不同近视程度患者的新型角膜生物力学参数与眼部生物参数的关系

黎长金 陆强

作者单位：佛山市第二人民医院眼视光中心，佛山 528000

近视已成为一个不可小觑的全球性公共健康问题[1]。截至2050年，全球将约有50亿人受到近视的影响，其中高度近视患者将达到10亿人，并逐渐呈现低龄化趋势[2]。近视会引起屈光不正等功能性改变，导致视力受损甚至失明，同时增加了白内障、青光眼等患病概率[3-4]。近年来，屈光手术治疗近视备受青睐，然而其对角膜造成机械损伤，对角膜生物力学产生了较大影响。角膜生物力学对屈光手术术前圆锥角膜的辅助诊断[5]，手术方案设计及术后角膜结构稳定性评估[6]有着重要作用。Corneal visualization Scheimpflug Technology（Corvis ST）能够全过程监测角膜在气压下快速运动从而产生形变的过程，并记录运动过程中的角膜生物力学参数[7]，其中通过对多项直接测量参数进行综合计算得到的新型参数，能够更全面体现角膜生物力学特性[8-9]。既往研究表明，近视患者的角膜生物力学参数与其他眼部生物参数间存在相关性，然而均是基于混杂等效球镜度（SE）的研究，鲜有对近视患者的生物力学参数与其他眼部生物参数的关系进行不同近视程度的分类研究。本研究旨在探究不同程度近视患者的新型角膜生物力学参数与眼部生物参数的关系。

1 对象与方法

1.1 对象

随机纳入2021 年3—11 月于佛山市第二人民医院拟行角膜屈光手术的近视患者206例（206眼），均取右眼进行新型角膜生物力学参数及眼部生物参数的测量。根据SE大小将近视患者分为3组：低度近视组63例63眼（-3.00 D≤SE≤-0.25 D）；中度近视组82例82眼（-6.00 D≤SE＜-3.00 D）；高度近视组61例61眼（SE＜-6.00 D）。纳入标准：年龄18～40岁；SE较为稳定且为-12.00～-0.50 D；中央角膜厚度（CCT）为480～650 μm，眼压为10～21 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）；角膜塑形镜需停戴3个月以上，软性角膜接触镜至少停戴2周，硬性角膜接触镜至少停戴4周。排除标准：近视或近视散光进行性发展或不稳定，严重弱视；严重角膜疾病、明显的角膜斑翳、角膜混浊、边缘性角膜变性、角膜基质或内皮营养不良；眼外伤、重度干眼、干燥综合征；存在全身结缔组织疾病或自身免疫性疾病者。本研究遵循赫尔辛基宣言，并获佛山市第二人民医院医学伦理委员会批准（批号：KJ2021017），所有研究对象检查前均知情并签署同意书。

1.2 方法

1.2.1 一般检查 所有近视患者均经过严格的常规术前检查，包括裸眼视力、最佳矫正视力、电脑验光、主觉验光、非接触式眼压测量、裂隙灯显微镜下眼前节检查。

1.2.2 新型角膜生物力学参数测量 采用Corvis ST 72100（德国Oculus公司）对近视患者的新型角膜生物力学参数进行测量。检查过程：检查在暗室中进行，患者下颌托额头固定，嘱患者眨眼数次后睁开双眼并注视中央红点固视目标；仪器压头对准角膜顶点后进行自动识别，均匀向角膜施加空气脉冲压力，获取角膜生物力学动态参数。重复检查3 次，测量间隔为2～5 min，取图像质量最好的1 次作为测量结果，参数包括：生物力学校正眼压（Biomechanically corrected intraocular pressure，bⅠOP）、2 mm位置变形幅度的比值（Deformation amplitude 2 ratio，DA 2 ratio）、综合半径（Ⅰntegrated radius，ⅠR）、断层生物力学指数（Tomographic biomechanical index，TBⅠ）、最薄点与水平方向的角膜厚度变化率比值（Ambrosio relation thickness horizontal，ARTh）、第1次压平硬度指数（Stiffness parameter，SP-A1）。

1.2.3 眼部生物参数测量 眼部生物参数包括三部分，其一为采用Pentacam HR 70700（Oculus，德国）检测近视患者双眼地形图获得形态学参数，包括CCT，角膜前表面平均曲率（Medium curvature，Km），角膜水平直径（Horizontal corneal diameter，CD）；其二为采用Lenstar 900生物测量仪（Haag-Streit AG，瑞士）测量眼轴长度（Axial length，AL）；其三为采用电脑验光仪测量SE。

1.3 统计学方法

横断面研究。采用SPSS 25.0统计学软件进行分析。对计量资料进行正态性检验，符合正态分布的数据采用±s表示，否则采用M（Q1，Q3）表示。采用单因素方差分析（one-way ANOVA）比较数据组间的差异性，组间多重比较采用Bonferroni方法检验。符合正态分布的数据采用Pearson方法分析变量间的相关性，偏态分布数据采用Spearman方法。以新型角膜生物力学参数为因变量，眼部生物测量参数和年龄为自变量进行多元线性回归分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料

纳入近视患者206 例（206 眼），均取右眼为研究对象，其中男性93例（45.1%），女性113例（54.9%），年龄为18～38（24.1±5.8）岁，SE为-11.25～-0.50（-4.77±2.19）D。不同程度近视患者的眼部生物参数统计分析结果表明，3 组性别、SE与AL的差异均有统计学意义（均P＜0.05），其余参数差异无统计学意义，见表1。不同程度近视患者的角膜生物力学参数的差异见表2。

表1.不同近视程度组眼部生物参数对比分析Table 1.Comparison of ocular biometric parameters in different myopia groups

表2.不同近视程度组的新型角膜生物力学参数对比分析Table 2.Comparison of new corneal biomechanical parameters in different myopia groups

2.2 新型角膜生物力学参数与眼部生物测量参数的相关性

2.2.1 低度近视组相关性分析 对数据进行正态性检验结果显示，除TBⅠ、年龄、SE、Km、CD参数外，其余参数均符合正态分布。相关性统计结果显示，新型角膜生物力学参数与年龄、SE、AL无相关性（P＞0.05）；DA 2 ratio和ⅠR与Km呈正相关（r=0.51，P＜0.001；r=0.27，P=0.034），ARTh与CD呈正相关（r=0.30，P=0.019）；ARTh和SP-A1与Km呈负相关（r=-0.26，P=0.041；r=-0.30，P=0.016），TBⅠ与CD呈负相关（r=-0.26，P=0.042） （表3、图1）。

图1.低度近视组新型角膜生物力学参数与眼部生物参数的散点图（63眼）Figure 1.Scatter plot of new corneal biomechanical parameters and ocular biological parameters in low myopia group (63 eyes)

表3.不同近视程度患者新型角膜生物力学参数与眼部生物测量参数的相关系数Table 3.Correlation between new corneal biomechanical parameters and ocular biometry parameters in patients with different degrees of myopia

2.2.2 中度近视组相关性分析 对数据进行正态性检验结果显示，除TBⅠ、年龄、SE参数外，其余参数均符合正态分布。相关性统计结果显示，ⅠR与年龄呈正相关（r=-0.34，P=0.002），其余参数与年龄无相关性（P＞0.05）；新型角膜生物力学参数与SE无相关性；ARTh、SP-A1 与AL呈正相关（r=0.28，P=0.010；r=0.29，P=0.008），DA 2 ratio、ⅠR与AL呈负相关（r=-0.27，P=0.013；r=-0.28，P=0.010）；DA2 ratio、ⅠR与Km呈正相关（均P＜0.05），ARTh与Km呈负相关（r=-0.30，P=0.006）；ARTh与CD呈正相关（r=0.35，P=0.001） （表3、图2）。

图2.中度近视组新型角膜生物力学参数与眼部生物参数的散点图（82眼）Figure 2.Scatter plot of new corneal biomechanical parameters and ocular biological parameters in moderate myopia group (82 eyes)

2.2.3 高度近视组相关性分析 对数据进行正态性检验结果显示，除TBⅠ、SE参数外，其余参数均符合正态分布。相关性统计结果显示，高度近视组的新型角膜生物力学参数与年龄无相关性（P＞0.05）；ARTh与SE呈负相关（r=-0.39，P=0.002）；ARTh与AL呈正相关（r=0.27，P=0.037），TBⅠ与AL呈负相关（r=-0.34，P=0.007）；ⅠR、TBⅠ与Km呈正相关（均P＜0.05）；ARTh与CD呈正相关（r=0.47，P＜0.001），TBⅠ与CD呈负相关（r=-0.36，P=0.005） （表3、图3）。

图3.高度近视组新型角膜生物力学参数与眼部生物参数的散点图（61眼）Figure 3.Scatter plot of new corneal bio mechanical parameters and ocular biological parameters in high myopia group (61 eyes)

2.3 新型角膜生物力学参数与眼部生物测量参数的多元线性回归分析

将各组的DA 2 ratio、ⅠR、TBⅠ、ARTh、SP-A1 分别与线性相关的眼部生物参数进行多元线性回归分析，同时采用逐步选择法以排除共线性因素的影响，分别得到回归方程：低度近视组：DA 2 ratio=-1.795+0.136Km（R2=0.20，F=16.68，P＜0.001）、ⅠR=0.047+0.197Km（R2=0.05，F=4.50，P=0.038）、ARTh=-579.563+92.343CD（R2=0.11，F=8.44，P=0.005）；中度近视组：DA 2 ratio=0.107Km（R2=0.09，F=9.07，P=0.003）、ⅠR=15.636+0.058年龄-0.327AL（R2=0.14，F=7.69，P=0.001）、ARTh=77.458CD（R2=0.12，F=11.49，P=0.001）、SP-A1=6.268AL（R2=0.07，F=7.47，P=0.008）；高度近视组：ⅠR=0.190Km（R2=0.05，F=4.39，P=0.041）、TBⅠ=1.883-0.149CD（R2=0.11，F=8.58，P=0.005）、ARTh=-734.151+91.238CD-22.303SE（R2=0.32，F=14.81，P＜0.001）。

3 讨论

角膜是一种具有非线性、各向异性、黏弹性（包括蠕变、应力松弛和滞后）的生物力学性能的生物材料，其中角膜生物力学特性对屈光手术术前圆锥角膜筛查、手术方案设计及术后安全性评估等方面都有重要影响[10]。有研究表明，真实的角膜生物力学因素指标可由Corvis ST测量的角膜生物力学参数代替[11]。在部分由Corvis ST通过合成多项指标获得的新型参数中，其具有较好的重复性与一致性[8-9]，如DA 2 ratio、ⅠR、ARTh和SP-A1能够直观反映角膜硬度[12-13]，TBⅠ能够反映角膜扩张[14]。

目前，国内外鲜有对不同程度近视患者的新型角膜生物力学特性进行研究的报道。本研究旨在探究新型角膜生物力学参数与眼部生物参数的关系。

本研究中，AL在低度近视组中的改变对角膜的硬度几乎无影响，而在中度近视组中，随着AL越大，角膜硬度越大。王丹等[15]研究表示，AL与角膜硬度参数均无相关性（均P＞0.05），与本研究结论不同，可能在于DA 2 ratio在低度近视眼与中度近视眼之间存在差异，使得在中度近视眼中DA 2 ratio对AL的变化更为敏感。He等[16]发现高度近视患者的DA 2 ratio与AL呈正相关，且均值高于正视眼，与本研究在高度近视组的研究结论不同，可能在于高度近视者与正视者的DA 2 ratio存在明显差异，导致近视患者在随着SE增加而这样的差异不显著。

本研究中，Km在不同程度的近视患者中对角膜硬度均存在影响，随着Km增大，角膜的弯曲程度越大，抵抗形变能力越差，硬度越小。王丹等[15]研究表明，Km与DA 2 ratio、ⅠR呈正相关，与其他参数无相关性，与本研究部分结论一致。许波和黄加兵[17]研究表示，Km与DA 2 ratio、ⅠR、CBⅠ呈正相关，与SP-A1呈负相关，与本研究部分结论一致，而本研究并未发现Km与SP-A1存在相关性，可能是本研究主要是考虑受检眼均为未行角膜屈光手术的单纯近视患者，并对SE大小进行了分层研究，较之于既往研究均为未考虑SE的影响，2种方法不同产生的差异，今后仍需要进一步探索。

本研究在不同程度近视分组中，CD对角膜的硬度均存在影响，随着CD增大，角膜硬度越大。王丹等[15]研究表明CD与ARTh呈正相关（P=0.003），与本研究结论一致。李跃祖等[18]研究表明，CD与ARTh、SP-A1 呈正相关（均P＜0.05），与TBⅠ呈负相关（P＜0.05），与DA 2 ratio、ⅠR均无相关性（均P＞0.05），与本研究部分结论一致。而本研究发现低度近视组中CD与ⅠR呈负相关，可能由于角膜中央的胶原纤维板层数量比角膜周边少，并且排列较为松散，基质胶原纤维排列松散且紊乱的区域硬度比较低，角膜更容易发生形变，而低度近视患者的CD可能与角膜基质中胶原纤维的排列结构存在一定关联，使得CD越大，角膜基质中胶原纤维排列越紧密，角膜硬度越大。另外，在3组数据中均发现CD与ARTh呈线性正相关，Renato等[19]研究表示仅通过ARTh在圆锥角膜的诊断准确性可达到93.9%，同时在高度近视组中发现CD与TBⅠ呈线性负相关，因此CD对新型角膜生物力学参数的影响不容忽视。

本研究中，SE在低度与中度近视组中的变化对角膜硬度几乎无影响，而在高度近视组中，随着SE增大，角膜硬度越小。王丹等[15]研究表示SE与DA 2 ratio、ⅠR均呈负相关（均P＜0.05），与本研究的结论不同。许波等[18]研究认为，SE与DA 2 ratio、ⅠR及SP-A1均无相关性（均P＞0.05），与本研究结论相同。这可能是因为在低度与中度近视组中，SE的改变并没有直接造成角膜结构本身，或仅造成微小的变化，而这对新型角膜生物力学特性并没有造成直接影响；而对于高度近视组，由于AL增加，可能引起角膜微结构变化而使得角膜基质内基质板间胶原纤维紧密度下降，进而导致角膜硬度降低。

本研究结果表明，新型角膜生物力学参数与年龄存在相关性。王丹等[15]和许波等[17]研究均表明，年龄与DA 2 ratio、ⅠR均呈正相关（均P＜0.05），与本研究在中度近视组的部分结论一致。理论上，随着年龄增长使角膜基质内胶原纤维交联增多，导致角膜的顺应性和弹性下降，硬度增加，而本研究在中度近视组中却发现，随着年龄增长ⅠR也随之增加，角膜硬度下降，同时在低度与高度近视组中，SE与新型角膜生物力学参数无相关性，可能在于纳入本研究的近视患者年龄范围较为狭窄，而该年龄范围内的角膜基质内胶原纤维数量的增加及交联作用的增加对新型角膜生物力学的影响微乎其微。应扩大年龄范围，进一步探究年龄对新型角膜生物力学的影响。

本研究尚存在不足与局限性：本研究为横断面研究，仅能确定变量之间的相关性，而无法确定变量之间的因果关系。近视患者的年龄范围较为狭窄，未将低龄与高龄近视患者纳入研究。样本体量较小且来源单一，存在一定片面性，可能导致部分影响因素未能发现。

综上所述，本研究通过对不同程度近视患者新型角膜生物力学参数与眼部生物参的关系研究发现，AL、Km、CD、SE及年龄对角膜的硬度存在影响，对于屈光手术术前筛查时的指标判读，应根据患者不同近视程度综合考虑以上参数的共同影响。后续研究将进一步增加样本多样性及扩大样本容量，如扩大近视患者年龄范围，纳入超高度近视患者等，对近视患者新型角膜生物力学特性作进一步了解。

利益冲突申明 本研究无任何利益冲突

作者贡献声明 黎长金：采集数据，参与选题、酝酿与设计实验；起草与撰写论文；统计分析；根据编辑部的修改意见进行修改。陆强：分析与解释实验数据，对文章知识性内容做批评性审阅，修改论文中关键性结果、结论