Zastosowanie oceny głębokości blaszki sitowej twardówki

twardówki to struktura o skomplikowanej trójwymiarowej strukturze, znajdująca się na granicy dwóch oddziałujących na nią kompartmentów ciśnień: od tyłu ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego w przestrzeni podpajęczynówkowej otaczającej nerw wzrokowy oraz ciśnienia wewnątrzgałkowego od przodu. Jest ona zarazem częścią twardówki charakteryzującą się wysokim stopniem elastyczności. Obecnie prowadzone są badania naukowe, których celem jest zrozumienie skomplikowanej biomechaniki blaszki sitowej twardówki w odniesieniu do ciśnień działających na tę strukturę.

Biomechanika blaszki sitowej twardówki

W warunkach fizjologicznych na blaszkę sitową twardówki oddziałują trzy siły:

• ciśnienie wewnątrzgałkowe (IOP – intraocular pressure)
• ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego w przestrzeni podpajęczynówkowej otaczającej nerw wzrokowy
• ciśnienie tkanek kanału twardówkowego.

Na tę strukturę – w zależności od stosunku wspomnianych sił – wywierane jest określone naprężenie prowadzące do odkształcenia tkanki. Na przykład podwyższenie komponenty IOP – zwiększenie naprężenia działającego na blaszkę sitową od przodu – doprowadzi do jej odkształcenia ku tyłowi oraz zwiększenia średnicy porów. Poskutkuje to wzrostem napięcia tkanki ² .

W związku z wysokim stopniem elastyczności blaszka sitowa jest strukturą o potencjalnej wartości diagnostycznej, m.in. w ocenie ryzyka progresji neuropatii jaskrowej lub ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego. Stworzenie uniwersalnego modelu biomechanicznego tej struktury jest dotychczas niemożliwe ze względu na dużą liczbę zmiennych parametrów populacyjnych. Blaszka sitowa twardówki zbudowana jest z włókien kolagenowych różnej długości. Wielkość jej porów oraz grubość wykazują osobniczo duży zakres zróżnicowania. Charakteryzuje ją ponadto niejednorodność strukturalna związana z przyżyciową przebudową tkanki, zależną od wieku lub indywidualnych procesów metabolicznych. Biomechanika blaszki sitowej twardówki wykazuje też istotną zmienność na działające na nią siły w czasie. W odpowiedzi na naprężenie tkanka początkowo zyskuje większą sztywność, jednak w trakcie oddziaływania sił podatność blaszki sitowej nieliniowo rośnie. Przykładowo modele biomechaniczne wykazały, że odkształcenie blaszki sitowej będzie istotnie większe przy długo działającej zwyżce IOP o 5-10 mmHg niż krótkotrwałej zwyżce do 50 mmHg ² .

Doniesienia naukowe w sposób jasny, mimo trudności związanych z uniwersalizacją modelu biomechanicznego, pokazują, że jej położenie jest uzależnione od różnicy ciśnień: płynu mózgowo-rdzeniowego oraz wewnątrzgałkowego. Udowodniono ponadto, że różne parametry opisujące położenie blaszki sitowej twardówki w sposób istotny różnią się u zdrowej populacji i populacji pacjentów z neuropatią jaskrową.

Przyżyciowa wizualizacja blaszki sitowej twardówki jest obecnie możliwa dzięki badaniu EDI-OCT (enhanced depth imaging optical coherence tomography). Zastosowanie tej metody pozwala na ocenę głębokości przedniego brzegu blaszki sitowej twardówki w różnych przekrojach oraz jej kształtu. Przy mniejszej grubości tkanki możliwa jest również ocena głębokości położenia jej tylnego brzegu. Jak dotąd nie powstało oprogramowanie pozwalające w sposób zobiektywizowany na zautomatyzowaną ocenę morfometryczną blaszki sitowej. Brak jest też bazy normatywnej oceniającej konkretne parametry w odniesieniu do rozkładu populacyjnego. Ogromnym wyzwaniem pozostaje też dokładne opisanie modelu biomechanicznego tej struktury. Położenie blaszki sitowej twardówki jest zatem cały czas narzędziem używanym jedynie w opracowaniach naukowych – nie ma natomiast ustalonej wartości diagnostycznej.

Wpływ ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego na położenie blaszki sitowej twardówki

Blaszka sitowa twardówki znajduje się między dwoma kompartmentami ciśnień: wewnątrzgałkowym i płynu mózgowo-rdzeniowego w otaczającej nerw wzrokowy przestrzeni podpajęczynówkowej. W literaturze przedmiotu stosowany jest parametr przezblaszkowej różnicy ciśnień, definiowany jako różnica między IOP a ciśnieniem płynu mózgowo-rdzeniowego. Wskaźnik ten – zgodnie z założeniami biomechaniki blaszki sitowej twardówki – powinien pozwolić na lepsze zrozumienie korelacji zachodzącej między naprężeniami działającymi na blaszkę sitową twardówki a jej odkształceniem.

Badanie Lee i wsp. z 2015 r. ocenia wpływ przezblaszkowej różnicy ciśnień na położenie blaszki sitowej twardówki ³ . Grupa 26 pacjentów została poddana punkcji lędźwiowej, podczas której zmierzono ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego. Wykazano, że głębokość przedniego brzegu blaszki sitowej twardówki w środkowym przekroju przez tarczę nerwu wzrokowego jest w sposób istotny statystycznie skorelowana z przezblaszkową różnicą ciśnień (R ² = 0,212, p = 0,018). W opracowaniu nie wykazano istotnej statystycznie zależności między izolowanym ciśnieniem płynu mózgowo-rdzeniowego bądź IOP a położeniem blaszki sitowej twardówki.

Kim i wsp. w opublikowanej w 2016 r. pracy oceniali wpływ próby Valsalvy zmniejszającej przezblaszkową różnicę ciśnień przez istotny wzrost ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego na położenie blaszki sitowej twardówki ⁴ . Głębokość jej przedniego brzegu oceniana była u 48 zdrowych osób przed próbą i bezpośrednio po niej. Średnia głębokość w pierwszym wypadku wynosiła 463 µm, natomiast w drugim 427 µm – różnica była istotna statystycznie (p <0,001). W innym badaniu oceniano wpływ próby Valsalvy na ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego oraz IOP, wykazując, że wzrost pierwszego był istotnie większy i powodował zmniejszenie przezblaszkowej różnicy ciśnień ⁵ .

Wymienione wyżej doniesienia zdają się potwierdzać hipotezę o dynamicznej zależności głębokości przedniego brzegu blaszki sitowej od przezblaszkowej różnicy ciśnień.

W pracy Morgana i wsp. oceniono na żywym psim modelu wpływ dynamicznych zmian ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego oraz IOP na morfologię tarczy nerwu wzrokowego ⁶ . Wykazano, że zwiększenie ciśnienia wewnątrzgałkowego powodowało odkształcenie przedniego brzegu blaszki sitowej twardówki ku tyłowi, natomiast podwyższanie ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego skutkowało istotnym jej przemieszczeniem ku przodowi.

Przezblaszkowa różnica ciśnień (wedle dostępnych dowodów naukowych) jest parametrem istotnie skorelowanym z morfologią blaszki sitowej twardówki, w sposób dokładniejszy tłumaczącym jej położenie niż izolowane ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego lub IOP. Siła korelacji położenia blaszki sitowej twardówki z różnicą ciśnień, po uniwersalizacji metod pomiaru głębokości blaszki sitowej twardówki i lepszym zrozumieniu jej biomechaniki daje nadzieję na wypracowanie w przyszłości algorytmu pozwalającego na nieinwazyjną ocenę ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego na podstawie danego IOP i odkształcenia blaszki sitowej twardówki. Morfometryczna ocena położenia blaszki sitowej twardówki może mieć ponadto istotną wartość diagnostyczną w obserwacji pacjentów z idiopatycznym nadciśnieniem wewnątrzczaszkowym – jej głębokość może pomóc m.in. w ocenie skuteczności zastosowanego leczenia.

Zastosowanie oceny głębokości blaszki sitowej twardówki w diagnostyce jaskry pierwotnej otwartego kąta

Jaskra pierwotna otwartego kąta jest przewlekłą postępującą neuropatią nerwu wzrokowego, w przebiegu której dochodzi do apoptozy komórek zwojowych siatkówki oraz ich aksonów przebiegających w warstwie włókien nerwu wzrokowego, prowadzącej do funkcjonalnego uszczerbku w postaci ubytków w polu widzenia. Etiologia neuropatii jaskrowej nie jest dotychczas w pełni wyjaśniona. Jedna z teorii, tzw. teoria biomechaniczna, zakłada, że do pierwotnego uszkodzenia aksonów dochodzi na poziomie blaszki sitowej twardówki w związku ze zwiększonym napięciem tkanki, skutkującym kompresją wiązek nerwu wzrokowego ² .

Kolejność mechanizmów patofizjologicznych w jaskrze pierwotnej otwartego kąta

W eksperymentalnym modelu jaskry wyindukowanej u ssaków człekokształtnych wykazano, że zwiększenie zagłębienia tarczy nerwu wzrokowego (1-6 miesięcy od indukcji neuropatii jaskrowej) poprzedzało uszkodzenie włókien okołotarczowych (7-14 miesięcy od interwencji) ⁷ . Dalsze badania eksperymentalne Fortune’a i wsp. na większej grupie zwierząt potwierdziły wykazaną przez Strouthidisa i wsp. sekwencję zdarzeń ^{8, 9} .

Xu i wsp. podczas 5-letnich badań na grupie 146 oczu 90 pacjentów zaobserwowali, że zagłębienie tarczy nerwu wzrokowego poprzedza ścieńczenie okołotarczowej grubości warstwy włókien nerwowych siatkówki (RNFL – retinal nerve fiber layer) ¹⁰ .

Przedstawione wyżej doniesienia naukowe zdają się przemawiać za biomechaniczną teorią etiologii neuropatii jaskrowej, w której się dowodzi, że zagłębienie blaszki sitowej twardówki i spadek grubości RNFL są najwcześniejszymi objawami uszkodzenia jaskrowego ² .

Morfologia blaszki sitowej twardówki w neuropatii jaskrowej

Badania populacyjne oceniające głębokość blaszki sitowej twardówki w populacji zarówno zdrowej, jak i pacjentów jaskrowych wykazują jednoznacznie, że zagłębienie blaszki sitowej twardówki jest większe w grupach badanych niż w grupie kontrolnej ^{11, 12} . Jedno z ciekawszych badań dotyczących morfologii blaszki sitowej twardówki w jaskrze asymetrycznej, w którym wzięło udział 41 pacjentów, u których jedno oko wykazywało uszkodzenie jaskrowe, natomiast drugie było zdrowe, opisuje istotnie większe zagłębienie blaszki sitowej twardówki w oku chorym ¹³ .

Jaskra a ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego

Blaszka sitowa twardówki jest strukturą, której położenie zależy od przezblaszkowej różnicy ciśnień. Rola IOP w jaskrze jako modyfikowalnego czynnika ryzyka progresji została w ostatnich dekadach potwierdzona w licznych badaniach naukowych. Jednak >30% pacjentów z rozwijającą się jaskrą pierwotną otwartego kąta nie wykazuje podwyższonego ciśnienia wewnątrzgałkowego ¹⁴ . Dodatkowo należy pamiętać o licznej grupie (3-5% populacji) z nadciśnieniem wewnątrzgałkowym ¹⁵ . Badania epidemiologiczne wykazują, że u blisko 10% chorych z nadciśnieniem ocznym istnieje ryzyko rozwinięcia neuropatii jaskrowej ¹⁵ . Izolowany parametr IOP z naukowego punktu widzenia w sposób niewystarczający tłumaczy etiologię neuropatii jaskrowej. Klinicznie potwierdzono jednak, że nawet w grupie pacjentów z jaskrą normalnego ciśnienia terapia obniżająca IOP ma ciągle istotny wpływ na spowolnienie progresji neuropatii jaskrowej ^{16, 17} .

W ostatnich latach coraz częściej badany jest wpływ ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego jako potencjalnego czynnika ryzyka progresji jaskry. Koncepcję tę zaproponował w 1915 r. Polak – Kazimierz Noiszewski. W modelu eksperymentalnym psim opisanym w rozprawie habilitacyjnej profesor wykazał, że obniżanie ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego podczas punkcji lędźwiowej „wywiera wpływ na tarczę i lamina cribrosa. U psów operowanych była wygięta ku czaszce” ¹⁸ .

Zagadnienie roli ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego w jaskrze powróciło w serii badań przeprowadzonych na początku XXI w. Jednym z nich było prospektywne badanie kohortowe przeprowadzone w Chinach przez Rena i wsp., podczas którego wykonano punkcję lędźwiową u 43 pacjentów z jaskrą pierwotną otwartego kąta i u 71 zdrowych osób. Wykazano, że ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego jest w sposób istotny statystycznie niższe u pacjentów z grupy badanej ¹⁹ . Dzieląc dodatkowo grupę chorych z jaskrą pierwotną otwartego kąta na tych, którzy mają jaskrę normalnego ciśnienia i jaskrę z podwyższonym ciśnieniem wewnątrzgałkowym, wykazano, że u tych z jaskrą normalnego ciśnienia istotnie niższe jest ciśnienie płynu mózgowo-rdzeniowego. W pracy obliczono również parametr przezblaszkowej różnicy ciśnień – okazała się istotnie statystycznie niższa u pacjentów jaskrowych w stosunku do grupy kontrolnej.

Blaszka sitowa twardówki o położeniu zależnym od przez­blaszkowej różnicy ciśnień (co zostało udowodnione) wydaje się strukturą, której obrazowanie może mieć potencjalnie wysoką wartość w diagnozowaniu zarówno wczesnego stadium jaskry pierwotnej otwartego kąta, jak i w obserwacji pacjentów z rozpoznaną neuropatią jaskrową w celu dalszej stratyfikacji ryzyka progresji choroby. Walidacja tego parametru wymaga jednak uniwersalizacji metod pomiaru blaszki sitowej twardówki oraz dalszych badań naukowych pozwalających na lepsze zrozumienie jej biomechaniki.