Роговица является одной из самых густо иннервируемых и чувствительных тканей в организме. Таким образом, плотность нервных окончаний в роговице примерно в 300–400 раза выше, чем в коже.[5], [6] Большинство сенсорных нервов роговицы происходят от цилиарных нервов глазного нерва (ветви тройничного нерва). Длинные цилиарные нервы формируют перилимбальное нервное кольцо. Нервные волокна проникают в роговицу радиально через глубокую периферическую строму, а затем направляются вперед, формируя терминальное субэпителиальное сплетение.[7] Нервные волокна теряют миелинизацию на коротком расстоянии от точки входа в роговицу, проникают через слой Боумена и заканчиваются на уровне крылатых клеток эпителия. Потеря поверхностного эпителия роговицы приводит к обнажению нервных окончаний и, как следствие, к сильной боли в глазу.
The cornea is one of the most heavily innervated and most sensitive tissues in the body. The density of nerve endings in the cornea is thus about 300 to 400 times greater than that in the skin.[5],[6] Most of the sensory nerves in the cornea are derived from the ciliary nerves of the ophthalmic branch of the trigeminal nerve. The long ciliary nerves provide the perilimbal nerve ring. Nerve fibers penetrate the cornea in the deep peripheral stroma radially and then course anteriorly, forming a terminal subepithelial plexus.[7] The nerve fibers lose their myelination within a short distance of their point of entry into the cornea, penetrate Bowman's layer, and terminate at the wing cell level of the epithelium. Loss of the superficial corneal epithelium results in exposure of the nerve endings and consequent severe ocular pain.
Микроскопия на щелевой лампе позволяет наблюдать нервные волокна в строме роговицы. Волокна особенно заметны на периферии роговицы, где их диаметр относительно велик. Лазерная сканирующая конфокальная биомикроскопия выявила сети тонких нервных волокон (субэпителиальные нервные сплетения) в базальном слое эпителия роговицы или под ним.[6,8,9] Диаметр этих нервных волокон увеличивается по мере удаления от передней поверхности роговицы (рис. 1.3).
Slit lamp microscopy allows observation of nerve fibers in the corneal stroma. The fibers are especially prominent at the corneal periphery, where their diameter is relatively large. Laser-scanning confocal biomicroscopy has revealed networks of fine nerve fibers (subepithelial nerve plexuses) in or below the basal cell layer of the corneal epithelium.[6,8,9] The diameter of these nerve fibers increases with distance from the anterior corneal surface (Fig. 1.3).
Рис. 1.3 Конфокальная биомикроскопия роговицы человека. (A–C) Поверхностный, крылатый и базальный клеточные слои эпителия роговицы. (D) Субэпителиальное нервное сплетение. (E) Поверхностный слой стромы, содержащий высокую плотность полигональных кератоцитов. (F) Средний слой стромы, содержащий толстые неразветвленные нервные волокна. (G) Глубокий слой стромы, содержащий кератоциты. (H) Аморфный вид мембраны Десцеме. (I) Эндотелий, состоящий из гексагональных эндотелиальных клеток одинакового размера.
Fig. 1.3 Confocal biomicroscopy of the human cornea. (A–C) Superficial, wing, and basal cell layers of the corneal epithelium. (D) Subepithelial nerve plexus. (E) Shallow layer of the stroma, containing a high density of polygonal keratocytes. (F) Mid layer of the stroma, containing thick nonbranching nerve fibers. (G) Deep layer of the stroma, containing keratocytes. (H) Amorphous appearance of Descemet's membrane. (I) Endothelium, comprising hexagonal endothelial cells of uniform size.
Гистохимические исследования выявили наличие в роговице различных нейромедиаторов, включая субстанцию P, кальцитонин-ген-связанный пептид, нейропептид Y, вазоактивный интестинальный пептид, галанин, метионин-энкефалин, катехоламины и ацетилхолин.[6,10–21] Таким образом, роговица содержит пептидергические, симпатические и парасимпатические нервные волокна. Дегенерация или дисфункция чувствительных нервов (ветвей тройничного нерва) в роговице может привести к замедленному заживлению повреждений роговицы и развитию нейротрофической язвы.
Histochemical studies have revealed the presence of various neurotransmitters, including substance P, calcitonin gene-related peptide, neuropeptide Y, vasoactive intestinal peptide, galanin, methionine-enkephalin, catecholamines, and acetylcholine, in the cornea.[6,10–21] The cornea thus contains peptidergic, sympathetic, and parasympathetic nerve fibers. Degeneration or dysfunction of sensory nerves (trigeminal nerve branches) in the cornea can result in delayed healing of corneal injuries and the development of neurotrophic ulcer.
Короткие и длинные задние цилиарные нервы, являющиеся ветвями тройничного нерва, проникают сквозь склеру и отдают мелкие чувствительные ветви в строму склеры. Кроме того, нервные волокна присутствуют и в эписклере. Эти волокна включают в себя вазодилатирующие и вазоконстрикторные нервы; считается, что они регулируют кровоток и объем в сосудах эписклеры для модуляции венозного давления в эписклере и облегчения оттока.[22] Считается также, что клетки склерального шпорца участвуют в регуляции внутриглазного давления. В склеральном шпорце человека присутствуют аксоны, предположительно парасимпатического происхождения. С другой стороны, холинергическая иннервация клеток склерального шпорца представляется редкой или отсутствует.[23]
The short and long posterior ciliary nerves, which are branches of the trigeminal nerve, penetrate the sclera and provide fine sensory branches to the scleral stroma. In addition, nerve fibers are also present in the episclera. These fibers include those of vasodilative and vasoconstrictive nerves and are thought to regulate blood flow and volume in the episcleral vessels for modulation of episcleral venous pressure and outflow facility.[22] Cells in the scleral spur are also thought to contribute to the regulation of intraocular pressure. Axons of presumably parasympathetic origin are present in the scleral spur of humans. On the other hand, cholinergic innervation of scleral spur cells appears to be rare or absent.[23]
Сосудистая система
Vascular system
Роговица является одной из немногих аваскулярных тканей в организме. Хотя нормальная роговица не содержит кровеносных сосудов, факторы, поступающие из крови, играют важную роль в метаболизме и заживлении ран роговицы. Передняя цилиарная артерия, которая отходит от глазной артерии, формирует сосудистую аркаду в лимбальной области, которая анастомозирует с сосудами, отходящими от лицевой ветви наружной сонной артерии. Таким образом, роговица снабжается компонентами крови как из внутренней, так и из наружной сонных артерий. При определенных патологических состояниях в прозрачную строму роговицы из лимба прорастают новые сосуды, что приводит к потере прозрачности роговицы.
The cornea is one of the few avascular tissues in the body. Although the normal cornea does not contain blood vessels, factors derived from the blood play important roles in corneal metabolism and wound healing. The anterior ciliary artery, which is derived from the ophthalmic artery, forms a vascular arcade in the limbal region that anastomoses with vessels derived from the facial branch of the external carotid artery. The cornea is thus supplied with blood components by both internal and external carotid arteries. In certain pathological conditions, new vessels enter the transparent corneal stroma from the limbus and result in a loss of corneal transparency.
В отличие от роговицы, эписклера обильно васкуляризирована. Сосудистая сеть эписклеры имеет специализированную морфологию, характеризующуюся отсутствием капилляров, многочисленными артериовенозными анастомозами и богатой мышечными клетками венозной сетью, которая, как считается, играет важную роль в регуляции внутриглазного давления. Такая васкуляризация также наблюдается в рыхлой соединительной ткани капсулы Тенона. Строма склеры содержит мало кровеносных сосудов, за исключением мест входа и выхода сосудов хориоидального кровотока.
In contrast to the cornea, the episclera is highly vascularized. The episcleral vasculature shows a specialized morphology characterized by the absence of capillaries, numerous arteriovenous anastomoses, and a muscle-rich venous network, which is thought to play an important role in the regulation of intraocular pressure. Such vascularization is also apparent in the loose connective tissue of Tenon's capsule. The scleral stroma contains few blood vessels with the exception of the input and output of the vessels of the choroidal circulation.
Снабжение кислородом и питательными веществами
Oxygen and nutrient supply
Эпителиальные и эндотелиальные клетки роговицы метаболически активны. Клеточная деятельность требует аденозинтрифосфата (АТФ) в качестве источника энергии, при этом катаболизм глюкозы путем гликолиза и цикла лимонной кислоты генерирует АТФ в аэробных условиях. Таким образом, поступление глюкозы и кислорода необходимо для поддержания нормальных метаболических функций роговицы.[24–27] Роговица снабжается глюкозой путем диффузии из водянистого юмора. Напротив, кислород поступает в роговицу преимущественно путем диффузии из слезной жидкости, которая поглощает кислород из воздуха. Таким образом, прямой контакт слезной жидкости с атмосферой необходим для оксигенации роговицы. Нарушение снабжения роговицы кислородом, например, вследствие ношения контактных линз с низкой газопроницаемостью, может привести к гипоксии роговицы и последующему отеку стромы.[28–31] Закрытие век во время сна также снижает количество кислорода, достигающего роговицы. Поэтому во время сна метаболизм роговицы меняется с аэробного на анаэробный (с последующим накоплением лактата).[32],[33]
Corneal epithelial and endothelial cells are metabolically active. Cellular activities require adenosine triphosphate (ATP) as an energy source, with catabolism of glucose by glycolysis and the citric acid cycle generating ATP under aerobic conditions. A supply of glucose and oxygen is thus essential to maintain the normal metabolic functions of the cornea.[24–27] The cornea is supplied with glucose by diffusion from the aqueous humor. In contrast, oxygen is supplied to the cornea primarily by diffusion from tear fluid, which absorbs oxygen from the air. Direct exposure of tear fluid to the atmosphere is thus essential for oxygenation of the cornea. Disruption of the oxygen supply to the cornea, such as that resulting from the wearing of contact lenses with less gas permeability, can lead to corneal hypoxia and consequent stromal edema.[28–31] Closure of the eyelids during sleep also reduces the amount of oxygen that reaches the cornea. Corneal metabolism therefore changes from aerobic to anaerobic (with consequent accumulation of lactate) during sleep.[32],[33]
Слезная жидкость
Tear fluid
Поверхность роговицы покрыта слезной жидкостью, которая защищает роговицу от обезвоживания и помогает поддерживать гладкость эпителиальной поверхности. Толщина и объем слезной пленки составляют примерно 7 µm и 6.5 µL соответственно.[34],[35] Слезная пленка состоит из трех слоев: поверхностного липидного слоя (≈0.1 µm), водного слоя (≈7 µm) и муцинового слоя (0.02–0.05 µm).[36] Более 98% общего объема слезной пленки составляет вода. Однако слезная жидкость также содержит множество биологически важных ионов и молекул, включая электролиты, глюкозу, иммуноглобулины, лактоферрин, лизоцим, альбумин и кислород. Более того, она содержит широкий спектр биологически активных веществ, таких как гистамин, простагландины, факторы роста и цитокины (Таблица 1.1). Таким образом, слезная пленка служит не только смазкой и источником питательных веществ для эпителия роговицы, но и источником регуляторных факторов, необходимых для поддержания и восстановления эпителия.[37–54]
The corneal surface is covered by tear fluid, which protects the cornea from dehydration and helps to maintain the smooth epithelial surface. The thickness and volume of the tear film are about 7 µm and 6.5 µL, respectively.[34],[35] The tear film consists of three layers: a superficial lipid layer (≈0.1 µm), an aqueous layer (≈7 µm), and a mucinous layer (0.02–0.05 µm).[36] More than 98% of the total volume of the tear film is water. However, tear fluid also contains many biologically important ions and molecules, including electrolytes, glucose, immunoglobulins, lactoferrin, lysozyme, albumin, and oxygen. Moreover, it contains a wide range of biologically active substances such as histamine, prostaglandins, growth factors, and cytokines (Table 1.1). The tear film thus serves not only as a lubricant and source of nutrients for the corneal epithelium but also as a source of regulatory factors required for epithelial maintenance and repair.[37–54]
Таблица 1.1 — Компоненты слезной жидкости
Table 1.1 -- Components of tear fluid
| Слой слезной пленки | Происхождение | Компоненты | Физиологические функции |
|---|---|---|---|
| Липидный слой | Мейбомиевы железы, добавочные слезные железы | Воск, холестерин, эфиры жирных кислот | Смазывание, предотвращение испарения, стабилизация |
| Водный слой | Слезная железа, добавочные слезные железы | Вода, электролиты (Na+, K+ Cl–, HCO3–, Mg2+), белки (альбумин, лизоцим, лактоферрин, трансферрин, церулоплазмин), иммуноглобулины (IgA, IgG, IgE, IgM), цитокины, факторы роста (EGF, TGF-α, TGF-β1, TGF-β2, bFGF, HGF, VEGF, субстанция P), прочие (глюкоза, витамины) | Смазывание, антимикробное действие, бактериостаз, снабжение кислородом и питательными веществами, механическое очищение, регуляция клеточных функций |
| Муциновый слой | Бокаловидные клетки конъюнктивы, эпителиальные клетки конъюнктивы, эпителиальные клетки роговицы | Сульфомуцин, циаломуцин, MUC1, MUC4, MUC5AC | Снижение поверхностного натяжения, стабилизация водного слоя |
| Tear layer | Origin | Components | Physiological functions |
|---|---|---|---|
| Lipid layer | Meibomian glands, accessory lacrimal glands | Wax, cholesterol, fatty acid esters | Lubrication, prevention of evaporation, stabilization |
| Aqueous layer | Lacrimal gland, accessory lacrimal glands | Water, electrolytes (Na+, K+ Cl–, HCO3–, Mg2+), proteins (albumin, lysozyme, lactoferrin,transferrin, ceruloplasmin), immunoglobulins (IgA, IgG, IgE, IgM), cytokines, growth factors (EGF, TGF-α, TGF-β1, TGF-β2, bFGF, HGF, VEGF, substance P), others (glucose, vitamins) | Lubrication, antimicrobial, bacteriostasis, supply of oxygen and nutrients, mechanical clearance, regulation of cellular functions |
| Mucinous layer | Conjunctival goblet cells, conjunctival epithelial cells, corneal epithelial cells | Sulfomucin, cyalomucin, MUC1, MUC4, MUC5AC | Lowering of surface tension, stabilization of aqueous layer |
Компоненты поверхностного липидного слоя слезной пленки вырабатываются мейбомиевыми и другими секреторными железами века. Водный слой образуется слезной железой и добавочными слезными железами, а муциновый слой в значительной степени вырабатывается бокаловидными клетками эпителия конъюнктивы. Таким образом, гиполакримацию (синдром сухого глаза) можно в основном разделить на три категории в зависимости от дефицита липидов, водного слоя или муцина.
The components of the superficial lipid layer of the tear film are supplied by meibomian glands and other secretory glands of the eyelid. The aqueous layer is derived from the lacrimal gland and accessory lacrimal glands, and the mucinous layer is produced largely by goblet cells in the conjunctival epithelium. Hypolacrimation (dry eye syndrome) can thus be classified basically into three categories attributable to lipid, aqueous, or mucin deficiency.