Клетки Мюллера спасут зрение

Ряд глазных заболеваний можно будет вылечить, используя действие клеток Мюллера

Ряд глазных заболеваний можно вылечить, используя тот факт, что нормальную работу «колбочек» — фоторецепторов сетчатки глаза — обеспечивают клетки Мюллера. К такому выводу пришли ученые Вашингтонского университета.

Человеческий глаз по своей сути является уникальным оптическим прибором невероятно сложной структуры, который сформировался в ходе эволюции, продолжавшейся миллионы лет. Человек, который не имеет проблем со зрением, придя со светлой улицы в довольно темное помещение, через несколько минут уже может вполне свободно ориентироваться в нем. Так и наоборот — оказавшись после темноты в ярко освещенном месте, глаз спустя небольшой промежуток времени позволяет человеку чувствовать себя вполне комфортно. Восприятие электромагнитного излучения в видимой области спектра, в том числе и способность различать цвета, обеспечивается сетчаткой. Эта часть глаза представляет собой его внутреннюю оболочку, которая содержит пигментный эпителий, фоторецепторные клетки (известные каждому со школы палочки и колбочки) и ряд нервных клеток.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 1,
    "pic_fsize": "18870",
    "picsrc": "Строение человеческого глаза // www.mikof.md",
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_3272970_i_1"
}

Палочки более чувствительны к свету и сконцентрированы к краям сетчатки, что определяет их участие в ночном и периферийном зрении. Колбочки, которые получили свое название из-за конической формы, в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки, но гораздо лучше воспринимают быстрые движения. Кроме того, различают три вида колбочек, по чувствительности к разным длинам волн оптической части спектра (фиолетово-синей, зелено-желтой и желто-красной), и именно наличие этих трех видов колбочек (плюс палочек, чувствительных в изумрудно-зеленой части спектра) даёт человеку цветное зрение.

Наибольшее скопление колбочек в сетчатке человека находится в центральной ямке, так называемой макуле, или «желтом пятне», находящейся на оптической оси глаза, что обеспечивает остроту зрения.

Палочки и колбочки

Палочки - один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза, названый так за свою цилиндрическую форму. Палочки более чувствительны к свету и, в человеческом глазе, сконцентрированы к краям сетчатки, что определяет их участие в ночном и периферийном зрении. В сетчатке глаза человека содержится приблизительно 100 миллионов палочек.

В человеческом глазе, приспособленном, преимущественно, к дневному свету, при приближении к середине сетчатки палочки постепенно вытесняются более подходящими для дневного света колбочками (второй вид клеток сетчатки) и в центральной ямке не встречаются вовсе. У животных ведущих, преимущественно ночной образ жизни (например, кошек), наблюдается противоположная картина.

Чувствительность палочки достаточна, чтобы зарегистрировать попадание одного-единственного фотона, в то время как колбочкам необходимо попадание от нескольких десятков до нескольких сотен фотонов. Кроме того, к одному интернейрону, собирающему и усиливающему сигнал c сетчатки, как правило, подсоединяются несколько палочек, что дополнительно увеличивает чувствительность за счёт остроты восприятия (или разрешения изображения).

Из-за того, что все палочки используют один и тот же светочувствительный пигмент (вместо трёх, как у колбочек), они участвуют в цветном зрении лишь опосредованно. Палочки реагируют на свет медленнее, чем колбочки - палочка реагирует на раздражитель в течение порядка ста миллисекунд. Это делает её более чувствительной к меньшим количествам света, но снижает способность к восприятию быстротекущих изменений, таких как быстрая смена образов. Палочки воспринимают свет, преимущественно, в изумрудно-зелёной части спектра, поэтому в сумерках изумрудный цвет кажется ярче, чем все остальные.

Колбочки - второй тип фоторецепторных клеток сетчатки глаза. Свое название колбочки получили из-за конической формы. Их длина около 50 мкм, диаметр - от 1 до 4 мкм. Колбочки приблизительно в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки, но гораздо лучше воспринимают быстрые движения.

Различают три вида колбочек, по чувствительности к разным длинам волн света (цветам). Колбочки S-типа чувствительны в фиолетово-синей, M-типа в зелено-желтой, и L-типа в желто-красной частях спектра. Наличие этих трех видов колбочек (и палочек, чувствительных в изумрудно-зеленой части спектра) даёт человеку цветное зрение.

Длинноволновые и средневолновые колбочки (с пиками в сине-зелёном и жёлто-зелёном) имеют широкие зоны чувствительности со значительным перекрыванием, поэтому колбочки определённого типа реагируют не только на свой цвет; они лишь реагируют на него интенсивнее других.

В ночное время, когда поток фотонов недостаточен для нормальной работы колбочек, зрение обеспечивают только палочки, поэтому ночью человек не может различать цвета.

Принцип работы этих палочек и колбочек заключается в том, что под действием света в клетках продуцируются специальные пигменты, то есть происходит фотохимическая реакция с преобразованием энергии фотона в энергию соединений нервной ткани. Важную роль в химической составляющей процесса зрительного восприятия человека играет пигментный эпителий, который, принимая фотоны света, взаимодействует с палочками и колбочками, генерируя специальный белок, выполняющий транспортную функцию, а также играет роль в регенерации важных химических веществ, участвующих во всем процессе в целом. Так в темноте палочки и колбочки восстанавливают свою способность производить пигмент, этим обеспечивая зрение человеку на протяжении всей жизни.

Но по-прежнему многое в процессе зрительного восприятия остается непонятным для человека. Вследствие травм, болезней или просто из-за солидного возраста люди часто страдают глазными болезнями, и врачи, увы, не всегда могут помочь им. Группа ученых из Медицинской школы Вашингтонского университета во главе с уроженцем Болгарии Владимиром Кефаловым в ходе своих исследований чуть больше узнала о работе фоторецепторов и сетчатки. Ученые получили результаты, которые в дальнейшем могут быть использованы при лечении глазных болезней, в частности макулодистрофии. Это заболевание, которое еще называется «возрастная дегенерация сетчатки», развивается у людей после 50 лет и является одной из самых распространенных причин слепоты в пожилом возрасте.

Палочки и колбочки

Макулодистрофия вызывает разрушение «желтого пятна», то есть колбочки перестают выполнять свою функцию — реагировать на свет.

Подробнее о работе Кефалова и его коллег можно ознакомиться в статье из журнала Current Biology.

Свою работу ученые продолжают уже не первый год. В феврале нынешнего года эта же группа в журнале Nature Neuroscience опубликовала свое исследование по изучению работы сетчатки глаза саламандры, в которой содержится большое количество колбочек. Кефалов и коллеги убрали из сетчатки пигментный эпителий и направили на нее яркий свет. Оказалось, что палочки после этого потеряли свою способность восстанавливать производство пигмента, то есть, по сути, «перегорели».

Колбочки же, несмотря на отсутствие пигментного эпителия, смогли восстановить свои функции.

В новом исследовании подобная работа была проведена на сетчатке глаза мышей и дала такие же результаты: в отсутствие пигментного эпителия после яркого света палочки «перегорали», а колбочки продолжали функционировать нормально.

В последнее время в мировых журналах были опубликованы несколько работ, которые посвящены роли глиальных клеток Мюллера (получивших свое название в честь выдающегося немецкого естествоиспытателя Иоганнеса Мюллера), которые выполняют вспомогательную функцию для обычных нейронов. Так в ноябре минувшего года «Газета.Ru» писала о работе ученых из британской Лаборатории Тома Реха из того же Вашингтонского университета, где рассказывалось, что клетки Мюллера могут помочь бороться со слепотой, будучи способными к делению и превращению в другие типы клеток. Этот вопрос затронули и Кефалов с коллегами.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "2894748",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3272970_i_3"
}

Они изучили влияние клеток Мюллера на восстановление функции колбочек.

Оказалось, что если заставить сетчатку взаимодействовать со специальным химическим раствором, блокирующим действие клеток Мюллера, то после восприятия яркого света в отсутствии пигментного эпителия колбочки также «перегорают». А вот нормальная работа клеток Мюллера способствует и нормальной работе колбочек, независимо от наличия пигментного эпителия.

Авторы утверждают, что установленный ими факт в ближайшем будущем поможет выработать технологию лечения случаев нарушения зрения, когда в результате травм или других причин поврежден пигментный эпителий, в частности поможет в лечении макулодистрофии.