Количката е празна


обратно

Ролята на колагена в човешкото око

15 април 2018

За какво се сещате, когато чуете думата „колаген“?

Може би за скъпа козметика, която се бори с видимите признаци на стареенето на кожата?

Или за хранителните добавки против болки в ставите?

Наскоро писахме, че колагенови фибрили участват и във венците, а увреждането им води до гингивит и пародонтоза. Или може би знаете, че колагенът като особен вид лепило влияе и на симптома на пропускливите черва. В човешкото тяло има повече от 20 различни типа колаген, като колагенът в кожата е различен от този в хрущяла на ставите. Нещо повече, освен че колагените се делят на различни типове, те образуват различни структури с помощта на вариации в дължината на молекулата, гъвкавостта ѝ, молекулното тегло и взаимодействия с други молекули. Ето защо тези протеини могат да се разделят не само по тип, но и по образувана структура.

Влакнестите колагени [1], погледнати под микроскоп са като дебели и плътни влакна с характерен модел на аксиално повторение. Диаметърът им варира от 200 nm в кожата и сухожилията до около 25 nm в роговицата на окото, като в някои тъкани те са с приблизително еднаква дължина, а в други като например в кожата разликите в дължините на отделните влакна могат да са в пъти. Колаген тип I, II и III принадлежат основно към групата на влакнестите колагени.

Невлакнести колагени, за разлика от предходните, образуват нефиброзни мембрани, които изглеждат хомогенни дори и погледнати под микроскоп. Това са тънки мембрани, които отделят влакнестите тъкани от другите клетки. Дебелината им варира от 25nm в капилярите до 200 nm в капсулата на очната леща. Единственият колаген, който е идентифициран във всички базови мембрани е тип IV.

Филаментозните колагени са характерни с това, че образуват слабо обединени групи от влакна. В тази група влизат колаген тип VI, VII, IX и X.

Колагенови структури на окото

Могат да бъдат разделени според функцията, която изпълняват:

  • Роговица – прозрачна тъкан, която съдържа фини колагенови влакна с еднакъв диаметър и висока степен на пространствена организация
  • Склера – непрозрачна тъкан, мрежа от плътно преплетени колагенови влакна
  • Стъкловидно тяло – полизахариден гел, който съдържа малко количество колагенови фибри
  • Капсула на лещата – очевидно аморфна форма, основна мембранна структура
  • Ретина – пигментиран епител – типична базова мембрана
  • Ирис – снабден с мускули, кръвоносни съдове и нерви.

В роговицата (корнея) [2] присъстват влакнестите колагени, като те са  около 90% от сухото тегло. Поради прецизното организиране в пространството, еднаквия диаметър и форма, тя е прозрачна. Счита се, че съдържа главно колаген тип I, въпреки че според някои изследвания там присъстват също и малки количества от други типове колаген като II, III и V. Тези разминавания са свързани с различната възраст на изследваните.  Например с увеличаване на възрастта колаген тип V се увеличава.

Хистологично роговицата се състои от 5 слоя: епител, базална мембрана, собствена тъкан на роговицата, дисцеметова мембрана,  ендотел.

Склерата на окото [3] е свързана със защитна роля и придаване на формата на окото. Тя представлява задните 5/6 от външната фиброзна обвивка на окото.На цвят е бяла и непрозрачна, съдържа главно колагенови и еластични влакна. За разлика от роговицата, която е прозрачна, защото съдържа ориентирани в една посока, с еднаква форма и дължина колагенови влакна, склерата дължи плътния си бял цвят на колагенните фибрили, които са различно дълги и дебели и са в хидратирано състояние.

Склерата е изградена от три слоя:

  • Външен слой, наречен още еписклера. Тя е съставена от хлабава, добре кръвоснабдена съединителна тъкан, която я свързва склерата с Теноновата капсула - съединителнотъканна обвивка, която обгръща отвън очната ябълка.
  • Среден слой. Същинската склера е почти без съдове и се състои от колагенни и еластични влакна, които са неправилно подредени. Между влакната се намира основно вещество от кисели мукополизахариди и фиброцити.
  • Вътрешен слой - състои се от тънък кафяво пигментиран слой, богат на меланоцити.

Изследванията показват, че е изградена от 80% колаген в сухо тегло. Дължината на фибрилите варира от 30 до 300 микрометра. Съдържа отново главно колаген тип I, около 90%. Останалите са от колаген тип III. Смята се, че тип III дава по-голяма пластичност на тъканите. Когато този тип колаген започне да доминира, склерата става полупрозрачна. С възрастта промените в пропорциите на колагена могат да доведат до структурни промени, които имат значение за заболявания като глаукома.

Глаукомата [4] е от основните причини за слепота. Терминът глаукома включва група от дегенеративни заболявания, които произтичат с характерни изменения в зрителното поле. Тя може да доведе до увреждане на зрителния нерв, който пренася визуална информация от окото към мозъка. В много случаи това се дължи на повишеното вътреочно налягане (ВОН). В повечето случаи заболяването започва бавно и неусетно, без никакви симптоми или болка. С напредването на глаукомата се появяват дефектите в зрителното поле. Сред рисковите фактори са хора на възраст над 45 години, с фамилна обремененост, страдащи от сърдечно-съдови заболявания и диабетици.

Вече писахме за връзката между колаген и диабет. Колагенът е естествено гликиран, което означава, че колагеновите протеинови молекули имат ковалентно свързани към тях молекули захар (към лизинови и хидроксилизинови остатъци). Засега не са изяснени причините за това свързване със захарта, но без него колагеновите молекули не образуват структурни фибрили. Едно от предположенията е, че захарите осигуряват ниско енергийно взаимодействие между колагеновите фибрили и околната водна стена на тъканта. Колагенът е до голяма степен хидрофобна (водоотблъскваща) молекула. За разлика от тях захарните молекули могат да имат както хидрофобно, така и хидрофилно действие. Ако са свързани с колаген, те се подреждат по строго определен начин.

За съжаление колагенът може да се свърже и със захарни молекули, чието място се предполага, че не бива да е там. Това се случва в тъканите на диабетици с неконтролирана кръвна захар. При чести случаи на хипергликемия гликиращата захар реагира допълнително и образува крайни продукти, който водят до кръстосване на самите колагенови молекули. 

В [5] Collagen: A potential factor involved in the pathogenesis of glaucoma се разисква дали биомеханиката и генетични мутации могат да причинят увреждане в колагеновите тъкани в окото и да доведат до глаукома. В тази статия се предполага, че глаукомата е болестно разстройство, характеризиращо се с патологични изменения на съдържанието, разпределението, структурата и метаболизма на колагена.

В [6] Glaucoma-related Changes in the Mechanical Properties and Collagen Micro-architecture of the Human Sclera се разглежда структурата на колагеновите влакна в склери на болни от глаукома и здрави контролни тъкани. Тъй като колагеновите фибрили са с дължина от порядъка на нанометри, разликите са малки, но има разлика в подреждането на влакната.

Човешкото око съдържа колаген от различни типове. Вредните УВ лъчи, липсата на витамин С, диабетът и тютюнопушенето оказват негативно въздействие върху здравето на очите поради деградацията на колагена
Стъкловидното тяло (corpus vitreous)  [7] е течност, подобна на желе, която изпълва очната ябълка. То поддържа формата и тонуса на окото, пропуска  светлинните лъчи към ретината. Съставено е от около 99% вода и само около 1% сухо вещество, в чийто състав влизат много фини колагенови влакна с диаметър  от 7 до 13 nm, свързани с молекулите на хиалуроновата киселина и хидрофилни кисели мукополизахариди.  Фините колагенови фибрили допринасят за регулиране на вътреочното налягане, за което вече споменахме, че има значение за глаукомата. Освен това те действат и като амортисьор, който смекчава ефекта от движения и вибрации. Най-фините колагенови фибри служат за стабилизиране на формата на гела и намаляване на компресията на хиалуроновата киселина, ако бъде подложена на външно налягане. Биохимичен анализ доказва, че колагенът в тази част от окото отново принадлежи към влакнестите колагени и е тип II.

Случвало ли ви се е да гледате към небето или светъл предмет и да виждате тъмни точици, мушици, влакънца?

Обяснението е в консистенцията на стъкловидно тяло. Когато сме млади, то е с гелообразна структура. С напредване на възрастта започва да се втечнява, а гелът, който не се е разтворил плува под разнообразни форми. Именно те са изградени от фини колагенови влакна, които не пропускат светлина към ретината и затова виждаме плуващи точици и нишки във всякакви форми. Тези колагенови струпвания са изключително малки, но все пак могат да се диагностицират от офталмолог. Ако не се касае за по-сериозен процес като отлепване на стъкловидното тяло, колагеновите натрупвания могат да бъдат изпарени или раздробени с помощта на лазер.

И ако с възрастта структурата на стъкловидното тяло се променя, заболявания като диабет ускоряват процесите. [8] Нетипичното кръстосване на колагеновите фибри и неензимната гликация водят до преждевременно втечняване и отлепване. Предполага се, че увредения синтез на новите колагенови фибри участват в провокирането на заболявания като диабетна ретинопатия.

Невлакнестите колагени, които изглеждат като хомогенна структура участват в образуването на базови мембрани в очите. Най-често се среща колаген тип IV, но се срещат малки количества и от колаген тип I, II или III. Невлакнестата структура се проявява с различен начин на сглобка между отделните молекули на колаген тип IV, които достигат до 400nm. Докато при влакнестите структурата на тройната спирала е от решаващо значение, при колаген тип IV, тя е прекъсната и това води до по-голяма гъвкавост. Предмети на задълбочени анализи представляват кръстосаното свързване между колагеновите фибри, узряването им и анализа на сложни омрежени структури.

Ако погледнем на окото като орган, съдържащ голямо количество колаген не е изненадващо, че трябва да го пазим от ултравиолетовите лъчи, които проникват в дълбочина и унищожават фибрилите, трябва да следим кръвната си захар. Вече сме писали за витамин С, който подпомага синтеза на колаген, а в статия American optometric association [8] се препоръчва приемането на хранителна добавка с витамин С за преотвратяване риска от развитие на очни заболявания като катаракта. Същевременно тютюнопушенето, за което писахме освен че може да спомогне за разграждането на колагена в окото, може да доведе до токсична оптиконевропатия.

Използвани източници:

1.Structure, Function and Ageing of the Collagens of the Eye

2. www.arsmedica.bg - Роговица, корнея (cornea)

3. Склера (Sclera) | Анатомия от Framar.bg

4. Луксор клиник - Глаукома 

5. Collagen: A potential factor involved in the pathogenesis of glaucoma

6. Comprehensive Review of the Effects of Diabetes on Ocular Health

7. puls.bg -Очи, зрение: Стъкловидно тяло и промените в него

8. American optometric association. Vitamin C.