由Jason Nguyen和Liliana Werner设计的白内障人工晶状体手术

Jason Nguyen，医学博士，Liliana Werner，医学博士，博士

简介

晶状体在人眼非调节状态下的屈光度约为+15 ~ +20屈光度(D)。另外43屈光度由角膜提供(见“事实和数据”)。因此，当白内障发生时(几乎不可避免地发生在年老的眼睛中)，必须摘除白内障晶状体，以恢复通过视网膜的清晰图像。白内障手术摘除不透明晶状体后，需要恢复正常透明晶状体的屈光能力。1在现代白内障手术中，在晶状体的前囊(撕囊)上开一个大约5.5毫米的中央开口，然后通过超声乳化和灌吸去除囊袋内的浑浊内容物。然后将人工晶状体(IOL)放置在完整的囊袋内。然而，如果不将人工晶体植入眼内，摘除的白内障晶状体的屈光能力仍然可以通过隐形眼镜或眼镜恢复。2这就是过去发生的事情。病人的白内障晶状体被移除了，医生给他配戴了一副厚厚的眼镜。有天然晶状体的眼睛称为晶状体眼，没有天然晶状体但有人工晶体的眼睛称为假晶状体眼。

第二次世界大战期间，哈罗德爵士Ridley他观察到，当飞机座舱盖上的亚克力塑料碎片卡在他们的眼睛里时，不会像玻璃碎片那样引发炎症排斥反应。这使他提出使用有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯- PMMA)制成的人工晶状体来治疗白内障。1949年11月29日，在圣托马斯医院，雷德利完成了第一个人工晶状体的植入，尽管直到1950年2月8日他才将人工晶状体永久地留在眼睛里。2

人工晶体植入白内障手术现在已经成为美国最流行的眼部手术，仅2006年就有超过300万例手术。3.对于患有密集性白内障的患者来说，这种手术已成为恢复视力的“奇迹”。各种新型人工人工晶状体设计，由不同的生物材料制造，不断为白内障外科医生提供。在本章中，我们将概述白内障手术中使用的人工晶体的特点，以及与它们的使用相关的可能并发症。

人工晶体材料

在检查人工晶体材料时，可以分为四种类型。最初的击穿可以区分由丙烯酸或硅酮材料制成的镜片组。在描述由丙烯酸组成的亚克力镜片时，根据其柔韧性，可以进一步分为不可折叠型和可折叠型。不可折叠镜片由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成。在可折叠镜片内，它们可以进一步分解为疏水丙烯酸或亲水性丙烯酸材料。硅胶镜片是最后一组材料，所有的硅胶镜片都是可折叠的。柔性、可折叠材料的实用之处在于可以将晶状体插入(用镊子)或通过小切口(一般3.0毫米或更小)注入(用注射器系统)到眼睛中。4 - 7

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)晶状体是第一个用于人眼的晶状体(1949年)。他们是刚性的，需要在眼睛上放置一个大切口。随着白内障手术技术的进步，它们已成为发达国家使用最少的人工晶体材料。5

PMMA晶状体使用的减少主要是由于使用超声超声乳化的小切口白内障手术技术的出现，以及可折叠丙烯酸晶状体的普及。可折叠丙烯酸镜片可以由疏水丙烯酸或亲水性丙烯酸材料组成。一般来说，疏水丙烯酸镜片吸水很少(<1%)。另一方面，亲水性丙烯酸晶体吸收的量明显更高(18-38%)。目前可用的可折叠丙烯酸镜片设计都是由不同的共聚物丙烯酸制成的，因此折射率、玻璃化转变温度(聚合物在此温度以上是柔性的，在此温度以下是刚性的)、含水量、机械性能等都不同。在微切口白内障手术中，弹性和高含水量允许某些亲水性丙烯酸晶状体通过非常小的切口(约1.8毫米)插入。4

硅胶晶体是市场上最早的可折叠人工晶体。它们由多有机硅骨架组成，折射率(如1.46)通常低于亚克力透镜(如1.55)。因此，它们的镜片比丙烯酸镜片更厚。4，7

吸收紫外线的化合物(发色团)是IOL光学元件的另一个重要元素。它们保护视网膜免受300-400纳米范围内的紫外线辐射，这是正常晶状体通常提供的功能。市面上也有含有蓝光过滤发色团的黄色疏水性丙烯酸晶体人工晶体(与防紫外线辐射的标准发色团不同)(图1)。加入共价结合的黄色染料后，人工晶体的紫外线/可见光透过率曲线与成年人正常晶状体提供的保护相似。有间接证据表明，这可能导致黄斑变性发生和进展的风险降低。但这仍然是一个有争议的问题。4

IOLFig1

图1:紫外线阻挡IOL和添加蓝色发色团的紫外线阻挡IOL的透光曲线。曲线显示了两种透镜之间透光率的差异。加入蓝光过滤发色团(红线)后，曲线向右偏移，提供了类似于正常晶状体的额外保护。

人工晶体的设计

在现代白内障手术中，理想的人工晶体是固定在囊袋内。如果手术结束时囊袋不完整，人工晶体仍然可以固定在其他部位。然而，晶状体的设计必须适应植入在每个不同的固定部位。人工晶体设计可以用不同的方式分类。根据固定部位的不同，人工晶体可植入眼的前房或后房。前房晶状体可以放置在前房角或固定在虹膜。后房晶状体可固定在囊袋或睫状体沟内(图2)。5

IOLFig2

图2:人眼前段高频超声扫描，其中人工晶体固定在囊袋内(箭头)。彩色线表示人工晶状体可以固定在前房和后房的其他位置。蓝色:前房角。黄色:虹膜。格林:纤毛沟。

人工晶体也可以被描述为单片(整个透镜由同一材料制成)或多片(通常被描述为3片透镜，一个光源的光学透镜和不同材料制成的环)。目前市场上的前房镜片是基于Kelman Multiflex设计的(图3)。这是一种单片镜片，由PMMA制成，带开环。这些镜头的总直径一般在12到14毫米之间。尺寸是根据接受植入物的眼睛的前房直径来选择的。在视神经元件和袢之间有一个角度，这使得视神经的位置更靠前。

IOLFig3

图3:大体照片显示了kelman Multiflex PMMA人工晶体的整体设计。箭头表示透镜的循环。

固定在虹膜上的前房晶状体一般采用虹膜爪形设计(图4)。这些晶状体也是由PMMA制成的单片晶状体，其总直径约为8.5 mm。晶状体与虹膜基质的固定是通过位于光学部件两侧的小爪来实现的(图4，箭头)。5

IOLFig4

图4:虹膜爪人工晶体的整体设计示意图。箭头显示用于虹膜固定的爪子。

后房晶状体设计用于固定在晶状体囊袋内的设计有很多种(图5)。它们可以是单片或多片晶状体。单件镜头可能是开环设计或整体板镜头。整体板透镜可以包含许多不同的固定元素，通常由小的打开或关闭的循环(或称为触觉)表示。不同的材料可用于制造三件套镜片的触觉组件，包括PMMA、聚丙烯(Prolene)、聚酰亚胺(Elastimide)和聚偏氟乙烯(PVDF)。5，8柔性环人工晶体的固定是通过对周围眼组织施加向心压力来实现的。在人工晶体插入过程中，环向中心弯曲，当施加在环上的力被释放时，环重新膨胀。影响人工晶体环路保持其原始对称构型的两个因素是环路刚度，触觉对外力的阻力，使环路集中弯曲，以及环路记忆，环路的能力，重新横向扩展到其原始大小和构型。理想情况下，人工晶状体环应该有足够的灵活性，便于插入和适应眼球的圆形形状。此外，它们应该防止在插入和术后期间对支撑结构的损伤。它们还应具有适当的刚性以抵抗外力，如包膜纤维化引起的囊袋收缩。8

IOLFig5

图5:从死后获得的假晶状体人眼前段的后侧或Miyake-Apple视图拍摄的大体照片，显示了后房人工晶体的不同设计。箭头显示所有眼睛的撕囊开口。A)单片疏水丙烯酸人工晶体。光圈和光镜是用同样的材料制成的。B)平板触觉硅胶人工晶体。C)多片式有机硅人工晶体，带PMMA环。

为了使光学元件位于眼后房(囊袋或睫状体沟)，光学元件与用于植入的三片晶状体环之间必须有一定的角度。如果手术结束时晶状体囊袋不完整，如果有足够的晶状体囊支撑，可以在睫状体前囊的前面固定后房晶状体。临床证据表明，固定在沟内的人工晶体应具有光滑的圆形视前边缘和薄触觉(图6A)。这将减少它们与虹膜后表面的相互作用，并防止色素分散综合征等并发症。9、10睫状体沟固定体的直径必须足够大，以防止人工晶体从中心移位(至少13mm)。如果残留的囊膜支撑不足，可以通过将人工晶体环缝合到巩膜，将后房晶状体固定在睫状沟内。也有技术将这些晶状体的环缝合到虹膜上。

IOLFig6

图6:两种三片式疏水性丙烯酸晶体的扫描电子显微照片。箭头显示晶状体的视前边缘。圆的边缘。B)广场边。

生物相容性

生物相容性是人工晶体植入术的重要前提之一。值得注意的是，人工晶体在生命早期阶段逐渐被使用。因此，重要的是它们能够在眼内环境中保持多年的透明而没有并发症。

葡萄膜生物相容性这个术语通常用来描述眼睛对人工人工晶体的炎症反应(异物反应)。11 - 13人工晶状体植入术导致血水屏障破裂，导致蛋白质和细胞释放到前房。蛋白质在人工晶体表面的吸附是第一个观察到的现象，它影响了界面材料与组织之间的后续细胞相互作用。补体系统被替代途径激活，这导致多形核白细胞和单核细胞的吸引。这些细胞是巨噬细胞和巨细胞的开始，它们构成了针对人工晶体的异物反应(图7)。术后1年内，晶状体表面出现炎症细胞沉积是正常现象。这包括两个不同的过程:一个是小的圆形和成纤维细胞样细胞的反应，在1个月时达到峰值，另一个是巨细胞反应，在3个月时达到峰值。巨细胞随后退化并脱离人工晶状体表面，只留下通常包裹在人工晶状体周围的脱细胞蛋白膜，将其与周围的眼组织隔离开来。11 - 13

IOLFig7

图7:植入细胞学染色后的人工晶状体光镜照片。晶状体表面可见由2个巨细胞、多个成纤维样小细胞和巨噬细胞组成的细胞沉积。

我们中的一员(Liliana Werner)查阅了一些已发表的研究，分析了术后耀斑值，发现不同生物材料之间没有临床相关的差异。她进一步指出，在不同的生物材料中，每个细胞炎症反应(小细胞或巨细胞)的强度和持续时间都是不同的。然而，细胞反应是低级别的，因此临床不显著。4

胶囊状的生物相容性

在讨论晶状体生物相容性时，人工晶体与白内障术后晶状体囊袋内剩余晶状体上皮细胞(LECs)的关系，11了解正常晶状体的上皮是很重要的。这包括一层前上皮细胞(“a”细胞)，与赤道晶状体的细胞(“E”细胞)是连续的(参见Webvision中的“晶状体和白内障”章节，由Alliancy和Mamalis提供)。这两种细胞类型在功能、生长模式和病理过程上有所不同。E细胞是生发细胞，会发生有丝分裂并形成新的晶状体纤维，而A细胞则不会。当被病理过程(或手术)干扰时，A细胞没有迁移的倾向，而E细胞倾向于向后侧晶状体后囊迁移。A细胞有转变成纤维样组织(纤维化生)的倾向。相比之下，E细胞通常会扩大成膀胱样细胞，称为埃尔施尼格珍珠(见附章)。当检查术后囊袋的不同形式的混浊时，如前囊混浊和后囊混浊，这些细胞的差异就显得尤为重要。14

前囊混浊(ACO)是由于人工晶状体的前表面与残留的晶状体前囊的后侧面接触(图8)。这导致晶状体的a细胞发生纤维化生，导致晶状体前囊混浊。15 - 16岁ACO本质上是一种纤维性反应。由于新的可容纳人工晶体的发展，这是值得关注的，它们通常被设计成在容纳过程中在囊袋内移动。由此产生的纤维化可能会限制这些运动。

IOLFig8

图8:从死后获得的假晶状体人眼前段的后部或Miyake-Apple视图拍摄的大体照片，包含3片硅胶晶状体。前囊与人工晶状体表面接触处浑浊。箭头表示撕囊口(开口直径小于3毫米)的包茎，可因纤维化组织收缩而发生。

纤维化组织的收缩也可能导致撕囊包茎(撕囊开口的直径减小到小于3毫米)，这可能导致人工晶体偏离中心，甚至可能导致非常薄和灵活的人工晶体变形(图9)。17日至19日在手术中对前囊内表面进行手术抛光，去除残留的A细胞，可以预防ACO。此外，植入不与前囊内表面保持大面积接触的人工晶状体也可预防ACO。20.

IOLFig9

图9:A)人工晶体植入囊袋的大体照片。由于囊袋极度收缩，人工晶体变形/屈曲。B)同一标本的组织病理学切片的光学显微照片，显示附着在前囊内表面的纤维化组织(箭头)。组织收缩导致前囊出现明显褶皱。

ACO更多的是残余A细胞的影响，后囊膜浑浊(PCO)有纤维化和再生或“珍珠”成分。21 - 24日后发性白内障是白内障手术最常见的术后并发症，在术后前5年的发生率在3-50%之间。这是由于白内障手术摘除晶状体后，晶状体囊袋内残留的晶状体造成的。这些细胞可以增殖并跨越后囊迁移，在那里它们可能导致该结构的褶皱和完全浑浊。因此，患者会描述视力扭曲、视力下降和眩光。年轻患者的LECs有更高的增殖能力;因此，PCO形成的发生率更高。21 - 24日

可再生的PCO更多地归因于残余E细胞的作用。24这些细胞负责形成Soemmering 's ring, Soemmering 's ring被定义为一种甜甜圈状的病变，由保留/再生的皮层和可能在晶状体前囊破裂后形成的细胞组成。出于实际目的，可以将这种病变视为经典PCO的基本前驱体，特别是“珍珠”型(图10)。23

IOLFig10

图10:兔眼植入术后组织病理学切片的光镜显微图。在剖面的两侧可以看到苏默林的环状结构(红色球形结构)。箭头表示前囊和后囊，由于内表面生长的增殖物质而浑浊。

PCO的治疗通常采用钕:YAG (Nd:YAG)激光后囊膜切开术(图11)。在大多数情况下，这是一个简单的过程，但它并非没有风险。并发症包括IOL损伤、IOL半脱位或脱位、视网膜脱离或继发性青光眼。因此，预防这种并发症是很重要的，不仅因为与治疗相关的风险，而且因为手术所涉及的费用。14日23

IOLFig11

图11:从死后获得的假晶状体人眼前段的后部或Miyake-Apple视图拍摄的大体照片，包含一个硅胶板晶状体。眼前、后囊混浊。箭头表示Nd:YAG激光后囊膜切开术的开口，用于治疗PCO。

虽然关于PCO根除有效机制的基础研究还在发展，但实际的外科医生已经可以应用一些原则来预防它。我们实验室的研究和其他中心的临床研究确定了三个有助于预防后发性晶状体的手术相关因素:1)水切割增强皮质清理，2)袋式人工晶状体固定，3)略小于人工晶状体视镜直径的撕裂囊的性能(用于人工晶状体被囊收缩包裹的效果)。同样的研究帮助定义了三个与人工晶体相关的预防PCO的因素:1)使用生物兼容的人工晶体来减少细胞增殖，2)增强人工晶体视神经和后囊膜之间的接触，3)具有方形、截断后视神经边缘的人工晶体。后两个IOL因子增强了IOL光学对来自Soemmering 's环(PCO的前体)的材料的屏障效应(图12)。14日,23日,25 - 30

IOLFig12

图12:从死后获得的假晶状体人眼前段的后部或Miyake-Apple视图拍摄的大体照片，包含3片硅胶晶状体。可以观察到一个突出的Soemmering的环的形成。IOL光的方形边缘产生了屏障效应，防止了PCO的形成。前囊与人工晶状体表面(ACO)接触处浑浊。

人工晶体混浊的原因

术后人工晶状体视神经混浊是一种罕见的并发症，但由于视觉功能下降，最终可能导致人工晶状体的移植和交换。31一些亲水性丙烯酸晶体可观察到术后钙化。此外，硅胶晶状体在某些情况下也会发生钙化(小行星透明质症的病史，这是一种有许多钙沉积漂浮在玻璃体中的情况)。一些PMMA透镜可能表现出一种特殊的退行性变称为雪花退行性变。32

亲水丙烯酸晶体的钙化是由许多问题引起的。与人工晶体制造、人工晶体包装、手术技术和佐剂以及患者代谢状况相关的因素是可能的原因。由于最终导致晶状体钙化的因素和事件顺序的确切组合仍不确定，对这一并发症的持续研究正在进行中。32、33大多数关于钙化亲水丙烯酸晶体的研究描述了术后第二年或更早的时间内的移植。在某些情况下，在透镜的光学表面或次表面上发现了导致混浊的沉积(图13A和13B)。34、35然而，在其他情况下，它们主要在视物质中发现(图13C)。36、37

在小行星透明质病的硅胶晶状体钙化病例中，研究显示只在晶状体的后视表面沉积(图13D)。Nd:YAG激光可以部分去除这些沉积，但由于小行星体富含钙/磷酸盐，在激光去除后会再次堆积。小行星玻璃病是一种退行性疾病，其中羟基磷灰石(钙/磷酸盐)体在眼睛的玻璃体中形成。硅酮人工晶体上形成的不透明是独特的，因为这种类型的钙化在没有小行星透明体病的患者中没有报道过。38-41

IOLFig13

图13:由于术后钙化而移植的人工晶体大体照片。A)亲水性丙烯酸人工晶体表面的钙化。B)高倍镜显示亲水性丙烯酸人工晶体表面钙化沉积。C)亲水性丙烯酸人工晶体内部的钙化。D)硅胶人工晶体后表面钙化。

雪花变性是一种缓慢进展的浑浊，在20世纪80年代早期至90年代中期植入的三片PMMA透镜中观察到。它们通常是用一种叫做注射成型的技术制造的。雪花变性是PMMA在长期紫外线照射下降解的结果，而不是钙沉积。大多数需要解释的PMMA透镜的光学混浊程度可能需要10-20年的发展。在这些病例中观察到的视内球形病变(类似雪花)被认为与PMMA材料退化的部位相对应。病变聚集在视神经中心周围，而不是周围，虹膜可以保护其免受紫外线照射(图14)。42-46

IOLFig14

图14:雪花变性对PMMA人工晶体的混浊作用。A)外植的PMMA晶状体大体照片，显示视神经中心/旁中心部分混浊。B)“雪花”病变的光镜视图。

结论

综上所述，白内障手术是美国最普遍的手术，可能也是全世界最普遍的手术，每年都要植入大量人工晶体。各种新的人工晶体设计，由不同的生物材料制造，不断地提供给白内障外科医生，以取代被摘除的不透明晶状体的屈光能力。用于人工晶体制造的生物材料基本上分为丙烯酸(刚性和可折叠)和硅酮(可折叠)。后囊膜混浊是白内障手术最常见的术后并发症。随着对其发病机制的了解，其发病率在过去几十年有所下降。手术技术、人工晶体设计和材料的进步都有助于PCO发病率的逐渐下降。尽管相对罕见，但由于术后人工晶体混浊等相关问题，可能需要人工晶体植入术。随着市场上每年新晶状体的数量不断增加，我们实验室对人工晶状体的整体生物相容性保持持续的警惕是有必要的。

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关于作者

莉莉安娜沃纳

Liliana Werner，医学博士，是眼科学和视觉科学的终身教授，也是犹他大学John a . Moran眼科中心山间眼研究中心的联合主任。她在巴西获得了医学博士/眼科学位，在法国获得了生物材料博士学位(Université Paris V, René Descartes)。维尔纳博士的研究集中在眼组织与不同人工晶状体设计、材料和表面修饰之间的相互作用上。这些包括白内障手术后植入的人工晶状体，也包括屈光手术用的晶状体和一般的眼科植入装置。她撰写了300多篇关于这一主题的同行评议出版物和书籍章节，与人合作编辑了三本书，并在国际会议上因科学报告、视频和海报获得了许多奖项。她还在至少20个国家的不同国际会议上做过嘉宾演讲，并且是不同公司制造人工晶体和其他眼科生物设备的顾问。莉莉安娜的电话是liliana.werner@hsc.utah.edu

杰森阮

Jason Nguyen医学博士是犹他大学莫兰眼科中心山间眼科研究中心的眼科病理学和研究员。他毕业于俄克拉何马大学医学院，获得医学博士学位，将于2018年7月开始在西弗吉尼亚大学担任眼科住院医生。