Биомеханические критерии оценки риска прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биомеханические критерии оценки риска прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы

Е.Н. Иомдина, О.А. Киселева, И.Н. Моисеева,

А.А. Штейн, А.М. Бессмертный, А.Ю. Арчаков,

О.М. Калинина, Л.В. Василенкова, Г.А. Любимов

Ключевые слова: глаукома; коэффициент жесткости роговицы; коэффициент жесткости склеры; эластотонометрия; роговица; склера.

Цель исследования -- определение новых биомеханических параметров, характеризующих упругие свойства корнеосклеральной оболочки глаза, и оценка их значимости в качестве критериев риска прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ).

Материалы и методы. Обследован 41 пациент (43 глаза) с неоперированной ПОУГ в возрасте от 55 до 72 лет (средний возраст -- 64,0±4,0 года), из них 20 глаз -- с ПОУГ I стадии и 23 глаза -- с ПОУГ II стадии, а также 15 пациентов без офтальмопатологии (кроме начальной катаракты) той же возрастной группы, составившие группу контроля. Офтальмологическое обследование включало эластотонометрию по Маклакову с тремя грузами различной массы, дифференциальную тонометрию по Шиотцу с использованием тонографа GlauTest 60 (Россия), томографию зрительного нерва на томографе HRT3 (Германия), статическую периметрию на приборе Humphrey (Германия). Повторное обследование проводилось через 18 мес.

Результаты. Расчет биомеханических показателей по разработанной нами методике проводили на основе математического моделирования с использованием данных эластотонометрии и дифференциальной тонометрии. Значения нового параметра -- коэффициента эластоподъема г_М, определенные по данным эластотонометрии по Маклакову и характеризующие в основном жесткость роговицы, составили в среднем 0,88±0,20 мм рт. ст./г груза при I стадии ПОУГ и 0,80±0,04 мм рт. ст./г -- при II стадии, в то время как в группе контроля этот показатель в среднем был равен 0,86±0,07 мм рт. ст./г. При ПОУГ отмечалось повышение и другого биомеханического параметра -- коэффициента эластоподъема г_Ш, определяемого по данным эластотонометрии по Шиотцу и характеризующего в основном жесткость склеры, который составил 1,65±0,25 мм рт. ст./г для I стадии и 1,88±0,13 мм рт. ст./г -- для II стадии при среднем значении 1,47±0,10 мм рт. ст./г в контрольной группе. Выявлено, что при повышении значения коэффициента К=г_Ш/г_М (как показателя индивидуального соотношения жесткости роговицы и склеры) выше порогового уровня наблюдаются клинические признаки прогрессирования глаукомного процесса.

Заключение. При развитии ПОУГ нарастает дисбаланс между биомеханическими характеристиками склеры (г_Ш) и роговицы (г_М). Отношение этих показателей (К=г_Ш/г_М) может служить критерием риска прогрессирования глаукомного процесса, связанного с изменением состояния корнеосклеральной оболочки глаза.

В настоящее время глаукомную оптическую нейропатию считают мультифакториальным заболеванием и в качестве одного из патогенетических механизмов рассматривают нарушение биомеханических свойств корнеосклеральной оболочки глаза [1, 2]. Установлено, что биомеханические свойства склеры и роговицы различаются между собой, а их изменение, с одной стороны, влияет на точность определения внутриглазного давления (ВГД), а с другой -- нарушает гидродинамику внутриглазной жидкости и предрасполагает к прогрессированию глаукомного процесса [1-7]. В связи с этим клиническая оценка механических свойств корнеосклеральной капсулы имеет несомненную диагностическую значимость.

Для клинической оценки ригидности корнеосклеральной оболочки глаза используется тонометрия по Маклакову и по Шиотцу. При эластотонометрии, базирующейся на тонометрии по Маклакову, упругие свойства глазного яблока обычно характеризуются эластоподъемом, т.е. разностью двух измерений ВГД (p₂-p₁) при разных грузах, причем сами эти грузы G₂ и G₁фиксированы (например, 15 и 5 г) [8].

В опубликованных нами ранее расчетах [9-11] для каждого типа тонометра определена функция p(G), показывающая зависимость тонометрического давления p от массы груза G. В широком диапазоне физиологических значений параметров эти функции близки к линейным, поэтому возможно ввести некоторый коэффициент г, названный нами коэффициентом эластоподъема и определяемый по двум измерениям тонометрического давления p₁ и p₂ при двух разных грузах G₁ и G₂ по формуле г=(p₂-p₁)/(G₂-G₁). Вычисленные по данным разных типов тонометров коэффициенты эластоподъема для одного и того же глаза получаются разными и не выражаются один через другой, что связано с их разной зависимостью от двух структурных упругих параметров: жесткости роговицы (E_c) и жесткости склеры (E_s) [10, 11]. В частности, коэффициент эластоподъема г_Ш, определенный по данным тонометра Шиотцу, как показали наши предыдущие расчеты, оказался относительно мало зависящим от роговичной жесткости и, таким образом, может служить характеристикой жесткости склеральной области E_s. При этом он не совпадает с ригидностью по Фриденвальду, также определяемой при тонометрии по Шиотцу, отличаясь от нее способом вычисления, размерностью и отчетливым физическим смыслом. С другой стороны, коэффициент г_М, полученный по результатам тонометрии с разными грузами по Маклакову, оказывается существенно зависящим от обеих структурных жесткостей E_c и E_s, но в большей степени от жесткости роговицы [10, 11].

Эти модельные расчеты послужили основой для разработки метода определения относительного вклада изменений упругих свойств роговицы и склеры в биомеханическую составляющую глаукомного поражения, связанную с состоянием корнеосклеральной оболочки глаза, и для оценки возможной связи дисбаланса между биомеханическими характеристиками роговицы и склеры с прогрессированием первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ).

Цель исследования -- определение новых биомеханических параметров, характеризующих упругие свойства корнеосклеральной оболочки глаза, и оценка их значимости в качестве критериев риска прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы.

Материалы и методы. Обследован 41 пациент (43 глаза) в возрасте от 55 до 72 лет (средний возраст -- 64,0±4,0 года) с неоперированной ПОУГ, из них 20 глаз -- с ПОУГ I стадии и 23 глаза -- с ПОУГ II стадии. Контрольная группа включала 15 соматически здоровых пациентов (15 глаз) той же возрастной группы без офтальмопатологии (кроме начальной катаракты). У больных с глаукомой ВГД было компенсировано на инстилляционном гипотензивном режиме в течение всего периода исследования.

Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией, принятой в июне 1964 г. (Хельсинки, Финляндия) и пересмотренной в октябре 2000 г. (Эдинбург, Шотландия), и одобрено Этическим комитетом Научно-исследовательского института глазных болезней им. Гельмгольца. От каждого пациента получено информированное согласие.

Всем больным проводили эластотонометрию по Маклакову с грузами 7,5 г (G₁), 10 г (G₂) и 15 г (G₃). С помощью линейки Поляка определяли соответствующие тонометрические давления p₁, p₂ и p₃. Затем вычисляли коэффициент эластоподъема г_М как среднее арифметическое двух значений г_М1 и г_М2, определенных по формулам: г_М1=(p₂-p₁)/(G₂-G₁) и г_М2=(p₃-p₂)/(G₃-G₂). Как указано выше, г_М в основном характеризует биомеханический статус (жесткость) роговицы [10, 11].

Сразу же после эластотонометрии по Маклакову на том же глазу проводили дифференциальную тонометрию по Шиотцу с использованием тонографа GlauTest 60 (Россия) грузами 5,5 и 7,5 г. При этом для определения значений тонометрического давления использовали графические зависимости, получаемые в режиме GlauTest 60 «Дифференциальная тонометрия» и предназначенные для определения коэффициента ригидности Е. По ним определяли «заглубления» датчика тонографа и пересчитывали в значения тонометрического давления p₁ и p₂, затем рассчитывали коэффициент эластоподъема по формуле г_Ш=(p₂-p₁)/(G₂-G₁). Как указано выше, г_Ш в основном характеризует биомеханический статус (жесткость) склеры [10, 11].

Для оценки относительного вклада роговицы и склеры в формирование интегрального биомеханического статуса корнеосклеральной оболочки мы сочли возможным ввести показатель К=г_Ш/г_М.

Клиническое обследование включало также оценку состояния структур диска зрительного нерва (ДЗН) с помощью лазерного сканирующего томографа HRT3 (Heidelberg Engineering GmbH, Германия), определение средней толщины слоя нервных волокон (mean RNFL thickness), объема нейроретинального пояска (rim volume), объема экскавации ДЗН (сup volume).

Для оценки функционального состояния зрительной системы проводили статическую периметрию на приборе Humphrey (Carl Zeiss, Германия) по пороговой программе 30-2 Threshold test с использованием алгоритма SITA-Standard для определения периметрических индексов MD (mean deviation) и PSD (pattern standard deviation). Через 18 мес данный комплекс исследований выполняли повторно.

При статистической обработке полученных данных использовали параметрические критерии M±у (среднее значение ± среднее отклонение), а при сравнении групп -- критерий Стьюдента. Достоверными считали отличия со значениями p<0,05.

Результаты. Значения коэффициента эластоподъема г_М, определенные по данным эластотонометрии по Маклакову, в группе контроля варьировали в пределах от 0,7 до 1,1 мм рт. ст./г груза, составляя в среднем 0,86±0,07 мм рт. ст./г.

При I стадии ПОУГ среднее значение этого коэффициента составило 0,88±0,20 мм рт. ст./г, при II стадии -- 0,80±0,04 мм рт. ст./г. Статистически значимые отличия данного коэффициента от нормы определялись только при II стадии ПОУГ (p<0,05). Снижение показателя г_М по мере развития глаукомного поражения можно расценить как свидетельство постепенного изменения биомеханических свойств роговицы, что может оказывать влияние на точность определения ВГД.

Значения коэффициента эластоподъема г_Ш, определенные по данным дифференциальной тонометрии по Шиотцу, в контрольной группе варьировали в пределах от 0,8 до 1,7 мм рт. ст./г, составляя в среднем 1,47±0,10 мм рт. ст./г. При ПОУГ значения этого коэффициента были выше: при I стадии -- 1,65±0,25 мм рт. ст./г, при II стадии -- 1,88±0,13 мм рт. ст./г. При этом отличия данного показателя от нормы при II стадии ПОУГ оказались статистически значимыми (p<0,05). Поскольку г_Ш в большей степени отражает биомеханические характеристики склеры, повышение этого показателя в процессе развития ПОУГ, по всей видимости, указывает на изменение свойств склеральной оболочки в сторону повышения ее жесткости, что совпадает с выводами, полученными ранее в работах [2, 6], и может быть причиной развития глаукомной экскавации ДЗН.

Свидетельством дисбаланса между биомеханическими характеристиками глаукомной склеры (г_Ш) и роговицы (г_М) может служить изменение предложенного нами показателя К=г_Ш/г_М.Расчет этого коэффициента в норме (в группе контроля) показал, что он варьирует в пределах от 1,4 до 2,4, составляя в среднем 1,90±0,22.

В то же время при I стадии ПОУГ отмечается повышение значений К в среднем до 2,15±0,75, а при II стадии -- до 2,53±0,17. Отличия этого показателя от нормы при II стадии ПОУГ становятся статистически значимыми (p<0,05). Эти данные указывают на нарастающий дисбаланс биомеханических свойств роговицы и склеры при развитии заболевания.

Для оценки возможной роли выявленного дисбаланса как фактора риска прогрессирования глаукомного процесса пациенты с отклонением коэффициента К=г_Ш/г_М от нормы в сторону его повышения были разделены на три группы.

В 1-й группе (7 глаз с I стадией ПОУГ и 5 глаз со II стадией) отклонение было незначительным и составило 0,1-0,3; во 2-й группе (8 глаз с I стадией ПОУГ и 10 глаз со II стадией) -- 0,3-0,9; в 3-й группе (5 глаз с I стадией ПОУГ и 8 глаз со II стадией) -- 1,0 и более.

В 1-й группе (с минимальным сдвигом коэффициента К по отношению к норме) лишь в 25% случаев (1 глаз с I стадией ПОУГ и 2 глаза со II стадией) через 18 мес были выявлены изменения исследованных структурно-функциональных показателей. Однако в среднем по группе эти изменения были статистически не значимыми (см. таблицу).

В то же время во 2-й и 3-й группах уже в 67,7% случаев (8 глаз с I стадией ПОУГ и 13 глаз со II стадией) в конце срока наблюдения выявлены определенные изменения исследованных структурно-функциональных показателей.

Во 2-й группе, где нарушения биомеханических свойств роговицы и склеры, а также дисбаланс исследованных биомеханических характеристик были более выраженными, чем в 1-й группе, отмечены статистически значимые клинические и структурные изменения: снижение объема нейроретинального пояска и увеличение объема экскавации ДЗН. Периметрический индекс PSD в этой группе через 18 мес также стал статистически значимо выше.

В 3-й группе (со значительным сдвигом значений коэффициента К по отношению к норме) обнаружены значимые изменения всех исследованных структурных и функциональных показателей (см. таблицу), что соответствует прогрессированию глаукомного процесса.

Таким образом, нарушение биомеханических свойств роговицы и склеры, а также дисбаланс этих характеристик можно расценить как фактор риска прогрессирования глаукомного поражения.

Результат оценки упругих свойств корнеосклеральной оболочки глаза по предложенной нами методике показал их достоверное нарушение по мере увеличения стадии первичной открытоугольной глаукомы. Наличие у пациентов с компенсированным внутриглазным давлением дисбаланса между биомеханическими характеристиками склеры и роговицы (повышение отношения К=г_Ш/г_М) может служить фактором риска прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы, что обусловливает необходимость усиления гипотензивного режима или проведения гипотензивной операции для стабилизации глаукомного процесса. Полученные результаты позволяют утверждать, что показатель К=г_Ш/г_М имеет диагностическую и прогностическую значимость в оценке риска прогрессирования глаукомного процесса.

Финансирование исследования. Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (проект №14-01-00475).

Конфликта интересов у авторов нет.

открытоугольный глаукома биомеханический корнеосклеральный

Литература

1. Арутюнян Л.Л. Роль биомеханических свойств глаза в определении целевого давления. Глаукома 2007; 3: 60-67.

2. Иомдина Е.Н., Бауэр С.М., Котляр К.Е. Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения. М: Реальное время. 2015; 208 с.

3. Иомдина Е.Н., Киселева О.А., Бессмертный А.М., Арчаков А.Ю. Биомеханические исследования корнеосклеральной оболочки глаза при первичной глаукоме. Российский офтальмологический журнал 2015; 8(3): 84-92.

4. Иомдина Е.Н., Киселева О.А., Назаренко Л.А., Игнатьева Н.Ю., Баграташвили В.Н. Влияние биомеханических свойств корнеосклеральной капсулы глаза на гидродинамику внутриглазной жидкости. Биомедицина 2012; 3: 25-34.

5. Costin B.R., Fleming G.P., Weber P.A., Mahmoud A.M., Roberts C.J. Corneal biomechanical properties affect Goldmann applanation tonometry in primary open-angle glaucoma. J Glaucoma 2014; 23(2): 69-74, https://doi.org/10.1097/ijg.0b013e318269804b.

6. Crawford Downs J., Roberts M.D., Sigal I.A. Glaucomatous cupping of the lamina cribrosa: a review of the evidence for active progressive remodeling as a mechanism. Exp Eye Res 2011; 93(2): 133-140, https://doi.org/10.1016/j.exer.2010.08.004.

7. Светикова Л.А., Иомдина Е.Н., Киселева О.А. Биомеханические и биохимические особенности корнеосклеральной капсулы глаза при первичной открытоугольной глаукоме. Российский офтальмологический журнал 2013; 6(2): 105-112.

8. Нестеров А.П. Глаукома. М: Медицина; 1995; 256 с.

9. Иомдина Е.Н., Любимов Г.А., Моисеева И.Н., Штейн А.А., Киселева О.А., Арчаков А.Ю. Возможности клинической оценки механических свойств корнеосклеральной капсулы при глаукоме с помощью тонометрических методов. В кн.: Материалы VIII Российского общенационального офтальмологического форума. Т. 2. М; 2015; с. 678-687.

10. Moiseeva I.N., Stein A.A. Analysis of the pressure-volume relationship for the eyeball loaded by a flat stamp on the basis of a two-segment elastic model. Fluid Dynamics 2011; 46(5): 673-683, https://doi.org/10.1134/s0015462811050012.

11. Штейн А.А. О понятии ригидности глаза. В кн.: Материалы IV Российского общенационального офтальмологического форума. Т. 2. М; 2011; p. 257-261.

Размещено на Allbest.ru