Морфологические и биомеханические изменения склеры после воздействия диодного лазера. Экспериментальное исследование

     Несмотря на имеющиеся успехи, достигнутые в ранней диагностике и лечении глаукомы, доля больных с глаукомой неуклонно увеличивается [12]. Предполагают, что изменение эластичности и упругости склеральной оболочки может являться одним из ключевых факторов развития глаукомы [1, 5-9, 13, 18, 20].

    Большинство хирургических вмешательств при терминальной глаукоме травматичны и направлены на коррекцию гидродинамики и ригидности склеральной оболочки глаза [14, 17, 19]. По мнению Светловой О.В. с соавт. (2003) уменьшение ригидности склеральной оболочки глаза может происходить за счет изменения наружных высокоригидных слоев склеры и эффективного включения в работу более глубоких ее слоев, не потерявших своих упругопластических свойств [10, 11, 15-17]. Контактная транссклеральная диод-лазерная циклофотокоагуляция (КТДЦК) в последние годы получила широкое распространение как метод, позволяющий не только снизить офтальмотонус, но и купировать болевой синдром [2-4]. Однако биомеханические и морфологические исследования фиброзной оболочки глаза после воздействия диодного лазера не теряют свою актуальность и в настоящий момент.

    Разрабатываемые сегодня биомеханические модели оказываются весьма полезными для разработки способов профилактики и лечения различных глазных заболеваний, следовательно, изучение биомеханических свойств склеры позволит создать и разработать новые методы лечения глаукоматозной оптиконейропатии [21].

    Цель

    Исследовать морфологические и биомеханические изменения склеры после воздействия диодного лазера с длиной волны 810 нм в эксперименте.

    Материал и методы

    Исследовано 12 изолированных фрагментов склеры 12 кадаверных глаз человека; возраст – от 60 до 70 лет, 4 – мужчин, 2 – женщин.

    Среднее значение передне-задней оси (ПЗО) кадаверных глаз – 23,56±3,06 мм (20,05-26,62), измерение проводилось с помощью электронного штангенциркуля (Heyco, Германия). Исходя из данных ПЗО, все кадаверные глаза были разделены на группы по типу осевой рефракции глаз. C гиперметропическим типом рефракции – 4 глаза, с миопическим типом рефракции – 4 глаза, с эмметропическим типом рефракции – 4 глаза. Критериями отбора кадаверных глаз являлись наивысшая атропиновая проба и срок забора материала до 14 часов.

     Критериями исключения являлись глаза с травмами, оперативными вмешательствами ранее, наличие в анамнезе общих заболеваний соединительной ткани.

    Образцы склеры стандартной ширины 5 мм выкраивались микрохирургическим лезвием из заднего полюса глаза, после чего подвергались воздействию диодного лазера АЛОД-1 (Россия) c длиной волны 810 нм. (энергия Е – 900 мДж, экспозиция – 5 с). Контрольной группой являлись образцы склеры этих же глаз без произведения воздействий на них.

    Затем фрагменты склеры культивировались в среде с 96% содержанием DMEM/F12, 3% фетальной телячьей сывороткой и 1% содержанием антибиотиков. Срок культивирования составил 14 дней со сроком смены среды каждые 2 дня. Исследование проводилось при поддержке центра фундаментальных и прикладных медико-биологических проблем ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова».

    Во время транспортировки фрагментов склеры в лабораторию для биомеханических испытаний использовалась среда Борзенка-Мороз для хранения роговицы.

    Биомеханические испытания образцов склеры проводились в однократном режиме нагружения, вплоть до разрыва на универсальной испытательной машине Инстрон-3322. На экране монитора фиксировалась кривая зависимости удлинения образца от приложенной нагрузки, после обработки которой вычислялись соответствующие упруго-прочностные показатели склеры. Исследования проводились в лаборатории прочности и пластичности металлических и композиционных материалов и наноматериалов № 10 ФГБУ «ИМЕТ РАН им. А.А. Байкова» (зав. лабораторией – к.т.н. Севостьянов М.А.).

    После проведения биомеханических испытаний склеральная ткань опускалась в 10% раствор формалина и исследовалась с помощью растрового ионно-электронного микроскопа Quanta 200 3D. Исследования проводились в ФГБУ «НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи».

    С помощью сканирующего электронного микроскопа Quanta 200 3D был проведен анализ морфологии склеральной ткани после лазерного воздействия. Для проведения электронной сканирующей микроскопии образцы склеральной ткани подвергались напылению золотом до 1 мм при Р=10^-2АТМ.

    Результаты

     При исследовании биомеханических свойств фрагментов склеры заднего полюса глаза после диод-лазерного воздействия отмечено увеличение показателей прочности и Модуля Юнга. При сравнении с контрольной группой прочностные показатели склеральной ткани после воздействия диодного лазера достоверно (р<0,05) увеличивались и составили 17,3±1,1 Мпа у лиц с гиперметропическим типом осевой рефракции, 13,6±1,8 Мпа – с миопическим типом осевой рефракции, 17,1±1,4 Мпа – с эмметропическим типом (табл. 1).

    Величина Модуля Юнга достоверно (р<0,05) увеличивалась в образцах склеры, подвергнутых ранее воздействию лазера, и составила 49,1±2,1 Мпа у лиц с гиперметропическим типом осевой рефракции, 32,2±2,8Мпа – с миопическим типом осевой рефракции, 48,9±1,5 Мпа – с эмметропическим типом рефракции (табл. 2).

    Показатели прочности и МЮ увеличиваются во всех образцах склеры, вне зависимости от типа осевой рефракции. Наименьшими прочностными характеристиками обладают фрагменты склеры с миопическим типом осевой рефракции, что обусловливает изменения патогенетического статуса изначально.

    При проведении электронной сканирующей микроскопии культивированных образцов склеры после воздействия лазера выявлялись морфологические изменения склеры по сравнению с группой контроля (рис. 1-3).

    Наиболее выраженные морфологические изменения склеры выявлены у лиц с миопическим типом осевой рефракции, проявляющиеся в частности утолщением коллагеновых волокон, хаотичным расположением в пространстве, увеличением расстояния между пучками коллагеновых фибрилл и образованием тонких коллагеновых структур паутинообразной консистенции между волокнами (рис. 1, 2).

    При проведении электронной сканирующей микроскопии культивированных образцов склеры после воздействия лазера у лиц с гиперметропическим и эмметропическим типом осевой рефракции обнаружены морфологические изменения склеры при сравнении с группой контроля (рис. 3-6).

    Морфологические изменения склеры проявлялись в утолщении коллагеновых структур, увеличении расстояния между пучками коллагеновых фибрилл и образовании единичных тонких паутинообразной консистенции коллагеновых структур между волокнами.

    Обсуждение

     Исследование биомеханических свойств склеры заднего полюса глаза после воздействия диодного лазера показало увеличение показателей прочности и Модуля Юнга во всех образцах склеры в не зависимости от рефракции глаза. Полученные результаты демонстрируют высокую корреляционную связь прочности и Модуля Юнга (МЮ) во всех группах.

    Инволюционные изменения склеры на морфологическом уровне сводятся к более плотной упаковке фибрилл, уплотнению основной цементирующей субстанции, в которой происходит качественное и количественное перераспределение гликозаминогликанов (ГАГ), однако после воздействия диодного лазера наблюдается утолщение коллагеновых волокон, увеличение расстояния между пучками коллагеновых фибрилл и образование единичных тонких паутинообразных коллагеновых структур между волокнами, в результате чего изменяются биомеханические параметры склеры.

    Исходя из данных отечественной литературы, большинство хирургических вмешательств направлены на коррекцию гидродинамики и ригидности глазного яблока при далеко зашедших и терминальный стадиях глаукомы, являются травматичными и требуют длительного послеоперационного периода лечения. В настоящий момент офтальмологическое общество занимается поиском новых, малотравматичных способов лечения глаукомы и глаукомной оптиконейропатии. Учитывая изменения биомеханических свойств, данные настоящего исследования могут быть использованы для построения математической модели фиброзной оболочки глаза и позволят в дальнейшем разработать новые патогенетически направленные методы лечения глаукомной оптиконейропатии.

    Выводы

    1. Прочностные показатели образцов склеральной ткани после воздействия диодного лазера увеличиваются на 30% у всех лиц вне зависимости от рефракции глаза, что может иметь значение при разработке новых методов лечения глаукомной оптиконейропатии.

    2. Наименьшими биомеханическими характеристиками обладают фрагменты склеры с миопическим типом рефракции, что обуславливает выраженные изменения биомеханического статуса изначально по сравнению с другими типами рефракции.

    3. Диодное лазерное воздействие приводит к выраженным морфологическим изменениям склеры, что на биомеханическом уровне сопровождается увеличением прочностных характеристик ткани.