Экспериментальные модели бактериальной язвы роговицы у кроликов

    Интерес многих исследователей к углубленному изучению заболеваний переднего отдела глаза объясняется сложностью и многообразием патологических процессов, протекающих в роговице. Среди заболеваний глаз, имеющих наибольшее медико-социальное значение, на первом месте находятся воспалительные заболевания органа зрения. Язвенные поражения роговицы составляют от 47% до 70% всех ее заболеваний [1]. Любой из широко известных возбудителей гнойной инфекции может вызвать заболевание органа зрения. Немного известно микроорганизмов, которые поражают только глаз: Koch-weeks bacillus, Moraxella lacunata, Corynebacterium xerosis. Все остальные бактерии вызывают воспаление не только глаза, но и других органов. Общий принцип, что инфекция определяется, главным образом, вирулентностью микроорганизма и резистентностью человеческого организма, в целом, имеет отношение и непосредственно к глазному яблоку. Вместе с тем, глазная инфекция отличается особенностями в связи с уникальным анатомическим расположением и строением глаза.

    О высокой распространенности гнойного поражения роговицы можно су-дить по разным источникам. По нашим данным, охватывающим более 12 тыс. больных, на бактериальную язву как на первичную приходится 27,6%, на вторичную инфекцию роговицы – 30,2% [2]. Среди возбудителей конъюнктивитов, блефаритов, язв роговицы на первом месте по частоте стоят грамположительные кокки. При исследовании 2945 мазков у пациентов с конъюнктивитами микрофлора обнаружена в 58,57% случаев, среди которых некоагулирующий Staphyl. spp. составляет 67,94%, Staphyl. aureus – 14,72% и Staphyl. epiderm. – 3,30%.

    Бактериальная язва в развитой стадии является опасным и угрожающим зре-нию заболеванием, отличается скоротечностью, тяжестью клинической картины. Это разрушительная инфекция, которая может привести к слепоте, если не будет начато своевременное и адекватное лечение. Существующие в настоящее время методы лечения данной патологии не всегда эффективны, поэтому поиск адекватных моделей для экспериментальных исследований новых препаратов является актуальным. Модели бактериальной язвы роговицы применяются исследователями не только для изучения эффективности новых препаратов, но и для изучения особенностей патогенеза, новых видов консервативного, хирургического и лазерного лечения язв роговицы.

    Проведенный нами обзор литературы показал, что для экспериментальной модели бактериальных инфекций роговицы практически все зарубежные авторы используют схожие модели бактериального кератита. Практически во всех таких моделях для инфицирования использовался штамм золотистого стафилококка. Это объясняется тем, что Staphylococcus aureus в 25-31% случаев является возбудителем бактериального поражения роговицы среди преобладающих в этиологии грамположительных микроорганизмов [3].

    Анализ моделей бактериальных язв роговицы у кролика

    Среди существующих моделей можно выделить три основных направления моделирования:

    1. с помощью интрастромальных инъекций бактериальной суспензии

    2. с использованием инфицированных контактных линз

    3. с нарушением целостности роговицы

    1. Модели бактериальных язв роговицы, созданные с помощью интрастромальных инъекций бактериальной суспензии

    Одним из первых исследований стафилококковой инфекции роговицы на модели кератита кроликов было определение эффективности антибиотиков. С помощью интрастромальных инъекций бактериальной суспензии создавалась модель кератита, далее наносились испытуемые антибактериальные препараты. Так, A. Kupferman and H.M. Leibowitz [4] сообщили о модели кератита у кроликов с помощью интрастромальной инъекции стафилококковой суспензии, как об очень воспроизводимой модели. В связи с этим, стафилококковая модель кератита постоянно используется для изучения антимикробных препаратов [5, 6], а также факторов противоинфекционной защиты, участвующих в заболевании [7].

    J.L. Baum et al [8] для создания модели язвенного кератита под внутривенной анестезией (кетамин и хлорпромазин) интрастромально иглой вводили стафилококковую суспензию в роговицу кроликов. Глубину введения суспензии в строму авторы не указывают. Через 24 часа начинали исследование эффективности разных способов доставки лекарственных средств. M.E. Sanders et al, Firat Zafer Mengeloglu et al.

    Другие исследователи [9-10] вводили кроликам интрастромально штаммы бактерий и начинали изучение действия лекарственных средств не через 24, а через 16 часов. Haoran Jiang et al и X. Wu et al точно так же, как и предыдущие исследователи, использовали интрастромальное введение S. aur., но исследование действия препаратов начинали уже через 8 часов [11-12]. О том, какие признаки бактериального поражения роговицы (кератита или язвы) развиваются, зарубежные авторы интрастромальных моделей язв роговицы часто в статьях не указывали. Некоторые вышеуказанные модели бактериальных инфекций роговицы у кроликов привлекают внимание быстротой исполнения и ранним сроком начала исследования. Интрастромальная модель бактериального кератита также полезна для исследования химиотерапии и патологических реакций, которые происходят во время интрастромальной стадии инфекции. Для изучения начальных воспалительных процессов и приближения модели к истинному течению бактериального кератита необходима модель кератита, учитывающая все стадии патогенеза язвы роговицы бактериальной этиологии, модель, включающая начальные звенья патогенеза - нарушение целостности роговицы, повреждение ее эпителия [13].

    2. Модели бактериальных язв роговицы, созданные с использованием инфицированных контактных линз

    Альтернативой интрастромальной модели кератита является модель с использованием в эксперименте замачивания контактных линз в суспензии перед размещением на скарифицированных роговицах кроликов [14-15]. На данной модели были исследованы особенности патогенеза бактериального поражения роговицы, вызванного S. aureus. Авторы [16] сообщили, что фермент фосфолипаза A2 лейкоцитов у кроликов, содержащийся в слезе, может быстро нейтрализовать S. aureus. Этот фермент расщепляет арахидоновую кислоту из бактериальной мембраны, и при обширном расщеплении повреждение мембраны активирует бактериальные ферменты аутолизиса, которые способствуют разрушению стенки бактериальной клетки [17]. Исходя из этого сделано предположение, что бактерицидная активность фосфолипазы А2 в слезе человека должна быть частью системы защиты от стафилококковой инфекции.

    Некоторые исследователи [14] предложили с помощью спермидина (ингибитора фосфолипазы A2) повысить воспроизводимость модели стафилококкового кератита с использованием контактных линз. В эксперименте использовались новозеландские белые кролики. Для инфицирования применяли S. aur. Контактные линзы, предназначенные для глаз кроликов (Gelflex Laboratories, Перт, Австралия), инкубировали в 1,5 мл суспензии. Через 30 минут к каждой инфицированной линзе, уже пропитавшейся в бактериальной культуре, добавляли 1 мл 50 мМ спермидина (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO). Далее за 60 минут, 30 минут и во время нанесения контактных линз капали 40 мкл спермидина (50 мМ) на каждый глаз кролика. Скарификации на роговице кролика, используя иглу 22-го калибра, делали путем трех параллельных царапин (8 мм в длину) в центре каждой роговицы. Затем инфицированные контактные линзы помещали на каждый глаз кролика под мигательную мембрану и оставляли на протяжении всего эксперимента. После установки линзы через 30, 60 и 90 минут глаза кролика снова обрабатывали 40 мкл спермидина (50 мМ). Оценку изменений проводили по шкале от 0-4 баллов по 7 параметрам (инъекция, хемоз, инфильтрат роговицы, отек роговицы, фибрин в передней камере, формирование гипопиона и ирит). Вышеуказанный способ моделирования язвы роговицы у кролика привлекателен для дальнейшего изучения факторов противоинфекционной защиты глаз и особенностей течения бактериальных поражений роговицы.

    3. Модели бактериальных язв роговицы, созданные с нарушением целостности роговицы

    Во всех нижеуказанных моделях имеет место этап повреждения слоев роговицы разной площади и на разную глубину несколькими способами с последующим инфицированием, что дает возможность получить более выраженную картину язвенного процесса при бактериальном поражении роговицы, приближенную к таковой у человека. На развитие язвы роговицы у кроликов, по данным авторов, требуется от 24 ч до 3 суток. В ряде случаев авторы [18] моделировали бактериальную язву роговицы путем травматической эрозии с последующей инстилляцией взвеси гемолитического стафилококка. Авторы отмечают, что при условии одинакового содержания животных, через 48 ч после инфицирования поврежденной роговицы развивалась язва размерами 4x4 или 5x5 мм с обильным гнойным отделяемым, инфильтрацией роговицы, хемозом, гипопионом, хотя объем эрозии, нанесенной первично на здоровую роговицу кролика, не указывается.

    К.А. Казакова [19] в своей экспериментальной части работы по обоснованию применения диодного лазерного коагулятора использовала модель, созданную путем скарификации эпителия роговицы в центральной зоне и одномоментного интрастромального введения лабораторного штамма Staphylococcus aureus, полученную на кафедре микробиологии РУДН. На 2-е сутки у кроликов постепенно нарастала воспалительная реакция глаза: появлялась инъекция конъюнктивы, обильное слизисто-гнойное отделяемое, отек роговицы, в зоне инфицирования роговицы формировался инфильтрат серо-желтого цвета, поверхность постепенно становилась неровной, формировался язвенный дефект, в передней камере образовывался гипопион. Исследование начинали после развития экссудативно-деструктивного воспаления на третьи сутки после инфицирования.

    Заслуживают также внимания модели, учитывающие количественно диаметр первичного дефекта роговицы при их создании и, тем самым приводящие к возникновению язв роговицы качественно и количественно схожих. Так, А.В. Колесников и соавт. [20] выполняли исследования с использованием модели язвы роговицы у кролика по методике Н.А. Адамовой [21]. В центральных отделах роговицы кролика трепаном диаметром 5 мм наносили насечку глубиной 150 мкм, в пределах которой роговицу расслаивали, отсепарованные слои удаляли. В полученный дефект втирали одну стандартную петлю чистой культуры S. aureus. Через сутки у всех животных отмечался умеренный отек век, гнойное отделяемое и выраженная смешанная инъекция глазного яблока. В центре роговицы формировался гнойный инфильтрат около 5 мм в диаметре, желтоватого цвета и средней интенсивности. При закапывании метиленовой сини соответственно инфильтрату определялся дефект эпителия размером 4-4,5 мм. Вокруг инфильтрата был перифокальный отек, отмечалось появление диффузной инфильтрации стромы окружающих отделов роговицы. Влага передней камеры глаза опалесцировала, реакции зрачка на свет не было. В 55,56 % случаев развивался гипопион размером 2-2,5 мм. В 1-е – 3-и сутки опыта клиническая картина гнойной язвы соответствовала стадии инфильтрации, в 3-и – 7-е сутки эксперимента развивался отек век, гнойное отделяемое сохранялось, в ряде случаев даже увеличивалось. На 7–21-е сутки инфильтрация роговицы уменьшалась как по площади, так и по интенсивности. По данным авторов, в 11,1% случаев начался процесс формирования рубцового помутнения роговицы. У всех животных гнойная язва сформировалась уже в течение 24 часов после инфицирования культурой стафилококка. Авторы отмечают, что экспериментальная стафилококковая гнойная язва роговицы характеризовалась выраженным гнойно-деструктивным процессом в роговице с замедленной регенерацией, длительным вовлечением в процесс сосудистого тракта, высокой частотой васкуляризации роговицы с формированием грубых ее помутнений, поэтому модель можно считать адекватной для экспериментального изучения эффективности новых лекарственных средств в лечении гнойной язвы роговицы.

    На модели язвы роговицы по методике Н.А. Адамовой был изучен системный и локальный свободнорадикальный статус, было показано, что развитие экспериментальной стафилококковой язвы роговицы сопровождается развитием местного и системного окислительного стресса, что позволяет использовать ее в дальнейшем для изучения патогенеза. Модель Т.К. Волкович и И.В. Самсоновой [22] отличается от вышеуказанного метода несколько большей глубиной первоначального дефекта роговицы и способом инфицирования.

    В.В. Федуненко [23] для экспериментального исследования предложила модель язвы роговицы с расширением зоны дефекта роговицы от 5 до 7,5 мм. Экспериментальная модель язвы роговицы создавалась путем послойной трепанации роговицы (трепаном 7,5 мм) и последующим заражением язвенной поверхности 1 мл культуры. Через сутки после моделирования язвенного дефекта роговицы и заражения штаммом S. aur., у кроликов наблюдалась однотипная клиническая картина: выраженная гиперемия конъюнктивы по всей поверхности, обильное гнойное отделяемое, при проведении флюоресцеиновой пробы – окрашивание дефекта эпителия диаметром 7,5 мм. Разработанная экспериментальная модель язвы роговицы, по мнению автора, позволяет в течение длительного времени изучать процессы эпителизации и структуризации слоев роговицы, что обусловлено тяжестью течения патологического процесса.

    Способ моделирования инфекционного язвенного кератита И.Я. Новицкого [24] предусматривает формирование в центре роговицы полости и введение в нее взвеси патогенных микроорганизмов. После эпибульбарной анестезии фиксируют глазное яблоко за сухожилие верхней мышцы и иглой для субконъюнктивальных инъекций, соединенной со шприцем, производят вкол в роговицу на 12 часах в области лимба. Под контролем щелевой лампы конец иглы в поверхностных слоях стромы роговицы проводят к центру. Надавливая на поршень шприца, медленным введением воздуха вызывают расслоение роговицы и образование в ней полости диаметром 4 мм и в образовавшуюся полость вводили 0,03 мл взвеси культуры штамма гемолитического стафилококка. При этом ни у одного из животных не наблюдалось вытекание взвеси. На 2-й день после введения стафилококка у всех кроликов появились блефароспазм, слизисто-гнойные выделения, гиперемия конъюнктивы. На месте введения наблюдался глубокий инфильтрат роговицы, по размерам соответствующий площади расслоения (4 мм). На 3-й день инфильтрат во всех случаях изъязвлялся, возникал гипопион высотой 2-4 мм, отек и гиперемия радужки. Появилась типичная картина гнойной язвы роговицы с гипопионом. На 5-й день язва роговицы у всех животных достигала диаметра до 6 мм, глубины до 0,3-0,4 мм.

    Заслуживает также внимания следующая модель инфекционно-травматического повреждения роговицы у кроликов [25-26], в которой после местной анестезии глаз кролика 1% раствором дикаина под операционным микроскопом скальпелем с алмазным лезвием делали надрез роговицы обоих глаз примерно на ½ толщины ее стромы, отступя от верхнего лимба на 2 мм на 12-13 часах. Далее образовывали в толще роговицы полость, тотально расслаивая строму с помощью микрохирургического шпателя, а затем в эту полость инсулиновым шприцем вводили 0,1 мл взвеси суспензии S. aur. Недостатком модели является излишне глубокое проникновение в роговицу, формирование полости в глубоком слое стромы, вызывая тем самым значительное травматическое повреждение, с возможным образованием абсцесса и тяжелым исходом со стойким помутнением роговицы.

    М.М. Бикбов и соавт. [27] для моделирования бактериального кератита производили трепанацию роговицы на глубину передней 1/3 стромы и формировали карман, в который вводили бактериальную суспензию штамма S. aur. в дозе 0,1 мл. Дополнительно проводили деэпителизацию роговицы с последующим закапыванием бактериальной суспензии. Эта экспериментальная модель приближена к механизму возникновения и развития бактериального кератита в практической офтальмологии, особенно травматической этиологии.

    Заключение

    Оптимальная модель бактериальной язвы роговицы у кроликов должна быть легко, быстро и в высоком проценте случаев воспроизводима, а также должна учитывать все стадии патогенеза язвы роговицы бактериальной этиологии. Интрастромальная модель быстро и легко воспроизводима, но начальные звенья патогенеза она не учитывает. Модели с использованием мягких контактных линз являются достаточно сложными и дорогостоящими в воспроизведении, но перспективны для изучения различных аспектов патогенеза инфекционных поражений роговицы. Модели бактериальной язвы роговицы с нарушением ее целостности и аналогичные им заслуживают особого внимания, так как в большей степени соответствуют вышеуказанным требованиям оптимальной и универсальной модели. Модели с нарушением целостности роговицы позволяют создать патогенетически обоснованные модели язв роговицы у кроликов. Они позволяют учитывать внедрение инфекционного агента в толщу роговицы с наружной стороны, так как чаще при развитии кератита заинтересованы именно передние слои. Стоит отметить, что формирование модели язвы роговицы, приближенной к таковой у человека, исключает значительное повреждение роговицы, поэтому наиболее привлекательны, по нашему мнению, модели, учитывающие объем повреждения роговицы и не допускающие грубой травматизации ее глубоких слоев.