玻璃體病理生理學及玻璃體替代物研究進展

張靚，李德爽，谷浩，秦波

(貴州醫科大學附屬醫院，貴州 貴陽)

0 引言

近年來在玻璃體視網膜疾病治療和眼內給藥方面的進展對玻璃體替代物的存在提出了新的要求。理想的玻璃體替代物應模仿自然玻璃體的所有積極特性，如透明度、彈性、緩沖能力和與鄰近組織的生物相容性，并避免一些與天然物質相關的消極特性，如液化和隨年齡增長的生物降解。

目前大多數玻璃體替代物主要用來維持眼內壓和保持玻璃體空間的生物力學和光學特性。不同種類的玻璃體替代物在結構、組成、生物力學和生理特性等方面存在較大差異。因此，我們回顧病理變化，并著重分析與玻璃體替代物相關的臨床特點。

1 玻璃體的結構和功能

1.1 解剖結構

玻璃體是一種膠狀結構，充滿于晶狀體和視網膜之間的空間。自然玻璃體具有良好的透明度，但其結構不均勻，由不同密度、不同組成成分的幾個部分組成[1]。最接近視網膜的部分是玻璃體皮層，這是玻璃體密度較高的部分，厚度約100-300μm。與鋸齒緣相連的玻璃體，稱為玻璃體基底部，比皮層密度更高[2]。

玻璃體和視網膜的邊界由一種稱為玻璃體視網膜界面的膜復合體組成，它由視網膜的內界膜(Inner Limiting Membrane，ILM)和一層緊密的膠原纖維組成。玻璃體視網膜界面的膜厚度不同，黃斑周圍的膜厚度是赤道部的5-6倍[3]。在某些情況下，成年玻璃體的中心可見一條中央通道Cloquet管，它是原始玻璃體的殘余。

人出生時玻璃體是一個完全凝膠狀的結構，但隨著年齡的增長，逐漸液化。液化是指凝膠狀的玻璃體逐漸脫水收縮，水與膠原分離。液化的玻璃體可能導致一些組織病理變化甚至疾病，如玻璃體前脫離、玻璃體后脫離以及牽拉性視網膜脫離。此外，這些結構所造成的不均勻密度性可能會影響玻璃體內藥物的擴散速度。

1.2 化學組成

玻璃體99%以上的成分是水，然而，并不是所有的水都是游離的。有些與蛋白質和黏多糖結合，研究表明在猴和牛的玻璃體內結合水占所有含水量的15%到20%(其余為游離水)[4]。

1.2.1 蛋白質

玻璃體的蛋白質含量雖然占總含量的百分比很小，但在性質上是非常多變且復雜的。人的可溶性蛋白質含量在200～1400mg/mL之間[5]，隨著年齡的增長有升高的趨勢。一般來說，靈長類動物的大多數可溶性蛋白是白蛋白(40%)，其他主要成分是鐵結合蛋白(30%)。且有報道表明轉鐵蛋白存在于正常的人玻璃體中[6]，轉鐵蛋白是在玻璃體中合成的。鐵在玻璃體出血中起重要作用，轉鐵蛋白和其他的鐵結合蛋白可以通過減少鐵的毒性作用，對玻璃體內少量出血起保護作用。

膠原蛋白是玻璃體中最豐富的不可溶性蛋白，主要分為II型、V/XI型、VI型和IX型。玻璃體膠原主要為II型(60-75%)，其次為IX型(25%)、V/XI型(10-25%)和IV型(＜10%)。其中IV型膠原交聯于膠原纖維的表面，V/XI型膠原組成玻璃體膠原纖維的核心部分[7]。人玻璃體中膠原蛋白濃度約為300μg /mL，而膠原纖維直徑為10—25nm。玻璃體膠原可能起源于視網膜的Müller細胞，已經有體外實驗證實Müller細胞能合成玻璃體膠原[8]。

1.2.2 透明質酸

玻璃體的另外一個重要成分是透明質酸(glycosaminoglycans，GAGs)。它是一種由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖組成的葡糖氨基葡聚糖。其主要有三類，包括透明質酸(hyaluronic acid，HA)、硫酸軟骨素(chondroitin sulfate，CS)和硫酸肝素(heparan sulfate，HS)。

HA又稱透明質酸或透明質酸鹽，是20世紀30年代首次從牛的樣本中分離出的玻璃的主要成分。HA與膠原形成的三維結構是決定玻璃體粘度的主要因素之一，同時HA也可作為其他細胞外大分子組裝的模板。關于人玻璃體中HA濃度最新的研究為96-115mg/mL，并注意到HA水平隨年齡呈明顯的線性下降(r=-0.66，P＜0.001)[9]。更精確地了解透明質酸在人玻璃體中的比例有助于我們更好地理解透明質酸在玻璃體病理中的作用。

CS是細胞外基質的主要成分，也以兩種蛋白多糖形式存在于玻璃體內：蛋白聚糖和IX型膠原。研究發現，蛋白聚糖基因(CSPG2基因)的突變可導致危及視力的常染色體顯性遺傳的Wagner玻璃體視網膜變性，典型表現為附著于赤道視網膜的玻璃體液化早、玻璃體巨大空腔、視網膜色素沉著、脈絡膜萎縮等[10]。

HS已在人類玻璃中發現有少量的硫酸肝素存在，它是一種可再生的蛋白多糖，被認為可使膠原纖維保持適當的間距[11]。

1.2.3 代謝物

作為鄰近組織細胞代謝的重要組成部分，在玻璃體中發現了葡萄糖和乳酸。大多數被研究的物種，如大鼠、豚鼠、兔子，被發現葡萄糖濃度只有血漿的一半，玻璃體中可能需要葡萄糖來維持酶的活性。乳酸是人類玻璃體的主要代謝物，其在家兔中的玻璃體濃度為(12mmol/L)略高于其在血漿中的水平(10mmol/L)[12]。

1.2.4 抗壞血酸

抗壞血酸在玻璃體中比在血漿中濃度高。抗壞血酸可能與白內障摘除及老化過程中的液化有關。抗壞血酸可作為新生血管抑制劑增加體細胞的增殖。此外，最近有研究表明，抗壞血酸可能作為一種有效的抗氧化劑發揮著重要作用，如減少晶狀體附近玻璃體中游離氧的含量，從而防止早期白內障的形成[13]。

1.2.5 氨基酸

已在玻璃體內鑒定出多種氨基酸，如甘氨酸和精氨酸。玻璃體內的游離氨基酸濃度與血漿中濃度相似。

1.2.6 脂肪酸

不飽和脂肪酸占人類玻璃體中脂質總含量的50-55%，并且這一比例不隨年齡的增長發生變化。Redd等人發現的數據表明，狗和人的脂質代謝活躍[14]。

1.2.7 前列腺素

前列腺素(PG)是一種不飽和羧酸，以前列腺酸為基本骨架，有一個5碳環和兩條側鏈。它們是由花生四烯酸合成的。研究最多的是前列腺素PGE2、PGF2、前列環素和血栓素。人玻璃體中PG水平約為100pg/mL[15]。據了解其他物種的PG含量還沒有被測量過。

1.2.8 細胞

玻璃體內有玻璃體細胞，成纖維細胞和巨噬細胞等多種細胞。玻璃體細胞在玻璃體基底部密度最高，其次是后極部，在赤道部最低。成纖維細胞位于睫狀突、玻璃體基底部和視盤附近的玻璃體皮質內，與玻璃體細胞的區別是它們具有長的突起(最長可達260μm)并且沒有PAS+顆粒。

在玻璃體后皮質還有層狀細胞，主要分布于內界膜，其作用是位于玻璃體皮質和內界膜之間發揮黏附作用，而在玻璃體其他部位未見這種細胞。另外，這種細胞可能與玻璃體視網膜病理性黏附有關。在玻璃體基底部，于玻璃體視網膜黏附部位可見巨噬細胞，具有重塑玻璃體視網膜交界面的作用。

Müller細胞屬于大膠質細胞，其具有多種功能：可穩定視網膜結構、提供定向支架、給視網膜神經元和血管提供結構和代謝的支持、防止異常的光受體移行至視網膜下間隙等[16]。

1.2.9 酶和代謝活動

長期以來，玻璃體被認為是一種代謝靜止組織。1982年有研究證實玻璃體內存在果糖，這表明了玻璃體內存在組織代謝活動，并進行透明質酸的轉換。同時，玻璃體內可分離出血管緊張素轉化酶。另外，最近的研究表明持續的氧代謝(抗壞血酸作為底物)也支持玻璃體可進行代謝活動這一觀點[17]。

玻璃體中含有葡萄糖和乳糖分子，也證實玻璃體是一個代謝體。葡萄糖為酶的代謝所必需，乳糖是玻璃體主要的代謝產物。

1.3 物理性質

1.3.1 組織構成

玻璃體的凝膠性是由膠原纖維與透明質酸分子混懸形成的結果，透明質酸分子能包圍并穩定水分子。透明質酸和膠原蛋白以及它們自身分子結構的結合決定了玻璃體的黏彈性。

1.3.2 組分梯度

雖然從宏觀上看玻璃體呈同質均一性，但從微觀上看，(如玻璃體的解剖和光學性質得出)玻璃體的成分是不均勻的。許多成分梯度可以證實這一不均一性。這些梯度主要包括膠原、蛋白質、結合水、透明質酸、葡萄糖、乳酸和氧梯度等。此外，壓力梯度也被證實存在。在這其中，各種離子可以很輕易地穿透，離子在玻璃中不斷地運動，這可能是由于眼睛的恒定電位。大多數梯度的前后方向與玻璃體腔前部的密度、粘度更大(玻璃體基底)有關。而密度、粘度的不同也與代謝活動的不同的相關。組分梯度可能是決定玻璃體內給藥小分子或給藥裝置后玻璃體內藥物濃度局部差異的主要因素之一[18]。

1.4 天然玻璃體的功能

1.4.1 關于眼球生長，體積和彈性

玻璃體是眼球體積最大的部分，在眼球的生長和結構中起著重要的作用。研究表明，眼球和視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)的生長均依賴于玻璃體中的透明質酸。

眼球是持續運動的，即使在凝視某一物體時也不例外。因此玻璃體承受著大量的低頻機械應力、摩擦和振動。玻璃體中高含量的透明質酸使其表現為黏彈體而不是黏性溶液，因此，玻璃體具有良好的減震作用。玻璃體的這一特性隨著年齡的增長而逐漸衰退，因為玻璃體的凝膠狀部分隨年齡增長而液化減少。

1.4.2 透明度和調節性

玻璃體是一種高度透明的眼部介質，它能傳遞90%的可見光和紅外光，其效果與水溶液下非常相似[19]。玻璃體內幾乎沒有光散射，這主要是由于膠原纖維之間的距離較大。玻璃體也作為晶狀體囊的支撐，在一定程度上促進調節的自然過程

1.4.3 屏障功能

在正常狀態下，玻璃體作為血-玻璃體屏障的重要組成部分，能夠抑制炎癥、增殖以及新生血管形成。雖然玻璃體可能在預防細菌感染和相關炎癥方面有效，但它卻會促進病毒感染。最近有報道證實在細胞培養中加入玻璃體顯著增加了病毒的轉導，這表明玻璃體是病毒感染的良好媒介[20]。

1.4.4 營養/代謝狀態

自20世紀60年代末以來，人們就認識到玻璃體可以作為鄰近組織的代謝儲存庫。此外，通過玻璃的物質運輸可能會影響周圍組織的代謝活動。玻璃體能減少晶狀體與氧的接觸，因此玻璃體的這種凝膠狀態可減少晶狀體的氧化損傷，并通過抗壞血酸依賴機制的氧耗系統阻止或減少白內障的發生[21]。

2 玻璃體的病理生理

2.1 老化

大多數低等哺乳動物(如兔、貓、狗、羊、牛)的玻璃體隨年齡變化相對較小。相比之下，恒河猴和人類的玻璃體會隨著年齡的增加而液化[22]。出生時，人的玻璃體完全是凝膠狀的。然而，隨著年齡增長，在尸眼中觀察到的中央玻璃體液化體積呈線性增長，從出生時的0mL到80歲時2mL(約為總體積的45%)[23]。

此外，隨著年齡的增長，玻璃體內的膠原蛋白和蛋白濃度也會增加，這可能是由于血漿蛋白滲漏多以及膠原纖維網狀結構的斷裂所致，而其他物質如纖溶酶也會隨著年齡增長而增加。玻璃體液化在玻璃體脫離中起重要作用。

既往認為透明質酸的水平不會隨著年齡而改變，但最近的研究發現黃斑裂孔和糖尿病視網膜病變玻璃體切割手術的樣本中，透明質酸的量會隨著年齡的增加而減少。玻璃體的凝膠狀態能維持相對較高的維生素c水平和持續的氧耗，而在玻璃體液化部分，維生素c水平相對較低，可導致局部的高氧和白內障形成[21]。

蛋白質含量隨著年齡的增加而增加，其濃度的變化可導致視網膜內界膜增厚和玻璃體膠原纖維的凝集增加，并能牽拉相鄰的視網膜，從而引起視網膜脫離。

2.2 玻璃體視網膜病變

玻璃體視網膜病變中最常見的是玻璃體后脫離(posterior vitreous detachment，PVD)是指玻璃體后皮層與視網膜內界膜的分離。PVD的患病率隨年齡增長而增長。由于部分玻璃體和漂浮物的膠原纖維以及液化部分的光散射特性不同，PVD可能會引起閃光感，這是玻璃體視網膜牽拉癥的一種癥狀，在PVD的急性發展中更是常見。

而更嚴重的并發癥則是視網膜牽拉和玻璃體出血。PVD的另一個并發癥是玻璃體劈裂，指的是玻璃體后皮質裂開所形成的一種形態學改變，僅留下部分皮層與視網膜相連。正常人的玻璃體膠原纖維、視網膜內界膜和Müller細胞的細胞漿之間有著很強的黏附力，當玻璃體與視網膜內界膜之間的聯接力量強于玻璃體各層之間的聯接時，就可能發生玻璃體劈裂。因此，玻璃體劈裂可視為PVD異常的結果。玻璃體劈裂常與增生性糖尿病視網膜病變(高達80%)相關，通過激活玻璃體體細胞可刺激細胞遷移、增殖，最終形成纖維膜機化收縮牽拉視網膜引起視網脫離。同樣，玻璃體劈裂在Eales病中也可見到，并可能在該病的發病機制中起重要作用[24]。

由于玻璃體對視網膜的牽拉而導致視網膜脫離。最近有研究表明，玻璃體黃斑牽拉與年齡相關性黃斑變性的嚴重程度相關(P=0.0082)，推測是RPE細胞損傷的關系[25]。此外局部緊密的后部玻璃體視網膜連接牽拉還能導致黃斑裂孔形成

2.3 糖尿病視網膜病變

糖尿病患者玻璃體中的糖含量升高，可能導致非酶糖基化產物和晚期糖基化終產物增加，這可能影響玻璃體膠原纖維。另一種機制證實糖尿病性視網膜病變可能對透明質酸產生類似衰老的形態學變化[26]。

2.4 白內障

玻璃體切除術后晶狀體附近的氧濃度增加，這可能會導致白內障的形成[27]。

2.5 增殖性玻璃體視網膜病變(proliferative vitreoretinopathy，PVR)

PVR的基本病理過程是視網膜色素上皮細胞的移行、增生，在視網膜前后及玻璃體腔內形成增生膜，增生膜的收縮最終導致牽拉性視網膜脫離。血小板源性生長因子和結締組織生長因子作用于RPE細胞，導致其病理性增生并誘發PVR。玻璃體腔內視網膜色素上皮細胞的彌散，血-眼屏障破裂和玻璃體出血是目前認為的增殖性玻璃體視網膜病變的主要危險因素[28]。

3 理想的玻璃體替代物

理想的玻璃體替代物應在形態和功能上與天然玻璃體相似，同時在手術中易于操作。應具有相似的粘彈性，并能在生理狀態下維持眼壓，支撐眼內組織(包括視網膜)處在合適的位置。同時，替代物應允許離子和電解質的運動，并保持某些物質(如氧氣、乳酸、抗壞血酸等)的濃度與天然玻璃體中的濃度相當。與天然玻璃體一樣，理想的玻璃替代品應該是透明清晰且是永久性的，只需要一次植入。替代物不應與周圍視網膜釋放的產物產生相互作用，這會導致替代物的降解。此外，它不應該引起任何毒性反應，并在長期使用時保持生物相容性。一旦置入眼中，它不應該被生物降解或分散成可以吸收或導致出現免疫反應的小顆粒。基于實際原因，理想的替代物應該容易獲得，可穩定儲存，并可通過小型注射器注射，并且價格合理。開發一種能夠滿足所有這些理想特性的替代物是一個巨大的挑戰。然而與玻璃體自身復雜特性不同的是，臨床上使用的玻璃體替代品目前僅僅只是充當視網膜填塞物的作用。

4 現有的替代物

目前可用的玻璃體替代物可分為四大類：氣體(空氣、可膨脹氣體)、液體(平衡鹽溶液、全氟碳液體、半氟代烷烴、硅油等)、聚合物(主要是水凝膠)和折疊式人工玻璃體球囊。目前可用的替代物除FCVB外只能滿足理想的玻璃體替代物的生物力學方面的要求，即作為視網膜填塞物。

4.1 氣體類的替代品

4.1.1 空氣類替代品

空氣最早在1911年被用于修復視網膜脫離。空氣價格低廉，容易獲得且不需要取出，它能被吸收并被房水代替。然而不幸的是，由于在視網膜的擴散，其在玻璃體內停留時間僅有幾天。此外，空氣的折射率(1.0008)與重要的光學組織(1.33)不相容。因此，空氣作為玻璃替代物在某種程度上是有限的。它僅限用于玻璃體切除術后沒有其他替代物頂壓視網膜的緊急選擇。

4.1.2 膨脹型氣體替代物

自20世紀70年代開始，膨脹氣體就被使用了。最常用的氣體是六氟化硫(SF6)和全氟丙烷(C3F8)，前者是空氣重量的五倍，后者是空氣重量的六倍。這兩種氣體都是無色無味無毒的。它們在1993年被美國食品和藥物管理局批準可用于氣動頂壓視網膜劑以填充玻璃腔。

氣體在視網膜固定術中有很好的成功率(＞90%)。可膨脹氣體比空氣持續時間更長，但根據全氟丙烷的不同占比，可在6至80天內自行吸收，并被房水取代，從而避免了二次手術[29]。

雖然氣體的膨脹性可以維持眼內壓，但在嚴重情況下眼壓突然升高可能會導致視網膜中央動脈阻塞。同樣，患者需要避免更高的海拔，以防止氣體擴張膨脹。在密度小于玻璃體腔的情況下，全氟碳氣體不能有效地填塞頂壓下方視網膜。雖然臨床上使用膨脹性氣體可以實現下視網膜填塞，但需要幾天的嚴格的面朝下體位，直到下方視網膜裂口閉合，視網膜液體被重新吸收，這會極大地降低患者的依從性。副作用包括氣體性白內障的形成和角膜內皮的改變。此外，與空氣一樣，氣體的折射率比角膜、前房液和晶狀體的折射率低(約1.17)。

總的來說，SF6和C3F8兩種氣體均被廣泛應用于視網膜脫離手術，自20世紀90年代初以來，已成為視網膜脫離修復的標準。它們是極好的短期玻璃體替代物，但不適合作為長期玻璃體替代物。

4.2 全氟化碳液體(Perfluorocarbon Liquids，PFCLs)

液體或凝膠狀固體能隨頭部運動保持填塞效果，同時不被吸收或降解，是一種比氣體更理想的替代品。最早被用作玻璃替代品的液體是水和平衡鹽溶液。從上世紀90年代開始研究人員對全氟碳液體(PFCLs)進行了研究。

PFCLs是一種含氟、含碳的化合物且無色無味。PFCLs的密度大約是水的兩倍，具有廣泛的運輸和釋放O2和CO2的能力，因為此原因，這種物質最初是作為血液替代品設計的。PFCLs作為術中填塞物改變了增殖性玻璃體視網膜病變的手術治療，因為術中可使視網膜平整穩定，促進視網膜前膜剝離和牽拉松解。最常用的PFCLs是全氟癸烷(PFD)、全氟己辛烷(F6H8)、全氟過氫菲和八氟丙烷。

PFCLs用于術中暫時使視網膜平整，可用于修復復雜的視網膜脫離，并可用硅油或其他長期替代品進行交換。由于PFCLs比水重，因此可用于長期填塞下方視網膜脫離而不需要面向下體位，但目前由于其長期毒性臨床使用受限。

PFCLs的高比重特性使其在復雜視網膜裂孔的修復手術中取得良好效果，且并發癥也不多見，因為PFCLs通常在手術中就被取出。且由于折射率接近水，PFCLs允許在玻璃體手術中使用。在術中，PFCLs的低粘度允許組織操作、注射和取出。另外有動物實驗表明，PFCLs對缺血的視網膜有潛在的神經保護作用，這可能是由于PFCLs的高溶解氧能力造成的。

目前PFCLs由于其長時間的毒性作用，在很大程度上只局限于術中使用。在兔眼玻璃體內存在超過2-4天已經證實其會對視網膜下造成不可逆的細胞損傷，最有可能的原因是細胞的機械損傷和術后6天的近乎完全乳化。體外實驗表明，PFD和全氟過氫菲會破壞視網膜細胞的生長模式，造成神經突起的缺失和其他毒性作用，這表明這些高比重的全氟碳液體會壓縮和破壞視網膜結構[30]。

此外有學者提出PFCL的毒性可能主要不是由于機械壓迫造成的。有體外研究結果顯示，在一項F6H8或PFD中培養人RPE細胞的試驗中，其活力細胞雖明顯降低，但其細胞的增殖能力沒有顯著降低[31]。此不能僅用機械作用或直接接觸造成的營養不足來解釋活力細胞減少的原因。此外，最近的一項研究使用F6H8，PFD兩種物質混合三個月以上，其在兔眼中顯示出良好的耐受性，沒有發現與重力相關的結構損傷[32]。

總的來說，PFCLs在術中可用于常規及復雜視網膜脫離的修復，但其直接毒性和誘導炎癥反應的可能限制了其作為長期填塞物的使用。

4.3 硅油(Silicone Oil，SO)

自20世紀60年代以來，SO一直被用作玻璃的替代品，但直到1994年才獲得FDA的批準。它類似于硅橡膠，是一種比重略小于水(0.97g/mL)的疏水性物質，折射率為1.4(略高于玻璃體指數1.33)。

對于復雜的視網膜脫離，SO作為短期或長期填充物是有效的，也是目前唯一被接受的長期玻璃體替代物質。它有幾種粘度，用厘沲(cSt)計量，是水粘度的倍數。目前臨床上使用1000cSt和5000cSt左右的硅油。取出SO的理想條件是視網膜附著，脈絡膜視網膜瘢痕形成，視網膜牽拉消失時。雖然SO通常在3-6個月后被取出，但取出的建議范圍從6-8周到6-30個月不等。并且解剖結果和視力在6至24個月期間保持穩定，這表明有長期使用的可能。一項2573只眼的研究表明硅油和C3F8是較好的長效填塞視網膜的替代品，并且在某些臨床情況下，如低眼壓，硅油可能比C3F8更有優勢[33]。

SO由于其高表面張力、易去除性、低毒性和透明性，成為了較好的長期玻璃體替代品。由于SO與水不混溶，高表面張力和低比重會對上視網膜產生良好填塞效應，在保持解剖完整性方面的成功率為70%。如果術后計劃乘坐飛機或高海拔旅行，則最好使用SO填塞。

然而SO是疏水性的，因此不如氣體與視網膜接觸理想。雖然SO是透明的，但是它的折射率(1.4)仍與天然玻璃體(1.3)不同。另外由于SO的低比重性，下視網膜的填充仍是困難的。在一項對有晶狀體眼使用SO的研究中發現白內障發生率從術前的52%上升到術后一年的73%[33]。SO的另一個缺點是SO取出后可能導致的并發癥;包括有復發性視網膜脫離、視力下降或喪失、低眼壓等。Veckeneer等人報告說，在大約12%的病例中，附著在視網膜上的硅油很難去除干凈。SO的其他并發癥還有并且乳化問題、角膜失代償和帶狀角膜病變，因小梁網濾過通道被阻塞引起的青光眼，以及因充盈不足引起的低眼壓。另外有研究顯示硅油小滴遷移到視網膜和視神經[34]，而眼內有髓視神經纖維的廣泛丟失可能是由于SO的自由液體特性造成的[35]。

最后，SO雖然至今仍在使用，但其對眼內結構(如白內障形成、角膜帶狀變性)仍存在一些潛在的不良副作用。與SO相關的毒性問題也激發了新的、毒性較低的替代品的開發，并通過使用硅油和其他液體的組合來降低毒性。

5 硅油/半氟化物(Semifuofinated Alkanes，SFAs)結合體

最近，SFAs和硅油作為填充劑的混合物已經被研究并批準用于臨床。通過將這兩種液體結合起來，該溶液利用了SFAs的高比重和硅油的高粘度，從而生產出一種填塞效果良好、乳化作用極小的玻璃替代品。溶解度實驗表明，這種混合物可以產生被稱為“重硅油”的均勻透明溶液和被稱為“雙填充”的不均勻溶液

5.1 雙填充溶液(Double Fill，DF)

DF使用的目的是使密度較輕的SO支持上視網膜，而較重的SFAs支持下視網膜，從而比單獨使用每種液體產生更少的并發癥。

盡管理論上DF可用于視網膜上或下方裂孔填塞。但實際上對于較大的下方視網膜裂孔效果更好。DF表現為單一泡狀物，這提高了F6H8作為填塞劑的效用，減少了分散性。

一項體外研究表明，DF作為填塞劑對下方視網膜的效果優于硅油，并且與單獨使用全氟己辛烷相比，DF乳化的風險較低。

另外DF不能同時提供良好的上、下視網膜填塞。最明顯的就是DF無法提供足夠的上方視網膜支撐：DF產生的不是均勻的氣泡，而是在下方產生一個雞蛋形狀的氣泡，下方質量較重的是純F6H8，上方質量較輕的是F6H8溶解在硅油中的F6H8溶液;整個氣泡表現的是一個比水重的填塞物[36]。

最后，盡管DF沒有達到其創建者的預期要求，但它仍被用于治療較大的下方視網膜裂孔。

5.2 重硅油(Heavy Silicone Oil，HSO)

HSO是一種比水更重的內部填塞劑，它是一種由SO和PFA混合成的均勻溶液。HSO已被推廣為一種長期的視網膜內填塞劑，用于治療伴有下方增殖性玻璃體視網膜病變的復雜視網膜脫離。目前用于臨床的主要有兩種：博士倫公司的OxaneHD和Densiron6-8。在鹿特丹和利物浦的一項雙中心試點研究中初始視網膜填塞成功率為81%[37]。最近的幾項研究顯示，HSO在3個月及更長時間內具有良好的解剖成功率(54-81%)和穩定的視力，且眼內耐受性良好，無明顯的乳化[38]。

但HSO比水重且較粘稠故很難去除。目前，大多采用18號長針頭在視盤上方進行強力主動抽吸去處HSO，這增加了醫源性視神經損傷的風險。而現嘗試使用較短(7.5mm長)和更小(20號針)的新型遠距離針頭取出HSO可能降低進入部位撕裂、術后低眼壓或其他醫源性損傷的風險[39]。HSO填充導致的并發癥包括白內障、眼內炎、乳化、眼前段毒性、眼壓升高等，以及在頂壓下方視網膜時，可能會對上方視網膜牽拉導致上方視網膜脫離。

因此盡管HSO的研究取得了一定進展，但HSO的并發癥仍然有待于進一步的臨床研究。

6 水凝膠

水凝膠，是在水溶液中膨脹而不溶解的三維聚合物，其生物相容性好、可注射，同時具有通透特性，是目前玻璃體替代物的研究熱點。目前研究的水凝膠主要為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)水凝膠、聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)水凝膠、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)水凝膠及聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)水凝膠等。有報道在特定條件下用PVA和三偏磷酸鈉(sodium trimetaphosphate，STMP)反應，STMP可提高轉化溫度同時降低水凝膠約50%的吸水率，結果顯示，當PVA比重占4.259%，STMP/PVA比為1：6.821及初始pH為9.424時為最佳條件，可獲得與玻璃體特性相似的水凝膠[40]。

而目前改良后的新型水凝膠，根據環境刺激形式的不同，可分為：溫敏性、pH敏感性、鹽敏性、電場敏感、光敏感及壓敏水凝膠。

水凝膠目前不僅可作為視網膜填塞物，并有可能通過控制網孔大小成為眼內藥物釋放的載體。它最突出的優勢是其在膠凝前黏度低易操作，膠凝后無色透明、頂壓效果好。

但水凝膠在體內有迅速降解的趨勢。實驗用水凝膠植入物的生物降解率與其化學結構有關，降解時間為60～150天。凝膠如何放置于眼內也是一個棘手的問題，直接注射會使凝膠變形并且失去彈力。而新型水凝膠可以以液體形式注入玻璃體腔，給予相應的環境刺激，使其變為凝膠狀態。相應報道[41]主要有Pluronic F127和WTG-127，后者能在室溫下以液態注入眼內，隨后在生理體溫36℃下原位膠凝并保持透明，但其降解時間短，并在完全膠凝前有滲入視網膜裂孔下的可能。而前者可誘發嚴重視網膜毒性。

一項注射PVP的兔眼研究顯示，在玻璃體注射PVP后4周時，PVP消失了50%。使用光學顯微鏡，研究人員在兔眼玻璃體、神經視網膜以及視網膜下空泡看到了巨噬細胞，他們認為PVP的消失是由巨噬細胞吞噬溶解的[42]。

因此新型水凝膠雖在生物相容性和光學性能上占據優勢，但在注射方式以及生物降解方面還需要更長時間的實驗和臨床研究。

7 折疊式人工玻璃體球囊(Foldable Capsular Vitreous Body， FCVB)

依據天然玻璃體的膜狀結構，Gao[43]等人發明了一種折疊式人工玻璃體球囊，它是由一個玻璃體狀球囊和一個管-閥系統組成。通過管-閥系統在球囊植入眼內后注入一種可注射的介質，如平衡鹽溶液(BSS)、水凝膠、硅油，使得球囊膜膨脹以支持視網膜。FCVB的基本材料是液體硅橡膠，它是一種穩定無毒的醫用材料。

FCVB可提供屏障功能，防止了球囊內物質的遷移并減少內部環境對球囊內物質的影響。Gao[43]報道了FCVB植入兔眼中顯示8周內FCVB+平衡鹽溶液在4只兔眼中均勻填充玻璃體腔，有效支撐視網膜。且細胞毒性測試、視網膜電圖和組織學研究均無明顯眼損傷。

Lin[44]報道了將FCVB+平衡鹽溶液植入11只人眼中，觀察治療3個月后，11只眼中有8只眼(73%)視網膜復位，3只眼因FCVB中生理鹽水的滲漏而失敗。他們這可能與FCVB表面微孔有關，手術眼的眼壓和視力與術前相比無明顯差異。眼內未見明顯炎癥細胞。最近Lin[45]納入了嚴重視網膜脫離且無法用硅油填充復位的3只眼植入FCVB+SO，三年后視網膜復位率100%，視力略有提高，眼壓穩定，未見硅油乳化遷移。這說明目前FCVB的臨床應用是安全有效的。FCVB球囊表面孔徑為300nm，可作為地塞米松磷酸鈉、左氧氟沙星、5-氟尿嘧啶等藥物的眼內緩釋系統[46,47,48]。Ting Wang在2013年報道了FCVB在眼內可持續穩定釋放625ug/mL左氧氟沙星，并能有效抑制家兔眼內炎[49]。

盡管硅油乳化和遷移問題已得到解決，但仍有許多棘手的問題需要解決，當前首當其沖的問題即FCVB各型號與注入硅油多少的選擇。其次為植入FCVB長期后可能產生的并發癥，如角膜白斑、持續性低眼壓等，目前雖未報道明確因FCVB導致的眼內炎感染或交感性眼炎的發生。但作為嚴重眼球破裂傷的高概率選擇，是日后臨床工作的預防重點。

FCVB作為介于硅油和義眼之間的中間產品，有其特有的臨床優勢，但其后續并發癥以及手術技巧是目前限制其在臨床推廣的主要因素。

8 玻璃替代品的發展趨勢

8.1 作為藥物傳遞媒介的玻璃體替代物

玻璃體被血-視網膜和血-房水屏障隔離，因此很難通過局部或全身應用給藥。最直接的給藥方法是玻璃體內注射，但可能在幾天內迅速吸收清除，要想達到所需要的藥物濃度，需要不斷多次注射，而多次注射，又有眼內炎、高眼壓等風險。因此研究者試圖在填充玻璃體腔的同時又能緩釋藥物治療疾病，達到雙重功效。以減少重復注射次數并提高患者的依從性和舒適性。而水凝膠和FCVB在此方面均有相關進展，尤其FCVB目前已積極投入臨床使用。

8.2 細胞培養/基因治療:能否再生玻璃體？

玻璃體三維結構的復雜性使得材料替代極為艱難，然而有研究提示通過基因克隆等誘導再生新的玻璃體也具有廣闊的前景.Sommer[50]等在體外不同劑量透明質酸下培養玻璃體細胞，顯示抗壞血酸濃度在(0.1-3.0)mg/mL時可通過調節膠原蛋白的積聚及影響mRNA的表達來增強玻璃體細胞的增殖。然而，不確定的透明細胞增殖也是不可取的。在體外，特定的生長因子可以調節透明細胞的生長。實驗表明，堿性成纖維細胞生長因子可以促進透明細胞的增殖，而轉化生長因子-β1可以抑制透明細胞的增殖[51]。

最近，通過研究豬眼細胞的玻璃體細胞，開發了一種透明細胞培養，與其他最近的研究一起，成功地在體外調節了透明細胞。這樣的研究使在培養皿中產生天然玻璃體凝膠的可能性又近了一步。

9 小結

玻璃體具有獨特的生物力學、生物物理和生物化學性質，在玻璃體切除后必須填充物質補充玻璃體腔，現存的玻璃體替代物有各種缺點，研究中的新型水凝膠以及FCVB作為新一代的替代物已經表現出了不錯的優勢，相信隨著干細胞方法、基因治療、材料學等技術的不斷進步，理想的玻璃體替代物終將會得到臨床應用，滿足患者和臨床眼科醫生的需求。