Avetisov S.Yu., Voronin T.V.
Excimerlaser ablation with different depth of influence was carried out on the 6 corpse’s eyes. Afterwards the critical load, magnitude of radial tension and magnitude of radial deformation were measured with the special device. The findings were compared with control group with intact cornea. Results show that dimunition of corneal thickness in the optical zone with the diameter of 6.0 mm for more than 15–20% causes significant modifications of mechanical corneal characterisitics.

В последние годы заметное развитие получила кераторефракционная эксимерлазерная хирургия. Местом приложения различных эксимерлазерных операций, влияющих на оптические свойства глаза, является роговица. Надо отметить, что признавая доминирующую роль роговицы, как главной оптической среды глаза, нельзя забывать о ее защитной и каркасной функциях. С этих позиций особое значение приобретают возможные изменения механических свойств роговицы после эксимерлазерных вмешательств. Эта проблема до сих пор остается малоизученной вследствие целого ряда обстоятельств. Главное затруднение связано с отсутствием практических методик, позволяющих достоверно и прижизненно оценить механические свойства роговицы. Между тем опыт широкого применения одной из кераторефракционных операций – радиальной кератотомии – показал существенное снижение прочностных свойств роговицы после нанесения на нее надрезов.
Изучение нарушений биомеханических свойств роговицы после кераторефракционных операций проводится в трех основных направлениях. Первое предполагает анализ клинических наблюдений, связанных с особенностями травматических повреждений глаза после ранее проведенных кераторефракционных операций [9,10,11]. Несомненно, что такой анализ носит только констатирующий характер. Второе направление включает теоретическое исследование возможных изменений биомеханических свойств роговицы, которое базируется только на физических расчетах [3,4,6,8,20]. Следует заметить, что при теоретических расчетах, касающихся изменений прочностных свойств роговицы, как правило, задается ряд допущений, поскольку математическая модель роговицы, которая позволяет описать ее свойства на всем протяжении, отсутствует. Третье направление предполагает изучение биомеханических свойств роговицы в эксперименте на изолированных трупных глазах и глазах животных [1,2,5,7,12,13,15–19].
Целью настоящей работы явилось изучение ряда показателей, характеризующих механические свойства роговицы после эксимерлазерной фотоабляции.
Материалы и методы
Материалом для исследований служили 9 глаз (из них 3 составили контрольную группу) практически здоровых людей, погибших от механических травм. На энуклеированных глазах проводили эксимерлазерную фотокератоабляцию на лазере Nidek EC–5000, Japan (МНИОЦ «Новый Взгляд»). Диаметр оптической зоны составил 6,0 мм (максимальный размер, используемый при коррекции миопии), а переходной зоны – 7,0 мм. Моделировали эксимерлазерную фотокератоабляцию, которую в клинике применяют для коррекции миопии слабой, средней и высокой степени (по два глаза в каждой серии). При этом глубина абляции составила 45–50 мкм, 75–80 мкм и 100–110 мкм соответственно. В ходе эксперимента применялась ранее описанная методика исследования механических свойств роговицы изолированных глаз [1]. Испытания были проведены в лаборатории СпбГУ (С.–Петербург) совместно с Б.И. Зиминым.
Для проведения механических испытаний использовали специальное устройство (рис. 1), в котором роговицу (2) с ободком склеры фиксировали с помощью прижимного кольца (3). При этом передняя поверхность роговицы была обращена внутрь цилиндрической камеры (4), заполненной физиологическим раствором (5). Внутренний диаметр цилиндрической камеры составлял 10,0 мм. Диаметр пуансона (1) для продавливания роговицы равнялся 3,0 мм, что приблизительно соответствовало размерам центральной оптической зоны роговицы. Таким образом, зона деформирования в опытных глазах включала часть роговицы, подвергшейся воздействию эксимерного лазера. В процессе испытаний описанное устройство помещали на опорном столике испытательной машины Instron–1122 и центрировали по отношению к пуансону, закрепленному на датчике сжатия. Скорость перемещения пуансона составляла 5 мм/мин. При этом жидкость вытеснялась из полости камеры в специальный патрубок (6).
Графически регистрировали разрушающую нагрузку и величину перемещения пуансона в момент разрушения каждого образца. Кроме этого, определяли величину радиальных напряжений в момент разрушения образца и величину его радиального деформирования. Величину радиальных напряжений, действующих в сечении с радиусом r (рис. 2) в момент разрушения образца, определяли с помощью формулы:
o’*= P*
2prh°cosj*
где o’*– разрушающее напряжение по контуру пуансона, дин/см2;
P* – разрушающее усилие, дин;
r – радиус сечения, мм;
j* – угол между поверхностью образца и пуансоном в момент разрушения;
h° – исходная толщина роговицы (в среднем 500 мкм).
Очевидно, что наибольший уровень напряжений будет иметь место при минимальном r равном r1, т.е. по контуру пуансона. Для оценки величины радиального деформирования образцов использовали следующие соотношения (рис. 2). Исходная ширина l° (измеряемая вдоль радиуса) кольцевой части роговицы между краем пуансона и внутренней поверхностью камеры составляла в среднем 4,0 мм. Ее конечную величину l* определяли, как длину гипотенузы прямоугольного треугольника, один катет которого соответствует расстоянию между краем пуансона и внутренней поверхностью камеры (r2–r1=5,0–1,5=3,5 мм), а другой катет – перемещению пуансона W* с учетом исходного прогиба образца W°, равного в среднем 1,9 мм. Исходя из этого, при определении величины деформирования образцов в момент разрушения использовали формулы:
_______________
l* = °(W° + W*)2+(r2–r1)2
__________
l° = °W°2+(r2–r1)2

S*=(( l* – l°)/l°) . 100%
где
S* – радиальное деформирование образца в момент разрушения, %;
l° и l* – соответственно исходная и конечная ширина кольцевой части роговицы между краем пуансона и внутренней поверхностью камеры, мм;
W° – исходный прогиб образца, мм;
W* – величина перемещения пуансона, мм;
r1 – радиус площадки пуансона, мм.
r2 – внутренний радиус цилиндрической камеры, мм;
Результаты и обсуждение
В ходе испытаний было выявлено, что для контрольных образцов l* и W* в среднем составили 6,16 мм и 3,17 мм, а для экспериментальных 5,88 мм и 2,83 мм соответственно.
В результате механического воздействия на образцы во всех случаях имел место разрыв роговицы в зоне контакта с пуансоном. При макроскопическом исследовании площадь разрыва практически соответствовала зоне давления на роговицу пуансоном. Величины разрушающей нагрузки Р*, перемещения пуансона в момент разрушения образца W* и разрушающего напряжения по контуру пуансона o’* представлены в таблице.
Во всех случаях отмечалась достоверная разница между показателями, характеризующими механические свойства опытных и контрольных образцов. Среднее уменьшение разрушающей нагрузки Нр в экспериментальных образцах по сравнению с контрольными составило:
Рср.контр. – Рср.экс.
Нр = . 100% = 20%
Рср.конт.
Средний уровень разрушающего напряжения в контрольных образцах (o’*ср.конт.=97,9.10 дин/см2) на 19,2% превышал этот показатель для экспериментальных образцов (o’*ср.экс.= 79,2.10 дин/см2).
Среднее уменьшение перемещения пуансона в момент разрушения экспериментальных образцов по сравнению с контрольными составило 10,72%, а средняя величина радиального деформирования экспериментальных и контрольных образцов в момент разрушения – 47,73% и 54,77% соответственно.
При микроскопии выявлено, что в результате механического воздействия на роговицу контрольных и опытных глаз имел место ее локальный сквозной разрыв. Во всех случаях относительно ровного раневого канала в произвольных направлениях брали начало один–два дочерних радиальных разрыва с неровными краями. При этом в роговичной ткани формировался воронкообразный открытый раневой канал. Выходное отверстие этого канала было ограничено стромальной плоскостью разрыва в виде губовидного свища неправильной овальной формы со спонтанными («дочерними») разрывами.
Полученные результаты, с нашей точки зрения, свидетельствуют о том, что в результате уменьшения толщины роговицы в оптической зоне диаметром 6,0 мм более чем на 15–20% происходят значительные изменения механических характеристик роговицы. В клиническом отношении, по–видимому, наибольшее значение может иметь существенное (в среднем на 20%) уменьшение разрушающей нагрузки для опытных образцов по сравнению с контрольными.
Кроме этого, необходимо учитывать и изменения деформативных свойств роговицы после лазерной абляции. Эти изменения проявляются уменьшением величин перемещения пуансона в момент разрушения роговицы в опытных глазах по сравнению с контрольными в среднем на 10,72%. Однородность полученных данных, на наш взгляд, подтверждает правомерность этих заключений, несмотря на небольшое число использованных в работе глаз. При этом нас в первую очередь интересовали не абсолютные, а относительные (т.е. сравнительные) величины параметров, характеризующих прочностные и деформативные свойства роговицы.
Заключение
Естественно, что прямой перенос полученных в данном экспериментальном исследовании результатов в клинику невозможен главным образом по следующим причинам:
1. Толщина роговицы может варьировать в довольно широких пределах.
2. В эксперименте на изолированных глазах невозможно смоделировать процессы заживления.
3. Роговица не может рассматриваться только как мембрана, вне связи со склеральной оболочкой глаза [4].
Тем не менее полученные результаты позволяют сделать выводы, которые могут быть учтены в клинической практике. Главный из них связан с тем, что при уменьшении толщины роговицы после эксимерлазерной кератоабляции прочностные свойства роговицы в центральной зоне могут существенно снизиться.

Литература
1. Аветисов С.Э., Федоров А.А., Введенский А.С., Ненюков А.К.// Офтальмол. журн.– 1990.– N 1.–с. 54–57.
2. Аветисов С.Э., Мамиконян В.Р., Завалишин Н.Н., Ненюков А.К.// Офтальмол. журн.– 1989.–N 2.–с.122–123.
3. Гончаров В.Л. Теория интерполирования и приближения функций.// ОНТИ–ТТТИ.–1934.–с.316.
4. Семчишен В.А.// Глаз.– 2000.– N4.–с.31–33.
5. Саулгозис Ю., Волков В.В., Малышев Л.К. // Исследование напряжений роговицы глаза человека для диагностики глазных заболеваний. Материалы Международной конференции «Достижения биомеханики в медицине».–Рига, 1986– с.359–364.
6. Тимошенко С.П. // Прочность и колебания элементов конструкций. – М.–1975–с.703.
7. Andreassen T.T.,Simonsen A.H.,Oxlund H.//Exp.Eye Res.–1980–N 31.–p.435–441.
8. Buzard K.A. // Refract.Corneal Surg.–1992–N 8–p.127–137.
9. Forstot S.L., DaMiano R.E. // Ophthalmology–1988–N 95–p.833–835.
10. Forster C.S., Yamamoto G.K. // Am. J. Ophthalmol.–1978–N 86–p.802–806.
11. Hjordal J.O. // Acta Ophthalmol.Scand.–1995– N 73–p.12–17.
12. Hjordal J.O., Jensen P.K. //Acta Ophthalmol. Scand.–1995–N 73–p.5–11.
13. Hjordal J.O. // J.Biomechanics–1996–N 29–p.931–942.
14. Hoeltzel D.A., Altman P., Buzard K., Choe K. // J. Biomechanical Engineering –1992–N 114–p.202–215.
15. Kasprzak H., Forster W., von Bally G. Measurement of elastic modulus of the bovine cornea by means of holographic interferometry–Part 1–Method and experiment.// Optometry and Vision Science– 1993–Vol 70–p.535–545.
16. Kobayashi A.S., Woo S.L., Lawrence C. Schlegel W.A. //J. Biomechanics–1971–N 4–p.323–330.
17. Reichel E., Miller D., Blanco E., Mastanduno R. //Ann. Ophthalmol.–1989– N 21–p.205–208.
18. Roberts C. // J.Refract.Surg.–2000.–Vol.16.–p.407–413.
19. Seiler T., Matallana M., Sendler S., Bende T. // J.Refract. Corneal.Surg.–1992–N 8–p.139–142.
20. Shin T.L., Vito R.P. // J.Biomechanics–1997–N 30–p.497–503.