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本研究分为两部分。
第一部分 加压兔角膜前表面与后表面所测生物力学性能的比较
目的:研究比较膨胀法加压兔角膜前表面与后表面所测生物力学性能的差异,为角膜各向异性特征提供矢状面方向上的证据,以及为眼压读数的准确校正提供参考数据。
方法:利用计算机随机数字生成法将16只日本大耳白兔随机分成A、B两组:A组12只,随机选取A组中每只兔子的一只角膜膨胀法加压后表面(角膜后表面加压组,n=12),另一只角膜膨胀法加压前表面(角膜前表面加压组,n=12),测量角膜顶点的前突位移值和滞后量,然后采用有限元分析法获得角膜的应力-应变关系、正切弹性模量值。B组4只,用于测量角膜上皮层厚度以及刮除角膜上皮层后的剩余基质床厚度,所得结果用于进行角膜数学模型的建立。实验开始前测量角膜的厚度、直径和眼内压,排除眼压>21mmHg的兔子。两组角膜厚度、直径、眼压、正切弹性模量和滞后量的比较均采用配对-t检验。
结果:后表面加压组和前表面加压组的中央角膜厚度分别为393±32μm和392±31μm,周边角膜厚度分别为370±21μm和370±25μm,平均角膜直径分别为13.29±0.23mm和13.30±0.22mm,所有兔子的眼内压测量值均在10-15mmHg之间。统计学结果显示,两组平均角膜厚度、角膜直径和眼内压之间的比较,差异均无统计学意义(P=0.935,P=0.879和P=0.368)。角膜的应力-应变呈非线性关系,正切弹性模量和应力之间呈直线关系。后表面加压组的角膜正切弹性模量明显大于前表面加压组,差异有统计学意义(P<0.01)。在0.004 MPa、0.008MPa和0.016 MPa下,前表面加压组角膜的硬度分别是后表面加压组角膜硬度的70.0±10.7%,68.8±12.2%和68.6±12.6%。后表面加压组和前表面加压组角膜的滞后量值分别为1.99±0.46 mm.mmHg和2.39±0.64 mm.mmHg,且差异有统计学意义(P=0.018)。
结论:加压角膜后表面所呈现的硬度明显大于加压前表面。角膜作为非线性粘弹性组织,不仅在冠状面上表现出区域硬度的非一致性,而且在矢状面上也表现出硬度的非一致性。本实验研究结果,对今后眼压计读数的合理校正、对眼反应分析仪原理的正确理解以及角膜数学模型的准确建立均具有重要的指导意义。
第二部分 0.1%氟米龙滴眼液对兔角膜生物力学性能的影响
目的:研究0.1%氟米龙滴眼液长期点眼对兔角膜生物力学性能的影响,探讨角膜生物力学性能变化的可能机制以及在圆锥角膜、青光眼等疾病中的作用。
方法:利用计算机随机数字生成法将56只日本大耳白兔随机分成三组(点氟米龙组24只、点上清液组16只和空白对照组16只)。点氟米龙组:选取每只兔子的一只眼滴0.1%氟米龙滴眼液,一天四次点8周。点上清液组:选取每只兔子的一只眼滴0.1%氟米龙滴眼液离心后的上清液,一天四次点8周。空白对照组:未给予兔眼任何处理。在点药期间,每周测量一次各组兔子的眼内压,排除眼压>21mmHg的兔子。8周后处死兔子,剜出眼球,测量每组兔子的角膜中央和周边厚度以及角膜直径。采用膨胀法测量每组兔子角膜的前突位移值,然后采用有限元分析法获得角膜的应力-应变关系和正切弹性模量值。采用酶联免疫吸附测定法(ELISA法)测定各组兔角膜的MMP-2和MMP-9的水平。采用透射电镜观察各组兔子角膜基质的超微结构变化。三组角膜厚度、角膜直径之间的比较采用单因素方差分析。三组角膜正切弹性模量值之间的比较采用非参数Kruskal-Wallis H检验,并采用Nemenyi检验进行组间两两比较,以P<0.05为差异具有统计学意义。
结果:除了点氟米龙组有3只兔子的眼压>21mmHg外,其余兔子的眼压均在11~18mmHg之间。单因素方差分析结果显示,三组角膜厚度之间的比较,差异无统计学意义(P>0.1)。点氟米龙组、点上清液组和空白对照组的角膜直径测量结果分别为13.83±0.15mm、13.74±0.22mm和13.71±0.11mm。单因素方差分析结果显示,三组角膜直径之间的比较,差异无统计学意义(P=0.236)。非参数Kruskal-Wallis H检验结果显示,三组角膜正切弹性模量在不同应力水平下的比较,差异均有统计学意义(P<0.01)。采用Nemenyi法两两比较结果显示,点氟米龙组角膜正切弹性模量值明显小于点上清液组和空白对照组,差异有统计学意义(P<0.05),而点上清液组和空白对照组之间的比较,差异无统计学意义(P>0.1)。与点上清液组和空白对照组相比,点氟米龙组角膜的正切弹性模量值平均下降了约34.2%和33.5%。点氟米龙组角膜基质MMP-2和MMP-9的浓度均高于点上清液组和空白对照组。透射电镜下观察三组角膜基质的超微结构变化,
结果显示,点氟米龙组的角膜胶原纤维密度较点上清液组和空白对照组有所下降,胶原纤维之间排列疏松、间隙增大,点上清液组与空白对照组角膜胶原纤维束密度之间的比较差异不大。
结论:本研究发现,长期给兔眼滴0.1%氟米龙滴眼液会造成角膜的生物力学性能降低。其作用机制可能是长期使用糖皮质激素造成了角膜基质金属蛋白酶的含量和活性增加,并加强了基质内溶胶原酶的活性,加速了角膜胶原纤维的溶解,具有减弱角膜胶原纤维束间交联的作用。在临床诊疗活动中,医生需注意长期应用糖皮质激素滴眼液导致的角膜变软在圆锥角膜、屈光手术后以及青光眼中的作用。