Кератоконус (КК) — невоспалительное эктатическое заболевание роговицы, проявляющееся деструктивными изменениями, прогрессирующим истончением и выпячиванием ее центральной части. Заболевание чаще носит двусторонний характер и, как правило, имеет хроническое течение; прогрессирование заболевания приводит к конусовидной деформации роговицы и, соответственно, к развитию иррегулярного астигматизма с выраженным снижением зрительных функций [1–9].

К настоящему времени значительно усовершенствованы методы диагностики КК и лечения пациентов с этим видом кератэктазии. Однако не существует единой точки зрения в отношении оптимальной тактики ведения пациентов, спорной остается и эффективность проводимой терапии в связи с отсутствием желаемых результатов. По этой причине лечебные мероприятия, направленные на стабилизацию и оптическую коррекцию КК, требуют дальнейшего изучения и совершенствования [6–12]. Менее изученными остаются ультраструктурные механизмы и особенности альтерации тканей, лежащие в основе этиологии и патогенеза КК. В связи с чем в последнее время особую актуальность приобретают исследования структурных изменений, лежащих в основе прогрессирования этого вида протрузии роговицы, а также изучение эффективности различных методов терапии в ракурсе их влияния на морфологические характеристики тканей роговицы [5–8, 10, 11, 13–15].

На сегодняшний день при лечении пациентов с КК наиболее широкое распространение получила процедура ультрафиолетового кросслинкинга («перекрестная сшивка—связывание» — от англ. «cross-linking») роговичного коллагена (КРК) с рибофлавином — минимально инвазивная хирургическая техника, направленная на увеличение биомеханической прочности стромы роговицы за счет молекулярной стабилизации ее коллагеновых волокон. Рибофлавинсенсибилизированный ультрафиолетовый кросслинкинг проводят с целью замедления или полноценной остановки прогрессирования кератэктазии. Стандартной считается методика проведения рибофлавин-УФА-индуцированной «сшивки», предложенная проф. G. Wollensak и соавторами в 2003 г. — так называемый Дрезденский протокол, включающий деэпителизацию центральной зоны роговицы диаметром 8–10 мм, пропитывание роговицы 0,1% раствором рибофлавина с 20% раствором декстрана в течение 30 мин до УФА-облучения и каждые 5 мин во время самого УФА-облучения роговицы, облучение роговицы ультрафиолетом-А длиной волны 370 нм с интенсивностью излучения 3,0 мВт/см² и общей дозой облучения 5,4 Дж/см2. К настоящему времени разработан и введен в клиническую практику ряд модификаций и комбинаций КРК [5–8, 11, 13, 16–18].

Считается, что при КК в строме роговицы снижено количество естественных диагонально ориентированных связей между микрофибриллами коллагена, в результате чего нарушена организация коллагена в строме и, соответственно, снижена биомеханическая прочность роговицы. Физической основой метода КРК является фотодинамический эффект, непосредственно приводящий к структурным изменениям в тканях роговицы (так называемый инжиниринг тканей) — к созданию дополнительных поперечных (электростатических, гидрофобных, водородных и ковалентных) внутри- и межмолекулярных химических связей в коллагеновых волокнах стромы [11, 13, 16–19]. Серия фотохимических реакций приводит к фотополимеризации коллагена — формированию многочисленных поперечных «сшивок» в фибриллах коллагена стромы роговицы. Таким образом, происходит «уплотнение» коллагеновых волокон, сопровождающееся биомеханическим «упрочнением» тканей роговицы с повышением ее биохимической стабильности и биомеханической прочности [5–8, 10, 11, 13, 14, 16, 19].

Отдельного рассмотрения заслуживают вопросы клинической эффективности проводимого КРК. Большинство авторов отмечают положительный послеоперационный результат в течение продолжительного периода наблюдения — стабилизацию кератэктазии, повышение зрительных функций, положительный рефракционный эффект по данным кератометрии и кератотопографии, уменьшение аберраций волнового фронта и улучшение биомеханических свойств роговицы [5–8, 14, 16, 20]. Анатомические изменения в результате проведения КРК можно наблюдать при биомикроскопии на щелевой лампе и при оптической когерентной томографии — эпителизацию в пределах операционной зоны, послеоперационное помутнение роговицы и демаркационную линию, отграничивающую «уплотненные» передние две трети роговицы от интактной задней трети [5–8, 11, 14, 20]. Все вышеуказанные клинические эффекты свидетельствуют в пользу того, что на микроструктурном уровне методика КРК оказывает прямое воздействие на морфологию роговицы и на патогенетические механизмы, лежащие в основе развития КК.

Визуализирующие методы исследования структуры роговицы при кератоконусе

К визуализирующим методам исследования при КК относят биомикроскопию, оптическую когерентную томографию (ОКТ) переднего отрезка глаза, комплексное исследование роговицы при помощи оптического анализатора, а также световую и лазерную конфокальную микроскопию.

Биомикроскопия при помощи щелевой лампы позволяет выявлять при осмотре пациентов с КК такие характерные клинические симптомы, как: симптом «гаснущей звезды» или симптом «фейерверка», пигментное кольцо Флейшера в основании эктазии, локальное истончение роговицы в области верхушки эктазии, стрии Вогта (складки десцеметовой мембраны), проминирующие нервные волокна, разрывы десцеметовой мембраны, отечность, помутнение и рубцевание стромы роговицы в области вершины протрузии. После проведения рибофлавин-УФА-индуцированной «сшивки» при осмотре на щелевой лампе наблюдают реэпителизацию роговицы (в течение двух—пяти дней после операции) и транзиторную отечность и псевдохейз в передних и средних слоях стромы (несколько месяцев после КРК) [1, 2, 4–9, 14, 15, 17, 21–23].

ОКТ переднего отрезка глаза основана на комплексном анализе отражения низкокогерентного (ближнего инфракрасного диапазона) излучения от различных по оптическим свойствам тканей роговицы. Эхозадержка отраженной световой волны отображает оптическую структуру биологических срезов, исходя из интенсивности и глубины получаемого сигнала. ОКТ роговицы при КК позволяет оценивать прозрачность (оптическую плотность) роговицы (денситометрия), визуализировать слои роговицы (кератотомография) благодаря разнице в их оптической плотности, измерять толщину роговицы (кератопахиметрия) и анализировать форму ее поверхности (кератотопография). Таким образом, ОКТ при КК дает возможность визуализировать локальное истончение роговицы, ее отечность, стромальные помутнения в передних отделах и топографическую карту ее передней и задней поверхностей. После КРК при помощи ОКТ можно наблюдать демаркационную линию на глубине фотодинамического воздействия (от двух недель до нескольких месяцев после операции), явления транзиторного отека и псевдохейза с увеличением толщины роговицы в передних и средних ее отделах (несколько месяцев после КРК) и последующее уменьшение толщины роговицы, вызванное уплотнением ее стромы (после исчезновения явлений псевдохейза) [5–9, 14, 15, 17, 21–23].

Комплексное исследование роговицы при помощи компьютерных оптических анализаторов переднего отрезка глаза сканирующего типа («Orbscan», Technolas, Германия) или основанных на ротационной Шаймпфлюг-камере («Pentacam», Oculus, Германия; «Sirius», Schwind, Германия; «Galiliei», Ziemer Ophthalmic Systems, Швейцария) сочетает в себе сканирующее исследование роговицы монохроматическим источником света синей части спектра и оригинальное программное обеспечение. В результате одна диагностическая платформа позволяет проводить целый комплекс методов исследования: кератометрию, кератотопографию, кератотомографию, абберометрию, кератопахиметрию и денситометрию. Программное обеспечение анализаторов моделирует карты толщины роговицы, ее формы и преломляющей силы, а также рассчитывает кератотопографические индексы и вероятность наличия КК. По результатам комплексной кератотопографии осуществляют диагностику кератэктазии и мониторинг прогрессирования заболевания, а также оценивают результаты проведенного лечения.

Основными диагностическими критериями КК являются данные кератометрии, кератотопографические индексы и характерные паттерны кривизны и формы роговицы. Послеоперационно можно наблюдать уменьшение преломляющей силы роговицы, снижение кератотопографических индексов, сглаживание вершины эктазии и уменьшение аберраций волнового фронта [1, 2, 5–9, 14, 15, 17, 21–23].

Все вышеуказанные визуализирующие методы исследования роговицы позволяют проводить клиническую диагностику КК и динамическое наблюдение за состоянием пациентов. Однако в силу низкой разрешающей способности приборов перечисленные выше методы не дают возможность исследовать структуру роговицы, поэтому для ее визуализации наиболее эффективной методикой является конфокальная микроскопия.

Морфологические особенности роговицы при кератоконусе по данным конфокальной микроскопии

В настоящее время для прижизненного неинвазивного исследования морфологии тканей стали доступны такие прецизионные методы, как световая и лазерная конфокальная микроскопия роговицы (КМР), позволяющие высокоточно визуализировать структуры роговицы в норме и при различных патологических состояниях in vivo.

Обе методики в высокой степени достоверности позволяют получать объективные качественные и количественные сведения о морфологических характеристиках тканей роговицы даже при начальных проявлениях КК, а также изучать особенности альтерации и восстановления тканей роговицы в результате проведения КРК.

Конфокальный микроскоп (ConfoScan 4, Nidek Technologies Srl, Япония) работает по типу классического светового оптического микроскопа, однако отличительной особенностью его конструктива является реализация оптического принципа конфокальности, за счет чего прибор отсекает потоки фонового рассеянного света, излучаемого не из фокальной (предметной, заданной, изучаемой) плоскости роговицы. В результате световая КМР обладает значительным контрастом и пространственным разрешением по сравнению с классической световой микроскопией: контролируемое ограничение глубины фокуса оптической системы формирует изображения очень тонких срезов изучаемого объекта на разных уровнях глубины [21, 24, 25].

Более современным методом КМР является лазерная сканирующая КМР, выполняемая на базе лазерного сканирующего Гейдельбергского ретинального томографа (HRT, Heidelberg Retina Tomograph, Heidelberg Engineering, Германия) с использованием специальной роговичной насадки (модуля) Rostock Cornea Module. Особенности работы HRT-томографа с роговичным модулем аналогичным образом базируются на том же оптическом принципе конфокальности, однако в качестве источника света используется специально сфокусированный лазерный луч. По сравнению со световой КМР лазерная сканирующая КМР обладает высокой визуализирующей способностью, что дает возможность получать реалистичные изображения максимально возможного разрешения и на ультраструктурном уровне изучать морфологические особенности всех слоев роговицы in vivo [21, 24–28].

Морфологические и ультраструктурные изменения в тканях роговицы при КК весьма многообразны и достаточно широко изучены при помощи КМР: эти изменения носят деструктивный и/или дегенеративный характер и наблюдаются преимущественно в соединительно-тканной строме зоны эктазии. Гистологическая картина роговицы при КК по данным КМР имеет ряд морфологических особенностей. Чем тяжелее патологический процесс, тем большие изменения выявляются при КМР. Характерные структурные изменения роговицы при КК, по данным КМР [5–8, 29–53], представлены в таблице.

Морфологические изменения при кератоконусе

Морфологические изменения в роговице при кератоконусе после кросслинкинга роговичного коллагена

По данным КМР, проведение процедуры КРК приводит к существенным изменениям в операционной зоне роговицы со стороны всех ее морфологических структур. К настоящему времени многочисленными исследованиями были определены характерные структурные изменения роговицы in vivo в разные сроки наблюдения после перенесенного КРК.

Результаты основополагающих исследований в области рибофлавин-УФА-индуцированных морфологических изменений в тканях роговицы согласуются между собой; авторы последовательно излагают особенности структурных характеристик роговицы, по данным КМР, в разные сроки наблюдения (вплоть до нескольких лет) после проведения КРК в соответствии со стандартным Дрезденским протоколом.

Эпителий. После проведения КРК эпителизацию роговицы наблюдают в период от 2 до 5 дней [33, 34, 54, 55]. В раннем послеоперационном периоде (до 7 дней) при помощи КМР удается визуализировать явления эпителиопатии в виде увеличения числа слущивающихся клеток, ярких ядер эпителиоцитов, полиморфизма клеток базального слоя и их различную контрастность. Спустя 1 мес после проведения процедуры КРК явления выраженной эпителиопатии исчезают, эпителиоциты визуализируются с четкими границами, полиморфизм становится менее выраженным, ядра остаются гиперрефлективными. К 3 мес после КРК эпителий почти достигает толщины эпителия здоровой роговицы, проходит расслоение базального эпителия и происходит сглаживание неровностей поверхности роговицы. В последующие сроки наблюдения данная картина не меняется [20, 52, 54, 55]. Клетки Лангерганса не определяются в 1-й месяц после КРК, их появление в операционной зоне роговицы можно видеть на 2–3-м месяце наблюдения [52].

Боуменова мембрана. Первоначально в боуменовой мембране наблюдают появление гиперрефлективных зон различной степени выраженности. Через 1 мес после процедуры прозрачность боуменовой мембраны восстанавливается до предоперационного уровня. Картина остается неизмененной на протяжении всего периода наблюдения [54].

Строма и кератоциты. В первые дни после КРК до завершения эпителизации (период от 2 до 5 дней) наблюдают выраженный транзиторный отек наружных слоев стромы роговицы [34, 56]. После завершения эпителизации достоверно выявляют псевдохейз роговицы — помутнение поверхностного и среднего слоев стромы, обусловленное гибелью кератоцитов и развитием лакунарного отека в операционной зоне. Снижение числа (плотности) кератоцитов, вызванное их апоптозом (фотонекрозом), в передних и средних слоях стромы на глубине 200–300 мкм можно наблюдать уже с первых дней (в 1-ю неделю) после КРК. При КМР апоптоз кератоцитов визуализируется в виде множественной сетчатой структуры по типу «пчелиных сот», свидетельствующей о наличии лакунарного отека вокруг погибающих кератоцитов, что и обуславливает явления псевдохейза. При этом ядра кератоцитов в операционной зоне не визуализируются или определяются разрозненными, предположительно фрагментированными. А в задних слоях стромы роговицы плотность кератоцитов после КРК не изменяется. Задние слои стромы роговицы, не подвергшиеся рибофлавин-УФА-индуцированной «сшивке», в принципе остаются интактными во все сроки наблюдения [33, 34, 52, 54, 56–58].

В течение 1-го месяца субэпителиальный псевдохейз роговицы сохраняется. К концу 1-го месяца в передних и средних слоях стромы роговицы появляются новые кератоциты [33, 34, 52].

На протяжении первых 3–4 мес наблюдения после КРК роговица постепенно восстанавливает свою прозрачность. Явления лакунарного отека постепенно уменьшаются, уменьшается сетчатая структура, строма становится более гомогенной. В операционной зоне отмечают регенерацию (репопуляцию) кератоцитов с появлением активированных кератоцитов [34, 52, 54, 56, 57]. Через 3—4 мес в зоне воздействия на глубине до 300 мкм появляется складчатость, обусловленная так называемым эффектом стягивания, возникающим в результате «сшивки» коллагена. При этом визуализируют уплотнение волокнистых структур в строме передней и средней трети роговицы. В ходе длительного наблюдения складчатость передних слоев стромы сохраняется в том же виде [54, 56].

К 6–12 мес после перенесенного КРК плотность кератоцитов (популяция кератоцитов) полностью восстанавливается до предоперационного уровня и остается неизмененной в течение всего периода наблюдения. Также наблюдают повышение плотности (компактизацию) коллагеновых волокон и рефлективности экстрацеллюлярного матрикса стромы роговицы на глубине до 350 мкм, что сопровождается значительным повышением прочности тканей роговицы [20, 33, 34, 52, 54, 55, 57, 58].

Как специфическое осложнение КРК иногда в строме роговицы можно визуализировать фибропластические изменения [34, 52].

При помощи КМР может быть хорошо визуализирована зона перехода «сшитых» передних и средних слоев стромы в интактные задние отделы роговицы — как демаркационная линия на глубине приблизительно 300 мкм уже через 2 нед после проведения КРК. Демаркационную линию можно определять как границу между подвергшейся кросслинкингу зоной («сшитыми» тканями роговицы) и интактной зоной («несшитыми» тканями): при этом «сшитые» ткани визуализируются как область помутнения в передней и средней строме роговицы, что соответствует зоне с сотовидным лакунарным отеком и апоптозом кератоцитов. В дальнейшем демаркационная линия при КМР может быть определена как зона перехода от морфологически здоровых кератоцитов к удлиненным гиперрефлективным иглообразным образованиям и крупным гиперрефлективным полосам [52, 57, 59].

Десцеметова мембрана. По результатам исследований не было выявлено достоверных изменений в области десцеметовой мембраны [33, 34, 52, 54, 56, 57].

Эндотелий. В послеоперационном периоде наблюдают предоперационное состояние клеток в зависимости от стадии КК. Эндотелий, не подвергшийся рибофлавин-УФА-индуцированной «сшивке», в принципе остается неизменным во все сроки наблюдения [33, 34, 52, 54, 56—58].

Нервные волокна роговицы. В результате проведения КРК наблюдают потерю поверхностных (суббазальных) нервов (уменьшение их общего количества и снижение количества отростков от основных нервных стволов) [33, 57]. Активное восстановление их плотности (реиннервация) происходит на 2–3-м месяце наблюдения из нативных субэпителиальных нервных скоплений путем активного прорастания нервных волокон и достигает предоперационного уровня к 6–12 мес после перенесенного КРК с восстановлением их предоперационной аномальной морфологии и архитектоники [52, 53, 55, 57].

Таким образом, после рибофлавин-индуцированного ультрафиолетового кросслинкинга наиболее выраженные изменения визуализируют при помощи КМР в передней и средней строме роговицы; именно эта зона претерпевает значительное ремоделирование межклеточного вещества, выраженную клеточную трансформацию и преобразование биомеханических свойств в результате проводимого лечения. Изменения эпителия и боуменовой мембраны, наблюдаемые после КРК, предположительно носят вторичный характер и являются следствием модифицирования стромы. Интактность задних слоев стромы, десцеметовой мембраны и эндотелия свидетельствует о безопасности процедуры и о возможности контроля степени и глубины фотополимеризации коллагена в строме роговицы. Следует отметить, что установленные морфологические изменения объясняют механизм стабилизации кератэктазии, эффективность проводимого КРК и улучшение клинической симптоматики.

Заключение

Данные КМР позволяют достоверно подтвердить терапевтическую эффективность, этиотропную и патофизиологическую ориентированность и обоснованность проведения рибофлавин-индуцированного ультрафиолетового кросслинкинга при лечении пациентов с КК, исследовать особенности биологического воздействия этого метода лечения на ткани роговицы и разрабатывать новые наиболее эффективные модификации и комбинации КРК, а также изучать ультраструктурные изменения и механизмы, лежащие в основе развития КК.

Изучение морфологии роговицы по данным КМР после проведения КРК по поводу КК необходимо для мониторинга патологического процесса, оценки эффективности проводимого лечения и определения дальнейшей тактики ведения пациентов.

Актуальной остается задача по изучению нервных волокон роговицы при развитии кератоконуса и после КРК, в том числе в отдаленные сроки после процедуры кросслинкинга: в настоящее время количество исследований, посвященных изучению морфологии, архитектоники и ориентации нервных волокон, весьма ограничено.

В последнее время ведутся активные исследования, открывающие дополнительные перспективы применения рибофлавин-индуцированного ультрафиолетового кросслинкинга. Перспективными представляются дальнейшие разработки современных модификаций и комбинаций стандартного протокола рибофлавин-УФА-индуцированной «сшивки». Исключение этапа деэпитализации (трансэпителиальный КРК), изменение зоны рибофлавин-индуцированного ультрафиолетового кросслинкинга (персонализированный КРК), варьирование временем, интенсивностью и дозой УФА-облучения (ускоренный КРК), применение различных фотосенсибилизирующих препаратов (КРК тонких роговиц), интраоперационное использование контактных линз (КРК тонких роговиц), различная степень пропитывания роговицы фотосенсибилизатором, изменение формы и способа насыщения стромы фотосенсибилизатором (фемтосекундный КРК) и проч. позволяют расширить спектр показаний и сферу применения рибофлавин-УФА-индуцированного кросслинкинга.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.