Введение к работе
Актуальность
Биомеханические свойства роговицы имеют важное значение с точки зрения функционирования зрительного анализатора, как оптической системы. От них зависят такие ее качества как способность к правильному преломлению лучей и устойчивость к различным внешним воздействиям (Иомдина Е.Н. 2000, Roberts C. 2005).
На сегодняшний день фундаментальное изучение биомеханических свойств роговицы актуально в силу ряда причин. Под воздействием внешних или внутренних факторов эти свойства могут меняться.
К внешним факторам могут относиться различные виды кераторефракционных операций, поскольку механизм оперативного воздействия предполагает ослабление ее биомеханических свойств. При радиальной кератотомии это происходит посредством нанесения на роговицу радиальных надрезов, которые приводят к увеличению ее податливости, а при эксимерлазерных вмешательствах посредством уменьшения толщины роговицы.
К внутренним факторам можно отнести эктатические заболевания роговицы. Например - кератоконус, при котором происходит нарушение каркасной функции роговой оболочки, что в свою очередь проявляется ее эктазией, т. е. выпячиванием вперед, и ведет к снижению остроты зрения.
Кроме того, изменение биомеханических свойств роговицы вносит существенные сложности в трактовку различных аппланационных методов исследования, в частности измерения внутриглазного давления (ВГД) при обследовании и мониторинге пациентов с глаукомой. А несвоевременная диагностика и лечение при этом заболевании может привести к существенному снижению зрительных функций, вследствие оптической нейропатии и атрофии зрительного нерва.
Значительную актуальность данной проблеме придает тот факт, что широко применяемые в клинической практике кераторефракционные вмешательства существенно нарушают биомеханику роговицы, что объективно вносит погрешность в измерения ВГД различными методами.
Изучение прочностных свойств роговицы в основном носит экспериментальный характер, а результаты, полученные в различных исследованиях трудносопоставимы, что обусловлено разными методами измерения, особенностью препаровки ткани, анизотропностью роговицы и т.д (Аветисов С.Э. 1988).
Попытки исследования биомеханических свойств роговицы in vivo, как правило, основаны на оценке изменения ее формы в ответ на какое-либо механическое воздействие. Это воздействие может осуществляться путем аппланации роговой оболочки струей воздуха - пневмотонометрия с динамической двунаправленной аппланацией роговицы (Luce D. 2005) или тонометром Маклакова различного веса - эластотонометрия (Кальфа С.Ф. 1937, Нестеров А.П. 1967, Пинтер Л.Б. 1978), а также импрессии роговицы тонометром Шиотца - определение коэффициента ригидности по Фриденвальду (Friedenewald J.S. 1937). Однако, при этом нельзя исключить возможное влияние внутриглазного давления на показатели биомеханических свойств, поскольку механическому усилию противодействуют две близкие по своей направленности силы: внутриглазное давление и «упругость» роговицы. Кроме того, четко не определены клинические ситуации, в которых исследование биомеханических свойств роговицы может помочь в диагностике и мониторинге заболеваний.
Таким образом, разнообразие методов исследования биомеханических свойств роговицы говорит о том, что ни один из них полностью не удовлетворяет требованиям практической офтальмологии. Необходимы дальнейшие исследования с целью разработки простого, доступного, информативного метода исследования биомеханических свойств роговой оболочки глаза.
Цель настоящей работы: Разработка методов исследования и оценка клинического значения биомеханических свойств роговицы.
Задачи:
-
Разработать новый метод исследования биомеханических свойств роговицы, основанный на принципе динамической пневмоимпрессии роговицы, в меньшей степени зависящий от уровня внутриглазного давления.
-
Исследовать возможность применения эластотонометрии тонометром Маклакова весом 5, 10, 15 г. для прижизненной оценки биомеханических свойств роговицы.
-
Оценить возможность применения принципа динамической двунаправленной пневмоаппланации роговицы для прижизненной оценки биомеханических свойств роговицы.
-
Провести прижизненный анализ биомеханических свойств роговицы на основе различных методов в норме, при заболеваниях и после кераторефракционных операций.
-
Изучить влияние биомеханических свойств роговицы на результаты различных методов измерения внутриглазного давления.
-
Изучить функциональные связи между степенью поляризации света, испускаемого тканями роговицы при люминесценции, и механическим состоянием вещества роговицы и построить карты напряжений стромы роговицы для различных экспериментальных моделей (эксперимент).
-
Провести анализ изменений биомеханических свойств роговой оболочки для различных экспериментальных моделей на основе исследования поляризации света, испускаемого тканями роговицы при люминесценции (эксперимент).
-
Разработать практические рекомендаций для прижизненного исследования биомеханических свойств роговицы в различных клинических случаях.
Научная новизна
-
Впервые на большом клиническом материале были разработаны новые и апробированы известные методы исследования биомеханических свойств роговицы и проведена оценка их клинического значения в различных ситуациях.
-
Разработан новый способ определения биомеханических свойств роговицы – динамическая пневмоимпрессия роговицы, который отражает упругие свойства роговицы практически независимо от уровня ВГД.
-
Разработан новый принцип исследования распределения напряжения коллагена роговицы на основе люминесцентной полярископии.
-
Создана экспериментальная установка с контролируемым уровнем интракамерального давления для исследования распределения напряжения коллагена роговицы.
-
Изучено распределение напряжения коллагена роговицы на основе люминесцентной полярископии на различных моделях в эксперименте.
-
Проведено математическое моделирование процесса динамической двунаправленной пневмоаппланации роговицы для изучения оптико-механического ответа центральной зоны роговицы в промежутке между прохождением двух точек апплпнации.
-
В результате проведенных исследований была подтверждена эффективность применения двунаправленной пневмоаппланации роговицы для определения ее биомеханических свойств.
-
Изучена возможность применения эластотонометрии в качестве ориентировочного и доступного метода оценки биомеханических свойств роговицы.
-
Изучено влияние биомеханических свойств роговицы на результаты различных методов измерения внутриглазного давления глаукомы.
Практическая значимость работы
-
В данной работе разработаны новые и апробированы известные методы исследования биомеханических свойств роговицы, основанные на механическом воздействии и анализе биомеханического ответа:
- динамическая пневмоимпрессия роговицы;
- эластотонометрия;
- динамическая двунаправленная пневмоаппланация роговицы.
-
В результате проведенного анализа была определена клиническая значимость изучаемых методов исследования биомеханических свойств роговицы, а также выявлены наиболее информативные биомеханические показатели в зависимости от различных клинических ситуаций.
-
Выявлено, что показатели роговично-компенсированного ВГД и тонометрии по Маклакову в наименьшей степени подвержены влиянию биомеханических свойств роговицы в различных клинических ситуациях в отличие от показателей пневмотонометрии и ВГД, приравненного к тонометрии по Гольдману.
-
Сформулированы практические рекомендации для прижизненного исследования биомеханических свойств роговицы в различных клинических случаях.
Основные положения, выносимые на защиту:
Разработан новый способ определения биомеханических свойств роговицы на основе предложенного принципа динамической пневмоимпрессии роговицы. Получаемый, новый показатель - коэффициент упругости, отражает упругие свойства роговицы. Выявлена меньшая степень зависимости измерений биомеханических свойств роговицы от уровня ВГД при использовании принципа динамической пневмоимпрессии по сравнению с известными методами.
Разработан новый принцип исследования распределения напряжения коллагена роговицы на основе люминесцентной полярископии. Оригинальный алгоритм обработки изображений, программное обеспечение и экспериментальная установка позволили изучить распределение напряжения коллагена роговицы для различных моделей.
Разработан способ, позволяющий применять эластотонометрию по упрощенной схеме в качестве доступного метода оценки биомеханических свойств роговицы.
Определена клиническая значимость изучаемых методов исследования биомеханических свойств роговицы, а также выявлены наиболее информативные биомеханические показатели в зависимости от различных клинических ситуаций.
Проведена оценка степени влияния биомеханических свойств роговицы на точность определения внутриглазного давления традиционными методами в различных клинических случаях. Разработаны практические рекомендации по выбору метода измерения ВГД у пациентов с различными нарушениями биомеханических свойств роговицы.
Публикации по теме диссертации
По теме диссертации опубликовано 30 научных работ, из них 12 – в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий, определенных ВАК. Получено 3 патента РФ на изобретение.
Апробация результатов
Основные положения диссертации доложены на международном конгрессе катарактальных и рефракционных хирургов. -2007 г, Сан-Диего, США; на научно-практической конференции "Современные методы диагностики и лечения заболеваний роговицы и склеры" - 2007.- Москва; на научно-практической конференции «Глаукома: реальность и перспективы». -2008г., Москва; на научной конференции «Биомеханика». – 2009г., Москва; на международном офтальмологическом конгрессе «Белые ночи».- 2010г., Санкт-Петербург.
Структура диссертации
Диссертация изложена на 207 страницах, состоит из введения, обзора литературы, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы. Работа содержит 54 рисунка, 5 таблиц, 267 источников (85 отечественных и 182 зарубежных).
