Biometric characteristics of the lacrimal passages in healthy individuals and in patients with nasolacrimal duct obstruction

Atkova E.L.; Yartsev V.D.; Ekaterinchev M.A.; Shkolyarenko N.Yu.

doi:https://doi.org/10.17116/oftalma202313905120

Дакриостеноз — это органическое нарушение проходимости слезоотводящих путей, связанное с сужением их просвета. К настоящему времени накоплен значительный материал, полученный при постмортальных и прижизненных исследованиях и касающийся геометрических размеров костного носослезного канала [1—5]. Как показано в ряде исследований, узость носослезного канала может предрасполагать к развитию непроходимости слезоотводящих путей, однако при наступившем заболевании размеры и топографические взаимоотношения костных структур не изменяются [1—5]. Подобный патологический процесс в носослезном протоке, по мнению некоторых авторов, может изменять его волюметрические параметры [5, 6].

Несмотря на очевидный интерес к процессу, проходящему в слезоотводящих путях при нарушении их проходимости, в литературе представлено немного работ, имеющих своей целью измерение волюметрических параметров носослезного канала и носослезного протока при их сужении или облитерации. Тем не менее такие изыскания могут иметь значение при изучении патогенеза облитерации слезоотводящих путей и, как следствие, разработке патогенетически обоснованного метода их лечения, а потому проведение таких исследований является актуальным.

Цель работы — изучение биометрических характеристик слезоотводящих путей в норме и при дакриостенозе.

Материал и методы

В рамках исследования были проанализированы результаты компьютерной томографии слезоотводящих путей, которая была выполнена с их контрастированием водорастворимым контрастным веществом с введением его через нижний слезный каналец путем канюлирования. Толщина среза была не менее 0,625 мм. Проанализированы томограммы 119 обследуемых: 81 пациента с дакриостенозом (средний возраст — 71±2 года) и 38 лиц без патологии слезоотведения (средний возраст — 59±2 года).

Анализ биометрических параметров слезоотводящих путей включал в себя определение длины, объема и средней площади носослезного протока, а также длины, объема и средней площади среза носослезного канала. Объем слезоотводящих путей высчитывали с помощью программы по обработке результатов визуализирующих лучевых методов исследования Vidar Dicom Viewer 3.2 и ее специальных инструментов.

Измерения объема протока проводили, обводя область, заполненную контрастным веществом, последовательно в каждом срезе в аксиальной проекции, начиная от купола слезного мешка до выхода контрастного вещества в полость носа под нижней носовой раковиной. Объем выделенной области программа высчитывала автоматически. Далее определяли длину слезоотводящих путей, проводя измерение в центральной точке каждого среза, считая ее аксиальной длиной. Полученные данные подтверждали измерениями в сагиттальной и фронтальной проекциях.

Объем носослезного канала и его длину высчитывали по такой же методике. Ориентиром для вычисления служили стенки костного канала.

Вычисление средней площади среза проводили по ранее предложенной нами методике (патент RU 2739414C1 от 16.06.20), используя формулу:

где S — средняя площадь среза; V — объем контрастированной части слезоотводящих путей (в случае носослезного протока) или объем канала (в случае измерения средней площади среза канала); L — аксиальная длина контрастированной части слезоотводящих путей или длина носослезного канала. Изучение томограмм проводили два независимых исследователя.

Для оценки системы слезоотводящих путей с физических позиций как гидродиамической системы, функционирующей в соответствии с законом Пуазейля, был осуществлен расчет отношения R⁴/16l, где R — радиус носослезного протока, l — длина носослезного протока, при этом срез носослезного протока был принят за окружность.

Статистический анализ осуществляли при помощи программы IBM SPSS Statistics 26 (IBM, США). Распределение средней площади среза, а также объема носослезного канала носило нормальный характер (тест Шапиро—Уилка), распределение остальных величин отличалось от нормального. Для сравнения ненормально распределенных значений у обследуемых обеих групп использовали непараметрические статистические методы, а именно — критерий Манна—Уитни. Для сравнения средних величин в случае нормального распределения использовали t-статистику для независимых выборок. Для корреляционного анализа использовали методы Спирмена. Для оценки чувствительности и специфичности биометрических и демографических параметров в предсказании дакриостеноза был проведен ROC-анализ. Различия считали значимыми при p≤0,05.

Результаты

Результаты изучения биометрических параметров, а также результаты статистического анализа их различий у пациентов с дакриостенозом и обследуемых без патологии слезоотводящих путей представлены в табл. 1. Обнаружены статистически значимые межгрупповые различия при сравнении объема и средней площади среза носослезного протока, а также длины носослезного канала.

Таблица 1. Результаты статистического анализа значений полученных параметров

Параметр	Пациенты с дакриостенозом	Пациенты без нарушения слезоотведения	p
Объем носослезного протока, см³	0,15 (0,17—0,25)	0,13 (0,11—0,14)	0,004*
Длина носослезного протока, мм	28,8 (27,6—29,3)	27,3 (26,7—28,8)	0,237
Средняя площадь среза носослезного протока, мм²	5,1 (6,1—8,7)	4,6 (4,0—5,1)	0,014*
Объем носослезного канала канала, см³	0,18±0,01	0,17±0,02	0,692
Длина носослезного канала, мм	8,5 (7,9—8,9)	7,6 (6,8—8,2)	0,034*
Средняя площадь среза носослезного канала, мм²	21,6±0,8	22,9±1,6	0,438

Примечание. Для нормально распределенных величин указано среднее значение и стандартное отклонение, для ненормально распределенных величин — медиана и значение 95% доверительного интервала (ДИ). * — различия статистически значимы.

При корреляционном анализе у пациентов с дакриостенозом и у обследуемых без нарушения слезоотведения были получены результаты, представленные в табл. 2 и 3 соответственно. На рис. 1 обобщены результаты проведенного корреляционного анализа, при этом цветом выделены статистически значимые корреляции у пациентов с дакриостенозом и обследуемых без нарушения слезоотведения.

ROC-кривые, полученные при проведении соответствующего анализа, который показывает чувствительность и специфичность биометрических показателей как предикторов дакриостеноза, представлены на рис. 2.

Таблица 2. Результаты корреляционного анализа у пациентов с дакриостенозом

Параметр	Возраст	Носослезный проток			Носослезный канал
Параметр	Возраст	средняя площадь среза	длина	объем	средняя площадь среза	длина	объем
Возраст	—	r_s= –0,223 p=0,038	r_s= –0,057 p=0,6	r_s= –0,219 p=0,042	r_s=0,024 p=0,83	r_s=0,047 p=0,675	r_s=0,137 p=0,224
Носослезный проток:
средняя площадь среза	r_s= –0,223 p=0,038	—	r_s=0,076 p=0,483	r_s=0,963 p<0,001	r_s=0,205 p=0,067	r_s=0,069 p=0,541	r_s=0,245 p=0,028
длина	r_s= –0,057 p=0,6	r_s=0,076 p=0,483	—	r_s=0,271 p=0,011	r_s=0,220 p=0,049	r_s=0,193 p=0,085	r_s=0,236 p=0,034
объем	r_s= –0,219 p=0,042	r_s=0,963 p<0,001	r_s=0,271 p=0,011	—	r_s=0,236 p=0,034	r_s=0,096 p=0,394	r_s=0,264 p=0,017
Носослезный канал:
средняя площадь среза	r_s=0,024 p=0,83	r_s=0,205 p=0,067	r_s=0,220 p=0,049	r_s=0,236 p=0,034	—	r_s= –0,187 p=0,095	r_s=0,660 p<0,001
длина	r_s=0,047 p=0,675	r_s=0,069 p=0,541	r_s=0,193 p=0,085	r_s=0,096 p=0,394	r_s= –0,187 p=0,095	—	r_s=0,481 p<0,001
объем	r_s=0,137 p=0,224	r_s=0,245 p=0,028	r_s=0,236 p=0,034	r_s=0,264 p=0,017	r_s=0,660 p<0,001	r_s=0,481 p<0,001	—

Примечание. Здесь и в табл. 3: жирным шрифтом обозначены статистически значимые корреляции.

Таблица 3. Результаты корреляционного анализа у пациентов без нарушений слезоотведения

Параметры	Возраст	Носослезный проток			Носослезный канал
Параметры	Возраст	средняя площадь среза	длина	объем	средняя площадь среза	длина	объем
Возраст	—	r_s=0,109 p=0,517	r_s=0,056 p=0,741	r_s=0,105 p=0,529	r_s=0,050 p=0,767	r_s=0,332 p=0,042	r_s=0,273 p=0,097
Носослезный проток:
средняя площадь среза	r_s=0,109 p=0,517	—	r_s= –0,472 p=0,003	r_s=0,939 p<0,001	r_s= –0,025 p=0,883	r_s= –0,091 p=0,586	r_s= –0,060 p=0,721
длина	r_s=0,056 p=0,741	r_s= –0,472 p=0,003	—	r_s= –0,201 p=0,226	r_s=0,494 p=0,002	r_s=0,238 p=0,150	r_s=0,560 p<0,001
объем	r_s=0,105 p=0,529	r_s=0,939 p<0,001	r_s= –0,201 p=0,226	—	r_s=0,221 p=0,182	r_s= –0,057 p=0,732	r_s=0,141 p=0,397
Носослезный канал:
средняя площадь среза	r_s=0,050 p=0,767	r_s= –0,025 p=0,883	r_s=0,494 p=0,002	r_s=0,221 p=0,182	—	r_s= –0,163 p=0,327	r_s=0,602 p<0,001
длина	r_s=0,332 p=0,042	r_s= –0,091 p=0,586	r_s=0,238 p=0,150	r_s= –0,057 p=0,732	r_s= –0,163 p=0,327	—	r_s=0,659 p<0,001
объем	r_s=0,273 p=0,097	r_s= –0,060 p=0,721	r_s=0,560 p<0,001	r_s=0,141 p=0,397	r_s=0,602 p<0,001	r_s=0,659 p<0,001	—

Рис. 1. Результаты сравнительного корреляционного анализа.

Зеленым выделены значимые корреляции у обследованных без патологии, розовым — у пациентов с дакриостенозом, красным— совпадения характеристик по статистической значимости у обследуемых без патологии и пациентов с дакриостенозом.

Рис. 2. Результаты ROC-анализа.

а — биометрические параметры носослезного протока и демографических характеристик; б — биометрические параметры носослезного канала.

Проведенный анализ показал, что AUC возраста больных составила 0,2779 (p<0,001), объема носослезного протока — 0,661 (p=0,004), его длины — 0,567 (p=0,237), средней площади его среза — 0,639 (p=0,005), объема носослезного канала — 0,562 (p=0,274), его длины — 0,621 (p=0,034), средней площади его среза — 0,492 (p=0,882).

При расчете отношения R⁴/16l обнаружено, что его значение было распределено нормально у пациентов с дакриостенозом и у обследуемых без патологии слезоотведения. Среднее отношение у пациентов с дакриостенозом составило 1,61±0,33; у обследуемых без патологии — 0,40±0,04. Эти различия были статистически значимыми (p=0,016). Результаты ROC-анализа, проведенного для оценки чувствительности и специфичности этого параметра при оценке предсказания развития дакриостеноза, приведены на рис. 3.

Рис. 3. Результаты ROC-анализа при оценке отношения R⁴/16l для оценки предсказания развития дакриостеноза.

Проведенный анализ показал, что значение AUC для отношения R⁴/16l составило 0,653 (p=0,007).

Результаты проведенного в рамках исследования анализа чувствительности и специфичности рассматриваемых биометрических параметров слезоотводящих путей суммированы в табл. 4.

Таблица 4. Результаты ROC-анализа с оценкой чувствительности и специфичности демографических и биометрических параметров при оценке предсказания развития дакриостеноза

Параметр	AUC	Стандартная ошибка	p
Возраст	0,279	0,046	<0,001*
Объем носослезного протока	0,661	0,048	0,004*
Длина носослезного протока	0,567	0,057	0,237
Средняя площадь среза носослезного протока	0,639	0,050	0,014*
Объем носослезного канала	0,562	0,058	0,274
Длина носослезного канала	0,621	0,056	0,034*
Площадь носослезного канала	0,492	0,057	0,882
Значение отношения R⁴/16l	0,653	0,049	0,007*

Примечание. * — различия статистически значимы.

Обсуждение

Слезоотводящие пути и слезная жидкость образуют сложную гидродинамическую систему. Сечение слезоотводящих путей имеет переменные диаметр и форму, по ходу слезоотводящих путей имеются клапаны, регулирующие скорость и объем перемещения слезы. Кавернозные сплетения, входящие в состав носослезного протока, способны быстро изменять площадь его просвета. Слезная жидкость течет неламинарно, а ее состав может меняться, оказывая влияние на реологические свойства [7—14]. Вместе с тем, принимая во внимание известные допущения, можно считать, что движение слезной жидкости подчиняется закону Пуазейля и находится в соответствии с ним:

где P_i — выходное давление; P_o — входное давление; l — длина цилиндра; η— динамическая вязкость; R — радиус; Q — объемный расход жидкости.

Как следует из данного закона, объемный расход слезной жидкости, если принять вертикальную часть слезоотводящих путей за цилиндр постоянного сечения, относится прямо пропорционально к радиусу слезоотводящих путей и обратно пропорционален их длине.

При анализе полученных в настоящем исследовании данных было обнаружено, что статистически значимыми у пациентов с дакриостенозом и у обследуемых без нарушения слезоотведения были не только различия в объеме и средней площади среза носослезного протока (что очевидно с учетом характера изменений при дакриостенозе), но и значение длины носослезного канала. Представленные в литературе данные указывают на то, что есть некоторые биометрические параметры носослезного канала, которые являются предикторами развития дакриостеноза, хотя частично результаты этих исследований входят во взаимное противоречие [2, 15—20]. Однако данных, указывающих на выявленную нами взаимосвязь развития заболевания с длиной носослезного канала, мы в литературных источниках не обнаружили. Вместе с тем увеличение длины носослезного канала, которое мы относим к врожденным анатомическим особенностям, может приводить к затруднению движения слезной жидкости, если принять его подчиняющимся закону Пуазейля.

Для детального исследования указанной взаимосвязи мы предложили высчитывать отношение R⁴/16l, которое объединяет радиус просвета слезоотводящих путей и длину носослезного протока. Статистический анализ показал, что численное значение этого соотношения не только статистически значимо различалось у пациентов с дакриостенозом и без патологии слезоотводящих путей, но и было наиболее высокодостоверным в плане оценки предикторных свойств этого показателя при оценке прогноза развития дакриостеноза (см. результаты ROC-анализа). Кроме того, нами была установлена взаимосвязь между возрастом обследуемого без патологии слезоотведения и длиной носослезного канала, в то время как у пациентов с дакриостенозом таких закономерностей обнаружено не было. Если считать, что длина носослезного канала увеличивается с возрастом, например вследствие инволютивных изменений, это может объяснять развитие дакриостеноза у пациентов старшей возрастной группы. Эта гипотеза косвенно подтверждается цефалометрическими исследованиями, которые показали, что форма черепа и его морфометрические параметры подвергаются изменениям на протяжении всей жизни человека [21, 22].

Интересным фактом, с нашей точки зрения, является то, что, по полученным данным проведенного исследования, большинство биометрических параметров носослезного протока находятся вне зависимости от биометрических параметров носослезного канала у обследуемых без патологии слезоотводящих путей, однако такие зависимости были обнаружены у пациентов с дакриостенозом. По нашему мнению, это указывает на то, что в норме носослезный проток функционирует как в известной степени независимая от своего костного вместилища структура, а в условиях развития дакриостеноза происходит компенсаторное расширение просвета носослезного протока и биометрические его характеристики стремятся к таковым носослезного канала.

Заключение

Сравнительный анализ результатов биометрического исследования, проведенного у пациентов с дакриостенозом и обследуемых без патологии слезоотводящих путей, показал наличие определенных отличий. Помимо очевидных различий, связанных с площадью среза носослезного протока и его объема, обнаружено, что длина носослезного канала у обследуемых обеих групп статистически значимо различается (p=0,034).

В настоящем исследовании мы рассматривали слезоотводящие пути как гидродинамическую систему, подчиняющуюся закону Пуазейля в плане описания движения слезной жидкости. Для того чтобы охарактеризовать слезоотводящие пути с этих позиций, мы рассчитали отношение R⁴/16l у обследуемых и пациентов обеих групп, при этом обнаружено, что числовое значение этого отношения было статистически различным (p=0,016), а ROC-анализ показал высокую чувствительность и специфичность этого критерия. Это дает принципиальную возможность использовать данное отношение как диагностический критерий дакриостеноза.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: В.Я., Е.А.

Сбор и обработка материала: М.Е., В.Я., Н.Ш.

Статистическая обработка: В.Я., М.Е.

Написание текста: В.Я., Е.А.

Редактирование: Е.А., В.Я., М.Е., Н.Ш.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы:

Altun O, Dedeoglu N, Avci M. Examination of Nasolacrimal Duct Morphometry Using Cone Beam Computed Tomography in Patients With Unilateral Cleft Lip/Palate. J Craniofac Surg. 2017;28(8):725-728. https://doi.org/10.1097/SCS.0000000000003848
Fasina O, Ogbole GI. CT assessment of the nasolacrimal canal in a black African Population. Ophthalmic Plast Reconstr Surg. 2013;29(3):231-233. https://doi.org/10.1097/IOP.0b013e3182873d2e
Groessl SA, Sires BS, Lemke BN. An anatomical basis for primary acquired nasolacrimal duct obstruction. Arch Ophthalmol. 1997;115(1):71-74. https://doi.org/10.1001/archopht.1997.01100150073012
Janez-Garcia L, Saenz-Frances F, Ramirez-Sebastian JM, Toledano-Fernandez N, Urbasos-Pascual M, Janez-Escalada L. Three-Dimensional Reconstruction of the Bony Nasolacrimal Canal by Automated Segmentation of Computed Tomography Images. PLoS One. 2016;11(5):e0155436. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155436
Lee MJ, Kim IH, Choi YJ, Kim N, Choung HK, Khwarg SI. Relationship between lacrimal sac size and duration of tearing in nasolacrimal duct obstruction. Can J Ophthalmol. 2019;54(1):111-115. https://doi.org/10.1016/j.jcjo.2018.03.017
Park JH, Huh JA, Piao JF, Lee H, Baek SH. Measuring nasolacrimal duct volume using computed tomography images in nasolacrimal duct obstruction patients in Korean. Int J Ophthalmol. 2019;12(1):100-105. https://doi.org/10.18240/ijo.2019.01.16
Altinkaynak H, Gunes H. Anatomical Parameters of the Nasolacrimal Duct in Healthy Children Measured with Computed Tomography. Beyoglu Eye J. 2019;4(2):86-91. https://doi.org/10.14744/bej.2019.83997
Blasco-Martinez A, Mateo-Orobia A, Blasco-Alberto J, Pablo-Julvez L. Rheological Behavior Patterns in Artificial Tears. Optom Vis Sci. 2022;99(5): 455-462. https://doi.org/10.1097/OPX.0000000000001885
Kulovesi P, Telenius J, Koivuniemi A, Brezesinski G, Rantamaki A, Viitala T, Puukilainen E, Ritala M, Wiedmer SK, Vattulainen I, Holopainen JM. Molecular organization of the tear fluid lipid layer. Biophys J. 2010;99(8): 2559-2567. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2010.08.001
Narioka J, Ohashi Y. Effects of adrenergic and cholinergic antagonists on diameter of nasolacrimal drainage system. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2007;245(12):1843-1850. https://doi.org/10.1007/s00417-007-0615-4
Paulsen F. The human nasolacrimal ducts. Adv Anat Embryol Cell Biol. 2003;170:III-XI, 1-106.
Paulsen FP, Thale AB, Hallmann UJ, Schaudig U, Tillmann BN. The cavernous body of the human efferent tear ducts: function in tear outflow mechanism. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2000;41(5):965-970.
Arshinoff SA, Hofmann I, Nae H. Role of rheology in tears and artificial tears. J Cataract Refract Surg. 2021;47(5):655-661. https://doi.org/10.1097/j.jcrs.0000000000000508
Zhang S, Cheng Y, Xie J, Wang Z, Zhang F, Chen L, Feng Y, Wang G. Anatomical Study and Locating Nasolacrimal Duct on Computed Topographic Image. J Craniofac Surg. 2017;28(1):275-279. https://doi.org/10.1097/SCS.0000000000003309
Bulbul E, Yazici A, Yanik B, Yazici H, Demirpolat G. Morphometric Evaluation of Bony Nasolacrimal Canal in a Caucasian Population with Primary Acquired Nasolacrimal Duct Obstruction: A Multidetector Computed Tomography Study. Korean J Radiol. 2016;17(2):271-276. https://doi.org/10.3348/kjr.2016.17.2.271
Estes JL, Tsiouris AJ, Christos PJ, Lelli GJ. Three-dimensional volumetric assessment of the nasolacrimal duct in patients with obstruction. Ophthalmic Plast Reconstr Surg. 2015;31(3):211-214. https://doi.org/10.1097/IOP.0000000000000259
Janssen AG, Mansour K, Bos JJ, Castelijns JA. Diameter of the bony lacrimal canal: normal values and values related to nasolacrimal duct obstruction: assessment with CT. AJNR Am J Neuroradiol. 2001;22(5):845-850.
Lee S, Lee UY, Yang SW, Lee WJ, Kim DH, Youn KH, Kim YS. 3D morphological classification of the nasolacrimal duct: Anatomical study for planning treatment of tear drainage obstruction. Clin Anat. 2021;34(4):624-633. https://doi.org/10.1002/ca.23678
Ulutas HG, Yazici B, Ulutas E, Yazici Z. Nasolacrimal canal morphology with or without idiopathic obstruction in Caucasian adults: a multidetector CT study. Int Ophthalmol. 2022;42(6):1727-1735. https://doi.org/10.1007/s10792-021-02168-3
Yong AM, Zhao DB, Siew SC, Goh PS, Liao J, Amrith S. Assessment of bony nasolacrimal parameters among Asians. Ophthalmic Plast Reconstr Surg. 2014;30(4):322-327. https://doi.org/10.1097/IOP.0000000000000101
Chovalopoulou ME, Bertsatos A, Papageorgopoulou C. Age-related changes in the craniofacial region in a modern Greek population sample of known age and sex. Int J Legal Med. 2017;131(4):1103-1111. https://doi.org/10.1007/s00414-016-1470-9
Urban JE, Weaver AA, Lillie EM, Maldjian JA, Whitlow CT, Stitzel JD. Evaluation of morphological changes in the adult skull with age and sex. J Anat. 2016;229(6):838-846. https://doi.org/10.1111/joa.12247

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Материал и методы

Результаты

Обсуждение

Заключение