角膜生物力学未来角膜疾病治疗的新切点

编者按：年4月，医院主办的“上海眼科公济论坛”在黄浦江畔举行。会议邀请了国内外著名的眼科学专家就眼科领域最新的前沿动态和学术成果和与会者进行了分享，医院的王雁教授是著名的角膜和屈光专家，她就“角膜生物力学与角膜疾病内在联系”应邀进行讲座。

“之所以要研究角膜的生物力学，是因为角膜不但具有生物力学特性，而且角膜的生物力学与角膜结构、角膜疾病的发展有可能存在重要关系。各种角膜疾病及角膜手术后，角膜的形变、力学、病理可能会相互影响。”王雁教授在开场时如是说。

角膜，作为一种生物复合软材料，具有各向异性、粘弹性、非线性、异质性等特点。那么，角膜的生物力学特性究竟是怎样的呢？

就此问题，王教授团队展开了一系列实验和临床研究。实验研究包括拉伸实验、膨胀实验、有限元模型等；临床研究内容包括正常眼与近视眼、SMILE与LASIK、SMILE与LASEK之间的生物力学比较，以及生物力学与眼像差、眼内压、交联CXL、角膜伤口愈合的关系等。

借助有限元模型在LASIK与SMILE之间屈光度对于角膜后表面位移效应方面的初步研究，王教授团队发现了两个现象：（1）在SMILE不同度数与角膜后表面位移关系上，随着度数的增加，角膜后表面顶点的位移逐渐增加（下图-左）；（2）在LASIK与SMILE角膜后表面位移的比较中，当角膜厚度为μm时，在不同眼内压作用下，LASIK手术角膜后表面位移较SMILE手术大（下图-右）。

该研究还发现“SP-A1角膜刚性参数服从正态分布、随年龄增长角膜刚度增强”、“角膜刚度与CCT、bIOP、Al-time呈正相关、与DA呈负相关”等特点，并以此为基础，建立了中国正常人群角膜形态及生物力学参数的数据库。

角膜疾病与角膜生物力学——圆锥角膜

Yadav等人通过超高分辨率OCT研究表明圆锥角膜的上皮层及Bowman层的厚度较正常眼角膜显著降低。这可能与环境因素导致角膜上皮细胞凋亡、慢性角膜上皮损伤有关。

Meek等人通过同步加速器x射线散射分析显示圆锥角膜的角膜上皮及Bowman层的散射增加。

Kenney等人研究证实圆锥角膜ECM成分的改变，lumican和keratocan显著下降，角膜基质细胞表面硫酸化的降低；角膜透明边缘变性的角膜基质中KS-PG显著下降；斑状角膜营养不良中，角膜基质内未被完全硫酸化的KS-PG增加，而完全硫酸化的KS-PG下降。

全身疾病与角膜生物力学

以往研究表明，糖尿病会导致角膜上皮基底膜增厚，上皮层及内皮层形态及功能的改变；Kaji等人的研究表明角膜中的晚期糖基化终产物可增加角膜的硬度；Zou等人报道了糖尿病患者角膜基质内胶原纤维的异常聚集。

研究证实，糖类可与晚期糖化终产物一起作为胶原交联剂，导致共价键的形成，增加角膜胶原纤维之间的连接，从而增加了角膜厚度以及生物力学强度。

因此，王教授认为，糖尿病可能对角膜有作用特殊。

先天性结缔组织发育不全综合征又称为Ehlers-Danlos综合征，是由于体内缺乏必要酶和黏多糖代谢异常，使结缔组织中胶原分子有明显的缺陷。脆骨病（osteogenesisimperfecta）病变主要是胶原纤维不足，结构不正常，全身性结缔组织疾病，其病变不仅限于骨骼，还常常累及其他结缔组织如眼、耳、皮肤、牙齿。这两种疾病均可引起角膜胶原网结构的不稳定，导致角膜扩张性疾病的发生。

研究报道，21三体综合征患者很容易发生圆锥角膜，但至今仍病因不清。Morquio综合征，是一组先天性遗传病，因黏多糖降解酶缺乏使酸性黏多糖不能完全降解，导致黏多糖积聚在机体不同组织。在角膜组织中，会导致角膜组织透明度下降，GAG形成过多，导致角膜板层结构的紊乱。

角膜屈光手术与角膜生物力学

在角膜屈光手术中，患者的屈光状态和屈光手术的手术方式、角膜瓣/帽的厚度、侧切角度、瓣蒂方向、切口大小、组织切削量、光学区大小、残余基质床厚度等都可以对角膜的生物力学产生影响。

角膜生物力学与视力

各种手术术后角膜形状的改变会对患者的视力造成影响，进而影响患者的视觉质量。这些可能的手术影响因素包括手术的设计、角膜伤口的愈合过程、角膜结构改变后对角膜生物力学的反应。

角膜生物力学与视觉质量

HOAs和球差的变化与CRF相关。

角膜生物力学与眼内压

眼内压是对于角膜形变幅度最强有力的预测因素之一，其次为角膜生物力学参数和角膜中央厚度。

软角膜伴随高眼压与硬角膜伴随低眼压相比，可能呈现出角膜更硬。

SMILE术后角膜的生物力学下降。当测量眼内压时，角膜更为平整，因此这些值较低且真实的眼内压无法预测。

角膜生物力学与角膜交联术

在一项有关人体角膜的体外研究中，角膜交联后的角膜硬度增加了.9％。角膜交联后，胶原侧链的氨基末端之间形成交联；角膜基质中硫酸化KS的表位增加且伴有胶原纤维直径的增加。

王雁教授在最后将整个研究总结为三点：

1.角膜每层结构都具有独特的生物力学特性；

2.角膜生物力学特性在维持角膜形状和功能方面起着重要的作用；

3.角膜生物力学特性将在角膜疾病的诊断和治疗中扮演重要的角色。

王雁教授

教授、主任医师，博士生导师，天津医科大学，南开大学博士生导师。医院副院长，天津市眼科研究所所长，享受国务院特殊津贴。美国NovaSoutheasternUniversity和美国PacificUniversity太平洋大学客座教授。中华医学会眼科分会全国委员，视光学组副组长，激光分会眼科学组委员，卫生部、中华医学会“全国准分子激光上岗资格证考试”专家委员会副组长，中华医学会专家会员，国家科技进步奖评审专家，《中华眼科杂志》，《中华眼视光学与视觉科学杂志》，《中国眼耳鼻喉杂志》等杂志编委，国际权威学术期刊InvestigativeOphthalmologyVisualScience（IOVS）,JournalofCataractandRefractiveSurgery(JCRS),Ophthalmology,TheBritishJournalofOphthalmology(BJO),MolecularVision等10余种学术期刊审稿人。国际视觉科学与眼科学（ARVO）会员，国际ASCRS，ESCRS会员。先后承担国际自然科学基金，天津市自然科学基金课题多项，国家“十五”科技攻关项目分中心负责人。获省部级科技进步奖多次，一等奖两次。与天津医科大学，南开大学共同培养博士、硕士多名，多名为优秀毕业生发表学术论文近篇,包括SCI文章。主编并参与学术专著20余部，英文专著7部，主编人民卫生出版社出版《波前像差与临床视觉矫正》、《飞秒激光屈光手术学》等书受到广泛欢迎。先后被授予天津市劳动模范、全国科技工作者、“全国五一劳动奖章”、“中华医学会奖”、“亚太眼科学会贡献奖”“中国女医师协会五洲女子科技奖”等多项荣誉。

（来源：《国际眼科时讯》编辑部）

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