Физиология органа зрения

Физиология органа зрения рассматривает функциональные процессы, происходящие в глазе. В этом разделе содержатся сведения о взаимодействии воды и кислорода для нормальной работы роговицы и слезной пленки, роли глюкозы (питательного вещества для клеток) и солей в метаболизме глаза.

Водный баланс

Норма содержания воды в здоровой роговице составляет 78%. В роговице находятся биофизические системы, которые поддерживают этот уровень постоянным. Равновесное отношение вода/ионы (растворенные соли) между слезной жидкостью и роговицей называется осмолярностью или тоничностью. При изотоничной слезной плёнке роговица сохраняет нормальную толщину, так как количество воды, проникающей в роговицу и уходящей из неё, одинаково.

С точки зрения физиологии, процесс поддержания равновесия — обмен молекулами воды солей между роговицей, слезной и внутриглазной жидкостями. Оптимальное равновесное отношение достигается, когда слезная плёнка содержит 0.9% солей (тоничность). Вот почему большинство растворов для контактных линз имеют такую же тоничность: линзы не меняют это равновесное отношение, когда находятся в глазу. Когда концентрация солей в слезной плёнке превышает 0.9%, развивается гипертоническое состояние.

При этом вода отекает из роговицы в слезную жидкость и наступает дегидратация или сморщивание роговицы. Эпителий выступает в основном как полупроницаемая мембрана и не влияет на пассивную диффузию воды.

Когда концентрация солей в слезной пленке ниже 0.9%, наступает гипотоническое состояние и вода поступает в роговицу, которая при этом набухает.

Основная функция эндотелиального слоя — поддержать чистоту роговицы. Ионная «помпа» контролирует поток воды и ионов из и в роговицу так, чтобы содержание воды оставалось на уровне 78%. Глюкоза является основным источником энергии для этой помпы.

Глюкоза содержится в нашей пище. В основном она доставляется к эндотелию внутриглазной жидкостью, однако сначала необходимо, чтобы глюкоза была метаболизирована или расщеплена до единиц энергии (АТФ — аденозинтрифосфат). Метаболизм глюкозы осуществляется в одном из двух биохимических путей: анаэробном или аэробном. При анаэробном гликолизе (что означает «без кислорода») из одной молекулы глюкозы получается две единицы энергии (АТФ).

Такого количество энергии недостаточно для эффективной работы «помпы», и поэтому вода накапливается в роговице, вызывая её набухание (отёк). Аэробный гликолиз (метаболизм глюкозы «с кислородом») намного эффективнее. При аэробном метаболизме из одной молекулы глюкозы получается 36 единиц энергии (АТФ). Это достаточное количество энергии для поддержания эндотелиальной «помпой» необходимого баланса воды в роговице.

Слезная плёнка является основным поставщиком питательных веществ — кислорода, глюкозы, солей и минеральных веществ — в роговицу. Кислород из воздуха содержится в слёзной пленке в растворенном состоянии. Без контактных линз в открытые глаза может поступать до 21% всего кислорода воздуха. При закрытых глазах и без линз (во время сна) количество кислорода снижается до 7%, причем в основном кислород поступает путем диффузии из кровеносных сосудов конъюктивы. Контактные линзы значительно затрудняют проникновение кислорода в глаз. Это не играет существенного значения, когда глаз открыт. Однако при закрытых глазах, например во время сна с контактными линзами для длительного ношение, процессы жизнедеятельности в роговице могут снизиться.

Клеточный метаболизм глюкозы начинает протекать по менее эффективному анаэробному пути. Ионная «помпа», отвечающая за содержание воды в роговице, начинает работать с напряжением. Вследствие этого может развиться отек роговицы. Подбирая линзы, врачи обычно учитывают и вполне доверяют показателю потребления кислорода. Часто они отдают предпочтение линзам, при ношении которых кислородоснабжение во время сна максимально. В целом, проницаемость линз для кислорода тем выше, чем больше воды они содержат и чем они тоньше. Твердые линзы пропускают только 1–3% от всего доступного для роговицы кислорода. Фактически эти линзы непроницаемы для кислорода и указанные 1–3% поступают с слезной жидкостью, проникающей под линзы, и из кровеносных сосудов лимба.

Ионная «помпа»

Ионная «помпа» эндотелиального слоя роговицы играет основную роль в поддержании баланса воды в глазе. Метаболизированная глюкоза служит топливом для эндотелиальной «помпы».

Глюкоза может быть метаболизирована анаэробным (без кислорода) или аэробным (с кислородом) способами. Для метаболизма глюкозы в количестве, определяемом работой эндотелиальной «помпы», необходим кислород. Если метаболизм глюкозы протекает медленнее, чем требуется для образования количества энергии, необходимой «помпе», баланс воды в роговице нарушается и развивается отек.

Контактные линзы снижают поступление кислорода к глазу. Поскольку кислород так важен для нормальной работы органа зрения, врачи обычно отдают предпочтение контактным линзам, максимально проницаемым для кислорода. Потребление кислорода материалом, из которого изготавливаются контактные линзы, может быть определено несколькими путями. Наиболее часто используются тесты dK (проницаемость кислорода) и dK/L (проникающая способность кислорода).