«Биомеханика» глаза — сравнительно новая область офтальмологической науки, которая на данный момент активно развивается. Необходимость изучения биомеханических свойств фиброзной оболочки, с одной стороны, обусловлена разработкой новых методов исследования основ биомеханики, а с другой — связана с актуальностью выявления и дальнейшего наблюдения за некоторыми патологическими состояниями корнеосклеральной капсулы, а также правильной интерпретацией показателей внутриглазного давления (ВГД) и как следствие адекватной оценкой уровня офтальмотонуса [1].

В настоящее время «биомеханику» глаза определяют как междисциплинарную область науки, основывающуюся на аналитических и экспериментальных результатах морфологии, биологии, физиологии, офтальмологии, физики, механики, гидродинамики и представляющую глаз, его структурные элементы и их исполнительные механизмы как биомеханические и гидродинамические системы, а также системы автоматического управления [2].

Центральная идея биомеханики состоит в том, что фундаментальные принципы классической механики применяют к исследованию живых систем. Исследования в данной области можно условно разделить на следующие основные направления:

1. Определение механических свойств тканей глаза.

2. Создание механико-математических моделей отдельных глазных структур и единой биомеханической модели глаза.

3. Исследования биомеханики регуляции ВГД и гидродинамики внутриглазной жидкости.

4. Изучение биомеханики аккомодации.

5. Изучение биомеханики экстраокулярных мышц и движений глаза.

6. Клиническая биомеханика глаза: биомеханические исследования патогенеза глаукомы и миопии, кераторефракционной хирургии [3].

Непосредственному изучению механических характеристик фиброзной оболочки, которые наряду с ВГД обусловливают ее напряженно-деформированное состояние в условиях живого глаза, посвящены специальные исследования. Впервые предположение о необходимости изучения механических свойств глаза было высказано в связи с разработкой первых офтальмотонометров [4]. Также разрабатывались первые механические и математические модели фиброзной оболочки [5].

В дальнейшем исследования биомеханических свойств роговицы как отдела фиброзной оболочки глаза развивались в трех основных направлениях: экспериментальные исследования, математическое моделирование и прижизненное изучение [1].

Экспериментальные исследования, основанные на офтальмомеханографии, выявили, что роговица отличается биомеханической анизотропностью и неоднородностью. Материал роговицы, вырезанный в радиальном направлении, обладает наибольшей прочностью и запасом деформативной способности. По мере удаления от радиального направления величина указанных характеристик снижается [6]. Анализ остальных экспериментальных работ показывает, что определение механических параметров изолированных тканей дает большой разброс показателей, обусловленный, по всей видимости, как различными условиями эксперимента, так и постмортальными изменениями [7—11].

Поскольку в большинстве математических моделей не учитывается анизотропность роговицы, их применение в офтальмологической практике ограничено [12—15].

Современные прижизненные методы исследования фиброзной оболочки глаза основаны на оценке изменения ее формы в ответ на какое-либо механическое воздействие. Это воздействие может осуществляться путем апланации роговицы струей воздуха или тонометрами Маклакова различного веса. Однако при этом нельзя исключить возможного влияния на показатели биомеханических свойств ВГД, поскольку механическому усилию противодействуют две разнонаправленные силы: ВГД и «упругость роговицы».

Для сопоставления результатов исследований необходима унификация понятий, определяющих основные аспекты исследования биомеханики фиброзной оболочки. Например, термином «ригидность» глаза предлагают обозначать понятие, описывающее сопротивление всего глазного яблока изменению формы при внешних воздействиях. Большинство исследователей сходятся во мнении, что понятие ригидности глаза необходимо для того, чтобы связать биомеханические свойства материала корнеосклеральной оболочки с уровнем ВГД, а также с этиопатогенезом некоторых глазных заболеваний, например глаукомы, миопии, а также возрастных изменений. [16].

E. Friedman и cоавт. [17] отмечают, что ригидность глаза играет важную роль в патогенезе возрастной макулярной дегенерации (ВМД). Возрастной характер данной патологии и тот факт, что ригидность глаза и эластичность склеры меняются физиологически с возрастом [18, 19], делают эту гипотезу практически очевидной. Кроме того, I. Pallikaris и соавт. [18] показали, что ригидность глаз с неоваскулярной формой ВМД выше, чем ригидность глаз с сухой формой ВМД и ригидность здоровых глаз той же возрастной группы. Таким образом, есть основания предполагать, что повышенная ригидность при ВМД обусловлена не только физиологическим старением и связанным с ним уменьшением эластичности склеры.

В настоящее время наблюдается непрерывный рост числа пациентов с патологией заднего отрезка глаза, где главным провоцирующим фактором является развитие хориоидальной неоваскуляризации. Внедрение в практику препаратов, ингибирующих фактор роста эндотелия сосудов, позволило существенно улучшить прогноз по остроте зрения у таких пациентов. С тех пор как R. Machemer в начале 80-х годов прошлого столетия впервые предложил интравитреальное введение (ИВВ) лекарственного вещества, данный способ находит все более широкое распространение [20]. Только в США в 2013 г. было выполнено более 4 млн интравитреальных инъекций, и считается, что это количество будет неуклонно возрастать [21].

Очевидно, что в связи с большим ростом данной группы пациентов, необходимы выработка алгоритма наблюдения и контроля за побочными эффектами и своевременная терапия по показаниям. При ИВВ лекарственное вещество попадает в ретроцилиарные цистерны стекловидного тела. В случае сохранной структуры последнего оно достигает задних его отделов через 8 ч — 2 сут. При нарушении структуры стекловидного тела или при возрастных его изменениях концентрация лекарственного вещества быстро снижается ввиду выведения его током жидкости во влагу передней камеры.

После инъекции препарат быстро выводится из витреальной полости преимущественно путем диффузии, при этом период полувыведения препарата составляет 24 ч и менее. Следовательно, для поддержания терапевтической концентрации препарата в заднем сегменте глазного яблока периодически требуются инъекции, что повышает риск развития осложнений, таких как транзиторное повышение ВГД [22].

Очевидно, что введение раствора лекарственного вещества в витреальную полость приводит к изменению сложившегося гидродинамического равновесия внутри фиброзной оболочки глазного яблока [23].

Было выявлено, что при герметичном введении в витреальную полость жидкости, составляющей всего 0,7% от ее объема, возможно повышение ВГД до 70 мм рт.ст. [24]. Это позволяет рассматривать ИВВ лекарств как существенное воздействие на гидродинамический баланс глаза, которое может стать причиной таких осложнений, как окклюзии ретинальных сосудов, смещение иридохрусталиковой диафрагмы кпереди с возникновением ангулярного гидродинамического блока и развитием злокачественной глаукомы. Однако в большинстве случаев после ИВВ лекарств подобных осложнений, приводящих к развитию гидродинамического дисбаланса, не отмечено. Это позволяет предположить наличие локального гомеостатического механизма, обеспечивающего возможность адаптации функциональных механизмов глаза к одномоментному введению раствора лекарственного вещества в витреальную полость [23].

Патогенез краткосрочного повышения ВГД непосредственно после ИВВ связан с изменением объема внутриглазной жидкости. К другим возможным критериями, влияющим на степень колебания ВГД, можно отнести длину глаза, жесткость и толщину фиброзной оболочки, наличие обратного рефлюкса, оперативные вмешательства в анамнезе, а также скорость оттока внутриглазной жидкости [25]. K. Kotliar и соавт. [26] изучали влияние ИВВ идентичного объема жидкости на глаза с эмметропической, гиперметропической и миопической рефракцией. Достоверно высокое (р≤0,05) повышение уровня ВГД наблюдали в глазах с гиперметропической рефракцией. Подобные результаты были получены и в работах М. Gismondi, где указано на взаимосвязь с повышенным ВГД и более короткой длиной глаза [27]. Интересны выводы о взаимосвязи степени повышенного ВГД и одного из показателей биомеханических свойств фиброзной оболочки — корнеального гистерезиса (КГ). По данным авторов, чем ниже КГ, тем выше уровень ВГД непосредственно после инъекции [28].

На основании исследований, проведенных с использованием анализатора биомеханических свойств глаза Ocular Response Analazer (ORA, «Reichert», США), некоторые авторы высказали предположение, что низкое значение КГ — независимый фактор возникновения и прогрессирования глаукомного процесса [29—32]. По их мнению, низкие значения КГ являются результатом «корнеального ремоделирования» при глаукомном процессе, а повышение фактора резистентности роговицы (ФРР) наблюдается в результате снижения эластичности роговицы под воздействием повышенного уровня ВГД [33, 34]. ФРР и КГ являются показателями кумулятивного эффекта эластичного и вязкого сопротивления, оказываемого деформируемой поверхностью роговицы под воздействием воздушной струи, и отражают общую резистентность корнеосклеральной оболочки глаза [35, 36].

Некоторые исследователи обращают внимание на устойчивое повышение уровня ВГД в основном в тех группах пациентов, где количество ИВВ превышает 20 курсов [37]. Однако патофизиологические аспекты устойчивого повышения уровня ВГД после ИВВ не так очевидны. Рассматривают несколько теорий, среди них снижение объема оттока внутриглазной жидкости из-за неоднократного повреждающего действия каждой интравитреальной инъекции на трабекулярный аппарат; прямая фармакологическая токсичность препаратов, а также развитие хронического трабекулита [38]. Однако данные положения нашли подтверждение лишь в единичных работах [39]. Возможно, именно транзиторная гипертензия выступает пусковым механизмом в цепочке возможных топографических изменений структур переднего отрезка глаза и фиброзной оболочки в целом. На сегодняшний день исследований на данную тему проведено крайне мало. Выявлены изменения глубины и объема передней камеры, параметров роговицы и угла передней камеры в раннем послеоперационном периоде [40]. По другим данным, подобные изменения носят краткосрочный характер и не представляют клинического интереса [41].

Крайне важно изучение возможного влияния транзиторной и особенно устойчивой гипертензии после ИВВ на задний отдел фиброзной оболочки, а именно решетчатую пластинку (РП).

Смещение РП (экскавация диска зрительного нерва — ДЗН), сдвиг и деформация микроканальцев, наблюдающиеся при глаукоме, приводят к сдавлению и в дальнейшем к атрофии нервных волокон, следствием чего является необратимая потеря зрительных функций [42]. Принципиально важное участие биомеханического фактора в этом процессе обусловливает интерес к изучению механических свойств Р.П. Важно, что в плоскости РП менее устойчивыми к нагрузке являются ее периферические участки, где РП переходит в собственно склеру, контактирует с сосудистой оболочкой или мягкой оболочкой зрительного нерва [43, 44]. По мнению некоторых авторов, неоднородность РП оказывает существенное влияние на ее устойчивость к повышению уровня ВГД [45].

Биомеханические свойства РП и склеры образуют единую систему, в которой чувствительность РП к повышению уровня ВГД зависит от комплексных взаимодействий анатомических и механических характеристик [46]. На данный момент часть исследований направлена на изучение механизма повреждения аксонов ганглиозных клеток, путем изменения конфигурации РП в ответ на повышение уровня ВГД [47—55].

Экспериментальные исследования деформации РП на фоне острого увеличения уровня ВГД разделяют на 3 кластера: 1) модели ex vivo; 2) модели животных, в которых РП рассматривается посредством гистоморфометрии; 3) теоретические модели человеческого глаза [52—57].

Гистоморфометрия позволяет оценить изменения, вызванные резким повышением уровня ВГД (смещение слоев РП) [61], выявить утолщение РП на ранних и истончение на поздних стадиях глаукомы, а также установить архитектонику РП с повышенным риском развития ряда заболеваний, таких как осложненная миопия [58].

В течение длительного времени РП можно было исследовать только моделированием ex vivo и гистоморфометрическими методами, однако развитие оптической когерентной томографии (ОКТ) дало возможность визуализировать не только ДЗН, но и РП in vivo [59—61]. Изображения Р.П., регистрируемые с помощью ОКТ, должны быть получены на более глубоком уровне, чем слой нервных волокон сетчатки. Соответственно, при получении изображения ДЗН для анализа уровня его экскавации и толщины слоя нервных волокон сетчатки традиционным способом визуализация РП может быть недостаточной.

Технический прогресс позволил решить эту проблему с помощью разработки нового модуля увеличенной глубины изображения Enhanced Depth Imagine (EDI) OCT (длина волны 1050 нм). В настоящее время этот модуль доступен в томографах Heidelberg Spectralis OCT («Heidelberg Engineering», Германия) и Cirrus HD OCT («Carl Zeiss Meditec Inc.», США) [62, 63]. Появление этой технологии позволило расширить границы диагностических возможностей и, таким образом, диагностировать ранее недоступные изменения РП.

Ряд авторов исследовали смещение непосредственно самой РП, а также преламинарной ткани при резком повышении уровня ВГД. При этом были сформированы группы пациентов с глаукомой в анамнезе и группы контроля. По результатам визуализации с помощью спектральной ОКТ, после прохождения офтальмодинамометрической пробы было сделано заключение, что изменения поверхности ДЗН связаны со сдавливанием преламинарной ткани и в меньшей степени с прогибом РП [64]. По данным других исследований выявлено, что в ответ на длительное повышение уровня ВГД в эксперименте происходит расширение и углубление физиологической экскавации за счет компрессионной деформации мягких тканей ДЗН, а также изменение положения передней поверхности РП на высоте повышения уровня ВГД [65].

В эксперименте на обезьянах было показано, что увеличение уровня ВГД приводит к деформации РП у части исследуемых [66]. Согласно результатам ряда экспериментальных и клинических исследований, деформация РП связана не только с повышением ВГД, но и с биомеханическими особенностями и анатомическим строением РП и склеры [67]. В экспериментальных моделях глаукомы была показана возможность изменений продольной структуры передней поверхности РП при использовании ОКТ в спектральной области [68]. Эти изменения включают в себя деформацию РП и мембраны Бруха, истончение преламинарных тканей и уменьшение ширины нейроретинального кольца [61].

Таким образом, именно биомеханический подход может явиться основой для понимания ряда физиологических и патологических процессов, происходящих в глазу, а также для разработки новых методов медицинской коррекции таких состояний, при которых известные методы экспериментальной офтальмологии не могут быть применены. При этом рассмотрение интравитреальной инъекции как модели изучения биомеханических свойств корнеосклеральной оболочки in vivo крайне актуально.