活体人眼中小梁网对眼压升高的反应

摘要

小梁网（TM）在眼压计引起的急性眼压升高作用下可发生向施莱姆管腔隙的迁移，该现象可通过谱域光学相干断层扫描进行观察。本方法旨在定量评估活体组织中房水外流通路对急性眼压升高的形态计量学反应。 原位.

摘要

小梁网（trabecular meshwork, TM）的力学特性与房水外流阻力及眼内压（intraocular pressure, IOP）调节密切相关。该技术的原理在于直接观察小梁网在急性眼内压升高时的力学响应。扫描前需测量基线状态及眼内压升高时的IOP值。在基线状态和眼内压升高期间（使用眼动测量仪（ophthalmodynamometer, ODM）施加30 g力），对角膜缘区域进行谱域光学相干断层扫描（spectral-domain optical coherence tomography）。利用ImageJ软件处理扫描图像，以增强房水外流通路的可视化效果。通过血管解剖标志确定基线与眼内压升高状态下扫描体积中的对应位置。在Schlemm管（Schlemm canal, SC）一段1 mm长的节段内，选取10个位置手动测量SC的横截面积（SC-CSA）以及沿其长轴从前至后的长度。内壁至外壁的平均距离（短轴长度）通过将SC的面积除以其长轴长度计算得出。为探讨邻近组织对眼内压升高效应的贡献，在滴用托吡卡胺诱导平滑肌松弛前后分别重复上述测量。小梁网向Schlemm管内的移位受小梁网自身刚度的抵抗，但可因小梁网与睫状体内部平滑肌相连而获得支持，从而增强其位移。该技术是首次用于测量活体人眼小梁网对压力升高的响应。 原位 在人眼的生理条件下。

引言

青光眼是全球导致不可逆失明的第二大原因¹。眼内压（IOP）升高是青光眼发生和进展的主要致病危险因素^2-7。 IOP由房水的生成与外流之间的平衡所调节⁸。 房水外流阻力最大的部位是近管组织以及Schlemm管（SC）的内壁，即SC与小梁网（TM）之间的界面^9-11。 尽管TM的刚度可能有助于防止在眼内压升高时SC发生塌陷， Overby 等 ¹² 最近研究表明，青光眼中的基因表达发生改变，导致SC内皮细胞刚度增加，阻碍孔隙形成，从而引起青光眼眼内IOP升高¹³。 TM的形态和刚度与外流易度相关^14,15， 这凸显了测量其生物力学特性的必要性。

原子力显微镜对小梁网（TM）的测量显示，青光眼患者捐献的眼球组织刚度升高（81 kPa），相比之下，无青光眼捐献者的眼球组织刚度为4.0 kPa¹⁶, 但这些测量是在离体解剖的组织上进行的。ex vivo。后部小梁网通过纵行肌细胞的前部肌腱锚定于睫状肌，这些肌腱插入外层板状和筛状的小梁网结构中¹⁷。 睫状肌（CM）的活动可能增加小梁网的紧张度，模拟出小梁网刚度升高的状态¹⁷。&....

方案

伦理声明：在开始招募受试者之前，已获得匹兹堡大学医学院机构审查委员会的批准。所有受试者在参与研究前均签署了书面知情同意书。

1. 数据采集

1. 眼压升高
   1. 滴入一滴0.5%丙美卡因于眼部，3分钟后起效，进行基线测量（眼压和OCT测量）。
   2. 用眼压计轻轻按压颞侧巩膜，第1组施加30 g压力，第2组依次施加5 g和10 g压力。随后按以下步骤进行所需的眼压（IOP）和光学相干断层扫描（OCT）测量
      1. 眼内压测量
         1. 测量基线眼内压。按照第1.1节所述升高压力。
         2. 在队列1中，滴入一滴0.5%丙帕卡因，等待3分钟起效，然后对巩膜施加30 g的压力。在加压过程中，按照制造商说明使用眼压计测量眼内压。
         3. 在第2组中，滴入一滴0.5%丙帕卡因，等待3分钟以发挥药效，随后使用眼压计施加5 g的巩膜压力。在压力升高的过程中，按照制造商说明使用眼压计测量眼内压。
            1. 在5 g测量后等待5分钟。
            2. 使用眼压描计器施加10 g的巩膜压力，并按照眼压计制造商的说明，在压力升高期间测量眼内压（IOP）。记录眼内压值及状况（即， 基线或10克）记录在研究记录中。
      2. OCT 扫描
         1. 将....

结果

利用这些数据采集和图像分析技术，可以获得眼内压（IOP）小幅和大幅变化对流出道形态参数（如Schlemm管的横截面积）的影响（图1）。可以看出，较高的眼内压水平会导致Schlemm管出现明显的塌陷，表现为横截面积显著减小。眼睛似乎能够耐受眼内压的小幅升高，这一点由Schlemm管横截面积（SC-CSA）未发生改变得以证实（图1）。这些结果表明，该技术能够量化流出道在急性眼内压挑战下的形态测量学反应。目前尚无其他技术或技术体系能够同时提供关于流出道生物力学的可视化和定量信息。

在整个研究过程中，未观察到小梁网（TM）厚度发生显著变化。当眼内压（IOP）升高23 mmHg时，Schlemm管（SC）内壁至外壁的距离减少了5.03 µm。在未抑制和平滑肌活性被抑制的情况下，眼内压升高6 mmHg分别导致Schlemm管内壁至外壁的距离减少了0.18 µm和2.34 µm。此外，在抑制平滑肌活性后，Schlemm管的基线横截面积（CSA）从4,597 ± 2,503 µm²下降至3,588 ± 1,1.......

讨论

目前的技术利用对软组织机械响应的非侵入性观察，以量化Schlemm管（SC）的塌陷。未来需要使用人尸体眼球进行研究，以在解剖后校准组织形变与实际组织刚度之间的关系。然而，这类研究将面临以往流出道模型相同的局限性；具体而言，活体肌肉对组织张力的贡献将不存在。在活体哺乳动物眼球模型中进一步校准，可能实现对成像 以及小梁网（TM）刚度的直接测量进行校准。

该技术存在若干局限性。目前尚未在其他OCT平台上验证该方法。文献表明，其他OCT设备可能也能观察到相同结构，但这些设备对人眼急性眼压升高相关变化的敏感性尚未得到证实。本研究使用当前设备是出于便利性考虑，因为该设备无需额外光学组件即可进行眼前节扫描。本研究面临的最大挑战是在扫描图像中识别施莱姆管（SC）。在单个切片中无法明确识别施莱姆管。必须对整个三维图像体积进行分析，首先定位包含施莱姆管的组织区域，再通过观察集液管开口以及不同切片中施莱姆管各段之间的相互连接来确认其身份。根据我们的经验，施莱姆管在角膜缘区域可表现为0至4个开口，这些开口可能在靠近集液管开口处融合成单个较大的开口，也可能塌陷为完全闭合的狭窄段。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
光谱域光学相干断层扫描	Zeiss	Cirrus
影像工作站	Apple	iMac
眼压计	Baillairt Matalene Ophthalmodynamometer, Surgical instruments CO., Inc. New York, NY
图像处理程序	rsb.info.nih.gov/ij	ImageJ, FIJI