Patterns of eye structural and functional changes in presbyopia

Cover Page

Abstract

Aim. To identify patterns of structural and functional interrelationship in the eye in presbyopia formation. Methods. 60 patients with emmetropia without eye diseases in two age groups: from 18 to 30 years old and from 45 to 60 years old were examined. In addition to the standard ophthalmic examinations the following methods were used: assessment the pupil size in different lighting conditions, examination of the anterior and middle segment of the eye by means of ultrasound biomicroscopy and using a rotating Scheimpflug camera («Pentacam»). Results. Patients with presbyopia showed lens enlargement with simultaneous shortening of anterior portion of Zinn ligament, reduction of anterior chamber depth and volume, decrease of an adjunction angle between the iris and the cornea, ciliary body thickness reduction, and the increased distance between trabeculae and the crown of the ciliary body. The most pronounced decrease of the thickness of the ciliary body, length of the Zinn ligament and the increase of distance between trabeculae and ciliary processes were noted in the horizontal plane with a maximum change in the internal segment. The spatial deformation of the posterior chamber and changes of the anterior chamber angle were more pronounced in the lower and outer quadrants. Pearson’s correlation analysis revealed the vanishing of a significant number of correlations, characteristic for the physiologically properly formed eye with a proportionate refraction and the appearance of new relationships, directed to preserve the normal physiology of intraocular fluid, and stability of visual image receiving. Conclusion. Presbyopia development is characterized by a set of structural and functional changes, the spatial transformation of the eyeball that must be considered when performing surgical interventions in patients with presbyopia.

Full Text

Несмотря на высокий уровень современного диагностического оборудования и огромный исторический опыт, до сих пор нет однозначного чёткого представления о механизмах формирования пресбиопии. Согласно лентикулярной теории, развившейся из представлений H. von Helmholtz (1856), С. Hess (1901) и А. Gullstrand (1912) об аккомодации, пресбиопию считают следствием уменьшения способности хрусталика менять свою форму, а изменения цилиарной мышцы не рассматривают как значимые. В соответствии с экстралентикулярной теорией Duane (1925) и E. Fincham (1955), первичными в формировании пресбиопии являются фиброзные изменения в цилиарной мышце, ведущие к изменению баланса в аппарате подвешивания хрусталика, уменьшению диаметра поддерживающего кольца и снижению возможностей трансформации хрусталика. Доминирующее количество исследований пресбиопии посвящено морфологии хрусталика и его подвешивающего аппарата, цилиарной мышцы [4-7, 12]. Вместе с тем известно, что с возрастом происходят значительные сдвиги в механических свойствах и других структурах глазного яблока [1], что, безусловно, следует рассматривать как потенциально значимый механизм развития пресбиопии. Работы, в которых рассматривают структурные и функциональные изменения органа зрения при формировании пресбиопии с позиций патологической физиологии, единичны [2, 3] и не являются достаточно полными. Закономерности структурно-функциональных изменений органа зрения при пресбиопии остаются до конца не выясненными, неизвестна первопричина развития пресбиопии, не определены механизмы, ведущие к утрате аккомодации [10]. Цель работы - выявить закономерности структурно-функциональных взаимоотношений глаза при формировании пресбиопии. Обследованы 60 пациентов с эмметропической рефракцией (объективная рефракция в условиях циклоплегии в пределах от +0,25 до -0,25 дптр), остротой зрения вдаль каждого глаза по десятичной шкале 1,0 и выше, без офтальмологической патологии. В первую группу вошли 30 человек (60 глаз) в возрасте от 18 до 30 лет (запас относительной аккомодации 5,21±1,21 дптр). Вторую группу составили 30 пациентов с пресбиопией (60 глаз) в возрасте от с 45 до 60 лет (запас относительной аккомодации 1,23±1,01 дптр). Группа людей для исследования была сформирована на добровольных началах, в соответствии с положениями Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1996, 2002). В условиях ультразвуковой биомикроскопии («Hi Scan») при горизонтальном положении пациента в четырёх топографических квадрантах (меридианы 12, 3, 6 и 9 ч условного циферблата) по методике, предложенной C. Pavlin [11], была проведена количественная оценка длины передней порции цинновой связки, дистанции «трабекула-цилиарные отростки», толщины цилиарного тела, угла примыкания «трабекула-радужка», площади сечения задней камеры. С помощью ротационной Шеймпфлюг-камеры («Pentacam») были определены толщина роговицы, кривизна передней поверхности роговицы, кривизна задней поверхности роговицы, глубина и объём передней камеры глаза, плотность хрусталика, определён общий волновой фронт оптических аберраций глаза (RMS total). Проведена количественная оценка диаметра и площади зрачка в фотопических и скотопических условиях освещённости («OPD-scan»). Результаты исследований обработаны с применением компьютерной программы «Statistica 6.0». Были вычислены средние арифметические (M), стандартные отклонения от среднего (s). Правильность распределения значений в группах оценена с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Сравнительный анализ между группами проведён с помощью t-критерия Стьюдента. Стохастическая зависимость между парными показателями выявлена при проведении корреляционного анализа по Пирсону. Оценку статистической значимости корреляционных связей проводили с помощью соответствующих таблиц. Коэффициенты парных взаимозависимостей в представленной выборке считали статистически значимыми, если они превосходили критическое значение, равное 0,3. Результаты исследований представлены в виде таблиц и диаграмм. Несмотря на тот факт, что значения переднезаднего размера глазного яблока и оптической силы роговицы у обеих групп не имели достоверных различий, со стороны интраокулярных структур выявлены статистически значимые изменения (табл. 1). Из табл. 1 видно, что развитие пресбиопии сопровождается увеличением размеров хрусталика, усилением денситометрической плотности хрусталика более чем в 6 раз, что обусловлено генетически детерминированными процессами в тканях эктодермального происхождения, каким является хрусталик глаза человека [1]. Одновременно с этим наблюдаются укорочение подвешивающего аппарата хрусталика, уменьшение глубины и объёма передней камеры глаза, уменьшение угла примыкания радужки с роговицей, уменьшение толщины цилиарного тела, увеличение расстояния между трабекулой и короной цилиарного тела. При этом в различных топографических квадрантах степень изменения указанных структур варьировала (рис. 1). Наиболее выраженное уменьшение толщины цилиарного тела, длины цинновой связки и увеличение расстояния «трабекула-цилиарные отростки» отмечены в горизонтальном меридиане с максимумом изменений во внутреннем сегменте, тогда как пространственная деформация задней камеры глаза больше выражена в нижнем и наружном квадрантах, в этих же квадрантах отмечены максимальные изменения со стороны угла передней камеры глаза. Также выявлено, что у пациентов с пресбиопией изменены диафрагмальная функция зрачка и значения оптических аберраций (табл. 2). У пациентов с пресбиопией обнаружено уменьшение площади апертуры в фотопических и скотопических условиях освещённости, при этом наиболее выраженные изменения отмечены в фотопических условиях освещения. Также выявлено, что у пациентов зрелой возрастной группы увеличено как суммарное число рефракционных ошибок (RMS total), так и их частных разновидностей. При этом со стороны угловых аберраций (Z11) отмечен прирост в 10 раз, горизонтальной комы (Z31) - в 4 раза. Принимая во внимание, что только констатация какого-либо факта недостаточна для понимания эволюции физиологических взаимоотношений, был выполнен корреляционный анализ по Пирсону. Для наглядного изображения взаимосвязей были построены корреляционные плеяды (рис. 2). Видно, что при формировании пресбиопии происходит разрушение значительного количества корреляционных связей, а также меняется дизайн корреляционных взаимоотношений: корреляционные связи, характерные для людей молодого возраста, при формировании пресбиопии частично утрачивают свою значимость, но в то же время появляются новые. Показательно, что у молодых людей наиболее широко представлены корреляционные взаимосвязи с переднезадним размером глазного яблока. Выявлено шесть корреляций переднезаднего размера глазного яблока с такими показателями, как толщина хрусталика (r=-0,77), коэффициент лёгкости оттока внутриглазной влаги (r=-0,43), кривизна передней (r=0,47) и задней (r=0,49) поверхностей роговицы, объём и глубина передней камеры (r=0,44 и r=0,74). При развитии пресбиопии данная корреляционная плеяда претерпевает существенные изменения: сохраняются лишь две зависимости - с объёмом передней камеры (r=0,52) и кривизной задней поверхности роговицы (r=0,39). В то же время появляется новая взаимозависимость с толщиной цилиарного тела (r=0,35). Данные изменения можно рассматривать как следствие выраженных интраокулярных изменений. Это свидетельствует о том, что сложившиеся взаимоотношения в физиологически правильно сформированном глазу с соразмерной рефракцией значительно видоизменяются вследствие превалирования инволюционных изменений внутриглазных структур, таких как хрусталик, передняя камера глаза, кривизна задней поверхности роговицы, кроме этого меняется гидродинамика глаза. Увеличение размеров хрусталика при формировании пресбиопии сопровождается утратой значительного количества исходных корреляций между толщиной хрусталика и анатомическими параметрами глазного яблока (переднезадним размером глазного яблока, глубиной и объёмом передней камеры глаза, длиной передней порции цинновой связки и величиной зрачка в скотопических условиях освещения). При этом сохраняется взаимозависимость с уровнем внутриглазного давления и появляются новые связи с коэффициентом лёгкости оттока (r=-0,4) и суммарным волновым фронтом оптических аберраций (r=-0,44). Полученные результаты свидетельствуют о значимых переменах во взаимоотношениях интраокулярных структур и формировании новых, при которых размер хрусталика оказывает значимое влияние на уровень внутриглазного давления, лёгкость оттока внутриглазной жидкости, а также суммарное число рефракционных ошибок. Также у пациентов зрелого возраста присутствует тенденция к приобретению новых корреляций, характеризующих физиологическую роль трабекуло-цилиарной зоны. Появились прочные взаимосвязи: дистанция «трабекула-цилиарные отростки» - толщина цилиарного тела (r=0,56), дистанция «трабекула-цилиарные отростки» - кривизна передней поверхности роговицы (r=0,4), дистанция «трабекула-цилиарные отростки» - кривизна задней поверхности роговицы (r=0,46). Допустимо предполагать, что прочность взаимосвязей у данных параметров также может служить отражением меры инволюционных изменений глазного яблока при старении. Крайне интересны изменения в корреляционных плеядах, обусловленных состоянием зрачковой диафрагмы. При этом на согласованность изменений площади зрачка с другими структурами глаза влияет состояние зрачка при различном уровне освещённости. Видно, что в фотопических условиях сохраняется большее количество корреляций: это связи между площадью зрачка и такими параметрами, как толщина цилиарного тела, коэффициент лёгкости оттока, кривизна задней поверхности роговицы. При этом утрачены лишь две корреляции: с расстоянием между трабекулой и короной цилиарного тела, а также с глубиной передней камеры глаза. В скотопических условиях освещённости исходные зависимости с площадью зрачка претерпевают существенные изменения - большая их часть разрушается. Это связи с толщиной цилиарного тела (r=-0,31), объёмом передней камеры глаза (r=0,43), длиной передней порции цинновой связки (r=-0,31), глубиной передней камеры глаза (r=0,31), толщиной хрусталика (r=-0,34). Вместе с этим появляются новые связи: с коэффициентом лёгкости оттока внутриглазной жидкости (r=0,36) и кривизной задней поверхности роговицы (r=-0,36). Можно предполагать, что функция зрачковой диафрагмы у людей старшего возраста играет определённую роль в физиологии внутриглазной жидкости. Результаты проведённого исследования демонстрируют, что формирование пресбиопии происходит при выраженной трансформации анатомических взаимоотношений и топографии всего переднего отрезка. Вместе с этим выявлены новые явления. Установлено, что изменения в мышечно-хрусталиковых взаимоотношениях с возрастом происходят неравномерно. Асимметричные видоизменения касаются не только хрусталика и его подвешивающего аппарата, но и всех анатомических компонентов среднего и переднего отделов глазного яблока. Увеличение и уплотнение хрусталика, обусловленные возрастом, происходят одновременно с асимметричной деформацией перилентикулярных структур, передней и задней камер глаза. Можно предполагать, что выявленные изменения являются как следствием лентикулярных инволюционных процессов, так и результатом изменения всей интраокулярной биомеханики, а также появления у пациентов с пресбиопией тенденции к наведённому астигматизму. Важно, что пространственно-топографические изменения отмечены не только со стороны хрусталика, цилиарного тела и связочного аппарата хрусталика, но и со стороны наружной оболочки глаза с захватом дренажной зоны. При этом корреляционный анализ выявил явную тенденцию внутриокулярных изменений, направленных на сохранение нормальной физиологии внутриглазной жидкости. Также установлено, что негативные изменения интраокулярных анатомических структур сопровождаются нарастанием оптических аберраций. На наш взгляд, сужение зрачковой диафрагмы при формировании пресбиопии - не только следствие повышения модуля упругости радужки [9], но также может быть проявлением адаптационных механизмов к повышенному рассеиванию светового потока и стремлением нивелировать нарастающие оптические аберрации. ВЫВОДЫ 1. Формирование пресбиопии характеризуется совокупностью структурно-функциональной и пространственной трансформации глазного яблока: отмечены не только изменения морфологических свойств хрусталика и цилиарного тела, но и нарастающая асимметрия всех структурных компонентов переднего отрезка глаза, ухудшение физиологической оптики и значимые сдвиги в физиологии внутриглазной жидкости. 2. Выявленные закономерности структурно-функциональных взаимоотношений следует учитывать при проведении хирургических вмешательств у пациентов с пресбиопией. Таблица 1 Изменение структурного состояния глаза у пациентов с эмметропической рефракцией при формировании пресбиопии (М±s) Параметры Люди молодого возраста Пациенты с пресбиопией р n=60 n=60 Переднезадний размер глазного яблока, мм 23,54±0,55 23,25±0,44 >0,05 Глубина передней камеры, мм 3,46±0,32 3,06±0,21 <0,001 Объём передней камеры, мм3 177,5±33,9 125,2±30,3 <0,001 Толщина хрусталика, мм 3,78±0,32 4,33±0,25 <0,001 Денситометрическая плотность хрусталика, относительные единицы 0,09±0,01 0,65±0,12 <0,001 Площадь сечения задней камеры, верхний сегмент, мм2 0,91±0,29 1,05±0,22 >0,05 Толщина цилиарного тела, верхний сегмент, мм 0,97±1,17 0,53±0,23 <0,001 Длина передней порции цинновой связки, верхний сегмент, мм 1,23±0,31 1,04±0,28 <0,001 Дистанция «трабекула-цилиарные отростки», верхний сегмент, мм 0,99±0,24 1,22±0,18 <0,001 Угол примыкания «трабекула-радужка», верхний сегмент, градусы 37,51±8,3 25,86±8,4 <0,001 Рис. 1. Динамика изменений анатомических структур глазного яблока при формировании пресбиопии у пациентов с эмметропической рефракцией; ТЦТ - толщина цилиарного тела; ДЦС - длина передней порции цинновой связки; ДТЦО - дистанция «трабекула-цилиарные отростки». © 37. «Казанский мед. ж.», №4. Рис_1.jpg Таблица 2 Изменение зрачковой диафрагмы и значений оптических аберраций у пациентов с эмметропической рефракцией при формировании пресбиопии (М±s) Параметры Люди молодого возраста Пациенты с пресбиопией р n=60 n=60 Диаметр зрачка (фотопические условия освещения), мм 5,06±0,77 3,64±1,0 <0,001 Диаметр зрачка (скотопические условия освещения), мм 6,47±0,56 5,34±1,25 <0,001 Площадь зрачка (фотопические условия освещения), мм2 20,8±6,03 11,2±5,3 <0,001 Площадь зрачка (скотопические условия освещения), мм2 33,1±5,7 23,6±8,7 <0,001 Отклонение волнового фронта аберраций (RMS total), мкм 0,37±0,17 0,48±0,15 <0,001 Кривизна передней поверхности роговицы, горизонтальный меридиан, мм 7,91±0,26 7,74±0,22 <0,01 Кривизна задней поверхности роговицы, горизонтальный меридиан, мм 6,64±0,29 6,46±0,27 <0,01 Внутриглазное давление, мм рт.ст. 17,27±1,25 19,06±1,21 <0,001 Коэффициент лёгкости оттока 0,39±0,13 0,31±0,1 <0,001 Рис_2.jpg Рис. 2. Картина корреляционных взаимосвязей морфометрических параметров зрительного анализатора (стрелками серого цвета показаны положительные взаимосвязи, чёрного цвета - отрицательные); ПЗО - переднезадний размер глазного яблока; ДТЦО - дистанция «трабекула-цилиарные отростки»; ТХ - толщина хрусталика; ДЦС - длина передней порции цинновой связки; ТЦТ - толщина цилиарного тела; ВГД - внутриглазное давление; RMS total - общий волновой фронт оптических аберраций глаза.
×

About the authors

O I Rozanova

Interbranch Scientific and Research Complex «Eye Microsurgery», Irkutsk, Russia

Email: olgrozanova@gmail.com

A G Shchuko

Interbranch Scientific and Research Complex «Eye Microsurgery», Irkutsk, Russia; Irkutsk State Medical Academy of Continuing Education, Irkutsk, Russia

T S Mishchenko

Interbranch Scientific and Research Complex «Eye Microsurgery», Irkutsk, Russia

O P Mishchenko

Interbranch Scientific and Research Complex «Eye Microsurgery», Irkutsk, Russia

I M Mikhalevich

Irkutsk State Medical Academy of Continuing Education, Irkutsk, Russia

References

  1. Витт В.В. Строение зрительной системы человека. - Одесса: Астропринт, 2003. - 664 с.
  2. Страхов В.В., Минеева Л.А., Бузыкин М.А. Инволюционные изменения аккомодационного аппарата глаза человека по данным ультразвуковой биометрии и биомикроскопии // Вестн. офтальмол. - 2007. - Т. 123, №4. - С. 32-35.
  3. Розанова О.И., Щуко А.Г., Михалевич И.М., Малышев В.В. Закономерности структурно-морфологических изменений глазного яблока человека при развитии пресбиопии // Рос. офтальмол. ж. - 2011. - Т. 44, №1. - С. 62-66.
  4. Тахчиди Х.П., Егорова Э.В., Узунян Д.Г. Ультразвуковая биомикроскопия в диагностике патологии переднего сегмента глаза. - М.: Издательский центр «Микрохирургия глаза», 2007. - 128 с.
  5. Eskridge J. Review of ciliary muscle effort in presbyopia // Amer. J. Optometric Physiol. Optics. - 1984. - Vol. 6. - Р. 133-138.
  6. Dubbelman M., Van Der Heijde G.L. The shape of the aging human lens: curvature, equivalent refractive index and the lens paradox // Vis. Res. - 2001. - Vol. 41. - P. 1867-1877.
  7. Glasser A., Campbell M.C. Biometric, optical and physical changes in the isolated human crystalline lens with age in relation to presbyopia // Vis. Res. - 1999. - Vol. 39. - P. 1991-2015.
  8. Kasthurirangan S., Markwell E.L., Atchison D.A. MRI study of the changes in crystalline lens shape with accommodation and aging in humans // J. Vision. - 2011. - Vol. 25, N 3. - P. 11-14.
  9. Loewenfeld I.E. The pupil: anatomy, physiology and clinical applications. - Ames, Ia: Iowa State University Press, 1993. - 130 p.
  10. Pallikaris I., Plainis S., Charman W.N. Presbyopia. - Danvers: Slack incorporated, 2012. - 318 p.
  11. Pavlin С.J., Foster F.S. Ultrasound biomicroscopy of the eye. - New York: Springer-Verlag, 1995. - 214 p.
  12. Strenk S.A., Semmlow J.L., Strenk L.M., Munoz P. Age-related changes in human ciliary muscle and lens: a magnetic resonance imaging study // Invest. Ophthalm. Vis. Sci. - 1999. - Vol. 40, N 6. - P. 1162-1169.

Statistics

Views

Abstract: 288

PDF (Russian): 151

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX


© 2013 Rozanova O.I., Shchuko A.G., Mishchenko T.S., Mishchenko O.P., Mikhalevich I.M.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.





This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies