполняется разрез через боуменов слой и приблизительно 90% стромы, оставшиеся 10% задней стромы и десцеметова мембрана вынуждены удерживать внутриглазное давление. Эти ткани не могут выдерживать давление без деформации, и поэтому роговица выгибается вперед парацентрально и на периферии, вызывая зияние разрезов и компенсаторное уплощение центральной зоны роговицы.

После того как структурная целостность передних слоев роговицы нарушается первыми несколькими разрезами, механические нагрузки берет на себя оставшаяся строма, и дальнейшее изменение формы роговицы мало зависит от дополнительных надрезов.

Предел прочности стромы роговицы на разрыв высок; при тупой травме роговицы разрыв глазного яблока редко происходит через саму роговицу, чаще он случается через более тонкую склеру вблизи экватора глазного яблока или вокруг зрительного нерва. Однако коллагеновые фибриллы, рассеченные при кератотомии, никогда не срастаются «конец в конец», а разделяющий их роговичный рубец, который формирует новую конфигурацию роговицы за счет заполнения и фиксации зазора внутри разреза, никогда не восстанавливает исходную прочность нормальной роговицы на разрыв. Вследствие этого вероятность разрыва роговицы при тупой травме после кератотомии возрастает.

ЭНДОТЕЛИЙ РОГОВИЦЫ И ДЕСЦЕМЕТОВА МЕМБРАНА Эндотелий роговицы является самым задним слоем роговицы и при рождении насчитывает около 350 000 клеток. Основная функция эндотелия роговицы — поддержание гидратации роговицы на постоянном уровне, сохраняя ее прозрачность.

Эндотелий и рефракционная кератотомия столкнулись в практике Т. Сато (T. Sato) и его коллег, выполнявших заднюю кератотомию в 1940-х и 1950-х годах — во времена, когда функция эндотелия была практически неизвестна. Повреждения постепенно брали свое и приводили к сокращению числа эндотелиальных клеток до такой степени, что во многих случаях развивался отек стромы.

Десцеметова мембрана образует каркас, по которому распределяются клетки эндотелия. Механизм прикрепления эндотелия к десцеметовой мембране остается неизвестным.

ТОЛЩИНА РОГОВИЦЫ Измерение толщины роговицы является фундаментальным этапом при кератотомической операции, поскольку на нем основывается настройка длины лезвия ножа в попытке выполнить разрезы равномерной глубины приблизительно на 90% толщины роговицы. Установка лезвия ножа на заданную длину не обязательно приводит к разрезу точно такой глубины из-за различий в конфигурации и остроте лезвий, а также потому, что стромальный коллаген относительно устойчив к разрезанию, в связи с чем часть задних коллагеновых пластинок в строме смещается ножом, а не рассекается им.

ВИДОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ В СТРУКТУРЕ РОГОВИЦЫ Между различными биологическими видами существуют значительные различия в анатомии, физиологии и биомеханических свойствах роговицы. Например, боуменов слой присутствует только в роговице приматов, кур и гусей, поэтому можно ожидать, что биомеханические свойства этих роговиц будут отличаться от свойств роговиц, лишенных боуменова слоя. Роговица кролика является неудачной моделью для кератотомических операций, так как она тоньше (300 мкм) в центре, не утолщается к периферии, не имеет боуменова слоя, более эластична и податлива, чем человеческая, а также заживает быстрее (включая эндотелий), чем роговица человека. Роговица кошки имеет такую же толщину, как и роговица человека, однако о ее реакции на роговичную хирургию известно мало. Даже роговица обезьяны, по-видимому, обладает иными биомеханическими свойствами — например, является более эластичной, чем роговица человека, при этом существуют различия и между видами обезьян. Подобная вариабельность является одной из причин, почему результаты исследований на лабораторных животных не могут быть напрямую перенесены в хирургию человека.

НЕРЕШЕННЫЕ ВОПРОСЫ Понимание структуры роговицы продолжает оставаться сложной задачей для клиницистов и исследователей, хотя сама ткань кажется достаточно простой. Например, какова функция боуменова слоя? Является ли она структурной? Заключается ли она в разделении эпителия и кератоцитов? Играет ли он особую роль в поддержании кривизны роговицы? Ответы на столь простые вопросы до сих пор ускользают. Каковы границы адаптации структуры и функции эпителия роговицы? Каков минимальный предел питательных веществ, необходимых ему из водянистой влаги для сохранения нормальной структуры, и насколько тонкой может стать роговица (достаточно ли одного слоя?), прежде чем она перестанет выполнять свои барьерные и защитные функции? — этот вопрос крайне актуален для тех, кто планирует имплантацию рефракционных лентикул внутрь роговицы. Структура передней стромы роговицы отличается от структуры задней стромы как по организации пластинок, так и по содержанию протеогликанов. Играют ли эти различия роль в функционировании роговицы и имеют ли они значение для ламеллярной рефракционной хирургии, или же они являются рудиментарным отражением онтогенеза роговицы? Действительно ли существует круговая связка вокруг роговицы, играющая роль в регуляции ее кривизны и формы? Как свет проходит через роговицу с минимальным рассеянием, формируя приемлемое изображение на сетчатке, и каковы пределы светорассеяния внутри роговицы, совместимые с нормальной остротой зрения и контрастной чувствительностью? Подобные вопросы интригуют любого рефракционного хирурга, создающего роговичные рубцы. Фундаментальные исследования в области анатомии и биофизики роговицы могут иметь практическое значение для рефракционной хирургии.