Рис. 1. Биомеханическая испытательная установка в момент прокалывания образца
Рис. 2. Варианты изменчивости биомеханических свойств радужек по глубине. Результаты послойного измерения динамических вязко-пластических свойств тканей методом индентирования с постоянной скоростью
За последнее десятилетие фундаментальные научные исследования в офтальмологии показали, что биомеханика глаза может частично объяснить механизмы, вовлеченные во многие офтальмологические расстройства, такие как невропатии диска зрительного нерва, аметропия, пресбиопия, катаракта, патология роговицы, отслойка сетчатки, макулярная дистрофия сетчатки и глаукома. Однако изучение биомеханики в офтальмологии находится скорее на начальном этапе. Так, радужная оболочка рассматривается только с функциональной и сосудистой точек зрения, а детальное изучение биомеханических ее свойств пока не проводилось.
Это исследование направлено на развитие идеи о том, что изучение биомеханических свойств радужки имеет перспективы на будущее. Оно необходимо, так как мы получили данные о различном поведении радужной оболочке при одинаковой степени мидриаза. Такое различие может быть объяснено биомеханическими свойствами радужной оболочки, в частности, различным поведением сосудистого слоя.
Цель
Изучить вязкопластические свойства различных слоев радужной оболочки глаза.
Материал и методы
Экспериментальный материал был получен из радужной оболочки глаз во время синустрабекулэктомии у 20 пациентов в возрасте 60-70 лет с первичной открытоугольной глаукомой II-III стадии.
После формирования колобомы радужки, для предотвращения дегидратации образцов, их помещали в специальный контейнер с изотоническим раствором хлорида натрия 0,9%-м. С помощью испытательного прибора, оказывающего разрушающее (поступательным проникновением индентора в ткани) воздействие на образцы тканей радужной оболочки глаза, были получены данные о динамической вязкости вещества слоев тканей радужки (рис. 1).
Для этого совершали прокол каждого образца, расправленного в капле физраствора на твердой восковой поверхности, с внешней стороны радужки, стараясь сориентировать клиновидный индентор поперек крипт. Для проведения механического теста использовали сапфировый индентор односторонне скошенной клиновидной формы диаметром 0,5652 мм с программируемой постоянной скоростью подачи (4 мл/час) и системой оценки усилия, передаваемого через образец на датчик (частота регистрации – 5 значений /сек; разрешение по усилию 0,02 гс). После обработки были получены данные разрушающего усилия плунжера по мере его прохождения через структуры радужки с равной скоростью (динамическая вязкость) и интегральное вязкое сопротивление каждого из слоев при заданной скорости вдавливания, близкое к величине предельной устойчивости образца. Все образцы были испытаны по специальной программе, разработанной для экспериментального стенда в режиме реального времени.
Результаты и обсуждение
Во всех протестированных образцах была обнаружена выраженная неоднородность биомеханических свойств по глубине. Каждый образец радужки проявил трехзонное строение, которое можно схематично сопоставить с бессосудистой частью стромы (S), богатой сосудами рыхлой частью стромы (V) и структурным комплексом, включающим мышечные волокна и пигментный листок с его (условной) базальной мембраной (M).
При этом было отмечено, что первая и вторая биомеханические зоны составляют большую часть радужки по глубине (рис. 2). Наиболее состоятельной в биомеханическом выражении является бессосудистая часть стромы (на диаграмме отмечена «S»). Она характеризуется как наибольшими усилиями вязкого динамического сопротивления индентору (0,4-2,0 гс/мм2·с), так и наибольшим интегральным усилием на разрыв (до 4,9·10-2 Н).
Наименьшей динамической вязкостью обладает внутренняя сосудистая часть стромы («V» на рис. 2). При этом образцы сильно разнятся как по биомеханическим характеристикам этого «слоя», так и по его относительной толщине. В отдельных радужках он может быть значительным по толщине (50-70 мкм), но при этом практически не оказывать сопротивления индентированию (0,0-0,2 гс/мм2·с), что по биомеханическим характеристикам соответствует полостям в тканях (образец №3 на рис. 2). Возможно, что такая низкая биомеханическая компетентность второго слоя связана со сближенными просветами сосудов. В ряде случаев (образец №2 на рис. 2) толщина этой рыхлой структуры незначительна. Было отмечено, что при частичной дегидратации образца (например, в результате ошибок при подготовке образца к испытанию), эта биомеханически несостоятельная структура полностью спадается и перестает себя проявлять.
Третья структура (слой «M») имеет толщину 70-120 мкм, иногда проявляет двучленное строение (образец №3 на рис. 2). Динамические вязко-пластические характеристики слагающих ее тканей, как правило, немного ниже, чем у передней бессосудистой стромы радужки (0,4-1,8 гс/мм2·с). Однако интегральное сопротивление индентору (при его прохождении на полную толщину) может быть наибольшим среди всех рассматриваемых «слоев» (до 9,9·10-2 Н), что, вероятно, определяется длительным прохождением индентора через относительно толстую мышечную ткань (образец №2 на рис. 2).
Выводы
Впервые была изучена изменчивость по глубине биомеханических свойств периферической части радужки без строгой привязки к ее архитектонике. Выявлено три слоя, отличающихся по уровню биомеханической состоятельности. Доказано наличие относительно рыхлого слоя между передней бессосудистой стромой радужки, обладающей максимально выраженными вязко-пластическими свойствами, и структурным комплексом, включающим в себя мышцу и задний пигментный листок.
