Ögonmusklerna: Aldrig trötta och sällan sjuka Fatima Pedrosa-Domellöf Professor i anatomi, docent i oftalmiatrik, ögonläkare Enheten för oftalmiatrik Det finns fler än 600 muskler i kroppen och de används för att utföra många olika typer av rörelser. Vi har snabba muskler, som i regel lika snabbt blir trötta, och vi har långsamma men uthålliga muskler. Med musklerna kan vi göra allt möjligt, inte minst fantastiska idrottsprestationer, men de mest spännande musklerna i kroppen är ändå ögonmusklerna. Figur 1 illustrerar vilken roll ögonen spelar för kontrollen av motoriken. Figur 1. Mänskliga muskler i kvalificerat arbete. Lägg märke till blickriktningarna. 71
Ögonmusklerna är de snabbaste i kroppen och dessutom outtröttliga. Det är en kombination som inte finns hos några andra muskler. Med hjälp av ögonmusklerna kan vi röra ögonen mycket snabbt när vi byter blickriktning, vi kan göra följerörelser, vi kan fokusera ögonen när vi tittar på nära håll etc. För ett bra seende krävs ett mycket finstämt muskelarbete för att ställa in ögonen så att det vi verkligen vill titta på projiceras precis på gula fläcken, där synskärpan är högst. Samspelet mellan båda ögonen svarar också för djupseendet och stereoseende. Bristande ögonmuskelkoordination leder därför till skelning, vilket ger dubbelseende och är mycket störande om det uppkommer för en vuxen person. Skelning hos barn leder till att samseendet mellan ögonen försvinner, vilket innebär förlorat stereoseende. Dessutom, och det är allvarligare, kopplas synintrycken från det ena ögat bort från hjärnan för att förhindra dubbelseende, vilket innebär en risk för att utveckla en grav synnedsättning, s.k. amblyopi, på detta öga trots att det är friskt. I vår forskning har vi varit fascinerade av ögonmusklerna på grund av deras speciella egenskaper, båda när det gäller funktionen och deras unika immunitet mot vissa neuromuskulära sjukdomar. Om vi börjar med funktionen, har vi försökt att ta reda på hur ögonmusklerna är uppbyggda och på vilka sätt de skiljer sig från andra muskler i kroppen för att kunna vara både snabba och uthålliga. Ögat styrs av sex ögonmuskler, som fäster baktill i ögonhålan och framtill på själva ögat, se figur 2. De här musklerna är uppbyggda av ett stort antal muskelceller, långa trådar som brukar kallas muskelfibrer. Ögonmusklernas fibrer är dock mycket mindre än i andra muskler, även om man jämför med en handmuskel som ett exempel på en liten muskel för finmotorik, se figur 3. Andra uppenbara skillnader är att det förekommer många fler typer av muskelfibrer i ögonmusklerna än de snabba eller långsamma fibertyper som man finner i övriga muskler. Muskelfibrerna är uppbyggda av trådar som innehåller s.k. kontraktila molekyler. Det är molekyler som glider över varandra så att muskeln drar ihop sig. Vi har i detalj studerat vissa av de molekyler som i huvudsak reglerar sammandragningshastigheten och hur snabbt muskelfibrerna kan återhämta sig inför nästa sammandragning. Vi har fått fram att ögonmusklerna dels innehåller egna skräddarsydda varianter av många av dessa molekyler, dels har ovanliga 72
kombinationer av de vanliga molekylerna. Med andra ord har ögonmusklerna en stor arsenal av fibertyper som är anpassade till deras unika förmåga att utföra komplicerade ögonrörelser. Vi har dessutom kunnat visa att dessa egenskaper hos ögonmusklerna anläggs tidigt i fosterutvecklingen. Figur 2. Ögats rörelser styrs av sex muskler med unika egenskaper. Figur 3. Jämförelse i mikroskop mellan tvärsnitt av fibrer från en ögonmuskel t.v. och från en muskel i handen. 73
Med avancerad teknik, microarrays, har vi jämfört fler än 10 000 gener och sållat fram vilka som skiljer sig mellan ögonmuskler och vanliga muskler. Bland dem är det många gener som har med ämnesomsättningen att göra. Ett spännande fynd är att ögonmusklerna har en energiförsörjning som baseras på glukos direkt från blodet (blodsocker) istället för på glykogen (lagrade kolhydrater). Dessutom har ögonmusklerna rikligt med tunna blodkärl, kapillärer, runt fibrerna samt extremt gott om mitokondrier, som är cellernas egna kraftverk. Med andra ord kan ögonmusklerna inte bli trötta eftersom de har god blodtillförsel och kan använda blodsocker som direkt energikälla. Därför kan de inte få mjölksyra som musklerna i benen. Immuna mot ALS Att ögonmusklerna är snabba och komplicerade är spännande, men mest fascinerande är deras säregna beteende vid en rad mycket allvarliga neuromuskulära sjukdomar. Ni kanske minns TV-reportern Ulla-Carin Lindquist som gav sjukdomen ALS ett ansikte när hon på mindre än ett år gick från att vara hundraprocentigt aktiv till att inte längre kunna gå eller äta själv och slutligen avlida. Vid ALS amyotrofisk lateralskleros sker en gradvis tilltagande celldöd bland de nervtrådar som styr muskelfibrerna och resultatet blir muskelsvaghet och förlamning. Men även om den här sjukdomen successivt drabbar de olika musklerna i kroppen förblir ögonmusklerna opåverkade. Det är väldigt gåtfullt, framför allt med hänsyn till att ögonmusklerna är mycket mer nervrika än andra muskler. Kan vi förstå varför de klarar sig, kanske vi kan komma ett steg närmare att hitta en behandling för ALS. Barn med s.k. medfödda muskeldystrofier är mer anonyma men desto fler. Också de drabbas av tilltagande muskelsvaghet, handikapp och för tidig död. I deras muskler pågår det olika typer av muskelfiberskador med ärrbildningar men samtidigt kan man se försök till reparation och återuppbyggnad. Trots det försvagas musklerna successivt. De kända gendefekter som orsakar muskeldystrofier har något gemensamt. Det sitter i kopplingen genom cellmembranet mellan utsidan av muskelfibern och dess cellskelett på insidan. Ett fel i någon av dessa kopplingsmolekyler leder till att muskelfibern inte hålls samman utan bokstavligen spricker och dör. Defekter i dystrofinmolekylen ligger bakom den mest kända av alla 74
muskeldystrofier, Duchennes muskeldystrofi. En defekt i lamininmolekylen på cellens yta ger samma resultat men, slående nog, trots att en sådan gendefekt finns i alla kroppens muskelceller kan ni kanske redan gissa att ögonmusklerna inte drabbas vid dessa medfödda muskeldystrofier. I vår forskning har vi kunnat påvisa anledningen till att ögonmusklerna inte drabbas vid den form av medfödd muskeldystrofi som beror på en gendefekt i molekylen laminin alfa-2, är att ögonmusklerna faktiskt har flera former av laminin. Till skillnad från övriga muskler har ögonmusklerna också alfa-4- och alfa-5-laminin kring sina muskelfibrer. Dessa laminintyper finns runt alla muskelfibrer i kroppen under fosterutvecklingen men försvinner senare i alla muskler utom ögonmusklerna. Att ha kvar dessa båda extraformer av laminin i vuxna ögonmuskler kan jämföras med att använda både hängslen och livrem: Om det vanliga alfa-2 lamininet är defekt klarar sig ögonmusklerna med hjälp av de båda andra varianterna. Vi undersöker nu hur det är med de andra proteinerna som medverkar i kopplingen mellan cellytan och cellskelettet. Spännande resultat tyder redan på att det finns ytterligare skillnader på den här punkten mellan ögonmuskler och övriga muskler. En egen muskelsjukdom Till sist vill jag ge ett exempel på en sjukdom som drabbar ögonmusklerna och inga andra. Miller-Fishers syndrom är en form av ögonmuskelförlamning som kan uppkomma efter en bakterieinfektion i mag-tarmkanalen. Man tror att de antikroppar som kroppen producerar för att försvara sig mot bakterierna senare felaktigt kan angripa kroppens kontaktytor mellan nerv- och muskelceller, det som kallas motorändplattor. Man har kunnat isolera antikroppar från patienter med Miller-Fishers syndrom och med hjälp av djurförsök visa att de kan sätta igång en reaktion som angriper motorändplattor. Men vi har inte tidigare känt till om det finns skillnader i den molekylära sammansättningen mellan motorändplattor i ögonmuskler och övriga muskler som skulle kunna förklara varför sjukdomen endast drabbar ögonmuskler. Vi har preliminära forskningsresultat som stödjer antagandet att motorändplattorna i ögonmuskler och benmuskler har olika sammansättning av de s.k. gangliosiderna som angrips vid Miller-Fishers syndrom. Men resulta- 75
ten är mer spännande än så, eftersom de antyder att olika muskelfibertyper i ögonmusklerna har skilda gangliosider i sina motorändplattor. Om så är fallet öppnar det för nya sätt att selektivt blockera en del muskelfibrer medan de övriga fortsätter att fungera inom samma ögonmuskel. I ett nästa steg lockar möjligheten att använda dessa kunskaper för att i framtiden kunna behandla skelningar på ett bättre sätt utan att behöva operera. Här har vi det som gör forskning så spännande: nya vägar öppnar sig när vi minst anar det. Nya kunskaper föder nya frågor och det är så vi kan göra framsteg. 76