人眼晶状体调节和病变机制研究

Regression and lesion of human lens' accommodation ability work as the core factors impacting visual quality, and they intrinsically reveal the injury and its evolution of lens material as well as the substructure. On the one hand, the most prevalent lens accommodation theories, Helmholtz theory and Schachar theory, are fundamentally contrary to each other, which leads to the chaos of cognition towards lens pathogenesis and the two corresponding therapy methods. The dabate between these two accommodation theories have been last over ten years and it will go on unless we can clarify the real accommodation mechanism in theory research which in turn aborting unnessary clinical experiments and protecting patients' benefits. On the other hand, the lesion of lens origins in non-uniform agglomeration of lens protein molecules that is related to the development of cataract. Thus, molecular dynamics may work as a strategic breakthrough to clarify the cause and development of cataract. This research will base on systematic mechanical experiments, aiding with clinical tests, to clarify lens' macro-meso- micro structure as well as the corresponding mechanical properties and their intrinsic links to accommodation and lesion mechanisms. Furthermore, through deducing the law of load versus deformation in vivo human lens, this work will better lens accommodation model and finally reveal the mysteries of the lesion and evolution mechanism of human lens in macro-meso-micro level.

人眼晶状体调节功能的衰退和病变是影响视觉质量的核心因素，其本质是晶状体材料和微结构的损伤及演化。一方面，在晶状体现有调节理论中，Helmholtz模型与Schachar模型存在本质上的对立，导致了目前两种截然不同的临床方案和对病因认识的混乱，引发全球医学界持续十余年的争议。因此，从基础研究的角度需要明确人眼的调节理论，从临床医学的角度需要终止当前无谓的临床实验、保障患者的利益，澄清其中的混乱并终止这场争议。另一方面，晶状体病变始发于晶状体纤维中的蛋白质分子的非均匀性团聚，其团聚过程本质上对应着晶状体白内障的发展。因此，用分子动力学方法研究白内障发生和发展规律可能成为弄清白内障根本病因的突破性手段。本项目将以力学实验方法为基础并结合医学临床，探明晶状体的宏-细-微观结构和性能与其调节和病变的内在关联；反演出活体内晶状体的受力和变形规律，完善人眼晶状体调节模型；给出晶状体病变和演化宏微观机制。

眼角膜、晶状体和巩膜筛板功能的衰退和病变是三类影响视觉质量的核心因素，其本质是相应材料和微结构的损伤及演化，构成了人类眼疾病的主要部分。本项目所取得的重要进展和成果如下： .一、1）用定标粒子理论法计算 γ晶状体蛋白渗透压，证明γ晶状体蛋白分子间存在弱吸引力相互作用。进而，对γ晶状体蛋白逾渗相变的分子动力学模拟，发现晶状体蛋白分子间作用力程变化，改变接触型逾渗线位置，从而导致晶状体蛋白结构相变，破坏短程有序性，引发晶状体细胞内部白内障。2）发现在晶状体边界形成的纳米气泡吸引晶状体蛋白质填充其中形成纳米蛋白质集团，并通过晶状体膜的非均匀性相互或晶状体内的剪切流聚集，引发晶状体边界白内障。3）研究晶状体蛋白质对磁的敏感性，发现晶状体蛋白质在磁作用下的自组织规律，由此提出了一种晶状体边界白内障治疗原理。.二、针对青光眼原发部位——筛板，建立了在眼内压和颅内压共同作用下的筛板力学新模型。基于这个模型，1）解释了医学上长期以来关于青光眼筛板筛孔变形形态的原因，由此给出了孔内视神经和毛细血管的损伤机制；2）给出青光眼临床医学中诊断标准、临床医学统计量“杯盘比”的物理内涵；3）首次解释了青光眼致盲后仍存在微小“视岛”的根本原因；4）提出一个正常眼压青光眼可能的发病机制；5）给出了一个新的眼内压与颅内压关联的新表达式，克服了传统关系式中的严重不足，由此提出了通过测量眼内压得到颅内压的无损测量颅内压原理。.三、实验研究了眼角膜沿不同解剖方向和不同厚度的弹性模量，确定了角膜从外到内弹性模量呈线性梯度，并给出平均梯度值。.在本项目的资助下，已发表标明本项目资助的SCI期刊论文39篇（最高SCI影响因子13.025），国内核心期刊论文3篇，会议论文17篇，发明专利2项；已培养研究生十名；举办了首届全国眼生物力学学术研讨会。