近視人群的角膜生物力學特性及其與CCT、SE、CC、年齡和bIOP的相關性*

喻露, 谷浩**, 代智敏, 候莉娜

(1.貴州醫科大學 臨床醫學院, 貴州 貴陽 550004; 2.安徽醫科大學 臨床醫學院, 安徽 合肥 230032)

近視是我國第二大致盲眼病[1],高度近視常伴隨一系列并發癥如青光眼、近視性黃斑病變、視網膜脫離等,甚至可能導致失明[2]。近視的發展引起眼球結構的變化,如角膜變薄、鞏膜重塑等[3],從而導致角膜生物力學改變。角膜屈光手術是矯正近視的主流手術方式之一,通過改變角膜結構影響角膜生物力學,但這可能引發角膜擴張性疾病及其他不良并發癥[4]。評估角膜生物力學特性為了解近視的發展提供一種新的思路,對預防高度近視具有重要意義,同時在一定程度上保障角膜屈光手術的安全性和有效性[5]?？梢暬悄ど锪W分析儀(corneal visualization scheimpflug technology,Corvis ST)是目前常用的角膜生物力學檢測儀器之一,能夠提供多個生物力學相關參數。應力-應變指數(stress-strain index,SSI)反映了角膜抵抗應力變形的能力,即角膜剛度[6];Pentacam眼前節分析系統能獲取角膜曲率、角膜厚度等形態學參數,準確地反映角膜形態所發生的細微變化[7]。角膜生物力學特性的改變先于角膜擴張的形態學變化,因此,監測角膜生物力學是預防角膜擴張性疾病的關鍵。目前,對于角膜生物力學參數和角膜厚度、角膜曲率等其他眼部測量參數間的關系多集中于圓錐角膜患者,對單純近視患者的研究相對較少,且鮮有關于SSI的研究。本研究納入不同程度的近視患者,研究其角膜生物力學特性與生物力學矯正眼內壓(biomechanically-corrected intraocular pressure,bIOP)、中央角膜厚度(central corneal thickness,CCT)、等效球鏡度數(spherical equivalent,SE)、角膜曲率(corneal curvature,CC)和年齡等的相關性,為了解近視人群角膜生物力學特性并指導臨床實踐提供參考。

1 對象和方法

1.1 研究對象與納入標準

選取2021年1月—9月就診的近視患者共321例(585眼),納入標準:(1)年齡≥18歲;(2)近視度數≥1.0D(根據散瞳后驗光儀測定的SE判斷近視度數)。排除標準:(1)各種眼部疾病史,包括眼表疾病如中重度干眼、角膜疾病如角膜內皮營養不良、角膜云翳或斑翳等、眼部炎癥性疾病,其他影響視力的屈光性眼病或眼底病、青光眼或診斷為高眼壓患者;(2)停戴軟性角膜接觸鏡不足2周,或停戴硬性角膜接觸鏡不足4周患者;(3)患有糖尿病、自身免疫性疾病等全身疾病患者;(4)影響角膜傷口愈合的全身疾病患者;(5)哺乳期或妊娠期婦女。

1.2 研究方法

1.2.1一般資料 收集所有受檢者的一般資料,包括年齡、SE、CCT 、3 mm區平面中心曲率(K1)、3 mm區陡中心曲率(K2)、角膜平均曲率(Km)。

1.2.2Pentacam眼前節分析儀測定角膜生物力學相關參數 采用Pentacam眼前節分析儀(德國Oculus公司)測量CC(包括K1、K2及Km)和CCT,以上檢測后要求Pentacam質檢系統顯示為“OK”,每只眼保留3次有效數據,且均由同一位有經驗的醫師完成。

1.2.3Corvis ST測定角膜生物力學相關參數 采用Corvis ST(德國Oculus公司)獲取CCT、bIOP、SSI及其它10項角膜生物力學參數:第1次壓平時間 (the first applanation time,A1T,即角膜由初始狀態至第 1次壓平時所需的時間),第1次壓平速率(the first applanation velocity,A1V,即角膜由初始狀態至第 1次壓平時的速度,正值),第1次壓平長度(the first applanation length,A1L,即角膜第 1次被壓平的長度),最大壓陷時間(the highest concavity time,HC-T,即角膜由初始狀態至最大壓陷經過的時間),最大壓陷時的峰距(the highest concavity-peak distance, HC-PD,即最大壓陷時角膜非變形部分最高點間的距離),最大壓陷時的曲率半徑(the highest concavity-radius,HC-R,即最大壓陷處形成的圓弧曲率半徑),最大壓陷時的形變幅度(the highest concavity-deformation amplitude,HC-DA,即角膜由初始狀態至最大凹陷時角膜頂點的垂直距離),第2次壓平時間(the second applanation time,A2T,即角膜由最大壓陷處反彈至第 2次壓平時所需要的時間),第2次壓平速率(the second applanation velocity,A2V,即角膜反彈至第 2次壓平時的速度,負值),第2次壓平長度(the second applanation length,A2L,即角膜反彈過程中第2次壓平的長度)。以上各項檢測后要求Corvis ST質檢系統顯示為“OK”,每只眼保留3次有效數據,且均由同一位有經驗的醫師完成。見圖1。

注：A為角膜在初始位置,B為角膜在第一次壓平位置,C為角膜在最大凹陷位置,D為角膜在第二次壓平位置,E為角膜恢復至最終位置。

1.3 統計學分析

2 結果

2.1 一般資料

所有受檢者的年齡18～52歲、平均(24.238±6.764)歲,SE為-10.625～-1.00 D、平均(-5.898±1.822) D,K1為38.80～46.00 D、平均(42.691±1.329) D,K2為39.60～47.70 D、平均(43.975±1.398) D,Km為39.20～47.40 D、平均(43.345±1.326) D,CCT為481～666 μm、平均 (545.79±27.183) μm。

2.2 Corvis ST測定角膜生物力學相關參數

采用Corvis ST測量的受檢者角膜生物力學相關參數見表1。

表1 Corvis ST測量的角膜生物力學相關參數Tab.1 Corneal biomechanical parameters measured with Corvis ST

2.3 兩種設備測量CCT值的差異

Corvis ST測的CCT為 (550.932±27.839) μm,略高于Pentacam的CCT測量值(545.79±27.183) μm,差異有統計學意義(t=-12.303,P<0.001)。

2.4 相關性分析

2.4.1CCT與角膜生物力學參數相關性分析 CCT與角膜生物力學參數 CCT與A1T、A1L、A2V、A2L、HC-R、SSI呈正相關(P<0.001);與A1V、A2T、HC-PD、HC-DA呈負相關(P<0.05);與HC-T無明顯相關性(P>0.05)。見表2。

表2 CCT、SE、K1、K2、Km、年齡、bIOP與角膜生物力學參數相關性分析 Tab.2 Correlation analysis between CCT,SE,K1,K2,Km,age,bIOP, and corneal biomechanical parameters

2.4.2SE與角膜生物力學參數相關性分析 SE與A2T、A2V、SSI呈正相關(P<0.05);A1T、A1L、HC-PD與HC-DA呈負相關(P<0.05),與A1V、A2L、HC-T、HC-R無相關性(P>0.05)。見表2。

2.4.3CC(包括K1、K2、Km)與角膜生物力學參數相關性分析 K1、K2、Km分別與A1V、A2T、HC-T(均呈正相關(P<0.05),與HC-PD、HC-R呈負相關(P<0.001);此外, K2與HC-DA呈正相關(r=0.081,P=0.050); 與SSI呈負相關(r=-0.136、P=0.001);A1T、A1L、A2V、A2L、bIOP與K1、K2、Km無相關性(P>0.05)。見表2。

2.4.4年齡與角膜生物力學參數相關性分析 年齡與A1V、A2T、HC-T、HC-DA、SSI呈正相關(P<0.05),與A1T呈負相關(r=-0.110、P=0.008),與A1L、A2V、A2L、HC-PD、HC-R、bIOP均無相關性(均為P>0.05)。見表2。

2.4.5bIOP與角膜生物力學參數相關性分析 bIOP與A1T、A1L、A2V、HC-R、SSI呈正相關(P<0.05),與、A2T、HC-T、HC-PD、HC-DA呈負相關(P<0.001),與A2L無相關性(P>0.05)。CCT與bIOP無相關性(r=-0.071,P=0.088)。見表2。

3 討論

角膜微結構復雜,具有非線性彈性、黏彈性及各向異性[8],其生物力學特性較為復雜。隨著近視度數的加深,眼球結構改變,可引起角膜生物力學的變化。關注角膜生物力學不僅有利于了解近視發生的病理生理基礎,還在提高角膜屈光術的安全性、穩定性及可預測性等方面具有重要意義。Corvis ST臨床應用廣,其參數具有較好的準確性和可重現性[9]。本研究結合Pentacam和Corvis ST,分析角膜結構參數、年齡、IOP和角膜生物力學參數間的相關性,旨在進一步指導臨床。

CCT與角膜生物力學特性密切相關。在本研究中,CCT越大, A1T越長、A1V變慢, A1L越大,即角膜對外力具有更強的抵抗作用,不易產生形變。角膜達到最大凹陷狀態時,HC-R越大,HC-PD及HC-DA越小,即角膜產生形變的幅度小。A2T變短、A2V變大、A2L變長,即停止空氣脈沖的作用后,角膜恢復能力更強。故CCT越厚,角膜生物力學越穩定,與王丹等[10]的研究結果一致。本研究發現CCT與SSI相關,推測即使對SSI進行了矯正,也無法使其完全獨立于角膜厚度,得到與Han等[11]相同的結論,但Han等[11]同時也發現Pentacam的CCT值略高于Corvis ST,與本研究相悖,考慮與納入的樣本有關。此外,Pentacam為360 °全角膜掃描,Corvis ST僅對角膜中央8 mm水平子午線的橫截面進行二維成像,此橫截面頂點厚度即為CCT值,不排除該橫截面偏離全角膜最薄點位置的可能性,可能導致CCT偏高。

本研究中,隨著SE的增加,A1T越長、A1L越大,HC-PD及HC-DA越大,A2T越長、A2V越快,說明角膜抵抗外力的作用弱、形變幅度大、角膜恢復能力減弱;He等[12]認為高度近視眼的HC-R越小、HC-DA越大,A2V越快,A2L越短,說明高度近視眼的角膜更軟、易變形。Yu等[13]也報道了類似的結果,并提出A2V反映角膜彈性,可以作為評估近視患者角膜生物力學性質的新指標,這些發現與我們的結果一致。SSI是材料剛度參數,SE越高,SSI越低,提示角膜的機械強度可能因近視度數的加深受到損害。近視的發展過程中,鞏膜組織進行性丟失,鞏膜變薄、眼軸拉長[14],鞏膜生物力學下降。角膜是鞏膜組織的延續,生物力學受鞏膜的影響,也發生了改變。因此監測角膜生物力學在預防近視發生和預測近視發展上具有一定的參考價值。

本研究發現,K1、K2、Km與A1V、A2T、HC-T、HC-PD、HC-R均存在相關性,即角膜曲率在一定程度上影響角膜生物力學。其中K2還與HC-DA、SSI存在相關性,K2越大,角膜形變幅度越大,剛度越小。竇瑞等[15]發現,K2 對角膜形變參數的影響更大,與本研究結果相似。

隨著年齡的增加,角膜基質的微觀結構發生變化,包括非酶交聯、膠原糖基化等[16]。結構的改變導致角膜硬度增加、彈性下降,角膜硬化等。因此不難解釋本研究中年齡與多個生物力學參數所展現的相關性;本研究表明,SSI與年齡呈正相關,即角膜剛度隨年齡增長而增加,得到了Eliasy等[17]相似的結論。Liu等[18]研究了我國健康人群SSI的年齡分布特點及相關因素,發現SSI與年齡呈正相關,且35歲以后更明顯。本研究尚未根據年齡進行分組,分析不同年齡段SSI的變化差異。此外,近視程度和眼軸可能會影響角膜隨年齡增長而硬化的趨勢,仍需進一步探索,考慮混雜因素的作用。

準確測量眼壓不僅是評估青光眼風險和指導治療的關鍵,更是保障角膜屈光手術安全進行、減少術后并發癥的重要指標。目前,眼內壓測量的金標準是Goldmann眼壓計(goldmann applanation tonometer,GAT),但是該設備假設眼內壓與壓平角膜中心3.06 mm范圍所需的壓力成正比,沒有考慮角膜厚度和角膜材料特性的影響。然而研究表明,IOP受多種因素影響,并與角膜厚度和角膜硬度存在明顯的相關性[19]。為獲得更精準的IOP測量值,Joda等[20]開發了一種新的算法即bIOP,矯正了CCT、年齡、角膜形態、材料屬性等方面的影響,獲得更精確、更接近真實眼內壓的測量值,且顯著降低了與CCT的關聯[6]。研究證實[21],bIOP測量值與CCT無關,與本研究結果相同。角膜形變是外界施加的力、角膜自身材料特性和眼內壓共同作用的結果,本研究發現,眼內壓較高時角膜在外力作用下不易發生形變,且恢復能力更強。Matsuura等[22]發現,使用Corvis ST測得的bIOP比GAT測量值低,且隨著眼壓值的增加,這種趨勢更明顯,提示對于較高眼壓患者,在使用bIOP作為參考時需注意可能與GAT眼壓存在較大差異。值得注意的是,眼壓具有生物節律性,體位、調節以及情緒等均會影響眼壓。本研究中所有受檢者均在坐位、非調節狀態下接受檢測,但沒有固定測量時間,不排除由此引起的偏倚,在今后的研究中需要更嚴格的研究設計。

綜上所述,近視人群的角膜生物力學特性隨著SE及角膜曲率(尤其是3 mm區陡中心曲率K2)的增加而下降;CCT、年齡和bIOP是重要的影響因素,CCT越厚,角膜生物力學越穩定。參數bIOP更接近真實的眼內壓,且操作安全、方便,是臨床工作中的更好選擇。參數SSI與年齡相關,且隨著SE增加而增大。關注近視人群角膜生物力學的變化,為研究近視的發生發展提供了新的思路。