Содержание к диссертации
Введение
ЧАСТЬ I. Обзор литературы. 11
Глава 1 . Особенности нормальной морфологической структуры роговицы и ее изменения при кератоконусе .11
1.1. Нормальная морфология роговицы. 11
1.2. Морфологические изменения при кератоконусе. 14
Глава 2 . Основные клинические симптомы и современные методы диагностики кератоконуса .16
2.1. Клинические симптомы кератоконуса. 16
2.2. Диагностические возможности специальных методов исследования при кератоконусе. 18
Глава 3 . Оптические аберрации глаза и возможности их компенсации . 24
3.1. Оптические аберрации глаза, методы исследования и факторы, влияющие на их величину. 24
3.2. Оптические аберрации при кератоконусе и методы их коррекции. 31
ЧАСТЬ II. Материал и методы исследования 40
Глава 4. Характеристика клинического материала и методов исследования . 40
4.1. Общая характеристика клинического материала. 40
4.2. Характеристика контактных линз, использованных в работе. 41
4.3. Методы, использованные для оценки состояния роговицы. 41
4.4. Методы, использованные в работе для исследования зрительных функций. 44
4.5. Статистические методы 46
ЧАСТЬ III. Результаты собственных исследований 48
Глава 5. Конфокальная микроскопия роговицы в норме и при кератоконусе. 48
5.1. Конфокальная микроскопия роговицы. Особенности «нормальной» морфологической картины.48
5.2. Конфокальная микроскопия роговицы при кератоконусе. 54
5.3. Интенсивность светорассеяния. 63
Глава 6. Оценка уровня оптических аберраций и исследование зрительных функций при кератоконусе. 67
6.1. Уровень оптических аберраций и взаимосвязь с клинико- топографическими характеристиками при кератоконусе. 67
6.2. Возможности компенсации оптических аберраций при кератоконусе с помощью жестких газопроницаемых контактных линз.78
6.3. Исследования контрастной пространственной чувствительности и 93 контрастометрии при кератоконусе.
Данные корреляционного анализа и их сопоставление 97
Заключение 99
Выводы 107
Список литературы 109
- . Особенности нормальной морфологической структуры роговицы и ее изменения при кератоконусе
- . Основные клинические симптомы и современные методы диагностики кератоконуса
- . Оптические аберрации глаза и возможности их компенсации
- Характеристика клинического материала и методов исследования
Введение к работе
Кератоконус - двухстороннее дистрофическое заболевание роговой оболочки глаза человека, встречающееся в популяции с частотой 1:2000 человек. Характерными особенностями данной патологии являются структурные изменения всех слоев роговицы, приводящие к ее истончению и нарушению прозрачности. Следствием этих изменений является оптическая неоднородность ткани роговицы и значительные изменения топографии ее поверхности, сопровождающиеся формированием миопической рефракции глаза и появлением неправильного астигматизма.
Выявлен аутосомно-доминантный тип наследования данного заболевания. Доказаны ассоциации кератоконуса с различными генетическими заболеваниями такими как: синдром Дауна, синдром Тернера, конгенитальный амавроз Лебера, синдром Марфана. Также описано сочетание кератоконуса с пролапсом митрального клапана, коллагенозами, атопическим дерматитом, пигментным ретинитом [85]. Описаны случаи семейного заболевания кератоконусом [173].
Прогрессирующий характер заболевания может приводить к значительному снижению зрительных функций, а значит и качества жизни.
В подавляющем большинстве случаев первые признаки заболевания возникают в молодом или в подростковом возрасте. Процесс прогрессирования и развития заболевания в наибольшей степени происходит в том возрастном периоде, когда человеку необходимо учиться и приобретать профессиональные навыки, а также в наиболее плодотворный период его профессиональной деятельности. Прогрессирующее снижение остроты и качества зрения ограничивает молодых людей в выборе профессии и может быть причиной возникновения психологических проблем, депрессивных состояний.
Актуальность и значимость проблемы кератоконуса в настоящее время возросла, так как наблюдается тенденция к увеличению этого вида глазной патологии, что возможно связано с ухудшением экологической обстановки в целом, повышением радиационного фона в отдельных регионах [18] и аллергизацией населения [15]. Хотя единого мнения на данный момент не существует.
Также значительно улучшилось и качество диагностики кератоконуса в связи с развитием эксимерлазерной хирургии и появлением современных диагностических систем. Наиболее ценным из всех существующих методов
диагностики является метод компьютерной видеокератографии. Это исследование в большинстве случаев позволяет выявить кератоконус на самых ранних стадиях заболевания.
Молодой возраст первых признаков манифестации заболевания, прогрессирующий характер его течения диктуют необходимость точной оценки поражений роговой оболочки глаза, в основе которых лежат морфологические изменения, являющиеся причиной нарушения топографии роговицы и ее оптических свойств и физических характеристик.
До настоящего времени не существовало доступных методов прижизненного изучения морфологии роговицы и ее нарушений при различных заболеваниях, в том числе и при кератоконусе. С появлением нового метода, прижизненной конфокальной микроскопии роговицы, стал возможным анализ изменений в тканях роговицы на микроструктурном уровне [128]. Эти исследования представляют несомненный интерес для выявления основных закономерностей течения патологического процесса, лежащих в основе-изменений толщины и топографии роговицы, а также нарушения ее оптических свойств.
Патологический процесс в роговице при кератоконусе приводит к возникновению нерегулярности ее поверхности, следствием чего является увеличение аберраций, в том числе и аберраций высших порядков, значительно снижающих остроту и качество зрения [8,13,25,29,44,60,121,143,152].
Увеличение значений оптических аберраций высших порядков является также следствием разрушения нормальной строгой структурной организации роговичных слоев и появления оптических неоднородностей в тканях роговицы. Зависимость оптических аберраций от степени морфологических нарушений в тканях роговицы, их характера и особенностей при различных стадиях заболевания требует тщательного изучения и проведения клинико-морфологических параллелей.
Возрастание значений аберраций, в том числе и высших порядков, при кератоконусе приводит к резкому снижению зрительных функций, ухудшению качества зрения и снижению зрительной продуктивности, что диктует необходимость и целесообразность изучения зависимости этих нарушений от величины и структуры оптических аберраций при данном заболевании.
Для полноценной реабилитации пациентов необходимо скомпенсировать и нейтрализовать оптические аберрации, в том числе и аберрации высших
порядков. Методы их компенсации могут быть как неинвазивными, так и хирургическими.
В настоящее время наиболее широко используемым методом оптической коррекции кератоконуса являются жесткие контактные линзы (ЖКЛ), которые могут в значительной степени компенсировать оптические аберрации, обусловленные нерегулярностью роговичной поверхности и обеспечить высокую остроту зрения.
Широкое распространение данного вида коррекции при кератоконуседиктует необходимость четкой оценки эффективности ЖКЛ при каждой стадии заболевания для определения адекватной тактики ведения больного и оценки целесообразности и своевременности хирургического лечения.
Несмотря на то, что в отдельных работах приводятся данные об эффективности контактной коррекции ЖКЛ при кератоконусе [1,13], детального анализа структуры аберраций и определения их корреляционной связи с морфологическими нарушениями и клинико-топографическими характеристиками при различных стадиях кератоконуса в доступной литературе не имеется.
В настоящее время представляет научный интерес и является актуальной задача исследования оптических аберраций глаза и роговицы при кератоконусе и определение целесообразности и возможности их снижения с целью улучшения качества зрения, повышения зрительной работоспособности и зрительного комфорта. Актуальность проблемы подтверждается ее социальной значимостью, необходимостью полноценной реабилитации пациентов молодого и наиболее трудоспособного возраста.
Цель работы.
Анализ оптических аберраций при кератоконусе, клинико-функциональная оценка и изучение возможности их коррекции с помощью жестких газопроницаемых контактных линз.
Задачи исследования.
1.Разработать комплекс методик для определения уровня и структуры оптических аберраций и клинико-морфологических изменений при кератоконусе.
2.Провести детальный анализ аберраций при различных стадиях кератоконуса.
3. Изучить клинико-топографические характеристики роговицы при различных стадиях кератоконуса и определить степень их корреляции с величиной оптических аберраций.
4.Изучить морфологические изменения роговицы, характерные для каждой стадии кератоконуса, и определить степень их влияния на уровень и структуру оптических аберраций.
5.Определить возможность компенсации оптических аберраций и повышения зрительных функций при кератоконусе с помощью контактных линз.
Научная новизна.
Впервые проведен детальный анализ общих и роговичных оптических аберраций глаза, проанализированы клинико-морфологические параллели, а также оценены потенциальные возможности и эффективность контактной коррекции 1-4 стадий кератоконуса.
С помощью конфокальной микроскопии роговицы изучены особенности нормальной морфологической картины роговицы, определены типичные признаки структурных нарушений во всех слоях роговицы, характерные для каждой стадии кератоконуса.
Впервые проведена оценка интенсивности светорассеяния в различных слоях роговицы как морфологического компонента роговичных аберраций в норме и при всех стадиях кератоконуса
Впервые объективно доказано, что роговичныи компонент преобладает в картине волнового фронта глаза при кератоконусе, определены его особенности.
Впервые доказано отсутствие статистически значимой разницы показателей остаточных аберраций при коррекции ЖГКЛ в 1-3 стадии кератоконуса. Выявлена полная компенсация всех видов роговичных аберраций высших порядков при кератоконусе 1 стадии при коррекции ЖГКЛ.
Практическая ценность.
Определена возможность прогнозирования результатов коррекции кератоконуса при помощи ЖГКЛ в каждой стадии заболевания в зависимости как от состояния роговицы, изменения ее топографических характеристик, так и исходных данных аберрометрии.
Контроль качества подбора ЖГКЛ при кератоконусе 1-4 стадии с учетом данных аберрометрии.
Основные положения, выносимые на защиту.
Конфокальная микроскопическая картина всех слоев неизмененной роговицы имеет характерные особенности. Морфологические нарушения при кератоконусе в каждой стадии заболевания характеризуются наличием типичных признаков, включая явления эпителиопатии и стромальные изменения различной степени, что приводит к увеличению степени светорассеяния.
Патологический процесс в роговице приводит к изменению формы роговицы, ее топографии следствием чего является смещение оптического центра роговицы от центра зрачка.
3. Оптические аберрации как суммарные, так и все виды аберраций высших
порядков возрастают по мере прогрессирования кератоконуса. Причем
роговичные компоненты всех видов аберраций превышают значения
одноименных видов аберраций волнового фронта глаза.
Оптическая коррекция ЖГКЛ у пациентов с кератоконусом приводит к снижению всех видов аберраций, в том числе и роговичных аберраций. Максимальная степень компенсации достигается в 1-3 стадии заболевания.
Снижение оптических аберраций при коррекции ЖГКЛ приводит к улучшению зрительных функций, в том числе повышению контрастной пространственной чувствительности и зрительной продуктивности.
Реализация результатов работы.
Разработанный алгоритм обследования пациентов с кератоконусом внедрен в научно-клиническую практику лаборатории коррекции зрения ГУ НИИ ГБ РАМН.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены на:
Международном офтальмологическом конгрессе «Белые ночи», С.-Петербург 2007;
11-ой ежегодной конференции компании «Офтальмика» 5 октября 2007 года «Новейшие достижения в лечении и диагностике глазных заболеваний»;
3) Научно-практической конференции ГУ НИИ ГБ РАМН. Москва - 29
сентября 2007г. «Современные методы диагностики и лечения заболеваний роговицы»
. Особенности нормальной морфологической структуры роговицы и ее изменения при кератоконусе
В норме передний эпителий роговицы представлен 5 или 6 слоями неороговевающих клеток. Самый внутренний слой - базальный сохраняет способность к делению на протяжении жизни человека и обеспечивает пополнение числа клеток переднего эпителия роговицы. По мере их движения к поверхности, клетки проходят определенные стадии дифференцировки. В средних слоях эпителий представлен крыловидными клетками, образующими глубокие инвагинации поверхностных мембран, в которые встраиваются выросты прилежащих клеток. Такой тесный контакт клеток обеспечивает механическую прочность данного слоя. Поверхностный слой эпителия образован плоскими, покрытыми микроворсинками клетками.
Боуменова мембрана состоит из тонких коллагеновых волокон 25нм в диаметре, вплетенных в мукополисахаридный матрикс. Данный слой является продуктом секреции стромы роговицы[33]. Строма роговицы занимает от 80% до 90% толщины роговицы и состоит из клеточного и внеклеточного компонентов. Основные клеточные элементы стромы - кератоциты составляют примерно 5% всего вещества. Внеклеточное вещество состоит из повторяющихся единообразных пластинчатых структур (числом до 200 и толщиной 1,5 - 2,5мкм каждая), погруженных в основное вещество, состоящее из углеводно-белковых комплексов (протеогликанов и гликопротеинов). Коллагеновые фибриллы, составляющие пластины, идут строго параллельно и на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя на срезе подобие квазикристаллической структуры [30]. Волокна ламелл (коллагеновые фибриллы) располагаются под правильными углами друг к другу в параллельных слоях.
Внутри каждой ламеллы соблюдается определенная последовательность размеров фибрилл и закономерность в разделении фибрилл. Каждая фибрилла имеет диаметр 31 нм и состоит из коллагеновых филаментов, а каждый филамент состоит из поперечного сечения небольшого количества коллагеновых молекул. Между фибриллами коллагена находятся промежутки в 55нм. Эти промежутки заполнены матриксом, который состоит из протеогликанов и гликопротеинов. Тип коллагена варьирует от слоя к слою. Так, строма в основном состоит из коллагена типа I и III, в меньшей степени присутствует коллаген типа VI. В Боуменовой мембране преобладает коллаген V типа. Десцеметова мембрана и базальная пластина эпителия содержат IV тип коллагена.
Пространства между коллагеновыми фибриллами заполнены в основном протеогликанами (это макромолекулы с протеиновым ядром и серией гликозаминогликановых окончаний, сцепленных вдоль их длины и содержащих определенное число повторяющихся единиц Сахаров и аминосахаров). В центральном отделе роговицы протеогликаны представлены кератансульфатом, хондроитинсульфатом и хондроитин-4-сульфатом; на периферии роговицы преобладают такие протеогликаны, как дерматансульфат и гликозаминогликан гиалуроновой кислоты [33,55]. Десцеметова мембрана является базальной мембраной, продуктом деятельности клеток заднего эпителия роговицы и состоит в основном из переплетающихся коротких фибрилл коллагена IV типа. Десцеметова мембрана отличается высокой эластичностью и устойчивостью к воздействию повреждающих факторов.
Эндотелий является полупроницаемой мембраной, наиболее важной физиологической функцией которой, является регуляция содержания воды в строме роговицы. Эндотелий обладает избирательной проницаемостью, для обеспечения которой необходимо наличие плотных и щелевидных контактов между клетками.
Эндотелиальные клетки содержат ионно-транспортные системы, которые препятствуют инбибиции водой стромы роговицы. Существует осмотический градиент натрия между водянистой влагой и стромой. Этот градиент является результатом поступления ионов натрия из водянистой влаги и выхода ионов калия в противоположном направлении. Ферменты, регулирующие эти процессы экспрессируются в базолатеральной мембране эндотелиальных клеток Диоксид углерода также диффундирует в цитоплазму клеток и, соединяясь с водой, образует ионы бикарбоната. Данная реакция катализируется карбоангидразой. Ионы бикарбоната затем транспортируются в водянистую влагу. Поступление воды через эндотелиальные клетки в водянистую влагу связано с движением ионов бикарбоната.
В целом все физиологические механизмы в роговице направлены на поддержание ее прозрачного состояния. Это зависит как от правильной организации коллагеновых волокон стромы, так и определенного уровня ее гидратации. Глюкозаминогликаны (ГАГ), благодаря наличию отрицательных зарядов в их молекулах, обладают свойством притягивать положительно заряженные полюсы диполей молекул воды. Гидратация цепочек ГАГ увеличивает их размер, нарушает правильность построения и ведет к потере прозрачности. Для поддержания определенной степени гидратации роговицы необходимо динамическое равновесие между гигроскопическими свойствами ГАГ и активностью эндотелиального насоса, осуществляющего перенос ионов натрия и бикарбоната из стромы в водянистую влагу передней камеры. Однако для действия этого насоса необходима энергия, получаемая в результате процессов гликолиза. При недостатке кислорода или нарушении в ферментных системах возникает энергетический дефицит и нарушение функций эндотелиального насоса, что приводит к потере прозрачности роговицы и нарушению ее оптических свойств [33,105]. 1.2. Морфологические изменения при кератоконусе. Изменения эпителия. Ряд исследователей анализировали изменения эпителия роговицы путем изучения гистологических препаратов с помощью зеркальной микроскопии.
Данные авторы пользовались классификацией кератоконуса, подразделяющей стадии патологического процесса на раннюю, развитую и далекозашедшую. В зависимости от стадии заболевания выявлялись те или иные изменения эпителия роговицы. Для ранней стадии кератоконуса типично было наличие увеличенных клеток эпителия. В развитой стадии заболевания были обнаружены удлиненные эпителиальные клетки. Данные клетки были ротированы по направлению к вершине конуса. В далекозашедшей стадии заболевания отмечалось появление удлиненных эпителиальных клеток, имевших вид спицы или витка спирали. Во всех случаях, эти спицеобразно измененные клетки располагались группами вокруг вершины конуса, причем удлинение клеток было более выражено в центре, чем на периферии. Резко увеличенные эпителиальные клетки обычно обнаруживались в центре роговицы при ранней стадии кератоконуса, а в случаях развитого и далекозашедшего патологического процесса и на периферии роговицы. В большинстве случаев клетки эпителия содержали увеличенные ярко выраженные ядра. В ряде случаев, наличие ярких ядер в эпителиальных клетках являлось единственным признаком патологии при ранней стадии кератоконуса [178].
. Основные клинические симптомы и современные методы диагностики кератоконуса
Компьютерная видеокератография - метод исследования, широко используемый в настоящее время, представляет информацию об изменениях топографии роговицы. При помощи данного исследования возможно определение как преломляющей силы роговицы, её радиусов кривизны в различных участках топограммы, так и воссоздание трёхмерных моделей роговицы и всех типов карт роговицы, позволяющих объёмно представить изменения различных параметров роговицы при патологическом процессе [13,113].
Компьютерная видеокератография является информативным методом как для диагностики кератоконуса в спорных случаях, так и для точного определения локализации его вершины во всех стадиях заболевания [13,97]. Для объективной оценки топографических карт используются различные индексы, помогающие уточнить степень и вид нарушения топограммы роговицы. Одним из наиболее часто используемых в клинической практике является индекс асимметрии поверхности (SAI-Surface Asymmetry Index) при помощи которого можно оценить радиальную симметрию 4 центральных видеокератоскопических меток. Чем ниже значения данного индекса, тем выше степень симметрии роговицы.
Индекс регулярности поверхности (SRI - Surface Regulatory Index) -количественная мера центральной и парацентральной нерегулярностей роговицы, величина которой зависит от величин отклонения оптической силы роговицы, измеренной вдоль полумеридианов 10 центральных видеокератоскопических меток. Чем ниже значения этого индекса, тем правильнее форма центральной части роговицы [35].
Индекс симметрии рефракционной силы (RPSI - Refractive Power Symmetry Index) - соотношение рефракционной силы двух крутых и двух плоских полумеридианов и индекс угла симметрии (ASI - Angle Symmetry Index), представляющий собой соотношение между углами, образованными нулевым полумеридианом и 2-мя плоскими и 2-мя крутыми полумеридианами. Данные два индекса служат для оценки степени нерегулярности роговицы и ее количественного определения при неправильном астигматизме [54].
Для постановки диагноза кератоконуса наиболее часто пользуются индексом Рабиновича. (I-S), представляющей собой разницу в преломляющей силе роговицы выше и ниже центра роговицы на Змм. Положительные значения данного индекса указывают на укручение нижней части роговицы, а отрицательные величины свидетельствуют об укручений верхней части роговой оболочки. Значение I-S - более 1,2 дптр. может быть признаком кератоконуса [158].
Индекс асимметрии наиболее крутых радиальных осей (SRAX - Skew of Steepest Radial Axes) - угол между самым крутым полумеридианом выше горизонтальной оси и самым крутым полумеридианом ниже горизонтальной оси, который вычитается из 180. Величина данного индекса выше 21 является значимым для постановки диагноза кератоконуса [158,159,160]. KISA% - индекс вычисляется на основании данных кератометрии центра роговицы, величины роговичного астигматизма, значений индексов Рабиновича и индекса асимметрии наиболее крутых радиальных осей. Значения данного индекса до 60% соответствуют норме, величины от 60% до 100% расцениваются как подозрение на кератоконус, а величина более 100% характерна для клинических проявлений кератоконуса [161].
При обследовании пациентов с кератоконусом в развитой стадии типичной находкой является паттерн в виде «галстука-бабочки». Для начального и даже субклинического кератоконуса было отмечено появление участков укручения роговицы овальной формы или паттерны асимметричного роговичного астигматизма с изменениями величин индексов кератоконуса [13].
Данные компьютерной видеокератографии используются для ориентировочного расчёта параметров ЖКЛ. Однако для окончательного определения параметров ЖКЛ необходима их коррекция с помощью, пробных наборов контактных линз [13,75]. Также данный метод дает возможность выявления изменений топограммы роговицы, возникающих при ношении ЖКЛ, что зависит от особенностей их посадки. Частота встречаемости нарушений топограммы роговицы при ношении контактных линз из ПММА составляет 75%, при использовании ЖГКЛ - 57% [35]. ОРБ-сканирование позволяет оценить кривизну передней и задней поверхности роговицы, произвести кератометрию и топографическую пахиметрию во всех точках роговой оболочки глаза [61]. В своей работе данный прибор (Orbscan-ll) использует принцип сканирующей щелевой системы и калиброванного видео для измерения толщины роговицы. Несколько тысяч точек исследуются по роговице 20-ю щелевыми лучами с назальной и 20-ю лучами с темпоральной стороны роговицы. Затем прибор анализирует полученную информацию и подсчитывает разницу между отражениями с передней и задней поверхности роговицы и на основании полученной информации высчитывает значения толщины роговой оболочки [86]. Рядом авторов отмечается высокая чувствительность данного прибора по сравнению с аналогами (Tomey TMS - 2N) [113].
В настоящее время уделяется пристальное внимание изменению кривизны задней поверхности роговицы, что рассматривается в качестве одного из самых ранних признаков заболевания. С помощью ОРБ-сканирования, были изучены закономерности деформации роговицы при кератоконусе, и отмечено изменение кривизны роговицы не только передней, но и задней поверхности роговой оболочки, причем корреляция между этими изменениями была статистически значимой [177].
Одним из наиболее современных приборов, предназначенных для исследования переднего отдела глазного яблока, является Pentacam (Oculus, Германия), или ротационная Шемпфлюг камера, которая позволяет произвести расчет трехмерной модели переднего сегмента глаза на основании исследования 25000 точек. В подвижной трехмерной модели рассчитывается и отображается топография всей передней и задней поверхности роговицы от лимба до лимба, толщина роговицы, формируются изображения радужной оболочки и хрусталика. Результаты измерения представляются на экране монитора в виде цветных карт, диаграмм и трехмерных изображений. Ряд авторов отмечает высокую точность и повторяемость результатов при исследовании здоровых роговиц с помощью Pentacam. При сравнении данного прибора с Orbscan II выявлено, что результаты измерений толщины здоровых роговиц на Pentacam были ближе к данным ультразвуковой пахиметрии и отличались меньшей вариабельностью [47,109,179]. При сравнительном анализе данных Pentacam и ультразвуковой пахиметрии,у пациентов с кератоконусом также была отмечена более высокая повторяемость и воспроизводимость результатов в первом случае [73].
. Оптические аберрации глаза и возможности их компенсации
Восприятие предметов окружающего нас пространства осуществляется путем анализа их изображения на сетчатой оболочке, формируемого оптической системой глазного яблока. Человеческий глаз является сложной оптической саморегулирующейся системой, но с точки зрения физической оптики, данная система глаза не является совершенной. Несовершенства оптической системы глаза ведут к отклонению лучей света, проходящих через преломляющие среды глазного яблока от их направления в идеальной оптической системе. Погрешности возникают в результате несовпадения центров роговицы, хрусталика и фовеолы, нерегулярности поверхности преломляющих сред, нарушения их однородности, а также при наличии патологических изменений в сетчатке.
В результате возникают оптические аберрации, которые при их определенных значениях, могут влиять на остроту и качество зрения [8,25]. Аберрация - это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой в центре фовеолы при его прохождении через всю оптическую систему глаза [5].
Аберрации подразделяются на аберрации низшего (1 и 2) порядка -дефокус и астигматизм, и аберрации высшего порядка. К аберрациям 3 порядка относятся такие аберрации, как кома и трефойл. Наиболее значимой аберрацией 4 порядка является сферическая аберрация [8].
Но полихроматическая природа света также обуславливает появление аберраций: лучи разной длины волны фокусируются на разном расстоянии от сетчатки, коротковолновые (сине-зелёные) - ближе к роговице, чем длинноволновые (красные) [5,8,25]. Такие аберрации называют хроматическими.
Для оценки качества оптической системы используются характеристики фронта световой волны при прохождении через эту систему [31]. При отсутствии аберраций в глазу формируется плоский волновой фронт и на сетчатке проецируется наиболее адекватное изображение точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого лимитируется только диаметром зрачка) [4]. Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих сред глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, что ведет к искажению и асимметрии изображения на сетчатке и обозначается как «функция светорассеяния изображения точки» [4].
Для характеристики оптических аберраций возможно использование их математических моделей, или полиномов Zernike, позволяющих получить пространственное изображение формы волнового фронта при каждом виде аберраций. Среднеквадратичное (Root Mean Square - RMS) значение отклонений волнового фронта от идеального в плоскости изображения оптической системы (в случае глаза - это сетчатка) и есть количественная характеристика оптического качества изображения. Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Zernike близки к нулю [31].
Наиболее значимыми оптическими аберрациями, влияющими на функции глаза, являются такие аберрации, как кома, трефойл и сферическая аберрация[5]. Кома - это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. В основе этого вида аберраций лежит асимметрия оптических элементов глаза, при котором оптический центр роговицы не совпадает с оптическим центром хрусталика и центром фовеолы [8,14,25].
Трефойл - оптическая аберрация, возникающая в основном из-за нерегулярности поверхности преломляющей среды на ее периферии, в результате чего возникает различное линейное оптическое увеличение на разных участках изображения [22].
Сферическая аберрация возникает вследствие различия в степени преломления параллельных лучей, проходящих вблизи оптической оси и на периферии. В зависимости от изменения положения фокуса лучей, проходящих через оптическую систему, аберрация данного вида может иметь как положительные, так и отрицательные значения [25]. Отмечено, что в интраокулярных структурах преобладают отрицательные сферические аберрации, а для роговицы более характерны их положительные значения [31]. Суммируя вышесказанное, можно сделать вывод, что оптические дефекты, роговицы, в определенной степени, компенсируются кривизной поверхностей хрусталика [25].
Надо также отметить, что понятие «сферическая аберрация» не вполне применимо к глазу. Сферическая аберрация в оптической системе глаза ассиметрична, т.е. ее величины неодинаковы в разных меридианах. Ее значения могут отличаться и в пределах одного меридиана в противоположных направлениях от оптической оси. Кроме того, в глазу, в отличие от искусственных оптических систем, может возникать сферическая аберрация «против правила», что связано с наличием ядра хрусталика с большим коэффициентом преломления [32].
При проведении клинических исследований было доказано, что аберрации выше 4-го порядка важны лишь при остроте зрения более 100% в скотопических условиях, а при остроте зрения 100% и ниже их влияние на зрительные функции минимально или не проявляется вообще [29].
В настоящее время существует возможность для объективной оценки величины и вида оптических аберраций глаза с помощью специальных приборов -аберрометров, созданных на основе новейших технологий и основанных на различных принципах действия.
Использование аберрометров различной конструкции в основном обусловлено необходимостью решения проблем кераторефракционной хирургии. Достаточно широко используется усовершенствованный аберрометр Чернига, принцип работы которого основан на получении проекции на сетчатке решетки из 168 точек, расположенных в форме квадрата, регистрации ее ретинального изображения цифровой камерой и компьютерной обработкой результатов [142].
Также используется прибор, основанный на принципе аберрометрии по отслеживанию луча (ray tracing aberrometry), разработанный ВВ. и B.C. Молебными совместно с И. Паликарисом В данном приборе реализуется принцип оценки отклонения параллельного лазерного луча от опорного, или основного, который направлен строго по зрительной оси. Последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка [138].
Характеристика клинического материала и методов исследования
Биомикроскопия использовалась для оценки состояния роговицы и диагностики кератоконуса (определения степени её клинических изменений: выявления эпителиопатии, линий Фогта, изменений стромы роговицы, отёка). Посадка ЖГКЛ оценивалась с помощью флюоресцеинового теста с кобальтовым фильтром. Данное исследование проводилось на щелевой лампе фирмы «Rodenstock» (Германия).
Конфокальная микроскопия. Исследование проводили с помощью конфокального микроскопа «Confoscan-4» фирмы Nidek (Япония). Возможности данного прибора таковы, что он позволяет сканировать слои толщиной 5 мкм. Сканирование производилось по всей толщине роговицы, размер исследуемой зоны составлял 440 330 мкм. Проведение исследования возможно как в центральной зоне роговицы, так и в парацентральных участках роговицы. Исследование проводилось с использованием иммерсионной жидкости. Нами в качестве иммерсионной жидкости использовался гель «Видисик» (фирма Baush &Lomb). Гель наносился на линзу прибора, затем линза с нанесенной каплей геля подводилась к роговице до касания, толщина слоя иммерсионной жидкости составляла 2мм. Наличие иммерсионной жидкости между роговицей и объективом линзы сводило к минимуму риск повреждения эпителия. Исследование можно было проводить без применения анестетиков. Данный прибор позволял визуализировать все слои роговицы и оценивать степень морфологических нарушений. Проводился подсчет клеток эндотелия роговицы, измерение степени полиморфизма, плеотропизма.
На данном приборе в системе Z-сканирования проводилось исследование уровня интенсивности светорассеяния во всех слоях роговицы на основе анализа денситометрической кривой (Рис. 1). Рис. 1. Общий вид конфокального микроскопа «Confoscan-4» фирмы «Nidek». Кератопахиметрия проводилась на ультразвуковом пахиметре фирмы «Humphrey instruments, inc. Carl Zeiss Group» (США). Данная методика применялась для диагностики кератоконуса, установления степени истончения роговицы и локализации наиболее истонченных ее участков. Толщина роговицы определялась по пяти точкам (центр роговицы и парацентрально на 3-х, 6-ти, 9-ти и 12-ти часах) на расстоянии Змм от центра роговицы. На основании этих данных были определены средние значения минимальной и максимальной толщины роговицы, а также максимальная разница данных величин.
Офтальмометрия проводилась на приборе фирмы «Rodenstock» (Германия). Исследовалась центральная зона роговицы в двух главных меридианах, что позволяло судить о преломляющей силе роговицы и её кривизне. Изменение формы меток офтальмометра и их правильного взаиморасположения свидетельствовало о нарушении сферичности роговицы и наличии неправильного астигматизма. Компьютерная видеокератография применялась для исследования топографии роговицы в пределах центральной оптической зоны по всем меридианам. Данное исследование проводилось на компьютерном топографе СТ-1000 фирмы «Shin-Nippon» (Япония). (Рис. 2)
Наряду с известными общепринятыми индексами IS и SRAX нами оценивалась величина смещения центра колец Плацидо относительно центра зрачка по направлению к вершине кератоконуса. Рис. 2. Общий вид компьютерного топографа СТ-1000, фирмы «Shin-Nippon». Аберрометрия и авторефрактометрия проводились с помощью OPD Scan фирмы Nidek (Япония). В данном приборе реализован принцип классической скиаскопии. Данный прибор дает возможностью получения нескольких цветных видеокарт: рефракционной, карты топографии роговицы и карт волнового фронта. При использовании дополнительной компьютерной программы (OPD station) возможно выделение роговичного компонента аберраций глаза.
OPD Scan обладает достаточно точной системой наведения, а сканирование через щель уменьшает влияние на результаты исследования аккомодационного рефлекса и состояния прекорнеальной слёзной плёнки. (Рис. 4) Аберрометрия проводилась в меэопических условиях, зона исследования составляла 6мм. Анализ каждого вида исследованных аберраций проводился с использованием показателя среднеквадратичного отклонения волнового фронта пациента от плоского волнового фронта (Root Mean Square - RMS). Исследовались суммарные аберрации, включавшие в себя аберрации низших и высших порядков, суммарный показатель аберраций высших порядков, а также по отдельности такие аберрации высших порядков как кома, трефойл и сферическая. Все вышеуказанные параметры измерялись как для волнового фронта глаза, так и отдельно для волнового фронта роговицы. Замеры проводились последовательно без коррекции и с ЖГКЛ на глазу. Рис. 4. Общий вид OPD-Scan фирмы «Nidek».
Визометрия применялась для определения максимальной некорригированной остроты зрения и максимальной корригированной остроты зрения, которые определялись при помощи проектора знаков фирмы «Rodenstock» (Германия), набора линз и, при необходимости, с диафрагмой.
Проводилось исследование функции бинокулярного зрения, для чего был использован «четырёхточечный цветовой тест Уорса». При проведении данного теста пациенту при условии максимально полной коррекции перед правым глазом помещали красный светофильтр, а перед левым зеленый светофильтр. Затем пациенту предлагали посмотреть на экран проектора знаков на котором демонстрировались четыре светящиеся фигуры: одна красная, две зеленых и одна белая. Результаты исследования определяли в зависимости от восприятия количества фигур и подкрашивания белой фигуры.
Также проводилось определение стереоскопического зрения с использованием специальных таблиц стереотеста (поляроидные вектограммы) фирмы «Titmus». В ходе данного исследования пациенту последовательно предъявлялись объекты для определения состояния стереопсиса, количество правильно показанных объектов соответствовало уровню стереоскопического зрения пациента.
Одним из методов, позволяющим оценить степень нарушения зрительных функций при кератоконусе, а также эффективность его коррекции с помощью различных методов, является визоконтрастометрия. Данный метод предоставляет информацию об изменении чувствительности глаза к различным уровням контраста и отражает зависимость порогового контраста от пространственной частоты стимула.
Визоконтрастометрия проводилась на персональном компьютере с использованием программы «Зебра». В ходе данного исследования на экране монитора пациенту предъявлялись вертикальные решетки различной пространственной частоты (0,5 - 22 цикл/град при расстоянии наблюдения 2,4м). Контраст решетки плавно изменялся от минимального (0,2%) до максимального-(100%) значения. Исследование проводилось в мезопических условиях адаптации. Нажатием на клавиши компьютерной «мыши» пациент отмечал появление стимула на экране монитора. Контраст определяли как отношение разности освещенности полос к их сумме, выраженное в процентах. Каждому уровню контраста соответствует определенный уровень контрастной чувствительности. Пространственная частота стимулов измерялась в количестве циклов на градус (цикл/град). По результатам ответов пациента получали кривую, характеризующую пространственную контрастную чувствительность. Уровень контрастной чувствительности определялся в децибелах (Дб).
