Роговица — это высокоорганизованная структура фиброзной оболочки глаза, представляющая собой выпукло-вогнутую линзу. При общей оптической силе глаза в 60 дптр на долю роговицы приходится более двух третей — около 42 дптр. Такой большой вклад роговицы в оптическую силу всего глаза приводит к тому, что любое, даже очень слабое изменение ее формы или качества поверхности после хирургических вмешательств из-за неконтролируемых процессов репарации приводит к существенному влиянию на качество изображения на сетчатке [1].

Прозрачность — одна из самых важных характеристик здоровой роговицы. Выполняемая с помощью щелевой лампы оценка прозрачности роговицы является неотъемлемой частью офтальмологического обследования, заключается в наблюдении прозрачных структур глаза через микроскоп при освещении пучком света и носит субъективный характер. С ее помощью можно относительно достоверно определить в основном грубые изменения структуры роговой оболочки [2].

Объективное измерение прозрачности роговицы облегчает ведение пациентов, обеспечивая раннюю диагностику патологических изменений роговицы и их мониторинг. Снижение прохождения пучка света через роговицу приводит к увеличению светорассеяния. Измерение светорассеяния — более точная и объективная оценка прозрачности роговицы по сравнению со стандартным методом исследования. Высокий уровень светопропускания характерен для клинически прозрачной роговицы и связан с качеством зрения [2]. Значительная доля светорассеяния при прохождении света сквозь структуры роговицы происходит на оптической границе с воздухом и в пределах эпителия, в то время как строма роговицы имеет низкий показатель светорассеяния из-за регулярного расположения коллагеновых фибрилл и очень точной организации внеклеточного матрикса в физиологических условиях. Разрушение коллагенового матрикса на фоне хронического отека и последующее рубцевание роговицы провоцируют увеличение светорассеяния, которое клинически идентифицируется как помутнение роговицы [3, 4].

Эндотелиальная дисфункция характеризуется прогрессирующим развитием хронического отека, а при длительном его существовании — формированием участков фиброза в слоях стромы, что влияет на увеличение светорассеяния и оптических аберраций роговицы в послеоперационном периоде [5, 6].

Рост популярности модификаций эндотелиальной кератопластики (DSAEK и DMEK) обусловливает увеличение требований к результатам максимально корригированной остроты зрения, которые также зависят от прозрачности роговицы [7].

Эндотелиальная кератопластика считается стандартом в лечении пациентов с вторичной буллезной кератопатией и развитыми стадиями эндотелиальной дистрофии роговицы Фукса. В клинической практике чаще применяются две модификации эндотелиальной кератопластики — DSAEK и DMEK. Основным различием операций является толщина трансплантата. По данным литературы, после операции DMEK острота зрения в среднем составляет 0,8, что выше, чем при DSAEK (0,5), при сроке наблюдения 6 мес. Улучшение остроты зрения при DMEK отмечается в течение первых 3 мес после операции. В 42% случаев острота зрения при DMEK может достигать 1,0, в 72% случаев — 0,8 и в 91% — 0,6 и выше [8, 9]. При DSAEK острота зрения 1,0 встречается в 13,9% случаев, 0,5 и выше — в 38—100% случаев [10, 11].

При отсутствии сопутствующих заболеваний глаза на остроту зрения после эндотелиальной кератопластики могут влиять остаточные помутнения в слоях собственной стромы роговицы, различия в качестве интерфейсов после DSAEK и DMEK, а также индуцированные рефракционные нарушения [12]. На основании результатов проведенного нами ранее исследования клинически значимых различий в рефракционных изменениях после DSAEK и DMEK в отдаленный период после вмешательства не выявлено. По мнению отдельных авторов, на зрительную функцию после эндотелиальной кератопластики в большей степени влияют остаточные стромальные помутнения, чем рубцевание в зоне интерфейса [13, 14]. Таким образом, основная причина более низкой остроты зрения после операции DSAEK до сих пор не установлена.

Цель настоящего исследования — оценка объективной светорассеивающей способности роговицы до и после эндотелиальной кератопластики в модификациях DSAEK и DMEK посредством оригинального метода анализа изображений оптических срезов, захватываемых кератотопографом Pentacam HR (Oculus, Германия).

Материал и методы

В исследование были включены 70 пациентов (70 глаз) с буллезной кератопатией и отсутствием видимых центральных помутнений роговицы, а также без сопутствующей патологии сетчатки и зрительного нерва, которым была выполнена эндотелиальная кератопластика. Пациенты были разделены на две группы в зависимости от модификации выполненной им задней послойной кератопластики.

Пациентам 1-й группы выполняли автоматизированную эндотелиальную кератопластику (DSAEK) с проведением двойного среза микрокератомом с целью формирования трансплантата равномерной толщины. Под наблюдением находилось 35 пациентов (35 глаз): 22 женщины и 13 мужчин в возрасте от 57 до 87 лет. Острота зрения до операции с максимальной очковой коррекцией составляла в среднем 0,08±0,05.

Пациентам 2-й группы проводили изолированную трансплантацию десцеметовой мембраны с эндотелием (DMEK) с применением способа выкраивания трансплантата SCUBA. Прооперировано 35 пациентов (35 глаз): 21 женщина и 14 мужчин в возрасте от 52 до 84 лет без сопутствующей патологии сетчатки и зрительного нерва. Острота зрения до операции с максимальной очковой коррекцией составляла в среднем 0,08±0,08.

Всем пациентам проводили общепринятое офтальмологическое обследование, которое включало визометрию, биомикроскопию переднего отрезка глаза; контроль уровня внутриглазного давления, измерение центральной толщины роговицы, стромы, зоны интерфейса и трансплантата проводили при помощи оптической когерентной томографии (ОКТ; Optovue, США). Интенсивность рассеяния света структурами роговицы со сравнением групп DSAEK и DMEK оценивали при помощи кератотопографа Pentacam HR (Oculus, Германия). Но для более корректной оценки вклада различных структур в общую прозрачность роговицы после кератопластики потребовалось модифицировать принцип получения данных при обработке изображений оптических срезов, захватываемых прибором.

Обследование больных проводили до и каждый месяц в течение 1 года после операции. Все измерения осуществляли в темной комнате в состоянии миоза. Чтобы минимизировать суточные изменения, исследования выполняли в период между 10:00 и 14:00. Светорассеяние роговицы было вычислено по трем осям (180°, 45° и 135°) вдоль линии, соответствующей положению условной оптической оси роговицы (апикальная зона) на каждом ее оптическом срезе. Вычисления велись в размере единиц условной цифровой яркости GSU (Gray Scale Units, 0...100), формируемых аппаратными средствами кератотопографа. Предварительно автоматически оценивалась интенсивность светорассеяния на передней границе роговицы в зоне контакта с воздухом для дальнейшей коррекции мощности света, отклоняемого подлежащими структурами в соответствии с моделью [15]. Также для дальнейших математических построений каждый раз перед проведением теста была оценена собственная толщина стромы (L_S)_, интерфейcа (L_I) и трансплантата (L_T) методом ОКТ (Optovue, США). Необходимость многократного измерения толщины отдельных структур для динамического наблюдения светорассеивающей способности была связана с влиянием переменного содержания жидкости в матриксе как на толщину этих структур, так и на их оптические свойства.

Оригинальный метод оценки светорассеивающих способностей структур роговицы. Для решения подавляющего большинства клинических задач, связанных с влиянием светорассеяния роговицы на итоговую остроту зрения, достаточно оценки средней (удельной) светорассеивающей способности тканей роговицы. В глазах, не подвергавшихся хирургическому вмешательству, пробег формирующего проекцию луча света происходит преимущественно в слоях стромы роговицы, так как остальные ткани имеют незначительную относительную толщину. В этой простой модели оценка может быть реализована средствами программного обеспечения Pentacam HR (Oculus, Германия).

Ситуация меняется, когда необходимо отдельно анализировать влияние на формирование правильной проекции способности рассеивать свет сразу нескольких слоев, обладающих соизмеримой толщиной. Подобная оптическая ситуация возникает в результате проведения эндотелиальной кератопластики, в частности при DSAEK, когда часть светопроводящей структуры принадлежит трансплантату. В случае сравнения оптических характеристик в многослойных светопропускающих структурах необходимо учитывать толщину отдельных слоев. Действительно, общая доля мощности света, отклоняемого на произвольный угол форменными элементами и неоднородностями ткани, зависит не только от плотности встречаемости этих элементов, но и от дистанции пробега луча. В этом случае некорректно использовать средние значения светорассеивающей способности ткани, так как большее влияние на итоговую картину светорассеяния может оказывать толщина конкретной структуры, а не средняя светорассеивающая характеристика составляющих ее тканей. В настоящем исследовании мы предлагаем оценивать вклад светорассеивающих способностей отдельных структур глаза в общую прозрачность роговицы посредством вычисления интегральной (суммарной) величины светорассеяния, учитывающей дистанцию пробега луча в каждой структуре.

Исходя из этой фундаментальной предпосылки, мы вычисляли параметр — интегральное светорассеяние структурой (SI). При этом расчеты были выполнены как для роговицы в целом, так и для каждой отдельной части многослойной оптической системы, которой являлась роговица после вмешательства: стромы, интерфейса и трансплантата. Для автоматизации вычислений была написана программа, позволяющая захватить из интерфейса Pentacam и обработать численную информацию об относительном светорассеянии по следующему алгоритму (рис. 1, а).

После оцифровки кривой яркости в реальных координатах яркость оптического среза для каждой точки сечения на глубине (от эпителия к передней камере) X_n была занесена в базу данных (см. рис. 1, б). Используя алгоритм коррекции взаимного влияния светорассеивающих оболочек, кривую яркости предварительно перестроили для снижения влияния рассеяния на границе воздух/роговица [13]. После этого с учетом данных ОКТ о собственной толщине стромы (L_S), интерфейcа (L_I) и трансплантата (L_T) в пределах роговицы были выделены отдельные структуры. Интегральное светорассеяние каждой структурой (SI) вычислялось как сумма яркости скорректированного светорассеяния для каждой точки в разрешении прибора (при одинаковом увеличении):

SI=S^XnX_0In,

где SI — интегральное светорассеяние структурой, X0 — начальная координата по глубине, Xn — конечная координата по глубине.

Например, при вычислении интегрального светорассеяния собственной стромой начальная координата соответствовала границе воздух/роговица, а конечная — L_S (см. рис. 1, в).

Окончательную обработку полученных данных выполняли методами статистического анализа с использованием программ Microsoft Office Exel и SPSS. Проводили расчет среднего арифметического значения (М), стандартного отклонения (σ) и категориальных данных (процент). В связи с правильным распределением показателей использовали параметрический t-критерий Стьюдента для независимых групп. Различия между выборками считали достоверными при уровне значимости меньше 0,05.

Данные вычисления уровня интегрального (суммарного) светорассеяния различными слоями роговицы — строма, интерфейс, трансплантат — в группе DSAEK и DMEK, учитывающие значения толщины каждой структуры отдельно, приведены в табл. 1.

Примечание. Здесь и в табл. 2: р — достоверность различий между группами DSAEK и DMEK; * — статистически достоверная разница для t-критерия Стьюдента (p≤0,05).

Результаты и обсуждение

В группе DMEK острота зрения с максимальной очковой коррекцией через 6 мес составила 0,7±0,09, что на 0,2 выше, чем после модификации DSAEK (0,5±0,1). Через 1 год разница составила 0,1 (рис. 2).

Интегральное значение светорассеяния роговицы в зоне 0—2 мм до операции в группе DSAEK составило 2151±851 GSU, в группе DMEK — 1937±396 GSU (p=0,181). Через 1, 6 и 12 мес наблюдения общее интегральное светорассеяние роговицы было достоверно ниже в группе DMEK (p<0,05; см. табл. 1). В группе DSAEK интенсивность интегрального светорассеяния через 6 и 12 мес уменьшилась в среднем на 45 и 53%, а в группе DMEK — соответственно на 58 и 67% от исходных данных.

Уровень интегрального значения светорассеяния собственной стромы роговицы реципиента в зоне 0—2 мм через 1, 6 и 12 мес после операции в группе DMEK был ниже, чем в группе DSAEK. В группе DSAEK интенсивность интегрального значения светорассеяния стромы через 6 и 12 мес уменьшилась в среднем на 25 и 42%, а в группе DMEK — соответственно на 34 и 47% по сравнению с первым месяцем наблюдения за счет уменьшения отека.

Интенсивность интегрального светорассеяния зоны интерфейса в зоне 0—2 мм через 1, 6 и 12 мес после операции в группе DMEK была достоверно меньше, чем в группе DSAEK (p<0,001). В группе DSAEK интегральное светорассеяние в зоне интерфейса через 6 и 12 мес уменьшилось в среднем на 36 и 56%, а в группе DMEK — на 40 и 60% соответственно.

Интенсивность интегрального светорассеяния трансплантата в зоне 0—2 мм в группе через 1, 6 и 12 мес после операции DMEK была достоверно ниже, чем в группе DSAEK (p<0,001). В группе DSAEK уровень интегрального светорассеяния трансплантата через 6 и 12 мес уменьшился в среднем на 31 и 46%, а в группе DMEK — на 43 и 60% соответственно.

Средняя толщина центральной части роговицы до кератопластики в группе DSAEK составила 794±55 мкм (639—870 мкм), в группе DMEK — 760±77 мкм (609—873 мкм). До операции и в сроки наблюдения 1, 6 и 12 мес общая толщина роговицы в группе DMEK была достоверно ниже, чем в группе DSAEK (p<0,05). Толщина роговицы в группе DSAEK через 6 мес уменьшилась в среднем на 28%, а через 12 мес после операции — на 34%. В группе DMEK центральная толщина роговицы через 6 мес уменьшилась в среднем на 33%, а через 12 мес после операции — на 34%. Толщина собственной стромы роговицы в группе DMEK была достоверно больше (на 9%), чем в группе DSAEK, через 6 и 12 мес после операции. Средняя толщина зоны интерфейса и трансплантата после операции DMEK на всех сроках наблюдения была меньше, чем в группе DSAEK (p<0,001; табл. 2).

Проведен анализ корреляционной связи между интегральной величиной светорассеяния, а также величиной светорассеяния ее слоев и остротой зрения через 12 мес после эндотелиальной кератопластики. Используя двумерную корреляцию Пирсона, мы выявили обратную корреляционную связь слабой силы между изменением интегрального светорассеяния всей роговицы и остротой зрения (r= –0,478; p<0,001), умеренно слабую обратную корреляцию между изменением интегрального светорассеяния собственной стромы роговицы и остротой зрения (r= –0,398; p<0,001), обратную корреляцию средней силы между изменением интегрального светорассеяния интерфейса и остротой зрения (r= –0,533; p<0,001) и сильную обратную корреляцию между изменением интегрального светорассеяния трансплантата и остротой зрения (r= –0,768; p<0,001) на сроке 12 мес. Полученные данные свидетельствуют об увеличении остроты зрения с уменьшением светорассеяния в слоях роговицы. Учитывая полученные данные, в группе DSAEK острота зрения была ниже на всех сроках наблюдения, а светорассеяние — выше, чем в группе DMEK.

Ранее определение остроты зрения и пахиметрия роговицы использовались для количественной и морфологической оценки прогрессирования заболевания при буллезной кератопатии, а также функционального состояния после эндотелиальной кератопластики [16]. Известен ряд методов визуализации обратного рассеяния света для оценки прозрачности роговицы, среди которых ОКТ и конфокальная микроскопия [17, 18].

Также существует система анализа Pentacam Scheimpflug (Oculus, Германия), основанная на классическом методе оценки светорассеяния тканями глаза с использованием щелевой диафрагмы, но позволяющая осуществлять количественную оценку прозрачности роговицы. На основе использования принципа Шаймпфлюга система получает 50 радиальных изображений поперечного светового сечения всего переднего сегмента в течение 2 с бесконтактным методом и считывает ряд морфометрических и морфологических параметров, включая пахиметрию роговицы, топографию роговицы и величину относительного рассеяния света. Последний параметр, традиционно называемый денситометрией, используется для долгосрочного мониторинга прозрачности роговицы после кераторефракционных операций [19—21].

С внедрением методов эндотелиальной кератопластики появились новые возможности для оптической реабилитации пациентов с декомпенсацией эндотелия роговицы. В частности, DMEK обеспечивает быстрое и практически полное восстановление остроты зрения. Так, доля пациентов, достигших остроты зрения 1,0, составляет 50%. Несмотря на большое количество сравнительных исследований, посвященных изучению влияния формы, толщины роговицы и трансплантата на остроту зрения при DSAEK и DMEK [22, 23], недостаточно изучена роль светорассеяния в слоях роговицы после эндотелиальной кератопластики [24, 25].

Сравнение групп DMEK и DSAEK выявило более высокие значения интегрального светорассеяния роговицы в зоне 0—2 мм до операции в группе DSAEK по сравнению с группой DMEK (p=0,181). Далее на всех сроках наблюдения интегральные значения светорассеяния в группе DMEK были ниже, чем в группе DSAEK.

Интегральное светорассеяние в слоях собственной стромы роговицы в группе DSAEK было достоверно выше на протяжении всего периода наблюдения, но значения толщины данного слоя были меньше, чем в группе DMEK, что связано, по нашему мнению, с более высоким уровнем светорассеяния роговицы до операции и наличием более выраженных помутнений, не выявляемых при биомикроскопии, усиливающих светорассеяние в слоях собственной стромы роговицы у данной группы пациентов. При этом вклад стромы в общую светорассеивающую способность роговицы в группе DSAEK составил 60%, несмотря на большее количество остаточных помутнений, в группе DMEK — 71%. Учитывая, что распределение по группам происходило случайным образом, повышенное светорассеяние собственной стромы роговицы при DSAEK не является характерной особенностью данной операции.

Значение интегрального светорассеяния в зоне интерфейса в группе DSAEK было достоверно выше на протяжении всего периода наблюдения по сравнению с группой DMEK, что может быть обусловлено лучшей адаптацией десцеметовой мембраны на строме реципиента при использовании последнего метода. Уровень интегрального светорассеяния трансплантата в группе DMEK был достоверно ниже на протяжении всего периода наблюдения (через 12 мес — в 8 раз меньше), чем в группе DSAEK. Вклад трансплантата в общую светорассеивающую способность роговицы в группе DMEK составил 2%, в группе DSAEK — 10%.

Заключение

Причиной снижения остроты зрения после эндотелиальной кератопластики независимо от модификации может быть более высокая светорассеивающая способность собственной стромы роговицы реципиента из-за остаточных помутнений.

Лучшая острота зрения после операции DMEK по сравнению с DSAEK обусловлена более высокой прозрачностью зоны интерфейса и трансплантата.

Предложенная нами оригинальная методика оценки интенсивности светорассеяния позволяет более точно оценить вклад светорассеивающих способностей стромы, интерфейса и трансплантата роговицы после модификаций эндотелиальной кератопластики, учитывая соответствующую им толщину слоя и исключая влияние рассеяния света на границе воздух/эпителий.

Часть исследования, связанная с разработкой программного обеспечения и вычислением светорассеяния по цифровым изображениям оптических срезов, была выполнена при поддержке РФФИ (проект 18-29-02049мк «Разработка теоретических основ диагностики кератоконуса на ранней стадии»).

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: C.Т., И.Н.

Сбор и обработка материала: Е.С., И.Н.

Статистическая обработка: Е.С.

Написание текста: Е.С., И.Н.

Редактирование: C.Т., Е.С., И.Н.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.