Аветисов С.Э.
ФГБУ «НИИГБ» РАМН, Москва
Биомеханика – раздел биофизики, изучающий механические аспекты строения и функционирования биологических систем и их взаимодействия с окружающей средой. Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи: биологические макромолекулы, клетки, ткани, органы, системы органов, а также целые организмы и их сообщества.
Биомеханика глаза определена как синергетическая дисциплина, основывающаяся на аналитических и экспериментальных результатах морфологии, биологии, физиологии, офтальмологии, физики, механики, гидродинамики и теории процессов управления и рассматривающая глаз, его структурные элементы и их исполнительные механизмы как биомеханические, гидродинамические системы и системы автоматического управления. При этом исследования проводят в следующих основных направлениях:
• биомеханические свойства глазных структур и тканей;
• биомеханика внутриглазных систем управления (аккомодационной, глазодвигательной, системы циркуляции водянистой влаги и т.д.);
• биомеханика взаимодействия внутриглазных регуляторных систем;
• биомеханика функционирования внутриглазных клеток и взаимодействий на клеточном уровне;
• биомеханика глазной травмы;
• биомеханика офтальмохирургии и послеоперационного периода;
• биомеханика внутриглазных имплантатов и хирургических инструментов;
• биомеханика эволюционного и приспособительного развития человеческого глаза и биомеханика глаз животных.
Актуальность исследования биомеханических свойств роговицы обусловлена рядом клинических потребностей, связанных с появлением новых методов изучения биомеханики, необходимостью диагностики и мониторинга эктатических заболеваний роговицы, адекватным выбором параметров кераторефракционных операций, правильной интерпретацией показателей внутриглазного давления (ВГД) и, как следствие – адекватной оценки уровня ВГД и мониторинга глаукомного процесса.
Исследование биомеханических свойств роговицы развивается в трех основных направлениях: экспериментальные исследования, математическое моделирование и прижизненное изучение.
Экспериментальные исследования на основе офтальмомеханографии выявили, что роговица отличается биомеханической анизотропией и неоднородностью. Материал роговицы, вырезанный в радиальном направлении, обладает наибольшей прочностью и запасом деформативной способности. По мере удаления от радиального направления величины указанных характеристик снижаются.
Результаты экспериментальной оценки основных упругопрочностных показателей роговой оболочки глаза неоднородны, что, по всей видимости, обусловлено как различными условиями эксперимента, так и нелинейными биомеханическими свойствами материала роговицы. При этом данные механических испытаний образцов изолированной роговицы не могут в достаточной степени соответствовать реальным характеристикам этой ткани.
Еще один экспериментальный подход был разработан в НИИ глазных болезней РАМН на основе принципа исследования распределения механических напряжений в роговице с помощью люминесцентной полярископии. В результате было выявлено, что на интактных роговицах напряжение распределялось достаточно равномерно и увеличение уровня интракамерального давления существенно не меняло картину. После радиальной кератотомии основная механическая нагрузка приходилась на среднюю периферию роговицы, в особенности на дно кератотомических надрезов. При абразии роговицы основное напряжение распределялось в пределах зоны истончения и повышение интракамерального давления только увеличивало нагрузку на остаточную строму, что могло обусловливать миопический сдвиг рефракции. При значительном истончении роговицы и нормальном интракамеральном давлении в зоне эктазии напряжение было выше, чем вокруг нее, тогда как при подъеме давления в зоне потенциальной кератэктазии наблюдали снижение напряжений, хотя в целом напряжения в строме возрастали. Наибольшие напряжения были отмечены вокруг зоны истончения.
Основным препятствием корректного математического моделирования является анизотропность роговицы. Поскольку большинство предложенных моделей не учитывают данное свойство роговицы, это ограничивает их применение в практической офтальмологии.
Ряд разработанных методик, которые авторы позиционировали как потенциально прижизненные методики исследования биомеханических свойств роговицы, так и не были перенесены в широкую клиническую практику: голографическая интерферометрия, электронная спекл-интерферометрия, динамическая визуализация роговицы, применение индентора и аппланации роговицы, метод фотоупругости, анализ топограмм роговицы, эффект двойного преломления лучей интактной роговицей с помощью поляризационных линз и компьютерной обработки.
Следует отметить, что на сегодняшний день не существует общепринятого метода прижизненного исследования биомеханических свойств роговицы. Попытки исследования биомеханических свойств роговицы in vivo, как правило, основаны на оценке изменения ее формы в ответ на какое-либо механическое воздействие. Это воздействие может осуществляться путем аппланации роговой оболочки струей воздуха (пневмотонометрия с динамической двунаправленной аппланацией роговицы) или тонометрами Маклакова различного веса (эластотонометрия), а также импрессии роговицы тонометром Шиотца (определение коэффициента ригидности по Фриденвальду). Однако при этом нельзя исключить возможного влияния на показатели биомеханических свойств внутриглазного давления, поскольку механическому усилию противодействуют две близкие по своей направленности силы: внутриглазное давление и «упругость» роговицы.
Страницы: 1 2
