новые возможности в оценке биомеханических свойств

ОБЗОР
В.В. Нероев,
А.Т. Ханджян,
О.В. Зайцева
ФГУ «Московский НИИ глазных
болезней имени Гельмгольца
Росздрава»
толщина, степень гидратации, кривизна, и, возможно, ряд других, еще
не идентифицированных факторов.
Гольдман создавал свой тонометр
для точного измерения ВГД на глазах со «средними» роговицами. Однако во многих случаях показатели
состояния роговицы значительно
отличаются от средних.
Предполагалось, что более толстые роговицы завышают показате-
деле операция LASIK приводит не
только к уменьшению толщины
роговицы, но индуцирует комплекс
биомеханических изменений, которые не могли быть оценены каким-либо из существовавших ранее
приборов.
Очевидно, возникла необходимость в разработке нового метода
оценки биомеханических свойств
роговицы и измерения ВГД, прово-
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ В ОЦЕНКЕ
БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РОГОВИЦЫ
И ИЗМЕРЕНИИ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ
В
И
дея о том, что биомеханические свойства роговицы
оказывают влияние на результаты различных диагностических процедур, а знания особенностей роговицы пациента могут использоваться при диагностике и
выборе метода лечения ряда глазных заболеваний, возникла давно.
Однако до сих пор изучение in vivo
биомеханических свойств роговичной ткани было невозможно.
В научных исследованиях и на
практике офтальмологи ограничивались лишь определением таких
простых показателей, как толщина
и топография роговицы. Особую
актуальность оценка свойств роговицы приобрела на фоне внедрения в клиническую практику различных способов рефракционной
хирургии.
Помимо этого, стало очевидно,
что признанный на сегодняшний
день стандартом для измерения
внутриглазного давления (ВГД) тонометр Гольдмана имеет существенный недостаток. На результаты
измерения ВГД всеми видами тонометров, откалиброванных по Гольдману, оказывают влияние такие
свойства роговицы, как ригидность,
ГЛАУКОМА 1/2006
ли ВГД, а более тонкие — занижают.
Предпринимались попытки ввести
коррекцию значений ВГД в соответствии с показателями толщины
роговицы в центре. Однако результаты таких исследований оказались противоречивы, и предлагаемые авторами алгоритмы пересчета
ВГД достоверно различались между
собой. Разброс показателей продемонстрировал, что показатель толщины роговицы не может использоваться для коррекции индивидуальных значений ВГД. Анализ данных ряда исследований привел к
убеждению, что коррекция значений ВГД на основании данных толщины роговицы может привести к
ошибочному определению не только величины, но и направления
коррекции.
Рефракционная хирургия в наибольшей степени выявила степень
зависимости тонометрии по Гольдману от свойств роговицы. Известно, что после операции LASIK значения ВГД по Гольдману оказываются
искусственно занижены. Однако
этот факт не мог быть объяснен и
скорректирован на основании данных толщины роговицы или других
известных параметров. На самом
димого с учетом индивидуальных
свойств роговичной ткани.
Для решения этих задач компанией Reichert (США) был создан
новый прибор — Анализатор биохимических свойств роговицы Ocular
Response Analyzer (ORA), позволяющий измерить биомеханические
свойства роговицы и ВГД, используя динамический двунаправленный процесс аппланации роговицы.
Прибор позволяет получить данные
о ВГД, сопоставить их с результатами измерения по Гольдману и
оценить новый параметр, характеризующий вязкое затухание в роговичной ткани и названный корнеальным гистерезисом (КГ). Хотя в
зарубежной литературе появились
лишь единичные публикации на эту
тему, высокая значимость нового
диагностического исследования в
клинической практике побудила
нас провести в настоящей статье
обзор доступных работ.
Для понимания природы КГ необходимо обозначить понятия эластичности и вязкости вещества.
Под эластичностью вещества понимают такое его свойство, когда деформация материала прямо пропорциональна приложенной силе
51
ОБЗОР
ОБЗОР
Рис. 1. Различие между двумя аппланационными значениями ВГД называется корнеальным гистерезисом
воздействия, независимо от продолжительности воздействия и скорости приложения силы. Так, при
наличии данных об особенностях
структуры, например, стального
прута, легко рассчитать необходимую силу, требующуюся для сгибания этого прута на определенную
величину. Под вязкостью материала понимают такое свойство, когда
зависимость между деформацией и
силой воздействия определяется
временем воздействия и скоростью
приложения силы. Примером может служить ложка в банке с медом.
Сопротивление со стороны вещества зависит главным образом от
скорости приложения силы (чем
больше скорость, тем выше сопротивление). Вязко-эластичные вещества сочетают свойства обоих
типов материалов. Ответ такой системы на внешнее воздействие зависит от свойств материала, величины прилагаемой силы и скорости
приложения силы.
Роговицу можно рассматривать
как комплексную вязко-эластичную
структуру, а величина КГ является
индикатором вязкого затухания ко52
лебаний в роговичной ткани или,
другими словами, способности ткани абсорбировать и рассеивать
энергию.
В ORA используется быстрый
воздушный импульс в качестве
внешнего воздействия и специальная электронно-оптическая система
для мониторинга деформации роговицы. Установочные процедуры
полностью автоматизированы.
Точно дозированное воздействие воздушной струи заставляет роговицу двигаться назад, уплощаясь
и затем незначительно прогибаясь
кзади. Продолжительность воздействия составляет несколько миллисекунд, после чего давление снижается до исходного уровня, и роговица приобретает обычную конфигурацию. При этом она снова проходит
через положение уплощения.
Электронно-оптическая детекторная система проводит мониторинг изменения кривизны роговицы в центральной зоне, регистрируя
два независимых аппланационных
значения давления: при первом уплощении роговицы, двигающейся
кзади, и при втором уплощении ро-
говицы, возвращающейся к исходной конфигурации.
На первый взгляд, эти два значения давления должны быть идентичны. Однако благодаря вязкому
затуханию динамичного воздушного импульса в роговичной ткани,
происходит некоторая задержка уплощения роговицы, что приводит к
регистрации двух различных значений давления.
Среднее значение из этих двух
показателей давления соответствует показателю ВГД по Гольдману.
А разность между этими показателями является корнеальным гистерезисом (рис. 1).
Перед проведением специальных клинических исследований КГ
был измерен на 339 здоровых глазах. Было выявлено, что величина
гистерезиса остается постоянной
при повторных измерениях у одного
и того же человека, но значительно
отличается у разных людей. Кроме
того, было замечено, что значение
КГ на правом и левом глазах у одного человека имеют высокую степень
соответствия (R2=0.60), что свидетельствует о том, что гистерезис яв1/2006 ГЛАУКОМА
ляется детерминированным биологическим свойством организма.
Предпринимались попытки провести корреляцию между КГ и радиусом роговицы, степенью астигматизма, остротой зрения, длиной передне-задней оси глаза. Однако
связи с какой-либо характеристикой обнаружено не было. Это привело к убеждению, что КГ действительно является новым параметром,
характеризующим биомеханические свойства роговицы.
Наибольший интерес вызвал поиск возможной связи между КГ и
значением ВГД, измеренным по традиционной методике Гольдмана. На
32 глазах здоровых людей были
проведены измерения 3 различных
уровней давления с помощью тонометра Гольдмана и ORA. Измерения
проводили с минутным интервалом
для минимизации эффекта суточного колебания ВГД. Первый раз ВГД
измеряли без какого-либо воздействия на глаз. Затем с помощью офтальмодинамометра создавали два
искусственно повышенных уровня
ВГД. Для каждого уровня ВГД значения двух аппланационных измерений сопоставляли с результатами
тонометрии по Гольдману.
Результаты ясно показали, что
уровень КГ остается относительно
постоянным при различных уровнях ВГД, что демонстрирует независимость этого показателя от ВГД в
здоровых глазах.
Кроме показателя гистерезиса,
двойное аппланационное измерение позволяет получить дополнительную важную информацию, заключенную в понятиях роговичнокомпенсированного ВГД и фактора
резистентности роговицы (ФРР).
Оба этих параметра вычисляются с
помощью специальных алгоритмов.
ФРР представляет собой кумулятивный эффект эластичного и
вязкого сопротивления, оказываемого деформируемой поверхностью
роговицы при воздействии воздушной струи и является показателем
общей резистентности роговицы.
Хотя КГ и ФРР взаимосвязаны, в
некоторых случаях они значительно различаются, предоставляя исГЛАУКОМА 1/2006
следователю определенную информацию о роговице. Значение ФРР
увеличивается при повышенных
значениях давления по Гольдману и
достоверно коррелирует с показателями толщины роговицы.
Роговично-компенсированное
ВГД — это значение давления, рассчитанное с учетом данных о биомеханических свойствах роговицы.
Доказано, что этот показатель практически не зависит от толщины роговицы и остается относительно постоянной величиной после LASIK.
Собственные исследования компании Reichert (CША) продемонстрировали, что роговично-компенсированное ВГД в гораздо большей
степени отражает реальные цифры
давления по сравнению с результатами измерения по Гольдману.
Таким образом, ORA позволяет
получить данные о 3 новых параметрах. Хотя этот комплекс показателей изучен еще не до конца, его
большое клиническое значение не
вызывает сомнения.
Клинические исследования, проведенные в течение последних 3 лет,
доказали, что КГ является функцией свойств роговицы, а не артефактом каких-либо других переменных.
Стало очевидным, что КГ, отражающий биомеханические свойства роговицы, представляет интерес при
оценке результатов различных офтальмологических исследований, а
также при изучении ряда патологических состояний глаза. Предположительно, пациенты с низким значением КГ, или «мягкой» роговицей,
имеют высокий риск развития ряда
глазных заболеваний и послеоперационных осложнений. Кроме того,
измерение КГ дает ключ к пониманию влияния биомеханических
свойств роговицы на процесс измерения ВГД.
Роль корнеального
гистерезиса и фактора
резистентности роговицы
в диагностике заболеваний
роговицы
Измерение параметров, характеризующих биомеханические свойства
роговицы, с помощью ORA дает возможность выявить ряд патологических состояний роговицы.
При сравнении значений КГ при
различных заболеваниях роговицы
с показателями здоровых людей
было выявлено достоверное различие. Значения КГ и ФРР у пациентов с кератоконусом, дистрофией
Фукса и в контроле представлены в
табл. 1.
Результаты исследований продемонстрировали значительное понижение величины КГ и ФРР при
заболеваниях роговицы по сравнению с показателями здоровых людей. Низкие значения КГ присущи
роговицам с меньшей способностью поглощать энергию воздушного импульса. Низкие показатели
ФРР свидетельствуют о сниженной, по сравнению с нормой, резистентности роговицы. Снижение
значений ФРР при кератоконусе и
дистрофии Фукса объясняют необычно низкие показатели ВГД
при измерении по Гольдману на таких глазах.
Самый низкий показатель гистерезиса наблюдался в группе пациентов с дистрофией Фукса, несмотря на имеющееся при этом заболевании утолщение роговицы
вследствие ее повышенной гидратации.
Подобные результаты были получены в ряде независимых исследований. Очевидно, что низкие
значения КГ и ФРР типичны для
патологии роговицы. По мнению
многих специалистов, сниженные,
по сравнению со средними в популяции, значения КГ и ФРР у здоровых людей являются фактором риска развития заболеваний роговицы в будущем.
Кроме того, у пациентов с заболеваниями роговицы отмечались
значительные изменения формы
волновых сигналов. На роговицах
после хирургических вмешательств
аппланационные сигналы оказались иррегулярными.
Дальнейший анализ особенностей формы сигналов может принести дополнительную информацию о
биомеханике роговицы.
53
ОБЗОР
ОБЗОР
Таблица 1
Таблица 2
КГ и ФРР в норме (n=339), при кератоконусе (n=60) и дистрофии Фукса (n=24)
Показатели в норме
и при патологии
Среднее значение,
мм рт.ст.
Разброс показателей,
мм рт.ст.
ВГД, КГ и ФРР в норме (n=170), при ПОУГ (n=590) и ГНД (n=24)
Стандартное отклонение,
мм рт.ст.
КГ
Показатели в норме
и при патологии
Среднее значение,
мм рт.ст.
Разброс показателей,
мм рт.ст.
Стандартное отклонение,
мм рт.ст.
ВГД по Гольдману
Норма
12,36
7,73-18,01
1,90
Норма
13,35
5,53-23,68
3,32
Кератоконус
8,74
4,80-12,39
1,17
ПОУГ
15,98
4,01-55,0
5,26
Дистрофия Фукса
8,41
3,60-10,37
1,73
ГНД
16,07
12,05-21,32
2,30
ФРР
КГ
Норма
12,34
6,49-18,09
2,08
Норма
12,17
7,73-18,01
1,90
Кератоконус
7,12
2,21-11,58
2,11
ПОУГ
8,74
4,80-12,39
1,17
Дистрофия Фукса
7,83
4,76-10,59
1,23
ГНД
8,82
6,80-11,59
1,39
ФРР
Корнеальный гистерезис и
фактор резистентности роговицы при операции LASIK
Значимость показателей КГ и ФРР в
рефракционной хирургии не вызывает сомнения. На сегодняшний
день основным скрининговым показателем в рефракционной хирургии
является толщина роговицы. Считается, что пациенты с тонкой роговицей имеют высокий риск развития
эктазии роговицы после операции
LASIK. Однако известны случаи развития индуцированной кератэктазии у пациентов с изначально нормальными показателями как пахиметрии, так и кератотопографии.
Показатели КГ и ФРР дают более полную характеристику свойств
роговицы, чем толщина роговицы, и
достоверно различаются у людей с
нормальной роговицей и при наличии ее патологического состояния.
Тот факт, что эти показатели лишь
слабо коррелируют с данными толщины роговицы, приводит к мысли,
что измерение КГ в большей степени способствует выявлению пациентов с высоким риском развития
эктазии после операции LASIK. В
настоящее время в этой области
проводится ряд клинических исследований.
54
Предварительные результаты
показали, что снижение значений
КГ и ФРР является универсальной
реакцией роговицы после операции LASIK. Данные КГ до и после
операции LASIK представлены на
рис. 2. По мнению многих исследователей, снижение КГ и ФРР в
первую очередь определяется не
уменьшением толщины роговицы, а
изменением ее структуры при формировании лоскута.
Форма сигнала после операции
LASIK оказалась сходной с показателями при кератоконусе, что
указывает на снижение в обоих
случаях вязко-эластичных свойств
роговицы. Кроме того, все роговицы после операции LASIK демонстрируют значительно сниженный
сигнал широкой амплитуды, что,
возможно, указывает на увеличение локальной деформации роговицы.
Кроме изложенного, по мнению
ряда исследователей, измерение
КГ может быть полезно при выборе
алгоритма персонализированной
абляции, а также для улучшения
возможностей прогноза и контроля
над результатами LASIK. Сегодня
проводятся исследования для подтверждения этой гипотезы.
Норма
12,36
6,51-18,11
2,08
ПОУГ
19,30
11,70-24,18
2,26
ГНД
8,67
6,35-12,60
1,50
Корнеальный гистерезис
и фактор резистентности
роговицы при глаукоме
Последние исследования в Ocular Hypertension Treatment Study
(OHTS) продемонстрировали важность измерения толщины роговицы при диагностике и выборе метода лечения больных глаукомой. Было показано, что тонкая роговица
является независимым фактором
риска развития и прогрессирования этого заболевания. В последних
исследованиях было доказано, что
патология в решетчатой пластинке
отражается в изменениях свойств
роговицы. Однако, по мнению ряда
исследователей, помимо толщины,
существуют и другие параметры роговицы, которые могут оказаться
полезными при диагностике и лечении глаукомы. Клинические исследования, проведенные с помощью
ORA, подтвердили эту гипотезу.
По сравнению с показателями
здоровых людей, в группе пациентов с глаукомой среднее значение
КГ оказалось значительно сниженным, а разброс показателей шире.
Клинические исследования с использованием ORA показали, что
низкое значение КГ является независимым фактором возникновения
1/2006 ГЛАУКОМА
Рис. 2. Корнеальный гистерезис на 15 глазах до и после операции LASIK
и прогрессирования глаукоматозного процесса. Значения ВГД, КГ и
ФРР в норме, при первичной открыГЛАУКОМА 1/2006
тоугольной глаукоме (ПОУГ) и глаукоме нормального давления (ГНД)
представлены в табл. 2.
Интересным наблюдением явились низкие значения КГ у пациентов с ГНД. На практике, при рутин55
ОБЗОР
ном скрининге ГНД часто вовремя
не диагностируется. Вероятно, КГ
мог бы стать одним из достоверных
индикаторов этого заболевания.
Замечено, что сигналы, полученные на глазах с ГНД, оказались подобны изменениям после операции
LASIK, при кератоконусе и дистрофии Фукса. Это подтверждает теорию, что глаукоматозный процесс, в
некотором смысле, проявляет себя
через роговицу.
Как указывалось ранее, достоверной корреляции между КГ и ВГД
по Гольдману в группе здоровых
людей обнаружено не было. Однако
в группе больных глаукомой эти
два параметра отрицательно коррелировали между собой. На глазах с
высокими цифрами ВГД значения
КГ оказались значительно снижены. Напротив, ФРР на этих глазах
был повышен. По мнению исследователей, низкое значение КГ является результатом «корнеального ремоделирования» при глаукоматозном процессе, а повышение ФРР
наблюдается в результате снижения эластичности роговицы под
воздействием повышенного ВГД.
Измерение ВГД — устранение
влияния роговицы
Этому требованию отвечает ORA, который позволяет получить значение
роговично-компенсированного ВГД,
с учетом свойств данной роговицы.
Кроме того, ORA упрощает измерение ВГД после операции LASIK,
показывая до и после операции
одинаковые результаты. В то время
как значения ВГД по Гольдману после операции LASIK снижаются на
2-6 мм рт.ст., уменьшение роговично-компенсированного ВГД составляет в среднем менее 1 мм рт.ст.
В группе больных ГНД были выявлены достоверно более высокие
показатели роговично-компенсированного ВГД по сравнению с данными тонометрии по Гольдману. Среднее значение роговично-компенсированного ВГД у этих больных оказалось выше значений измерения
по Гольдману на 2,25 мм рт.ст.
Заключение
Таким образом, динамический двунаправленный процесс аппланации
роговицы, используемый в ORA
фирмы Reichert (США), позволяет
измерить корнеальный гистерезис.
Корнеальный гистерезис является
отражением вязкого затухания в
ткани роговицы и позволяет рассчитать фактор резистентности роговицы, который, в свою очередь,
показывает степень общей резистентности роговицы. Оба показателя биомеханических свойств роговицы впервые введены в клиническую практику.
Возможность оценить биомеханические свойства роговицы позволяет прибору рассчитать уровень
роговично-компенсированного ВГД,
в значительно меньшей степени зависящий от свойств роговицы, чем
при других методах тонометрии.
Значение роговично-компенсированного ВГД не зависит от толщины
роговицы и остается неизменным
после операции LASIK.
Ряд клинических исследований
доказал информативность новых
параметров при диагностике различных заболеваний роговицы, таких, как кератоконус и дистрофия
Фукса, при диагностике и контроле
за лечением глаукомы, скрининге
пациентов перед операцией LASIK,
а также для точного измерения ВГД.
Литература
1. Karmel M. New Tonometry — The Search
for True IOP // EyeNet.– May 2005.–
http://www.aao.org/news/eyenet/
200505/.
2. Luce D.A. Determining in vivo biomechanical properties of the cornea with
an ocular response analyzer // J. Cataract Refract. Surg.– 2005.– Vol. 31.–
No. 1.– P. 156-162.
3. Luce D.A., Taylor D. Reichert ocular
response analyzer measures corneal
biomechanical properties and IOP.
Provides new indicators for corneal
specialities and glaucoma management // Reichert Ophthalmic Instruments.– 2005.– 12 p.
Abstract
New potentialities in
measurement of corneal
biomechanical properties
and IOP
V.V. Neroev, A.T. Khanjian,
O.V. Zaitseva
The Reichert Ocular Response
Analyzer is the new device that utilizes a dynamic bi-directional applanation process to measure the biomechanical properties of the cornea and
Intraocular Pressure of the eye. It
provides the assessing of the new
corneal properties functions: Corneal
Hysteresis and Corneal Resistance
Factor, and the calculating of Corneal
— compensated IOP that is less affected by corneal properties. The results of
the clinical studies suggest these new
parameters may be clinically useful in
a variety of important areas including
identification of corneal diseases such
as Keratoconus and Fuch’s dystrophy,
screening potential LASIK candidates,
accurate IOP measurement, glaucoma
diagnosis and management.
Поступила в печать 15.02.2006
56
1/2006 ГЛАУКОМА