Podłoże teoretyczne

Refrakcja obwodowa i refraktogeneza.

W licznych badaniach, różnych autorów zauważono, że wskaźniki refrakcji obwodowej zaczynające się od 10-15º od dołka wykazują regularne wielokierunkowe różnice w stosunku do refrakcji centralnej w różnych typach ametropii, a także w porównaniu z emmetropią.

Tak więc w przypadku krótkowzroczności na peryferiach występuje znaczna względna dalekowzroczność, a przy nadwzroczności na obrzeżach zauważalna jest względna krótkowzroczność w porównaniu z centralnym załamaniem (Rys. 1).

Rys. 1

Z kolei w emmetropii różnice między refrakcją centralną i obwodową są nieistotne.

Zainteresowanie badaniem wpływu stanu obwodowej refrakcji oka na refraktogenezę znacznie wzrosło dzięki wynikom uzyskanym przez Hugerheide i wsp. W 1971 roku w badaniu refrakcji obwodowej u kadetów szkoły lotniczej z późniejszym monitorowaniem ich refrakcji centralnej. W pracy ujawniono, że piloci mają względnie emmentropię, a nadwzroczny brzeg oka zwiększa ryzyko krótkowzroczności (Hoogerheide, J. i in., 1971). Tak więc, zgodnie z wynikami badania, wykazano, że u 77% obserwowanych emmetropów z początkową względną nadwzrocznością obwodową z upływem czasu rozwinęła się krótkowzroczność, w przeciwieństwie do grupy emmetropów bez względnej nadwzroczności na obwodzie, gdzie tylko 6% uległo krótkowzroczności w tym samym okresie obserwacji (Rys. 2).

Rys. 2

Następnie przeprowadzono liczne badania na ryjówkach (Sherman i in., 1977), marmozetach (Troilo i Judge, 1993), kurczakach (Wallman i in., 1978), małpach rezusach (Wiesel i Raviola, 1977), myszy (Schaeffel i wsp. 2004) i inne zwierzęta wyraźnie wykazali, że tworzenie się obwodowego rozogniskowania siatkówki wpływa na refraktogenezę oka. Tak więc w jednym z badań przeprowadzonych na małpach powstały hiperopijne rozogniskowanie na obwodzie siatkówki w jednej z połówek oka spowodowało wzrost tej połowy oka (Smith EL, III i in., 2009) (Rys. 3).

Rys. 3

Kontrola refrakcji i rezonans magnetyczny przeprowadzone w ciągu kilku miesięcy eksperymentu wykazały, że nie tylko rozmiar połowy oka zmienia się wraz ze wzrostem refrakcji i zwiększeniem objętości tylnej komory oka, ale także obserwuje się krótkowzroczność refrakcji centralnej.

Badania przeprowadzone w doświadczeniach modelowych na zwierzętach potwierdziły dominującą rolę obwodu siatkówki w procesie refraktogenezy. Na przykład w jednym badaniu młode małpy nosiły dyfuzory 4 i 8 mm przez 150 dni, pozbawiając obwód siatkówki jednolitego widzenia od 16 stopni w stosunku do dołka (Smith, Ki, Ramamirtham, Qiao-Grider i Hung, 2005) (Rys. 4).

Rys. 4

W trakcie obserwacji małp wykonano refraktometrię i badanie ultrasonograficzne, na podstawie których we wszystkich przypadkach uwidoczniono stopniowy rozwój krótkowzroczności osiowej. Po zakończeniu noszenia dyfuzorów u wszystkich małp wykonano fotoablację dołka w jednym oku. Kontynuacja przez 4-5 miesięcy wykazała zmianę odwrotnej refrakcji z przywróceniem emmetropii w każdym oku, w tym w oczach z fotoablacją dołka. Wyniki innego badania tych samych autorów wykazały, że noszenie soczewek ujemnych przez małe małpy po fotoablacji dołka prowadzi również do rozwoju krótkowzroczności (Smith i in., 2007, 2011). (Rys. 5).

Rys. 5

Wyniki tych badań, zgodnie z wnioskami autorów, sugerują, że proces emmetropizacji jest sterowany przede wszystkim stanem sygnału wzrokowego z obrzeża siatkówki, a sygnały z centralnej części siatkówki nie wpływają istotnie na mechanizmy zmian kształtu oka, jakie powstają w trakcie rozwoju krótkowzroczności osiowej.

W trakcie badania roli obrzeża siatkówki w powstawaniu osiowego załamania oka uzyskano dane, które pozwalają wykluczyć wpływ centralnych części analizatora wzrokowego poprzez sprzężenie zwrotne na refraktogenezę. Tak więc w modelowym eksperymencie z przecięciem nerwu wzrokowego kurcząt w okresie noworodkowym na tle noszenia okludera na jednym oku, ograniczającego dopływ sygnału świetlnego do połowy siatkówki, uwidoczniono to refraktometrycznie krótkowzroczność sektorowa, której towarzyszy wzrost komory ciała szklistego po stronie wpływu okluzji (Troilo D. et al., 1987). Stwierdzono również zmianę refrakcji osiowej u kurcząt noszących soczewki minusowe po jednoczesnym operacyjnym zaburzeniu przewodzenia wzdłuż nerwu wzrokowego i rzęskowego, gdzie refraktometria i USG wykazały ścieńczenie soczewki, zmniejszenie głębokości komory ciała szklistego, pogrubienie naczynia krwionośnego i powstanie nadwzroczności (Wildsoet, 2003) (Rys. 6).

Rys. 6

Autorzy uważają, że procesy refraktogenezy są regulowane na poziomie obwodów siatkówki i nie są kontrolowane przez centralne części analizatora wzrokowego. Istotnym wydarzeniem w badaniach stanu refrakcji obwodowej i jej roli w refraktogenezie była praca analityczna amerykańskiego naukowca Josha Wallmana. Podsumowując wyniki własnych badań i zgromadzone długoterminowe dane uzyskane przez innych autorów w modelowych doświadczeniach na zwierzętach i W badaniach klinicznych na ludziach Wallman sformułował hipotezę o homeostatycznych mechanizmach kontrolowania wzrostu oka, gdzie główną rolę odgrywa stan obwodowego załamania oka. Autor hipotezy świadczy, że powstanie krótkowzrocznego lub nadwzrocznego rozogniskowania na obrzeżach siatkówki powoduje wielokierunkową kaskadę procesów biochemicznych w siatkówce, oku naczyniowym i twardówce, co stwarza przesłanki do powstania różnych typów refrakcji. (Wallman J., Winawer J., 2004). Hipoteza przedstawia dowody na to, że potencjał czynnościowy jest generowany przez komórki amakrynowe (AC) siatkówki, które wykazują różną reaktywność na krótkowzroczność i nadwzroczność rozogniskowania. (Rys. 7).

Rys. 7

AK bezpośrednio i pośrednio wpływa na równowagę neuroprzekaźników i neuroprzekaźników (GABA, glukagon, podtlenek azotu, neuropeptyd VIP, kwas retinowy itp.) W siatkówce, co z kolei wpływa na procesy metaboliczne w naczyniówce i twardówce, a tym samym wpływają na wzrost oka

Dziś wiadomo, że AK kontrolują szereg najważniejszych procesów biochemicznych i czynnościowych w siatkówce, np. AK różnego typu obsługują wszystkie procesy neuroprzekaźnikowe w wewnętrznej warstwie siateczkowatej (Maksimova E.M., 1990) za pośrednictwem hamującego mediatora chololitnergicznych AA, kwasu gamma-aminomasłowego. (GABA) zapewnia sprzężenie zwrotne z komórek poziomych do fotoreceptorów, dzięki czemu organizowane jest przeciwległe centrum obrzeża pól receptywnych komórek dwubiegunowych i częściowo zwojowych (Byzov A.L. 1987). Uważa się, że AK poprzez GABA tworzą równowagę między centralną i obwodową częścią siatkówki. AK odgrywają wiodącą rolę w procesach czynnościowych siatkówki, odpowiadając za rozbieżność i zbieżność sygnałów z pręcików i bipolarnych pręcików, tym samym utrzymując ich połączenie z komórkami zwojowymi (Kolb N., 1979, Famiglietti EV, 1974), zapewniając połączenie ścieżek pręcików ścieżkami stożkowymi, Podczas gdy sygnały pręcików mogą wykorzystywać szlaki komórek bipolarnych czopków do komórek zwojowych (Strettoi E. at. Tl. 1992), AK może również wpływać na odpowiedź typu on-off komórek dwubiegunowych stożka (Kolb N., 1993).

Zatem wielokierunkowa reakcja AA na krótkowzroczność i nadwzroczność rozogniskowania, przejawiająca się różną reaktywnością neuroprzekaźników i funkcjonalnym nastrojem siatkówki, z przytłaczającą reprezentacją komórek amakrynowych na obwodzie siatkówki, może wskazywać na kluczową rolę obwodowego rozogniskowania w procesach homeostazy i refraktogenezy.

Badania kliniczne przeprowadzone w różnych grupach wiekowych, wielu autorów potwierdziło fakt, że względna nadwzroczność obwodowa jest stałym czynnikiem ryzyka rozwoju krótkowzroczności (D.Mutti i in., 2000, Stone RA, Flitcroft DI, 2004, Atchison DA , Jones CE, Schmid KL, i in., 2004, Kee CS, i in., 2005, Smith EL, III, Ramamirtham R, Qiao-Grider Y, et al., 2007). Tak więc w jednym z badań refrakcji obwodowej przeprowadzonych w dużym grupa dzieci wraz z ich późniejszą długoterminową obserwacją ujawniła, że na 2-4 lata przed pojawieniem się centralnej krótkowzroczności i jej objawami klinicznymi, dzieci mają zauważalną względną nadwzroczność obwodową (D. Mutti i wsp., 2000). Na podstawie uzyskanych danych autor proponuje utworzenie wiarygodnych grup ryzyka krótkowzroczności na przedklinicznym poziomie przejawów błędów refrakcji w celu terminowego podjęcia środków zapobiegawczych.

Badanie cech kształtu oka na podstawie danych z refraktometrii obwodowej w krótkowzroczności i emmetropii pozwoliło zidentyfikować regularne różnice. Tak więc wyniki badania refrakcji obwodowej w grupie krótkowzrocznych i emmetropów pod kątem 10, 20 i 30 stopni od dołka w południkach pionowych, poziomych i skośnych wykazały, że oko krótkowzroczne ma kształt elipsoidy, w przeciwieństwie do oczu z emmetropią, które mają bardziej kulisty kształt (Ehsaei A, Mallen EA, Chisholm CM, Pacey IE., 2011). Z kolei badanie stanu refrakcji obwodowej w różnych meridianach z krótkowzrocznością ujawniło bardziej istotne zmiany w refrakcji obwodowej w poziomie niż w pionie (Seidemann A, Schaeffel F, et al 2002). W większości przypadków krótkowzroczności i emmetropów, załamanie peryferyjne w południku pionowym jest stosunkowo krótkowzroczne (Donald O. Mutti., I in. 2011). Względnie krótkowzroczne przesunięcie refrakcji obwodowej w emmetropii i względne przesunięcie refrakcji w kierunku nadwzroczności w krótkowzroczności jest charakterystyczne tylko dla południka poziomego i nie występuje w pionie (Atchison, DA, Pritchard, N. i Schmid, KL., 2006). Zdaniem autorów uzyskane wyniki wskazują na wielokierunkową siłę załamania obwodowego w południkach poziomych i pionowych z krótkowzrocznością, co koreluje z danymi dotyczącymi kształtu oka i wskazuje na większe rozciągnięcie oka krótkowzrocznego wzdłuż osi, mniej w pionie, a najmniej w poziomie. Potwierdzają to obliczenia matematyczne wykonane na danych poprzecznych obrazów osiowych i strzałkowych uzyskanych za pomocą rezonansu magnetycznego w krótkowzroczności i emmetropach, które wykazały różnice w elipsoidalnym kształcie oczu (Atchison DA, Pritchard N, Schmid KL, et al.2005). Zatem kształty spłaszczonych elipsoid strome do równika, gdzie wymiary osiowe są mniejsze niż pionowe i poziome,charakterystyczne dla większości oczu emmetropicznych. Elipsoida krótkowzroczna ma większy wymiar osiowy niż wymiar pionowy, który z kolei jest większy niż wymiar poziomy z przybliżonym stosunkiem 3:02:01. Zatem kształt elipsoidy z krótkowzrocznością jest bardziej płaski w kierunku równika i mniej spłaszczony. Odkrycie to, jak twierdzi autorka, może mieć związek z teorią udziału siatkówki obwodowej w rozwoju krótkowzroczności.

Badania stanu refrakcji obwodowej wzdłuż jednego południka pozwoliły na ujawnienie asymetrii wskaźników w części nosowej i skroniowej oka w przypadku krótkowzroczności. W związku z tym badanie stanu refrakcji obwodowej u marmozet (gatunek małpy szerokonosej) krótkowzrocznych wykazało, że załamanie od strony nosa jest stosunkowo bardziej hiperoptyczne niż od strony skroniowej (Kristen Totonelly, 2010), co według wskazań USG i MRI koreluje z głębokością komory ciała szklistego. Również przez autora zauważono, że stopień względnej nadwzroczności na obwodzie nosa jest odwrotnie proporcjonalny do stopnia krótkowzroczności (p. <0,01). W innym badaniu (Ehsaei A, Mallen EA, Chisholm CM, Pacey IE., 2011), gdzie wzdłuż wszystkich mierzonych południków, w oczach krótkowzrocznych, względna nadwzroczność ujawniła się na peryferiach, z jej najmniejszą manifestacją w górnej części skroniowej siatkówki, chociaż emmetropicznej oko wykazywało względnie stałe załamanie na obwodzie we wszystkich meridianach, co zdaniem autora potwierdza obecność sferycznej siatkówki w emmetropach.

Badając stan refrakcji obwodowej w procesie akomodacji podczas pracy w pobliżu krótkowzroczności i emmetropów, ujawniono tendencję do wzrostu względnej nadwzroczności obwodowej w najmniej krótkowzrocznych meridianach w obu grupach, ale w najbardziej krótkowzrocznym południku odnotowano dalsze przesunięcie krótkowzroczności na peryferiach (Richard Calver i in., 2007) ... Autor zauważa również, że chociaż jest to prawdą dla obu grup, efekty te są bardziej asymetryczne w przypadku emmetropii. Jeśli chodzi o sam meridian krótkowzroczny, grupa emmetropiczna wykazała silne przesunięcie krótkowzroczności w siatkówce skroniowej, podczas gdy krótkowzroczność wykazała większe przesunięcie nadwzroczności o 30 ° w siatkówce skroniowej niż w siatkówce nosa. W innym badaniu z udziałem osób krótkowzrocznych odnotowano bardziej względnie krótkowzroczną refrakcję obwodową w okolicy nosa w porównaniu z refrakcją czasową podczas patrzenia na odległe obiekty, ale asymetria ta zmniejszyła się w miarę zbliżania się do obiektu (Arthur Ho, Frederik Zimmermannc, 2009). Pewne różnice w zmianie stanu refrakcji obwodowej podczas akomodacji u osób z krótkowzrocznością mogą wiązać się z różnym stopniem nierównomierności opóźnienia akomodacji wykrywanego w krótkowzroczności przy zbliżaniu się bodźca, w przeciwieństwie do emmetropii (Lundström L. i in., 2009). Badania obwodowego załamania oczu u małp z asymetrią nosowo-skroniową wykazały wzrost głębokości tylnej komory po noszeniu ujemnej soczewki kontaktowej w porównaniu z soczewką dodatnią, w oczach ze stosunkowo bardziej nadwzrocznością siatkówka skroniowa (Alexandra Benavente-Perez, Ann Nour, David Troilo, 2012). Autorzy doszli do wniosku, że występowanie względnego nadwzrocznego rozogniskowania w skroniowej połowie siatkówki sprawia, że oko jest bardziej podatne na zwiększony wzrost osiowy i rozwój krótkowzroczności. Można zatem przypuszczać, że bardziej względnie krótkowzroczny obwód po stronie nosa w porównaniu z brzeżkiem skroniowym jest najbardziej charakterystycznym stanem refrakcji obwodowej z postępującą krótkowzrocznością.

W ostatnim czasie zgromadziła się duża ilość materiału klinicznego, wykazującego wpływ stanu refrakcji obwodowej na kształtowanie się kształtu oka w procesie refraktogenezy. W ten sposób kształt oka staje się mniej spłaszczony wraz ze wzrostem obwodowego rozogniskowania nadwzrocznego do pewnego punktu, gdy niewielka ilość centralnego rozogniskowania i wysoka czułość centrum są równie skuteczne w stymulowaniu wzrostu oka, jak również większa ilość obwodowego rozogniskowania i niska czułość peryferii, tj. Ekspansja sferyczna może występują, gdy sygnały centralne i obwodowe są równie skuteczne (Donald O. Mutti, et al. 2007). Badania przeprowadzone z wykorzystaniem fotorefraktora, urządzenia wykorzystującego możliwości czujnika Hartmanna-Shacka, pozwalającego na refrakcję skaningową w różnych meridianach, wykazały, że w większości przypadków krótkowzroczności następuje liniowy wzrost nadwzroczności południka poziomego po ± 20 ° na peryferiach (Tabernero, Juan, Ohlendorf, Arne, et al., 2011) Te wyniki, zdaniem autora, mogą pomóc zoptymalizować lub dostroić przyszłe projekty soczewek, aby spowolnić postęp krótkowzroczności.

Kompleksowe badania stanu obwodowej refrakcji w przypadku wady refrakcji i jej wpływu na procesy homeostatyczne oka pozwoliły na ujawnienie korelacji między stanem obwodowego rozogniskowania a stanem czynnościowym obwodów siatkówki. Tak więc, przeprowadzając badania psychofizyczne, stwierdzono, że osoba z korekcją refrakcji obwodowej podczas perymetrii wykazała wzrost wskaźnika odpowiedzi (Wang YZ, Thibos LN, et al., 1996). Z kolei zauważono, że (Jörgen Gustafsson 2001), że próg wrażliwości na kontrast na obrzeżach zależy od stosunkowo niewielkiej ilości rozogniskowania (Lundström L, Gustafsson J, Svensson I, Unsbo P., 2005).

Do tej pory zgromadzono wiele danych z badań przeprowadzonych w modelowych eksperymentach na zwierzętach, które przekonująco wykazały, że rozogniskowanie obwodowe wpływa na rozwój refrakcji zarówno obwodowej, jak i centralnej. Dowody na wpływ stanu refrakcji obwodowej na refraktogenezę uzasadniają celowość opracowania urządzeń i metod zdolnych do zmiany charakteru rozogniskowania obwodowego. Tak więc, według najbardziej autorytatywnych fizjologów i klinicystów, którzy badają ten problem, rozwój konstrukcji soczewek okularowych, korygowanie błędów refrakcji obwodowej jest trendem stabilnym (D. Mutti i in., 2000, Smith EL, III, i in., 2005., Brien Holden, 2009, Atchison DA., 2011). Hamujący wpływ na osiowy wzrost oka, ujawniony przez zastosowanie soczewki dwustrefowej z różnym załamaniem w środku i na obwodzie, otwiera możliwość, że odpowiednio zaprojektowana soczewka koncentryczna może kontrolować progresję krótkowzroczności u ludzi (Yue Liu, Christine Wildsoet., 2011).

Dostępne podstawy teoretyczne, wykazujące wpływ stanu refrakcji obwodowej na refraktogenezę, stworzyły warunki do praktycznego modelowania soczewek okularowych, które korygują załamanie obwodowe i centralne oka. Tak więc w ostatnich latach w wielu laboratoriach prowadzono prace nad opracowaniem prototypów soczewek okularowych, które mogą wpływać na załamanie peryferyjne (Smith G., Atchison D.A., et al., 2002, Linda Lundström, Alejandro Mira-Agudelo, Pablo Artal 2009). Autorzy konkludują, że obecnie istnieją wszystkie teoretyczne i techniczne możliwości rozwoju i tworzenia soczewki okularowe korygujące obwodowe wady refrakcji. Największe firmy optyczne: Ciba Vision, Carl Zeiss, Bausch & Lomb, wyprodukowały i przetestowały okulary optyczne i soczewki kontaktowe, które korygują zarówno centralną, jak i obwodową refrakcję oka. Tym samym w ciągu 12 miesięcy noszenia soczewek kontaktowych CIBA Vision korygujących refrakcję obwodową u dzieci w wieku 7-14 lat uzyskano pozytywne wyniki, które pozwoliły autorom stwierdzić, że zmniejszenie obwodowej nadwzroczności może wpływać na rozwój refrakcji ośrodkowej i spowolnić tempo rozwoju krótkowzroczność (Padmaja Sankaridurg, Brien Holden, Earl Smith III, et al., 2011). W Australian Eye Research Institute, pod kierownictwem profesora Holdena, przetestowano prototypy soczewek okularowych o zmiennym załamaniu promieniowym. Prototypy testowano przez 12 miesięcy, z udziałem 210 kobiet i mężczyzn w wieku 6-16 lat. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że soczewki okularowe dokonujące korekcji refrakcja obwodowa i centralna zapewnia zahamowanie progresji krótkowzroczności o 30% w porównaniu z soczewkami jednoogniskowymi (Padmaja Sankaridurg, Leslie Donovan, Saulius Varnas, Arthur Ho, Xiang Chen, Aldo Martinez, Scott Fisher, Zhi Lin, Earl L. Smith III, Jian Ge i Brien Holden, 2009).

LITERATURA

  1. Alexandra Benavente-Perez, Ann Nour, David Troilo, 2012г.
  2. Amy L. Sheppard, Leon H. Davies In vivo analysis of ciliary muscle morphological changes with accommodation and axial ametropia. 2010г. http://www.iovs.org
  3. Atchison DA, Jones CE, Schmid KL, et al. Eye shape in emmetropia and myopia. Invest Ophthalmol Vis Sci; 2004; 45: 3380-3386.
  4. Atchison DA, Pritchard N, Schmid KL, et al. Shape of the retinal surface in emmetropia and myopia. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005; 46 :2698–2707
  5. Atchison DA. Third-order theory of spectacle lenses applied to correction of peripheral refractive errors. 26 January 2011 in Optom Vis Sci , 88(2): E227-33.
  6. Atchison, David A., Pritchard, Nicola, & Schmid, Katrina L. (2006) Peripheral refraction along the horizontal and vertical visual fields in myopia. Vision Research, 46(8-9), pp. 1450-1458.
  7. CHANGE IN PERIPHERAL REFRACTION AND CURVATURE OF FIELD OF THE HUMAN EYE WITH ACCOMMODATION Arthur Ho*a,b, Frederik Zimmermannc, Andrew Whathama,b, Aldo Martineza, Stephanie Delgadoa, Percy Lazon de la Jaraa, Padmaja Sankaridurga,b a Institute for Eye Research, Sydney, NSW, Australia; b School of Optometry & Vision Science, University of New South Wales, Sydney, NSW, Australia; c University of Applied Sciences, Berlin, Germany.2009.
  8. Donald O. Mutti, 1 John R. Hayes, 1 G. Lynn Mitchell, 1 Lisa A. Jones, 1 Melvin L. Moeschberger, 2 Susan A. Cotter, 3 Robert N. Kleinstein, 4 Ruth E. Manny, 5 J. Daniel Twelker, 6 and Karla Zadnik. Refractive Error, Axial Length, and Relative Peripheral Refractive Error before and after the Onset of Myopia Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007 June; 48 (6): 2510–2519.
  9. Donald O. Mutti, Loraine T. Sinnott, G. Lynn Mitchell, Lisa A. Jones-Jordan, Melvin L. Moeschberger, Susan A. Cotter, Robert N. Kleinstein, Ruth E. Manny, J. Daniel Twelker, Karla Zadnik Relative peripheral refractive error and the risk of onset and progression of myopia in children. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011 January; 52(1): 199–205.