眼球力學(xué)及臨床應(yīng)用研究

10眼球力學(xué)及臨床應(yīng)用研究目前一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)1.眼球的構(gòu)造眼球的組織結(jié)構(gòu)

眼球在眼眶中的位置

目前二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)2、角膜屈光手術(shù)

角膜的結(jié)構(gòu)角膜分為5層：上皮細(xì)胞層前彈力層（Bowman膜）基質(zhì)層后彈力層（Descemet膜）,厚約10-12μm，由極其微細(xì)的膠原微絲構(gòu)成內(nèi)皮細(xì)胞層，由一單層細(xì)胞構(gòu)成

人角膜結(jié)構(gòu)目前三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)角膜的力學(xué)特性角膜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非線性的(Woo,1972)作為對(duì)角膜替代材料的研究，豬角膜有于人角膜相近的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，但應(yīng)力松弛存在較大差異（楊堅(jiān)，2001）。角膜的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(Woo,1972)目前四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)劉志成等(2003)設(shè)計(jì)了一套測量離體虹膜及角膜的裝置用面應(yīng)變來表征變形：實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用下式擬合：式中，γ0，C為常數(shù)，P為試樣所受的內(nèi)外壓力差。角膜、虹膜測試裝置圖目前五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)眼球整體變形測試系統(tǒng)Instron實(shí)驗(yàn)機(jī)（Mode5544）攝像引伸儀(No.Sx2663-305)

目前六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)眼球整體變形與眼內(nèi)壓的關(guān)系實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

整體眼變形加卸載曲線目前七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)近視眼近視眼是目前全球發(fā)生率最高的、范圍最廣的、嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題，我國近視眼發(fā)病率超過30%。WTO已將近視眼的防治列入全球防盲計(jì)劃。角膜屈光能力占全眼的70%，通過改變角膜的厚度來改變眼球的屈光度是很有效的。

目前八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)示意圖放射狀角膜切開術(shù)

發(fā)展于上世紀(jì)80年代在角膜前極的3-4mm的“視區(qū)”的周圍切一組(4-16條)徑向刀口，改變角膜的有效彈性，使角膜的前極變得較平（曲率半徑增大），調(diào)節(jié)其折光能力。目前九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)經(jīng)典彈性理論中的無矩理論

手術(shù)切開越深效果越好，實(shí)際上，手術(shù)切開深度可達(dá)角膜厚度的90-95%(Werner,1986)；眼內(nèi)壓波動(dòng)大的患者來說，施行角膜切除術(shù)后，帶來視力劇烈波動(dòng)的危險(xiǎn)增大了。缺陷，沒有將剛度函數(shù)B（φ）與手術(shù)切口數(shù)及深度直接聯(lián)系起來。殼上一點(diǎn)的切向位移v和徑向(法向)位移w

目前十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)數(shù)值分析方法Pinsky等(1990)、王家權(quán)等（1999）利用線彈性球殼模型（王家權(quán)等，取E=1.8Mpa，μ=0.49）切開的深度與刀口數(shù)對(duì)手術(shù)的效果有最重要的影響。角膜的屈光度隨切口深度的變化

屈光度—眼內(nèi)壓曲線（Pinsky，1990)

目前十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)準(zhǔn)分子激光角膜屈光術(shù)準(zhǔn)分子激光角膜切削術(shù)

PhotorefractiveKeratectomy，PRK準(zhǔn)分子激光原位角膜磨鑲術(shù)

laserinsitukeratomileusis,LASIK目前開展最為廣泛且臨床療效明確的治療近視的兩類角膜屈光手術(shù)。我國每年有近百萬人接受該手術(shù)治療。目前十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)Lasik手術(shù)圖示目前十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)Lasik手術(shù)目前十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)準(zhǔn)分子激光原理準(zhǔn)分子激光是一種脈沖光，波長范圍為157－353nm。光化反應(yīng)組織受到遠(yuǎn)紫外光作用時(shí)，會(huì)斷裂分子之間結(jié)合鍵，將組織直接分離成揮發(fā)性的碎片而消散，對(duì)周圍的組織則沒有影響。精確、對(duì)周圍組織無損害、對(duì)眼內(nèi)部組織無損害每一發(fā)激光可以切削0.2-0.25μm厚度的生物組織。由于激光的整個(gè)脈沖只有10－20μs，因此其熱擴(kuò)散效應(yīng)非常小，周圍僅有0.3-0.8μm的組織會(huì)受到傷害；電磁波對(duì)于角膜的穿透力隨著波長的縮短而減少。在400nm波長以下，穿透力減至零。動(dòng)物術(shù)后角膜超微結(jié)構(gòu)檢查。目前十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)

問題：繼發(fā)性圓錐角膜1998年Seiler等首次報(bào)道了LASIK術(shù)后產(chǎn)生繼發(fā)性圓錐角膜,此后，不斷有病例報(bào)告,Pallikaris（2001）等報(bào)道發(fā)生率為0.66%。(陳躍國，2002)繼發(fā)性圓錐角膜是嚴(yán)重的角膜并發(fā)癥，會(huì)對(duì)術(shù)后視力造成破壞性的影響，部分病例不得不進(jìn)行穿透性角膜移植術(shù)。目前十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)病因目前看法不一,多數(shù)認(rèn)為是生物力學(xué)變化的結(jié)果(Seitz,2001,Piccoli,2003,Wang,2003)。

Comaish（2002)認(rèn)為角膜基質(zhì)的改變與繼發(fā)性圓錐角膜的發(fā)病有著密切的關(guān)系。

圓錐角膜的主要病理改變?yōu)榻悄せ|(zhì)變薄，角膜前凸，這可能與膠原數(shù)量減少以及膠原纖維異常分布和排列有關(guān)。角膜受損后出現(xiàn)的炎性反應(yīng),能引起角膜基質(zhì)的分解酶活性增加,導(dǎo)致角膜融解、變薄、從而導(dǎo)致繼發(fā)性圓錐角膜。目前十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)Haydee（2005）,Smith（2006）等認(rèn)為MMPs在角膜的多種生理及病理反應(yīng)中發(fā)揮作用如在角膜傷口愈合過程中可見角膜上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞及中性粒細(xì)胞分泌多種MMPs以促進(jìn)基底膜重塑、創(chuàng)面收縮及纖維修復(fù)組織沉積，當(dāng)MMPs表達(dá)不當(dāng)則可導(dǎo)致瘢痕的形成。如果LASIK術(shù)后MMPs表達(dá)異常就會(huì)使膠原的降解發(fā)生改變，使角膜的力學(xué)性能降低，可能誘發(fā)繼發(fā)性圓錐角膜的發(fā)生(Dupps,2005)。此外，術(shù)后角膜層變薄，所受的應(yīng)力明顯增大。這種力學(xué)環(huán)境的改變對(duì)Lasik術(shù)后圓錐角膜病變的發(fā)展是一個(gè)不可忽視的因素。目前十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)LASIK手術(shù)研究初步對(duì)44只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（兔）分四組，每一個(gè)手術(shù)組接受一種切削量的角膜切削術(shù)實(shí)驗(yàn)。術(shù)后6個(gè)月，用明膠酶譜分析法檢查術(shù)后各組角膜之間明膠酶含量的變化、及生物力學(xué)測試分析。角膜松弛實(shí)驗(yàn)過程圖術(shù)后各組角膜的明膠酶含量及彈性模型比較王愛玉，陳維毅，賀瑞，王曉君，劉春生，兔眼LASIK術(shù)后角膜生物力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志（InPress）目前十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)用粘彈性材料模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)處理導(dǎo)入，對(duì)眼球的變形進(jìn)行模擬分析。D

角膜頂點(diǎn)相對(duì)角膜邊緣處的位移隨眼內(nèi)壓的變化

目前二十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)3、鞏膜的力學(xué)特性與后鞏膜加固術(shù)問題的提出:

（1）高度近視眼對(duì)引起視網(wǎng)膜病變高度近視又稱病理性近視或變性近視，是常見的致盲性眼病之一，可以出現(xiàn)多種病理改變，甚至發(fā)生視網(wǎng)膜脫離，對(duì)視功能損害嚴(yán)重。(Radaetal..2006)

單純性近視眼成像圖

進(jìn)行性近視眼成像圖目前二十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)

（2）我國高度近視的患病率高據(jù)調(diào)查，我國的近視群體發(fā)病率達(dá)30％，高度近視的患病率為0.72~2％，有的地區(qū)高達(dá)6.98％，但高度近視眼的發(fā)病機(jī)制目前尚不完全清楚。（3）鞏膜的在維持眼球形狀方面起著關(guān)鍵作用眼軸延長和后鞏膜葡萄腫是高度近視的基礎(chǔ)病變之一，鞏膜壁的力學(xué)特點(diǎn)和自身的缺陷是重要因素之一。眼球壁外層（前面1/6為角膜，其余5/6為白色不透明的鞏膜）、中層（虹膜、睫狀體與脈絡(luò)膜）、內(nèi)層（視網(wǎng)膜）切線模量依次一個(gè)比一個(gè)高出一個(gè)數(shù)量級(jí),即(Graebel，1977)

目前二十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)正常人鞏膜壁的不同部位其應(yīng)力－應(yīng)變曲線是不同的，在同樣的壓力下，眼球后部的鞏膜發(fā)生變形的程度最大，赤道部鞏膜次之，眼前部鞏膜最?。?/p>

Curtin，1969）。從八十年代中期開始，國外利用生物力學(xué)的研究方法，來研究鞏膜壁的生物力學(xué)特征。

Prett（1987）提出球壁模型：

S=(Pi-Po)r/2h。目前二十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)后鞏膜加固術(shù)機(jī)理研究后鞏膜加固術(shù)是治療后鞏膜葡萄腫的方法之一，也是目前治療進(jìn)行性近視眼并防止其致盲的唯一方法(Wollensaketal，2005)目前二十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)這種手術(shù)已有幾十年的歷史，但是關(guān)于該術(shù)式的療效則是眾說紛紜，甚至有些是相互矛盾。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：①該手術(shù)有三種不同的方法，即四直肌間加固法、后鞏膜兜帶法和鼻側(cè)加固法；②用于后鞏膜加固的材料各不相同，目前已知的材料就有七，八種；③不同的作者所選擇的病例的不同。存在的問題目前二十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)鞏膜生物力學(xué)特性測試分析方法:Instron5544,環(huán)境箱,37℃Ringer’s液環(huán)境箱

試驗(yàn)裝置試件預(yù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳岸揬總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)眼內(nèi)壓為10－30mmHg（兔的正常眼內(nèi)壓為10-21mmHg），對(duì)應(yīng)的鞏膜試件上的拉力，在這一范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)測得正常兔眼鞏膜彈性模型約為2.2MPa。鞏膜的力學(xué)特性鞏膜拉伸試驗(yàn)曲線(王曉君等，2004)目前二十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)不同組織材料的蠕變曲線與彈性模型比較目前二十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)加固術(shù)后鞏膜的力學(xué)特性與膠原含量測定加固材料：

95%酒精保存的人眼鞏膜。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：成年新西蘭白色家兔50只，隨機(jī)分5組，每組10只，每只兔子隨機(jī)選擇一眼作為手術(shù)眼，行單條兜帶式后鞏膜加固術(shù)，另一眼作為對(duì)照眼，只進(jìn)行與手術(shù)眼相同的操作，不放置加固條帶。分別于術(shù)后1月、2月、3月、6月、9月將動(dòng)物處死，摘除雙眼球，置于保存液中放入液氮中深低溫保存。目前二十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)力學(xué)特性測試試件：從眼球的鞏膜殼上將手術(shù)眼鞏膜沿加固條帶剪成寬3.5mm，長約20mm的試件，對(duì)照眼試件也以同樣方法取得。膠原含量測定：選用Hyp含量測定作為膠原測量的指標(biāo)。

羥脯氨酸測定原理：先把含有羥脯氨酸的多肽（或蛋白質(zhì)）用蛋白水解酶初步水解為小分子肽鏈，再用鹽酸進(jìn)一步水解成游離的氨基酸，其中游離的羥脯氨酸被氧化成吡咯，與對(duì)二甲氨基苯甲醛在一定溫度下反應(yīng)，生成一種紅色化合物，在562nm處有最大吸收。目前三十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)可用攝像引伸計(jì)的夾持方法生理鹽水中鞏膜的固定目前三十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)加固術(shù)后1個(gè)月眼球與對(duì)照組眼球的表觀術(shù)后1個(gè)月手術(shù)眼術(shù)后1個(gè)月對(duì)照眼

目前三十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)加固術(shù)后2個(gè)月眼球與對(duì)照組眼球的表觀術(shù)后2個(gè)月手術(shù)眼術(shù)后2個(gè)月對(duì)照眼

目前三十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)加固術(shù)后9個(gè)月眼球與對(duì)照組眼球的表觀術(shù)后9個(gè)月手術(shù)眼術(shù)后9個(gè)月對(duì)照眼

目前三十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)術(shù)后各月加固條帶區(qū)鞏膜Hyp含量及模量的比較

術(shù)后月份手術(shù)眼鞏膜彈性模量(Mpa)n=7手術(shù)Hyp含量(μg/mg)n=10對(duì)照Hyp含量(μg/mg)n=10Pvalue10.1935.78±0.426.96±0.64＜0.05*20.4176.49±0.307.44±0.46＜0.05*30.2846.10±0.468.47±0.68＜0.05*60.1356.01±0.897.63±0.61＜0.05*90.4036.72±0.357.03±0.59>0.05*目前三十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)術(shù)后各月加固條帶區(qū)鞏膜Hyp含量及模量的比較目前三十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)關(guān)于Hyp含量變化的討論術(shù)后免疫排斥反應(yīng)造成對(duì)異體鞏膜膠原的破壞：通過病理切片及透射電鏡發(fā)現(xiàn)，術(shù)后前6月移植物膠原纖維發(fā)生不同程度變性、崩解及斷裂，巨噬細(xì)胞吞噬變性的膠原纖維，移植物受到一定程度破壞。隨免疫耐受性的產(chǎn)生，機(jī)體對(duì)異體膠原的破壞逐漸減輕，至術(shù)后9月，手術(shù)眼、對(duì)照眼Hyp含量基本相等。

試驗(yàn)采用95%酒精保存的人眼鞏膜作為移植物，組織細(xì)胞多被破壞而死亡，僅留有細(xì)胞間質(zhì)成分中的膠原纖維作為支架，相應(yīng)的位于細(xì)胞表面的抗原含量低，免疫原性弱，其誘發(fā)的免疫應(yīng)答強(qiáng)度較小，故雖用作異種異體移植物，術(shù)后并未引起移植物脫落、排出等強(qiáng)烈排斥反應(yīng)。但它作為“異己”成分植入受體鞏膜，必然會(huì)導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生防御性應(yīng)答反應(yīng)，表現(xiàn)為術(shù)后1月自體鞏膜血管內(nèi)的淋巴細(xì)胞溢出，術(shù)后2月異體鞏膜內(nèi)大量淋巴細(xì)胞浸潤，膠原纖維崩解斷裂，排斥反應(yīng)開始。目前三十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)炎性細(xì)胞浸潤術(shù)后1個(gè)月，炎性細(xì)胞浸潤到移植體，可見成纖維細(xì)胞、淋巴細(xì)胞,嗜伊紅粒細(xì)胞.LM×100術(shù)后2個(gè)月，更多的炎性細(xì)胞浸潤到移植體，使其內(nèi)部的膠原纖維被破壞.LM×400

目前三十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)高度近視眼鞏膜成纖維細(xì)胞粘彈性研究

方法：取2周齡豚鼠10只，制備鏡片誘導(dǎo)型近視眼（LIM）動(dòng)物模型，對(duì)側(cè)眼為自身對(duì)照眼，再隨機(jī)選取10只正常2周齡豚鼠作為正常對(duì)照眼。將各組豚鼠后極部鞏膜成纖維細(xì)胞作體外培養(yǎng)，并傳1代，行光鏡觀察與免疫細(xì)胞化學(xué)染色法進(jìn)行細(xì)胞鑒定，采用微管吸吮技術(shù)表征鞏膜成纖維細(xì)胞的黏彈性特性。目前三十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)近視眼模型

將上述豚鼠于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化喂養(yǎng)，45天后摘除實(shí)驗(yàn)組豚鼠鏡片，豚鼠實(shí)驗(yàn)眼形成了明顯的近視，誘導(dǎo)了約（-8.95±0.60）D的相對(duì)近視，眼軸相對(duì)延長了（0.60±0.12，原長7.30）mm，實(shí)驗(yàn)前后差異有顯著性（P<0.05）。目前四十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)鞏膜成纖維細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀察

AB原代培養(yǎng)的豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞從組織塊周圍爬出生長（×25）HE染色結(jié)果：傳1代豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞匯合期排列成簇狀或漩渦狀細(xì)胞（×40）

目前四十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)測試方法標(biāo)準(zhǔn)線性固體黏彈性模型目前四十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)微吸管測試吸入長度隨時(shí)間的關(guān)系

NC組、SC組及LIM組鞏膜成纖維細(xì)胞在恒負(fù)壓350Pa下吸入長度隨時(shí)間的關(guān)系結(jié)論:凹透鏡誘導(dǎo)可以引起明顯軸性近視（10%）實(shí)驗(yàn)性近視組鞏膜成纖維細(xì)胞的力學(xué)特性與對(duì)照組有明顯差異（陳維毅，王超英，張全有等，2007)目前四十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)3、眼球的運(yùn)動(dòng)模型及其應(yīng)用問題的提出:眼睛是人體的重要感覺器管，而眼外肌疾病嚴(yán)重影響了眼的視力與美觀。在我國，僅兒童斜視發(fā)病率就為1%。眼外肌手術(shù)的手術(shù)量經(jīng)常是根據(jù)臨床醫(yī)生自己的經(jīng)驗(yàn)或參照別人的經(jīng)驗(yàn)來決定（申長禮，1993）

。Kunz理論Δφ=360/2πr目前四十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)動(dòng)眼肌肉系統(tǒng)—眼外肌上斜肌下直肌上直肌外直肌目前四十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)眼眶中左眼球的附視圖及水平運(yùn)動(dòng)模型（Cook,G.andStark,L.，1967）

已有的眼球運(yùn)動(dòng)模型

目前四十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)眼球運(yùn)動(dòng)模型眼球運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖分析坐標(biāo)系統(tǒng)（陳維毅、楊桂通、吳文周，2000）目前四十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)眼外肌的三線模型眼外肌模型目前四十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)骨骼肌的收縮機(jī)制（GordonM.Sheoherd,Neurobiology,1992）骨骼肌收縮的模型目前四十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)骨骼肌收縮的生化