Впервые анатомо-функциональные особенности нервных волокон роговицы (НВР) были описаны Фридрихом Шлеммом в 1831 г. [1]. В настоящее время интерес к детальному исследованию НВР обусловлен не только изучением их изменений в результате глазных заболеваний и/или различных хирургических вмешательств на поверхности роговицы, но и необходимостью решения задач междисциплинарного — неврологического, эндокринологического — характера. В последнем случае НВР можно потенциально рассматривать в качестве маркера системных изменений нервных окончаний, поскольку природная прозрачность роговицы позволяет прижизненно и неинвазивно визуализировать ее нервные волокна.
Современное представление о строении НВР основывается, главным образом, на данных световой и электронной микроскопии. В 1912 г. исследователю G. Attias методом окрашивания человеческих роговичных лоскутов «золотым хлоридом» удалось визуализировать НВР, отметив их ход и особенности ветвления [2]. Обнаружение нервных сплетений в субэпителиальном слое роговицы было продемонстрировано в исследовании J. Cohnheim в 1867 г. [3]. Изучение гистологических срезов роговицы с помощью метода импрегнации серебром позволило визуализировать дендритные клетки (H. Pau, 1957) [4], наличие которых было подтверждено и методом электронной микроскопии [5]. С применением последней более подробно была рассмотрена структура НВР [6, 7]. Поскольку нервные волокна подвержены быстрому развитию дегенеративных процессов с изменением их биохимических и биофизических характеристик, для информативного анализа ультраструктуры нерва необходима свежая роговица, что представляет определенные трудности с поиском подходящего материала [8].
В 1955 г. американский исследователь M. Minsky смоделировал конфокальный микроскоп, в устройстве которого осветитель и объектив сфокусированы в одной точке, благодаря чему прибор приобретал высокую разрешающую способность, позволяя обеспечивать детальное изображение исследуемого объекта [9, 10]. Метод конфокальной микроскопии роговицы (КМР), активно использующийся в клинической практике, создал возможности для исследования каждого слоя роговицы на клеточном уровне in vivo с разрешающей способностью до 1 мкм [11]. С помощью данного метода хорошо визуализируются субэпителиальное и суббазальное нервные сплетения, волокна которых в норме выглядят яркими длинными тяжами, имеющими параллельный ход. Волокна глубокого стромального нервного сплетения представлены в виде тонких, ярких рефлектирующих полос, расположенных вертикально или по косой параллельно друг другу, часто определяется бифуркация в виде буквы Y [12, 13].
КМР может служить полезным диагностическим методом, позволяющим оценивать изменения НВР у пациентов, страдающих сахарным диабетом (СД). Ряд исследователей отмечают, что показатели плотности, длины, извитости НВР у пациентов с диабетической сенсомоторной нейропатией (ДСМН) изменяются уже на субклинической стадии, в то время как электрофизиологическое исследование на данной стадии не всегда обнаруживает признаки ДСМН, а результаты количественных сенсорных тестов и неврологических шкал отличаются широкой вариабельностью [14—18].
Метод конфокальной микроскопии используется в диагностике повреждения НВР при нейропатиях малых нервных волокон различного генеза (наследственная нейропатия Шарко—Мари—Тута, полинейропатия при болезни Фабри, полинейропатия, возникшая после химиотерапии) [19—21]. У пациентов с вышеперечисленными заболеваниями определялись достоверное уменьшение плотности и увеличение извитости НВР, образующих суббазальное нервное сплетение. Также исследователи отметили повышение количества дендритных клеток в эпителии роговицы, предположив их участие в патогенезе повреждения малых нервных волокон [22].
Известно, что роговица является одной из наиболее высокочувствительных тканей человеческого организма благодаря ее обильной иннервации. Высокая чувствительность роговицы является ее отличительной особенностью, раздражение сенсорных нервных окончаний эпителия роговицы реализуется в активный роговичный рефлекс, в результате чего обеспечиваются увлажнение роговичного эпителия, а также защита от внешних воздействий. Чувствительные НВР берут начало в тройничном ганглии (gangl. trigemenale), следуя в составе глазного нерва (n. ophthalmicus) — первой ветви тройничного нерва (n. trigeminus). Прободая склеру, сенсорные нервные волокна входят в состав длинных ресничных нервов, которые являются ветвями носоресничного нерва (n. nasocilliaris) [23].
В ряде случаев дополнительным источником иннервации роговицы служит верхнечелюстной нерв (n. maxillaris), представляющий собой вторую ветвь тройничного нерва [24]. В передней части стромы роговицы ветви длинных ресничных нервов, теряя миелиновую оболочку, организуются в нервные пучки, окруженные шванновскими клетками, и образуют субэпителиальное нервное сплетение [25].
Отсутствие миелиновой оболочки НВР является одним из условий поддержания прозрачности роговицы. Ранее исследователи, изучив развитие нервного аппарата роговицы куриного эмбриона в процессе эмбриогенеза, продемонстрировали влияние формирующегося нервного аппарата роговицы на степень ее прозрачности. Так, к 3-му дню эмбрионального развития нервные волокна, следуя от узла тройничного нерва, обнаруживаются в зоне лимба, на 11-й день НВР проникают в ее слои, на 13-й — под поверхностный эпителий. На этом этапе эмбриогенеза непрозрачная роговица вследствие процесса дегидратации постепенно приобретает прозрачность [26].
НВР имеют преимущественно параллельную ориентацию соответственно строению коллагеновых фибрилл стромы роговицы. Проникая через мембрану Боумена, аксоны лишаются шванновских клеток и за счет вертикального и горизонтального ветвления образуют суббазальное, а затем интраэпителиальное нервные сплетения. В области поверхностных эпителиальных слоев НВР заканчиваются свободными нервными окончаниями [27—29].
НВР представлены двумя основными типами — слабомиелинизированными А-δ-волокнами (cо скоростью проведения возбуждения около 6 м/с) и немиелинизированными С-волокнами (со скоростью проведения возбуждения менее 2 м/с). Нервные окончания связаны с различными группами рецепторов, которые представлены механоноцицепторами, восприимчивыми к механическому воздействию на поверхность роговицы, полимодальными ноцицепторами, проводящими возбуждение под воздействием высоких температур, экзогенных химических агентов, эндогенных воспалительных медиаторов, и холодовыми рецепторами, реагирующими на испарение слезной пленки, действие холодного воздуха, снижение температуры поверхности роговицы ниже 33 °C. В работах Belmonte и Giraldez отмечены функциональная гетерогенность нервов роговицы, а также наличие большого количества рецептивных полей благодаря высокой плотности НВР. Размеры рецептивных полей различны и изменяются в зависимости от функционального класса нервных волокон [30—32]. Полимодальные ноцицепторы и механоноцицепторы имеют обширные рецептивные поля, в то время как представительство рецептивных полей холодовых рецепторов, расположенных примущественно в перилимбальной области, имеет меньшую величину. Соседние рецептивные поля перекрываются, обеспечивая повышенную восприимчивость в ответ даже на слабый внешний стимул. В последнее время активно изучаются электрофизиологические функции и роль холодовых рецепторов в поддержании нормального состояния глазной поверхности. Холодовые рецепторы, локализующиеся в афферентных окончаниях роговицы, известные как TRPM8-каналы, чувствительны не только к охлаждению, но и к повышенному осмотическому давлению слезы. Гиперосмолярность, а также увеличение скорости охлаждения с последующим испарением слезной пленки приводят к повышению ноцицептивной активности, запуская механизм базальной секреции слезы. Ряд авторов отводят данному виду рецепторов ключевую функцию в защите глазной поверхности от внешних воздействий [33—35].
Роговица содержит различные ростовые факторы, среди которых выделяют NGF, BDNF, NT-3, NT-4, а также глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Вышеперечисленные факторы роста относятся к семейству нейротрофинов, кроме GDNF, который принадлежит к группе гомологичных гетеродимерных белков семейства TGFβ (трансформирующий ростовой фактор). Различные клинические испытания продемонстрировали роль NGF в процессе регенерации эпителия роговицы; продолжаются изучение, оценка эффективности и безопасности NGF в лечении нейротрофических язв роговицы, его влияние на скорость восстановления НВР и чувствительности роговицы после рефракционных вмешательств.
В результате проведенных исследований обнаружено, что химический состав НВР представлен множеством нейротрансмиттеров, включающих субстанцию Р, кальцитонин, генсвязывающий белок, нейропептид У, галанин, ацетилхолин и др. Таким образом, состав НВР роговицы весьма разнообразен и представлен пептидергическими, симпатическими и парасимпатическими нервными волокнами [36, 37].
Измерение чувствительности роговицы представляется важным в оценке состояния глазной поверхности при различных патологиях — СД, вирусном и нейропаралитическом кератитах, синдроме сухого глаза; состояниях после рефракционных операций. Известно, что чувствительность роговицы изменяется под действием физиологических факторов. Ряд исследований продемонстрировали суточные колебания чувствительности роговицы, связь показателей порога корнеальной чувствительности с различным цветом радужки людей [38—40].
Первые попытки произвести количественное измерение чувствительности роговицы были предприняты немецким физиологом Максом фон Фреем (Max von Frey) в 1894 г. Ученый предложил использовать фрагменты конского волоса разного диаметра и длины, которые оказывали давление на роговицу. В 1955 г. Boberg-Ans ввел в практику эстезиометр, представляющий собой нейлоновую нить и работающий по принципу раздражения механорецепторов роговицы при ее касании. Cochet-Bonnet в 1960 г. усовершенствовал эстезиометр Boberg-Ans, изменив конструкцию держателя нейлоновой нити и ее диаметр. Посредством изменения длины нити создается различная степень ее давления в момент касания роговицы, что позволяет контролировать интенсивность воздействия [41]. Главными достоинствами метода являются простота его выполнения и возможность проведения исследования без специальной подготовки пациента.
Среди недостатков данного метода следует отметить его инвазивность, повреждение эпителия роговицы при контакте с нитью, ограниченный диапазон интенсивности давления нити, воспроизведение стимулов надпорогового уровня, отрицательную психологическую восприимчивость исследования пациентами, необходимость самостоятельной оценки силы воздействия для определенной длины нити и невозможность точной оценки приложенного усилия. Влажность воздуха и частота использования оказывают влияние на структуру нейлоновой нити, изменяя ее форму, что приводит к появлению ошибок в измерениях. Форма концевой части нейлоновой нити не является идентичной; таким образом, распределение давления конца нити на роговицу остается неизвестным [42, 43].
В отечественной практике для оценки чувствительности роговицы использовался волосковый метод, предложенный А.Я. Самойловым в 1951 г. Метод заключается в последовательном касании роговицы в 13 точках несколькими волосками с различной силой давления (обычно с силой 0,3; 1 и 10 г на 1 мм2, иногда добавляют волосок с силой 3 г на 1 мм2). Чувствительность роговицы определяется по тому волоску, который вызвал ощущение при касании. В разных точках роговицы возможны разные показатели чувствительности, в таком случае учитывают чувствительность в каждой исследуемой точке. Показатели чувствительности считаются нормальными, когда тактильное ощущение при касании волоска с силой давления 0,3 г/ мм2 возникает в 7—8 точках, с силой 1 г/мм2 — в 11—12 точках, а волосок, давление которого 10 г/мм2, вызывает у пациента и тактильные, и болевые ощущения [44]. Принципом механического воздействия на роговицу также обладают эстезиометры моделей Б.Л. Радзиховского (1960), А.М. Добромыслова — В.А. Ромашевского (1970). Невозможность стерилизации и отрицательная психологическая восприимчивость пациентом данных методов ограничивают их применение в практике врача [45, 46].
Поскольку эстезиометры, работающие по принципу механического раздражения роговицы, способны вызывать повреждение клеток эпителия, исследование чувствительности роговицы в некоторых группах больных (находящихся в состоянии после рефракционных операций; с рецидивирующей эрозией роговицы) представляется затруднительным.
Необходимость в более совершенных приборах для оценки чувствительности роговицы возрастала. Поиск альтернативного подхода к измерению чувствительности роговицы привел к созданию новых методов эстезиометрии. В работе J. Draeger (1979) использовался электронно-оптический эстезиометр, N. Brennan (1989) описал применение углекислотного лазера, действующего на терморецепторы роговицы.
Позднее были опубликованы работы о применении пневматических эстезиометров, в которых в качестве раздражителя использовался воздушный импульс. В отличие от эстезиометров, создающих непосредственный контакт с роговицей, воздушный импульс пневматического эстезиометра, усиливая испарение прекорнеальной слезной пленки, создает локализованное охлаждение глазной поверхности, передаваемое эпителию роговицы, — пациентом данное воздействие ощущается как чувство легкого дуновения воздуха и является абсолютно безболезненным. Прибор определяет пороговую величину ощущения охлаждения роговицы путем подачи воздушных стимулов разной интенсивности. С помощью шлирен-интерферометра контролируется точность воздействия на соответствующую зону роговицы и определяются характеристики воздушного потока. Несомненными преимуществами эстезиометра являются возможность измерения давления воздушного импульса, управление длительностью воздействия на роговицу, исключение сверхпорогового уровня раздражения роговицы; кроме того, условия окружающей среды не изменяют свойства данного прибора [47, 48]. Бесконтактный эстезиометр не вызывает повреждения эпителия роговицы, исследователями продемонстрировано его широкое применение среди пациентов, использующих контактные линзы, а также находящихся в состоянии после фоторефракционной кератэктомии (ФРК), LASIK [49, 50]. Оценивая возможности пневматического и Cochet-Bonnet эстезиометров, исследователи отмечают, что данные приборы воздействуют на разные типы нервных волокон. Так, в ответ на давление нейлоновой нити реагируют преимущественно слабомиелинизированные А-δ-волокна, к изменению температуры при раздражении роговицы воздушным импульсом в большей степени восприимчивы немиелинизированные С-волокна. Исследователи связывают различия в реакции этих типов нервных волокон на раздражители разной модальности с их расположением в эпителии роговицы [51].
Перспективы внедрения в клиническую практику неинвазивных, обладающих высокой точностью методов исследования анатомических и функциональных особенностей НВР связаны с необходимостью своевременной диагностики и мониторинга не только изменений роговицы, но и различных системных полинейропатий.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сведения об авторах
Черненкова Наталья Александровна — аспирант
e-mail: natalia_chernenkova@mail.ru