Мембрана Десцеме состоит преимущественно из коллагенов IV и VIII типов и ламинина^[117], но также содержит фибронектин.^[118],[119] Коллаген VIII типа, который вырабатывается эндотелием роговицы, образует гексагональную решетку, которая существенно отличается по структуре от коллагена IV типа в базальной мембране. Коллагеновые фибриллы в строме непрерывно переходят в фибриллы слоя Боумена, но не в фибриллы мембраны Десцеме. Мембрана Десцеме плотно прилегает к задней поверхности стромы роговицы и отражает любые изменения формы стромы. Разрыв мембраны Десцеме вследствие физического воздействия, такого как компрессионная травма при родах, приводит к проникновению водянистого юмора в строму роговицы и последующему отеку стромы. Мембрана Десцеме не регенерирует после того, как эндотелиальные клетки вновь закрывают область разрыва. Такие заболевания, как дистрофия Фукса, сопровождаются атипичным полосчатым рисунком отложения коллагена в мембране Десцеме.^[120] У пациента с ранним началом дистрофии Фукса была обнаружена мутация в COL8A2,^[121], который кодирует цепь α2 коллагена VIII типа.

Эндотелий

Одиночный слой эндотелиальных клеток роговицы покрывает заднюю поверхность мембраны Десцеме в виде хорошо организованного мозаичного рисунка (Рис. 1.11). Эти клетки имеют равномерную толщину 5 µm и ширину 20 µm и многоугольную (преимущественно шестиугольную) форму. Равномерность размера эндотелиальных клеток оценивалась с помощью статистического анализа фотографий, сделанных на широкопольный зеркальный микроскоп. У молодых взрослых плотность клеток составляет около 3500 клеток/мм². Коэффициент вариации средней площади клеток (стандартное отклонение средней площади клеток / средняя площадь клеток) является клинически ценным маркером и составляет около 0.25 в нормальной роговице. Увеличение вариабельности площади клеток называется полимегатизмом. Другим морфометрическим параметром состояния эндотелия является гексагональность. В нормальной здоровой роговице около 70–80% эндотелиальных клеток имеют шестиугольную форму. Однако повреждение эндотелия может привести к снижению показателя гексагональности и увеличению вариабельности площади клеток (Рис. 1.11). Отклонение от гексагональности называется плеоморфизмом.

Эндотелиальные клетки содержат крупное ядро и большое количество цитоплазматических органелл, включая митохондрии, эндоплазматический ретикулум, свободные рибосомы и аппарат Гольджи (Рис. 1.12), что свидетельствует об их высокой метаболической активности. Эндотелиальные клетки переплетаются между собой и содержат различные соединительные комплексы, включая zonula occludens, macula occludens и macula adherens. Кроме того, щелевые контакты обеспечивают перенос малых молекул и электролитов между эндотелиальными клетками. Взаимосвязанный слой эндотелиальных клеток создает проницаемый барьер для водянистого юмора.

Потеря или повреждение эндотелиальных клеток роговицы приводит к усилению имбибиции воды стромой роговицы. Эндотелиальные клетки содержат системы транспорта ионов, которые противодействуют имбибиции воды в строму. Между водянистым юмором (143 мЭкв/л) и стромой (134 мЭкв/л) существует осмотический градиент Na⁺. Этот градиент приводит к потоку Na⁺ из водянистого юмора в строму и потоку K⁺ в противоположном направлении. Na⁺- и K⁺-зависимая АТФаза и Na⁺/H⁺-обменник экспрессируются в базолатеральной мембране эндотелиальных клеток роговицы. Диоксид углерода также диффундирует в цитоплазму этих клеток и вместе с водой образует бикарбонат-ионы (HCO₃⁻) в реакции, катализируемой карбоангидразой. Затем HCO₃⁻ диффундирует или транспортируется в водянистый юмор. Сопряженным с этим движением HCO₃⁻ является поток воды через эндотелиальные клетки в водянистый юмор. Поскольку эта система транспорта ионов частично зависит от клеточной энергии, охлаждение роговицы приводит к ее утолщению и помутнению. Однако возвращение роговицы к нормальной температуре тела приводит к восстановлению ее нормальной толщины и прозрачности — явление, известное как температурная реверсия.

Эндотелиальные клетки роговицы практически не пролиферируют у людей, обезьян и кошек, но делятся у кроликов. Плотность эндотелиальных клеток в нормальной здоровой роговице снижается с возрастом.^[122] Важно, чтобы эндотелиальные клетки роговицы были защищены во время операции. Потеря эндотелиальных клеток по любой причине приводит к увеличению оставшихся соседних клеток и их распластыванию для закрытия дефектной области без увеличения количества клеток. Показатели зеркальной микроскопии колеблются по мере того, как поврежденный эндотелий восстанавливается за счет миграции и увеличения оставшихся эндотелиальных клеток. Коэффициент вариации средней площади клеток является наиболее чувствительным индексом дисфункции эндотелия роговицы, в то время как гексагональность является хорошим индексом прогресса заживления ран эндотелия.

Поддержание нормальной целостности роговицы

Обзор

Поддержание структуры роговицы имеет решающее значение для физиологической роли этой ткани в рефракции и биозащите. Гладкий эпителий, прозрачная строма и функционирующий эндотелий необходимы для четкого зрения. Роговица уязвима для различных химических или биологических агентов, а также для физических воздействий внешнего мира. Поэтому она оснащена активной системой поддержания, отвечающей за обновление эпителия роговицы и заживление ран.

Широкое применение хирургии роговицы, включая кератопластику и рефракционную хирургию, потребовало более детального понимания последних достижений в клеточной и молекулярной биологии заживления ран роговицы. В большинстве частей тела заживление ран инициируется экстравазацией компонентов крови, которая сопровождает повреждение кровеносных сосудов. Однако роговица является аваскулярной тканью. Таким образом, механизм заживления ран в роговице отличается от механизмов в других частях тела.

Поддержание эпителия

Роль лимбальных стволовых клеток

Эпителиальные клетки роговицы постоянно обновляются для поддержания нормальной слоистой структуры эпителия. Было хорошо продемонстрировано центрипетальное движение эпителиальных клеток роговицы, а также тот факт, что только базальные эпителиальные клетки способны к пролиферации. Тофт и Френд предположили, что существует равновесие между центрипетальным движением эпителиальных клеток, дифференцировкой базальных клеток в поверхностные и десквамацией эпителиальных клеток с поверхности роговицы (гипотеза X, Y, Z).^[123] Также было постулировано существование стволовых клеток эпителия роговицы в области лимба.^[124] Действительно, лимбальный эпителий проявляет более высокую пролиферативную активность и более низкую способность к дифференцировке, чем эпителий роговицы, и считается, что базальные эпителиальные клетки лимба представляют собой тип недифференцированных стволовых клеток, поскольку они не экспрессируют специфичный для эпителия роговицы кератин (кератин 3/12).^[125]

Базальные эпителиальные клетки лимба человека экспрессируют различные возможные маркеры стволовых клеток.^[126] Было также показано, что экспрессия p63, α-енолазы, кератина 5/14 и рецептора фактора роста гепатоцитов (HGF) выше в лимбальном эпителии, чем в эпителии роговицы. Хотя прямых доказательств существования лимбальных стволовых клеток на сегодняшний день не получено, ABCG2 представляется наиболее перспективным поверхностным маркером для идентификации таких клеток. Было высказано предположение, что дефицит лимбальных стволовых клеток приводит к нарушению гомеостаза эпителия роговицы у лиц с аниридией, воспалительными заболеваниями поверхности глаза, такими как синдром Стивенса-Джонсона, или тяжелыми химическими ожогами поверхности глаза щелочью.^[127]

Движение эпителия

Повреждение поверхности роговицы встречается нередко и приводит к образованию эпителиального дефекта, быстрое закрытие которого необходимо для восстановления непрерывности эпителия роговицы. Восстановление эпителиальных дефектов происходит в три отчетливые фазы, характеризующиеся миграцией, пролиферацией и дифференцировкой эпителиальных клеток, что приводит к восстановлению слоистой структуры эпителия.

Таким образом, миграция эпителия является начальным этапом восстановления эпителиальных дефектов.^[128] Повреждение эпителия роговицы вызывает скольжение и миграцию оставшихся эпителиальных клеток, прилегающих к месту повреждения, в сторону дефектной области.^[129–132] Динамические изменения в межклеточных взаимодействиях и взаимодействиях клеток с матриксом (система фибронектин-интегрин), повышение экспрессии гиалуронана и модуляция внеклеточного матрикса (ВКМ) вновь экспрессируемыми протеолитическими ферментами играют важную роль в этих двух типах перемещения эпителиальных клеток в ответ на повреждение. Такие изменения находятся под общим контролем факторов роста и цитокинов.

Система фибронектин-интегрин

Фибронектин обеспечивает временный матрикс во время первой фазы заживления эпителиальных ран во многих тканях.^[133] Фибронектин появляется на вновь обнаженной поверхности роговицы вскоре после повреждения эпителия или стромы,^[118],[119] и затем эпителиальные клетки прикрепляются к матриксу фибронектина и распространяются по нему.^[79,134,135]