中国科学院|力学所在青光眼致病机理研究中获进展
青光眼被形象地称为“无声的视力盗贼”（silentthiefofsight） 。 已有研究证实 ， 青光眼的原发部位是视乳头内的结缔组织——筛板 ， 但青光眼的发病机理尚未完全明确 。 究其病因 ， 很大程度上归因于两个力学因素——眼内压及其诱导的筛板变形：高眼内压导致筛板结构与形态发生变化 ， 进而挤压穿过筛板的视觉神经 ， 造成视觉神经损伤 ， 产生不可逆的视觉损失 。 目前 ， 控制眼内压是控制青光眼发展的有效途径 。 但技术的限制使目前无法实时原位观测筛板 。 因此 ， 如果能够构建眼内压作用下筛板变形及响应的力学模型 ， 将有利于揭示青光眼发病机制、提高其临床诊治水平 。
中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM）“生物及仿生材料力学”课题组研究员宋凡等围绕青光眼视神经损伤机制 ， 通过建立筛板力学模型开展研究工作 ， 取得系列研究成果 。
在生理条件下 ， 筛板前、后分别承受眼内压（IOP）与颅内压（ICP） ， 二者形成的压差是造成筛板变形的关键力学因素 。 医学临床上对于IOP与ICP的关系尚存争议 ， 无确切关系式 。 目前 ， 现有研究多采用分段模型表征二者的关系（图1） ， 但该关系式存在奇异性 ， 暗含ICP变化率不连续等与生理规律不符的特性 。 在分析前期研究与临床实验数据基础上 ， 研究人员提出修正关系式：ICP=10erf（0.088×IOP） ， 以描述IOP与ICP的关系 。 该修正关系式弥补已有关系式的缺陷 ， 与临床试验更加吻合（Theor.Appl.Mec.Lett.2016 ， 6：148-150） 。
研究人员采用考虑剪切变形的Reissner型平板理论 ， 建立筛板变形的力学模型 ， 理论计算结果与实验结果相吻合（图2） 。 通过分析筛板变形 ， 研究发现：（1）在横截面上 ， 筛孔均变形成为扭曲的“喇叭”状 ， 解释了此前提出的关于筛孔形状变化的临床结果的缘由；（2）在筛板上下表面 ， 中央区域孔口仍保存圆形 ， 但边缘区域孔口形状变为椭圆 ， 该结果为实验观测结果提供理论解释；（3）筛孔边缘存在应力集中 。 上述研究结果进一步支持青光眼视神经损害的机械学说 ， 揭示青光眼视神经损伤机制 ， 为临界杯盘比提供物理解释（ActaBiomater.2017 ， 55：340-348） 。
在前期研究基础上 ， 宋凡等在《国家科学评论》（NationalScienceReview）发表论文 ， 针对青光眼原发部位——筛板 ， 分析筛板生物力学研究中的科学问题、研究现状和发展机遇 。 分析筛板结构、性质及所处的力学微环境；介绍相关力学模型构建的研究进展 ， 讨论基于该力学模型获得的高眼压作用下筛板在不同尺度上的响应 ， 包括筛板的整体变形、基质重构、细胞响应及分子机制（图4） 。
在已有研究基础上 ， 针对目前青光眼致病机制研究及其诊断、治疗所面临的挑战 ， 研究人员提出应重点关注的研究方向：构建力学模型 ， 以准确反映视神经和毛细血管在高眼压下的损伤演变；确定在杯盘比临界点附近 ， 视神经和毛细血管变形与损伤的关系；探索筛板变形中涉及的应力集中问题与流固耦合问题 ， 确定筛板的各向异性粘弹性本构关系 。
该研究提出建立筛板的多尺度生物力学模型 ， 有利于进一步揭示青光眼发病机制 ， 提高其治疗、诊断水平 。 （Natl.Sci.Rev ， 2020 ， 7：1277-1279） 。
博士田晗菁（已毕业）（Theor.Appl.Mec.Lett.2016；ActaBiomater.2017）、助理研究员李龙（Natl.Sci.Rev ， 2020）为上述研究论文的第一作者 ， 宋凡为论文通讯作者 。 研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）、国家重点研发计划等的资助 。
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图1.IOP与ICP的关系
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