Автореферат и диссертация по медицине (14.00.08) на тему:Экспериментальное изучение возможностей применения лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза с рефракционной целью

На правах рукописи

003056185

Сипливый Владимир Иванович

Экспериментальное изучение возможностей применения лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза с рефракционной целью

14.00 08 - глазные болезни

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва-2007

003056185

Работа выполнена на кафедре глазных болезней Московской Медицинской Академии им И М Сеченова

Научные руководители Член корр РАМН, профессор

Аветисов Сергей Эдуардович

доктор медицинских наук, профессор Большунов Андрей Валентинович

Официальные оппоненты

доктор медицинских наук Степанов Анатолий Викторович

Ведущая организация

доктор медицинских наук Шелудченко Вячеслав Михаилович

Российский Университет Дружбы Народов

Защита состоится «16» апреля 2007 г в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 001 040 01 при Государственном учреждении научно-исследовательском институте глазных болезней РАМН по адресу 119021, г Москва, ул Россолимо, д 11А

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ НИИ глазных болезней РАМН

Автореферат разослан «14» марта

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук

2007 г

Макашова Н В

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Рефракционные нарушения в настоящее время являются основной причиной обращения пациентов к офтальмологу Хотя в последнее десятилетие значительно расширились возможности методов исследования рефракции глаза и исправлений его оптических аномалий, тем не менее проблема полноценной оптической коррекции остается актуальной и на сегодняшний день Если в недавнем прошлом задача врача осложнялась ограниченными возможностями существующих технологий, то теперь возникает проблема выбора среди множества способов коррекции в каждом отдельном случае Сейчас не существует адекватного способа прижизненной оценки биомеханических свойств тканей конкретного глаза, вследствие этого существующие биомеханические модели не позволяют с большой точность предсказать результат какого-либо рефракционного вмешательства Только эмпирическое прогнозирование основанное на большой базе данных позволяет решить данную проблему Поэтому для разработки новых подходов к коррекции рефракционных нарушений требуются обширные экспериментальные исследования

Наиболее распространенными методами коррекции рефракционных нарушений остаются очки и контактные линзы, однако они не всегда решают проблему зрительной реабилитации таких пациентов как в клиническом, так и в социальном аспекте Основными показаниями к хирургической коррекции аметропий являются непереносимость очковой и контактной коррекции, высокая анизометропия и невозможность использования «традиционных» методов коррекции из-за особенностей профессиональной деятельности (С Э Аветисов 1985)

Наибольшую известность получили кераторефракционные вмешательства (ФРК, ЛАСИК) производимые в центральной оптической

зоне роговицы с помощью ультрафиолетового излучения эксимерных лазеров Эти операции неизбежно затрагивают центральную оптическую зону роговицы, что предопределяет особенности возможных послеоперационных осложнений («хейз», диффузный ламеллярный кератит, врастание эпителия под лоскут роговицы после ЛАСИК, инфекционные кератиты, ятрогенный кератоконус и др) Ряд исследователей отмечают уменьшение прочностных свойств роговицы после проведения подобных операций (С Э Аветисов, В Р Мамиконян, Г В Воронин 2003)

Не прекращаются исследования, направленные на повышение безопасности кераторефракционных вмешательств Так разработка технологии ЛАСИК, при которой сохраняется эпителий роговицы, позволила уменьшить частоту инфекционных осложнений, по сравнению с разработанной ранее ФРК В последние годы ведутся изыскания направленные на уменьшение толщины роговичного лоскута при проведении ЛАСИК

Анализ причин осложнений различных процедур позволяет сделать вывод, что существенного повышения безопасности рефракционных вмешательств для глаза можно добиться при проведении операций вне центральной оптической зоны роговицы Кроме того, для сохранения механических свойств роговицы, нужно избегать значительного уменьшения ее толщины

Отмечается рост интереса исследователей к нехирургическому обратимому методу коррекции рефракционных нарушений -ортокератологии Сущность его заключается в том, что с помощью жесткой контактной линзы специальной конструкции на несколько часов (обычно на ночь) изменяется кривизна роговицы После снятия линзы - роговица сохраняет свою форму в течение дня Чтобы поддерживать достигнутый результат процедуру нужно повторять регулярно, иначе рефракция глаза вернется в прежнее состояние Несмотря на малую инвазивность процедуры, некоторые авторы отмечают повышение риска инфекционных заболеваний

роговицы у пациентов пользующихся этим методом коррекции (Young A L , Leung А Т , Cheng L L et al 2004)

Одним из перспективных путей поиска новых малоинвазивных технологий рефракционной хирургии является изучение явления пластической деформации биоткани при тепловом воздействии лазерного излучения Этот эффект впервые был описан для хрящевой ткани (Emil Sobol 1995) Были проведены биомеханические и гистологические исследования изменений свойств роговицы и склеры под воздействием ИК-лазерного излучения (Э Н Соболь, А В Большунов и др 2002, А В Большунов, Э Н Соболь, А А Федоров, и др 2003)

Экспериментальное изучение возможностей применения лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза с рефракционной целью может представлять большой интерес При ортокератологических процедурах уплощение роговицы достигается в течение 6-12 часов, в то время как пластическая деформация ткани при комбинированном механическом и лазерном воздействии происходит за несколько минут Подобная технология может обладать всеми преимуществами свойственными ортокератологии, при меньшем времени механического воздействия, а значит и меньшем риске возможных осложнений

Цель исследования

Экспериментальное изучение возможностей применения лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза (комбинации ИК-лазерного и механического воздействия) с рефракционной целью

Задачи исследования.

1 Исследовать возможности рефракционного воздействия лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза под действием механической нагрузки

2 Экспериментально апробировать различные паттерны облучения инфракрасным лазерным источником (длина волны излучения 1,56 мкм) и разные варианты приложения механической нагрузки с целью выявления самых эффективных их сочетаний

3 Углубленно изучить полученную методику для выявления основных механизмов индуцированных рефракционных изменений и обосновать теоретическими расчетами их возможность

4 Изучить морфологические изменения фиброзной оболочки глаза и подлежащих тканей, индуцированные апробируемой методикой, с целью проверки ее безопасности для глаза

5 Основываясь на данных об основных механизмах апробируемой методики и последующих морфологических изменениях, внести в нее поправки, обеспечивающие максимально возможный рефракционный эффект при минимальном повреждении структур глаза

6 Исследовать поправленную методику в допустимом диапазоне плотностей мощности облучения для изучения возможности дозирования рефракционного эффекта и его стабильности

7 Разработать рекомендации для применения полученной методики в клинике

Научная новизна

Впервые, на глазах экспериментальных животных детально исследованы возможности рефракционного воздействия

лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза под действием механической нагрузки

По результатам экспериментальных исследований, подсчета потери клеток ЗЭР и конфокальной микроскопии, на кроликах, определен безопасный уровень облучения роговицы ИК-лазерным излучением на длине волны 1,56 мкм Полученные данные позволили уточнить допустимые параметры исследуемых методик

Разработана математическая модель поведения фиброзной оболочки глаза в условиях локального термического воздействия ИК-лазерным облучением Расчетные параметры модели соответствуют полученным экспериментально

В процессе решения поставленных в работе задач, разработана методика подсчета плотности клеток ЗЭР Оригинальное программное обеспечение позволяет распознавать отдельные клетки в автоматическом режиме либо указывать их положение вручную Кроме подсчета количества клеток на единицу поверхности реализован подсчет площади каждой отдельной клетки и построение диаграммы частоты встречаемости клеток различной площади Для анализа пригодно любое цифровое изображение с известным масштабом

Научно-практическая значимость работы.

Предложена рефракционная методика основанная на комбинированном механическом и ИК-лазерном воздействии на роговицу глаза, обладающая низким уровнем осложнений

Разработана теоретическая модель изменения рефракции глаза в результате комбинированного механического и ИК-лазерного воздействий на фиброзную оболочку глаза

Определены безопасные для роговицы параметры ИК-лазерного облучения на длине волны 1,56 мкм

Метод анализа состояния клеток ЗЭР, основанный на оригинальном программном обеспечении Доступен подсчет плотности клеток на единицу поверхности, построение диаграммы частоты встречаемости клеток разной площади Пригодно любое цифровое изображение клеток ЗЭР с известным масштабом, что позволяет реализовать методику на доступной аппаратуре

Основные положения выносимые на защиту.

1 Рефракционная технология основанная на явлении ИК-лазер индуцированной пластической деформации роговицы, обладающая преимуществами свойственными ортокератологии, при меньшем времени механического воздействия и связанным с этим риском осложнений

2 Методика рефракционной термосклеропластики излучением эрбий-стеклянного волоконного лазера на длине волны 1,56 мкм

3 Расчетная модель рефракционных изменений в результате комбинированного механического и ИК-лазерного воздействий на фиброзную оболочку глаза

Внедрение результатов работы в практику.

На базе ГУ НИИ глазных болезней РАМН продолжаются исследования новой рефракционной методики основанной на явлении ИК-лазер индуцированной пластической деформации роговицы с целью внедрения ее в клиническую практику

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, 2 из них - в центральной печати, 3 - в зарубежной

Апробация.

Результаты работы доложены на заседании проблемной комиссии «Микрохирургия и реконструктивная офтальмохирургия» ГУ НИИ ГБ РАМН от 2 февраля 2007 г

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 106 страницах машинописи и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований и обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, публикаций и списка литературы Работа

иллюстрирована 28 рисунками и 7 таблицами Библиографический указатель содержит 132 источников (35 отечественных и 97 зарубежных)

Содержание работы

Материалы и методы исследования.

Общая характеристика материала исследования

Работа основана на анализе результатов экспериментальных исследований воздействия на фиброзную оболочку глаза инфракрасного лазерного излучения в комплексе с механическим воздействием Исследование проводилась на глазах 32 кролика (64 глаза) породы шиншилла-серый весом 2,5-3,0 кг В качестве источника излучения использовали отечественную лазерную установку ИРЭ-ПОЛЮС (Москва, Россия) на основе эрбий-стелянного волоконного лазера с излучением на длине волны 1,56 мкм Для доставки излучения применяли кварц-кварцевый световод диаметром 600 мкм Для механической деформации роговицы использовали плоский стеклянный диск диаметром 30 мм и плосковыпуклую апланирующую жесткую контактную линзу (ПММА) диаметром 14 мм с внутренней плоской площадкой диаметром 5 мм Для инсталляционной анестезии применяли 0,5% р-р алкаина Для уменьшения влияния индивидуальных особенностей, формировали экспериментальные группы из глаз разных кроликов таким образом, чтобы каждый глаз одного животного подвергался различному воздействию

Исследование было разбито на 2 отдельных фрагмента с целью решения различных задач

Таблица 1

Общая характеристика экспериментальных исследований

Задача фрагмента Характеристика исследований Число глаз

1 Сравнительное изучение некоторых технологий комбинированного ИК-лазерного и механического воздействия на фиброзную оболочку глаза (роговицу и склеру) 1 1 Исследование динамики изменений рефракции в зависимости от паттерна воздействия ИК-лазерного излучения 20

1 2 Определение зависимости рефракционного эффекта от мощности излучения, а также оценка влияния на результат механической нагрузки 6

1 3 Исследование возможного рефракционного вклада рубцевания цилиарного тела при лазерной термос клеропластике 4

2 Изучение комбинированного воздействия на роговицу аппланирующей контактной линзы и ИК-лазерного излучения 2 1 Исследование вклада механической деформации роговицы в рефракционный эффект комбинированного воздействия на роговицу аппланирующей контактной линзы и ИК-лазерного излучения 4

2 2 Определение безопасных параметров сочетанного ИК-лазерного и механического воздействия на роговицу в рефракционных целях 10

2 3 Анализ зависимости рефракционного эффекта и структурных изменений роговицы от параметров ИК-лазерного воздействия 20

Методики экспериментального воздействия

1 1 Иссчедование динамики изменений рефракции в зависимости от паттерна воздействия ИК-чазерного излучения Мощность излучения на торце световода при облучении роговицы составляла 0,27 Вт, при облучении склеры — 1,7 Вт Выделяли 5 групп 4 опытные и одну контрольную

В первой группе производили прогревание центральной зоны роговицы сквозь плоское контактное стекло, с помощью которого поверхность роговицы уплощали Торец световода устанавливали на расстоянии 20 мм от поверхности стекла Прогревание производили непрерывным излучением в течение 5 секунд

Во второй группе производили прогревание перилимбальных участков склеры (термосклеропластику) и одновременное уплощение поверхности роговицы грузиком 10 гр При прогревании склеры торец световода помещали непосредственно на ее поверхность на расстоянии 1-2 мм от лимба Лазерные аппликации наносили в два ряд а в шахматном порядке с шагом в 1 мм, длительность каждой аппликации составляла 0,2 сек В третьей группе сочетали прогревание склеры по методике, описанной в группе 2 с последующим прогреванием центральной зоны роговицы по методике описанной для первой группы

В четвертой группе сочетали прогревание склеры с одновременным прогреванием периферической зоны роговой оболочки Бесконтактное воздействие на роговицу производили через световод, находящийся на расстоянии 20 мм от поверхности

1 2 Опредечение зависимости рефракционного эффекта от мощности излучения, а также оценка вчияния на результат механической нагрузки Выделяли 3 опытные группы Прогревание склеры и роговицы в первой группе осуществляли по описанной для третьей группы в предыдущем исследовании Во второй группе склеру прогревали с большей мощностью (2,5 Вт) В третьей группе было исключено механическое воздействие

13 Исследование возможного рефракционного вклада рубцевання цилиарного тела при лазерной термосклеропластике У двух кроликов за 6 месяцев до начала эксперимента произвели экстракапсулярную экстракцию прозрачного хрусталика правого глаза Роговичные швы сняты за 4 месяца до эксперимента Лазерную термосклеропластику производили помещая торец световода непосредственно на поверхность склеры на расстоянии 1-2 мм от лимба Использовали ИК-лазерное облучение мощностью 1,7 Вт Аппликации наносили в два ряда в шахматном порядке с шагом в 1 мм Длительность каждой аппликации составляла 0,2 сек

21 Исследование вклада механической деформации роговгщы в рефращионный эффект комбинированного воздействия на роговгщу аппчанирующей контактной линзы и ИК-лазерного излучения Эксперимент проводили на двух кроликах На их правые глаза одевали апланирующую контактную линзу, после чего производили облучение центральной зоны роговицы втечение 5 сек Мощность облучения - 1,0 Вт, плотность мощности - 2,6 Вт/см2 Контактная линза находилась на роговице каждого глаза по 5 минут Левые глаза не подвергались облучению, однако контактная линза одевалась на тот же срок, что и на правые Оценивалось изменение рефракции глаз сразу после снятия контактной линзы

2 2 Определение безопасных параметров сочетанного ИК-лазерного и механического воздействия на роговицу в рефращионных г/елях В процессе эксперимента проводили пятисекундное облучение центральной зоны роговицы через апланирующую контактную линзу Использовали следующие мощности облучения 0,3, 0,7, 1,0, 1,5, 1,9 Вт, что соответствует плотностям мощности 0,8, 1,8, 2,6, 3,9, 4,9 Вт/см2 Оценку отека эпителия и стромы роговицы осуществляли по 4-х бальной шкале, где 0 -полное отсутствие отека, а 4 - выраженный отек роговицы с буллезными изменениями эпителия Определение потери клеток ЗЭР осуществляли методом зеркальной микроскопии

2 3 Анализ зависимости рефракционного эффекта и структурных изменений роговицы от параметров ИК-лазерного воздействия Экспериментальным животным под местной инсталляционной анестезией устанавливали апланирующую контактную линзу, после чего проводили облучение центральной зоны Использовали следующие мощности облучения 3,0, 4,0 и 5,0 Вт, что соответствует плотностям мощности 0,9, 1,3 и 1,6 Вт/см2 Структурные изменения роговицы отслеживались с помощью оптической когерентной микроскопии прижизненно и гистологически после вывода животных из эксперимента Методы исследования

В условиях циклоплегии у кроликов исследовали объективную рефракцию методами щелевой скиаскопии и рефрактометрии до и после экспериментального воздействия Сфероэквивалент рассчитывали как среднеарифметическое от значений рефракции в главных меридианах Скиаскопия производили с помощью электрического щелевого ретиноскопа Рефрактометрия - на приборе «KORE 110» фирмы Carl Zeiss Из-за невозможности фиксации взгляда животного более высокую повторяемость результатов в серии измерений наблюдали при использовании скиаскопии, это говорит о большей достоверности данного метода при измерении объективной рефракции у кроликов Учитывая последнее, в качестве метода динамического наблюдения за состоянием рефракции глаз использовали скиаскопию на фоне медикаментозного мидриаза

Изменение кривизны роговицы регистрировали с помощью офтальмометра «ОФЗ», кератоскопа Плацидо, кератотопографа CT-1000 (Shin Nippon, Япония)

Зеркальную микроскопию осуществляли на фотощелевой лампе «BQ 900» фирмы Haag Streit Анализ фотографий эндотелия роговицы осуществляли с помощью разработанного программного обеспечения

Конфокальную микроскопию роговицы проводили на аппарате «Confoscan-4»

Измерение ИЗО производили на эхоофтальмометре ЭОМ-24 Для гистологического исследования экспериментального материала готовили парафиновые срезы Окраску производили гематоксилин-эозином Методы статистического анализа

Для оценки достоверности результатов исследований проводили расчеты среднего арифметического, среднего квадратического отклонения, средней ошибки средней арифметической величины, критерия достоверности, степени вероятности безошибочного прогноза и коэффициента корреляции массивов двух величин Расчет производился с помощью персонального компьютера

Результаты исследования и их обсуждение.

1 1 Иссчедование динамики изменений рефракгрш в зависимости от паттерна воздействия ИК-лазерного излучения

Наибольший рефракционный эффект был достигнут в третей опытной группе, где проводилось сочетанное прогревание склеры и центральной зоны роговицы Отмечали увеличение степени гиперметропии (в среднем на 3 дптр), пиковое значение было достигнуто к концу первого месяца наблюдений, в дальнейшем полученный эффект постепенно снижался и практически достиг исходного уровня к шестому месяцу

В остальных группах выраженность рефракционного эффекта была незначительна по сравнению с результатами, полученными в третьей группе Во второй, третьей и четвертой группе, где производили прогревание перилимбальных участков склеры, отмечали незначительную миопизацию (в пределах -0,5 дптр) через 24 часа после эксперимента Указанный эффект скорее всего объясняется послеоперационным отеком облученной склеры

Гистологические исследования, произведенные через 6 месяцев после экспериментального воздействия, показали отсутствие каких-либо патологических изменений в роговице В то же время отмечали признаки

Рубцовых изменений склеры в местах воздействия лазерного излучения -увеличение количества фибробластов и большую плотность ткани, по сравнению с интактными участками Кроме того в этих локусах была выявлена более плотная склеро-хориоидальная адгезия

В основу выбора сравниваемых технологий воздействия были положены проведенные ранее исследования термомеханических свойств роговицы и склеры (Э Н Соболь, А В Большунов и др 2002), в результате которых были установлены закономерности изменения последних после нагревания Так, было показано, что незначительный кратковременный нагрев роговицы ослабляет ригидность ткани, а более интенсивное прогревание, наоборот, приводит к ее уплотнению и контракции (по-видимому вследствие денатурации белков) Прогревание склеры вызывало сокращение ткани в зоне лазерного воздействия независимо от мощности облучения На основании полученных данных была предположена возможность изменения рефракционных свойств глаза за счет температурно-механического моделирования профиля передней поверхности роговицы Авторы показали, что возникновение стягивающих сил со стороны склеры при одновременном ослаблении ригидности ткани роговицы позволяет изменить радиус кривизны последней в оптической зоне

Результаты настоящего исследования подтверждают выводы предыдущих работ Ослабление ригидности роговичной ткани в сочетании с ее механическим уплощением в центральной зоне и воздействием сокращающегося склерального ободка, вызывало увеличение радиуса кривизны роговицы и, следовательно, увеличение гиперметропической рефракции кроличьего глаза

1 2 Определение зависимости рефракционного эффекта от мощности изчучения, а также оценка вчияния на результат механической нагрузки

В первой экспериментальной группе, где мощность облучения склеры в каждой точке воздействия составляло 1,7 Вт, а роговица под уплощающим

стеклом подвергалась воздействию ИК-лазерного излучения с плотностью мощности 0,8 Вт/см2, наблюдали следующую динамику изменений рефракции через сутки после опыта отмечали миопизацию на -0,75 дптр, через 1 месяц - отмечали гиперметропизацию, в среднем на 1 дптр, затем наблюдали постепенное снижение рефракционного эффекта, который достиг исходного уровня к 5 месяцу наблюдений

Во второй группе, где для воздействия на склеру использовали в два раза большую мощность (2,5 Вт), наблюдали следующую картину на следующие сутки после опыта отмечали миопизацию опытных глаз в среднем на -1,0 дптр, последующая гиперметропизация достигла своего максимума на уровне 2,5 дптр к концу первого месяца, после чего рефракционный эффект операции постепенно снижался, через 6 месяцев остаточные изменения составили 0,5 дптр

Третья группа не подвергалась механическому воздействию, режим же облучения соответствовал таковому в первой группе На следующие сутки наблюдали миопизацию в среднем на -1,5 дптр Пиковое значение гиперметропизации наблюдали к концу первого месяца (1,25 дптр) Исходного уровня рефракция достигла через 5 месяцев после эксперимента

При гистологическом исследовании, проведенном через 6 месяцев после эксперимента, более выраженные изменения склеры были выявлены во второй опытной группе Так в первой и третьей рубцовые изменения цилиарного тела были незначительны Во второй же, в основании цилиарных отростков отмечали очаги коагуляции в стадии рассасывания некротических тканей макрофагами, функцию которых выполняли клетки пигментного эпителия Наблюдали замещение лизированных областей фиброзной тканью, а также признаки тракции формирующимся рубцом соседних областей Кроме того отмечали застойное полнокровие цилиарных отростках за счет сдавления сосудов в их основании

Сравнительный анализ динамики рефракционных изменений позволил выявить следующие закономерности

- В течение первых суток изменение рефракции в первой и второй опытных группах сравнимы, однако максимальный эффект и отдаленные результаты во второй группе выше, чем в первой,

- Отдаленные результаты и максимальный рефракционный эффект в первой и третьей группах очень схожи, однако есть отличия рефракционного эффекта через 24 часа после эксперимента В третьей группе имелся более выраженный сдвиг рефракции в сторону миопии

Изложенное выше позволяет предположить, что рефракционный эффект имеет два компонента

- «Роговичный» (длящийся несколько суток), обеспечивающийся комбинацией облучения роговицы и механической ее деформацией,

- «Склеральный» (несколько месяцев), возникающий за счет контракции вследствие прогрева склеры

1 3 Исследование возможного рефракционного вклада рубцевания щтиарного тела при лазерной термосклеропластике

Во всех случаях максимальное изменение рефракции, относительно исходных значений наблюдали к концу первой недели (1,875 дптр для неоперированных и 2,0 дптр для афакичных глаз) К третьему месяцу рефракция всех глаз достигла исходного уровня Значимых отличий в динамике и абсолютных значениях рефракционных изменений неоперированных и афакичных глаз выявлено не было

Последующее гистологическое исследование, проведенное через 4 месяца после эксперимента, выявило рубцовые изменения как в склере, в местах лазерного воздействия, так и в подлежащем цилиарном теле

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что рубцевание цилиарного тела, возникающее при инфракрасной лазерной термосклеропластике, не вносит существенного вклада в возникающие рефракционные изменения Поэтому можно считать, что эффект термосклеропластики целиком обеспечивается контракцией склеры

Теоретическая модель глаза, основанная на данных об объеме усаживания склерального коллагена при его нагреве, дает следующую формулу

^ = -('■+М-')

1 ^ Р У (1)

где объем прогреваемой склеры - V выражается сначала через количество областей облучения п, радиус облученной зоны Л и глубину проникновения излучения, зависящую от коэффициента теплопроводности а склеры и времени облучения Тор,, а затем через внутренний радиус склеры ее толщину и расстояния г, и (т-,+Дг), являющиеся радиусами основания шарового сегмента роговицы до и после облучения Решение данного уравнения для изменения кривизны роговицы Лг в диоптриях составило 2,0 дптр, что практически совпадает с данными полученными экспериментально Кроме того анализ формулы (1) позволил рассчитать зависимость рефракционного эффекта, от объема прогретой (сократившейся) склеры 2 / Исследование вклада механической деформации роговицы в рефракционный эффект комбинированного воздействия на роговицу аппланирующей контактной линзы и ИК-лазерного изчучения

На глазах, где производили облучение, немедленное изменение рефракции составило 1,5 и 1,0 (правые глаза первого и второго кролика соответственно) На глазах, где облучение не осуществлялось, существенного изменения рефракции не произошло

Полученные данные указывают на то, что одной кратковременной деформации роговицы контактной линзой недостаточно для изменения ее формы Пластическая деформация происходит только после воздействия лазерного облучения

2 2 Опредечение безопасных параметров сочетанного ИК-лазерного и механического воздействия на роговицу в рефракционных целях

Во всех случаях, сразу после эксперимента отмечали уплощение роговицы и соответствующий сдвиг рефракции глаза в сторону

гиперметропии Максимальный результат (3 дптр) получили в случае использования мощностей облучения 1,5 и 1,9 Вт, однако этот эффект был в последующем (1,3 сутки) нивелирован отеком эпителия и стромы роговицы над местом воздействия Наибольшую стабильность рефракции в первые дни после эксперимента наблюдали при облучении мощностями менее 1 Вт, однако и здесь отмечали постепенное уменьшение рефракционного эффекта У всех кроликов рефракция достигла дооперационного уровня к 10 дню наблюдения

Сразу после облучения незначительный отек эпителия и стромы роговицы наблюдали только в случае, где использовалась наибольшая мощность (1,9 Вт)

На следующие сутки отек с разной степенью выраженности наблюдали уже на трех экспериментальных глазах

Через 3 дня после эксперимента незначительный отек сохранялся только на левом глазу где использовалась мощность 1,9 Вт

Отмечена высокая степень корреляции степени отека роговицы к концу первых суток с использовавшейся во время эксперимента мощностью лазерного облучения, коэффициент корреляции составил 74% В тех случаях, когда использовали излучение мощностью менее 1 Вт, отек роговицы отсутствовал

Достоверную разницу, по критерию Стьюдента (р>95%), между количеством ЗЭР до и после эксперимента выявляли только при облучении мощностью 1,9 Вт При этом относительная потеря клеток заднего эпителия роговицы составила 6,35% При облучении мощностями 0,3, 0,7, 1,0 и 1,5 Вт достоверной потери клеток не выявляли Отметили сильную корреляцию между мощностью облучения и относительной потерей клеток, коэффициент корреляции составил 93%

Гистоморфологическое исследование, проведенное через 15 дней после эксперимента, не позволило выявить каких-либо патологических изменений в тканях роговицы

Выявлены относительно безопасные параметры мощности лазерного излучения при воздействии на роговицу Безопасным для роговицы уровнем плотности мощности излучения является 1,8 Вт/см2 в течении 5 сек Найдены пороги поражения эпителия, стромы и заднего эпителия роговицы для данного вида излучения Показано, что при прочих равных условиях, облучение роговицы лазерным излучением ближнего ИК-диапазона оказывает повреждающее воздействие преимущественно на поверхностные (эпителий) слои роговицы по сравнению с задними (ЗЭР) Последнее обусловлено высокой степенью поглощения ИК излучения влагосодержащими тканями

2 3 Анализ зависимости рефракционного эффекта и структурных изменений роговицы от параметров ИК-лазерного воздействия

В первой опытной группе, где плотность мощности облучения роговицы составляла 0,9 Вт/см2, сразу после снятия контактной линзы изменение рефракции составило в среднем 1,13 дптр Через 24 часа рефракционный эффект полностью нивелировался Во второй группе (1,3 Вт/см2) он равнялся 1,3 дптр На следующие сутки к исходному значению рефракции вернулся один глаз, в остальных случаях это произошло на 3 день наблюдений Немедленный эффект в третьей группе в среднем составил 1,6 дптр К исходному значению рефракция во всех случаях вернулась на 3 день

Обследованию на конфокальном микроскопе подвергли двух кроликов, левые глаза которых входили в третью экспериментальную группу, а правые были интактны Сравнивали картины срезов роговицы левого и правого глаз на аналогичной глубине через сутки, на 4 и 8 день Через 24 часа после эксперимента отмечали десквамацию эпителия роговицы в центральной зоне, к четвертому дню отмечали уменьшение зоны повреждения В поверхностных слоях стромы на следующий день после эксперимента отмечали выраженный отек и активация кератоцитов На 4-е сутки отек частично сохранялся, к 8-му дню картина уже практически не отличалась от

контрольной В средней строме отчетливые признаки отека определяли через сутки после воздействия, на четвертые сутки - изменения были незначительны Каких либо патологических изменений в задних слоях стромы и ЗЭР не выявляли ни в одном случае

На основе опытных данных методом наименьших квадратов получена эмпирическая формула прогноза немедленного рефракционного эффекта исследуемой технологии в зависимости от плотности мощности облучения

D = 1,02 х Р — 0,017 (2)

где Р - плотность мощности облучения роговицы, D - прогнозируемый рефракционный эффект Как видно из формулы (2) на 1 Вт/см2 прироста плотности мощности немедленный рефракционный эффект повышается на 1,02 дптр

Анализ результатов показывает, что рефракционный эффект обратим, и уже на 3 день наблюдений он нивелировался во всех случаях Рефракция глаза сразу после воздействия и стойкость эффекта напрямую зависят от плотности мощности облучения Исследование роговиц на конфокальном микроскопе, показали, что при прочих равных условиях, ИК-лазерное облучение вызывает повреждение с первую очередь поверхностных слоев роговицы Через 4 дня после эксперимента отмечали факультативные признаки отека передней и средней стромы К 8 дню наблюдений не выявляли каких-либо значимых отличий от интактной роговицы парного глаза

На основе сравнительного анализа прогнозируемости, стабильности и безопасности, из всех исследовавшихся методик, наиболее применимой в клинической практике может быть рефракционная технология, основанная на комбинированном механическом и ИК-лазерном воздействии на роговую оболочку глаза Ее преимуществами являются высокая безопасность и обратимость эффекта, что позволяет повторять процедуру регулярно, как это

происходит при ортокератологии Теоретически она может быть использована для коррекции миопии и миопического астигматизма слабых степеней как альтернатива ортокератологической процедуры

Выводы.

1 На глазах экспериментальных животных (тридцать два кролика, 64 глаза) исследованы возможности лазериндуцированной пластической деформации фиброзной оболочки глаза под действием механической нагрузки с целью изменения рефракции

2 Апробация различных паттернов облучения лазерным источником (длина волны 1,56 мкм) и разных вариантов приложения механической нагрузки выявила, что наиболее эффективным методом является сочетанное облучение склеры в перилимбальной зоне и центральной зоны роговицы во время механического уплощения последней, рефракционный эффект составил в среднем 3,0 диоптрии Данная методика явилась предметом дальнейшего детального изучения

3 В результате углубленного исследования указанной методики выявлено два основных механизма рефракционных изменений

а) «роговичный» - за счет ослабления ригидности роговицы в результате ИК-лазерного прогрева, нивелируется в течение 3-х дней,

б) «склеральный» - тракционное действия со стороны облученного «перилимбального» ободка склеры, сохраняется в течение полугода, возможность изменения рефракции за счет этого механизма подтверждена теоретическими расчетами

4 С помощью световой и конфокальной микроскопии изучены морфологические изменения фиброзной оболочки глаза и подлежащих тканей

а) Роговца Прижизненная конфокальная микроскопия выявила признаки отека эпителия и передних отделов стромы сохраняющиеся в течение первых четырех дней

б) Склера Гистологическое исследование — к 4-му месяцу наблюдений в местах лазерного воздействия формируются рубцовые изменения и плотная склеро-хориоидальная адгезия

в) Цилиарное тело Гистологическое исследование — признаки рубцовых изменений в основании цилиарных отростков, их застойное полнокровие

Полученные данные послужили основанием для исключения из апробируемой процедуры лазерного облучения склеры В дальнейшем изучался только «роговичный» механизм индуцированных рефракционных изменений

5 Для усиления рефракционного эффекта процедуры разработана специальная контактная линза, определены пороги поражения роговицы (1,8 Вт/см2 в течении 5 сек), что позволило повысить мощность облучения

6 При использовании «исправленной» методики получены следующие данные

а) Использование контактной линзы позволило стабилизировать механическую нагрузку на облучаемую роговицу

б) Выявлена прямая зависимость рефракционного эффекта от плотности мощности лазерного облучения роговицы, на 1 Вт/см2 приходится примерно на 1,0 дптр

в) Использование максимальной безопасной плотности мощности (1,8 Вт/см2), позволило добиться «гиперметропического» сдвига рефракции роговицы в среднем на 2,0 диоптрии

г) Рефракционный эффект оказался нестойким, и уже через 72 часа нивелировался во всех случаях

7 Полученные данные свидетельствуют о принципиальной возможности использования апробированной методики с целью изменения рефракции роговицы, однако небольшой рефракционный эффект и его нестойкость не позволяют на сегодняшний день рекомендовать ее для широкого применения в клинической практике

Перечень сокращений.

Дптр

ЗЭР

ИК

- диоптрия

- задний эпителий роговицы

- инфракрасный -лазерный in situ кератомилез

- полиметилметакрилат

- фоторефракционная кератэктомия

ЛАСИК

ПММА

ФРК

Список работ опубликованных по теме диссертации

1 Большунов А В , Велиева И А , Демир M , Захаркина О Л , Омельченко А И , Сипливый В И , Соболь Э H , Сосновский В В Неабляционные лазерные рефракционные вмешательства in vivo Экспериментальное исследование //Лазерная медицина -2004 — №4 -с 32-35

2 Bolshunov А V , Sobol Е N , Fedorov А А , Siplivy V I, Omelchenko А I, Zakharkma О L Alterations in rabbit eye refraction under non-ablative laser irradiation of sciera //Technical digest ICONO/LAT 2005

3 Большунов А В , Захаркина О Л , Омельченко А И , Сипливый В И , Соболь Э H , Федоров А А Обоснование возможности применения инфракрасного излучения волоконного Er-glass лазера с целью неабляционного изменения рефракции глаза (экспериментальное исследование) //Тезисы 6-й Международной научно-практической конференции «Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии-2005» - Москва -2005 - с 336-339

4 Сипливый В И , Большунов А В , Велиева И А , Захаркина О Л , Омельченко А И , Соболь Э H Экспериментальное изучение возможностей «неабляционных» лазерных рефракционных вмешательств на фиброзной оболочке глаза (предварительное сообщение) //Тезисы VIII съезда офтальмологов России - Москва - 2005 - с 268-269

5 Антошина Е М , Сипливый В И , Омельченко А И , Большунов А В , Соболь Э Н Использование растровой электронной микроскопии для оценки состояния заднего эпителия роговицы (ЗЭР) после воздействия излучением Er-glass волоконного лазера //Тезисы Российского конгресса по электронной микроскопии - Троицк - 2006 — с 200

6 Сипливый В И , Большунов А В Неабляционные лазерные рефракционные вмешательства на фиброзной оболочке глаза //Вестник офтальмологии -2006 -№5 -с 51-54

7 Сипливый В И , Новиков И А Изучение рефракционного эффекта при сочетанном (лазерном и механическом) воздействии на роговицу в эксперименте in vivo // Тезисы всероссийской конференции молодых ученых "Актуальные вопросы офтальмологии" - Москва -2006 - с 314-316

8 Sobol' Е N , Baum О I, Bol'shunov А V , Siplivy V I, Ignat'eva N Y , Zakharkina О L , Lunin V V , Omelchenko A I, Kamensky V A , Mjakov A V Eye Tissue Structure and Refraction Variations upon Nondestructive Laser Action //Laser Physics -2006 - Vol 16, No 5 -P 735-740

9 Baum О I, Sobol' E N , Bol'shunov A V , Sipliviy V I, Zakharkina О L , Omel'chenko A I Alterations of the Eye Refraction under Nondestructive Laser Radiation //Technical Digest of IX International Conference ILLA'2006, October 4-7 - Smolyan, Bulgaria - 2006 - P 143

Заказ № 64/03/07 Подписано в печать 12 03 2007 Тираж 100 экз Уел пл 1,5

^ ^ ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 1 ч \vw\v с/г ги , е-тай т/о@с/г т