Изучение биомеханических свойств роговицы после проведения эксимерлазерных операций

Введение

Для физиологического функционирования зрительного анализатора биомеханические свойства роговицы имеют крайне важное значение. От них зависит способность к правильному преломлению лучей и устойчивость к различным внешним воздействиям, что несомненно влияет на согласованную работу всей оптической системы глаза человека (Иомдина Е.Н., 2000; 2006; Katsube N. et al., 2002; Котляр К.Е. и соавт., 2004; Liu J., Roberts C.J., 2005; Бубнова И.А., 2011). С каждым годом фундаментальное изучение биомеханических свойств роговицы после проведения экси­мерлазерных операций становится все более актуальным, поскольку последние десятилетия отмечены значительным увеличением количеств таких вмешательств во всех странах мира (Roberts C., 2000; Katsube N. et al., 2002; Котляр К.Е. и соавт., 2004; Liu J., Roberts C.J., 2005; Kerautret J. et al., 2008; Бубнова И.А., 2011). Механизм оперативного воздействия при кераторефракционных операциях предполагает ослабление биомеханических свойств роговицы, в основном посредством уменьшения ее толщины. Однако значительную актуальность данной проблеме придает тот факт, что на сегодня отсутствуют метод и критерии отбора глаз для проведения таких вмешательств, которые позволили бы прогнозировать возможные осложнения, связанные с нарушениями биомеханики роговицы. Попытки исследования биомеханических свойств роговицы in vivo преимущественно основаны на оценке изменения ее формы либо в ответ на воздействие потока воздуха (при двунаправленной аппланации роговицы на анализаторе глазного ответа — Ocular Response Analyzer (ORA; Reichert Technologies, США) (Luce D.A., 2005), либо при применении различных тонометров (Маклакова или Шиотца при эластотонометрии и определении коэффициента ригидности по Фриденвальду) (Кальфа С.Ф., 1927; Friedenwald J.S., 1957; Нестеров А.П. и соавт., 1994; Бубнова И.А., 2011). Однако доказано влияние внутриглазного давления (ВГД) на показатели биомеханических свойств роговицы, полученные при использовании этих методов (Kucumen R.B. et al., 2008; Sergienko N., Shargorodska I., 2009; Бубнова И.А., 2011). В настоящее время в литературе не описан метод прижизненной количественной оценки биомеханических свойств роговицы после проведения кераторефракционных операций.

Цель работы — исследовать биомеханические свойства роговицы после проведения рефракционных эксимерлазерных операций в количественном аспекте.

Объект и методы исследования

Обследовано 67 пациентов (134 глаза). Основную группу составили 42 пациента (84 глаза) в возрасте 20–38 лет, из них 27 (64,29%) женщин и 15 (35,71%) мужчин. У всех пациентов основной группы отмечали миопическую рефракцию от (–)1,25 до (–)6,75 дптр, сложный миопический астигматизм от 0,5 до 2,0 дптр. Острота зрения <0,1 выявлена на 5 (5,95%), 0,1–0,4 — на 11 (13,1%), ≥0,5 — на 68 (80,95%) глазах. Миопию слабой степени диагностировали на 19 (22,62%) глазах, средней степени — на 41 (48,81%), высокой — на 24 (28,57%) глазах.

В контрольную группу вошли 25 пациентов (50 глаз) с эмметропической рефракцией, средний возраст которых составил 34±4 года; из них 12 (48%) женщин и 13 (52%) мужчин.

При проведении первичного скрининга особое внимание обращали на отсутствие сопутствующей патологии. У всех 42 пациентов основной группы выполнена эксимерлазерная коррекция методом Laser-Assisted in Situ Keratomileusis (LASIK), при этом среднее уменьшение сферического эквивалента в центральной зоне роговицы составило (–)5,79±2,43 дптр; среднее уменьшение астигматизма составило 1,14±0,95 дптр; толщина роговицы уменьшилась в среднем на 117±21,3 мкм соответственно.

Вначале пациенты обеих групп проходили исходное стандартное офтальмологическое обследование. Исследование биомеханических характеристик проводили с использованием нескольких методик. Специально разработанный метод оценки ригидности роговицы (Сергієнко М.М., Шаргородська І.В., 2009b) осуществляли с помощью кератотопографа Шаймпфлюг-камеры Pentacam («Oculus Optikgeräte», Германия) или Allegro Oculyzer («WaveLight AG», Германия). Измерение кератотопографических характеристик проводили по стандартным программам дважды, до и в условиях искусственного повышения ВГД, которые создавали с помощью прибора для определения ригидности роговой оболочки глаза (Сергієнко М.М., Шаргородська І.В., 2009a). Оценивая биомеханические показатели роговицы, вычисляли коэффициент ригидности роговицы (K_ER) (Шаргородська І.В., 2016). Кроме того, проводили изучение величины эластоподъема (Эп), которую определяли с использованием метода эластотонометрии по Филатову — Кальфа (Бакбардин Ю.В., Кондратенко Ю.Н., 1998). Дополнительно измеряли показатели корнеального гистерезиса (corneal hysteresis — СН) и фактора резистентности роговицы (ФРР) на общеизвестном анализаторе ORA. Процедуру оценки биомеханических показателей роговицы, а также стандартные офтальмологические обследования, включающие некорригированную остроту зрения (НКОЗ), корригированную остроту зрения (КОЗ) и биомикроскопическое изучение состояния роговицы, в целом у пациентов основной группы проводили при четырех визитах. В первый раз исходные данные измеряли за 1–2 дня до эксимерлазерной операции, во второй — через 10–14 дней после вмешательства. Третий осмотр назначали через 1 мес, а четвертый — через 1 год после операции.

Изучение биомеханических показателей роговицы у пациентов контрольной группы с эмметропической рефракцией, а также стандартные офтальмологические обследования проводили во время основного визита. Все пациенты были досконально осведомлены о характере исследования и подписали информированное согласие на проведение диагностического обследования. Полученные результаты обработаны статистически с помощью программы Microsoft Office Excel 2010.

Результаты и их обсуждение

Среди пациентов основной группы до вмешательства средние показатели были таковы: НКОЗ — 0,46±0,021; КОЗ — 0,89±0,019. Толщина роговицы в центре зрачка была высокой (в среднем — 588±10,5 мкм) и достаточной для проведения запланированной эксимерлазерной операции. В среднем по группе сферический эквивалент роговицы составил 44,93±0,89 дптр; длина переднезадней оси (ПЗО) глаза — 26,67 мм; ВГД — 17,62±1,6 мм рт. ст.

Среди пациентов, которые по традиционным канонам относятся к эмметропической рефракции (контрольная группа), в среднем толщина роговицы в центре составляла 604±8,3 мкм, при этом ВГД — 13,46±2,15 мм рт. ст. Коэффициент максимального значения кератометрии передней поверхности роговицы — K_max (Front) — 43,9±0,89 дптр, максимальный и минимальный радиусы кривизны передней поверхности роговицы — 8,14±0,08 и 7,55±0,05 мм соответственно. Степень физиологического астигматизма очень часто превышала классические 0,5 дптр и в среднем по контрольной группе достигала 1,1±0,02 дптр. Сферический эквивалент роговицы был относительно невысок (41,73±0,91 дптр) и коррелировал со значениями ПЗО (23,90±0,36 мм) (r=0,62; р<0,05). Все пациенты контрольной группы были полностью удовлетворены своим зрением.

Как показывают результаты исследования, условия нагрузки позволяют выявить значительную разницу между биомеханическими свойствами роговицы эмметропических глаз и глаз пациентов с миопией (табл. 1). В условиях искусственного повышения ВГД изменение формы роговицы было разнонаправлено: при эмметропии роговицы несколько уплощались, при миопии кривизна центра роговицы становилась круче. При оценке биомеханических показателей роговицы пациентов основной и контрольной групп отмечали достоверно большее значение разницы сферического эквивалента (∆СЭ) и K_ER у лиц с миопией, чем у пациентов с эмметропической рефракцией. Так, показатель ∆СЭ в основной группе составил 2,03, а K_ER — (+) 4,46% (р<0,05). В то же время Эп (8,47±1,46 мм рт. ст.), СН (9,44±2,33 мм рт. ст.) и ФРР (10,55±2,57 мм рт. ст.) не имели статистически значимых различий со средними значениями аналогичных показателей на глазах пациентов с эмметропической рефракцией (р>0,05).

У пациентов основной группы, которые перенесли эксимерлазерную коррекцию методом LASIK, в результате операции достигнут хороший рефракционный результат, на втором визите (через 10 дней после операции) НКОЗ >0,7 дптр отмечали на 69 (82,14%), а КОЗ >0,7 дптр — на 78 (92,86%) глазах. Через 1 мес после операции НКОЗ >0,7 дптр выявили в 77 (91,67%), а КОЗ >0,7 дптр — в 79 (94,05%) случаях. Спустя 1 год после вмешательства НКОЗ >0,7 дптр достигли на 73 (86,8%), а КОЗ >0,7 — на 75 (89,29%) глазах (р<0,05).

Общее количество отклонений от нормального течения и побочные эффекты LASIK к концу 1-го года наблюдения отмечали на 11 (13,1%) глазах, что согласовывается с данными литературы (Першин К.Б., Пашинова Н.Ф., 2000; Amoils S.P. et al., 2000; Waring G.O. 3^rd, 2000).

На 4 (4,76%) глазах развилась кератоэктазия (индуцированный кератоконус) после LASIK, из них на 2 (2,38%) глазах начальный кератоконус не выявлен на этапе предоперационного обследования, еще на 2 (2,38%) — сформировался на протяжении года после вмешательства. Неспеци­фический интраламеллярный кератит 2-й стадии отмечен на 1 (1,19%) глазу и успешно излечен с помощью дополнительной консервативной терапии. Гипокоррекция и регресс рефракционного эффекта (меньший рефракционный эффект операции или его снижение от запланированного >0,5 дптр) отмечали на 4 глазах (4,76%) при втором визите, на 6 глазах (7,14%) — при третьем визите и на 3 глазах (3,57%) — через 1 год после операции, из них реоперацию потребовалось провести только в 6,0% случаев (5 глаз). Гиперкоррекцию отмечали крайне редко — на 1 (1,19%) глазу.

В ходе изучения причин осложнений, развившихся у пациентов основной группы после эксимерлазерной коррекции методом LASIK, проведен анализ динамики биомеханических показателей, вычисленных с помощью различных методов.

При втором визите, то есть уже через 10–14 дней после вмешательства, отмечали достоверные изменения ∆СЭ и К_ER, выражающиеся в ослаблении прочностных свойств роговицы и повышении степени ее деформации при нагрузке. Так, ∆СЭ увеличился на 14,78%, а К_ER — на 15,02% (р<0,05). На протяжении года эти показатели продолжали ухудшаться, и в конце наблюдения ∆СЭ увеличился на 18,72%, а К_ER — на 19,51% по отношению к исходным значениям до операции (р<0,05).

В то же время обследование этих же пациентов с использованием эластотонометрии по Филатову — Кальфа в клас­сическом варианте не выявило статис­тически значимых различий между по­казателями подъема эластокривой до проведения экси­мерлазерной операции и при всех последующих визитах после проведения вмешательства. У всех пациентов основной группы отмечали разнонаправленное изменение Эп; в среднем разница значений Эп по отношению к исходному уровню (на первом визите до операции) составила 0,44; 0,59 и 0,61 мм рт. ст. соответственно. Изменения этого показателя колебались в пределах 5,2–7,2% (р<0,05).

В исследовании роговицы на этих же глазах с использованием ORA также не выявили статистически значимого изменения показателей СН и ФРР. Разница значений СН колебалась в пределах (–)0,53…(–)0,61 мм рт. ст., снижаясь на 5,62–6,46% (р>0,05). В то же время ФРР снизился всего на (–)0,5…(–)0,7 мм рт. ст. (4,74–6,64%; р>0,05).

Сравнительный анализ динамики изменения биомеханических показателей, измеренных различными методами на протяжении года исследования, у пациентов основной группы представлен на рисунке.

Рисунок

Сравнительный анализ изменения биомеханических показателей роговицы, измеренных различными методами, у пациентов основной группы в течение 1 года

Помимо того, изучали влияние различных биометрических параметров глаза и уровня ВГД на разницу значений биомеханических показателей, измеренных различными методами, у пациентов основной группы на протяжении 1 года наблюдения.

Наибольшая корреляция отмечена с уровнем ВГД для СН и ФРР. Коэффициент корреляции Пирсона (r) для СН составил (–)0,86, а для ФРР — r=0,88 (р<0,05). Таким образом, в большей степени результаты вычисляемых характеристик СН и ФРР зависели от уровня ВГД. Также на результаты этих показателей оказывала влияние центральная толщина роговицы (ЦТР). При этом сила корреляции по Пирсону между ЦТР и СН составила r=(–)0,69, а между ЦТР и ФРР — r=0,74 (р<0,05). В то же время отсутствовала зависимость показателей СН и ФРР от глубины абляции, рефракции роговицы и ПЗО.

Кроме того, отсутствовала зависимость изменения величины Эп (∆Эп) от глубины абляции (r=(–)0,07; р<0,05). Отмечали слабую обратную корреляцию между изменением Эп и ЦТР (r=(–)0,47; р<0,05), а также между ∆Эп и ПЗО (r=(–)0,37; р<0,05). Выявлена прямая корреляция слабой степени между ∆Эп и рефракцией (r=0,25; р<0,05), а также уровнем ВГД (r=0,36; р<0,05). Эти данные свидетельствовали в пользу низкой дифференциальной значимости эластотонометрии для определения биомеханических свойств роговицы у пациентов после LASIK.

Необходимо отметить, что измеряемые в условиях нагрузки с помощью предложенного нами способа оценки ригидности роговицы in vivo биомеханические показатели ∆СЭ и K_ER не зависели от уровня ВГД (r=0,15; r=0,12; р<0,05) и ЦТР (r=0,08; r=0,07 соответственно; р<0,05). Однако отмечена прямая сильная корреляция этих показателей с глубиной абляции: r=0,74 и r=0,81 соответственно (р<0,05). При этом для ∆СЭ и рефракции роговицы — r=0,58 (р<0,05), а для рефракции роговицы и K_ER — r=0,61 (р<0,05). Таким образом, выявлена достаточно сильная взаимосвязь между уровнем деформации, слабостью опорных качеств измененной роговицы и глубиной эксимерлазерного вмешательства.

Для нас очень важным было изучить взаимосвязь изменения (ослабления) биомеханических свойств роговицы с возникшими послеоперационными осложнениями и чувствительность использованных нами методов для выявления этих изменений. С этой целью проведен корреляционный анализ между осложнениями после LASIK и изменениями биомеханических показателей, измеренных с использованием различных методик, на глазах пациентов основной группы, у которых были зафиксированы эти осложнения на протяжении всего периода наблюдения.

Отмечена наибольшая прямая корреляция высокой степени между показателями ∆СЭ, K_ER и кератоэктазией. Сила корреляции по Спирмену между этими показателями составила 0,88 и 0,93 соответственно (р<0,05). Также отмечена сильная корреляционная зависимость между этими показателями и гипокоррекцией, регрессией рефракционного эффекта и индуцированным астигматизмом. Так, коэффициент корреляции Спирмена между K_ER и регрессией рефракционного эффекта, гипокоррекцией составил 0,71 (р<0,05), между индуцированным астигматизмом и K_ER –0,64 (р<0,05).

Не выявлено никаких корреляционных зависимостей между изменениями биомеханических показателей роговицы, измеренных с использованием различных методик и развитием неспецифического интраламеллярного кератита и гиперкоррекцией. Указанные изменения, по-видимому, имеют иную природу развития.

Также не отмечено взаимосвязи между изменениями показателей СН, ФРР, Эп и выявленными нами осложнениями у пациентов основной группы на протяжении всего периода наблюдения.

Для выявления факторов, наиболее тесно связанных с риском развития осложнений на глазах после эксимерлазерных вмешательств, мы использовали метод построения и анализа логистических моделей регрессии и построения таблиц сопряженности. Проводя данный анализ, в качестве результирующего (Y) использован признак «развитие осложнений». Результирующий признак Y принимал значение Y=1 в случае развития осложнений, при отсутствии осложнений — Y=0.

В качестве факторных признаков использованы следующие показатели: K_ER, Эп, СН, ФРР. Модель строилась на основании результатов исследования 84 глаз пациентов основной группы.

Для выявления признаков (факторов), в наибольшей степени связанных с риском развития осложнений после LASIK, применен метод пошагового исключения. В результате выделен один значимый признак — K_ER, который с наиболее высокой точностью позволял прогнозировать риск развития осложнений после LASIK. На основании его использования построен тест прогнозирования риска развития осложнений.

Критическое значение уровня K_ER у пациентов после LASIK, соответствующее максимальному значению индекса Юдена, составило (+)5,4%. При выбранном критическом значении теста его чувствительность достигала 93,3%; специфичность — 97,6%; точность — 95,45%. Таким образом, повышение риска развития осложнений у пациентов после LASIK связано с уровнем K_ER в исходном состоянии (до операции) >(+)5,4%.

Для сравнения нами также проанализированы показатели чувствительности, специфичности и точности методов эластотонометрии, определения СН на ORA для прогнозирования риска развития осложнений после эксимерлазерных операций (табл. 2).

Анализируя результаты (см. табл. 2), необходимо отметить, что уровни корреляционной связи между риском развития осложнений и показателем СН, который определяли с помощью ORA, были статистически достоверны. Чувствительность показателя CH составила 20,0%, спе­цифичность — 33,3%, точность — 26,65% (р<0,05).

Заслуживает внимания следующий факт: уровни корреляционной связи между риском развития осложнений и изменением Эп были очень низкими при чувствительности 26,7%, специфичности 38,1% и точности 32,4% (р<0,05). Несмотря на то что эксимерлазерная кератоабляция приводит к значительным изменениям толщины и конфигурации роговицы, диаметр сегмента сплющивания при эластотонометрии значительно больший, чем зона, в которой произведена кератоабляция. Следовательно, в зоне, исследуемой при эластотонометрии, обусловленные кераторефракционной операцией изменения несущественны. Полученные данные свидетельствуют о том, что эластотонометрия малоинформативна при исследовании биомеханических свойств роговицы у пациентов после эксимерлазерной кераторефракционной хирургии.

Полученные результаты указывают на высокую значимость выделенного факторного признака — K_ER >(+)5,4% — для прогнозирования риска развития осложнений: чувствительность, специфичность и точность его выше, чем у показателей СН и Эп. Критерии оценки значимости риска развития осложнений в зависимости от повышения K_ER >(+)5,4% были достоверны (р<0,01), кроме того, отмечена сильная и очень сильная связь между фактором и исходом в соответствии с уровнем критериев сопряженности Пирсона и углового преобразования Фишера.

Шаймпфлюг-камеры Pentacam (Oculus) и Allegro Oculyzer (WaveLight) пользуются заслуженным авторитетом благодаря точной оценке морфологических качеств роговицы, в то же время применение нашего метода нагрузки повышением ВГД позволяет использовать эту аппаратуру в новом качестве — для выявления и количественной оценки ослабления опорных качеств роговицы.

Выводы

Таким образом, условия искусственно повышенного ВГД и использование предложенного нами способа и прибора для прижизненной оценки ригидности роговицы (Сергієнко М.М., Шаргородська І.В., 2009a; b) позволяют выявить наличие и характер ослабленных биомеханических свойств роговицы. Тогда как применение общеизвестных методов оценки — эластотонометрии и анализатора биомеханических свойств глаза (ORA) — у одних и тех же пациентов позволило лишь констатировать наличие некоторых тенденций к изменению этих показателей, которые были статистически незначимы и не позволяли дифференцировать характер этих изменений. Анализ K_ER во всех изучаемых случаях показывал статистически достоверные результаты, которые согласовывались с последующим клиническим течением процесса на этих глазах.

Продемонстрированы высокие специ­фичность, чувствительность и точность K_ER, изменение которого выявляло наличие биомеханических нарушений роговицы, выражало вариабельность и уровень ее деформации, коррелировало с уровнем абляции роговицы, проводимой при экси­мерлазерных операциях.

Разработана адекватная методика прижизненной диагностики изменений биомеханических свойств роговицы после проведения кераторефракционных операций.

Анализ результатов исследования доказал возможность использования фактора повышения показателя K_ER >(+)5,4% в качестве критерия отбора глаз для планируемой эксимерлазерной коррекции рефракции как фактора риска развития осложнений.

Список использованной литературы

• Бакбардин Ю.В., Кондратенко Ю.Н. (1998) Тонометрические, тонографические и гониоскопические методы исследования. Киев, Здоровье, 75 с.
• Бубнова И.А. (2011) Методы оценки и клиническое значение биомеханических свойств роговицы (клинико-экспериментальное исследование). Автореф. дис. … д-ра мед. наук, Москва, 48 с.
• Иомдина Е.Н. (2000) Биомеханика склеральной оболочки глаза при миопии: диагностика нарушений и их экспериментальная коррекция. Дис. … д-ра мед. наук, Москва, 326 с.
• Иомдина E.H. (2006) Механические свойства тканей глаз человека. В кн.: Современные проблемы биомеханики. Под ред. А.К. Цатуряна, А.А. Штейна. МГУ, Москва. Вып. 11, с. 183–200.
• Кальфа С.Ф. (1927) К вопросу о теории тонометрии тонометрами сплющивания. Рус. офтальмол. журн., 6(10): 1132–1141.
• Котляр К.Е., Иомдина Е.Н., Кошиц И.Н. (2004) Биомеханика глаза как высокоэффективный инструмент для выбора и разработки перспективных направлений клинических и экспериментальных исследований. В кн.: Биомеханика глаза. Сб. трудов IV семинара. Москва, с. 3–8.
• Нестеров А.П., Вагин Б.И., Будник В.М. (1994) Аппланометр по Маклакову — Нестерову. В кн.: 6-й Съезд офтальмологов России. Тезисы докладов. Москва, с. 379.
• Першин К.Б., Пашинова Н.Ф. (2000) Осложнения LASIK: анализ 12500 операций. РМЖ «Клиническая офтальмология», 4(1): 96–99.
• Сергієнко М.М., Шаргородська І.В. (2009a) Пристрій для оцінки ригідності рогової оболонки ока. Патент України № 85810.
• Сергієнко М.М., Шаргородська І.В. (2009b) Спосіб оцінки ригідності рогової оболонки ока. Патент України № 39262.
• Шаргородська І.В. (2016) Порівняльний аналіз вимірювання біомеханічних показників рогівки при застосуванні різних методів Архів офтальмології України, 4(1): 61–66.
• Amoils S.P., Deist M.B., Gous P., Amoils P.M. (2000) Iatrogenic keratectasia after laser in situ keratomileusis for less than –4.0 to –7.0 diopters of myopia. J. Cataract. Refract. Surg., 26(7): 967–977.
• Friedenwald J.S. (1957) Tonometer calibration; an attempt to remove discrepancies found in the 1954 calibration scale for Schiotz tonometers. Trans. Am. Acad. Ophthalmol. Otolaryngol., 61(1): 108–122.
• Katsube N., Wang R., Okuma E., Roberts C. (2002) Biomechanical response of the cornea to phototherapeutic keratectomy when treated as a fluid-filled porous material. J. Refract. Surg., 18(5): S593–S597.
• Kerautret J., Colin J., Touboul D., Roberts C. (2008) Biomechanical characteristics of the ectatic cornea. J. Cataract. Refract. Surg., 34(3): 510–513.
• Kucumen R.B., Yenerel N.M., Gorgun E. et al. (2008) Corneal biomechanical properties and intraocular pressure changes after phacoemulsification and intraocular lens implantation. J. Cataract. Refract. Surg., 34(12): 2096–2098.
• Liu J., Roberts C.J. (2005) Influence of corneal biomechanical properties on intraocular pressure measurement: quantitative analysis. J. Cataract. Refract. Surg., 31(1): 146–155.
• Luce D.A. (2005) Determining in vivo biomechanical properties of the cornea with an ocular response analyzer. J. Cataract. Refract. Surg., 31(1): 156–162.
• Roberts C. (2000) The cornea is not a piece of plastic. J. Refract. Surg., 16(4): 407–413.
• Sergienko N., Shargorodska I. (2009) Determining corneal hysteresis and preexisting intraocular pressure. J. Cataract. Refract. Surg., 35(11): 2033–2034.
• Waring G.O. 3^rd (2000) Standard graphs for reporting refractive surgery. J. Refract. Surg., 16(4): 459–466.

Адрес для переписки:
Шаргородская Ирина Васильевна,
04112, Киев, ул. Дорогожицкая, 9
Национальная медицинская академия
последипломного образования
имени П.Л. Шупика, кафедра офтальмологии
E-mail: [email protected]