国际眼科时讯

对话专家丨机械力刺激对角膜细胞的作用研究

2021-07-07 17:18:00
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编者按：角膜具有复杂的生物力学特性，这一特点已成为角膜研究领域的热点和难点。近年来天津市眼科医院、天津市眼科研究所王雁教授坚持角膜生物力学的研究，先后开展了拉伸试验、膨胀试验、有限元模型等一系列研究以了解角膜的生物力学特性，比较不同手术对角膜生物力学改变的影响，探究力学对一些疾病发生发展的影响。《国际眼科时讯》特别采访了王雁教授，就其团队在角膜生物力学特性的改变引起个体的生理、病理变化，复杂因素影响以及机械力刺激对角膜细胞的作用等方面的研究进行了介绍。

机械力刺激影响角膜细胞的机制

角膜不仅具有自身独特的力学特性，还受到外界各种机械力的作用。有研究显示机械刺激会影响细胞行为及信号传导。王雁教授在研究角膜生物力学方面的基础上，进一步探究了机械力刺激如何对角膜细胞产生影响。

随着在力学方面研究的逐步深入，通过近年对角膜组织的持续关注，尤其从宏观力学到微观力学的角度出发，发现机械力刺激作用后，角膜各层细胞的形态，增殖、凋亡相关等细胞行为会发生变化。与此同时，该变化因力的不同类型、刺激强度和频率而存在差异。以压力性机械刺激为例，较小的压力性刺激对角膜成纤维细胞的形态影响并不大，细胞突起甚至可轻微延长以增强其承担应力的能力；但持续施加较大强度的压力性刺激后，则会造成角膜成纤维细胞形态明显改变，胞质突起变短变粗，胞核增大。除此之外，较大的压力性刺激将使多种细胞代谢活动受到影响，从而抑制角膜成纤维细胞增殖、促进细胞凋亡、改变细胞中细胞外基质降解相关和角膜结构性蛋白，影响角膜细胞活动和结构重塑，最终造成一系列组织病理学的变化。

持续机械力刺激对圆锥角膜的影响

临床中受机械力刺激影响的眼病中，比较具有代表性的是扩张性角膜疾病，如圆锥角膜和周边角膜变性。在中国，圆锥角膜较为常见。圆锥角膜早期表现为轻度散光或散光加剧，随后视力逐渐下降；而严重的圆锥角膜会致盲，故圆锥角膜也属于致盲性眼病之一。目前圆锥角膜病因并不明确，既有遗传因素影响，也受环境因素影响。

一个持续的机械力刺激会造成角膜的一系列反应，导致其发生病理性改变，角膜持续性变薄，随后降解形成圆锥角膜。如人们常做的动作——揉眼。揉眼是眼睛不适时人体的自然反应，但揉眼次数过多或用力过大，则可能造成角膜甚至眼睛结构的变化。一般情况下，一次揉眼不会引起大的问题，重力的一次揉眼最多造成角膜表面细胞受损；但如果长期频繁揉眼，持续施加的外力会损伤角膜上皮细胞并影响其余各层角膜细胞行为，导致一些酶和结构蛋白改变，刺激角膜整体形成一系列激烈反应：如造成组织和细胞一系列受损，引起细胞凋亡，抑制细胞增殖，最终降解部分角膜结构。这些可能与圆锥角膜的发生发展密切相关。

角膜生物力学与视觉质量的关联

生物力学对疾病发生发展的影响是多方面的，之前研究大多关注其对组织结构、病理生理方面的影响。最近王雁教授团队发现生物力学对视觉质量也有影响。例如屈光手术的最终目的是提高视觉质量，但仍有极个别患者会出现术后的视力回退或产生一定量的高阶像差。该团队与哈佛大学学者共同研究表明，当角膜组织结构较软时，术后角膜部分形态改变可能较大，稳定性和可预测性相对较差，从而较大地影响该类患者的视觉质量。同时，将角膜生物力学相关参数融入屈光手术的设计中可提高手术的可预测性，提高患者满意度。整体而言，视觉质量跟生物力学有密切相关的内在关系。

影响屈光手术精确性的相关因素

屈光手术目前发展迅速，应用大量的新方法、新技术、新理论，向多元化、精细化、智能化方发展。王雁教授团队更关注屈光手术的核心——安全性，在此基础上追求手术的精准性，提倡精准医学。王雁教授重点阐述了影响屈光手术精准性的三方面因素。

首先是光学因素。视觉也是一种科学，其核心是光学，运作原理同照相机一样，所以王雁教授团队一直致力于从视觉科学深层次方面，探索研究光学是如何影响视觉矫正效果。

其次是力学影响。因为人体是一个生物组织，受多方面力学的影响，包括外在和内在的力、组织结构之间相互的力等，其位移、变化对代谢的影响都是大家比较关注的方面。

第三是人工智能。人工智能已经涉及到各个领域、各个方面。对于视觉矫正的发展，人工智能必然有助于提升视觉矫正的精准性。在这方面王雁教授团队进行了许多人工智能辅助下的治疗和诊断模型的研究，并开始逐渐深入到临床阶段。这对于对提升屈光手术的整体视觉质量和手术安全性是非常有益处的。