Еще в 1771 г. Квенгси высказал предположение о возможности замены рубцовоизмененной помутневшей роговицы хрустальной линзой соответствующей формы.
С тех пор неоднократно предпринимались попытки заменить роговицу искусственными линзами, и в последние годы для этой цели использовали различные пластмассы. Однако недостаток таких линз, который не удалось устранить до настоящего времени, заключается в том, что они выпадают или плохо действуют на зрение в результате образования позади них фиброзной ткани. Прошло 120 лет с той поры, как Киссам осуществил первую трансплантацию роговицы у человека. Для замены рубцовоизмененной роговицы он использовал роговицу поросенка. Непосредственно после операции зрение больного улучшилось, но позднее трансплантат помутнел и в конце концов превратился в рубцовую ткань. С тех пор в литературе время от времени появлялись сообщения об успешной гетеротрансплантации роговицы у человека и животных. В большинстве случаев, однако, гетеротрансплантация роговицы не удавалась. Вместе с тем накопился обширный клинический и экспериментальный материал, показывающий, что при ортотопической имплантации в переднюю камеру глаза гомологичная роговица дает удовлетворительные, никогда не мутнеющие трансплантаты. В конце XIX и в начале XX вв., когда фон Хиппель и Цирм проводили первые работы в этой области, нередко приходилось хирургическим путем удалять глаза с еще прозрачной роговицей. Таким образом, в распоряжении врачей всегда было необходимое количество роговицы для трансплантации. С годами, однако, положение изменилось в связи с применением консервативных методов лечения некоторых заболеваний. Кроме того, потребности в трансплантатах возросли благодаря увеличению числа хирургов, овладевших этим методом. В 1922 г. Филатов сообщил, что удовлетворительные результаты при гомотрансплантации давала роговица трупов, которую он предварительно хранил в холодильнике. Впоследствии было установлено, что роговицу можно брать у трупа на протяжении 15 час после смерти и с успехом имплантировать после хранения в течение 2—3 недель in vitro в стерильном жидком парафине при температуре +4°. Во время хранения жизнеспособность клеток, вероятно, постепенно снижается.
Успех ортотопической гомотрансплантации роговицы находился в явном противоречии с неудачами, на которые были обречены попытки ортотопической гомотрансплантации кожи человека и животных. Единственно возможное объяснение заключалось в том, что имплантированная роговица как бы создает почву для прорастания клеток реципиента и, следовательно, не обязательно должна быть живой. Вряд ли можно сомневаться в том, что эпителий, покрывающий переднюю поверхность трансплантата, постепенно заменяется гомологичными клетками реципиента. Известны случаи удовлетворительного приживления роговицы, лишенной эпителиального слоя. В то же время существуют предположения, что для удовлетворительного приживления трансплантатов клетки собственно ткани роговицы должны быть живыми. Так, почти все исследователи находят, что роговица, предварительно фиксированная в формалине, спирте или других химических соединениях, убивающих клетки, а также роговица, облученная летальными дозами рентгеновских лучей, вскоре подвергается фиброзному перерождению и утрачивает прозрачность, даже если она как будто бы прижила и в нее проросли клетки реципиента. Смельсер и Озэйникс обнаружили также, что роговица, замороженная при температуре жидкого азота, приживала после гомотрансплантации, но сохраняла прозрачность в течение не более 4 дней. Затем она становилась как бы подернутой дымкой и отечной, и в нее постепенно прорастали кровеносные сосуды из склеры реципиента. К концу второй недели после имплантации роговица была совершенно мутной и к концу 4-й или 5-й недели оставалась мутной и плохо снабжалась кровью. Спустя различные периоды времени после операции — от 6 недель и до 2 месяцев — приживленные трансплантаты или становились совершенно мутными, или еще просвечивали, но никогда не были прозрачными.
Смельсер и Озэйникс замораживали весь глаз кролика. В 8 опытах глаза вначале погружали в изопентан, охлажденный жидким азотом, а затем переносили в жидкий азот, из которого извлекали спустя различные сроки — от 2 час до 3—4 дней. После этого глаза оставляли для оттаивания при комнатной температуре и, когда роговица уже достаточно оттаяла, а водянистая влага и остальная часть глаза были еще в замороженном состоянии, иссекали трансплантат. В настоящее время известно, что такое медленное оттаивание гибельно для многих клеток, в том числе и для клеток кожи, которые могут пережить замораживание и быстрое оттаивание. Не доказано, что роговица, замороженная, хранившаяся при очень низкой температуре и затем согретая без участия каких-либо защитных агентов, даст устойчивые прозрачные трансплантаты. Вейес и Тейлор сообщили об удовлетворительных результатах гомотрансплантации лиофилизированной роговицы. Роговицу крысы замораживали в изопентане при —150°, затем в течение нескольких дней из нее при —40° удаляли влагу и после этого ее хранили в запаянных пробирках. После оводнения роговица приобретала нормальную консистенцию и имела обычный вид. При гомотрансплантации такая роговица давала удовлетворительные трансплантаты. В трансплантат роговицы прорастали клетки реципиента, но она оставалась прозрачной. Позднее многие авторы изучали судьбу трансплантатов лиофилизированной роговицы у кроликов, морских свинок и других животных и обнаружили, что, несмотря на успешное приживление, все трансплантаты впоследствии стали мутными.
Недавно, однако, Энаф сообщил о целом ряде замечательных опытов, в которых гомо — и гетеротрансплантация лиофилизированной роговицы дала прекрасные функциональные результаты. Энаф в сотрудничестве с Рэ усовершенствовал методику лиофилизации. Большое значение в ней играла скорость замораживания ткани до возгонки льда в высоком вакууме. Наилучшие результаты получали при быстром замораживании ткани в жидком пропане при —196°. Лиофилизацию осуществляли в специальном аппарате, который допускал возгонку льда при температуре около —50°. Весь процесс лиофилизации занимал 12 час при использовании диффузионного насоса, создающего вакуум 10-3 мм рт. ст. Затем ткань увлажняли, добавляя физиологический раствор при комнатной температуре. Гистологическое строение роговицы полностью сохранялось. В то же время входящие в ее состав белки изменялись ввиду хорошего приживления как гетеро-, так и гомотрансплантатов. Роговица кролика, например, приживала в глазах собак, и наоборот. Имели место также случаи удачной гетеротрансплантации лиофилизированной роговицы у людей.
Насколько нам известно, результаты Энафа еще никем не повторены. Вероятно, эго объясняется тем, что консервация роговицы с помощью лиофилизации требует сложной дорогостоящей аппаратуры и квалифицированного обслуживающего персонала. Метод охлаждения до низких температур в присутствии глицерина значительно проще. Первыми стали хранить обработанную глицерином роговицу при очень низких температурах Роб и Исткот. Они воздействовали на роговицу животных и человека физиологическим раствором, содержащим 15% глицерина, и охлаждали ее до —79° по методике, применявшейся для ткани яичника. Роговицу хранили при этой температуре до самой трансплантации, когда ее быстро согревали при +40°. Предварительные результаты были обнадеживающими; трансплантаты в виде тонких пластинок, обработанные таким путем, приживали и оставались прозрачными в течение 6 недель. Другие результаты гомотрансплантации замороженной роговицы человека опубликовали Исткот и др. Материал для трансплантации брали у трупов как можно скорее после смерти, максимум через 12 час. В некоторых случаях консервировали роговицу во всю толщу ткани, а в других снимали пластинки различной толщины, с тем чтобы иметь в своем распоряжении трансплантаты требуемой толщины. Трансплантаты того и другого вида помещали в стерильные бутыли с завинчивающимися пробками и заливали раствором Рингера, содержащим 15% глицерина при pH 6. После выдерживания их в течение 1 час в комнатной температуре бутыли погружали в охлаждающую смесь, состоящую из спирта и углекислоты с температурой —79°, а затем хранили в твердой углекислоте различное время от 3 дней до 9 месяцев. За это время pH среды, по-видимому, значительно снижался в связи с растворением СO2. Роговицу оттаивали как можно быстрее, погружая бутыли в водяную баню с температурой +40°. Замороженные трансплантаты имплантировали таким же способом, как и свежий материал. Все трансплантаты в виде тонких пластинок прижили и вели себя во всех отношениях как свежая ткань. В течение всего периода клинического наблюдения, который в ряде случаев длился 10 месяцев, они оставались прозрачными. В двух случаях трансплантации (во всю толщу) замороженной роговицы также были получены успешные во всех отношениях результаты. В трех случаях такая трансплантация имела лишь частичный успех — трансплантаты сохранили прозрачность только в центральной части. Остальные два трансплантата полностью помутнели, и пришлось заново осуществить трансплантацию на этот раз свежей роговицы.
Успешные результаты, полученные при имплантации трансплантатов в виде тонких пластинок, позволяют предполагать, что клетки эпителия роговицы, а также собственно ткани роговицы переживали охлаждение до —79°. Биллингэм проверял жизнеспособность эпителиальных клеток, пересаживая обработанные глицерином замороженные тонкие трансплантаты роговицы кролика в специально подготовленный на груди участок, с которого была удалена кожа. На границах, отделяющих окружающую кожу от гетеротрансплантатов замороженной роговицы, хранившейся 1 месяц при —79°, появились пояски типичного для роговицы прозрачного эпителия. После этого уже не оставалось никаких сомнений в том, что большое число эпителиальных клеток переживало замораживание при —79°, хранение при этой температуре и последующее оттаивание. Показано, что клетки собственно ткани роговицы также переживают замораживание при —79°. Роговицу морских свинок обрабатывали раствором Рингера, содержащим 15% глицерина, охлаждали до —79° и хранили при этой температуре в течение 30 дней. После оттаивания ее имплантировали под кожу морским свинкам. Приблизительно через 20 дней реципиентам ввели радиоактивный сульфат (—S35O4), а еще через 16 час трансплантаты извлекли и подвергли гистологическому исследованию. Радиоавтограммы показали одинаковое поглощение S35 собственно тканью роговицы как в свежих, так и в замороженных трансплантатах. Следовательно, клетки, по-видимому, переживали замораживание и в них происходили нормальные метаболические процессы.
Полные и частичные неудачи при трансплантации во всю толщу роговицы свидетельствовали о возможном повреждении во время замораживания и оттаивания хрупких клеток эндотелия на задней поверхности роговицы. После трансплантации поврежденный эндотелий замещался фиброзной тканью, что в некоторых случаях приводило к помутнению трансплантатов во всю толщу свежей роговицы. В то же время повреждение эндотелия на задней поверхности роговицы должно вызвать нарушение нормального обмена между водянистой влагой и роговицей. Ридж показал, что потребление кислорода клетками эндотелия в роговице кролика снижалось, если физиологический раствор с pH 5,85 содержал хотя бы 1 % глицерина. При pH 8,8 эндотелий был резистентным к подавляющему влиянию глицерина в концентрациях, достигающих 10%. При pH 8,8 обработанный глицерином эндотелий оказывался почти полностью защищенным от губительного действия замораживания при —79° и последующего оттаивания. Об этом можно было судить по его потреблению О2, которое составляло 75% потребления кислорода свежей тканью. Таким образом, степень выживаемости замороженных трансплантатов во всю толщу роговицы человека и кролика, по-видимому, можно повысить, приведя pH в должное соответствие со средой и понизив концентрацию глицерина примерно до 10%.
Биллингэм и Райкрофт разработали свою методику замораживания и храпения роговицы. Для того чтобы пропитать роговицу глицерином, они при комнатной температуре погружают весь глаз на 1 час в раствор Рингера, содержащий 15% глицерина. Затем они удаляют жидкость и помещают глаз роговицей вверх в стеклянный сосуд с широким горлышком и с завинчивающейся крышкой или с притертой пробкой, смазанной силиконом. Для охлаждения сосуд окружают твердой СO2 с температурой —79°. Для последующего оттаивания глаз быстро отогревают, обильно поливая его теплым физиологическим раствором с температурой 38°. Замороженная роговица приобретает серый оттенок; она как бы испещрена пятнами и тверда на ощупь. В процессе оттаивания она быстро становится прозрачной, и в передней камере глаза появляются пузырьки воздуха. Когда температура роговицы достигает уровня нормальной температуры тела, маленькие пузырьки воздуха часто появляются и в ее строме. Прозрачность роговицы обусловлена особым расположением коллагеновых волокон, окруженных в строме основным веществом, содержащим мукоид. Возможно, оптические свойства роговицы претерпевают изменения в результате образования пузырьков или поглощения жидкости. Ридж полагает, что некоторые из этих пузырьков возникают вследствие метаболической активности ресничного тела в интактном глазе после смерти и что перед замораживанием, может быть, следует заменять водянистую влагу забуференной жидкостью. Однако, несмотря на возникновение этих пузырьков, Райкрофт использовал трансплантаты во всю толщу роговицы глаз, обработанных глицерином и хранившихся при —79° в течение многих месяцев. При этом он в ряде случаев получил хорошо функционирующие и немутнеющие трансплантаты. В других случаях консервированные трансплантаты имели оптические дефекты, обусловленные образованием складок и сокращением десцеметовой оболочки или отслойкой роговичных пластинок. Остается выяснить, что же служит причиной повреждения зрения — гибель части клеток или нарушение расположения коллагеновых волокон.
Одна из главных, еще не разрешенных проблем, связанных с хранением ткани при низких температурах, заключается в получении роговицы или глаза человека вскоре после смерти, до наступления посмертных изменений. Следует, однако, отметить, что задача продолжительного хранения роговицы частично уже разрешена.