Реконструктивные вмешательства на переднем отрезке глаза с применением излучения лазерных деструкторов в офтальмологической практике широко используются на протяжении более 40 лет. Их проведение, несмотря на имеющиеся бесспорные преимущества и относительную безопасность, сопряжено с риском развития осложнений, в том числе со стороны роговицы и других внутриглазных структур [1, 2]. Осложнения со стороны роговицы [3—5] во многом связаны с близким «соседством» с зоной лазерного вмешательства и значительным увеличением уровня энергии при воздействии модулированным лазерным излучением. Чаще всего травмируется эндотелий [6, 7], реже — десцеметова мембрана [8] и строма роговицы [9, 10]. Описаны случаи ятрогенной перфорации роговицы [11] и формирования роговичного абсцесса после лазерной деструкции (ЛД) задней капсулы хрусталика (ЗКХ) [12]. Проведение лазерного вмешательства в отдаленном периоде может осложняться развитием буллезной кератопатии [13] и отторжением роговичного трансплантата [14]. Риск развития перечисленных осложнений отчасти связан с невозможностью точно предвидеть реальную локализацию и размеры области сопутствующего повреждения соседних с облучением внутриглазных структур, а также с пробелами в изучении механизмов взаимодействия короткоимпульсного излучения Nd:YAG-лазера (1,064 мкм) с глазными тканями. В связи с этим представляется важным проведение дальнейших исследований по изучению механизмов ЛД при воздействии на глазные ткани и определению параметров лазерного излучения, способствующих уменьшению побочных эффектов и снижению риска развития осложнений, связанных с лазерным лечением.
Цель исследования — изучение механизмов ЛД при воздействии на ткань ЗКХ в модельном эксперименте и оценка побочного влияния излучения Nd:YAG-лазера на роговицу в клинической практике.
Материал и методы
В экспериментальном исследовании было изучено шесть изолированных аутопсийных образцов ЗКХ человека с помутнениями в условиях артифакии, полученных post mortem, которые имели различные оптические и механические характеристики, различный морфологический тип. В зависимости от этого использовали плотные (условно «твердые») образцы с фиброзными изменениями со стороны внутренней поверхности ЗКХ (рис. 1) и относительно более рыхлые — «мягкие» пленки с псевдорегенераторными клеточными компонентами (рис. 2). Измерение прозрачности образцов ЗКХ и контроль за ее изменением в результате лазерной модификации проводили путем сравнения мощности падающего и прошедшего через ЗКХ излучения. Указанное исследование образцов ЗКХ, помещенных в специальный узкий контейнер между двумя прозрачными стеклами, выполняли с помощью измерителя энергии ИМО-2Н (Россия). Проведение гистологического исследования осуществляли с использованием микроскопа Leica DM-2500 (Германия). С его помощью определяли морфологический тип помутнений ЗКХ, исследуя микропрепараты, выполненные в виде полутонких срезов. Фоторегистрацию лазериндуцированных изменений в опытных изолированных аутопсийных образцах ЗКХ, подвергнутых воздействию, осуществляли на фотомикроскопе Opton-III («Opton», Германия) и с помощью программно-аппаратного комплекса МЕКОС-ФДММ (ЗАО «МЕКОС», Россия). В модельном эксперименте использовали как штатный Nd:YAG-лазерный офтальмодеструктор LPULSA SYL-9000 Premio фирмы «LightMed» (Тайвань, США), так и опытно-экспериментальную лазерную установку на основе Nd:YAG-лазера (1,064 мкм). Лазерное облучение проводили сериями, состоящими из 10—50 импульсов длительностью 8 нс каждый. На количество импульсов влияла плотность облучаемых образцов. Значения энергии импульса варьировали в зависимости от плотности ЗКХ и диаметра пятна в фокальной плоскости (200, 400, 1000 мкм). Различные вариации диаметра пятна лазерного луча и оптической плотности облучаемых образцов ЗКХ позволили провести исследования при разных значениях плотности энергии — повреждающих, модифицирующих или не повреждающих ткань капсулы хрусталика. Оптокогерентные исследования выделенных образцов проводили на ОКТ-сканере с длиной волны 1300 нм и скоростью получения спектральных полос 80 кГц, созданном на базе Института прикладной физики (Нижний Новгород, Россия). Теоретическая модель позволила оценить механические напряжения в ткани ЗКХ, кинетическую энергию продуктов лазерной абляции и давление газовых пузырьков во время лазерного воздействия в разнородных по плотности образцах капсулы.
Рис. 1. Морфологическая картина ЗКХ при «твердых» фиброзных помутнениях.
Отмечается плотная бесклеточная волокнистая ткань, покрывающая капсулу хрусталика с внутренней стороны.
Здесь и на рис. 2: полутонкий срез. Окраска метиленовым синим и основным фуксином.
Рис. 2. Морфологическая картина ЗКХ при «мягких» помутнениях.
Отмечаются псевдорегенераторные клеточные компоненты (шары Эльшинга), покрывающие капсулу хрусталика с внутренней стороны.
В клиническое исследование был включен 61 пациент (62 глаза). Распределение пациентов на две группы было связано с наличием плотных (фиброзных) пленок вторичных катаракт (ВК; 33 глаза) и условно «мягких» пленок ВК (29 глаз). В ряде случаев наличествовали сопутствующие дегенеративные изменения в роговице или роговичный трансплантат. В 1-й группе подобные изменения в роговице имели более распространенный характер. Трансплантат роговицы отмечен в 7 (21%) случаях, дегенеративные изменения — в 5 (15%), во 2-й группе — в 2 (7%) и 3 (10%) случаях соответственно. Эндотелиальную микроскопию роговицы выполняли на приборе SP 3000P фирмы «Topcon» (Япония). Исследовали ряд параметров: толщину роговицы в центре, плотность клеток заднего эпителия роговицы (ЗЭР), среднюю величину клеток ЗЭР. Тип ВК определяли с помощью щелевой лампы Opton (Германия). Для оценки оптической плотности ЗКХ использовали шеймпфлюг-камеру Pentacam («Oculus», Германия). Полученные изображения ЗКХ обрабатывали и анализировали с помощью растрового графического редактора GNU Image Manipulation Program (США), версия 3.1. Показания оптической плотности выражали в условных единицах (у.е.). Показатели оптической плотности до 20 у.е. относили к условно «мягким» формам ВК, выше 20 у.е. — к условно «твердым». В клинической практике для фоторегистрации патологических изменений в переднем отрезке глаза использовали цифровую зеркальную фотокамеру EOS 350D digital («Canon», Япония) и программное обеспечение для работы с изображениями Digital Photo Professional RAW (Япония). В клинической части работы применяли Nd:YAG-лазерный офтальмодеструктор LPULSA SYL-9000 Premio фирмы «LightMed» (Тайвань, США) с излучением на длине волны 1,064 мкм. Медикаментозное сопровождение заключалось в назначении глазных капель с нестероидным противовоспалительным препаратом перед лазерной операцией и после ее проведения.
Результаты
Результаты модельного эксперимента. Для изучения общей картины повреждений в области лазерного воздействия часть изолированных образцов ЗКХ предварительно облучали с помощью офтальмодеструктора, последовательно повышая значения энергии до получения эффекта пробоя. С этой целью использовали диаметр пятна 8 мкм при длительности импульса 4 нс. Эффект пробоя в твердых образцах ЗКХ получали при средних значениях энергии 3 мДж, в мягких — 2 мДж.
Результаты ЛД твердых образцов ЗКХ (рис. 3) позволили зафиксировать присутствие микроточечных перфораций размером до 40 мкм. Радиальные лучи придавали перфорациям вид «звездочек» на фоне модифицированной зоны несквозного повреждения ткани капсулы, имеющей темный оттенок. Область распространения несквозного повреждения имела размеры 100—200 мкм. Формирование более крупных (≥70 мкм) дефектов в ЗКХ имело место при слиянии нескольких звездчатых микродефектов, что придавало им неправильные очертания.
Рис. 3. Картина светооптической микроскопии твердого образца ЗКХ после ЛД.
В зоне ЛД определяются точечные перфорации в виде звездочек (голубые стрелки), вокруг которых отмечаются участки модифицированной ЗКХ темного цвета (красные стрелки). Слияние нескольких точечных отверстий приводит к формированию большого дефекта в ЗКХ (белая стрелка).
Для повреждений «мягких» образцов ЗКХ, индуцированных лазерным излучением, было характерно наличие крупных дефектов — сквозных разрывов ткани (рис. 4). При этом нанесение лазерных аппликаций сопровождалось формированием повреждений неправильной конфигурации, размеры которых в несколько раз превышали размеры дефектов в «твердых» образцах ЗКХ. Средний размер таких повреждений составлял 95 мкм, а их совокупная протяженность в области вмешательства достигала 200 мкм и более. Как правило, в зоне абляции «мягких» образцов хорошо определялись множественные парогазовые пузырьки разного размера.
Рис. 4. Картина светооптической микроскопии мягкого образца ЗКХ после ЛД.
В зоне ЛД определяются крупные дефекты в ЗКХ неправильной формы в виде ломаной линии (красные стрелки) и парогазовые пузырьки разного размера (голубые стрелки).
После изучения общей картины в зоне облучения и использования для этой цели серийного офтальмологического деструктора переходили к исследованиям особенностей повреждений ЗКХ при ЛД с различным диаметром пятна наведения (20, 400 и 1000 мкм) на модельной экспериментальной лазерной установке.
При так называемом остросфокусированном излучении (диаметр пятна 20 мкм) пороговые значения энергии, при которых начинались сквозные разрушения, составляли в среднем для «мягких» образцов ЗКХ 2 мДж, для «твердых» — 3 мДж. При этом многоимпульсное воздействие при остросфокусированном излучении (диаметр пятна 20 мкм) увеличивало затраченную общую энергию разрушения (энергия импульса, умноженная на количество импульсов) для твердых образцов ЗКХ в 6—9 раз по сравнению с мягкими образцами.
Для слабосфокусированного излучения (диаметр пятна 1000 мкм) изучали эффективный коэффициент ослабления (µэфф), учитывающий суммарное влияние поглощения и рассеяния. Отмечено, что повышение энергии импульса (от 50 до 100 мДж) при диаметре пятна 1000 мкм значительно не меняло долю прошедшего света, т.е. не изменяло µэфф. Путем измерений на ИМО-2Н определено, что для твердых образцов ЗКХ µэфф ≈500 см–1, что примерно на три порядка превышало коэффициент поглощения для биологических тканей при воздействии лазером с излучением на длине волны λ=1,064 мкм (≈0,15 см–1) [15]. Это свидетельствовало о том, что существенный вклад в ослабление интенсивности проходящего излучения вносило рассеяние света, а не его поглощение. При облучении мягких образцов ЗКХ эффективный коэффициент µэфф ≈2400 см–1 был выше значений для твердых образцов практически в 5 раз. Это указывало на то, что при мягких формах помутнений ЗКХ рассеяние света было еще больше.
Уменьшение диаметра пятна с 1000 до 400 мкм приводило к возрастанию плотности энергии в 6 раз. Отмечено, что каждый последующий импульс приводит к уменьшению интенсивности прошедшего света, а следовательно — к росту рассеяния излучения и увеличению µэфф. При первых импульсах лазерного воздействия на мягкие образцы ЗКХ эффективный коэффициент изменяется незначительно. Дальнейшее продолжение импульсного воздействия приводит к его значительному росту. В твердых же образцах ЗКХ поведение µэфф определяется линейным ростом, связанным с увеличением количества импульсов. Так, уже через 10 импульсов наблюдали его рост до значений, характерных для мягких образцов (рис. 5).
Рис. 5. Динамика эффективного коэффициента ослабления µэфф, учитывающего суммарное влияние поглощения и рассеяния при многоимпульсном облучении для «твердого» и «мягкого» образцов ЗКХ при диаметре лазерного пятна 400 мкм. Экспериментальные данные и их аппроксимация.
В целом столь значительное увеличение µэфф, по всей видимости, связано с увеличением рассеяния света за счет формирования вновь образованных участков рассеяния, связанных с присутствием новых пор и пузырей, аналогично тому, как это происходит в хрящевой ткани [16].
В случае с мягкими образцами ЗКХ уровень µэфф исходно находился на уровне больших значений, поскольку рыхлая структура мягких образцов капсулы уже содержала большое количество полостей. Увеличение количества импульсов поначалу сильно не меняло µэфф, но в последующем (в среднем после 10-го импульса), по мере образования дополнительных пузырей и пор, он начинал резко расти. Такое развитие было характерно для мягких образцов капсулы, т.е. ткани с наименьшей прочностью. В случае с твердыми образцами ЗКХ µэфф исходно имел меньшее значение. Однако начиная с 3-го импульса отмечалось его линейное увеличение. Это могло указывать на то, что в результате последовательной модификации твердого образца ЗКХ в ее структуре возникали рассеивающие свет включения (поры и пузыри). Последние отличаются тем, что в твердых образцах ЗКХ они носят вновь образованный характер, а в мягких — присутствуют изначально. Таким образом, наличие исходно повышенной пористости мягких пленок теоретически должно позволять проводить ЛД ЗКХ с использованием параметров лазерного излучения на порядок ниже, чем для воздействия на твердые образцы ЗКХ. В связи с тем, что пропускание света для твердых исследуемых фрагментов в 5 раз выше, чем для мягких пленок, для ЛД твердой ЗКХ необходимо в 2—3 раза больше энергии, чем для мягкой. Все это можно объяснить неоднородным пределом прочности для структуры твердых и мягких образцов ЗКХ, а значит и различием в механизмах ЛД указанных тканей.
Оптическая когерентная томография при лазерном воздействии выявила различия в амплитутуде внутренних деформаций ткани: так, мягкие образцы ЗКХ имели большую амплитуду и длительный период релаксации после лазерного воздействия.
Для рассмотрения возможных механизмов ЛД ЗКХ с различными вариантами помутнений необходимо обратиться к общему обзору наиболее очевидных физических процессов, происходящих при взаимодействии лазерного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне с анизотропными гетерогенными структурами. Из известных процессов к таковым можно отнести лазерный пробой, образование плазмы и различных эффектов в жидкостях, твердых телах и газах. Среди многочисленных механизмов ЛД биологических тканей наиболее вероятными для ЗКХ могут считаться расширение объема нагретой воды, испарение, давление газовых пузырьков. Необходимо отметить, что за сверхкороткую продолжительность импульса в 8 нс (используется в современных YAG-лазерных установках) большинство из перечисленных процессов не успевает проявиться. В частности, парогазовые пузырьки не увеличиваются в размере, не происходит кипения воды, формирующиеся акустические волны и термомеханические напряжения за столь короткое время не приводят к значительному разрушению ткани, поскольку перечисленные изменения требуют большего времени. В связи с этим эффект ЛД ткани с большой долей вероятности проявляется преимущественно после завершения лазерного импульса.
В ходе дальнейшего изучения механизмов лазерного взаимодействия с тканью ЗКХ определяли в том числе температуру, которую регистрировали при однократном импульсе. Кроме того, оценивали так называемую температуру ЛД или абляции (Ta), которую фиксировали при получении перфорации (пробоя) в неоднородных по плотности образцах ЗКХ (мягких и твердых). В качестве источника лазерной энергии использовали штатную установку лазерного офтальмодеструктора.
Учитывая, что расстояние распределения тепла ((at)1/2=(2·10–3·8·10–9)1/2=4·10–6 см) и показатель произведения µэфф ((at)1/2=10–2) составляют значения, равные многим меньше единицы (<<1), то изменение температуры (∆T), получаемое при однократном импульсе, вычисляли, используя известное соотношение [17]:
∆T = B Ep /hC S0, (1)
где применительно к настоящему исследованию: B — доля не прошедшего через ЗКХ (поглощенного) излучения; Ep — энергия лазерного импульса; h — толщина ЗКХ; C — теплоемкость ЗКХ; S0 — площадь лазерного пучка.
Отмечено, что образование сквозного дефекта в мягких и твердых образцах ЗКХ имело место при Ep, имеющей значения 2 и 3 мДж соответственно. Численные вычисления, согласно формуле (1), показали, что лазериндуцированные значения изменения температуры (∆T) для мягких образцов ЗКХ составили в среднем 60 °C, для твердых — 90 °C (при B=5·10–4, C=4,2 Дж/см3, S0=4·10–6 см2). В качестве начального условия для численного моделирования Ta использовали среднюю температуру человеческого глаза в старшем возрасте (32,5 °C), наиболее подверженном развитию возрастной катаракты [18]. В связи с этим так называемая Ta в мягком образце ЗКХ, позволившая провести ее перфорацию, составила ≈90 °C. Таким образом, численное моделирование и его сопоставление с экспериментальными данными показали, что предел прочности у твердых образцов ЗКХ выше, чем у мягких. В результате этого получение пробоя в твердой пленке можно обеспечить за счет увеличения энергии и соответствующего повышения Ta до значений, равных ≈120 °C. При такой температуре достижение эффекта лазерной деструкции ЗКХ возможно как под действием давления газов, выделяющихся в процессе абляции ткани капсулы, так и в результате термического расширения перегретой воды и кипения внутритканевой жидкости.
Одним из условий, обеспечивающих деструкцию ЗКХ, необходимо считать наличие соответствия или равенства между давлением газового пузырька (Pb) или давлением, вызванным термическим расширением воды (Pw), с одной стороны, и пределом прочности ткани (в данном случае — капсулы хрусталика) — с другой. Зафиксированный в единицах измерения механического напряжения предел прочности (упругости) ЗКХ для мягких образцов составил 20 МПа, для твердых — 60 МПа.
Это позволило рассчитать Pb и Pw в соответствии с имеющимися формулами [19]:
Pb = P0 exp[— σ V0/(RkBT)], (2)
Pw = α∆TE, (3)
где применительно к настоящему исследованию: σ — поверхностное натяжение; V0 — молекулярный объем газа; R — радиус пузырька; α — коэффициент термического расширения воды; E — модуль упругости материала пленки; ∆T — изменение температуры.
Для мягких и твердых образцов ЗКХ сравнение показателей давления, рассчитанных по представленным выше формулам для температурных значений 90 и 120 °C соответственно, позволило определить участие наиболее заметных процессов при ЛД ткани, а также выявить основной механизм, вносящий максимальный вклад в разрушение образцов ЗКХ. Проведение сравнения показало, что давление, возникающее в результате расширения перегретой воды Pw, в сотни раз выше давления в газовых пузырьках. Так, для мягких образцов ЗКХ Pw оказалось равным 25 МПа. Pw для твердых пленок имело значение, равное 60 МПа. Сравнительная оценка позволила сделать заключение о том, что основным механизмом ЛД ЗКХ следует считать процесс термического расширения тканевой жидкости. Однако образование газовых пузырьков также имеет не определяющее, но важное значение. Установлено, что воздействие серией лазерных импульсов приводит к формированию парогазовых пузырьков, которые вызывают снижение предела прочности ЗКХ и повышение коэффициента эффективного поглощения µэфф, что в свою очередь приводит к увеличению доли не прошедшего через пленку излучения.
Поскольку проведение ЛД ЗКХ предполагает многоимпульсное воздействие на ткань, для оценки энергоемкости разрушения мы использовали уравнение баланса энергии:
BEpN=h[Q Sa+C∆TST+ΩSm]+K, (4)
где применительно к настоящему исследованию: N — количество импульсов; Q — энергоемкость ЛД, которая фиксируется как энергия, необходимая для роста термических напряжений до той величины, которая равна пределу прочности ЗКХ; Sa, ST, Sm — величины площади сквозной абляции (ЛД), нагрева и модификации пленки соотвестственно; ∆T —изменение температуры; Ω — энергоемкость модификации структуры ткани (показатель Ω отражает работу по созданию новых полых включений — пузырьков и пор); K=½ mV2 — кинетическая энергия продуктов разрушения в результате ЛД, где m — средняя масса вылетающих частиц, V — скорость движения частиц.
Влияние параметров многоимпульсной ЛД на площадь лазериндуцированных изменений в различных по плотности образцах ЗКХ представлено в табл. 1.
Таблица 1. Характеристика индуцированных лазерным излучением изменений после ЛД различных типов образцов ЗКХ
| Тип образца ЗКХ | Энергия импульса, мДж | Количество импульсов | Площадь сквозного разрушения, мкм | Площадь модифицированной зоны вокруг пробоя, мкм |
| Мягкий | 3±1 | 12 | 95±30 | 160±40 |
| Твердый | 9±2 | 30 | 40±5 | 70±10 |
Принимая во внимание, что скорость движения частиц обратно пропорциональна их массе, кинетическая энергия продуктов лазерной абляции, способных двигаться с большой скоростью, представляет собой избыточную энергию. Последнее может приводить к лазериндуцированным осложнениям. Проведенная оценка кинетической энергии продуктов разрушения во время ЛД показала, что при обычно используемых режимах ЛД доля избыточной энергии может достигать уровня 60% от общей затраченной энергии, доставленной в ткань. При этом протяженность разнонаправленного разлета продуктов разрушения в таком случае может достигать нескольких миллиметров, что способно вызвать разрушения не только в зоне вмешательства, но и за ее границами. На возможность развития повреждений различных структур глаза, в том числе роговицы, связанных с выполнением ЛД, указывалось в начале статьи.
Поскольку кинетическая энергия разлетающихся продуктов разрушения пропорциональна квадрату их скорости, для уменьшения побочных эффектов, связанных с коллатеральным фотодеструктивным действием на внутриглазные структуры, целесообразно уменьшение лазерной энергии до безопасных уровней. Достижение такого результата должно обеспечиваться не за счет повышения энергии, а за счет увеличения кратности лазерных импульсов. Ранее проведенное исследование зависимости коэффициента эффективности поглощения µэфф ЗКХ от количества лазерных импульсов показало, что для рассечения мягких образцов капсулы целесообразно уменьшение энергии после первых 8—10 импульсов с 2—3 до 1—2 мДж, что позволяет уменьшить избыточную энергию и снизить скорость разлетающихся продуктов деструкции ткани. Линейное увеличение µэфф при рассечении твердых образцов указало на целесообразность использования в начале лазерной операции (первые импульсы) пятна большего (до 30—35 мкм) диаметра при энергии, равной 4—5 мДж. При этом вновь образованные в толще ЗКХ полости — поры и пузыри — уменьшают прочность модифицированной ткани, постепенно приближая ее к свойствам, характерным для мягких образцов. В этом случае менее точная фокусировка лазерного воздействия позволяет ослабить плотность энергии и уменьшить часть избыточной энергии, минимизировав таким образом отрицательное влияние лазерного нагрева на соседние ткани.
Результаты клинического исследования. О возможности коллатерального индуцированного лазером повреждения внутриглазных структур шла речь в начале статьи. В одну из задач настоящей работы входило исследование возможного влияния лазерного излучения на эндотелий роговицы при рассечении пленок ВК с различной оптической плотностью в двух группах сравнения. Следует отметить, что пороговый уровень энергии подбирали до получения перфорации в ЗКХ. Зафиксированный пороговый уровень энергии имел значительную разницу в группах сравнения ввиду неоднородной плотности облучаемых вариантов ЗКХ с помутнениями. Так, средние значения энергии в 1-й группе (плотные фиброзные формы ВК) равнялись 4,7±1,1 мДж, во 2-й группе (мягкие формы ВК) — 2,9±0,6 мДж (p<0,05). Значимые различия прослеживались и в суммарных значениях энергии между группами, которые составили 119 и 43 мДж в 1-й и 2-й группах соответственно (p<0,05). Выше уже указывалось, что исходные параметры роговицы в группах при их сравнении отличались друг от друга из-за изначально имеющей место сопутствующей патологии роговицы в 1-й группе. В связи с этим для изучения безопасности лазерных вмешательств представляло интерес исследование изменений роговицы до и после лазерного воздействия внутри самих групп. В табл. 2 приведены результаты сравнительного анализа показателей, демонстрирующих состояние роговицы в динамике.
Таблица 2. Динамика показателей роговицы в группах сравнения до и после лазерного вмешательства
| Показатели роговицы | 1-я группа (плотные ВК), М±σ | 2-я группа (мягкие ВК), М±σ |
| Толщина роговицы, мкм | ||
| до ЛД | 0,547±0,042 | 0,512±0,028 |
| после ЛД | 0,556±0,041 | 0,517±0,033 |
| p | 0,0651 | 0,0788 |
| Плотность клеток ЗЭР, кл/мм2 | ||
| до ЛД | 1462±793 | 2072±801 |
| после ЛД | 1318±685 | 2019±703 |
| p | 0,0481 | 0,1179 |
| Средняя площадь клеток ЗЭР (AVG), мкм2 | ||
| до ЛД | 696±322 | 567±249 |
| после ЛД | 875±386 | 601±264 |
| p | 0,0085 | 0,0831 |
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения p-критерия ниже 0,05.
Из данных, приведенных в табл. 2, следует, что показатель толщины роговицы в обеих сравниваемых группах не претерпел значительных изменений после лазерного вмешательства (p>0,05). Другой показатель — плотность клеток ЗЭР — при сравнении до и после ЛД имел значимые различия только в 1-й группе (p<0,05). Во 2-й группе разница по этому же показателю была незначимой (p>0,05). Обращает на себя внимание тот факт, что показатель потери клеток ЗЭР в 1-й группе коррелировал с суммарными значениями энергии (Rp=0,42; p=0,05). Во 2-й группе эта корреляция была менее очевидной. Показатель средней площади клеток ЗЭР после лазерного воздействия также претерпел изменения. Его значимое увеличение после проведения ЛД было отмечено в 1-й группе, что указывало на усиление полимегатизма клеток ЗЭР. При этом разница между показателями средней площади клеток до и после лазерного лечения в 1-й группе составила 179 мкм2 (p<0,009). Во 2-й группе также имело место увеличение данного показателя, но оно не носило значимого характера (p=0,08).
Заключение
Результаты модельного эксперимента с использованием изолированных образцов ЗКХ с фиброзными помутнениями, соответствующими твердой форме ВК, показали присутствие точечных сквозных перфораций звездчатой формы диаметром 50±20 мкм. Вокруг области микроперфораций формировалась зона модифицированной ткани с несквозным разрежением и истончением ЗКХ размером 100—200 мкм. Указанные изменения свидетельствовали о том, что в зоне непосредственного лазерного воздействия происходило резкое и сильное возрастание давления, и это вызывало формирование сквозного разрыва ЗКХ. Уменьшение давления по мере удаления от эпицентра приводило лишь к развитию несквозного повреждения ткани и уменьшению плотности образца капсулы.
Лазериндуцированные повреждения в мягком образце ЗКХ имели вид сквозных перфораций неправильной формы, в несколько раз превышающих по размерам повреждения в твердых образцах. Размер таких повреждений мог достигать 200 мкм и более. Неправильная форма повреждений и их большие размеры в мягких образцах ЗКХ обусловлены неравномерным распределением термомеханических напряжений в исходно пористой структуре облучаемой ткани.
Результаты изучения оптического пропускания помутневшей ЗКХ с различной степенью плотности показали, что на коэффициент эффективного поглощения излучения ND:YAG-лазера с длиной волны 1,064 мкм влияют главным образом процессы рассеяния света. Доказано, что коэффициент эффективного поглощения излучения ND:YAG-лазера для мягких образцов в 5 раз выше, чем для твердых образцов ЗКХ.
Установлено, что основным механизмом ЛД ЗКХ является термическое расширение перегретой тканевой жидкости, возникающее сразу после завершения лазерного импульса. Образование газовых пузырьков, сопровождающее процесс деструкции ткани, тоже играет важную, но не определяющую роль в механизме ЛД. Роль газовых пузырьков заключается в снижении предела жесткости ткани и увеличении коэффициента эффективного поглощения, что в свою очередь также способствует уменьшению прочности ткани ЗКХ и ее разрушению.
Определено, что температура для ЛД, необходимая для достижения эффекта пробоя в мягких образцах ЗКХ, составляет около 90 °C, в твердых (фиброзных) — 120 °C. Температурные значения, как и значения энергии лазерной фотодеструкции, зависят от предела прочности ткани капсулы. Установлено, что уровень энергии лазерного излучения, вызывающий повреждение капсулы при остросфокусированном плотном (диаметр пятна 20 мкм) излучении, для мягких образцов ЗКХ составляет 2 мДж, для твердых (плотных) пленок — 3 мДж.
Полученные в эксперименте результаты указывают на то, что достижение конечного результата — деструкции ткани ЗКХ — безопаснее обеспечивать за счет увеличения кратности лазерных импульсов, а не повышения энергии. Предполагается, что такой подход позволит снизить побочный фотодеструктивный эффект лазерных воздействий, связанный с коллатеральным эффектом, оказываемым на соседние анатомические структуры глаза.
Результаты исследования в клинической практике указывают на достоверное влияние плотности ЗКХ на показатели роговицы после лазерного вмешательства, что в свою очередь обусловлено необходимостью подбора максимальных значений энергии для получения пробоя при рассечении твердых вариантов ВК. Присутствие роговичного трансплантата или дегенеративных изменений в роговице при изначально имеющемся дефиците клеток ЗЭР способствует появлению или усилению полимегатизма клеток, что указывает на возможный риск усугубления патологического процесса после проведения лазерного вмешательства.
Таким образом, существующие технологии ЛД, к сожалению, не гарантируют безопасность лазерных вмешательств. В связи с этим полученные в эксперименте данные о механизмах ЛД при рассечении капсулы хрусталика должны способствовать разработке новых и совершенствованию уже известных технологий, направленных на уменьшение рисков, связанных с проведением лазерного вмешательства.
Благодарности
Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Государственного задания ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части теоретического исследования динамики процессов лазерного воздействия при лазерной деструкции капсулы хрусталика и ОКТ-исследования структурных изменений, а также РФФИ (проект №20-02-00486) в клинической части экспериментального исследования и гистологического анализа изменений в капсуле хрусталика, индуцированных лазерным излучением.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования: А.Г., О.Б.
Сбор и обработка материала: А.Г., Е.М., Е.К.
Статистическая обработка данных: А.Ю.
Написание текста: А.Г., О.Б.
Редактирование: Ю.Ю.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.