Retina Rhlich Pl Semmelweis Egyetem OK Anatmiai Szvet

Retina Röhlich Pál Semmelweis Egyetem, ÁOK, Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet 2017 nov. 8.

A retina az idegrendszernek a perifériára kihelyezett része (szemserleg) retinalemez ektoderma lencsehólyag ventriculus opticus a. hyaloidea tapetumlemez (pigmenthám)

A szemserlegből kialakuló retina a kifejlett szemen a pupilla széléig terjed. Kisebb, elülső része két összefekvő köbhámrétegre redukálódott: pars coeca retinae (pars ciliaris és pars iridica retinae). pars iridica retinae pars ciliaris retinae A retina hátsó, nagyobb része játszik szerepet a fényérzékelésben: pars optica retinae. A gyakorlatban ezt nevezzük retinának. A pars coeca és optica határa az ora serrata: vékony, körbefutó, zegzugos vonal. pars optica retinae Fovea és papilla nervi optici. dura mater A bulbus horizontális síkú metszete

Élő retina képe az üvegtest felől Szemtükörrel nyert szemfenéki kép Superior a. és v. centralis retinae elágazása Temporalis Papilla n. optici „vakfolt” Nasalis A szemfenék (fundus oculi) vizsgálata a szemorvos naponta használt eljárása. Felvilágosítást ad többek között: • • • Inferior Kolb, Webvision az erek általános állapotáról fokozott koponyaűri nyomásról, fokozott szem belnyomásról (glaucoma), opticus rostok megfogyatkozásáról, különböző retinadegenerációkról, daganatokról, stb.

A retina szövettana: neurontípusok Horizontális neuronok choroidea Vertikális neuronok I. Fotoreceptorsejt Horizontális sejt II. Bipoláris sejt Amakrin sejt III. Ganglionsejt fén Inverz szem y üvegtest

A retina rétegei choriocapillaris choroidea 1. pigmenthám str. pigmentosum retinae fotoreceptor kültagok 2. pálcikák és csapok fotoreceptor beltagok bacilli et coni 3. külső határhártya m. limitans externa fotoreceptorok perikaryonjai 4. külső magvas réteg str. granulosum ext. 5. külső szinaptikus réteg str. plexiforme ext. bipoláris, horizontális, amakrin és Müller-sejtek perikaryonjai 6. belső magvas réteg str. granulosum int. 7. belső szinaptikus réteg str. plexiforme int. ganglionsejtek perikaryonjai 8. ganglionsejtek str. ganglionare 9. látórostok rétege str. neurofibrarum 10. Belső határhártya (nincs a képen) üvegtest

Fotoreceptorsejtek Általános szerkezet: kültag, beltag, perikaryon, synapsis Pálcikasejt Vékony (2μm), hengeres kül- és beltag, fonálszerűen megnyúlt sejt Fotoreceptorkorongok izoláltak a kültag sejtmembránjától Szinaptikus végződés gömbölyded (spherulum) Szkotopikus (szürkületi) látás Érzékeny, akár egyetlen fotont képes érzékelni! Lassabban reagál. pálcika csap Csapsejt (a fovea centralison kívül) Zömök beltag, kúpszerű kültag Fotoreceptorkorongok a sejtmembrán lapos betüremkedései Szinaptikus végződés talpszerű (pediculus), több szinapszissal Fotopikus (színes) látás Három alapszínre érzékeny csaptípusok (trikromatikus látás). Kevésbé érzékeny, de gyorsan reagál.

A kültag átalakult csilló (Pálcikasejt elektronmikroszkópos képe a kültag/beltag határról) kültag a fotoreceptor korongokkal A kültag az újabban felfedezett ún. érző csillók különleges formája. Érző csillók számos sejttípuson megtalálhatók, a centrosoma egyik centriolumából nőnek ki, tehát 1 db. van egy sejten. Jelentőségük: jelátviteli rendszereket tartalmaznak, sejttípusonként különbözőket (receptorok a membránban, a jelátviteli lánc többi tagja többnyire a csilló belsejében). fotoreceptor csilló a csilló bazális testje járulékos centriolum

A fototranszdukció pár mondatban A fotoreceptor molekula (fotopigment) összetett fehérje: Opszin (a membránon 7 x áthaladó peptidlánc) és 11 -cisz retinál (fényérzékeny hidrofób molekula, A-vitamin aldehidje. 1. A fotoreceptor molekulát fény éri, a 11 -cisz-retinál izomerizálódik all-transz-retinállá, ez kiváltja az opszin konformációváltozását. 2. Az aktivált opszin aktiválja a G-fehérje (transzducin) αalegységét. 3. A Gα (transzducin) a c. GMP-foszfodiészteráz gátló alegységét eltávolítva beindítja az enzim működését. 4. A c. GMP koncentráció leesik. 5. A c. GMP-függő kationcsatornák bezáródnak a c. GMP leválása miatt, megszűnik a Na+ és Ca 2+ beáramlása. 6. A fotoreceptorsejt membránja ezáltal hiperpolarizálódik (-40 m. V → -70 m. V). 7. A sejt szinapszisában a glutamát neurotranszmitter felszabadulása csökken. Retinál molekula

A pálcikában a fotoreceptor-kültag folyamatosan megújul • Fény hatására a fotoreceptor korongok elöregszenek, pótlásra szorulnak. • A fotopigment opszinja a beltag d. ER-ben szintetizálódik, a Golgiapparátuson keresztül átjutva transzport-vesiculák közvetítésével a csilló bázisához kerül. Itt exocytosissal beolvad a sejtmembránba, és transzport mechanizmussal feljut a kültagba. • A kültagmembrán lapos betüremkedéseket alkot, ezek leválnak a sejtmembránról: fotoreceptorkorongok. • A korongok a kültag csúcsa felé tolódnak, 10 -11 nap alatt elérik a kültag csúcsát. • A kültag csúcsát a pigmenthám bekebelezi, majd lysosomákkal lebontja.

A pigmenthám együttműködik a fotoreceptorsejtekkel Köbhámsejtréteg, basalis sejtmembrán invaginációk, apicalis lemezszerű nyúlványok. Pigmentszemcsék, fejlett sima ER! Lamina basalis. A szemserleg külső lemezéből származik. Külső felszínéhez a choriocapillaris igen sűrű hálózata fekszik hozzá. Funkciói: • Transzportál a choriocapillaris réteg felől a fotoreceptorok felé (tápanyag-, O 2 és A-vitamin ellátás). • Reizomerizálja a transz-retinált 11 -cisz retinállá (izomerohidroláz, sima felszínű endoplasmás reticulum szerepe). • Phagocytálja az elöregedett fotoreceptor-korongokat („leharapja” a kültagok csúcsát, ezzel részt vesz a kültag megújulásában) • Növekedési faktorokat szecernál. • Immunológiailag elszigeteli a szem belsejét (z. occludens: tight junction!). • Kiszűri a szórt fényeket („camera obscura”). Sima felszínű endoplasmás reticulum

A színeslátás sejtjei a csapsejtek Emberben (és az óvilági majmokban) három alapszín érzékelésére differenciálódott csapsejtféleség van: kék-, zöldés vörös-érzékeny csapok (S-, M- és L-csapok). Trikromatikus látás. A teljes csapszámnak az S-csapok kb. 5 -10%-át teszik ki. A maradék változó (többnyire egyenlő) arányban oszlik el az Més L csapok között. S Mindhárom csap kromofórja azonos: 11 -cisz-retinál, a különböző hullámhosszú fények abszorpciója az opszinnak a kromofór közelében lévő aminosavainak az összetételétől és helyzetétől függ (ez „hangolja be” a megfelelő hullámhosszra). A kék opszin génje a 7. sz. kromoszómán Egy vörös és 2 zöld opszin gén az X kromoszóma végén A rodopszin génje a 3. kromoszómán A színspecifikus csapsejtektől színspecifikus neuronális útvonalak indulnak el, amelyek felderítése azonban csak akkor lehetséges, ha a csapsejtek színspecifitását szövettani preparátumokon biztosan azonosítani tudjuk. M L

A fotoreceptorok immuncitokémiai elkülönítése Kiinduló feltevés: mivel a fotopigmentek kromofórja, a 11 -cisz-retinál minden fotoreceptor molekulában azonos, a különböző színérzékenységért az opszin fehérjék szerkezete kell, hogy felelős legyen. Ha ez így van, akkor specifikus ellenanyaggal a keresett opszin, ill. az azt tartalmazó színspecifikus csaptípus felismerhető. Monoklonális antitestek termelése csap-opszinok ellen. Egerek immunizálása állatokból izolált fotoreceptormembránokkal, A nyert klónok által termelt ellenanyagok tesztelése retinametszeteken, csapokat felismerő ellenanyagok kiválogatása, majd a színspecifitás bizonyítása az egyes opszinfajtákra jellemző peptidszakaszokkal. Poliklonális szérum rodopszin ellen. Marhaszemekből nyert fotoreceptormembránfehérjéket futtattunk gél-elektroforézissel, a gélből kivágott, rodopszint tartalmazó sávval immunizáltunk patkányokat, megfelelő szintetikus peptidekkel igazoltuk a szérum rodopszin-specifitását. Eredmény: OS-2 ellenanyag a kék-érzékeny (S) csapok felismerésére COS-1 ellenanyag a vörös/zöld-érzékeny (M/L) csapok felismerésére. A kétféle opszin nem volt elkülöníthető. AO poliklonális ellenanyag a pálcikák azonosítására Zöld-csap összehasonlítása kék-csappal, ill. vörös csappal; az aminosav-eltéréseket lila színek jelzik. A vörös- és a zöld-érzékeny csap opszinok csak néhány aminosavban különböznek egymástól.

Fotoreceptormozaik a fovea centralis széli zónájában immunhisztokémia fotoreceptor-specifikus ellenanyagokkal sorozatmetszeteken, a fekete pontok jelzik a megjelölt fotoreceptor-kültagot S- (kék-érzékeny) csapok (kék nyílhegy) M/L (vörös vagy zöld-érzékeny) csapok (vörös nyílhegy) Pálcikák (sárga nyílhegy)

A fotoreceptorréteg emberi retinában pigmenthám pálcikák kültagja Zöld- és vörösérzékeny (M/L) csap kültag beltag Kék-érzékeny (S-) csap kültag beltag perikaryon csaprost szinaptikus talp Humán retina keresztmetszet, immuncitokémia. Dr. Szabó Arnold készítménye és felvétele

A pálcikák és csapok nem egyenletesen oszlanak el a retinában A fovea közepén kizárólag csapok vannak A fovea szélétől a periféria felé a csapsűrűség erősen lecsökken, a pálcikák dominálnak pálcika csap Curcio, 1990 A foveától mért távolság 1, 35 mm A foveához közel jelentős számú csap található 5 mm A foveától távolabb kisebb a csapsűrűség, a pálcikák dominálnak 8 mm Még távolabb már jelentős a pálcikadominancia 16 mm A retina perifériás zónájában mind a csap-, mind a pálcikasűrűség csökken

A retina neuronális kapcsolatainak erősen egyszerűsített vázlata Scleralis oldal pigmenthám membr. limitans ext. str. granulosum ext. Müller-sejt apicalis mikrobolyhai Csapsejt perikaryonja Pálcikasejt perikaryonja Horizontális sejt Müller gliasejt str. granulosum int. Törpe bipoláris sejt Diffúz pálcika bipoláris sejt Amakrin sejt Parasol ganglionsejt str. ganglionare membr. limitans int. Törpe ganglionsejt Müller-sejt talpacskái Vitreális oldal

Neuronális kapcsolatok komplexitása. 17 -féle ganglionsejt, több mint 20 -féle amakrinsejt (többféle neurotranszmitterrel), 3 -féle horizontális sejt, 11 -féle bipoláris sejt! Számtalan kapcsolati lehetőség. Konvergencia. A fényinformáció sok fotoreceptorról néhány bipoláris közvetítésével csatornázódik egyetlen ganglionsejtre. Receptív mezők. Eredmény: nagyobb fényérzékenység és rosszabb képfeloldás. Pálcikasejtekre különösen jellemző. Igen gyenge megvilágítási környezetben előnyös. A fovea közelében nincs vagy kisfokú, periféria felé egyre fokozódik. Akár több ezer pálcikáról gyüjtődik össze a fényinformáció. Diffúz pálcika bipoláris. Csapsejtek is mutatnak konvergenciát, ez hiányzik a foveában, jelen van a periférián, de igen kis fokban (520 csapról). Diffúz csap bipolárisok. Jellemző adat: pálcikaszám 120 millió, csapszám 7 millió 1 millió ganglionsejt. Kontrasztfokozás. Egy vagy néhány fotoreceptor ingerületbe jutásakor a környező fotoreceptorok (vagy azokból kiinduló útvonalak) gátlódnak. Horizontális sejtek szerepe. ON és OFF bipolárisok és ganglionsejtek. http: //webvision. med. utah. edu/

Milyen tényezők teszik lehetővé az éleslátást a fovea centralisban? 1. A foveális csapok nagy sűrűsége (170. 000 /mm 2, itt a csapok vastagsága alig nagyobb, mint 1μm!) Kék-érzékeny foveális csapok keresztmetszete a kültagok szintjében 2. Nincs konvergencia. 1 csapsejt → 1 törpe bipoláris sejt → 1 törpe ganglionsejt. A jeltovábbításnál a kép feloldása nem romlik! Foveális csap hosszmetszete a kültag-beltag határon

3. A fény közvetlenül a foveális csapokra esik, nem kell áthaladnia a retina belső rétegein, melyek a fovea széle felé húzódnak ki. Ez okozza a fovea bemélyedését. OCT (optikai koherencia tomogramm) felvétel élő retinából Kolb, Webvision Szövettani metszet a foveán keresztül

A fovea érmentes terület, az a. centralis retinae ellátási területe a fovea szélén megszűnik, ezért az erek képe sem vetül a foveális csapmozaikra. Snodderly 1992

Interphotoreceptor matrix Proteoglikánokat tartalmazó, kocsonyás állomány a pigmenthám és a membrana limitans externa között (a tér fejlődéstanilag a szemserleg ventriculus opticusának felel meg, más neve: subretinalis tér). A photoreceptorsejtek bel- és kültagjai ebbe ágyazódnak bele. A matrixot a photoreceptorsejtek termelik, amely hüvelyszerűen veszi körül őket. A csapok és a pálcikák kissé eltérő szénhidráttartalmú matrixot termelnek (csaphüvely ill. pálcikahüvely), ezért különböző lektinekkel tüntethetők fel (PNA ill. WGA). Csaphüvelyek (PNA festés) Feltehető szerepe: a retina adhéziója a pigmenthámhoz integrinekkel. Mi köti hozzá a retinát a pigmenthámhoz? A fotoreceptorok és a pigmenthám között nincsenek sejtkapcsoló struktúrák! A retinának a pigmenthámhoz való hozzátapadását több tényező biztosítja: a szem belnyomása, az interphotoreceptor matrix, a víz kipumpálása a pigmenthám által, … Pálcikahüvelyek (WGA festés) Retinaleválás (ablatio retinae). A retina a hátsó szemfalhoz csak 2 helyen rögzül erősen: az ora serrata zegzugos vonalában és a látóidegfőben. A neurális retina aránylag könnyen leválhat a pigmenthámról, pl. mechanikai hatásokra, hirtelen belnyomáscsökkenésre, folyadékfelszaporodásra a subretinalis térben … A fotoreceptorok néhány nap alatt degenerálódni kezdenek. Terápia a korai időszakban: „hozzáforrasztás” néhány ponton lézersugárral vagy fagyasztással (koaguláció).

A retina speciális gliasejtje: a Müller-sejt A m. limitans externa és interna között feszül ki. Körülveszi a neuronokat, minden szabad helyet kitölt, sejtmagja a belső magvas rétegben. Sejtkapcsoló struktúrák a fotoreceptorsejtek és a Müller-sejt között: m. limitans externa), Kúpszerű talpacskái egy sorban: m. limitans interna. A retinális neuronokat kiszolgáló mindenes sejt Funkciói: • Használt neurotranszmittereket vesz fel és alakít át (pl. glutamát), • Védi a neuronokat az ionkörnyezeti káros hatásoktól (K+ homeosztázis), • Növekedési faktorokat termel, • Glikogént tárol és lebont, • Alakja révén a fényt a fotoreceptorokhoz vezeti (rost-optika), • Nyúlványaival ereket hüvelyez be (vér-retina gát egyik eleme), • Fejlődésben a retinát átérő struktúraként (radiális glia) vezeti a kialakuló neuronok vándorlását, • A retina támasztósejtje (gliafibrillumok!), • Alacsonyabb gerincesekben visszaalakulhat őssejtté (sejtutánpótlás!).

A retina vérellátása mindkét oldalról történik 1. A retina scleralis (külső) felét a pigmenthámhoz szorosan hozzáfekvő igen sűrű capillaris-hálózat látja el (choriocapillarisok). A capillarisok endothelje fenesztrált. A fotoreceptorsejteket teljes hosszukban ez a rendszer látja el tápanyaggal, oxigénnel és A-vitaminnal. 2. A retina vitrealis (belső) felének vérellátását az a. centralis retinae végzi. Az ér a látóidegfőn lép be, a retina belső felszínén ágazódik el, ágai behatolnak a retinába, capillarisaikkal egészen a str. plexiforme externumig jutnak. Choriocapillaris réteg korróziós készítményen (pásztázó EM). Zhang 1994 choriocapillaris felől 70% a. centralis felől 30% Szemfenéki kép az a. és v. centralis retinae ágaival

Retinadegenerációk Sokféle hatás vezethet a retina degenerációjához, pl. : • • Hypoxia érelváltozások miatt (pl. diabetes mellitus esetében, de közvetlen hatás is lehet a fotoreceptorokra) Zöldhályog (glaukoma) a fokozott belnyomás az ereket nyomja, ganglionsejtek degenerálódnak Retinaleválás, megszűnik a kapcsolat a pigmenthám és a fotoreceptorok között Fotodegeneráció, erős és hosszantartó fényhatás A-vitaminhiány, nincs retinálutánpótlás Diabetes mellitus (cukorbaj) elsősorban fotoreceptorsejtek degenerálódnak Makuláris degeneráció, ok még nem teljesen tisztázott Genetikai hibák miatt (öröklött). Genetikai hibák. A fotoroceptorok többféle molekuláris mechanizmussal szabályozott sejtek, a kültagjuk és a csilló több, mint ezer különféle proteint tartalmaz! Ezek funkciókiesést okozó genetikai hibája a fotoreceptorsejtek hibás működéséhez és következményes apoptózisához vezet. Néhány példa: • • • Rodopszin: az opszin mutációi, hibás tekeredése, az opszin nem jut el a kültagba, a retinál nem épül be az opszinba (a retinál reizomerizációs mechanizmus hibáj miatt) Kültag fagocitózisa a pigmenthámban elmarad (nincs megújulás) Nem fejlődik ki a csilló (nincs hová beépülni a fotorecepciónak, a kültag hiányzik) Gyakori patológiai kép: retinitis pigmentosa (szemfenéki képen mozaikszerű, felhőszerű mezők, pigmentált területek … fokozódó látásromlás) Kísérletek az elpusztult sejtek pótlására (őssejtekből vagy differenciálódó sejtekből)

Fényérzékeny ganglionsejtek (ip. RGC) A retinális ganglionsejtek 2 -3%-a fényérzékeny (intrinsically photoreceptive retinal ganglion cells, ip. RGC)! A fényérzékenységért speciális opszin, az ún. melanopszin felelős. A melanopszin a gerinctelenek opszinjaival rokon, és a fotopigmentet eredetileg béka bőrhám melanophoráiban fedezték fel! Ősi fotorecepciós mechanizmus. Kísérletileg kimutatatták, hogy ezek a ganglionsejtek valóban fényérzékenyek, és ez a melanopszinnak tulajdonítható. A fototranszdukciós lánc különbözik a pálcikák-csapokban ismerttől, a foszfoinozitid jelátviteli pályát használja, és a sejt ingerületbe jutását a sejtmembrán depolarizációja jelenti. Mindez a gerinctelen állatokra jellemző fotorecepciós folyamatokhoz hasonló. Melanopszin-pozitív ganglionsejtek (zöld) Ezen ganglionsejtek axonjainak jó része a suprachiasmaticus magban végződik, de a rostok egyéb KIR helyekre (pl. az Edinger -Westphal maghoz) is projiciálnak. Kísérleti adatok arra utalnak, hogy a sejtek lényeges szerepet játszanak a pupilláris reflex kiváltásában és a napi (circadialis) ritmusnak a fényviszonyokhoz való hozzáigazításában. A fényérzékeny ganglionsejtek tehát nem vesznek részt képalkotásban, hanem tartós fénymérőként működnek. Az ip. RGC-k összeköttetései a központi idegrendszer centrumaival (rágcsálókban) Berson 2003