Актуальность исследования биомеханических свойств роговицы обусловлена рядом клинических потребностей, связанных с появлением новых методов изучения биомеханики [1—3]. В последние десятилетия заметное развитие получила кераторефракционная хирургия [4]. Местом выполнения большинства операций, влияющих на оптические свойства глаза, является роговица. При этом следует отметить, что, изменяя рефракцию роговицы, нельзя забывать об изменениях ее защитной и каркасной функций. Между тем опыт широкого применения одной из кераторефракционных операций — радиальной кератотомии — показал существенное снижение прочностных свойств роговицы после нанесения на нее надрезов [5, 6]. С этих позиций особое значение приобретают исследования биомеханических свойств роговой оболочки после кераторефракционных вмешательств [7, 8]. Данная проблема до сих пор остается малоизученной вследствие целого ряда обстоятельств. Главное затруднение связано с отсутствием до недавнего времени практических методов, позволяющих достоверно оценить механические свойства роговицы прижизненно.

В настоящее время существует 3 основных подхода к изучению биомеханических свойств роговой оболочки в зависимости от принципа исследования [9]:

1) теоретические (математические) методы предполагают построение различных моделей на основе теории оболочек, метода конечных элементов и других расчетов [10—12];

2) экспериментальные методы изучают биомеханические свойства изолированной роговицы с применением механического (офтальмомеханография, экстензиометрия [13]), оптического (люминесцентная полярископия [14]), акустического (ультразвуковая биометрия [15]) воздействия;

3) клинические методы, применяющиеся in vivo, также могут быть с механическим компонентом (определение ригидности по Фриденвальду [16], эластотонометрия [17], динамическая двунаправленная пневмоаппланация [18]).

Как правило, математическое моделирование применяют для расчета параметров и прогнозирования эффекта кераторефракционных операций [19—22], а также для определения возможной погрешности показателей аппланационных методов тонометрии в случаях, когда биомеханические свойства роговицы были изменены в результате хирургического вмешательства или заболевания [23, 24].

Основным препятствием для корректного математического моделирования является анизотропность роговицы [25]. Поскольку большинство предложенных моделей не учитывает данное свойство, это ограничивает их применение в практической офтальмологии.

По мнению P. Pinsky и соавторов, анизотропия роговицы в основном зависит от ее структурных особенностей, т. е. специальной архитектурной организации волокон коллагена [26]. С помощью рентгеноструктурного анализа выявлено, что в центральной зоне фибриллы коллагена ориентированы ортогонально преимущественно в вертикальном или горизонтальном направлениях, тогда как фибриллы, расположенные на периферии, имеют тангенциальную ориентацию [27].

Учитывая эти данные, P. Pinsky и соавторы разработали математическую модель механической анизотропии роговицы, основанную на методе конечных элементов, которая позволяет прогнозировать биомеханический ответ роговицы после проведения туннельных разрезов, радиальной кератотомии и ЛАСИК [26]. В настоящее время для проведения математического моделирования в кераторефракционной хирургии применяют метод конечных элементов [28—30].

Экспериментальные исследования на основе офтальмомеханографии выявили, что роговица отличается биомеханической анизотропией и неоднородностью [13, 25]. В нескольких работах показано, что в результате нанесения на роговицу радиальных надрезов происходит значительное увеличение ее податливости в касательном направлении (до 46,5% при глубине надреза 0,6 мм), т. е. в направлении наименьшей жесткости материала [5]. Эти изменения привели в некоторых случаях к очень тяжелым осложнениям в отдаленном послеоперационном периоде. В частности, это проявилось значительным снижением устойчивости к травмам глазного яблока с потенциальной возможностью расхождения роговичных рубцов и выпадением оболочек [6].

В эксперименте с помощью люминесцентной полярископии выявлено, что после радиальной кератотомии основная механическая нагрузка приходится на среднюю периферию роговицы, в особенности на дно кератотомических надрезов. Повышение интракамерального давления — аналога внутриглазного давления (ВГД) — увеличивает нагрузку периферической части роговицы и разгружает центральную часть, что может обусловливать гиперметропический сдвиг рефракции [14].

Однако с появлением и внедрением в широкую практику эксимерлазерных технологий для коррекции рефракционных нарушений подобный риск значительно уменьшился. Это связано с иным механизмом изменения рефракции роговицы, а именно ее истончением в центральной зоне.

Экспериментальные исследования биомеханических свойств роговицы после эксимерлазерных вмешательств свидетельствуют о том, что в результате уменьшения толщины роговицы в оптической зоне диаметром 6,0 мм более чем на 15—20% происходят значительные изменения механических характеристик роговицы. В клиническом отношении, по-видимому, наибольшее значение может иметь существенное (в среднем на 20%) уменьшение разрушающей нагрузки для опытных образцов по сравнению с контрольными. Эти изменения проявляются уменьшением величин перемещения пуансона в момент разрушения роговицы в опытных глазах по сравнению с контрольными в среднем на 10,72% [31, 32]. Кроме этого, необходимо учитывать и изменения деформативных свойств роговицы после лазерной абляции. При этом данные механических испытаний образцов изолированной роговицы не могут в достаточной степени соответствовать реальным характеристикам этой ткани в естественных условиях. Адекватная информация о биомеханическом статусе роговицы может быть получена только в условиях живого глаза.

Прижизненные исследования биомеханики роговицы после эксимерлазерной хирургии, проведенные с помощью динамической двунаправленной пневмоаппланации, также подтвердили факт снижения прочностных свойств роговой оболочки [18, 33]. У пациентов, перенесших ЛАСИК, выявлено снижение как показателей, отражающих уровень ВГД, в том числе и роговично-компенсированного, так и показателей, отражающих биомеханические свойства. Помимо этого, отмечена статистически значимая корреляция между величиной корригированной миопии и уровнем снижения биомеханических показателей [34].

Ранее показано, что изолированное формирование роговичного лоскута приводит к небольшому изменению рефракции роговицы [35]. Объяснением этому служила биомеханическая теория, предложенная С. Roberts, согласно которой после выполнения ламеллярного среза биомеханические свойства роговицы изменяются таким образом, что пересеченные фибриллы сокращаются и осуществляют тракцию в сторону лимба. При этом центральная зона роговицы уплощается под действием освобожденных фибрилл, в результате чего происходит «гиперметропический» сдвиг [36].

В исследовании, основанном на анализе результатов динамической двунаправленной пневмоаппланации роговицы, определяли корреляцию между снижением корнеального гистерезиса и глубиной абляции у пациентов 3 групп: после фоторефракционной кератэктомии (ФРК), ЛАСИК с механическим формированием лоскута и ЛАСИК с формированием роговичного лоскута с помощью фемтосекундного лазера (фемтоЛАСИК). Авторы выявили, что наиболее сильная корреляция отмечена после проведения фемтоЛАСИК, тогда как в двух других группах корреляция была значительно меньше [37].

Вместе с тем при исследовании биомеханических свойств роговицы после поверхностной и интрастромальной кератэктомии с помощью прибора Corvis («OCULUS Optikgeräte GmbH», Германия), действие которого основано на принципе пневмоимпрессии, выявлено, что оба вида оперативного вмешательства привели к статистически значимому снижению биомеханических показателей, однако через 1 мес показатели возвращались к исходным значениям [38].

Несмотря на имеющиеся методы определения биомеханических свойств роговицы [1], а также разработанные биомеханические модели [39], частота выявления случаев эктазии после проведения эксимерлазерной коррекции зрения варьирует от 0,04 до 0,6%, при этом данные показатели могут оказаться недооцененными, по мнению некоторых авторов [40, 41].

Как известно, ятрогенная кератэктазия может развиться в силу двух причин: не диагностированное в предоперационном периоде эктатическое заболевание роговицы или истончение роговицы, превышающее предельно допустимые параметры [42]. В первом случае ранняя диагностика кератоконуса имеет объективные трудности [40, 43].

В настоящее время существует 2 основных метода лечения ятрогенной эктазии, направленных на укрепление биомеханических свойств роговой оболочки глаза. В первую очередь это кросс-линкинг (CXL), с помощью которого происходит формирование перекрестных сшивок между волокнами коллагена [44]. Другим методом является имплантация интрастромальных сегментов, когда в строму роговицы вводятся полукольца, которые меняют распределение напряжений в роговице [45].

Помимо этого, в литературе встречается метод так называемой целевой лазерной абляции, при котором осуществляется биомеханический подход к расчету абляции. Испарение ткани происходит не в центральной (тонкой) зоне, а на средней периферии, где имеются участки относительно плоской роговицы, с расчетом на то, что истончение данной области приведет к укручению роговицы, а соответственно неаблированная зона с большой оптической силой станет более плоской [46].

Вместе с тем комбинированный подход, включающий имплантацию интрастромальных колец, CXL и лазерную абляцию в различных вариантах, может обеспечивать не только стабильность формы роговицы, но и хороший рефракционный эффект, благодаря сочетанию преимуществ всех методов [47—51].

Таким образом, клиническое значение исследования биомеханики фиброзной оболочки глаза трудно переоценить. При этом все более востребованными становятся не только методы диагностики биомеханических свойств роговицы, но и способы их коррекции, поэтому дальнейшее развитие данного направления является перспективным и необходимым.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Воронин Г.В. — д.м.н., проф., врио директора ФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней»; e-mail: gr32@mail.ru

Бубнова И.А. — д.м.н., старший научный сотрудник отдела рефракционных нарушений ФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней»; https://orcid.org/0000-0003-1721-9378; e-mail: bubnovai@mail.ru

Автор, ответственный за переписку: Бубнова Ирина Алексеевна — д.м.н., старший научный сотрудник отдела рефракционных нарушений; https://orcid.org/0000-0003-1721-9378; e-mail: bubnovai@mail.ru