Как средний диаметр коллагеновых волокон, так и среднее расстояние между такими волокнами в строме роговицы относительно однородны и составляют менее половины длины волны видимого света (400–700 нм). Считается, что такое анатомическое устройство обуславливает тот факт, что рассеяние падающего луча света каждым коллагеновым волокном компенсируется интерференцией других рассеянных лучей,^[4] что позволяет свету проходить сквозь роговицу. Если диаметр или расстояние между коллагеновыми волокнами становятся неоднородными (как это происходит при фиброзе или отеке), падающие лучи рассеиваются хаотично, и роговица теряет свою прозрачность.

Молекулы проколлагена секретируются кератоцитами во внеклеточное пространство, после чего пропептиды на обоих концах отщепляются, образуя зрелые молекулы коллагена. Молекулы коллагена самоорганизуются в фибриллы диаметром 10–300 нм, и эти фибриллы впоследствии объединяются в коллагеновые волокна. Отдельные коллагеновые волокна в строме роговицы можно наблюдать с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (см. рис. 1.9). Как упоминалось выше, и диаметр (22.5–35 нм)^[99],[101], и расстояние между (41.4 ± 0.5 нм)^[102] коллагеновыми волокнами в строме роговицы крайне однородны, и эта регулярная структура является основным определяющим фактором прозрачности роговицы. При большом увеличении каждое коллагеновое волокно демонстрирует характерный рисунок поперечной исчерченности с периодичностью 67 нм (см. рис. 1.9). В строме роговицы коллагеновые волокна образуют около 300 ламелл.^[103] Каждая ламелла проходит параллельно поверхности роговицы от лимба до лимба. Обновление молекул коллагена в роговице происходит медленно и занимает от 2 до 3 лет.

Гистологические особенности стромы склеры схожи с особенностями стромы роговицы, так как строма склеры также состоит в основном из основных коллагеновых волокон и протеогликанов.^[104] Типы коллагена, обнаруженные в строме склеры, также схожи с типами в строме роговицы. Напротив, компоненты матрикса, присутствующие в пространствах между основными коллагеновыми волокнами в строме склеры, отличаются от компонентов в строме роговицы. Это различие в неколлагеновом матриксе в значительной степени объясняет разницу в ультраструктуре между роговицей и склерой. В то время как коллагеновые волокна в строме роговицы имеют очень однородный диаметр, волокна в строме склеры варьируют по диаметру от 25 до 250 нм. Кроме того, если в строме роговицы коллагеновые волокна расположены регулярно с относительно равномерным межволоконным расстоянием, то в строме склеры расстояние между коллагеновыми волокнами варьируется. ВКМ стромы склеры, включая как коллагеновые, так и неколлагеновые компоненты, вырабатывается стромальными фибробластами.

Протеогликаны

Протеогликаны, основные компоненты матрикса, расположенные в пространствах между основными коллагеновыми волокнами в строме роговицы и склеры, состоят из ядерного белка и цепей гликозаминогликанов; считается, что они модулируют фибриллогенез коллагена.^[105] Сами гликозаминогликаны также играют важную роль независимо от ядерного белка, к которому они прикреплены. Таким образом, функции протеогликанов можно рассматривать как с точки зрения ядерного белка, так и с точки зрения гликозаминогликанов.

За исключением гиалуронана (гиалуроновой кислоты), гликозаминогликаны стромы роговицы присутствуют в форме протеогликанов. Наиболее распространенным гликозаминогликаном в роговице является кератансульфат,^[106] составляющий около 65% от общего содержания гликозаминогликанов. Остальные гликозаминогликаны включают хондроитинсульфат и дерматансульфат. Гликозаминогликаны обладают способностью поглощать и удерживать большое количество воды. Хотя гидратация роговицы регулируется преимущественно эндотелиальным насосом, на нее также влияют эпителиальный барьер, испарение с поверхности, внутриглазное давление и давление набухания стромы. Склонность стромы к набуханию возникает в результате интерфибриллярной имбибиции жидкости и отталкивания между фиксированными отрицательными зарядами кератансульфата и хондроитинсульфата. Эта склонность к набуханию была названа давлением набухания (SP) и составляет примерно 50 мм рт. ст. в изолированной роговице. Отрицательное давление, которое втягивает жидкость в роговицу, называется давлением имбибиции (IP), которое в изолированной роговице равно давлению набухания. Однако in vivo давление имбибиции ниже давления набухания из-за компрессионного эффекта внутриглазного давления (ВГД). Взаимосвязь между этими тремя параметрами описывается уравнением:

Следовательно, понимание динамики отека роговицы требует понимания роли основного вещества стромы (цепей гликозаминогликанов протеогликанов) в состоянии гидратации (и, следовательно, прозрачности) роговицы. Если насосная функция эндотелия роговицы утрачивается, строма роговицы набухает, что приводит к нарушению регулярного расстояния между коллагеновыми волокнами. Неравномерность межволоконного расстояния приводит к рассеиванию падающего света и делает роговицу мутной.

Что касается ядерных белков, строма роговицы содержит люмикан, кератокан и мимекан (остеоглицин) в качестве кератансульфатных протеогликанов, а также декорин и бигликан в качестве хондроитинсульфатных или дерматансульфатных протеогликанов (таблица 1.3).^[107],[108] Эти ядерные белки относятся к семейству малых лейцин-богатых протеогликанов (SLRP), которые содержат общий центральный домен, состоящий примерно из 10 лейцин-богатых повторов.^[109] Сначала они накапливаются в виде низкосульфатированных гликопротеинов в эмбриональной строме, а затем связывают гликозаминогликаны, образуя протеогликаны, характерные для роговицы взрослого организма. Хотя роль конкретных протеогликанов в поддержании прозрачности или формы роговицы в физиологических условиях или в развитии помутнения роговицы в патологических условиях остается неясной, спонтанная мутация гена ядерного белка позволила получить некоторые сведения. Недавно было показано, что мутация гена кератокана приводит к plana cornea (плоской роговице) — аномалии, характеризующейся нарушением кривизны роговицы, но она не повлияла на прозрачность стромы роговицы.^[110],[111]

В нормальной роговице протеогликаны синтезируются стромальными кератоцитами. Они временно синтезируются эпителиальными клетками роговицы в ранней фазе заживления ран.

Недавние исследования с использованием трансгенных или нокаутных мышей также позволили прояснить роль основных белков протеогликанов. Было показано, что у мышей с дефицитом люмикана развивается возрастное помутнение стромы роговицы.^[112],[113] Просвечивающая электронная микроскопия выявила неправильное расположение коллагеновых волокон в задней части стромы у этих животных. Однако людей с мутацией гена люмикана до сих пор не описано. У мышей с дефицитом кератокана наблюдается изменение формы глазного яблока, но прозрачность стромы роговицы не нарушается.^[110] У мышей с отсутствием декорина наблюдается аномальный фибриллогенез коллагена в сухожилии хвоста, но не в строме роговицы,^[114] что указывает на то, что декорин может не играть важной роли в поддержании прозрачности стромы роговицы, несмотря на его обилие в строме. Такие генетически модифицированные мыши не только проливают свет на функции конкретных молекул, но и служат моделями генетических заболеваний роговицы у человека.

Основным различием между протеогликановым составом склеры и роговицы является отсутствие в склере кератокана, специфического маркера дифференцировки кератоцитов,^[108]. Однако одно лишь это различие не объясняет отсутствие единообразия в размере и расположении коллагеновых волокон в склере. Относительное количество компонентов протеогликанов в склере изменяется в животной модели миопии.^[115] Недавние исследования позволяют предположить, что матричные компоненты роговицы или склеры играют определенную роль в регуляции формы или размера глазного яблока. Глазное яблоко мышей с дефицитом люмикана больше, чем у животных дикого типа, тогда как у мышей с дефицитом кератокана оно меньше.^{[110,112,113]}

Мембрана Десцеме

Мембрана Десцеме, базальная мембрана эндотелия роговицы, постепенно увеличивается в толщине от рождения (3 µm) до взрослого возраста (8–10 µm) у человека. Гистологический анализ показывает, что она расслоена на тонкий (0.3 µm) неполосчатый слой, прилегающий к строме, переднюю полосчатую зону (2–4 µm) и заднюю аморфную неполосчатую зону (>4 µm), причем последняя может составлять до двух третей толщины мембраны и откладывается с течением времени.^[116]