Глаукома относится к социально значимым заболеваниям, являясь второй ведущей причиной слепоты во всем мире [1–3]. Эффективность мер профилактики ее развития во многом определяется возможностью ранней диагностики и прогнозирования дальнейшего течения, основанного на понимании значимых факторов патогенеза глаукомного поражения. В настоящее время предполагается участие нескольких патологических механизмов развития и прогрессирования глаукомной оптической нейропатии, одним из которых является биомеханический фактор [4]. Биомеханический ответ диска зрительного нерва (ДЗН) на повышение внутриглазного давления (ВГД) определяется геометрией и механическими свойствами корнеосклеральной оболочки глаза, особенно в области решетчатой пластинки склеры, что обусловливает формирование его глаукомной экскавации. Кроме того, изменение биомеханических свойств роговицы, склеры и корнеосклеральной оболочки в целом, с одной стороны, влияет на точность определения ВГД, а с другой – нарушает гидродинамику внутриглазной жидкости и предрасполагает к прогрессированию глаукомного процесса [4–9]. Недавно полученные данные о структурных особенностях склеральной ткани глаукомных глаз дают основание полагать, что изменения структурно-биомеханических свойств склеры могут быть не только следствием длительно существующего повышенного ВГД и затем по механизму отрицательной обратной связи способствовать прогрессированию глаукомного процесса, но и служить одной из причин повышения ВГД и развития глаукомного поражения в случае исходно имеющихся структурных нарушений [10].
Необходимо также иметь в виду, что биомеханические свойства склеры и роговицы значительно различаются между собой, и их нарушение может вносить разный вклад в биомеханическую составляющую глаукомного поражения, связанную с состоянием корнеосклеральной оболочки глаза [4]. В связи с этим клиническая оценка механических свойств как корнеосклеральной капсулы в целом, так роговицы и склеры по отдельности с помощью доступных и широко известных клиницистам-офтальмологам тонометрических методов может иметь несомненную диагностическую значимость.
Известно использование тонометрии по Маклакову, Шиотцу и др. для клинической оценки ригидности корнеосклеральной оболочки глаза. Для этого глаз нагружают двумя или несколькими грузами разного веса и измеряют соответствующие им тонометрические давления [3, 11].
При эластотонометрии, базирующейся на тонометрии по Маклакову, упругие свойства глазного яблока обычно характеризуются эластоподъемом, т. е. разностью 2-х измерений ВГД (p2–p1) при разных весах, причем сами эти веса G2 и G1 фиксированы (например, 15 и 5 г) [11]. Эта методика используется редко ввиду того, что приводит к неоднозначно интерпретируемым результатам: величина эластоподъема не рассматривается в качестве надежного диагностического критерия при глаукоме.
В офтальмологической практике более широкое распространение получила оценка ригидности корнеосклеральной оболочки глаза по Фриденвальду – методом дифференциальной тонометрии с помощью тонометра Шиотца. Фриденвальд разработал эмпирическую теорию, связав данные дифференциальной тонометрии с зависимостями ВГД от объема глазного яблока, получаемыми при введении в глаз жидкости, и полагая эту зависимость экспоненциальной [12]. Предложенная им характеристика ригидности α, базирующаяся на этой теории, является не упругой константой в обычном механическом смысле, а коэффициентом в показателе степени, входящем в аппроксимированную показательной функцией зависимость давления от так называемого смещенного объема ΔV, характеризующего степень деформации роговицы под нагрузкой, p = p010αΔV, где p0 – начальное значение давления. Многочисленные измерения, выполненные для нормальных глаз взрослых людей, привели Фриденвальда к среднему значению введенного им коэффициента ригидности α = 0,0215 мкл-1 при весьма значительном индивидуальном разбросе.
Имеются и другие способы определения ригидности, однако любым образом определенная ригидность есть некоторая интегральная характеристика системы (глазного яблока), а не тканей, ее составляющих [13]. Она не может быть однозначно связана с механическими характеристиками этих тканей, определяемыми, например, в опытах на выделенных образцах этих тканей [4]. Кроме того, многие исследователи показали, что тем или иным способом определенная ригидность может зависеть от уровня ВГД в ненагруженном глазу («истинного» ВГД), т. е. не является однозначной характеристикой обследуемого глаза [13]. Попытки описать упругие свойства глаза одной константой исходят из предположения, что распределение упругих свойств в различных элементах глазного яблока всегда подобно, что не соответствует действительности.
В опубликованных нами ранее расчетах для каждого типа тонометра определена функция p (G), показывающая зависимость тонометрического давления p от веса груза G [14]. В широком диапазоне физиологических значений параметров эти функции близки к линейным, поэтому возможно ввести некоторый коэффициент γ, названный нами коэффициентом эластоподъема и определяемый по 2-м измерениям тонометрического давления p1 и p2 при 2-х разных грузах G1 и G2 по формуле γ = (p2 – p1) / (G2 – G1).
Ранее было показано, что коэффициент эластоподъема хотя и зависит от истинного ВГД, но незначительно, и, таким образом, оказывается в первую очередь характеристикой упругих свойств объекта [13–15]. Однако вычисленные для разных типов тонометров коэффициенты эластоподъема для одного и того же глаза получаются разными и не выражаются один через другой, что связано с их разной зависимостью от 2 структурных упругих параметров: жесткости роговицы (Ec) и жесткости склеры (Es). В частности, коэффициент эластоподъема γs, определенный по данным тонометра Шиотца, как показали наши предыдущие расчеты, оказался относительно мало зависящим от роговичной жесткости и, таким образом, может служить характеристикой жесткости склеральной области Es. При этом он не совпадает с ригидностью по Фриденвальду, также определяемой при тонометрии по Шиотцу, отличаясь от нее способом вычисления, размерностью и отчетливым физическим смыслом. С другой стороны, подобный коэффициент γм, полученный по результатам тонометрии разными грузами по Маклакову, оказывается существенно зависящим от обеих структурных жесткостей Ec и Es, но в большей степени от жесткости роговицы [14, 15].
Эти модельные расчеты послужили основой для предложенного нами метода определения относительного вклада изменений упругих свойств роговицы и упругих свойств склеры в биомеханическую составляющую глаукомного поражения, связанную с состоянием корнеосклеральной оболочки глаза, и оценки на этой основе риска прогрессирования глаукомного процесса.
Цели работы – определение биомеханических параметров, характеризующих упругие свойства корнеосклеральной оболочки, и оценка риска прогрессирования глаукомы на основе этих данных.
Материал и методы
В рамках данной работы обследованы 39 пациентов (42 глаза) в возрасте от 55 до 72 лет с неоперированной ПОУГ, из них 19 глаз с ПОУГ I стадии и 23 глаза с ПОУГ II стадии. Контрольная группа включала 9 соматически здоровых пациентов той же возрастной группы без офтальмопатологии (кроме начальной катаракты). У больных с глаукомой ВГД было компенсировано на инстилляционном гипотензивном режиме в течение всего периода исследования.Всем пациентам проводилась эластотонометрия по Маклакову с грузами 7,5 г (G1), 10 г (G2) и 15 г (G3). С помощью линейки Поляка определяли соответствующие тонометрические давления p1, p2 и p3. Затем вычисляли коэффициент эластоподъема γМ как среднее арифметическое 2-х значений γМ1, и γМ2, определенных по формуле: γМ1 = (p2 – p1) / (G2 – G1) и γМ2 = (p3 – p2) / (G3 – G2). Как указано выше, γМ в основном характеризует биомеханический статус (жесткость) роговицы [14, 15].
Сразу же после этого на том же глазу проводили дифференциальную тонометрию по Шиотцу с использованием тонографа GlauTest 60 с грузами 5,5 г и 7,5 г. При этом для определения значений тонометрического давления использовали не показания тонографа для разных грузов (как при стандартной дифференциальной тонометрии), а графические зависимости, получаемые в режиме GlauTest 60 «Дифференциальная тонометрия» и предназначенные для определения коэффициента ригидности Е. По ним определяли «заглубления» датчика тонографа и пересчитывали в значения тонометрического давления p1 и p2, затем рассчитывали коэффициент эластоподъема по формуле γS=(p2 – p1) / (G2 – G1). Как указано выше, γS в основном характеризует биомеханический статус (жесткость) склеры [14, 15].
Для оценки относительного вклада роговицы и склеры в формирование интегрального биомеханического статуса корнеосклеральной оболочки нами было предложено определять показатель К =γS/γМ.
Клиническое обследование включало также оценку состояния структур диска зрительного нерва (ДЗН) с помощью лазерного сканирующего томографа HRT-3 (Heidelberg Engineering GmbH, Германия). Оценивали среднюю толщину слоя нервных волокон (СНВС) (mean RNFL thickness), объем нейроретинального пояска (НРП) (rim volume), объем экскавации ДЗН (сup volume).
Для оценки функционального состояния зрительной системы проводилась статическая периметрия на приборе Humphrey (Carl Zeiss) по пороговой программе 30-2 Threshold test с использованием алгоритма SITA-Standard с определением периметрических индексов MD (mean deviation) и PSD (pattern standard deviation).
Через 18 мес. данный комплекс исследований проводился повторно.
При статистической обработке полученных данных использовали показатели: M±m – среднее значение ± средняя квадратичная ошибка и M±σ – среднее значение ± среднее отклонение, при сравнении групп – U-критерий Манна – Уитни. Достоверными считались отличия со значениями р<0,05.
Результаты
Значения коэффициента эластоподъема γМ, определенные по данным эластотонометрии по Маклакову, в группе контроля варьировали в пределах от 0,7 до 1,1 мм рт. ст. / г, составляя в среднем (M±m) 0,86±0,07 мм рт. ст. / г.При I стадии ПОУГ среднее значение этого коэффициента (M±m) составило 0,88±0,2 мм рт. ст. / г, при II стадии – 0,80±0,04 мм рт. ст. / г. Статистически значимые отличия данного коэффициента от нормы определялись только при II стадии ПОУГ (p<0,05). Снижение показателя γМ по мере развития глаукомного поражения можно расценить как свидетельство постепенного нарушения биомеханических свойств роговицы, что может оказывать влияние на точность определения ВГД.
Значения коэффициента эластоподъема γS, определенные по данным эластотонометрии по Шиотцу, в контрольной группе варьировали в пределах от 0,8 до 1,7 мм рт. ст. / г, составляя в среднем (M±m) 1,47±0,10 мм рт. ст. / г. В то же время при ПОУГ значения этого коэффициента были выше: при I стадии – 1,65±0,25 мм рт. ст. / г, при II стадии – 1,88±0,13 мм рт. ст. / г. При этом отличия данного показателя от нормы при II стадии ПОУГ оказались статистически достоверными (p<0,05). Поскольку γS в большей степени отражает биомеханические характеристики склеры, повышение этого показателя в процессе развития ПОУГ, по всей видимости, указывает на изменение свойств склеральной оболочки в сторону повышения ее жесткости, что совпадает с выводами, полученными ранее в работах [4, 16, 17], и может быть причиной развития глаукомной экскавации ДЗН [4, 17, 18].
Свидетельством дисбаланса между биомеханическими характеристиками глаукомной склеры (γS) и роговицы (γМ) может служить изменение предложенного нами показателя К=γS/γМ. Расчет этого коэффициента в норме (в группе контроля) показал, что он варьирует в пределах от 1,4 до 2,4, составляя в среднем (M±m) 1,9±0,22.
В то же время при I стадии ПОУГ отмечается повышение значений К в среднем до 2,15±0,75, а при II стадии – до 2,53±0,17. Отличия данного показателя от нормы при II стадии ПОУГ становятся статистически достоверными (p<0,05). Эти данные указывают на нарастающий дисбаланс биомеханических свойств роговицы и склеры при развитии заболевания.
Для оценки возможной роли выявленного дисбаланса в качестве фактора риска прогрессирования глаукомного процесса пациенты с отклонением коэффициента К=γS/γМ от нормы в сторону его повышения были разделены на 3 группы.
В 1-й группе отклонение было незначительным и составило 0,1–0,3, во 2-й группе – 0,3–0,9, в 3-й группе – ≥1,0.
В 1-й группе (с минимальным сдвигом коэффициента К по отношению к норме) лишь у 20% пациентов через 18 мес. были выявлены изменения исследованных структурно-функциональных показателей. Однако, как видно из данных, представленных в таблице 1, в среднем по группе эти изменения были статистически недостоверными.
В то же время во 2-й и 3-й группах уже у 67% пациентов в конце срока наблюдения выявлены определенные изменения исследованных структурно-функциональных показателей. Во 2-й группе, где нарушения биомеханических свойств роговицы и склеры, а также дисбаланс этих характеристик были более выраженными, чем в 1-й группе, отмечены статистически значимые структурные изменения: уменьшение объема НРП и увеличение объема экскавации ДЗН. Периметрический индекс PSD в этой группе через 18 мес. также стал выше. В 3-й группе (со значительным сдвигом коэффициента К по отношению к норме) обнаружены значимые изменения всех исследованных структурных и функциональных показателей, что соответствует прогрессированию глаукомного процесса. Таким образом, нарушение биомеханических свойств роговицы и склеры, а также дисбаланс этих характеристик можно расценить как факторы риска прогрессирования глаукомного поражения.