Корреляции основных показателей статической и динамической рефракции у близнецов

В более поздней работе [Аветисов Э.С. и др., 1978] на нео­тобранных парах близнецов детского и подросткового возраста были изучены наследуемость рефракции глаза и ее анатомо-оптических компонентов, а также особенности наследования разных видов рефракции. Были обследованы 61 пара монозигот­ных (МЗ) и 51 пара дизиготных (ДЗ) близнецов.

Для характеристики наследуемости определяли коэффициент Хольцингера. Чем ближе этот коэффициент к 1,0, тем выше степень участия генетического фактора в формировании данного признака.

Результаты исследования приведены в табл. 28. Они показы­вают, что генетическая программа оказывает весьма существен­ное влияние на формирование рефракции глаза. Показатель наследуемости Хольцингера варьировал от 0,659 до 0,792 и был несколько выше у мальчиков, чем у девочек.

Наследственность проявляется также при формировании оптических и анатомических элементов рефракции. При этом роль ее оказалась наибольшей в образовании длины оси глаза (показатель Хольцингера 0,773), несколько меньшей в форми­ровании преломляющей силы роговицы (0,719) и самой не­большой в формировании преломляющей силы хрусталика (0,334).

Для того чтобы получить ответ на вопрос, распространяются ли обнаруженные закономерности на все виды рефракции, было проведено дополнительное исследование. Для большей наглядно-

Таблица 28

Ранговые коррелятов: н показатель наследуемости рефракции и ее компонентов по результатам исследования близнецов

Таблица 29

Модификациоииый показатель рефракции и ее компонентов в разных рефракционных группах

сти в этом случае рассчитывали не коэффициенты корреляции признаков, а их модификационные показатели, т.е. среднее различие внутри пары.

Представленные в табл. 29 результаты показывают, что внут-рипарные различия рефракции и ее элементов наименьшие при эмметропии и слабой гиперметропии, несколько больше при гиперметропии средней и высокой степени и существенно боль­ше при миопии. Это свидетельствует о большем воздействии генетических факторов на формирование гиперметропии и эмметропии, чем на формирование миопии. Одна из причин этого заключается, очевидно, в том, что эмметропия и слабая гиперметропия представляют собой видовую рефракцию чело­веческого глаза.

Во всех рефракционных группах внугрипарные различия ста­тической рефракции были меньше, чем различия составляющих ее элементов. Это указывает на наличие активного механизма «подстройки» анатомо-оптических элементов друг к другу.

Таким образом, можно считать, что в отличие от наслед­ственных глазных болезней, при которых наследственность играет роль основного этиологического фактора, близорукость отно­сится к группе глазных болезней с наследственным предраспо­ложением, когда наследственность выступает как патогенетичес­кий или условно-этиологический фактор.

РОЛЬ СКЛЕРЫ В ПАТОГЕНЕЗЕ И ПРОГРЕССИРОВАНИИ БЛИЗОРУКОСТИ

Положение об определяющем значении склерального факто­ра в патогенезе миопии составляет ядро многих как старых, так и новых гипотез ее происхождения. Это положение получило экспериментальное подтверждение в комплексных исследовани­ях биомеханических, морфологических и биохимических свойств склеры немиопических и миопических глаз, выполненных в последние годы главным образом в Московском научно-иссле­довательском институте глазных болезней им. Гельмгольца*.

Как известно, склеральная оболочка глаза относится к фиброзным образованиям, т.е. представляет собой разновидность соединительной ткани организма. Склера состоит из клеточных и волокнистых элементов, погруженных в основное вещество, образуемое гликозаминогликанами, протеинами и протеинполи-сахаридными комплексами — протеогликанами и гликопротеи-нами [Слуцкий Л.И., 1969; Meyer К., 1954]. Основной волок­нистый элемент склеры — коллаген. Он составляет около 70 % сухой массы ткани склеры [Слуцкий Л.И., 1969]. Пучки кол-лагеновых волокон — фибриллы — образуют довольно сложное

* Биомеханические исследования проведены совместно с лабора­торией биополимеров Института механики полимеров АН Латвии.

переплетение. Часто их сопровождают параллельно идущие пуч­ки нежных эластических волокон [Kanai A., Kaufmann H.E., 1972]. Главная, опорная, функция склеры определяется ее био­механическими свойствами, основные из которых — механичес­кое напряжение, прочность и упругость. Их качественные и количественные характеристики обусловливаются, во-первых, концентрацией коллагена, плотностью упаковки коллагеновых волокон и их архитектоникой, во-вторых, составом и простран­ственной структурой протеогликановых комплексов, а также способом их взаимосвязи с волокнами, в-третьих, наличием в этих биополимерах стабилизирующих внутри- и межмолекуляр­ных связей [Бычков С.М., 1968; Никитин В.Н. и др., 1977; Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981; Matheuns M., 1965; Bryant W.M., Weeks P.M., 1967; Chvapil M., 1967; Meyer K., 1969; Tanzer M.L., 1976].

Первые данные о коэффициенте эластичности роговицы и склеры глаз кролика и человека были получены еще в прошлом веке N. Schelske (1864). Он установил, что эти коэффициенты для образцов человеческой склеры, вырезанных в меридиональ­ном и экваториальном направлениях, неодинаковы: разница между ними может достигать 7 %. Растяжимость роговицы оказалась в 2 раза больше, чем склеры. Подробную качествен­ную оценку показателей прочности склеры крупного рогатого скота и свиней дал G. Jschreyt (1899). J. Gloster и соавт. (1957), S. Gloster и E.S. Perkins (1959) показали, что характеристики механических свойств склеры животных и человека существенно различаются. По данным M. Sato (1960), величина разрушающей нагрузки в расчете на единицу ширины образца, вырезанного в экваториальном направлении, в 1'/₂ раза превышает анало­гичный показатель для меридиональной полоски. B.J. Curtin (1969, 1970), изучавший склеральный механизм прогрессирования миопии, обнаружил, что склера реагирует на напряжение так, как это свойственно вязко-упругим материалам. Различают две фазы напряжения и восстановления прежнего состояния склеры после нагрузки: практически мгновенную упругую деформацию и более медленную вязко-упругую [Gloster J. et al., 1957; Helen St. R., McEwen W.K., 1961]. Такое поведение характерно и для других соединительнотканных образований [Jamison et al., 1968]. В.П.Филатов и С.А.Никитин (1959) при повышенном внутри­глазном давлении у кроликов и кошек выявили способность нормальной склеры растягиваться и при повторном нагружении накапливать остаточные деформации. Наоборот, С.П.Шмуль (1961), основываясь на результатах экспериментов на шаровид­ных глазах человека и животных, пришел к выводу, что склера не растягивается даже при шестикратном повышении нормаль-

Рис.33. Локализация образцов склеры в левом глазу. I—III — пояса глаза; 1—8 — зоны глаза.

ного внутриглазного давления. Таковы данные литературы по обсуждаемому вопросу.

При экспериментальном исследовании деформации склеры эмметропических глаз человека по различным поясам и зонам (рис. 33) при изменении нагрузок установлено [Аветисов Э.С. и др., 1971, 1978], что склера неоднородна и обладает выра­женной анизотропностью: различные и по-разному ориентиро­ванные ее участки неодинаково реагируют на нагрузку (рис. 34). В частности, неодинаковы деформационные свойства склеры экваториальной и макулярной зон. Несмотря на то что склера макулярной области глаза имеет максимальную толщину, она более растяжима, чем склера экваториального пояса. При рав­номерном распределении приложенных сил нормальная склера менее устойчива в сагиттальном направлении, чем в экватори­альном (рис. 35). В этом можно видеть проявление биологической целесообразности, поскольку регуляция рефрактогенеза в основ­ном осуществляется за счет влияния на анатомический компо­нент рефракции — длину переднезадней оси глаза. При пато­логии же это целесообразное свойство превращается в свою противоположность и создает благоприятные условия для про­грессирования миопии.

При сравнительном изучении биомеханических свойств скле­ры эмметропических и миопических глаз установлено [Авети-

1,4 1,3 1,2 1,1

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0.3 0,2

0,1

J ДР

50100200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Рис.34. Неоднородность деформационных свойств склеры по зонам экваториального пояса глаза.

а — условное внутриглазное давление 20 и 100 мм рт.ст.; б — условное внут­риглазное давление 200 мм рт.ст.; Р — разрушающая нагрузка; по окружно­стям — величина деформации; 1—8 — зоны глаза.

Рис.35. Максимальная де­формация склеры в эква­ториальном (кривые слева) и сагиттальном (кривые справа) направлении.

0,04

По оси абсцисс — деформация (в процентах), по оси орди­нат — нагрузка (в кг/мм²). Светлые кружки и квадраты — аппроксимированные резуль­таты (а_и, ст₂₂), темные — ре­зультаты экспериментов (а_п,

сов Э.С. и др., 1971], что толщина склеры (у экватора и заднего полюса) и толщина роговицы в глазах с эмметропией и ми­опией слабой степени примерно одинаковы, причем у заднего полюса глаза склера значительно толще, чем у экватора. В глазах с высокой миопией отмечено заметное истончение склеры, особенно в заднем отделе, и истончение роговицы.

Деформация склеры при миопии также характеризуется то­пографической неоднородностью. В темпоральной стороне задне-

Рис.36. Остаточная деформация склеры при эмметропии (I), миопии слабой степени (II) и миопии высокой степени (III — у экватора, IV — у заднего полюса). По оси абсцисс величина груза в граммах (ДР), по оси ординат средние величины удлинения склеры в миллиметрах (Д1).

го полюса глаза отмечается тенденция к увеличению деформа­ции по сравнению с назальной стороной. Величины деформа­ции при трех уровнях нагружения (условное внутриглазное давление 20; 100 и 200 мм рт. ст.) в макулярной области в 1,1— 3,6 раза выше, чем в экваториальном поясе [Волколакова Р.Ю., 1980].

Установлено [Аветисов Э.С. и др., 1971], что в глазах с эмметропией и миопией слабой степени растяжимость склеры практически одинакова, а в глазах с высокой миопией — заметно больше, особенно в заднем отделе (рис. 36).

Для более полной характеристики биомеханических свойств склеры важно иметь данные не только о ее растяжимости, но и о прочности, которая в большей мере отражает функциональ­ное состояние склеры как опорной оболочки.Исследование упруго-прочностных характеристик склеральной ткани в возра­стном аспекте [Иомдина Е.Н., 1984] позволило установить снижение ее прочности в экваториальном поясе и в области заднего полюса у взрослых при миопии средней и высокой степени по сравнению с возрастной нормой (рис. 37)*.

Выделена разновидность склеры детских глаз с эмметропией со структурной неполноценностью склеральной ткани; эта скле-

* В исследованных глазах с миопией слабой степени из-за наличия опухоли в заднем отделе исследовать их прочностные характеристики не удалось.

20-55 лет Эмметролия

Передняя Экваториальная Область область область заднего полюса

иг/мм² 0,5

0,4 0,3 0,2 0,1 О

Передняя Экваториальная Область

область область заднего

полюса

Рис.37. Распределение предела прочности (а) по областям склеры при эмметропии и миопии (от -4,0 до —9,0 дптр).

Рис.38. Распределение предела прочности (о) по областям детской скле­ры в норме (I) и при структурной неполноценности ткани (II).

ра по прочностным свойствам аналогична склере миопических глаз (рис. 38). Очевидно, имеется потенциальная возможность к растяжению такой склеры даже под влиянием физиологических нагрузок, выдерживаемых полноценной склерой. Такая склера имеется у лиц с повышенным риском возникновения миопии и ее прогрессирования.

С помощью ультразвукового метода прижизненного опреде­ления свойств склеры по разнице между величинами сагитталь­ной оси глаза до и после его дозированной компрессии [Аве-тисов Э.С. и др., 1978; Шенгелия Д.Г., 1978] также обнаружено статистически достоверное увеличение степени деформации глаз­ного яблока при миопии.

Разработка объективного и точного прижизненного метода определения биомеханических характеристик склеральной обо­лочки глаза должна основываться на создании ее адекватной механико-математической модели. Возможные подходы к пост­роению такой модели предлагаются в работах A. Arciniegas и соавт. (1986) и G.R. Bell (1993). Биомеханическое моделирование на основе тщательного анализа кривых зависимости напряже­ние—деформация, полученных для образцов изолированной нормальной и миопической склеры, проведено Е.Н.Иомдиной и соавт. (1992). Обнаружено, что данная зависимость состоит из двух участков, соответствующих области обратимых деформаций (небольшого начального нелинейного участка и более протяжен­ной области линейной зависимости), и области необратимых деформаций, где указанная зависимость носит выражение не­линейный характер. Оказалось, что при миопии средней и

высокой степени область обратимых деформаций в экваторе и особенно заднем полюсе глаза сокращается до '/₃ от величины максимальной деформации, в то время как при эмметропии область упругих деформаций в 1,5—2 раза шире, чем область пластических деформаций и составляет около ²/₃ ^от величины максимальной деформации. Соотношение величины напряжения и соответствующей ему величины деформации, при котором зависимость напряжение—деформация становится нелинейной, принято за тот биомеханический критерий, который позволяет отличить нормальную склеру от патологически измененной в условиях живого глаза. Данный критерий был использован при разработке устройства для исследования биомеханических свойств роговой и склеральной оболочек глаза (офтальмомеханографа), которое дает возможность получать диаграммы указанного типа, иначе говоря, осуществлять постепенное локальное циклическое нагружение с одновременной высокоточной регистрацией сме­щения исследуемого участка [Иомдина Е.Н. и др., 1994, 1997]. Устройство управляется компьютером, с помощью которого задаются рабочие параметры (величина, скорость и продолжи­тельность нагрузки и разгрузки, число циклов и их конфигу­рация), а также анализируются полученные данные, которые в графическом виде выводятся на экран. Диаграммы обследован­ных детей и подростков с различной клинической рефракцией различаются по целому ряду количественных и качественных параметров, таких как форма гистерезисных петель, их взаимо­расположение, площадь, но в первую очередь по соотношению линейной и нелинейной части величины деформации. Данное устройство позволяет объективно оценивать биомеханический статус корнеосклеральной оболочки глаза и с достаточной сте­пенью точности прогнозировать дальнейшее развитие миопичес-кого процесса.

С целью оценки биомеханических свойств склеры был пред­ложен метод определения скорости распространения в склере акустических поверхностных волн; обнаружена прямая корреля­ция между акустическими свойствами склеры и тарзальной области век [Обрубов С.А., 1992]. К сожалению, выделить показатель, характеризующий свойства миопической склеры, автору не удалось.

В последние годы была разработана методика определения акустической плотности склеры (АПС) на основе ультразвуко­вого сканирования по амплитуде затухания эхосигнала, отра­женного от склеральной капсулы глаза [Аветисов Э.С., Фрид­ман Ф.Е., Тарутта Е.П. и др., 1996]. Проведенные у 90 больных с прогрессирующей близорукостью исследования показали высокую информативность метода, позволяющую получить

достоверные различия АПС в норме, при миопии средней и высокой степени, а также до и после склероукрепляющих вмешательств. Разработана методика прогнозирования осложнен­ной миопии у детей и подростков на основе ультразвукового исследования склеры [Тарутта Е.П., 1993]. Более поздние иссле­дования выявили достоверное снижение АПС у детей уже при миопии слабой степени [Ходжабекян Н.В., 1997]. При этом оказалось, что акустическая плотность склеры при миопии слабой степени у пациентов в возрасте 13—15 лет достоверно выше, чем у детей 7—9 лет как в заднем полюсе, так и в зоне экватора. Это согласуется с известными клиническими наблюдениями о том, что более раннее начало близорукости сопровождается более быстрым прогрессированием и приводит в итоге к формирова­нию более сильной рефракции.

Установлено, что показатели АПС при прогрессирующей миопии достоверно ниже, чем при стационарной. Выделены критерии прогноза прогрессирования близорукости.

Для объективной оценки свойств склеры высокоинформа­тивным и чувствительным оказался метод компьютерной томо­графии орбиты. Выявлено снижение рентгенооптической плот­ности склеры при миопии по сравнению с эмметропией и ги-перметропией, при прогрессирующей миопии по сравнению со стационарной и при осложненной миопии по сравнению с неосложненной [Ходжабекян Н.В., 1997].

Наиболее вероятным механизмом необратимого растяжения глазного яблока при прогрессирующей миопии следует считать накопление остаточных микродеформаций склеры вследствие периодических избыточных нагрузок на нее. К ним относятся колебания офтальмотонуса (суточные, ортоклиностатические, пульсовые, дыхательные, мышечные) и особенно повышение внутриглазного давления при наклоне туловища вперед и инер­ционных перегрузках, возникающих во время занятий спортом и в процессе трудовой деятельности [Ферфильфайн И.Л., 1974]. Способность к накоплению микродеформаций — это биомеха­ническое свойство склеры, не характерное для здоровых глаз и связанное с ее трофическими и структурными изменениями.

А.П.Нестеров в механизме прогрессирования миопии придает значение следующим факторам: 1) увеличению радиуса кривиз­ны заднего отдела склеры; 2) истончению оболочек глазного яблока, особенно в заднем отделе; 3) тенденции к повышению внутриглазного давления; 4) изменению шаровидной формы глазного яблока на вытянутую [Нестеров А.П. и др., 1974].

Суммируя данные о влиянии трех первых факторов, он отмечает, что удельное напряжение, растягивающее капсулу глаза в заднем его отделе, увеличивается при миопии 9,0 дптр в 2 раза,

18,0 дптр в 2,8 раза и 36,0 дптр в 3,6 раза. Что касается чет­вертого фактора, то А.П.Нестеров подчеркивает следующее.

На растянутом миопическом глазу, который в заднем своем отделе приобретает вытянутую форму, кривизна склеры стано­вится неодинаковой, поэтому и силы, растягивающие склеру, будут разными. Они особенно велики в тех меридианах, где радиус кривизны наибольший, т.е. в переднезаднем направле­нии. В одном и том же меридиане напряжение увеличивается в направлении к заднему полюсу глаза. В связи с неравномерно­стью напряжения в склере в различных направлениях значи­тельно уменьшается сопротивляемость ткани и усиливается тен­денция к пластической деформации.

При электронно-микроскопических исследованиях [Никола­ева Т.Э., 1974; Аветисов Э.С. и др., 1979, 1980; Андреева Л.Д., 1979, 1981; Волколакова Р.Ю., 1980] выявляются закономер­ные изменения ультраструктуры склеры при миопии. Основная их локализация — коллагеновый каркас склеры, ответственный за ее прочностные свойства. Небольшие изменения коллагеновых фибрилл иногда встречаются и при миопии слабой степени, предопределяя, очевидно, ее дальнейшее прогрессирование.

Суть изменений фибрилл заключается в их расщеплении на более мелкие единицы — субфибриллы. Процесс микрофибрил­лярного расщепления обусловлен, по-видимому, нарушением белково-полисахаридных связей в молекулах тропоколлагена. Разрушение основной цементирующей субстанции склеры — протеогликановых комплексов — приводит к освобождению гликозаминогликанов, которые выявляются при гистохимичес­ком исследовании по их усиленному окрашиванию. Такое яв­ление обнаруживается уже при начальной миопии.

При миопии средней степени процесс микрофибриллярного расщепления становится более распространенным, сохраняя, однако, очаговое расположение. Это коррелирует с гистохими­ческими показателями — более интенсивным, чем при миопии слабой степени, окрашиванием гликозаминогликанов склеры.

При миопии высокой степени преобладает качественно иной процесс: наряду с микрофибриллярным расщеплением происхо­дят дезагрегация тропоколлагена и зернистый распад фибрилл (рис. 39—42). Процесс распада локализуется не только в фиб­риллах, но и в цементирующей субстанции. Он закономерно сопровождается истончением склеры.

При сканирующей электронной микроскопии в склере ми-опических глаз в отличие от эмметропических отмечается более беспорядочное и рыхлое расположение фибрилл и волокон на наружной и внутренней поверхностях (рис. 43 и 44).

Своеобразно измененные коллагеновые комплексы, выявля-

Рис.39. Склера заднего отдела глаза при эмметропии. Плотная упаковка коллагеновых структур, переплетение волокон в разных направле­ниях, х 4500.

Рис.40. Склера заднего отдела глаза при миопии высокой степени. Рых­лое расположение коллагеновых структур, х 4500.

Рис.41. Склера заднего отдела глаза при миопии высокой степени. Рас­пространенное расщепление коллагеновых фибрилл на субфибрил­лы. Фрагмент фибробласта. х 30 000.

Рис.42. Склера заднего отдела глаза при миопии высокой степени. Зер­нистый распад коллагеновых фибрилл, х 30 000.

Рис.43. Наружная поверхность склеры экваториального пояса эммет-

ропического глаза. Видны волнообразные волокна, некоторые из них

оплетены фибриллами, х 4500.

емые в склере при миопии высокой степени, подчеркивают глубину процесса деструкции коллагена. При близорукости высокой степени обнаруживается активация фиброкластов, ре-зорбирующих обломки разрушенных фибрилл. Фиброкласты, очевидно, принимают участие в перестройке миопической скле­ры подобно тому, как это происходит при инволюции склеры у пожилых людей [Аветисов Э.С. и др., 1979]. Наблюдается преобразование части фибробластов в миофибробласты [Андре­ева Л.Д., 1981], что, очевидно, является компенсаторной ре­акцией склеры на неблагоприятные условия, вызванные ее растяжением.

Важно отметить, что начальные структурные изменения, аналогичные описанным, обнаруживаются и в переднем отделе склеры, который, как известно, практически не подвергается растяжению. Это указывает на их первичный характер [Нико­лаева Т.Э., 1973]. По мере прогрессирования миопии на эти первичные изменения наслаиваются вторичные, обусловленные самим процессом растяжения склеры, особенно в заднем отделе.

Рис.44. Наружная поверхность склеры экваториального пояса миопи-ческого глаза. Волнообразные пучки коллагеновых фибрилл с участ­ком дезорганизации архитектоники, х 9000.

Чтобы выявить механизмы, лежащие в основе биомеханичес­ких и структурных нарушений, исследовали связь механических характеристик нормальной и миопической склеры с ее основ­ными биохимическими показателями [Аветисов Э.С. и др., 1984, 1991]. Было установлено, что уменьшение при миопии толщины склеры и изменение ее упруго-прочностных параметров в наи­большей степени определяются снижением содержания в ней гликозаминогликанов, общего коллагена и повышением уровня

его растворимых фракций, снижением уровня поперечных свя­зей («сшивок»), стабилизирующих коллагеновое волокно, а также нарушением обмена некоторых микроэлементов (в первую оче­редь, меди), непосредственно участвующих как в биосинтезе коллагена, так и в образовании поперечных сшивок в ткани склеры [Винецкая М.И. и др., 1988, 1989, 1994].

Таким образом, очевидно, что патогенетическую основу прогрессирующей миопии составляет изменение биомеханичес­ких свойств склеры, обусловленное ее структурными и трофи­ческими нарушениями. Выявление причин и механизма этих нарушений позволит разработать более эффективные методы профилактики прогрессирования близорукости и ее патогенети­ческого лечения.