基于OCT观察正视眼及高度近视眼在调节过程中眼前节的形态学变化

李子璇 邵一磊 沈梅晓 周煜恒 吴小天 万妮 陈昊 王一益 张日炎 吕帆

作者单位：温州医科大学附属眼视光医院，国家眼耳鼻喉疾病（眼部疾病）临床医学研究中心，温州 325027

近视是全球范围内最常见的眼病之一，预计到2050年，全球人口的近视患病率为49.8%，其中高度近视占9.8%[1-2]。高度近视由于眼轴的增加，常合并其他的眼部结构改变[3]，眼内压升高是一种常见的并发症[4]。既往有研究表明，高度近视合并眼内压升高的人群患开角型青光眼的风险是正常人的4.27 倍[5-7]。然而，高度近视易并发眼内压升高的机制仍不清楚，这为高度近视合并开角型青光眼的早期诊断和临床治疗带来了一定的难度。

近年来，光学相干断层扫描（Optical coherence tomography，OCT）技术的迅速发展。有研究表明小梁网及Schlemm管的形态学变化可能与调节运动相关[8]。离体实验发现睫状肌、小梁网及Schlemm管通过弹性纤维形成一个网络连接[9]，这三者的结构学联系和既往发现的功能学关系相一致。近视眼睫状肌形态不同于正视眼，且在调节过程中二者的形态改变存在明显差异[10-12]。对此，我们猜想在调节过程中睫状肌的收缩引起小梁网和Schlemm管的扩张，而在高度近视中这三者的关系会发生不同的变化。本研究旨在使用扫频光源眼前节光学相干断层扫描（Swept-source anterior segment optical coherence tomography，SS-ASOCT）对眼前节形态进行成像，通过使用自行编写的程序分析调节过程中高度近视眼睫状肌的形态变化[13-14]，结合调节前后小梁网和Schlemm管的形态改变，进一步阐明这三者间的形态学联系。

1 对象与方法

1.1 对象

纳入标准：正视组为等效球镜度（SE）≥-0.75 D和≤+0.25 D，单纯高度近视组为SE≤-6.00 D或眼轴（Axial length，AL）≥26.00 mm。排除标准：①曾有1周或以上软性角膜接触镜配戴史；②患有其它眼部或全身性疾病；③对毛果芸香碱药物过敏者；④有眼部外伤史或手术史；⑤存在高度近视并发症以及有弥漫性萎缩或更严重的改变[15]。

本研究采用连续性纳入的方法将2022年4月至2023年6月在温州医科大学附属眼视光医院招募的54例（54眼）受检者纳入本研究，其中正视组27例，高度近视组27例。本研究遵循赫尔辛基宣言，经温州医科大学附属眼视光医院伦理委员会同意，批号：2022-028-K-20。所有受检者均签署知情同意书。

1.2 实验流程

每名受检者均进行包括视力、SE、眼内压、调节反应量（Accommodative response，AR）、裂隙灯显微镜眼底检查、AL测量等临床眼科检查，并完成SS-ASOCT（CASⅠA 2，Tomey，日本Nagoya公司）。扫频OCT采用中心波长1 310 nm，扫频速率为50 000 A-scan/s，轴向分辨率为10 mm的扫频光源。2-Dimensional Scan模式被用来采集图像，该模式在1.66 s内获得由1 200个A-line组成的一帧图像，并对每帧图像进行64 次叠加获得最终图像。通过指示受检者右眼注视内置的鼻侧固定光尽量保持不动，SS-ASOCT聚焦于颞侧角巩膜缘，对每个受检者的右眼颞侧房角及睫状体进行成像。随后受检者按照5 min的间隔滴入2滴2%毛果芸香碱滴眼液（真瑞，5 mL: 0.1 g，山东博士伦福瑞达制药有限公司），闭眼休息30～40 min以达到稳定的睫状肌收缩[16]。使用相同的方法再次获取图像。在采集过程中通过仪器的相机进行实时成像以确保拍摄相同的横截面位置，由同一拍摄者获取图像质量可接受的图片（图1），并对图像进行下一步分析。

图1.正视眼受检者的眼前节OCT图像Figure 1.OCT images of the anterior segment in emmetropia subjects

1.3 图像处理

应用Matlab软件和实验室自行编写的半自动算法对图像进行边界分割、校正光学畸变，得到睫状肌的最大厚度（Maximum thickness of ciliary muscle，CMTMAX）和睫状肌前部长度（Anterior length of ciliary muscle，CMAL） （图1A），其绘制和计算采用本实验室既往采用的方法[17]。手动探测小梁网和Schlemm管的边界，对小梁网的长度（Length of trabecular meshwork，TML）、宽度（Width of trabecular meshwork，TMW）及Schlemm管的面积（Area of Schlemm's canal，SCA）、直径（Diameter of Schlemm's canal，SCD）等数据进行绘制，小梁网的长度定义为Schwalbe线到巩膜突的距离；小梁网的宽度定义为连接Schlemm管后顶点垂直于小梁网内界面的距离；Schlemm管的面积定义为环绕1周的曲线面积；Schlemm管的直径为前后顶点的连线距离（图1B-C）。

1.4 统计学方法

横断面研究。采用SPSS 23.0 进行数据分析。数据的正态性分析采用Shapiro-Wilk检验。数值变量均以±s进行描述。组内比较采用配对t检验，组间比较采用独立t检验及卡方检验。采用Pearson相关分析检验各参数间的相关性。通过计算不同观察者对随机选取的20张OCT图像的参数组内相关系数（Ⅰntraclass correlation coefficient，ⅠCC）和同一观察者重复测量连续拍摄2次的OCT图像的参数ⅠCC来判断获取参数的可靠性，ⅠCC（0～1）超过0.9表示有很高的重复性。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组间基本信息及重复性结果

正视组和高度近视组在SE（t=31.82，P＜0.001）、AL（t=12.20，P＜0.001）方面差异均有统计学意义，而在年龄（χ2=-1.08，P=0.281）、性别（P=0.682）方面的差异无统计学意义，见表1。

表1.正视组与高度近视组间基本信息比较Table 1.Basic characteristics of the emmetropia and high myopia groups

图像处理软件分析分别获得不同观察者间及同一观察者间的ⅠCC，所得睫状肌最大厚度（0.976，0.983）、睫状肌前部长度（0.972，0.989），小梁网长度（0.965，0.996）、宽度（0.970，0.980）及Schlemm管的面积（0.980，0.994）、直径（0.991，0.992）的ⅠCC均大于0.96，表示各参数可重复性均优异。

2.2 2组调节前后睫状肌、小梁网和Schlemm管参数的组内比较

与调节前相比，正视组经过毛果芸香碱诱导调节后表现为向前向内的移动，睫状肌最大厚度增大、睫状肌的前部长度减少，在调节前后的差异均具有统计学意义（t=15.38，P＜0.001；t=8.39，P＜0.001）；小梁网表现为拉伸的改变，其长度增长、宽度变宽，在调节前后的差异均具有统计学意义（t=6.25，P＜0.001；t=3.37，P=0.002）；Schlemm管的面积和直径均增大，表现为扩张的改变，在调节前后的差异均具有统计学意义（t=9.20，P＜0.001；t=6.98，P＜0.001）。眼压表现为明显下降，且差异有统计学意义（t=2.99，P=0.006）。见表2。

表2.正视组与高度近视组调节前后各参数情况Table 2.Biometry parameters among the ciliary muscle, trabecular meshwork, and Schlemm’s canal in the non-accommodative and accommodative states in the emmetropia and high myopia groups

高度近视经过毛果芸香碱诱导调节后，与调节前相比，睫状肌最大厚度增厚（t=10.24，P＜0.001），睫状肌的前部长度缩短（t=7.81，P＜0.001），与正视组表现为相同的变化趋势；小梁网的长度和宽度均没有显著性的变化（均P＞0.05）；Schlemm管的面积和直径分别扩张和拉长（t=2.62，P=0.015；t=2.80，P=0.009）；眼压有明显的下降（t=2.68，P=0.013）。见表2。

2.3 2组调节前后睫状肌、小梁网和Schlemm管参数变化量比较

与高度近视相比，正视组的睫状肌最大厚度的变化量（t=4.85，P＜0.001）、小梁网长度和宽度的变化量（t=5.08，P＜0.001；t=2.72，P=0.009）、Schlemm管面积和直径的变化量（t=3.86，P＜0.001；t=2.02，P=0.049）均更大，差异具有统计学意义；而睫状肌的前部长度的变化量，眼压的变化量和药物调节反应的变化量在2组间较为接近，差异没有统计学意义（均P＞0.05）。见表3。

表3.正视组与高度近视组调节过程中各参数的变化量比较Table 3.Changes among the ciliary muscle, trabecular meshwork, and Schlemm's canal in the emmetropia and high myopia groups

2.4 正视组及高度近视组睫状肌、小梁网和Schlemm管参数变化量的相关性

正视组中睫状肌最大厚度的变化量与小梁网长度的变化量和Schlemm管面积的变化量均存在显著的正相关，即随着睫状肌的增厚，但与小梁网长度明显增加（r=0.48，P=0.011），Schlemm管面积明显扩张（r=0.54，P=0.004），小梁网宽度和Schlemm管直径的改变均没有明显相关性（r=0.14，P=0.486；r=0.27，P=0.175）；随着小梁网的拉长，Schlemm管的面积明显增大（r=0.39，P=0.045），Schlemm管的直径变化没有显著相关性（r=0.06，P=0.781）；随着小梁网宽度变化增加，Schlemm管面积和直径的变化均没有发现相关性（r=0.02，P=0.918；r=0.08，P=0.694）。相反，在高度近视组中，睫状肌最大厚度的变化量和小梁网长度（r=0.06，P=0.756）、小梁网宽度的变化量（r=0.06，P=0.780），以及Schlemm管的面积和直径的变化量（r=-0.15，P=0.448；r=-0.19，P=0.339）均未观察到显著相关性；而小梁网长度和宽度的变化量分别也与Schlemm管面积（r=-0.03，P=0.901；r=0.04，P=0.859）和直径（r=-0.19，P=0.339；r=0.33，P=0.090）的变化无相关性。

正视组的睫状肌前部长度变化量、SE和AL分别与小梁网长度（r=0.23，P=0.256；r=0.16，P=0.419；r=-0.19，P=0.334）、小梁网的宽度（r=0.03，P=0.878；r=0.28，P=0.154；r=-0.28，P=0.164），以及Schlemm管面积（r=0.10，P=0.607；r=-0.26，P=0.195；r=-0.14，P=0.492）和直径（r=-0.19，P=0.342；r=-0.33，P=0.097；r=0.09，P=0.655）的变化量均无显著相关。高度近视组的睫状肌前部长度变化量、SE和AL分别与小梁网长度（r=0.12，P=0.552；r=-0.10，P=0.628；r=0.09，P=0.648）、小梁网的宽度（r=-0.05，P=0.790；r=-0.01，P=0.961；r=-0.17，P=0.387），以及Schlemm管面积（r=0.05，P=0.822；r=-0.12，P=0.558；r=-0.01，P=0.961）和直径（r=-0.16，P=0.418；r=-0.26，P=0.183；r=0.12，P=0.559）的变化量亦无相关性。

3 讨论

本研究利用SS-ASOCT对正视眼及高度近视眼使用毛果芸香碱诱导调节过程中睫状肌、小梁网及Schlemm管的形态学变化进行观察，既往有研究证实毛果芸香碱刺激的平均调节变化与客观测量所使用的试验镜片诱导的调节反应量差异无统计学意义[16]。本研究发现正视眼中睫状肌的增厚分别与小梁网的伸长和Schlemm管的扩张相关，而在高度近视眼中上述相关性均没有统计学意义。既往研究表明，正视眼和高度近视眼中的小梁网和Schlemm管存在形态学差异[17]，这二者的形态差异可能在高度近视相关的开角型青光眼的发病机制中发挥潜在作用。

本研究在调节过程中正视眼的睫状肌和小梁网的形态变化量均大于高度近视眼，且随着正视眼的睫状肌增厚越大，小梁网伸长、增宽和Schlemm管面积增大越明显。组织学研究[18]表明，睫状肌的弹性纤维走行于Schwalbe线附近的巩膜，延伸到小梁网组织间的弹性纤维形成1个网络连接，睫状肌的前部肌腱穿过小梁网筛孔插入Schlemm壁；其中，睫状肌肌腱的密度最大的区域位于小梁网的邻管区。本研究的结果表明，上述三者的结构联系可能是睫状肌收缩引起小梁网延长和Schlemm管扩张的功能性变化的基础。然而，在调节过程中，高度近视组睫状肌和小梁网的形态变化小于正视组，而且2个结构变化之间没有相关性。这可能是由以下几个方面引起：①小梁网细胞代谢过程中，房水的精氨酸和瓜氨酸的增加加速细胞内的氧化应激反应，细胞外基质的重塑导致组织的硬化[19]，因此在外力的作用下会出现更少的形态改变；②高度近视眼的睫状肌纤维较正视眼更长更薄[20-21]，削弱了小梁网和睫状肌之间的纤维联系，影响了高度近视眼调节过程中纤维的舒缩运动；③组织学研究发现高度近视眼中睫状肌存在钾离子稳态的紊乱[22]，引起睫状肌收缩不良，同时，睫状肌的调节性收缩主要来自于前部环形肌群[10,12,23]，高度近视眼的睫状肌前部肌肉逐渐被纤维结缔组织替代，其收缩功能的下降可能限制了调节过程中小梁网的拉伸。

本研究中正视眼在调节过程中随着小梁网的拉伸越大，Schlemm管的扩张越大。既往研究发现，小梁网的邻管区域通过弹性纤维网与睫状肌肌腱相连，并与Schlemm管的内皮细胞膜相连[9]。这表明，可能是睫状肌收缩引起的小梁网的拉伸导致了Schlemm管的扩张。既往大量研究表明小梁网-Schlemm管通道是房水流出的主要途径，其中房水流出受到的阻力主要来源于小梁网和Schlemm管处。因此，睫状肌的收缩与小梁网及Schlemm管形态重塑之间的功能联系可能在房水流出的调节中发挥作用。然而，高度近视眼在调节过程中Schlemm管的面积和直径变化显著小于正视眼，小梁网和Schlemm管的变化之间缺乏显著相关性，这可能增加了房水的流出阻力，从而影响眼压。可能存在以下原因：首先，高度近视眼的眼球随AL增加而过度拉伸，巩膜前部较正视眼变薄[17]，附着在上的Schlemm管获取的结构支撑变少，导致Schlemm管的塌陷，同时，变形压缩的巩膜增加了Schlemm管扩张的阻力。此外，高度近视眼中存在糖胺聚糖合成减少、纤维交联缺失的一系列胶原纤维改变[24]，降低了胶原纤维的可塑性、增加了纤维交联的不稳定性，引起Schlemm管的结构重塑和张力改变，使其结构和功能可变性降低。这可能是临床上对于高度近视合并开角型青光眼的治疗，主要通过减少房水产生或促进葡萄膜巩膜途径的引流来降低眼压，而较少单独使用毛果芸香碱改善的原因[25]。

本研究发现，正视眼和高度近视眼在调节后均出现显著的眼压下降，同时，眼压变化量在2组间未发现差异有统计学意义。既往有研究发现，诱导调节后近视眼和正视眼眼压下降量分别为1.8 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）和1.9 mmHg，与本研究类似。可能出现的原因考虑为高度近视眼球壁变薄，眼压测量值由于巩膜硬度系数降低而受到影响，这也是高度近视合并开角型青光眼难以早期诊断的原因之一；此外，考虑本研究受检者均为年轻健康人群，房水流出结构未表现出病理性改变，推测可能是因为睫状肌调节性结构变化的出现早于功能性的改变。

本研究仍存在一些局限性：首先，本研究纳入的受检者仅测量了颞侧的睫状肌、小梁网和Schlemm管的形态变化，未来的研究需进一步全面评估鼻侧、上方、下方等多个方向的形态改变；其次，虽然本研究样本量足够反映所得结论，但是由于纳入的受检者均为未出现青光眼表现的年轻人群，因此未来需纳入其他年龄层的受检者及诊断为青光眼的患者展开相关研究，以更好阐明睫状肌收缩和小梁网及Schlemm管结构重塑对房水流出的影响。

综上所述，正视眼和高度近视眼在毛果芸香碱诱导调节的过程中均发生了睫状肌收缩、小梁网和Schlemm管扩张的形态改变。睫状肌的收缩与小梁网和Schlemm管形态改变在正视眼中存在相关性，但在高度近视中则没有发现，提示高度近视组中睫状肌收缩可能难以引发小梁网和Schlemm管的形态改变。

利益冲突申明 本研究无任何利益冲突

作者贡献声明 李子璇：收集数据，参与选题、设计及资料的分析和解释；撰写论文；根据编辑部的修改意见进行修改。邵一磊、沈梅晓：参与选题、设计和修改论文的结果、结论。周煜恒、吴小天、万妮、陈昊、王一益、张日炎：收集数据。吕帆：参与选题、设计、资料的分析和解释，修改论文中关键性结果、结论，根据编辑部的修改意见进行核修