1.1. Эндотелий роговицы человека в норме и его анатомо-физиологические нарушения

    Роговица – это передний прозрачный отдел наружной капсулы глазного яблока и вместе с тем главная преломляющая среда в оптической системе глаза. Важнейшими функциями роговицы являются опорная и защитная, благодаря прочности, высокой чувствительности и способности к регенерации переднего эпителия. Как оптическая среда она выполняет функции светопроведения и светопреломления благодаря прозрачности и характерной форме [2].

    Общеизвестным фактом является выделение в строении роговицы пяти слоев: эпителия, боуменовой мембраны, стромы, десцеметовой мембраны и эндотелия [2]. Кроме того, в недавнем времени был открыт 6 слой – слой Dua или предесцеметовый слой.

    Важно обратить более детальное внимание на комплекс «предесцеметовый слой – десцеметова мембрана – эндотелий». Предесцеметовый слой был изучен в исследовании Dua H.S. с соавт. (2013), которое показало, что он состоит из 5-8 тонких пластин из плотно упакованных коллагеновых пучков, ориентированных в продольном, поперечном и косом направлениях. Его толщина составляет в среднем 10,15±3,6 мкм. Иммуногистохимически было показано отсутствие керато-цитов в этом слое, что отличает данный слой от вышележащей стромы [67].

    Эндотелий младенческой роговой оболочки состоит из монослоя 500.000-1.000.000 клеток [39]. Клетки находятся на задней поверхности роговицы в виде иррегулярной полигональной мозаики. Они примыкают друг к другу, с образованием внеклеточных пространств в 2-4 нм, тем самым создавая неполный барьер для диффузии малых молекул.

    Эндотелий выполняет несколько функций. С одной стороны, эндотелий способен к секреции внеклеточного вещества, образуя десцеметову мембрану, являющуюся базальной мембраной эндотелия [25]. Имея толщину 5 мкм в детстве, она практически удваивает свою толщину к 40 годам и достигает 15 мкм в течение жизни. Десцеметова мембрана состоит из двух пластин: передней и задней. Передняя пластина имеет «полосатый внешний вид», толщину около 3 мкм и синтезируется в период эмбрионального развития. Задняя пластина имеет «неполосатую», гомогенную структуру и синтезируется эндотелием на протяжении всей жизни [75]. При этом связь десцеметовой мембраны и прилежащей стромы слаба, и мембрана довольно легко отделяется.

    С другой стороны, эндотелий отвечает за поддержание прозрачности роговицы путем формирования оптимальной степени гидратации стромы за счет насосной функции. Это явление впервые описал David Maurice (1978).

    Уровень гидратации стромы роговицы (75–80%) зависит от состояния эпителия и эндотелия, а также от водно-ионного транспорта через эпителий и эндотелий [87].

    Насосные транспортные системы помогают поддерживать концентрационный градиент, регулируя движение воды, как через эпителий в слезную плёнку, так и через эндотелий в переднюю камеру глаза. Среди этих двух явлений решающий вклад вносит движение воды через эндотелий в переднюю камеру. Выведение и абсорбция ионов натрия (Na⁺) и хлора (Cl^-) — это главные движущие силы водного транспорта. Водный транспорт может быть осуществлен двумя путями: основным – благодаря работе метаболических помп и дополнительным путем – благодаря движению воды через транспортные каналы, называемые аквапоринами.

    Аквапорины (AQP) – это небольшие интегральные мембранные белки в плазматической мембране. Типы аквапоринов AQP1, AQP2, AQP4, AQP5,

    AQP8 – отвечают за транспорт молекул воды, тогда как AQP3, AQP7, AQP9 –за транспорт глицерола и других малых молекул. Аквапорины 1-го типа найдены в роговичном эпителии, кератоцитах и эндотелии. Аквапорины 5-го типа локализуются в роговичном эпителии [112].

    Поскольку эндотелиальные клетки роговицы имеют органеллы, в частности, большое количество митохондрий, было изучено, что они имеют второй по величине уровень энергетического обмена после фоторецепторов сетчатки [66].

    Эндотелий требует значительного запаса энергии для поддержания своей метаболической функции. Большинство питательных веществ, таких как углеводы, витамины, аминокислоты в основном попадают в роговицу через «неполный эндотелиальный барьер», а также в меньшем количестве от лимбальных сосудистых аркад. В свою очередь, углекислый газ и другие метаболические конечные продукты удаляются через эндотелий во влагу передней камеры.

    Каждая эндотелиальная клетка содержит большое количество митохондрий и, кроме того, имеет 1,5×10⁶ Na⁺/K⁺ АТФазных метаболических помп [50]. При различных заболеваниях эндотелия количество помп на 1 клетку может увеличиваться, компенсируя таким образом повышенную нагрузку. При критической потере эндотелиальных клеток, когда плотность находится на уровне 500 кл/мм² и менее, развивается декомпенсация в виде отёка роговицы. В этой ситуации эндотелиальные клетки уже изменили свою форму (полиморфизм) и увеличились в размере (полимегатизм) до критического предела. Однако место для образования дополнительных метаболических помп на латеральных мембранах в этом случае уже отсутствует. По этой причине развивается отек роговицы [64].

    Общепринятым на сегодняшний день является факт, что эндотелий роговицы человека находится в нерепликативном состоянии внутри глаза. В 1996 году Joyce N.C. с соавт. показали, что эндотелиальные клетки роговицы человека в естественных условиях заблокированы в G1-фазе клеточного цикла [77]. Их последующие исследования обнаружили, что контакт-зависимое ингибирование играет важную роль в индукции блокирования клеточного цикла и, взаимодействуя с трансформирующим фактором роста-?2 (найден в водянистой влаге), поддерживает эндотелиальный слой роговицы в непролиферативном состоянии [78].

    Вместе с тем известно, что стимуляция митоза эндотелия роговицы in vitro возможна. В свою очередь подтверждением того, что эндотелий роговицы человека потенциально способен к делению и in vivo, служат результаты исследований, проведенных у больных с различными патологическими состояниями, когда изменяется микроокружение клетки и, вероятно, снимаются некоторые механизмы, сдерживающие деление.

    Впервые фигуру митоза в эндотелии неизмененной роговицы донора, причиной смерти которого стала злокачественная опухоль, наблюдали Kaufman H. с соавт. в 1966 году [79]. Позднее было выявлено, что опухоли различной локализации усиливают пролиферативные способности эндотелия роговицы человека. Плотность эндотелиоцитов у таких больных значительно выше, чем в контрольных группах, при этом увеличено число малых клеток и наблюдаются фигуры митоза — профаза и телофаза [84].

    В исследованиях, проведенных в МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова в 1993 году на плоскостных препаратах роговичного эндотелия больных сахарным диабетом средней и высокой степени тяжести под сканирующим электронным микроскопом, были выявлены различные фигуры митоза. Вопрос, почему происходит активация деления клеток эндотелия роговицы у больных сахарным диабетом, на сегодняшний день остаётся открытым [22].

    В настоящее время уже ведутся работы по изучению имплантации культивируемых эндотелиальных клеток роговицы человека через клеточный носитель в качестве альтернативной терапевтической стратегии. Однако данная проблема требует дальнейшего изучения [55, 68, 71, 80].