Корнеосклеральная оболочка глаза: анализ структурно- биомеханических особенностей в возрастном аспекте. Обзор литературы

Структурно-биомеханические свойства корнеосклеральной оболочки глаза во многом определяют ее анатомо-оптические параметры, опорную и защитную функцию, поэтому изменения, связанные с процессом возрастной перестройки, могут отражаться на состоянии роговицы и склеры, что необходимо учитывать при диагностике заболеваний глаз, особенно, развивающихся в пожилом возрасте. Анализ современной литературы показывает, что возрастные изменения корнеосклеральной оболочки глаза затрагивают все соединительнотканные компоненты экстрацеллюлярного матрикса: фибриллярные белки (коллаген и эластин), а также компоненты межуточной субстанции (протеогликаны и гликозаминогликаны). Выявлено, что у лиц пожилого возраста диаметр фибрилл эластических волокон склеры в наружном отделе больше, в то время как в центре плотность фибрилл меньше, чем в молодом возрасте, что свидетельствует о повреждении эластина на молекулярном уровне и дегенерации фибрилл. Возрастные изменения протеогликанов проявляются, прежде всего, в уменьшении гидратации; это ведет к увеличению плотности роговицы и склеры и регионарному истончению тканей. Возрастные изменения коллагена выражены в меньшей степени, чем эластина и протеогликанов. Тем не менее, с возрастом в роговице сокращается расстояние между коллагеновыми фибриллами, отмечается их разрушение и появление в задней строме небольших пространств, лишенных коллагена. Наиболее выраженные возрастные дегенеративные изменения коллагена в глубоких слоях стромы роговицы происходят в области лимба, где накапливается коллаген с большей, чем в норме, периодичностью. Исследования последних лет показали, что важнейшим структурным фактором является формирование перекрестных (поперечных) химических связей — внутри- и межмолекулярных сшивках коллагена. Именно этот процесс отвечает за структурную стабильность ткани роговицы и склеры, которая изменяется с возрастом, а также при некоторых заболеваниях глаза, таких как кератоконус и прогрессирующая миопия. Очевидно, необходимы клинические технологии, позволяющие адекватно оценивать биомеханический статус фиброзной оболочки глаза.

1. Иомдина Е. Н., Бауэр С. М., Котляр К. Е. Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения. Москва: Реальное время; 2015.

2. Eysteinsson T., Jonasson F., Sasaki H., Arnarsson A., et al. Central corneal thickness, radius of the corneal curvature and intraocular pressure in normal subjects using non-contact techniques: Reykjavik Eye Study. Acta Ophthalmol Scand. 2002;80 (1):11‑15.

3. Kaufmann C., Bachmann L. M., Robert Y. C., Thiel M. A. Ocular pulse amplitude in healthy subjects as measured by dynamic contour tonometry. Arch Ophthalmol. 2006;124 (8):1104‑1108.

4. Liu J. H., Kripke D. F., Twa M. D., Hoffman R. E., et al. Twenty-four-hour pattern of intraocular pressure in the aging population. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1999;40 (12):2912‑2917.

5. Buzard K. A. Introduction to biomechanics of the cornea. Refract Corneal Surg. 1992;8 (2): 127‑138.

6. D. M. M. The cornea and the sclera. In: Davson Y, ed The Eye: Vegetative Physiology and Biochemistry. Orlando, Florida: AcademicPress; 1984. p. 1‑58.

7. Boote C., Dennis S., Huang Y., Quantock A. J., Meek K. M. Lamellar orientation in human cornea in relation to mechanical properties. J Struct Biol. 2005;149 (1):1‑6.

8. Borcherding M. S., Blacik L. J., Sittig R. A., Bizzell J. W., Breen M., Weinstein H. G. Proteoglycans and collagen fibre organization in human corneoscleral tissue. Exp Eye Res. 1975;21 (1):59‑70.

9. Komai Y., Ushiki T. The three-dimensional organization of collagen fibrils in the human cornea and sclera. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1991;32 (8):2244‑2258.

10. Olsen T. On the calculation of power from curvature of the cornea. Br J Ophthalmol. 1986;70 (2):152‑154.

11. Shimmyo M., Orloff P. N. Corneal thickness and axial length. Am J Ophthalmol. 2005;139 (3):553‑554.

12. Olsen T. W., Aaberg S. Y., Geroski D. H., Edelhauser H. F. Human sclera: thickness and surface area. Am J Ophthalmol. 1998;125 (2):237‑241.

13. Haider K. M., Mickler C., Oliver D., Moya F. J., Cruz O. A., Davitt B. V. Age and racial variation in central corneal thickness of preschool and school-aged children. J Pediatr Ophthalmol Strabismus. 2008;45 (4):227‑233.

14. Aghaian E., Choe J. E., Lin S., Stamper R. L. Central corneal thickness of Caucasians, Chinese, Hispanics, Filipinos, African Americans, and Japanese in a glaucoma clinic. Ophthalmology. 2004;111 (12):2211‑2219.

15. Chen M. J., Liu Y. T., Tsai C. C., Chen Y. C., Chou C. K., Lee S. M. Relationship between central corneal thickness, refractive error, corneal curvature, anterior chamber depth and axial length. J Chin Med Assoc. 2009;72 (3):133‑137.

16. Harper C. L., Boulton M. E., Bennett D., Marcyniuk B., et al. Diurnal variations in human corneal thickness. Br J Ophthalmol. 1996;80 (12):1068‑1072.

17. Dubbelman M., Weeber H. A., van der Heijde R. G., Volker-Dieben H. J. Radius and asphericity of the posterior corneal surface determined by corrected Scheimpflug photography. Acta Ophthalmol Scand. 2002;80 (4):379‑383.

18. Katsube N., Wang R., Okuma E., Roberts C. Biomechanical response of the cornea to phototherapeutic keratectomy when treated as a fluid-filled porous material. J Refract Surg. 2002;18 (5):593‑597.

19. Roberts C. Biomechanics of the cornea and wavefront-guided laser refractive surgery. J Refract Surg. 2002;18 (5):589‑592.

20. Аветисов Э. С. Близорукость. Москва: Медицина; 1999.

21. Doughty M. J., Jonuscheit S. An assessment of regional differences in corneal thickness in normal human eyes, using the Orbscan II or ultrasound pachymetry. Optometry. 2007;78 (4):181‑190.

22. Olsen T. W., Sanderson S., Feng X., Hubbard W. C. Porcine sclera: thickness and surface area. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2002;43 (8):2529‑2532.

23. Vurgese S., Panda-Jonas S., Jonas J. B. Scleral thickness in human eyes. PLoS One. 2012;7 (1):e29692.

24. Нестеров А. П., Бунин А. Я., Кацнельсон Л. А. Внутриглазное давление. Физиология и патология. Москва: Наука; 1974.

25. Страхов В. В., Алексеев В. В. Динамическая ригидометрия. Вестник Офтальмологии. 1995;1:18‑20.

26. Pallikaris I. G., Kymionis G. D., Ginis H. S., Kounis G. A., Tsilimbaris M. K. Ocular rigidity in living human eyes. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005;46 (2):409‑414.

27. Friedman E., Ivry M., Ebert E., Glynn R., Gragoudas E., Seddon J. Increased scleral rigidity and age-related macular degeneration. Ophthalmology. 1989;96 (1):104‑108.

28. Акпатров А. И., Кустов В. Н. О зависимости между коэффи¬циентом ригидности и объемом глаза. Вестник офтальмологии. 1978;6:15‑17.

29. Пинтер Л. А. Активный и пассивный компоненты ригидности глаза. Вестник Офтальмологии. 1978;3:9‑10.

30. Faragher R. G., Mulholland B., Tuft S. J., Sandeman S., Khaw P. T. Aging and the cornea. Br J Ophthalmol. 1997;81 (10):814‑817.

31. Сарвазян А. П., Лырчиков А. Г. Связь объемно-упругих свойств мягких биологических тканей с содержанием воды, белка и жира. В кн: Медицинская биомеханика. Рига. p. 75‑77.

32. Dische Z. Biochemistry of connective tissue of the vertebrate eye. Int Rev Connect Tissue Res. 1970;5:209‑279.

33. Vo T. D., Blumenfeld O. O., Coleman D. J. The biochemical composition of the human sclera and its relationship to the pathogenesis of degenerative myopia. Proc of 3rd Intern Conference on Myopia. 1987. p. 206‑214.

34. Иомдина Е. Н. Биомеханические и биохимические нарушения склеры при прогрессирующей близорукости и методы их коррекции. В кн: С. Э. Аветисов, Т. П. Кащенко, А. М. Шамшинова «Зрительные функции и их коррекция у детей». Москва: Медицина; 2006. p. 163‑183.

35. Brown C. T., Vural M., Johnson M., Trinkaus-Randall V. Age-related changes of scleral hydration and sulfated glycosaminoglycans. Mech Ageing Dev. 1994;77 (2):97‑107.

36. Watson P. G., Young R. D. Scleral structure, organisation and disease. A review. Exp Eye Res. 2004;78 (3):609‑623.

37. Rada J. A., Achen V. R., Penugonda S., Schmidt R. W., Mount B. A. Proteoglycan composition in the human sclera during growth and aging. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2000;41 (7):1639‑1648.

38. Kanai A., Kaufman H. E. Electron microscopic studies of corneal stroma: aging changes of collagen fibers. Ann Ophthalmol. 1973;5 (3):285‑287 passim.

39. Malik N. S., Moss S. J., Ahmed N., Furth A. J., Wall R. S., Meek K. M. Ageing of the human corneal stroma: structural and biochemical changes. Biochim Biophys Acta. 1992;1138 (3):222‑228.

40. Scott J. E., Orford C. R., Hughes E. W. Proteoglycan-collagen arrangements in developing rat tail tendon. An electron microscopical and biochemical investigation. Biochem J. 1981;195 (3): 573‑581.

41. Chakravarti S., Zhang G., Chervoneva I., Roberts L., Birk D. E. Collagen fibril assembly during postnatal development and dysfunctional regulation in the lumican-deficient murine cornea. Dev Dyn. 2006;235 (9):2493‑2506.

42. Koga T., Inatani M., Hirata A., Inomata Y., et al. Expression of a chondroitin sulfate proteoglycan, versican (PG-M), during development of rat cornea. Curr Eye Res. 2005;30 (6):455‑463.

43. Затулина Н. И., Сеннова Л. Г. Об эластических волокнах дренажной системы глаза человека. Офтальмологический журнал. 1983;8:497‑499.

44. Marshall G. E. Human scleral elastic system: an immunoelectron microscopic study. Br J Ophthalmol. 1995;79 (1):57‑64.

45. Moses R. A., Grodzki W. J., Jr., Starcher B. C., Galione M. J. Elastin content of the scleral spur, trabecular mesh, and sclera. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1978;17 (8):817‑818.

46. Weale R. A. A biography of the eye. Development, growth, age. London: H. K. Lewis Co. LTD; 1982.

47. Hassan A. U., Hassan G., Rasool Z., Hassan S. Clinical outcomes of elastin fibre defects. Journal of Cytology and Histology 2013;4 (1):166‑169.

48. Иомдина Е. Н., Игнатьева Н. Ю., Арутюнян Л. Л., Шехтер А. Б. и др. Изучение коллагеновых и эластических структур склеры глаз при глаукоме с помощью нелинейно-оптической (мультифотонной) микроскопии и гистологии (предварительное сообщение). Российский офтальмологический журнал. 2015;8 (1):50‑58.

49. Keeley F. W., Morin J. D., Vesely S. Characterization of collagen from normal human sclera. Exp Eye Res. 1984;39 (5):533‑542.

50. Серов В. В., Пауков В. С. Ультраструктурная патология. Москва: Медицина; 1975.

51. Серов В. В., Шехтер А. Б. Соединительная ткань: функциональная морфология и общая патология. Москва: Медицина; 1981.

52. Аветисов Э. С., Хорошилова-Маслова И. П., Андреева Л. Д. Ультраструктурные изменения склеры при миопии. Вестник Офтальмологии. 1980;6:36‑42.

53. Bailey A. J. Structure, function and ageing of the collagens of the eye. Eye (Lond). 1987;1 (Pt 2):175‑183.

54. Fung Y. C. Biomechanics. Mechanical Properties of Living Tissues. NewYork: Springer-Verlag; 1990.

55. Lee P. P., Walt J. W., Rosenblatt L. C., Siegartel L. R., Stern L. S., Glaucoma Care Study G. Association between intraocular pressure variation and glaucoma progression: data from a United States chart review. Am J Ophthalmol. 2007;144 (6):901‑907.

56. Lee R. E., Davison P. F. The collagens of the developing bovine cornea. Exp Eye Res. 1984;39 (5):639‑652.

57. Vannas S., Teir H. Observations on structures and age changes in the human sclera. Acta Ophthalmol (Copenh). 1960;38:268‑279.

58. Ben-Zvi A., Rodrigues M. M., Krachmer J. H., Fujikawa L. S. Immunohistochemical characterization of extracellular matrix in the developing human cornea. Curr Eye Res. 1986;5 (2):105‑117.

59. Rucklidge G. J., Milne G., McGaw B. A., Milne E., Robins S. P. Turnover rates of different collagen types measured by isotope ratio mass spectrometry. Biochim Biophys Acta. 1992;1156 (1):57‑61.

60. Ihanamaki T., Salminen H., Saamanen A. M., Pelliniemi L. J., et al. Age-dependent changes in the expression of matrix components in the mouse eye. Exp Eye Res. 2001;72 (4):423‑431.

61. Manschot W. A. Senile scleral plaques and senile scleromalacia. Br J Ophthalmol. 1978;62 (6):376‑380.

62. Sorsby A., Wilcox K., Ham D. The Calcium Content of the Sclerotic and Its Variation with Age. Br J Ophthalmol. 1935;19 (6):327‑337.

63. Hogan M. J., Alvarado J. Ultrastructure of the deep corneolimbal region. Doc Ophthalmol. 1969;26:9‑30.

64. Hirano K., Nakamura M., Kobayashi M., Kobayashi K., Hoshino T., Awaya S. Longspacing collagen in the human corneal stroma. Jpn J Ophthalmol. 1993;37 (2):148‑155.

65. Yan D., McPheeters S., Johnson G., Utzinger U., Vande Geest J. P. Microstructural differences in the human posterior sclera as a function of age and race. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011;52 (2):821‑829.

66. Girard M. J., Suh J. K., Bottlang M., Burgoyne C. F., Downs J. C. Scleral biomechanics in the aging monkey eye. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009;50 (11):5226‑5237.

67. Sheppard J., Hayes S., Boote C., Votruba M., Meek K. M. Changes in corneal collagen architecture during mouse postnatal development. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;51 (6):2936‑2942.

68. Boote C., Hayes S., Young R. D., Kamma-Lorger C. S., et al. Ultrastructural changes in the retinopathy, globe enlarged (rge) chick cornea. J Struct Biol. 2009;166 (2):195‑204.

69. McBrien N. A., Cornell L. M., Gentle A. Structural and ultrastructural changes to the sclera in a mammalian model of high myopia. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2001;42 (10):2179‑2187.

70. McBrien N. A., Gentle A. Role of the sclera in the development and pathological complications of myopia. Prog Retin Eye Res. 2003;22 (3):307‑338.

71. Daxer A., Misof K., Grabner B., Ettl A., Fratzl P. Collagen fibrils in the human corneal stroma: structure and aging. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1998;39 (3):644‑648.

72. Fratzl P. Collagen. Potsdam: Springer; 2008.

73. Malik N. S., Meek K. M. Vitamins and analgesics in the prevention of collagen ageing. Age Ageing. 1996;25 (4):279‑284.