Моисеева И.Н., Штейн А.А. (НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия).
Большинство тонометров, использующихся в офтальмологической практике для оценки механического состояния и механических характеристик глаза, основаны на приложении механической нагрузки к роговице.
Врачам хорошо известно, что тонометры разных типов дают зачастую плохо сопоставимые показания, причем различия показаний разных тонометров не могут быть оценены раз и навсегда, а зависят как от уровня внутриглазного давления (ВГД), так и от индивидуальных характеристик глаза, не всегда легко оцениваемых. Разработка методики такого пересчета имеет существенное практическое значение.
В предлагаемой работе исследуется тонометрия, основанная на приложении к роговице груза известной формы и веса. Проведен сравнительный теоретический анализ механического смысла показаний, даваемых тонометрами с различной геометрией основания как достаточно широкого (плоского, выпуклого и вогнутого), так и узкого в сравнении с размерами роговицы (вогнутый плунжер Шиотца). Исследована зависимость этих показаний от ВГД и от параметров, характеризующих ригидность.
Показано, что, применяя при клиническом обследовании тонометры с основаниями разной формы, можно получать корректные оценки не только для ВГД, но и для практически важных параметров ригидности. Возможность получения надежных и легко интерпретируемых физически данных о механических характеристиках конкретного обследуемого глаза оказывается несомненным преимуществом использования тонометров статического типа по сравнению с тонометрами, в которых реализуется динамическое нагружение (струей сжатого воздуха).
Математическая модель, на которой базируются расчеты, детально описана в [1]. Ряд расчетов, выполненных в рамках этой модели для тонометра с плоским основанием (аппланационная тонометрия) и тонкого стержня (импрессионная тонометрия), представлен в [1, 2].
Модель основывается на представлении глазного яблока заполненной несжимаемой жидкостью упругой оболочкой, составленной из двух частей, имеющих разные механические свойства.
Роговица считается мягкой, то есть не сопротивляющейся изгибу, а склера вместе с окружающими тканями – упругой. Модель включает две основные упругие характеристики: жесткости роговицы Ec и склеры с окружающими ее тканями Es.
Далее последнюю величину будем для простоты называть жесткостью склеры. Таким образом, ригидность глаза характеризуется не одним, как это обычно принято у офтальмологов, а двумя анатомически разделенными параметрами. Вместе с тем при такой постановке задачи параметры ригидности оказывается возможным определить по данным клинического обследования, что принципиально отличает наш подход от большинства расчетных исследований, включающих множество упругих констант, принципиально не определимых для конкретного пациента.
По известным константам Ec и Es вычисляются различные интегральные упругие модули, в том числе все параметры, которыми принято характеризовать ригидность глаза при различных подходах, принятых в офтальмологии, например, при интерпретации данных тонографии.
Для каждого из четырех рассмотренных форм основания тонометра рассчитывались функции, определяющие поведение глаза при различных типах нагружения. Основное внимание было уделено расчетам при постоянном внутриглазном объеме, что соответствует тонометрии и базирующимся на ней процедурам (эластотонометрии, дифференциальной тонометрии).
При рассмотрении этого процесса мы в первую очередь интересовались двумя характеристиками. Одна из них – превышение Δp тонометрического давления p над истинным (т.е. в отсутствие груза) p0: Δp = p – p0.
Знание этой величины позволяет определить истинное ВГД по результату тонометрии. Другая характеристика – коэффициент эластоподъема γ = [p(G2) – p(G1)] / (G2 – G1), определяемый по тонометрическим давлениям при приложении двух различных грузов G1 и G2 при дифференциальной тонометрии (эластотонометрии).
Расчеты выявили ряд существенных и практически полезных особенностей тонометров, осуществляющих вдавливание центрального участка роговицы как широким выпуклым основанием (конвекстонометрия), так и тонким стержнем (импрессионная тонометрия). Для таких тонометров зависимость Δp от уровня ВГД незначительна и определяется с практически достаточной точностью только жесткостью склеры.
Коэффициент эластоподъема γ для вдавливающих роговицу тонометров также практически не зависит от уровня ВГД и от жесткости роговицы и определяется жесткостью склеры. С другой стороны, для тонометров с плоским или вогнутым основанием Δp существенно зависит от уровня ВГД и жесткости роговицы, а коэффициент эластоподъема γ, по-прежнему незначительно завися от истинного ВГД, определяется обеими жесткостями – склеры и роговицы.
Эти качественные особенности взаимодействия различных тонометров с корнеосклеральной оболочкой позволяют организовать процедуру определения уточненного значения истинного ВГД, а также характеризующих ригидность параметров Es и Ec на базе физически корректной обработки данных тонометрии.
Эта процедура легко осуществима в клинике и не требует разработки новых технических устройств.
Схема процедуры следующая. Сначала выполняется дифференциальная тонометрия на базе импрессионной тонометрии или конвекстонометрии, в результате чего определяется коэффициент эластоподъема γ для данного тонометра.
Знание этого параметра на основании полученной нами расчетной кривой (которая может быть и затабулирована) дает возможность определить склеральную жесткость Es. Далее по известной Es может быть определена зависимость Δp(p0), соответствующая этой склеральной жесткости, позволяющая определить истинное ВГД (с точностью от 0,5 до 2 мм рт. ст. в зависимости от веса нагружающего элемента) для данного конкретного глаза без проведения дополнительных измерений.
При необходимости по склеральной жесткости легко определяется объемная жесткость глазного яблока как при нагружении тем же тонометром, так и в его отсутствие, лишь незначительно зависящая от жесткости роговицы. Знание первой из этих величин позволяет корректно обрабатывать результаты тонографии [3], а второй – оценивать повышение давления при введении в глаз известных объемов жидкости (содержащей те или иные медикаменты).
Определение жесткости роговицы может иметь самостоятельную диагностическую ценность. Чтобы найти эту величину, нужно дополнительно выполнить эластотонометрию (с нагружением по крайней мере двумя разными грузами) тонометром с плоским основанием (по Маклакову). При уже известной Es расчетная зависимость γ(Ec) (уже для тонометра с плоским основанием) позволяет найти и жесткость роговицы.
Проведенные нами таким способом оценки жесткости склеры на основании данных дифференциальной тонометрии, полученных в Московском НИИ глазных болезней им. Гельмгольца [4], продемонстрировали повышенную жесткость склеры у больных глаукомой по сравнению с тем же параметром у здоровых людей, а также понижение жесткости склеры после введения препарата, уменьшающего количество поперечных сшивок коллагена в склеральной оболочке [5].
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект No 11-01-00774).
Литература:
1. Моисеева И.Н., Штейн А.А. Анализ зависимости давление – объем для глазного яблока, нагруженного плоским штампом, на основе двухсегментной упругой модели // Изв. РАН. Мех. жидк. и газа. – 2011. – No 5. – С. 3-15.
2. Моисеева И.Н., Штейн А.А. Исследование зависимости давление – объем для глазного яблока при нагружении тонким стержнем // Изв. РАН. Мех. жидк. и газа. – 2013. – No 4. – С. 3-14.
3. Любимов Г.А., Моисеева И.Н., Штейн А.А. и др. Об оценке величины оттока жидкости из глаза с помощью модифицированного метода тонографии // Российский журнал биомеханики. – 2012. – T. 16, No 2. – C. 8-20.
4. Иомдина Е.Н., Киселева О.А., Светикова Л.А. и др. Оценка гидродинамики внутриглазной жидкости при первичной открытоугольной глаукоме с использованием новых расчетных показателей. Настоящее издание.
5. Светикова Л.А. Возможности ферментативной регуляции биомеханических свойств корнеосклеральной капсулы и гидродинамики глаза у пациентов с первичной открытоугольной глаукомой: Дис. ... канд. мед. наук. – 2013.
Внимание! Данная информация предназначена исключительно для ознакомления. Любое применение опубликованного материала возможно только после консультации со специалистом.
Разрешается некоммерческое цитирование материалов данного раздела при условии полного указания источника заимствования: имени автора и WEB-адреcа данного раздела www.organum-visus.com, www.eye-portal.ru, www.glaucoma.eye-portal.ru
Материал подготовил Голубев Сергей Юрьевич.