The biomechanical aspects of keratorefractivesurgery and corneal cross-linking

Abstract

The present analytical review concerns the relationship between the biomechanical characteristics of the cornea, the safety and effectiveness of keratorefractive surgical interventions, and the development of keratectasias of different origin, in the first place formation of the keratoconus. The modern methods for the diagnostics of biomechanical lesions of the cornea and the approaches to their correction are described.

Full Text

В последние десятилетия было установлено, что биомеханические свойства структур глаза и в первую очередь корнеосклеральной оболочки оказывают влияние на результаты измерения внутриглазного давления (ВГД), а также играют определенную роль в патогенезе некоторых заболеваний глаз, в частности, прогрессирующей миопии, глаукомы, кератоконуса и других кератоэктазий [1]. Еще одним важным для клинической практики вопросом является связь биомеханических факторов с безопасностью и эффективностью кераторефракционных вмешательств, направленных на коррекцию аномалий рефракции путем изменения толщины и профиля роговицы. Различные виды кераторефракционной хирургии, включая фемтосекундные лазерные вмешательства, в частности, фоторефракционная кератэктомия (ФРК), лазерный кератомиллез (ЛАЗИК) и его модификации, имплантация интрастромальных роговичных сегментов и другие подобные операции используются очень широко, поскольку, как известно, аномалии рефракции являются наиболее частым оптическим дефектом, снижающим не- корригированную остроту зрения, а современные технологии выполнения этих процедур обеспечивают их высокий рефракционный эффект при относительно редко встречающихся осложнениях [2-9]. По последним данным, каждый год в мире проводятся более 3 млн кераторефракционных операций, преимущественно эксимерлазерных (http://www.neovisioneyecenters. com/laservision_correction.html). За последние 10 лет, по- видимому, за счет применения более совершенной системы абляции клинические результаты этих вмешательств значительно улучшились, что дало дополнительный толчок к росту распространения рефракционной хирургии. Однако, как при любом хирургическом вмешательстве, в определенных случаях после эксимерлазерной коррекции аметропий отмечаются осложнения: реже интраопераци- онные, несколько чаще развивающиеся в раннем и даже позднем послеоперационном периоде. Кроме того, конечный рефракционный эффект операции колеблется, иногда отличается от планируемого, бывает нестабильным, особенно при высоких степенях аметропий [6]. В современной рефракционной эксимерлазерной хирургии риск интраоперационных осложнений, в первую очередь благодаря новым совершенным моделям микро- кератомов и применению фемтолазеров, сведен к минимуму. В то же время риск послеоперационного снижения зрения продолжает сохраняться. Хотя данные литературы свидетельствуют о том, что частота осложнений такого рода невелика и колеблется в пределах от 1 до 5% [5, 10, 11], учитывая огромное абсолютное число таких операций, даже относительно небольшой процент осложнений на деле означает наличие нарушений зрительных функций у значительного числа пациентов. Очевидно, что удаление путем эксимерлазерной абляции части стромы роговицы и формирование роговичного лоскута (при операции ЛАЗИК) не только приводит к нарушению анатомической целостности роговицы и ее иннервации, но и индуцирует комплекс изменений, влияющих на ее биомеханические свойства [4]. Действительно, значительно уменьшая толщину роговицы и нарушая ее фибриллярную структуру, эти вмешательства изменяют биомеханические параметры роговицы, вызывая тем самым ее прямое ослабление, либо перераспределение механических напряжений [12]. Это в ряде случаев - через месяц после ЛАЗИК и ФРК или гораздо позднее - может вызывать наиболее распространенное, по мнению К.Б. Першина и Н.Ф. Пашиновой [4], осложнение - кератэктазию [13], которая в продвинутых стадиях вызывает помутнение роговицы, ее изъязвление, что приводит к необходимости трансплантации донорской роговицы [14]. Во многих исследованиях показано, что причиной послеоперационной (ятрогенной) кератэктазии является критическое снижение биомеханической устойчивости роговицы, ее неспособность поддерживать необходимую форму [1, 15]. По данным Л.И. Балашевича и соавт. [2], частота возникновения кератэктазии после операции LASIK при правильном отборе пациентов сопоставима с таковой при первичном кератоконусе в общей популяции, поэтому меры профилактики должны быть направлены на тщательный предоперационный отбор пациентов и тканесохраняющие воздействия на роговицу. При этом достоверность прогнозирования послеоперационной кератэктазии повышается при использовании современных способов неинвазивной диагностики формы, структуры и аберраций роговицы с помощью корнеотопографии и клинической аберрометрии [16]. Имеются веские основания предполагать, что анализ показателей роговичной биомеханики, наряду с оценкой клинически значимых факторов риска кератэктазии, может повысить надежность идентификации пациентов, входящих в группу риска по развитию эктатических изменений после кераторефракционной хирургии [17]. Высказывается мнение, что биомеханические показатели - корнеальный гистерезис (КГ) и фактор резистентности роговицы (ФРР), полученные с помощью Ocular Response Analyzer (ORA, Reichert, USA), могут быть полезны в этом отношении, если их правильно анализировать и интерпретировать. Предлагаются также другие специфические параметры корнеограмм, полученных с помощью ORA, ассоциированные с факторами риска [18]. Влияние операций ЛАЗИК и ФРК на биомеханические свойства роговицы, оцениваемые с помощью ORA, изучено В.В. Нероевым и соавт. [3]. Оказалось, что послеоперационное снижение значений КГ и ФРР происходит у всех пациентов независимо от метода операции [3, 19]. Более того, исходный (дооперационный) уровень этих показателей не восстанавливается даже через 2 года после вмешательства. У пациентов с исходной миопией высокой степени КГ после ЛАЗИК составил 83,6% от доопераци- онного значения, ФРР еще меньше - всего 68,1%; а после ФРК эти показатели, особенно ФРР, восстановились даже в несколько меньшем объеме: КГ - до 80,1%; ФРР до 61,5% [3]. Эти данные качественно совпали с результатом другого исследования, которое также показало существенно большее снижение ФРР, чем КГ после ФРК у пациентов с миопией высокой степени [20]. Исследование биомеханических показателей роговицы целесообразно включить в стандарт обследования пациентов с миопией и миопическим астигматизмом перед проведением эксимерлазерной операции, поскольку значения КГ и ФРР у пациентов с миопией различной степени могут быть критерием выбора метода коррекции. Так, пациентам с миопией слабой и средней степени с изначально низкими значениями КГ и ФРР (меньше 7,5 мм рт. ст. и 6,8 мм рт. ст. соответственно), по мнению В.В. Не- роева и соавт. [3], целесообразнее проводить ФРК, а пациентам с миопией высокой степени целесообразнее выполнять ЛАЗИК, поскольку в этом случае риск регресса рефракционного эффекта и послеоперационного развития кератэктазии ниже. К этим выводам близки результаты работы D. Uthoff и соавт. [9], в которой показано, что через 3 мес после ЛАЗИК у пациентов с наличием регресса рефракционного эффекта снижение КГ и ФРР выражено несколько сильнее, чем у пациентов со стабильной послеоперационной рефракцией. Интересно, что после эксимерлазерной коррекции ги- перметропии методом ЛАЗИК кератэктазия встречается гораздо реже, чем при миопии, несмотря на то, что эта операция менее предсказуема в отношении биомеханических последствий. Причиной, по-видимому, является удаление роговичной ткани преимущественно в парацентральной зоне, которая при гиперметропии изначально характеризуется большей толщиной [14, 15]. Кроме того, как показано в работе С.И. Анисимова и соавт. [21], при всех видах роговичной миопической коррекции величина механических напряжений в центре роговицы увеличивается, а при ги- перметропической коррекции - уменьшается. Таким образом, обследование пациентов с аномалиями рефракции с помощью ORA может быть полезным для контроля биомеханических свойств роговицы в контексте кераторефракционной хирургии, а уточнение и оптимизация параметров этого прибора является в этом отношении весьма перспективным направлением дальнейших исследований. Однако разработка надежных инструментов оценки рисков кераторефракционной хирургии идет и в других направлениях. В качестве информативного диагностического модуля предлагается кератотензотопо- графия - методика, позволяющая оценить механические напряжения (МН) в роговице [21]. Объединение данных оптического пахиметра (значения толщины роговицы), кератотопографа (распределение кривизны роговицы) и бесконтактного пневмотонометра (уровень ВГД) с помощью разработанной авторами специальной компьютерной программы Evolution, использующей уравнение Лапласа, позволяет получить распределение МН в роговице в виде карты - кератотензотопограммы (КТТ). При близорукости, астигматизме и при наличии тонкой роговицы вид КТТ соответствует таковому в глазах с нормальными параметрами. После вмешательств на роговице, например, после кератотомии, ЛАЗИК, термокератокоагуляции при гиперметропии, вид КТТ изменяется, в особенности изменяются абсолютные значения МН и соотношение их значений, полученных в центре и на периферии роговицы. Выявлено, что в норме МН всегда выше в центре роговицы, чем на периферии. При кератоконусе периферия более напряжена, чем центр роговицы, а основное снижение ригидности роговичной ткани при кератоконусе и других кератэктазиях отмечается в парацентральных зонах. Зона фокуса кератоконуса может совпадать с областью максимальных МН или находиться вне этой области. В результате любых роговичных операций с целью коррекции миопии МН значительно возрастают. При превышении соотношения МН в центре и на периферии роговицы некоторого критического уровня возможно развитие ятрогенных кератэктазий. Анализ КТТ показал, что качественная картина и распределение значений механических нагрузок при кератоконусе и ятрогенных эктазиях идентичны, что может говорить о близости патогенетических механизмов, приводящих к этим патологическим состояниям, за исключением случаев экстремального истончения остаточной стромы роговицы меньше величины 250 мкм, когда развивается эктазия, отличающаяся точным центральным расположением, корреспондирующим с зоной предшествовавшей абляции. Полученные результаты позволяют считать КТТ информативным топографическим методом, позволяющим оценить биомеханические свойства роговицы и определить риск развития критических уровней механических напряжений роговицы. Необходимо подчеркнуть, что полученные величины параметров МН здоровой роговицы в разных возрастных группах дали возможность определить нормальный темп увеличения ригидности роговицы вследствие естественного возрастного кросслинкинга роговичного коллагена. Эти данные приобретают особую важность для диагностики ке- ратоконуса, несвязанного с постоперационным состоянием. Как известно, кератоконус - прогрессирующее невоспалительное двустороннее заболевание, характерными признаками которого являются истончение стромы роговицы в центральных или парацентральных отделах и про- трузия верхушки конуса. Роговица принимает коническую форму, развивается неправильный астигматизм [22-25]. Проблема кератоконуса становится в последние годы все более актуальной, поскольку его частота существенно растет, составляя в настоящее время не менее 1 на 1000 человек [23, 26, 27]. Это связано как с улучшением качества диагностики и выявления конической роговицы, так и с истинным ростом заболеваемости. Нарушение каркасной функции роговой оболочки при кератоконусе является, видимо, следствием патологического снижения уровня поперечной связанности (крос- слинкинга) коллагеновых структур этой соединительной ткани, поскольку именно поперечные связи (сшивки) в основном ответственны за механическую стабильность данного типа биологических тканей [28-30]. Целенаправленные биомеханические исследования in vitro показали, что упруго-прочностные параметры и, в частности, модуль упругости в центральной зоне роговицы при керато- конусе существенно ниже, чем в здоровых глазах [31-33]. Эти результаты подтверждаются данными клинических исследований пациентов с кератоконусом с помощью ORA. Так, у пациентов с этим заболеванием, подтвержденным данными кератотопографии, КГ и ФРР оказались достоверно ниже, чем у здоровых лиц, а также у пациентов с миопией и миопическим астигматизмом без признаков кератоконуса, что свидетельствует о снижении общей резистентности роговицы [27, 34-36]. По мере прогрессирования процесса кератэктазии КГ и ФРР, как показано в исследовании S. Shah и M. Laiquzzaman [37], достоверно снижаются, при этом значения ФРР коррелируют с уровнем сферических аберраций, особенно при далекозашед- ших стадиях кератоконуса, поэтому авторы предлагают использовать эти биомеханические показатели как дополнительные диагностические критерии в оценке состояния роговицы при данном заболевании. Однако другие авторы указывают, что на результаты оценки биомеханических свойств роговицы с помощью ORA существенное влияние оказывает величина ВГД и толщина роговицы [34, 38, 39], что несколько снижает диагностические возможности метода. Кроме того, исследование проводится в центральной зоне роговицы диаметром приблизительно 3 мм, хотя начальные изменения при кератоконусе могут локализоваться и ближе к периферии [34, 39]. Скрининговая программа прибора ORA вычисляет также индекс кератоконуса, разделяя исследуемые глаза на 5 категорий: здоровые, с подозрением на кератоконус, с начальным, развитым и далекозашедшим кератоконусом. Однако диагностическая специфичность данного метода недостаточно высока, что вносит ограничения в использование ORA как единственного метода для объективного выявления раннего кератоконуса [39, 40]. Эффективного медикаментозного лечения кератоко- нуса в настоящее время не существует. Для оптической коррекции сниженной при кератоконусе остроты зрения используют жесткие контактные линзы, которые не останавливают прогрессирования заболевания. Существуют различные методы хирургического лечения кератоконуса, которые имеют свои преимущества и недостатки [23, 26, 41-44]. В последнее время для хирургической коррекции и остановки прогрессирования кератоконуса применяют имплантацию интрастромальных роговичных сегментов 34 (ИРС), которые уплощают оптический центр роговицы, центрируют верхушку конуса, уменьшают степень миопии и астигматизма [44-46]. На современном этапе одним из наиболее эффективных методов профилактики прогрессирования кератоко- нуса считают кросслинкинг роговицы [22, 30, 47]. Еще в 1997 году группа специалистов из Дрездена выдвинула перспективную идею укрепления стромы роговицы путем индукции дополнительных поперечных связей в ее коллагеновых структурах в качестве потенциального лечебного воздействия при кератоконусе [48-51]. Эта идея была основана на известном факте возрастного повышения жесткости роговицы, вызванного естественным формированием поперечных связей в белковых структурах. Отсюда возникло предположение, что искусственное перекрестное сшивание коллагена, характеризующегося в случае кератоконуса повышенной ферментативной уязвимостью (деградацией) и эффектом фибриллярного «проскальзывания», может стать лечебным воздействием, предотвращающим данный патологический процесс [30]. В 2003 году G. Wollensak и соавт. [52] разработали метод повышения уровня поперечной связанности коллагена (кросслинкинга) для лечения прогрессирующего кератоконуса с использованием рибофлавина и облучения стромы роговицы ультрафиолетом А (UVA). Этот метод получил серьезное экспериментальное обоснование: было показано, что после комбинированного воздействия рибофлавина и UVA (с длиной волны 370 нм - пик поглощения рибофлавина) происходит существенное повышение биомеханической стабильности роговицы (увеличение модуля ее упругости примерно на 300%) и ее протеолитической устойчивости (в первую очередь, к кол- лагеназе), а также формирование больших коллагеновых молекулярных агрегатов с возникновением поперечных сшивок преимущественно между молекулами, находящимися на поверхности фибрилл, а также между протеогли- канами в межфибриллярном пространстве [1, 53-59]. Показано, что высокий биомеханический эффект воздействия UVA и рибофлавина достигается только при удалении роговичного эпителия, поскольку эта структура препятствует проникновению фотосенсибилизатора (рибофлавина) в строму роговицы, а без него поглощение UVA-излучения в строме роговицы очень незначительное [60]. В клинике эта методика выполняется практически по той же технологии, что была разработана в эксперименте in vivo на животных [1, 22, 47, 61]. Многочисленными клиническими исследованиями показано, что данная методика эффективно останавливает развитие кератоконуса за счет увеличения биомеханической устойчивости роговицы [3, 22, 30, 47, 61]. Оценка отдаленных результатов (10 лет наблюдения) подтвердила стабилизацию патологического процесса на фоне улучшенных корнеотопографических параметров и корригированной остроты зрения, побочных эффектов (в частности, патологии эндотелия) выявлено не было [47]. Результаты других отдаленных наблюдений (730 глаз, срок наблюдения до 15 лет) обнаружили ослабление эффекта проведенного кросслинкинга в 2,5% случаев [30]. В связи с этим авторы предлагают даже в отсутствии жалоб на снижение зрения периодически контролировать топографические и биомеханические показатели роговицы, чтобы при появлении признаков их ухудшения провести повторную процедуру кросслинкинга. В то же время в работе W.J. Dupps и S. Wilson [62] указывается, что использование ORA для оценки результатов кросслинкинга не всегда оказывается информативным, так как изменение эластичности роговицы может маскировать изменение ее вязкости, в результате КГ остается на исходном уровне, хотя по другим параметрам обработанная роговица оценивается как более жесткая. Возможно, более надежным в этом отношении может оказаться использование прибора Corvis (Oculus, Wetzlar, Германия) [63, 64]. В любом случае поиск новых методов контроля биомеханических показателей роговицы представляется актуальным и необходимым. Стоит отметить, что для усиления эффекта корнеального кросслинкинга в последнее время предложено комбинировать эту процедуру с имплантацией роговичных сегментов (ИРС) [45]. Сравнительное изучение каждого вмешательства по отдельности и их сочетанного применения показало, что наиболее выраженное повышение величины КГ отмечалось именно при комбинированном лечении, причем в том случае, когда сначала проводилась ИРС, а затем кросслинкинг, а не наоборот. Такое комбинированное лечение позволяет достигнуть более значительных результатов (ослабление манифестной рефракции и кератометрических показателей) и в случае кератэктазии, вызванной эксимерлазерной хирургией (ЛАЗИК) [45, 65]. Биомеханические и функциональные эффекты корнеального кросслинкинга продолжают изучаться, разрабатываются новые методические приемы и расширяются области применения этой перспективной и высокоэффективной технологии.