玻璃體病理生理學(xué)及玻璃體替代物研究進(jìn)展

張靚，李德爽，谷浩，秦波

(貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，貴州 貴陽)

0 引言

近年來在玻璃體視網(wǎng)膜疾病治療和眼內(nèi)給藥方面的進(jìn)展對(duì)玻璃體替代物的存在提出了新的要求。理想的玻璃體替代物應(yīng)模仿自然玻璃體的所有積極特性，如透明度、彈性、緩沖能力和與鄰近組織的生物相容性，并避免一些與天然物質(zhì)相關(guān)的消極特性，如液化和隨年齡增長的生物降解。

目前大多數(shù)玻璃體替代物主要用來維持眼內(nèi)壓和保持玻璃體空間的生物力學(xué)和光學(xué)特性。不同種類的玻璃體替代物在結(jié)構(gòu)、組成、生物力學(xué)和生理特性等方面存在較大差異。因此，我們回顧病理變化，并著重分析與玻璃體替代物相關(guān)的臨床特點(diǎn)。

1 玻璃體的結(jié)構(gòu)和功能

1.1 解剖結(jié)構(gòu)

玻璃體是一種膠狀結(jié)構(gòu)，充滿于晶狀體和視網(wǎng)膜之間的空間。自然玻璃體具有良好的透明度，但其結(jié)構(gòu)不均勻，由不同密度、不同組成成分的幾個(gè)部分組成[1]。最接近視網(wǎng)膜的部分是玻璃體皮層，這是玻璃體密度較高的部分，厚度約100-300μm。與鋸齒緣相連的玻璃體，稱為玻璃體基底部，比皮層密度更高[2]。

玻璃體和視網(wǎng)膜的邊界由一種稱為玻璃體視網(wǎng)膜界面的膜復(fù)合體組成，它由視網(wǎng)膜的內(nèi)界膜(Inner Limiting Membrane，ILM)和一層緊密的膠原纖維組成。玻璃體視網(wǎng)膜界面的膜厚度不同，黃斑周圍的膜厚度是赤道部的5-6倍[3]。在某些情況下，成年玻璃體的中心可見一條中央通道Cloquet管，它是原始玻璃體的殘余。

人出生時(shí)玻璃體是一個(gè)完全凝膠狀的結(jié)構(gòu)，但隨著年齡的增長，逐漸液化。液化是指凝膠狀的玻璃體逐漸脫水收縮，水與膠原分離。液化的玻璃體可能導(dǎo)致一些組織病理變化甚至疾病，如玻璃體前脫離、玻璃體后脫離以及牽拉性視網(wǎng)膜脫離。此外，這些結(jié)構(gòu)所造成的不均勻密度性可能會(huì)影響玻璃體內(nèi)藥物的擴(kuò)散速度。

1.2 化學(xué)組成

玻璃體99%以上的成分是水，然而，并不是所有的水都是游離的。有些與蛋白質(zhì)和黏多糖結(jié)合，研究表明在猴和牛的玻璃體內(nèi)結(jié)合水占所有含水量的15%到20%(其余為游離水)[4]。

1.2.1 蛋白質(zhì)

玻璃體的蛋白質(zhì)含量雖然占總含量的百分比很小，但在性質(zhì)上是非常多變且復(fù)雜的。人的可溶性蛋白質(zhì)含量在200～1400mg/mL之間[5]，隨著年齡的增長有升高的趨勢(shì)。一般來說，靈長類動(dòng)物的大多數(shù)可溶性蛋白是白蛋白(40%)，其他主要成分是鐵結(jié)合蛋白(30%)。且有報(bào)道表明轉(zhuǎn)鐵蛋白存在于正常的人玻璃體中[6]，轉(zhuǎn)鐵蛋白是在玻璃體中合成的。鐵在玻璃體出血中起重要作用，轉(zhuǎn)鐵蛋白和其他的鐵結(jié)合蛋白可以通過減少鐵的毒性作用，對(duì)玻璃體內(nèi)少量出血起保護(hù)作用。

膠原蛋白是玻璃體中最豐富的不可溶性蛋白，主要分為II型、V/XI型、VI型和IX型。玻璃體膠原主要為II型(60-75%)，其次為IX型(25%)、V/XI型(10-25%)和IV型(＜10%)。其中IV型膠原交聯(lián)于膠原纖維的表面，V/XI型膠原組成玻璃體膠原纖維的核心部分[7]。人玻璃體中膠原蛋白濃度約為300μg /mL，而膠原纖維直徑為10—25nm。玻璃體膠原可能起源于視網(wǎng)膜的Müller細(xì)胞，已經(jīng)有體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)Müller細(xì)胞能合成玻璃體膠原[8]。

1.2.2 透明質(zhì)酸

玻璃體的另外一個(gè)重要成分是透明質(zhì)酸(glycosaminoglycans，GAGs)。它是一種由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖組成的葡糖氨基葡聚糖。其主要有三類，包括透明質(zhì)酸(hyaluronic acid，HA)、硫酸軟骨素(chondroitin sulfate，CS)和硫酸肝素(heparan sulfate，HS)。

HA又稱透明質(zhì)酸或透明質(zhì)酸鹽，是20世紀(jì)30年代首次從牛的樣本中分離出的玻璃的主要成分。HA與膠原形成的三維結(jié)構(gòu)是決定玻璃體粘度的主要因素之一，同時(shí)HA也可作為其他細(xì)胞外大分子組裝的模板。關(guān)于人玻璃體中HA濃度最新的研究為96-115mg/mL，并注意到HA水平隨年齡呈明顯的線性下降(r=-0.66，P＜0.001)[9]。更精確地了解透明質(zhì)酸在人玻璃體中的比例有助于我們更好地理解透明質(zhì)酸在玻璃體病理中的作用。

CS是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，也以兩種蛋白多糖形式存在于玻璃體內(nèi)：蛋白聚糖和IX型膠原。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白聚糖基因(CSPG2基因)的突變可導(dǎo)致危及視力的常染色體顯性遺傳的Wagner玻璃體視網(wǎng)膜變性，典型表現(xiàn)為附著于赤道視網(wǎng)膜的玻璃體液化早、玻璃體巨大空腔、視網(wǎng)膜色素沉著、脈絡(luò)膜萎縮等[10]。

HS已在人類玻璃中發(fā)現(xiàn)有少量的硫酸肝素存在，它是一種可再生的蛋白多糖，被認(rèn)為可使膠原纖維保持適當(dāng)?shù)拈g距[11]。

1.2.3 代謝物

作為鄰近組織細(xì)胞代謝的重要組成部分，在玻璃體中發(fā)現(xiàn)了葡萄糖和乳酸。大多數(shù)被研究的物種，如大鼠、豚鼠、兔子，被發(fā)現(xiàn)葡萄糖濃度只有血漿的一半，玻璃體中可能需要葡萄糖來維持酶的活性。乳酸是人類玻璃體的主要代謝物，其在家兔中的玻璃體濃度為(12mmol/L)略高于其在血漿中的水平(10mmol/L)[12]。

1.2.4 抗壞血酸

抗壞血酸在玻璃體中比在血漿中濃度高?？箟难峥赡芘c白內(nèi)障摘除及老化過程中的液化有關(guān)?？箟难峥勺鳛樾律芤种苿┰黾芋w細(xì)胞的增殖。此外，最近有研究表明，抗壞血酸可能作為一種有效的抗氧化劑發(fā)揮著重要作用，如減少晶狀體附近玻璃體中游離氧的含量，從而防止早期白內(nèi)障的形成[13]。

1.2.5 氨基酸

已在玻璃體內(nèi)鑒定出多種氨基酸，如甘氨酸和精氨酸。玻璃體內(nèi)的游離氨基酸濃度與血漿中濃度相似。

1.2.6 脂肪酸

不飽和脂肪酸占人類玻璃體中脂質(zhì)總含量的50-55%，并且這一比例不隨年齡的增長發(fā)生變化。Redd等人發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)表明，狗和人的脂質(zhì)代謝活躍[14]。

1.2.7 前列腺素

前列腺素(PG)是一種不飽和羧酸，以前列腺酸為基本骨架，有一個(gè)5碳環(huán)和兩條側(cè)鏈。它們是由花生四烯酸合成的。研究最多的是前列腺素PGE2、PGF2、前列環(huán)素和血栓素。人玻璃體中PG水平約為100pg/mL[15]。據(jù)了解其他物種的PG含量還沒有被測(cè)量過。

1.2.8 細(xì)胞

玻璃體內(nèi)有玻璃體細(xì)胞，成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等多種細(xì)胞。玻璃體細(xì)胞在玻璃體基底部密度最高，其次是后極部，在赤道部最低。成纖維細(xì)胞位于睫狀突、玻璃體基底部和視盤附近的玻璃體皮質(zhì)內(nèi)，與玻璃體細(xì)胞的區(qū)別是它們具有長的突起(最長可達(dá)260μm)并且沒有PAS+顆粒。

在玻璃體后皮質(zhì)還有層狀細(xì)胞，主要分布于內(nèi)界膜，其作用是位于玻璃體皮質(zhì)和內(nèi)界膜之間發(fā)揮黏附作用，而在玻璃體其他部位未見這種細(xì)胞。另外，這種細(xì)胞可能與玻璃體視網(wǎng)膜病理性黏附有關(guān)。在玻璃體基底部，于玻璃體視網(wǎng)膜黏附部位可見巨噬細(xì)胞，具有重塑玻璃體視網(wǎng)膜交界面的作用。

Müller細(xì)胞屬于大膠質(zhì)細(xì)胞，其具有多種功能：可穩(wěn)定視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、提供定向支架、給視網(wǎng)膜神經(jīng)元和血管提供結(jié)構(gòu)和代謝的支持、防止異常的光受體移行至視網(wǎng)膜下間隙等[16]。

1.2.9 酶和代謝活動(dòng)

長期以來，玻璃體被認(rèn)為是一種代謝靜止組織。1982年有研究證實(shí)玻璃體內(nèi)存在果糖，這表明了玻璃體內(nèi)存在組織代謝活動(dòng)，并進(jìn)行透明質(zhì)酸的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，玻璃體內(nèi)可分離出血管緊張素轉(zhuǎn)化酶。另外，最近的研究表明持續(xù)的氧代謝(抗壞血酸作為底物)也支持玻璃體可進(jìn)行代謝活動(dòng)這一觀點(diǎn)[17]。

玻璃體中含有葡萄糖和乳糖分子，也證實(shí)玻璃體是一個(gè)代謝體。葡萄糖為酶的代謝所必需，乳糖是玻璃體主要的代謝產(chǎn)物。

1.3 物理性質(zhì)

1.3.1 組織構(gòu)成

玻璃體的凝膠性是由膠原纖維與透明質(zhì)酸分子混懸形成的結(jié)果，透明質(zhì)酸分子能包圍并穩(wěn)定水分子。透明質(zhì)酸和膠原蛋白以及它們自身分子結(jié)構(gòu)的結(jié)合決定了玻璃體的黏彈性。

1.3.2 組分梯度

雖然從宏觀上看玻璃體呈同質(zhì)均一性，但從微觀上看，(如玻璃體的解剖和光學(xué)性質(zhì)得出)玻璃體的成分是不均勻的。許多成分梯度可以證實(shí)這一不均一性。這些梯度主要包括膠原、蛋白質(zhì)、結(jié)合水、透明質(zhì)酸、葡萄糖、乳酸和氧梯度等。此外，壓力梯度也被證實(shí)存在。在這其中，各種離子可以很輕易地穿透，離子在玻璃中不斷地運(yùn)動(dòng)，這可能是由于眼睛的恒定電位。大多數(shù)梯度的前后方向與玻璃體腔前部的密度、粘度更大(玻璃體基底)有關(guān)。而密度、粘度的不同也與代謝活動(dòng)的不同的相關(guān)。組分梯度可能是決定玻璃體內(nèi)給藥小分子或給藥裝置后玻璃體內(nèi)藥物濃度局部差異的主要因素之一[18]。

1.4 天然玻璃體的功能

1.4.1 關(guān)于眼球生長，體積和彈性

玻璃體是眼球體積最大的部分，在眼球的生長和結(jié)構(gòu)中起著重要的作用。研究表明，眼球和視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)的生長均依賴于玻璃體中的透明質(zhì)酸。

眼球是持續(xù)運(yùn)動(dòng)的，即使在凝視某一物體時(shí)也不例外。因此玻璃體承受著大量的低頻機(jī)械應(yīng)力、摩擦和振動(dòng)。玻璃體中高含量的透明質(zhì)酸使其表現(xiàn)為黏彈體而不是黏性溶液，因此，玻璃體具有良好的減震作用。玻璃體的這一特性隨著年齡的增長而逐漸衰退，因?yàn)椴Ａw的凝膠狀部分隨年齡增長而液化減少。

1.4.2 透明度和調(diào)節(jié)性

玻璃體是一種高度透明的眼部介質(zhì)，它能傳遞90%的可見光和紅外光，其效果與水溶液下非常相似[19]。玻璃體內(nèi)幾乎沒有光散射，這主要是由于膠原纖維之間的距離較大。玻璃體也作為晶狀體囊的支撐，在一定程度上促進(jìn)調(diào)節(jié)的自然過程

1.4.3 屏障功能

在正常狀態(tài)下，玻璃體作為血-玻璃體屏障的重要組成部分，能夠抑制炎癥、增殖以及新生血管形成。雖然玻璃體可能在預(yù)防細(xì)菌感染和相關(guān)炎癥方面有效，但它卻會(huì)促進(jìn)病毒感染。最近有報(bào)道證實(shí)在細(xì)胞培養(yǎng)中加入玻璃體顯著增加了病毒的轉(zhuǎn)導(dǎo)，這表明玻璃體是病毒感染的良好媒介[20]。

1.4.4 營養(yǎng)/代謝狀態(tài)

自20世紀(jì)60年代末以來，人們就認(rèn)識(shí)到玻璃體可以作為鄰近組織的代謝儲(chǔ)存庫。此外，通過玻璃的物質(zhì)運(yùn)輸可能會(huì)影響周圍組織的代謝活動(dòng)。玻璃體能減少晶狀體與氧的接觸，因此玻璃體的這種凝膠狀態(tài)可減少晶狀體的氧化損傷，并通過抗壞血酸依賴機(jī)制的氧耗系統(tǒng)阻止或減少白內(nèi)障的發(fā)生[21]。

2 玻璃體的病理生理

2.1 老化

大多數(shù)低等哺乳動(dòng)物(如兔、貓、狗、羊、牛)的玻璃體隨年齡變化相對(duì)較小。相比之下，恒河猴和人類的玻璃體會(huì)隨著年齡的增加而液化[22]。出生時(shí)，人的玻璃體完全是凝膠狀的。然而，隨著年齡增長，在尸眼中觀察到的中央玻璃體液化體積呈線性增長，從出生時(shí)的0mL到80歲時(shí)2mL(約為總體積的45%)[23]。

此外，隨著年齡的增長，玻璃體內(nèi)的膠原蛋白和蛋白濃度也會(huì)增加，這可能是由于血漿蛋白滲漏多以及膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的斷裂所致，而其他物質(zhì)如纖溶酶也會(huì)隨著年齡增長而增加。玻璃體液化在玻璃體脫離中起重要作用。

既往認(rèn)為透明質(zhì)酸的水平不會(huì)隨著年齡而改變，但最近的研究發(fā)現(xiàn)黃斑裂孔和糖尿病視網(wǎng)膜病變玻璃體切割手術(shù)的樣本中，透明質(zhì)酸的量會(huì)隨著年齡的增加而減少。玻璃體的凝膠狀態(tài)能維持相對(duì)較高的維生素c水平和持續(xù)的氧耗，而在玻璃體液化部分，維生素c水平相對(duì)較低，可導(dǎo)致局部的高氧和白內(nèi)障形成[21]。

蛋白質(zhì)含量隨著年齡的增加而增加，其濃度的變化可導(dǎo)致視網(wǎng)膜內(nèi)界膜增厚和玻璃體膠原纖維的凝集增加，并能牽拉相鄰的視網(wǎng)膜，從而引起視網(wǎng)膜脫離。

2.2 玻璃體視網(wǎng)膜病變

玻璃體視網(wǎng)膜病變中最常見的是玻璃體后脫離(posterior vitreous detachment，PVD)是指玻璃體后皮層與視網(wǎng)膜內(nèi)界膜的分離。PVD的患病率隨年齡增長而增長。由于部分玻璃體和漂浮物的膠原纖維以及液化部分的光散射特性不同，PVD可能會(huì)引起閃光感，這是玻璃體視網(wǎng)膜牽拉癥的一種癥狀，在PVD的急性發(fā)展中更是常見。

而更嚴(yán)重的并發(fā)癥則是視網(wǎng)膜牽拉和玻璃體出血。PVD的另一個(gè)并發(fā)癥是玻璃體劈裂，指的是玻璃體后皮質(zhì)裂開所形成的一種形態(tài)學(xué)改變，僅留下部分皮層與視網(wǎng)膜相連。正常人的玻璃體膠原纖維、視網(wǎng)膜內(nèi)界膜和Müller細(xì)胞的細(xì)胞漿之間有著很強(qiáng)的黏附力，當(dāng)玻璃體與視網(wǎng)膜內(nèi)界膜之間的聯(lián)接力量強(qiáng)于玻璃體各層之間的聯(lián)接時(shí)，就可能發(fā)生玻璃體劈裂。因此，玻璃體劈裂可視為PVD異常的結(jié)果。玻璃體劈裂常與增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變(高達(dá)80%)相關(guān)，通過激活玻璃體體細(xì)胞可刺激細(xì)胞遷移、增殖，最終形成纖維膜機(jī)化收縮牽拉視網(wǎng)膜引起視網(wǎng)脫離。同樣，玻璃體劈裂在Eales病中也可見到，并可能在該病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[24]。

由于玻璃體對(duì)視網(wǎng)膜的牽拉而導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫離。最近有研究表明，玻璃體黃斑牽拉與年齡相關(guān)性黃斑變性的嚴(yán)重程度相關(guān)(P=0.0082)，推測(cè)是RPE細(xì)胞損傷的關(guān)系[25]。此外局部緊密的后部玻璃體視網(wǎng)膜連接牽拉還能導(dǎo)致黃斑裂孔形成

2.3 糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病患者玻璃體中的糖含量升高，可能導(dǎo)致非酶糖基化產(chǎn)物和晚期糖基化終產(chǎn)物增加，這可能影響玻璃體膠原纖維。另一種機(jī)制證實(shí)糖尿病性視網(wǎng)膜病變可能對(duì)透明質(zhì)酸產(chǎn)生類似衰老的形態(tài)學(xué)變化[26]。

2.4 白內(nèi)障

玻璃體切除術(shù)后晶狀體附近的氧濃度增加，這可能會(huì)導(dǎo)致白內(nèi)障的形成[27]。

2.5 增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變(proliferative vitreoretinopathy，PVR)

PVR的基本病理過程是視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的移行、增生，在視網(wǎng)膜前后及玻璃體腔內(nèi)形成增生膜，增生膜的收縮最終導(dǎo)致牽拉性視網(wǎng)膜脫離。血小板源性生長因子和結(jié)締組織生長因子作用于RPE細(xì)胞，導(dǎo)致其病理性增生并誘發(fā)PVR。玻璃體腔內(nèi)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的彌散，血-眼屏障破裂和玻璃體出血是目前認(rèn)為的增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變的主要危險(xiǎn)因素[28]。

3 理想的玻璃體替代物

理想的玻璃體替代物應(yīng)在形態(tài)和功能上與天然玻璃體相似，同時(shí)在手術(shù)中易于操作。應(yīng)具有相似的粘彈性，并能在生理狀態(tài)下維持眼壓，支撐眼內(nèi)組織(包括視網(wǎng)膜)處在合適的位置。同時(shí)，替代物應(yīng)允許離子和電解質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，并保持某些物質(zhì)(如氧氣、乳酸、抗壞血酸等)的濃度與天然玻璃體中的濃度相當(dāng)。與天然玻璃體一樣，理想的玻璃替代品應(yīng)該是透明清晰且是永久性的，只需要一次植入。替代物不應(yīng)與周圍視網(wǎng)膜釋放的產(chǎn)物產(chǎn)生相互作用，這會(huì)導(dǎo)致替代物的降解。此外，它不應(yīng)該引起任何毒性反應(yīng)，并在長期使用時(shí)保持生物相容性。一旦置入眼中，它不應(yīng)該被生物降解或分散成可以吸收或?qū)е鲁霈F(xiàn)免疫反應(yīng)的小顆粒?；趯?shí)際原因，理想的替代物應(yīng)該容易獲得，可穩(wěn)定儲(chǔ)存，并可通過小型注射器注射，并且價(jià)格合理。開發(fā)一種能夠滿足所有這些理想特性的替代物是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。然而與玻璃體自身復(fù)雜特性不同的是，臨床上使用的玻璃體替代品目前僅僅只是充當(dāng)視網(wǎng)膜填塞物的作用。

4 現(xiàn)有的替代物

目前可用的玻璃體替代物可分為四大類：氣體(空氣、可膨脹氣體)、液體(平衡鹽溶液、全氟碳液體、半氟代烷烴、硅油等)、聚合物(主要是水凝膠)和折疊式人工玻璃體球囊。目前可用的替代物除FCVB外只能滿足理想的玻璃體替代物的生物力學(xué)方面的要求，即作為視網(wǎng)膜填塞物。

4.1 氣體類的替代品

4.1.1 空氣類替代品

空氣最早在1911年被用于修復(fù)視網(wǎng)膜脫離?？諝鈨r(jià)格低廉，容易獲得且不需要取出，它能被吸收并被房水代替。然而不幸的是，由于在視網(wǎng)膜的擴(kuò)散，其在玻璃體內(nèi)停留時(shí)間僅有幾天。此外，空氣的折射率(1.0008)與重要的光學(xué)組織(1.33)不相容。因此，空氣作為玻璃替代物在某種程度上是有限的。它僅限用于玻璃體切除術(shù)后沒有其他替代物頂壓視網(wǎng)膜的緊急選擇。

4.1.2 膨脹型氣體替代物

自20世紀(jì)70年代開始，膨脹氣體就被使用了。最常用的氣體是六氟化硫(SF6)和全氟丙烷(C3F8)，前者是空氣重量的五倍，后者是空氣重量的六倍。這兩種氣體都是無色無味無毒的。它們?cè)?993年被美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)可用于氣動(dòng)頂壓視網(wǎng)膜劑以填充玻璃腔。

氣體在視網(wǎng)膜固定術(shù)中有很好的成功率(＞90%)?？膳蛎洑怏w比空氣持續(xù)時(shí)間更長，但根據(jù)全氟丙烷的不同占比，可在6至80天內(nèi)自行吸收，并被房水取代，從而避免了二次手術(shù)[29]。

雖然氣體的膨脹性可以維持眼內(nèi)壓，但在嚴(yán)重情況下眼壓突然升高可能會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈阻塞。同樣，患者需要避免更高的海拔，以防止氣體擴(kuò)張膨脹。在密度小于玻璃體腔的情況下，全氟碳?xì)怏w不能有效地填塞頂壓下方視網(wǎng)膜。雖然臨床上使用膨脹性氣體可以實(shí)現(xiàn)下視網(wǎng)膜填塞，但需要幾天的嚴(yán)格的面朝下體位，直到下方視網(wǎng)膜裂口閉合，視網(wǎng)膜液體被重新吸收，這會(huì)極大地降低患者的依從性。副作用包括氣體性白內(nèi)障的形成和角膜內(nèi)皮的改變。此外，與空氣一樣，氣體的折射率比角膜、前房液和晶狀體的折射率低(約1.17)。

總的來說，SF6和C3F8兩種氣體均被廣泛應(yīng)用于視網(wǎng)膜脫離手術(shù)，自20世紀(jì)90年代初以來，已成為視網(wǎng)膜脫離修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)。它們是極好的短期玻璃體替代物，但不適合作為長期玻璃體替代物。

4.2 全氟化碳液體(Perfluorocarbon Liquids，PFCLs)

液體或凝膠狀固體能隨頭部運(yùn)動(dòng)保持填塞效果，同時(shí)不被吸收或降解，是一種比氣體更理想的替代品。最早被用作玻璃替代品的液體是水和平衡鹽溶液。從上世紀(jì)90年代開始研究人員對(duì)全氟碳液體(PFCLs)進(jìn)行了研究。

PFCLs是一種含氟、含碳的化合物且無色無味。PFCLs的密度大約是水的兩倍，具有廣泛的運(yùn)輸和釋放O2和CO2的能力，因?yàn)榇嗽颍@種物質(zhì)最初是作為血液替代品設(shè)計(jì)的。PFCLs作為術(shù)中填塞物改變了增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變的手術(shù)治療，因?yàn)樾g(shù)中可使視網(wǎng)膜平整穩(wěn)定，促進(jìn)視網(wǎng)膜前膜剝離和牽拉松解。最常用的PFCLs是全氟癸烷(PFD)、全氟己辛烷(F6H8)、全氟過氫菲和八氟丙烷。

PFCLs用于術(shù)中暫時(shí)使視網(wǎng)膜平整，可用于修復(fù)復(fù)雜的視網(wǎng)膜脫離，并可用硅油或其他長期替代品進(jìn)行交換。由于PFCLs比水重，因此可用于長期填塞下方視網(wǎng)膜脫離而不需要面向下體位，但目前由于其長期毒性臨床使用受限。

PFCLs的高比重特性使其在復(fù)雜視網(wǎng)膜裂孔的修復(fù)手術(shù)中取得良好效果，且并發(fā)癥也不多見，因?yàn)镻FCLs通常在手術(shù)中就被取出。且由于折射率接近水，PFCLs允許在玻璃體手術(shù)中使用。在術(shù)中，PFCLs的低粘度允許組織操作、注射和取出。另外有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，PFCLs對(duì)缺血的視網(wǎng)膜有潛在的神經(jīng)保護(hù)作用，這可能是由于PFCLs的高溶解氧能力造成的。

目前PFCLs由于其長時(shí)間的毒性作用，在很大程度上只局限于術(shù)中使用。在兔眼玻璃體內(nèi)存在超過2-4天已經(jīng)證實(shí)其會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜下造成不可逆的細(xì)胞損傷，最有可能的原因是細(xì)胞的機(jī)械損傷和術(shù)后6天的近乎完全乳化。體外實(shí)驗(yàn)表明，PFD和全氟過氫菲會(huì)破壞視網(wǎng)膜細(xì)胞的生長模式，造成神經(jīng)突起的缺失和其他毒性作用，這表明這些高比重的全氟碳液體會(huì)壓縮和破壞視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)[30]。

此外有學(xué)者提出PFCL的毒性可能主要不是由于機(jī)械壓迫造成的。有體外研究結(jié)果顯示，在一項(xiàng)F6H8或PFD中培養(yǎng)人RPE細(xì)胞的試驗(yàn)中，其活力細(xì)胞雖明顯降低，但其細(xì)胞的增殖能力沒有顯著降低[31]。此不能僅用機(jī)械作用或直接接觸造成的營養(yǎng)不足來解釋活力細(xì)胞減少的原因。此外，最近的一項(xiàng)研究使用F6H8，PFD兩種物質(zhì)混合三個(gè)月以上，其在兔眼中顯示出良好的耐受性，沒有發(fā)現(xiàn)與重力相關(guān)的結(jié)構(gòu)損傷[32]。

總的來說，PFCLs在術(shù)中可用于常規(guī)及復(fù)雜視網(wǎng)膜脫離的修復(fù)，但其直接毒性和誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的可能限制了其作為長期填塞物的使用。

4.3 硅油(Silicone Oil，SO)

自20世紀(jì)60年代以來，SO一直被用作玻璃的替代品，但直到1994年才獲得FDA的批準(zhǔn)。它類似于硅橡膠，是一種比重略小于水(0.97g/mL)的疏水性物質(zhì)，折射率為1.4(略高于玻璃體指數(shù)1.33)。

對(duì)于復(fù)雜的視網(wǎng)膜脫離，SO作為短期或長期填充物是有效的，也是目前唯一被接受的長期玻璃體替代物質(zhì)。它有幾種粘度，用厘沲(cSt)計(jì)量，是水粘度的倍數(shù)。目前臨床上使用1000cSt和5000cSt左右的硅油。取出SO的理想條件是視網(wǎng)膜附著，脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜瘢痕形成，視網(wǎng)膜牽拉消失時(shí)。雖然SO通常在3-6個(gè)月后被取出，但取出的建議范圍從6-8周到6-30個(gè)月不等。并且解剖結(jié)果和視力在6至24個(gè)月期間保持穩(wěn)定，這表明有長期使用的可能。一項(xiàng)2573只眼的研究表明硅油和C3F8是較好的長效填塞視網(wǎng)膜的替代品，并且在某些臨床情況下，如低眼壓，硅油可能比C3F8更有優(yōu)勢(shì)[33]。

SO由于其高表面張力、易去除性、低毒性和透明性，成為了較好的長期玻璃體替代品。由于SO與水不混溶，高表面張力和低比重會(huì)對(duì)上視網(wǎng)膜產(chǎn)生良好填塞效應(yīng)，在保持解剖完整性方面的成功率為70%。如果術(shù)后計(jì)劃乘坐飛機(jī)或高海拔旅行，則最好使用SO填塞。

然而SO是疏水性的，因此不如氣體與視網(wǎng)膜接觸理想。雖然SO是透明的，但是它的折射率(1.4)仍與天然玻璃體(1.3)不同。另外由于SO的低比重性，下視網(wǎng)膜的填充仍是困難的。在一項(xiàng)對(duì)有晶狀體眼使用SO的研究中發(fā)現(xiàn)白內(nèi)障發(fā)生率從術(shù)前的52%上升到術(shù)后一年的73%[33]。SO的另一個(gè)缺點(diǎn)是SO取出后可能導(dǎo)致的并發(fā)癥;包括有復(fù)發(fā)性視網(wǎng)膜脫離、視力下降或喪失、低眼壓等。Veckeneer等人報(bào)告說，在大約12%的病例中，附著在視網(wǎng)膜上的硅油很難去除干凈。SO的其他并發(fā)癥還有并且乳化問題、角膜失代償和帶狀角膜病變，因小梁網(wǎng)濾過通道被阻塞引起的青光眼，以及因充盈不足引起的低眼壓。另外有研究顯示硅油小滴遷移到視網(wǎng)膜和視神經(jīng)[34]，而眼內(nèi)有髓視神經(jīng)纖維的廣泛丟失可能是由于SO的自由液體特性造成的[35]。

最后，SO雖然至今仍在使用，但其對(duì)眼內(nèi)結(jié)構(gòu)(如白內(nèi)障形成、角膜帶狀變性)仍存在一些潛在的不良副作用。與SO相關(guān)的毒性問題也激發(fā)了新的、毒性較低的替代品的開發(fā)，并通過使用硅油和其他液體的組合來降低毒性。

5 硅油/半氟化物(Semifuofinated Alkanes，SFAs)結(jié)合體

最近，SFAs和硅油作為填充劑的混合物已經(jīng)被研究并批準(zhǔn)用于臨床。通過將這兩種液體結(jié)合起來，該溶液利用了SFAs的高比重和硅油的高粘度，從而生產(chǎn)出一種填塞效果良好、乳化作用極小的玻璃替代品。溶解度實(shí)驗(yàn)表明，這種混合物可以產(chǎn)生被稱為“重硅油”的均勻透明溶液和被稱為“雙填充”的不均勻溶液

5.1 雙填充溶液(Double Fill，DF)

DF使用的目的是使密度較輕的SO支持上視網(wǎng)膜，而較重的SFAs支持下視網(wǎng)膜，從而比單獨(dú)使用每種液體產(chǎn)生更少的并發(fā)癥。

盡管理論上DF可用于視網(wǎng)膜上或下方裂孔填塞。但實(shí)際上對(duì)于較大的下方視網(wǎng)膜裂孔效果更好。DF表現(xiàn)為單一泡狀物，這提高了F6H8作為填塞劑的效用，減少了分散性。

一項(xiàng)體外研究表明，DF作為填塞劑對(duì)下方視網(wǎng)膜的效果優(yōu)于硅油，并且與單獨(dú)使用全氟己辛烷相比，DF乳化的風(fēng)險(xiǎn)較低。

另外DF不能同時(shí)提供良好的上、下視網(wǎng)膜填塞。最明顯的就是DF無法提供足夠的上方視網(wǎng)膜支撐：DF產(chǎn)生的不是均勻的氣泡，而是在下方產(chǎn)生一個(gè)雞蛋形狀的氣泡，下方質(zhì)量較重的是純F6H8，上方質(zhì)量較輕的是F6H8溶解在硅油中的F6H8溶液;整個(gè)氣泡表現(xiàn)的是一個(gè)比水重的填塞物[36]。

最后，盡管DF沒有達(dá)到其創(chuàng)建者的預(yù)期要求，但它仍被用于治療較大的下方視網(wǎng)膜裂孔。

5.2 重硅油(Heavy Silicone Oil，HSO)

HSO是一種比水更重的內(nèi)部填塞劑，它是一種由SO和PFA混合成的均勻溶液。HSO已被推廣為一種長期的視網(wǎng)膜內(nèi)填塞劑，用于治療伴有下方增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變的復(fù)雜視網(wǎng)膜脫離。目前用于臨床的主要有兩種：博士倫公司的OxaneHD和Densiron6-8。在鹿特丹和利物浦的一項(xiàng)雙中心試點(diǎn)研究中初始視網(wǎng)膜填塞成功率為81%[37]。最近的幾項(xiàng)研究顯示，HSO在3個(gè)月及更長時(shí)間內(nèi)具有良好的解剖成功率(54-81%)和穩(wěn)定的視力，且眼內(nèi)耐受性良好，無明顯的乳化[38]。

但HSO比水重且較粘稠故很難去除。目前，大多采用18號(hào)長針頭在視盤上方進(jìn)行強(qiáng)力主動(dòng)抽吸去處HSO，這增加了醫(yī)源性視神經(jīng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。而現(xiàn)嘗試使用較短(7.5mm長)和更小(20號(hào)針)的新型遠(yuǎn)距離針頭取出HSO可能降低進(jìn)入部位撕裂、術(shù)后低眼壓或其他醫(yī)源性損傷的風(fēng)險(xiǎn)[39]。HSO填充導(dǎo)致的并發(fā)癥包括白內(nèi)障、眼內(nèi)炎、乳化、眼前段毒性、眼壓升高等，以及在頂壓下方視網(wǎng)膜時(shí)，可能會(huì)對(duì)上方視網(wǎng)膜牽拉導(dǎo)致上方視網(wǎng)膜脫離。

因此盡管HSO的研究取得了一定進(jìn)展，但HSO的并發(fā)癥仍然有待于進(jìn)一步的臨床研究。

6 水凝膠

水凝膠，是在水溶液中膨脹而不溶解的三維聚合物，其生物相容性好、可注射，同時(shí)具有通透特性，是目前玻璃體替代物的研究熱點(diǎn)。目前研究的水凝膠主要為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)水凝膠、聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)水凝膠、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)水凝膠及聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)水凝膠等。有報(bào)道在特定條件下用PVA和三偏磷酸鈉(sodium trimetaphosphate，STMP)反應(yīng)，STMP可提高轉(zhuǎn)化溫度同時(shí)降低水凝膠約50%的吸水率，結(jié)果顯示，當(dāng)PVA比重占4.259%，STMP/PVA比為1：6.821及初始pH為9.424時(shí)為最佳條件，可獲得與玻璃體特性相似的水凝膠[40]。

而目前改良后的新型水凝膠，根據(jù)環(huán)境刺激形式的不同，可分為：溫敏性、pH敏感性、鹽敏性、電場(chǎng)敏感、光敏感及壓敏水凝膠。

水凝膠目前不僅可作為視網(wǎng)膜填塞物，并有可能通過控制網(wǎng)孔大小成為眼內(nèi)藥物釋放的載體。它最突出的優(yōu)勢(shì)是其在膠凝前黏度低易操作，膠凝后無色透明、頂壓效果好。

但水凝膠在體內(nèi)有迅速降解的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)用水凝膠植入物的生物降解率與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，降解時(shí)間為60～150天。凝膠如何放置于眼內(nèi)也是一個(gè)棘手的問題，直接注射會(huì)使凝膠變形并且失去彈力。而新型水凝膠可以以液體形式注入玻璃體腔，給予相應(yīng)的環(huán)境刺激，使其變?yōu)槟z狀態(tài)。相應(yīng)報(bào)道[41]主要有Pluronic F127和WTG-127，后者能在室溫下以液態(tài)注入眼內(nèi)，隨后在生理體溫36℃下原位膠凝并保持透明，但其降解時(shí)間短，并在完全膠凝前有滲入視網(wǎng)膜裂孔下的可能。而前者可誘發(fā)嚴(yán)重視網(wǎng)膜毒性。

一項(xiàng)注射PVP的兔眼研究顯示，在玻璃體注射PVP后4周時(shí)，PVP消失了50%。使用光學(xué)顯微鏡，研究人員在兔眼玻璃體、神經(jīng)視網(wǎng)膜以及視網(wǎng)膜下空泡看到了巨噬細(xì)胞，他們認(rèn)為PVP的消失是由巨噬細(xì)胞吞噬溶解的[42]。

因此新型水凝膠雖在生物相容性和光學(xué)性能上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但在注射方式以及生物降解方面還需要更長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和臨床研究。

7 折疊式人工玻璃體球囊(Foldable Capsular Vitreous Body， FCVB)

依據(jù)天然玻璃體的膜狀結(jié)構(gòu)，Gao[43]等人發(fā)明了一種折疊式人工玻璃體球囊，它是由一個(gè)玻璃體狀球囊和一個(gè)管-閥系統(tǒng)組成。通過管-閥系統(tǒng)在球囊植入眼內(nèi)后注入一種可注射的介質(zhì)，如平衡鹽溶液(BSS)、水凝膠、硅油，使得球囊膜膨脹以支持視網(wǎng)膜。FCVB的基本材料是液體硅橡膠，它是一種穩(wěn)定無毒的醫(yī)用材料。

FCVB可提供屏障功能，防止了球囊內(nèi)物質(zhì)的遷移并減少內(nèi)部環(huán)境對(duì)球囊內(nèi)物質(zhì)的影響。Gao[43]報(bào)道了FCVB植入兔眼中顯示8周內(nèi)FCVB+平衡鹽溶液在4只兔眼中均勻填充玻璃體腔，有效支撐視網(wǎng)膜。且細(xì)胞毒性測(cè)試、視網(wǎng)膜電圖和組織學(xué)研究均無明顯眼損傷。

Lin[44]報(bào)道了將FCVB+平衡鹽溶液植入11只人眼中，觀察治療3個(gè)月后，11只眼中有8只眼(73%)視網(wǎng)膜復(fù)位，3只眼因FCVB中生理鹽水的滲漏而失敗。他們這可能與FCVB表面微孔有關(guān)，手術(shù)眼的眼壓和視力與術(shù)前相比無明顯差異。眼內(nèi)未見明顯炎癥細(xì)胞。最近Lin[45]納入了嚴(yán)重視網(wǎng)膜脫離且無法用硅油填充復(fù)位的3只眼植入FCVB+SO，三年后視網(wǎng)膜復(fù)位率100%，視力略有提高，眼壓穩(wěn)定，未見硅油乳化遷移。這說明目前FCVB的臨床應(yīng)用是安全有效的。FCVB球囊表面孔徑為300nm，可作為地塞米松磷酸鈉、左氧氟沙星、5-氟尿嘧啶等藥物的眼內(nèi)緩釋系統(tǒng)[46,47,48]。Ting Wang在2013年報(bào)道了FCVB在眼內(nèi)可持續(xù)穩(wěn)定釋放625ug/mL左氧氟沙星，并能有效抑制家兔眼內(nèi)炎[49]。

盡管硅油乳化和遷移問題已得到解決，但仍有許多棘手的問題需要解決，當(dāng)前首當(dāng)其沖的問題即FCVB各型號(hào)與注入硅油多少的選擇。其次為植入FCVB長期后可能產(chǎn)生的并發(fā)癥，如角膜白斑、持續(xù)性低眼壓等，目前雖未報(bào)道明確因FCVB導(dǎo)致的眼內(nèi)炎感染或交感性眼炎的發(fā)生。但作為嚴(yán)重眼球破裂傷的高概率選擇，是日后臨床工作的預(yù)防重點(diǎn)。

FCVB作為介于硅油和義眼之間的中間產(chǎn)品，有其特有的臨床優(yōu)勢(shì)，但其后續(xù)并發(fā)癥以及手術(shù)技巧是目前限制其在臨床推廣的主要因素。

8 玻璃替代品的發(fā)展趨勢(shì)

8.1 作為藥物傳遞媒介的玻璃體替代物

玻璃體被血-視網(wǎng)膜和血-房水屏障隔離，因此很難通過局部或全身應(yīng)用給藥。最直接的給藥方法是玻璃體內(nèi)注射，但可能在幾天內(nèi)迅速吸收清除，要想達(dá)到所需要的藥物濃度，需要不斷多次注射，而多次注射，又有眼內(nèi)炎、高眼壓等風(fēng)險(xiǎn)。因此研究者試圖在填充玻璃體腔的同時(shí)又能緩釋藥物治療疾病，達(dá)到雙重功效。以減少重復(fù)注射次數(shù)并提高患者的依從性和舒適性。而水凝膠和FCVB在此方面均有相關(guān)進(jìn)展，尤其FCVB目前已積極投入臨床使用。

8.2 細(xì)胞培養(yǎng)/基因治療:能否再生玻璃體？

玻璃體三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得材料替代極為艱難，然而有研究提示通過基因克隆等誘導(dǎo)再生新的玻璃體也具有廣闊的前景.Sommer[50]等在體外不同劑量透明質(zhì)酸下培養(yǎng)玻璃體細(xì)胞，顯示抗壞血酸濃度在(0.1-3.0)mg/mL時(shí)可通過調(diào)節(jié)膠原蛋白的積聚及影響mRNA的表達(dá)來增強(qiáng)玻璃體細(xì)胞的增殖。然而，不確定的透明細(xì)胞增殖也是不可取的。在體外，特定的生長因子可以調(diào)節(jié)透明細(xì)胞的生長。實(shí)驗(yàn)表明，堿性成纖維細(xì)胞生長因子可以促進(jìn)透明細(xì)胞的增殖，而轉(zhuǎn)化生長因子-β1可以抑制透明細(xì)胞的增殖[51]。

最近，通過研究豬眼細(xì)胞的玻璃體細(xì)胞，開發(fā)了一種透明細(xì)胞培養(yǎng)，與其他最近的研究一起，成功地在體外調(diào)節(jié)了透明細(xì)胞。這樣的研究使在培養(yǎng)皿中產(chǎn)生天然玻璃體凝膠的可能性又近了一步。

9 小結(jié)

玻璃體具有獨(dú)特的生物力學(xué)、生物物理和生物化學(xué)性質(zhì)，在玻璃體切除后必須填充物質(zhì)補(bǔ)充玻璃體腔，現(xiàn)存的玻璃體替代物有各種缺點(diǎn)，研究中的新型水凝膠以及FCVB作為新一代的替代物已經(jīng)表現(xiàn)出了不錯(cuò)的優(yōu)勢(shì)，相信隨著干細(xì)胞方法、基因治療、材料學(xué)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，理想的玻璃體替代物終將會(huì)得到臨床應(yīng)用，滿足患者和臨床眼科醫(yī)生的需求。