Κερατοειδής χιτώνας

Το ανθρώπινο μάτι

Ο κερατοειδής χιτώνας είναι το διαφανές μπροστινό μέρος του ματιού το οποίο καλύπτει την ίριδα, την κόρη και τον πρόσθιο θάλαμο. Ο κερατοειδής χιτώνας, με τον πρόσθιο θάλαμο και τον φακό, διαθλούν το φως, με τον κερατοειδή χιτώνα να αποτελεί περίπου τα 2/3 της συνολικής οπτικής ισχύος του ματιού. Στους ανθρώπους, η διαθλαστική ισχύς του κερατοειδή χιτώνα είναι περίπου 43 διόπτρες. Ενώ ο κερατοειδής χιτώνας συνεισφέρει περισσότερο στην ισχύ εστίασης, η εστίαση του είναι συγκεκριμένη. Η καμπυλότητα του φακού, από την άλλη, μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να προσαρμοστεί η εστίαση ανάλογα με την απόσταση του αντικειμένου. Οι ιατρικοί όροι που σχετίζονται με τον κερατοειδή χιτώνα συνήθως ξεκινούν με την πρόθεση "κερατ" από την ελληνική λέξη κέρας.

Δομή

Ο κερατοειδής χιτώνας έχει απολήξεις νεύρων χωρίς περίβλημα μυελίνης ευαίσθητες στην αφή, τη θερμοκρασία και τα χημικά. Ένα άγγιγμα του κερατοειδή χιτώνα προκαλεί ένα ακούσιο αντανακλαστικό να κλείσει το βλέφαρο. Επειδή η διαφάνεια είναι υψηλότατης σημασίας, ο κερατοειδής χιτώνας δεν έχει αιμοφόρα αγγεία. Λαμβάνει θρεπτικά συστατικά μέσω διάχυσης από το υγρό των δακρύων μέσω της εξωτερικής επιφάνειας και το υδατοειδούς υγρού μέσω της εσωτερικής επιφάνειας, και επίσης από νευροτροφίνες τις οποίες προμηθεύεται από τις νευρικές ίνες που τον εννευρώνουν. Στους ανθρώπους, ο κερατοειδής χιτώνας έχει διάμετρο περίπου 11.5 χιλιοστά και πάχος 0.5 - 0.6 χιλιοστά στο κέντρο και 0.6 - 0.8 χιλιοστά στην περιφέρεια. Η διαφάνεια, η έλλειψη αιμοφόρων αγγείων, η παρουσία ανώριμων τοπικών ανοσοποιητικών κυττάρων, ένα ανοσοποιητικό προνόμιο κάνει τον κερατοειδή χιτώνα ένα πολύ ιδιαίτερο ιστό. Ο κερατοειδής χιτώνας δεν λαμβάνει παροχή αίματος, παίρνει οξυγόνο απευθείας από τον αέρα. Το οξυγόνο αρχικά διαλύεται στα δάκρυα και μετά διαχύεται στον κερατοειδή χιτώνα για να τον κρατήσει υγιή.

Συνορεύει με το λευκό του ματιού.

Η πιο άφθονη διαλυτή πρωτεΐνη στον κερατοειδή των θηλαστικών είναι η αλβουμίνη.

Στα χέλια, ο κερατοειδής χιτώνας είναι αποκλειστικά μια προέκταση του λευκού του ματιού και είναι ξεχωριστός από το δέρμα από πάνω, αλλά σε πιο εξελιγμένα σπονδυλωτά είναι πάντα συγχωνευμένο με το δέρμα ώστε να σχηματιστεί ένα ενιαίο δόμημα, αν και αποτελείται από πολλαπλά στρώματα. Στα ψάρια, και στα υδατικά σπονδυλωτά γενικά, ο κερατοειδής χιτώνας δεν παίζει ρόλο στην εστίαση του φωτός, καθώς έχει ουσιαστικά τον ίδιο δείκτη διάθλασης με το νερό.

Στρώματα

Ο ανθρώπινος κερατοειδής χιτώνας έχει 5 (πιθανώς 6) στρώματα. Ο κερατοειδής χιτώνας άλλων θηλαστικών έχουν 5 γνωστά στρώματα : οι κερατοειδείς χιτώνες των γατών, των σκύλων, των λύκων, και άλλων σαρκοβόρων έχουν μόνο 4. Από το εμπρόσθιο ως το τελευταίο, τα στρώματα του ανθρώπινου κερατοειδούς χιτώνα είναι τα εξής :

1. Επιθήλιο Κερατοειδούς : Ένα εξαιρετικά λεπτό πολυκύτταρο επιθήλιο στρώμα ιστού (χωρίς κερατίνη στρωματοποιημένο φολιδωτό επιθήλιο) ή κύτταρα τα οποία αναπτύσσονται και αναγεννιούνται γρήγορα, τα οποία διατηρούνται υγρά λόγω των δακρύων. Οποιαδήποτε ανωμαλία ή οίδημα στο επιθήλιο του κερατοειδούς διαταράσσει την απαλότητα της επιφάνειας αέρα / μεμβράνης δακρύων, του σημαντικότερου μέρους της συνολικής ισχύος διάθλασης του ματιού, κάτι το οποίο οδηγεί σε μείωση της οπτικής οξύτητας. Είναι συνεχές μαζί με το επιθήλιο του επιπεφυκότα και αποτελείται από περίπου 6 στρώματα κυττάρων τα οποία ρέουν συνεχώς στο εκτεθειμένο στρώμα και αναγεννιούνται μέσω πολλαπλασιασμού στο βασικό στρώμα.
2. Στρώμα του Bowman : (επίσης γνωστό ως εμπρόσθια περιοριστική μεμβράνη) όταν αναλύεται αντί της υπο-επιθήλιας κατώτατης μεμβράνης. Το Στρώμα του Bowman είναι ένα σκληρό στρώμα το οποίο αποτελείται από κολλαγόνο (κυρίως ινίδια κολλαγόνου τύπου 1), λαμινίνη, εντακτίνη, περλεκάνη και άλλες πρωτεογλυκάνες οι οποίες προστατεύουν το στρώμα του κερατοειδούς χιτώνα. Όταν αναλύεται ως ξεχωριστό κομμάτι από την υπο-επιθήλια κατώτατη μεμβράνη, το Στρώμα του Bowman μπορεί να περιγραφεί ως μια ακυτταρική συμπυκνωμένη περιοχή του κορυφαίου στρώματος, που αποτελείται κυρίως από τυχαία οργανωμένα όμως σφιχτά πλεγμένα ινίδια κολλαγόνου. Αυτά τα ινίδια αλληλεπιδρούν και προσκολλούνται το ένα στο άλλο. Αυτό το στρώμα έχει πάχος 8 ως 14 μικρόμετρα και είναι απόν ή εξαιρετικά λεπτό στα μη πρωτεύοντα θηλαστικά.
3. Κερατοειδές στρώμα : Ένα παχύ, διαφανές, ακυτταρικό μεσαίο στρώμα, το οποίο αποτελείται από οργανωμένες ίνες κολλαγόνου μαζί με ινοβλάστες, οι οποίοι είναι κύτταρα γενικής επισκευής και συντήρησης. Οι ίνες και οι ινοβλάστες είναι παράλληλοι μεταξύ τους και τοποθετούνται υπερθετικά όπως οι σελίδες ενός βιβλίου. Το κερατοειδές στρώμα αποτελείται από περίπου 200 στρώματα κυρίως ινίδια κολλαγόνου τύπου 1. Κάθε στρώμα έχει πάχος 1.5 - 2.5 μικρόμετρα. Μέχρι και το 90% του πάχους του κερατοειδούς αποτελείται από στρώμα. Υπάρχουν 2 θεωρίες για το πώς προκύπτει η διαφάνεια στον κερατοειδή χιτώνα :
   1. Η διάταξη πλέγματος των ινιδίων κολλαγόνου στο στρώμα. Η διασπορά του φωτός από τα ινίδια ακυρώνεται από καταστρεπτική παρεμβολή του ήδη διεσπαρμένου φωτός από άλλα ξεχωριστά ινίδια.
   2. Η απόσταση των γειτονικών ινιδίων κολλαγόνου στο στρώμα πρέπει να είναι μικρότερη από 200 νανόμετρα για να υπάρχει διαφάνεια. (Goldman και Benedek)
4. Μεμβράνη του Descemet : Ένα παχύ ακυτταρικό στρώμα το οποίο χρησιμεύει ως η τροποποιημένη μεμβράνη βάσης του κερατοειδούς ενδοθήλιου, από το οποίο προέρχονται τα κύτταρα. Αυτό το στρώμα αποτελείται κυρίως από ινίδια κολλαγόνου τύπου 4, λιγότερο άκαμπτα από αυτά του τύπου 1, και έχει πάχος περίπου 5 ως 20 μικρόμετρα, ανάλογα με την ηλικία του ατόμου. Ακριβώς μπροστά από τη μεμβράνη του Descemet, υπάρχει περίπτωση να υπάρχει,σύμφωνα με μια μελέτη, ένα πολύ λεπτό και δυνατό στρώμα, το στρώμα Dua, με πάχος 15 μικρομέτρων και ικανό να δεχθεί πιέσεις μέχρι και 2 bar. Όμως, μέχρι και σήμερα ( Νοέμβριος του 2014) αυτό δεν έχει επιβεβαιωθεί από κάποιο άλλο εργαστήριο.
5. Ενδοθήλιο Κερατοειδούς : Ένα απλό φολιδωτό ή χαμηλό κυβοειδές μονοστρώμα, με πάχος περίπου 5 μικρόμετρα, από κύτταρα πλούσια σε μιτοχόνδρια. Αυτά τα κύτταρα είναι υπεύθυνα για τη ρύθμιση ροής υγρών και διαλυμάτων μεταξύ των υδατικών και των κερατοειδών στρωματικών τμημάτων. (Ο όρος ενδοθήλιο εδώ είναι εσφαλμένος. Το κερατοειδές ενδοθήλιο είναι γεμάτο με υδατικό υγρό, όχι με αίμα ή λέμφο και έχει εντελώς διαφορετική προέλευση, λειτουργία και εμφάνιση από τα αγγειακά ενδοθήλια). Σε αντίθεση με το επιθήλιο του κερατοειδούς, τα κύτταρα του ενδοθήλιου δεν αναγεννιούνται. Αντί για αυτό, διαστέλλονται για να αντισταθμίσουν τα νεκρά κύτταρα τα οποία μειώνουν τη συνολική πυκνότητα των κυττάρων του ενδοθήλιου, μια λειτουργία που έχει επίπτωση στη ρύθμιση της ροής των υγρών. Εάν το ενδοθήλιο δε μπορεί πλέον να διατηρήσει μια σωστή ισορροπία υγρών, προκαλείται πρήξιμο στο στρώμα λόγω της υπερβολικής συγκέντρωσης υγρών και στη συνέχεια απώλεια της διαφάνειας. Αυτά μπορεί να οδηγήσουν σε οίδημα του κερατοειδούς και να αλλάξει τη διαφάνεια του κερατοειδούς με αποτέλεσμα να αλλοιωθεί η εικόνα που σχηματίζεται. Τα χρωματικά κύτταρα της ίριδας που υπάρχουν στο κερατοειδές ενδοθήλιο μπορούν να σχηματίσουν ορισμένες φορές ένα διακριτό κάθετο μοτίβο λόγω των υδατικών ρευμάτων.

Νεύρωση

Ο κερατοειδής χιτώνας είναι ένας από τους πιο ευαίσθητους ιστούς του σώματος, καθώς έχει ένα πολύ πυκνό δίκτυο ινών αισθητήριων νεύρων μέσω της οφθαλμικής κατηγορίας του τρίδυμου νεύρου μέσω 70-80 μακρών ακτινωτών νεύρων και κοντών ακτινωτών νεύρων. Έρευνες δείχνουν ότι η πυκνότητα των υποδοχέων πόνου στον κερατοειδή χιτώνα είναι 300-600 φορές μεγαλύτερη από το δέρμα και 20-40 φορές μεγαλύτερη από τον οδοντικό πολφό, κάνοντας έναν τραυματισμό στη δομή εξαιρετικά επίπονο.

Τα ακτινωτά νεύρα προχωρούν κάτω από το ενδοθήλιο και βγαίνουν από κάποιες τρύπες στο άσπρο του ματιού εκτός του οπτικού νεύρου (το οποίο μεταδίδει μόνο οπτικά σήματα). Τα νεύρα εισέρχονται στον κερατοειδή χιτώνα μέσω τριών επιπέδων : το σκλήριο, το επισκλήριο και το επιπεφυκόν. Οι περισσότερες από τις δεσμίδες δημιουργούν μέσω διαίρεσης ένα δίκτυο στο στρώμα, από το οποίο ίνες τροφοδοτούν τις διάφορες περιοχές. Τα τρία δίκτυα είναι, μεσοστρωματικό, υποεπιθήλιο και επιθήλιο. Τα δεκτικά πεδία της κάθε νευρικής απόληξης είναι πολύ μεγάλα και ίσως αλληλοκαλύπτονται.

Τα νεύρα του κερατοειδούς χιτώνα στο υποεπιθήλιο στρώμα τερματίζουν κοντά στο επιφανειακό επιθήλιο στρώμα του κερατοειδούς χιτώνα σε ένα λογαριθμικό σπιράλ μοτίβο. Η πυκνότητα των επιθήλιων νεύρων μειώνεται όσο μεγαλώνει η ηλικία, ειδικά μετά την έβδομη ηλικία.

Διαθλαστική φύση

Το οπτικό μέρος παράγει ένα μικρότερο ανεστραμμένο είδωλο στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Το οπτικό σύστημα του ματιού αποτελείται από όχι μόνο 2 αλλά 4 επιφάνειες--2 στον κερατοειδή χιτώνα και 2 στο φακό. Οι ακτίνες διαθλώνται προς το μέσο. Οι μακρινές ακτίνες, λόγω της παράλληλης φύσης τους, συγκλίνουν σε ένα σημείο στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Ο κερατοειδής χιτώνας δέχεται φως στη μέγιστη δυνατή γωνία. Τα υδατικά και υαλώδη υγρά έχουν τον ίδιο δείκτη διάθλασης, περίπου 1,336-1,339 ενώ ο κερατοειδής χιτώνας έχει περίπου 1,376. Επειδή η διαφορά του δείκτη διάθλασης μεταξύ του κερατοειδούς χιτώνα και και των υδατικών υγρών είναι σχετικά μικρή σε σύγκριση με την αλλαγή στην επιφάνεια αέρα - κερατοειδούς χιτώνα, έχει μια αμελητέα επίπτωση διάθλασης, περίπου -6 διόπτρες. Ο κερατοειδής χιτώνας θεωρείται ότι είναι ένας θετικός μηνίσκος φακός.

Διατήρηση της διαφάνειας του κερατοειδή χιτώνα

Κατά το θάνατο ή κατά την αφαίρεση ενός ματιού, ο κερατοειδής χιτώνας απορροφά όλο το υδατικό υγρό, αυξάνει το πάχος του και γίνεται θολός. Η διαφάνεια μπορεί να επανέλθει εάν τοποθετηθεί σε ένα ζεστό, αεριζόμενο θάλαμο στους 31 βαθμούς Κελσίου (88 βαθμούς Φαρενάιτ, κανονική θερμοκρασία) επιτρέποντας στο υγρό να φύγει από τον κερατοειδή χιτώνα και να γίνει διαφανές. Ο κερατοειδής χιτώνας λαμβάνει υγρό από το υδατικό υγρό και τα μικρά αιμοφόρα αγγεία της σκληροκερατοειδούς στεφάνης, αλλά μια αντλία εκτινάσσει αμέσως το υγρό μετά την είσοδο του. Όταν η ενέργεια είναι ανεπαρκής, η αντλία μπορεί να σταματήσει να λειτουργεί ή να λειτουργεί πολύ αργά προκαλώντας πρήξιμο. Αυτό μπορεί να παρουσιαστεί στο θάνατο, αλλά ένα νεκρό μάτι μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα θερμό θάλαμο και τα αποθέματα σακχάρων και γλυκογόνου μπορούν να κρατήσουν τον κερατοειδή χιτώνα διαφανή για 24 ώρες. Το ενδοθήλιο ελέγχει τη λειτουργία αυτής της αντλίας, και όπως αναλύθηκε και νωρίτερα, η ζημιά από αυτό είναι σοβαρότερη, και είναι αιτία θολότητας και πρηξίματος. Όταν προκαλείται ζημιά στον κερατοειδή χιτώνα, όπως για παράδειγμα σε μια ιογενή μόλυνση, το κολλαγόνο που χρησιμοποιείται για την επιδιόρθωση της διαδικασίας δεν ρυθμίζεται τακτικά, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα κομμάτι θολότητας (λεύκωμα). Όταν χρειάζεται ένας κερατοειδής για μεταμόσχευση, η καλύτερη διαδικασία είναι η αφαίρεση του κερατοειδούς από το μάτι ώστε να αποφύγουμε την απορρόφηση του υδατικού υγρού από τον κερατοειδή χιτώνα.

Ασθένειες και διαταραχές

Εικόνα του κερατοειδή χιτώνα,της ίριδας και του φακού από σχισμοειδή λυχνία (φαίνεται ήπιος καταρράκτης).

Οι συνηθέστερες διαταραχές του κερατοειδούς χιτώνα είναι :

1. Εκδορά του κερατοειδούς χιτώνα : Μια ιατρική πάθηση κατά την οποία υπάρχει απώλεια του επιφανειακού επιθήλιου στρώματος ως αποτέλεσμα τραύματος στην επιφάνεια του ματιού.
2. Δυστροφία του κερατοειδούς χιτώνα : Μια πάθηση κατά την οποία ένα ή περισσότερα μέρη του κερατοειδούς χιτώνα χάνουν την κανονική τους διαύγεια λόγω συσσώρευσης θολού υλικού.
3. Έλκος στον κερατοειδή χιτώνα : Μια φλεγμονώδης ή μολυσματική πάθηση του κερατοειδούς χιτώνα η οποία περιλαμβάνει διαταραχή του επιθήλιου στρώματος με ανάμειξη του κερατοειδούς στρώματος.
4. Νεοαγγειοποίηση του κερατοειδούς χιτώνα : Υπερβολική ανάπτυξη των αιμοφόρων αγγείων της σκληροκερατοειδούς στεφάνης μέσα στον κερατοειδή χιτώνα, η οποία προκαλείται από στέρηση οξυγόνου από τον αέρα.
5. Δυστροφία του Fuch : Θολή πρωινή όραση.
6. Κερατίτιδα : Φλεγμονή στον κερατοειδή χιτώνα.
7. Κερατόκωνος : Εκφυλιστική ασθένεια, ο κερατοειδής χιτώνας λεπταίνει και αλλάζει σχήμα, θυμίζοντας κώνο.

Θεραπευτική αγωγή και περιποίηση

Χειρουργικές διαδικασίες

Υπάρχουν διάφορες οφθαλμολογικές επεμβάσεις οι οποίες αλλάζουν το σχήμα του κερατοειδούς ώστε να μειωθεί η ανάγκη για διορθωτικούς φακούς ή για να βελτιωθεί η διαθλαστική κατάσταση του ματιού. Σε πολλές από τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται σήμερα, ο ανασχηματισμός του κερατοειδούς χιτώνα πραγματοποιείται με φωτοεκτομή χρησιμοποιώντας λέιζερ διηγερμένου διατομικού μορίου.

Εάν το στρώμα του κερατοειδούς χιτώνα αναπτύξει ορατά σημαντική αδιαφάνεια, ανωμαλία ή οίδημα, ένας κερατοειδής χιτώνας κάποιου νεκρού δωρητή μπορεί να μεταμοσχευθεί. Επειδή δεν υπάρχουν αιμοφόρα αγγεία στον κερατοειδή χιτώνα, υπάρχουν επίσης μερικά προβλήματα με την απόρριψη του νέου κερατοειδούς χιτώνα.

Υπάρχουν επίσης συνθετικοί κερατοειδείς χιτώνες (κερατοπρόσθεση) σε εξέλιξη. Οι περισσότεροι είναι απλώς πλαστικοί, αλλά υπάρχουν και εκείνοι που αποτελούνται από βιο-συμβατά συνθετικά υλικά που ευνοούν την ανάπτυξη ιστών στον συνθετικό κερατοειδή χιτώνα, διευκολύνοντας έτσι τη βιοενσωμάτωση. Άλλες μέθοδοι, όπως μαγνητικές παραμορφώσιμες μεμβράνες και οπτικά συνεκτική διακρανιακή μαγνητική διέγερση του ανθρώπινου αμφιβληστροειδή χιτώνα είναι ακόμα σε πολύ πρώιμα στάδια ερευνών.

Η πρώτη μεταμόσχευση κερατοειδούς χιτώνα πραγματοποιήθηκε το 1969. Η Μπέρθα Σάντερς ήταν σχεδόν τελείως τυφλή από ηλικία 13 ετών και ξαναείδε τον κόσμο στα 65 της χάρις σ' αυτήν την επανάσταση της ιατρικής. Η επέμβαση, η οποία στέφηκε από απόλυτη επιτυχία, πραγματοποιήθηκε στο Χιούστον και περιελάμβανε επέμβαση στο εσωτερικό του οφθαλμού, την αφαίρεση του κατεστραμμένου κερατοειδούς και την αντικατάστασή του από συνθετικό, ο οποίος στερεώθηκε στη θέση του παλαιού με νεοανακαλυφθείσα χειρουργική κόλλα.

Μη χειρουργικές διαδικασίες

Η ορθοκερατολογία είναι μια μέθοδος στην οποία χρησιμοποιούνται σκληροί ή άκαμπτοι, διαπερατοί σε αέρια, φακοί επαφής ώστε να ανασχηματιστεί προσωρινά ο κερατοειδής χιτώνας ώστε να βελτιωθεί η διαθλαστική κατάσταση του ματιού ή να μειωθεί η ανάγκη για γυαλιά και φακούς επαφής.

Το 2009, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Pitsburgh έδειξαν ότι βλαστοκύτταρα που συλλέχθηκαν από ανθρώπινους κερατοειδείς χιτώνες μπορούν να αποκαταστήσουν τη διαφάνεια χωρίς να προκαλέσουν διαδικασία απόρριψης σε ποντίκια με βλάβη στον κερατοειδή χιτώνα. Για ασθένειες του κερατοειδούς επιθήλιου όπως το σύνδρομο Stevens Johnson, Συνεχές έλκος του κερατοειδούς κτλ, τα αυτόλογα ετερόπλευρη ακανθωτά κύτταρα της σκληροκερατοειδούς στεφάνης που δημιουργήθηκε σε δοκιμαστικό σωλήνα δείχνουν να είναι αποτελεσματικά καθώς η διαστολή με βάση την αμνιακή μεμβράνη φαίνεται να είναι αμφιλεγόμενη. Για ενδοθηλιακές παθήσεις, όπως ή πομφολυγώδης κερατοπάθεια, τα πρόδρομα κερατοειδή ενδοθηλιακά κύτταρα των πτωμάτων δείχνουν να είναι αποτελεσματικά. Πρόσφατες τεχνικές διαχείρησης τεχνητών ιστών αναμένονται να κάνουν δυνατή τη χρήση κυττάρων κερατοειδούς χιτώνα του νεκρού δότη σε μάτια άνω του 1 δέκτη.