Биомеханический контроль миопии: возможности двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией

Анатомической основой прогрессирующей миопии является постепенное увеличение переднезадней оси (ПЗО) глаза, которое, согласно трехфакторной теории патогенеза миопии Э.С. Аветисова, связано с нарушением опорных (т.е. механических) свойств склеры [1—4]. В результате биомеханических исследований фиброзной оболочки глаза установлено, что «при прогрессировании миопии сокращается диапазон упругих деформаций склеры и увеличивается вклад вязкого компонента, что в результате приводит к необратимому растяжению склеральной оболочки и к увеличению ПЗО глаза» [5].

Изолированные исследования условно нормальной склеры позволили выявить анизотропию и неоднородность ее механических свойств, а также стали основой для дальнейшего изучения биомеханических свойств склеры при миопии [6—8]. Выявлено, что при высокой миопии склера характеризуется снижением прочности и модуля упругости преимущественно в экваториальной и задней областях, причем эти изменения сначала происходят в экваториальной зоне с последующим изменением заднего полюса. Основой этих результатов стали биомеханические испытания в условиях ex vivo [8, 9]. Таким образом, морфологическим субстратом прогрессирующей миопии являются структурные изменения фиброзной оболочки, индуцирующие биомеханическое «ослабление» ее склерального компонента. Тем не менее в реальной клинической практике основными инструментами контроля прогрессирующей миопии остаются био- и рефрактометрические методы, направленные на оценку размеров ПЗО и степени миопического дефокуса соответственно. Возможности контроля миопии на основе оценки биомеханических изменений склеры лимитированы отсутствием доступных клинических методов.

Принципиальные возможности прижизненной (т.е. in vivo) оценки биомеханических показателей фиброзной оболочки глаза связаны с внедрением в клиническую практику технологий двунаправленной пневмоапланации роговицы [10—12].

Первым устройством, в котором было использовано воздействие струи воздуха для динамической деформации роговицы, стал прибор ORA (Ocular Response Analyzer, США). Биомеханические параметры, генерируемые стандартным программным обеспечением ORA, — роговичный гистерезис (CH) и фактор резистентности роговицы (CRF). CH — условная величина, которая отражает вязкоэластические свойства роговицы, в то время как CRF характеризует сопротивление собственно роговичной ткани, которое существовало бы при «нулевом» офтальмотонусе [4, 13—16].

В усовершенствованном приборе Corvis ST (Oculus, Германия) используют высокоскоростную Шаймпфлюг-камеру для фиксации поперечного среза роговицы (4330 кадров в секунду) во время ее деформации в режиме реального времени с последующим программным анализом для получения расширенного комплекса биомеханических показателей (всего 14, включая два показателя внутриглазного давления) [4, 17—19]. Исходя из особенностей технологической реализации, этот метод исследования может быть обозначен как двунаправленная пневмоапланация с высокоскоростной видеорегистрацией.

С позиций практической востребованности в исследовании биомеханических показателей фиброзной оболочки с помощью технологий двунаправленной пневмоапланации роговицы можно выделить два основных направления. Первое из них связано с влиянием «биомеханики» роговицы на показатели тонометрии [20—22], а второе — с оценкой биомеханических изменений фиброзной оболочки при миопии [4, 18, 19]. Решение важной с практической точки зрения задачи мониторинга прогрессирующей миопии на основе анализа изменений биомеханических свойств склеры (т.е. биомеханического контроля) осложняет отсутствие возможности селективной оценки результатов двунаправленной пневмоапланации в плане оценки «участия» в формировании ответа на пневмоапланацию роговицы склеры и непосредственно роговицы как анатомических компонентов фиброзной оболочки [23]. Не исключено, что упомянутое выше увеличение количества анализируемых индексов технологии двунаправленной пневмоапланации с высокоскоростной видеорегистрацией может способствовать повышению информативности данной технологии в плане исследования «биомеханики» фиброзной оболочки. Так, в сравнительном исследовании была показана достоверная зависимость большинства показателей данной технологии от степени миопии, в то время как в параметрах стандартной методики ORA значимых различий выявлено не было [4]. Возможно, что перспективы клинического применения двунаправленной пневмоапланации с высокоскоростной видеорегистрацией связаны с дифференцированным использованием каких-либо конкретных индексов из комплекса определяемых с помощью этого метода показателей.

Исходя из вышеизложенного, целью настоящего исследования явился анализ возможностей применения двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией для биомеханического контроля миопии на основе селективной оценки биомеханических параметров склеры и роговицы.

В исследование включены 129 пациентов (168 глаз) с миопией в диапазоне от (–)0,75 до (–)13,25 дптр по сферическому эквиваленту рефракции со значением астигматизма или анизометропии менее 1,5 дптр без какой-либо сопутствующей глазной патологии. Возраст участников исследования составлял от 17 до 48 лет.

Для оценки клинической рефракции проводили автоматическую рефрактометрию и субъективный тест, основанный на определении максимальной остроты зрения с коррекцией. Размеры ПЗО определяли с помощью лазерной биометрии (IOLMaster 700; Carl Zeiss Meditec, Германия), использовали среднее значение данных после трех последовательных измерений с разницей <0,02 мм. Толщину роговицы в центральной зоне (ЦТР) измеряли с помощью ротационной Шаймпфлюг-камеры (Pentacam HR; Oculus, Германия). Для оценки биомеханических показателей фиброзной оболочки использовали технологию двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией (прибор Corvis ST; Oculus, Германия) с учетом требований производителя к получаемым снимкам с качеством QS: «OK». В табл. 1 представлена характеристика показателей, определяемых с помощью прибора Corvis ST [23—25].

Таблица 1. Характеристика показателей, определяемых с помощью двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией

Исследование проведено в соответствии с этическими принципами Хельсинкской декларации. Информированное письменное согласие пациентов на проведение исследования в соответствии с представленным протоколом было получено перед началом исследования. Включение в исследование было добровольным.

Для оценки полученных результатов использовали современные методы статистической обработки. Количественные показатели оценивали на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Колмогорова—Смирнова. Количественные показатели, имеющие нормальное распределение, описывали с помощью средних арифметических величин (M) и стандартных отклонений (SD), границ 95% доверительного интервала (95% ДИ), а в случае отсутствия нормального распределения — с помощью медианы (Me) и нижнего и верхнего квартилей [25-го; 75-го перцентилей].

Сравнение трех и более групп по количественному показателю, имеющему нормальное распределение, выполняли с помощью однофакторного дисперсионного анализа, апостериорные сравнения проводили с помощью критериев Тьюки (при условии равенства дисперсий) и Геймса—Хауэлла (при неравных дисперсиях). Сравнение трех и более групп по количественному показателю, распределение которого отличалось от нормального, выполняли с помощью критерия Краскела—Уоллиса, апостериорные сравнения — с использованием критерия Данна с поправкой Холма.

Направление и тесноту корреляционной связи между двумя количественными показателями оценивали с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена (при распределении показателей, отличном от нормального). Сравнение двух дисперсных рядов выполняли с использованием критерия Фишера.

Прогностическую модель, характеризующую зависимость количественной переменной от факторов, разрабатывали с помощью метода линейной регрессии по шкале Чеддока, согласно которой прямую и обратную связь показателей в зависимости от значения линейного коэффициента корреляции оценивали как слабую, умеренную, заметную, высокую и весьма высокую. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

В сформированной группе пациентов с различной степенью миопии величины ПЗО и ЦТР находились в диапазоне 22,64—29,05 мм и 492—644 мкм соответственно. При статистической оценке потенциальной взаимозависимости величины ПЗО и ЦТР была установлена слабой тесноты прямая связь (p=0,05) (рис. 1). Эти данные согласуются с результатами, полученными ранее в ряде исследований [4, 19, 26].

Рис. 1. График регрессионной функции, характеризующий взаимозависимость величины ПЗО и ЦТР.

Результаты множественного регрессионного анализа потенциальной взаимосвязи биомеханических показателей, определяемых с помощью двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией, с величиной ПЗО и ЦТР представлены в табл. 2. При анализе результатов в первую очередь следует отметить существенное превалирование биомеханических показателей Corvis ST, зависимых от ЦТР, по сравнению с данными аналогичного анализа связи с ПЗО (11 и 6 соответственно).

Таблица 2. Результаты корреляционного анализа взаимосвязи биомеханических показателей, определяемых с помощью двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией, с величиной ПЗО и ЦТР

Примечание. * — различия показателей статистически значимы (p<0,05).

Выявлена прямая зависимость от ЦТР индексов относительной толщины Амброзио (ARTh; т.е. отношения между толщиной роговицы в самой тонкой зоне и индексом прогрессии пахиметрии) и жесткости при первой апланации (SP-A1) — умеренной и заметной тесноты соответственно, а также слабой тесноты обратная связь пикового расстояния (PD), заметной тесноты — биомеханического индекса роговицы (CB1) и отношения между амплитудой деформации роговицы в различных участках (DA Ratio). Помимо этого, отмечена слабой тесноты прямая связь ЦТР с показателями A1L и A2L (диаметр «сплющенной» зоны роговицы при первой и второй апланации соответственно) и обратная связь слабой тесноты с амплитудой деформации (DA), скоростью движения роговицы кнутри при первой апланации (A1V), скоростью движения роговицы кнаружи к исходному положению при второй апланации (A2V), умеренной тесноты — с интегрированным обратным радиусом (IR). При этом отсутствовала связь между ЦТР и индексом напряжения-деформации (SSI), что наглядно иллюстрирует график регрессионной функции на рис. 1.

Следует отметить, что в ранее проведенных исследованиях, касающихся возможностей технологии Corvis ST при миопии, акцент на выявление каких-либо зависимостей был сделан именно на биометрические параметры роговицы [4, 19, 26—28]. Так, например, при обследовании 238 пациентов с миопией были сформированы три группы в зависимости от толщины роговицы в центральной зоне: с тонкой роговицей (<500 мкм), нормальной толщины (500—550 мкм) и толстой (>550 мкм). В результате большинство биомеханических параметров варьировали в зависимости от толщины роговицы: более толстые роговицы были ассоциированы с более низкими показателями DA ratio, IR, DA, A1V, A2V, PD и CBI, а также с более высокими показателями ARTh, SP-A1, A1L и A2L [27].

Что касается зависимости индексов Corvis ST от величины ПЗО, то в настоящем исследовании отмечена значимая прямая связь этого показателя с SP-A1 (параметр жесткости при первой апланации) — слабой тесноты, ARTh (относительной толщины Амброзио) — умеренной тесноты, PD (пиковое расстояние) — умеренной тесноты, а также обратная связь с SSI (индекс напряжения-деформации) — слабой тесноты, DA Ratio (показатель отношения между амплитудой деформации в различных участках роговицы) — слабой тесноты, СВ1 (биомеханический индекс роговицы) — умеренной тесноты. Таким образом, увеличение длины ПЗО сопровождается статистически значимым увеличением показателей ARTh, SP-A1, PD и уменьшением SSI, DA-Ratio и СВ1.

Существенное превалирование биомеханических показателей Corvis ST, в значительной мере зависимых от ЦТР, по сравнению с данными аналогичного анализа связи с ПЗО (11 и 6 соответственно), вероятно, может быть объяснено местом приложения пневмоапланации — непосредственно на роговицу. При этом в аспекте задачи выявления конкретного показателя, ориентированного в первую очередь на оценку «биомеханики» фиброзной оболочки в целом, обращает на себя внимание отсутствие какой-либо связи ЦТР и индекса напряжения-деформации (SSI) наряду с достоверной (хотя и слабой) обратной зависимостью от величины ПЗО. Указанные различия наглядно иллюстрируют графики регрессионной функции, характеризующей зависимость данного биомеханического показателя от ЦТР и величины ПЗО (рис. 2). Индекс SSI, который основан на кривой напряжения-деформации фиброзной оболочки и рассматривается как индекс жесткости, получен с помощью численного моделирования исследуемых глаз и анализа конечных элементов. Кривая является результатом записи деформации материала при различном напряжении.

Рис. 2. Графики регрессионной функции, характеризующие зависимость индекса напряжения-деформации (SSI) от ЦТР (а) и величины ПЗО (б).

Ранее аналогичные результаты получены в исследовании, в котором были проанализированы биомеханические свойства роговицы (именно так сформулирована цель работы) на основе показателей технологии Corvis ST при различных видах клинической рефракции (со значительным превалированием случаев миопии) [25].

Основной вывод работы: «…выявлена достоверная зависимость индекса напряжения-деформации (SSI) от возраста пациента, величины передне-заднего размера глаза, но при этом отсутствовало влияние на этот критерий пахиметрии» (указывая метод измерения, авторы, очевидно, имели в виду толщину роговицы). При этом статистически значимую обратную зависимость индекса SSI от величины ПЗО авторы трактуют только в контексте снижения жесткости роговицы при увеличении длины ПЗО, не принимая во внимание, во-первых, целостность фиброзной оболочки, а во-вторых, возможное влияние на результаты исследования при миопии изменений биомеханических характеристик не только роговицы, но и склеры (не исключено, что в первую очередь).

Отсутствие зависимости индекса SSI от ЦТР было показано и в другом исследовании при анализе результатов двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией, полученных в группе из 480 «здоровых» пациентов [29].

В настоящем исследовании для оценки «работоспособности» индекса SSI в плане оценки биомеханических изменений при миопии именно склеры была проанализирована зависимость этого показателя от увеличения размеров ПЗО. Для этого на основе материала исследования были сформированы три группы наблюдений (I—III) в зависимости от величины ПЗО: в диапазоне 22,6—25,0 мм, 25,1—26,0 мм и 26,1—29,0 мм (56, 58 и 54 наблюдения соответственно). Результаты измерений и статистического анализа представлены на рис. 3 и в табл. 3. Выявлена четкая, статистически значимая тенденция к уменьшению индекса SSI, определяемого на основе технологии Corvis ST, при увеличении размеров ПЗО. При этом отмеченное выше отсутствие связи индекса SSI с ЦТР позволяет предположить возможность использования этого показателя для селективной характеристики биомеханического состояния склерального компонента фиброзной оболочки.

Рис. 3. Средние величины индекса напряжения-деформации (SSI) в разных группах в зависимости от величины ПЗО при миопии.

Таблица 3. Характеристика размеров ПЗО при миопии и результаты измерения индекса напряжения-деформации (SSI) в разных группах

Примечание. * — различия показателей статистически значимы (p<0,05).

Потенциальная зависимость индекса SSI от величины ПЗО при миопии ранее была проанализирована в отдельных исследованиях. В одном из них 117 пациентов с миопией были разделены на две практически равные группы в зависимости от величины ПЗО (<26 мм и ≥26 мм) [30]. Выявлена значимая отрицательная корреляция индекса SSI с размерами глаза (r= –0,476; p<0,001) только при величине ПЗО <26 мм. В другом исследовании оценка корреляции между индексом SSI и осевой длиной глаза была проведена при миопии средней и высокой степени (132 и 135 глаз соответственно) [31]. Усиление тенденции к снижению индекса SSI имело место при длине ПЗО >26 мм.

Актуальность разработки подходов к селективному исследованию «биомеханики» анатомических компонентов фиброзной оболочки (роговицы и склеры) на основе технологий двунаправленной пневмоапланации роговицы при миопии в первую очередь связана с изучением патогенеза и разработкой методов контроля этого вида рефракционных нарушений. В последнем случае изменения биомеханических параметров склеры можно рассматривать как один из показателей прогрессирования миопии (наряду с величиной ПЗО и миопического дефокуса).

Анатомическая целостность склеры и роговицы как составляющих фиброзной оболочки в определенной степени затрудняет селективную оценку их биомеханических свойств, поскольку независимо от локализации апланации биомеханический ответ будет зависеть в том числе от состояния фиброзной оболочки в целом. Задача настоящего исследования заключалась в выявлении корреляционных связей между данными двунаправленной пневмоапланации роговицы с высокоскоростной видеорегистрацией (Corvis ST) и биометрическими показателями анатомических компонентов фиброзной оболочки (склеры и роговицы). При этом, с одной стороны, учитывали уже известный факт потенциальной зависимости биомеханических показателей фиброзной оболочки от размеров передне-задней оси (в частности, от увеличения при миопии) и толщины роговицы, а с другой — клиническую необходимость оценки функциональной информативности каждого из показателей Corvis ST.

В результате проведенных исследований выявлена статистически значимая зависимость большинства биомеханических показателей технологии Corvis ST как от ЦТР, так и от величины ПЗО. Единственным параметром, который коррелировал только с изменениями величины ПЗО (с наличием обратной зависимости), оказался индекс напряжения-деформации (SSI), который в перспективе, при расширении доказательной базы, можно рассматривать в качестве клинического показателя склерального компонента фиброзной оболочки глаза в биомеханическом контроле миопии.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: С.Ав., А.Д.

Сбор и обработка материала: А.Д.

Статистическая обработка: С.Ав., А.Д., С.Аб.

Написание текста: С.Ав., А.Д., К.А., А.К.

Редактирование: С.Ав.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.