費菲

“身處在醫(yī)改大潮中，很多難解的醫(yī)學(xué)課題需要我們?nèi)スタ?，除了科研問題，在當(dāng)前醫(yī)改工作當(dāng)中，不管是公立醫(yī)院或是民營醫(yī)院，如何解決好看病難看病貴的問題，是當(dāng)下作為一名醫(yī)師和醫(yī)院管理者必須要做好的一件工作?！?/p>

——天津市眼科醫(yī)院院長湯欣

過去幾年中，對角膜組織的生物力學(xué)特性及其對角膜疾病影響的研究越來越多，成為預(yù)防和評價相關(guān)眼科疾病關(guān)注的話題。

在精準醫(yī)學(xué)·創(chuàng)新學(xué)術(shù)論壇暨2017濟南協(xié)和眼科中心高峰論壇上，中華醫(yī)學(xué)會眼科學(xué)分會常務(wù)委員、天津市眼科醫(yī)院院長湯欣教授從臨床思考的問題出發(fā)，深入闡述了白內(nèi)障手術(shù)中角膜生物力學(xué)特性。湯欣教授從4個方面揭示了角膜生物力學(xué)性能測量在角膜疾病診斷、角膜屈光手術(shù)效果預(yù)測及眼內(nèi)壓測量等方面的重要意義——應(yīng)用可視化角膜生物力學(xué)分析儀（Corvis ST）測量老年人角膜生物力學(xué)參數(shù)，分析了角膜生物力學(xué)特性；觀察白內(nèi)障超聲乳化術(shù)后軸性高度近視患者角膜生物力學(xué)變化；同時分析了不同手術(shù)切口方式的生物力學(xué)改變；并比較了飛秒激光輔助的白內(nèi)障手術(shù)與超聲乳化手術(shù)術(shù)后角膜生物力學(xué)變化。

湯欣教授首先介紹了力學(xué)的基本概念。他指出，力的效應(yīng)是指在人體內(nèi)廣泛存在力對介質(zhì)、組織和器官的運動效應(yīng)。生物體內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變與細胞生長的關(guān)系就是應(yīng)力與生長關(guān)系的理論。應(yīng)力作用于單位面積上的表面力。在力學(xué)中按受力后是否形變分為剛體和變形體，角膜屬于變形體。

生物力學(xué)研究對角膜有何意義？

生物力學(xué)是指應(yīng)用物理力學(xué)的方法和理論來研究生物和人體在宏觀和微觀水平上的力學(xué)性質(zhì)和行為。它是分析發(fā)生在生命活動過程中的各種力學(xué)現(xiàn)象和過程，也是了解生物和人體一部分及相對于另一部分，以及整個機體在空間和時間上發(fā)生位移和運動的力學(xué)規(guī)律。

角膜與青光眼、屈光密切相關(guān)。與生物力學(xué)相關(guān)的角膜組織結(jié)構(gòu)特點有：角膜從前到后分為上皮細胞層、前彈力層、基質(zhì)層、后彈力層、內(nèi)皮細胞層5層。角膜組織是人體典型的粘彈性組織，其5層結(jié)構(gòu)有其不同的與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的生物力學(xué)特點。白內(nèi)障的摘除手術(shù)，主要經(jīng)歷三個階段，首先是撕囊，在晶體前囊膜開一個圓形的口子；然后進行超聲乳化，將白內(nèi)障的晶體核震蕩成小碎塊吸出來；最后，植入人工晶體。以前眼科醫(yī)師對角膜的生物力學(xué)特性了解不多，只是看看角膜是否透明，十幾年前白內(nèi)障手術(shù)被視為復(fù)明手術(shù)，如今白內(nèi)障手術(shù)已經(jīng)歸結(jié)到屈光手術(shù)，需要我們更多地了解影響屈光手術(shù)療效的因素。

角膜整體抗張強度主要來自含有膠原纖維的前彈力層和基質(zhì)層。了解到這一點，對我們設(shè)計手術(shù)切口十分重要。前彈力層結(jié)構(gòu)特點如下：8～12μm無細胞透明結(jié)締組織，由直徑20～20μm的膠原纖維以非束狀且無規(guī)則方式排列而成，人眼角膜各層組織結(jié)構(gòu)中其黏附性抗拉強度最大。基質(zhì)層粘合力：角膜基質(zhì)層間黏合力最強至最弱的區(qū)域依次為周邊前部1/3基質(zhì)、中央前部1/3基質(zhì)、周邊后部2/3基質(zhì)、中央后部2/3基質(zhì)、后彈力層。（王雁，趙堪興，《飛秒激光屈光手術(shù)學(xué)》，人民衛(wèi)生出版社，2014，北京）。

手術(shù)切口如何設(shè)計才是合理的？很多醫(yī)師為節(jié)省時間，行白內(nèi)障手術(shù)是一刀直接插入，但我們始終行三平面透明角膜切口，對黏合度、術(shù)后的密閉性和預(yù)后更好。階梯狀隧道切口切斷板層組織相對更少，對術(shù)后角膜切口的張力強度更有益。手術(shù)切口設(shè)計優(yōu)劣的衡量標準主要有兩條：一是減少術(shù)后角膜源性散光，二是避免術(shù)后可能造成的切口嚴重感染。

彈性（Elasticity）是指材料變形后恢復(fù)原有形狀的能力。彈性模量為描述角膜彈性材料特性指標之一，彈性模量=應(yīng)力/應(yīng)變，彈性模量值越高，代表材料越硬。人角膜應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)非線性的特點。黏性（Viscosity）是指流體受到剪切力或拉伸應(yīng)力時抵抗形變的能力。黏性是流體的固有屬性，描述流體黏性大小的物理量為黏度，也稱粘滯系數(shù)。黏彈性（Viscoelasticity）：材料在變形過程中同時表現(xiàn)出彈性和黏性，產(chǎn)生蠕變，應(yīng)力松弛和滯后。各向異性（Anisotiopy）是指材料特性在各方向上不具有一致性。角膜不同部位膠原纖維交聯(lián)不同角膜，中央板層之間的黏合力明顯小于周邊部，下方層間黏合力小于上方、鼻側(cè)及顳側(cè)周邊。

以往對角膜的注意點如下：角膜的非對稱Q值：非球面IOL，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)/角膜后面表面的散光：Toric IOL。角膜切口的構(gòu)型，密閉性和生物力學(xué)性能。角膜作為人體最重要的軟組織之一，對其特性的完整描述除了角膜厚度、曲率等形態(tài)學(xué)指標，還應(yīng)包括角膜在受力時表現(xiàn)出的生物力學(xué)特性。角膜生物力學(xué)特征頗為復(fù)雜，且不是固定不變的。臨床眼科中角膜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，角膜生物力學(xué)屬性也會隨之發(fā)生變化，且隨年齡增長呈現(xiàn)下降趨勢。

角膜生物力學(xué)性能的測量主要包括離體測量和活體測量兩類，前者包括角膜軸向拉伸法、角膜膨脹法、離體全眼球膨脹測量法等，不能真正反映活體角膜生物力學(xué)特性，臨床醫(yī)師很少使用。后者可包括激光共焦顯微鏡、超聲彈性顯微鏡、眼反應(yīng)分析儀（ORA）、可視化角膜生物力學(xué)分析儀等進行測量。

Corvis ST是一種新型的活體角膜生物力學(xué)性能的儀器，可以客觀地顯示這一過程。全球第一臺可視化角膜生物力學(xué)測量儀，可快速、非接觸、自動化采集。其原理是通過超高速Scheimpflug拍攝技術(shù)，以每秒4330幀，空氣脈沖后在31毫秒內(nèi)可捕獲140幅圖像，拍攝范圍為水平方向8mm。初始狀態(tài)（Original state）是角膜未接觸氣壓脈沖。中央角膜厚度（CCT）即角膜頂點處角膜前后表面垂直距離。第一次壓平包括時間、速度和長度。第一次壓平時間（First applanation time）是指角膜由初始狀態(tài)至第一次壓平經(jīng)過的時間；第一次壓平速度（Velocity in）是指第一次壓平時，角膜頂點壓陷的速度，方向為正值。最大壓陷是指角膜頂點處于最大變形幅度時。最大壓陷時間指的是角膜由初始狀態(tài)至最大壓陷經(jīng)過的時間。反向曲率半徑是指最大壓陷時，角膜前表面曲率半徑。峰距是指最大壓陷時，角膜非變形部分最高點之間的距離。變形幅度是指角膜由初始狀態(tài)至最大壓陷，角膜頂點產(chǎn)生的垂直距離。

第二次壓平（applanation2）是指角膜中央0.5mm區(qū)域形態(tài)由凹面向凸面轉(zhuǎn)變的瞬間，包括時間、速度和長度。第二次壓平時間是指角膜由初始狀態(tài)至第二次壓平經(jīng)過的時間。第二次壓平速度（Velocity in）是指第二次壓平時，角膜頂點反彈的速度，方向為負值。第二次壓平長度是指第二次壓平時，角膜前表面壓平部分的長度。

眼軸長度、角膜曲率：對角膜生物力學(xué)參數(shù)有無影響？

湯欣教授介紹，我院的第一項研究是應(yīng)用可視化角膜生物力學(xué)分析儀，Corvis ST測量不同眼軸長度和角膜曲率的老年人角膜生物力學(xué)參數(shù)，分析探究其生物力學(xué)特性。研究收集擬接受白內(nèi)障手術(shù)術(shù)前人群，共220人（426只眼睛），平均年齡為69.97±5.81歲（60-80歲）。依據(jù)不同性別分組，眼軸長度（AL）在22～24mm，角膜k值在42～44D之間：男性44眼，女性49眼，依據(jù)不同眼軸長、不同角膜曲率分組，觀察不同眼軸長組間的生物力學(xué)是否有變化，同時進行正常眼軸長的不同角膜曲率組建的生物力學(xué)對比分析。結(jié)果顯示，不同性別的組間角膜生物力學(xué)沒有明顯改變。

我們對不同角膜軸長進行分組（角膜k值42～44D）：第一組為22～24mm，平均數(shù)22.92，標準差0.53，共53例；第二組為24～26mm，平均數(shù)24.64，標準差0.52，共54例；第三組>26mm，平均數(shù)28.64，標準差1.76，共54例。同時在不同角膜曲率分組中發(fā)現(xiàn)，角膜曲率越大，角膜越陡峭，需要更大的力量來壓平。角膜達第一次壓平時，在同一氣壓脈沖的作用下，第一壓平長度越小。第二壓平狀態(tài)中，此過程的作用力主要包括角膜黏彈性、眼內(nèi)壓和逐漸減小消失的氣流。角膜曲率越大，可能會導(dǎo)致角膜本身的黏彈性降低，角膜在返回原始狀態(tài)時所受的回彈力相對小，導(dǎo)致第二壓平長度越小。

不同眼軸長的組間分析結(jié)果顯示，隨著眼軸的變長，角膜變陡峭，角膜曲率增大，角膜本身的黏彈性降低，角膜在返回原始狀態(tài)時所受的回彈力相對小，導(dǎo)致第二壓平長度越小。眼軸長度增加到一定長度時，眼球整體擴張而角膜厚度也會隨之變薄。角膜的厚度增加角膜的硬度，相應(yīng)的具有抗變形和快速修復(fù)的功能。眼軸越長，角膜厚度明顯變薄，導(dǎo)致角膜在氣壓脈沖的作用下發(fā)生形變過程中角膜抗壓強度小，相應(yīng)的最大壓陷幅度變大。用生物力學(xué)測量的眼壓，是修正了角膜厚度和硬度的因素得到的，因此更為準確。隨著眼軸長度的增加，眼內(nèi)壓有逐漸增高的趨勢，且眼軸長度大于26mm，眼壓增高的幅度最大，與本研究中眼壓隨眼軸長度的變化趨勢一致。眼內(nèi)外受壓后的變化速度與角膜的黏彈性有關(guān)；眼軸長的角膜厚度薄，抗壓能力也就變?nèi)?，在同一壓強的條件下，抵抗力弱的角膜達第一壓平狀態(tài)所用的時間也就越長。

高度近視的白內(nèi)障患者手術(shù)切口要精細

第二項研究是應(yīng)用Corvis ST測量儀觀察白內(nèi)障超聲乳化術(shù)后軸性高度近視患者角膜生物力學(xué)變化。Valbon等研究發(fā)現(xiàn)超聲乳化術(shù)（PHACO）會引起角膜厚度增加及角膜生物力學(xué)性質(zhì)減弱，從而導(dǎo)致角膜生物力學(xué)特性發(fā)生改變。隨眼軸的過度增長及高度近視的發(fā)展，角膜的微觀結(jié)構(gòu)會隨其發(fā)生變化，引起角膜損害，從而導(dǎo)致角膜生物力學(xué)特性發(fā)生改變。

軸性高度近視角膜和正常人角膜在進行Phaco手術(shù)前后，角膜生物力學(xué)參數(shù)的變化是否一致？我們設(shè)置了實驗組與對照組兩組。年齡54.85±4.78 vs.56.41±5.29，性別（男/女）18/16 vs.15/19，眼軸29.04±1.72mm vs.23.04±0.37mm，角膜曲率45.34±1.31 vs.44.48±1.42。晶狀體核硬度Ⅱ級核16例，Ⅲ級核18例，Ⅱ級核15例，Ⅲ級核19例。研究結(jié)果顯示，術(shù)后1周變化值與眼軸長度有正相關(guān)關(guān)系。

隨著眼軸變長而眼球擴張胡使角膜變薄。角膜的生物力學(xué)特性大部分由基質(zhì)層體現(xiàn)，組成基質(zhì)層的膠原纖維的結(jié)構(gòu)及成分決定了角膜的彈性性能，超聲乳化術(shù)（PHACO）術(shù)后基質(zhì)層角膜細胞密度明顯增加。術(shù)后1周角膜不同程度的水腫及角膜基質(zhì)層細胞的增加，使角膜抗壓強度增強，在同一氣壓脈沖的作用下使最大壓陷深度減小，由于角膜厚度增加，最大壓陷深度減小從而導(dǎo)致峰距增大。正常眼軸組術(shù)后中央角膜厚度呈先增厚后逐漸恢復(fù)，主要是由于術(shù)后暫時性、可逆性的角膜水腫引起，角膜生物力學(xué)的相關(guān)參數(shù)也隨角膜水腫的消退而恢復(fù)到術(shù)前水平。隨著高度近視眼軸長度的增加，后部鞏膜出現(xiàn)葡萄腫而變薄，通過力的傳導(dǎo)作用，對角膜產(chǎn)生向周圍的牽拉作用，使角膜的基質(zhì)層發(fā)生細微的生物學(xué)變化，角膜的生物力學(xué)也會隨之發(fā)生一定的改變。長眼軸組生物力學(xué)參數(shù)在術(shù)后一周的變化量要比正常組大，且長眼軸組術(shù)后1月與術(shù)前相比變化量要比正常眼軸大，且結(jié)合手術(shù)各個時間點的變化趨勢圖可以看出，長眼軸組術(shù)后角膜生物力學(xué)更易發(fā)生變化且恢復(fù)速度較正常組慢。

在相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)高度近視組術(shù)后1周中央角膜厚度的變化量、矯正眼壓的變化量、最大形變幅度的變化量與眼軸存在正相關(guān)性，而正常人組與眼軸均無相關(guān)性，從另一方面證明了角膜生物力學(xué)及眼壓會受到眼軸的影響。本研究的結(jié)果提示我們，對于高度近視的白內(nèi)障患者，在進行手術(shù)中，手術(shù)切口的設(shè)計和制作要更加精細，隧道的長度應(yīng)適當(dāng)延長，盡力避免外切口邊緣的豁口。此外，由于手術(shù)后恢復(fù)的時間延長，手術(shù)后驗光配鏡的時間應(yīng)適當(dāng)延長。

飛秒激光與超聲乳化術(shù)，術(shù)后角膜生物力學(xué)有何變化？

第三項研究是應(yīng)用Corvis ST測量儀，比較飛秒激光輔助的白內(nèi)障手術(shù)與超聲乳化手術(shù)術(shù)后角膜生物力學(xué)變化。飛秒激光技術(shù)在臨床上應(yīng)用越來越多，但在白內(nèi)障手術(shù)的輔助作用也存在爭議，目前比較認可的是飛秒激光撕囊更精確。對手術(shù)技術(shù)好的眼科醫(yī)師而言，飛秒激光的性價比有限，但在精準方面有一定的優(yōu)勢。飛秒激光對每個患者角膜切口的結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)一致性，撕囊口更居中，直徑大小完全一致，更加精準。對于普通硬度的白內(nèi)障晶狀體核，飛秒激光術(shù)后預(yù)后好，但對于更硬的晶狀體核，飛秒激光術(shù)后角膜水腫的情況反而會加重。白內(nèi)障晶狀體核硬度越大，需要采用的超聲能量越大、時間越長，對角膜組織內(nèi)皮細胞的影響越大，角膜水腫越明顯。這也提示我們，要根據(jù)實際情況進行先進設(shè)備的臨床應(yīng)用。發(fā)達國家的白內(nèi)障患者應(yīng)用飛秒激光效果很好，因為晶體核硬度普遍不高，碎核容易；我國白內(nèi)障患者晶狀體核往往硬度很大，飛秒激光碎核的效果就不太理想。

傳統(tǒng)超聲乳化白內(nèi)障手術(shù)的對象和方法是，應(yīng)用前房穿刺刀在11點方向作一透明角膜緣隧道切口，大小約3.0mm，輔助切口位于角膜緣2點方位。飛秒激光白內(nèi)障手術(shù)應(yīng)用LenSx飛秒激光系統(tǒng)進行環(huán)形截囊、晶狀體核裂解、透明角膜隧道切口的制作，在11點方向做角膜緣隧道切口，參數(shù)大小均設(shè)為3.0mm，輔助切口均位于透明角膜緣2點方位。

超聲乳化術(shù)（PHACO）組術(shù)后1周第一次壓平長度變大，第二次壓平長度變小，術(shù)后1個月恢復(fù)至術(shù)前水平。飛秒激光超聲乳化手術(shù)（FLACS）組第一次壓平長度、第二次壓平長度術(shù)后1周、術(shù)后1個月較術(shù)前無明顯變化。術(shù)后1周PHACO組第一次壓平長度比FLACS組大、第二次壓平長度比FLACS組小，兩組術(shù)后1個月均恢復(fù)至術(shù)前水平，無統(tǒng)計學(xué)差異。

PHACO組術(shù)后一周峰距、最大形變幅度變大，術(shù)后1個月恢復(fù)至術(shù)前水平。FLACS組峰距、最大形變幅度術(shù)后一周、術(shù)后1個月較術(shù)前無明顯變化。術(shù)后1周PHACO組峰距、最大形變幅度距比FLACS組大，兩組術(shù)后1個月均恢復(fù)至術(shù)前水平，無統(tǒng)計學(xué)差異。

PHACO組術(shù)后1周的角膜生物力學(xué)還是有一定的變化。手術(shù)切口的構(gòu)型不確定，第一次壓平長度變大、第二次壓平長度變小、峰距變大、最大形變幅度變大，但到術(shù)后1個月，隨著術(shù)后傷口的愈合，角膜生物力學(xué)參數(shù)就恢復(fù)到術(shù)前水平。超聲能量使用過大，導(dǎo)致角膜水腫，術(shù)后1周角膜中央厚度（CCT）變厚，眼內(nèi)壓（IOP）升高。術(shù)后1個月，隨著術(shù)后傷口的愈合，角膜生物力學(xué)參數(shù)恢復(fù)到術(shù)前水平。

角膜是一種非常復(fù)雜的各向異性（anisotropic）組織。中央角膜的強度取決于層間蛋白多糖結(jié)合，角膜基質(zhì)板層間的黏合力和膠原纖維交聯(lián)作用在前部及周邊的角膜基質(zhì)層分布較大，可以向下方板層傳遞向心的作用力，從而提高角膜的抗張力與韌性。角膜生物力學(xué)描述角膜組織對施加到它們的力的反應(yīng)，包括外部施加的力和角膜固有性質(zhì)之間的相互作用。

角膜的基質(zhì)層約占角膜總厚度的90%，包含了約200～250個膠原纖維板層，相鄰的纖維板層之間有相互交聯(lián)的膠原纖維束，為角膜板層間剪切阻力，以及板層間張力負荷的傳遞，提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。而且前部的角膜基質(zhì)板層排列比后部更加致密，具有更多的傾斜分支和交聯(lián)。因此前部的角膜基質(zhì)層較后部基質(zhì)層承擔(dān)著更大的生物力學(xué)作用。此外，周邊部角膜的基質(zhì)也比中央?yún)^(qū)具有更強的延展性，即更強的的韌性與張力。

湯欣教授介紹，最近我們還在開展階梯狀隧道切口（微切口）和普通切口的臨床分析研究。初步發(fā)現(xiàn)1.8mm的微切口組和2.8mm的普通切口組兩組間無明顯差異。提示我們，在手術(shù)中一味追求微切口，以至于對不同硬度的晶狀體核都采用微切口是不可取的。用微小的切口去處理更硬的晶狀體核，使用的超聲能量會越大，時間會越長，因此在臨床中應(yīng)根據(jù)具體情況應(yīng)用不同的切口方法。比如，對于Ⅴ級（極硬核），傳統(tǒng)的小切口白內(nèi)障囊外摘除術(shù)（ECCE）能給予非常好的處理，術(shù)后第一天角膜非常透亮，而用超聲乳化或飛秒激光可能角膜水腫嚴重。在手術(shù)切口制作方面的臨床研究結(jié)果顯示，階梯狀隧道切口好于單面隧道切口，隧道切口不能過短，切口兩側(cè)不能有豁口，隧道上層不能過薄，外切口位置不要位于角鞏膜處，避免球結(jié)膜水腫，影響手術(shù)操作。

他最后強調(diào)，隨著醫(yī)療檢查診斷技術(shù)的發(fā)展，眼生物力學(xué)性能的重要性被逐漸認識，角膜生物力學(xué)性能測量，在角膜疾病診斷、角膜屈光手術(shù)效果預(yù)測及眼內(nèi)壓測量等方面都具有非常重要的意義，需要引起臨床研究者更多的關(guān)注。

院長小傳

湯欣，天津市眼科醫(yī)院院長兼天津市眼科研究所所長，享受國務(wù)院特殊津貼專家。天津醫(yī)科大學(xué)、南開大學(xué)博士生導(dǎo)師。從事眼科白內(nèi)障、青光眼及視光學(xué)的應(yīng)用與臨床研究。 中華醫(yī)學(xué)會專家會員、中華醫(yī)學(xué)會眼科學(xué)分會委員兼副秘書長、中國醫(yī)師協(xié)會眼科醫(yī)師分會常委兼會長助理、中華醫(yī)學(xué)會眼科學(xué)分會白內(nèi)障學(xué)組副組長、全國防盲技術(shù)指導(dǎo)組副組長。中國殘疾人聯(lián)合會理事、美國東南大學(xué)眼視光學(xué)院客座教授，香港理工大學(xué)客座教授，《中華眼科雜志》副主編。 先后榮獲亞太地區(qū)“防盲杰出貢獻獎”以及“認證教育家”獎、天津市勞動模范、天津市五一勞動獎?wù)?、中華醫(yī)學(xué)會“人文醫(yī)學(xué)榮譽獎”等榮譽。