王 玲 袁 毅 呂雪漫 張 穩(wěn) 姜 琦 (吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院眼科，吉林 長春 30033)

鞏膜在維持眼球形狀方面發(fā)揮關鍵作用，其生長發(fā)育、再生、愈合與應力密切相關〔1～3〕。國內(nèi)外學者對鞏膜的力學特性進行了大量的研究，王超英等〔4〕對比分析了高度近視眼鞏膜與對照眼鞏膜的生物力學特征認為高度近視眼與正常眼相比更容易發(fā)生變形，且具有較低的承載能力。孫朝暉等〔5〕對實驗性近視豚鼠鞏膜生物力學的研究表明，近視眼鞏膜的彈性模量、最大載荷及最大應力均降低，同時其最大應變及蠕變率均升高。由此證明近視眼的鞏膜生物力學發(fā)生了顯著變化，其彈性、應力、承載力均減弱，這些變化可能引起眼球形變加劇加重。Girard等〔6〕對兔眼鞏膜進行了體外應力松弛實驗，發(fā)現(xiàn)離體鞏膜的材料性能并沒有發(fā)生顯著改變，但其沒有研究老齡兔鞏膜應力松弛力學特性。本實驗對比分析正常和老齡兔鞏膜進行應力松弛特性，為老年鞏膜相關疾病的預防和治療提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1實驗動物 健康5月齡雄性日本大耳白兔5只為正常組，體質(zhì)量2.6～2.9 kg;18月齡雄性日本大耳白兔5只為老年組，體質(zhì)量2.9～3.1 kg，均由長春高新醫(yī)學動物實驗中心提供(許可證號SCXK(吉)2003-0004)。動物在籠中自由攝食飲水，飼料為全價兔顆粒料，動物飼養(yǎng)室溫度22℃ ～24℃，自然光照，空氣流通，相對濕度55% ～70%。

1.2鞏膜組織的獲取與試樣制作 兩組動物飼養(yǎng)3 d后，經(jīng)6%水合氯醛腹腔注射麻醉(6 ml/kg)，固定于手術(shù)臺上，處死動物，摘除雙眼球，置于－20℃冰箱中保存，實驗前取出動物眼球，在常溫下復溫后解剖制作鞏膜試樣。將正常眼與老齡眼極部鞏膜剪成長15 mm、厚4 mm的長方形鞏膜試樣，各10個。

1.3鞏膜試樣應力松弛實驗方法 實驗設備為美國MTS公司生產(chǎn)的自動控制電子萬能試驗機，試驗機帶有－30℃ ～250℃環(huán)境溫箱，可根據(jù)需要進行設定。按參考文獻〔7，8〕的方法分別對每個試樣進行預調(diào)處理，確保在(36.5℃±1℃)的溫度條件下進行實驗。分別將各組試樣置于試驗機的夾頭內(nèi)，以50%/min的速度對試樣施加應變，當正常對照組鞏膜試樣應變達到10.9%、老齡組鞏膜試樣應變達到12.5%且兩組鞏膜試樣應力達到2.11 mPa時使應變保持恒定。計算機程序設定實驗時間為7 200 s。為使試樣在實驗過程中保持一定的濕度，實驗過程中不斷向試樣淋生理鹽水。實驗結(jié)束后，控制機器的計算機自動輸出應力松弛數(shù)據(jù)和曲線。

1.4統(tǒng)計學分析 用SPSS16.0軟件行單因素方差分析法和Sceffe法，以歸一化分析的方法分別建立各組試樣的歸一化應力松弛函數(shù)方程。

2結(jié)果

2.1各組坐骨神經(jīng)試樣的應力松弛曲線 正常組、老年組鞏膜試樣應力松弛曲線見圖1。

圖1 正常組、老年組鞏膜試樣應力松弛曲線

2.2各組鞏膜試樣的歸一化應力松弛函數(shù)曲線 各組鞏膜試樣的歸一化應力松弛函數(shù)曲線見圖2。

2.3各組鞏膜試樣的歸一化應力松弛函數(shù)的建立 由圖1可知，應力松弛曲線是以對數(shù)關系變化，按文獻〔9〕的方法設:

式中c、d為待定系數(shù)。

圖2 正常組、老年組鞏膜試樣應力松弛函數(shù)曲線

將實驗數(shù)據(jù)代入(2)式分別解出各組鞏膜試樣的c、d值，將各組試樣的c、d值代入(1)式得出各組鞏膜試樣的歸一化應力松弛函數(shù)方程如下:

正常組鞏膜試樣:

老年組鞏膜試樣:

3 討論

本文比較了正常和老齡家兔鞏膜的應力松弛力學特性，實驗結(jié)果表明，隨著實驗時間的推移，各組鞏膜試樣的應力不斷下降，應力最初1 000 s下降快，之后變化較慢，達到設定時間時，應力松弛曲線基本接近水平，各組鞏膜試樣應力松弛曲線和其他生物材料一樣，均以對數(shù)關系變化。按重量計算，人類鞏膜大約有50%均為膠原，其中大部分為Ⅰ型膠原纖維，Ⅲ型膠原纖維所占比例不到5%〔10〕，其他膠原纖維則占很少一部分〔11〕。Ⅴ型和Ⅵ型膠原纖維主要存在于纖維間基質(zhì)中，目前還沒有足夠證據(jù)表明人類鞏膜中有Ⅱ型、Ⅳ型膠原纖維 。膠原一級結(jié)構(gòu)中的Gly-x-y重復片段是維持膠原結(jié)構(gòu)和生物學功能的重要成分，也是三肽鏈形成三螺旋結(jié)構(gòu)的基礎，其中x常為脯氨酸，y常為羥脯氨酸，由于鞏膜主要由膠原纖維構(gòu)成，所以鞏膜的生物力學情況主要取決于膠原纖維的多少及空間排列情況〔12，13〕。膠原纖維作為黏彈性體，其應力松弛、蠕變?yōu)槠漯椥缘闹饕憩F(xiàn)形式。應力松弛是生物材料對恒應變適應性的反應〔14〕，在一定的恒應變作用下的應力松弛是為了適應鞏膜的生理功能。分析認為，老齡家兔鞏膜膠原纖維的數(shù)量、直徑發(fā)生變化，彈性纖維的構(gòu)型，排列方向，水分的含量發(fā)生了變化，使鞏膜的應力松弛力學特性發(fā)生了改變。Girard等〔6〕研究了人鞏膜力學性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鞏膜的存儲時間并不會影響其生物力學性能，在一定條件下，離體的鞏膜并沒有發(fā)生明顯的非生理性改變，從而證明了體外生物力學測量的可行性。本實驗結(jié)果也證明了體外兔鞏膜應力松弛實驗是可行性的，同時本實驗研究了老齡家兔鞏膜的應力松弛特性，為進一步的研究提供了應力松弛力學理論基礎，具有一定的創(chuàng)新。

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