Schlemm管形态学的生物测量研究进展

张文静 综述 祁颖 审校

郑州大学第一附属医院眼科，郑州 450052

青光眼作为一种致盲眼病，眼压增高是其发病的主要危险因素，房水循环途径中任何一环发生障碍均可导致眼压升高而引起病理改变。房水流出通路主要分为传统途径、葡萄膜巩膜途径以及虹膜表面的吸收。生理状态下，75%～80%的房水经传统途径排出，传统途径为小梁网、Schlemm管、集合管、房水静脉，最后引流入上巩膜静脉。小梁网和Schlemm管在房水流出通道阻力中起着重要的作用，也是原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)房水外流受阻的主要部位。由于Schlemm管位置较隐蔽，以往的研究多集中在小梁网，但有相关研究表明，Schlemm管在房水外流过程中有着甚至高于小梁网的作用。因此，现在越来越多的研究者开始注重Schlemm管的研究，了解Schlemm管的形态学特征及其生物学测量方法对于青光眼治疗术式的选择以及预后效果的评估具有重要意义。

1 Schlemm管的结构和生理功能

Schlemm管是围绕前房角的房水输出管道，由若干小腔隙相互吻合而成，内壁仅由1层内皮细胞与小梁网相隔，外壁有25～35条集液管，房水经此处流入巩膜内静脉(房水静脉)，最后流入睫状前静脉。研究表明，连接小梁网和集合管的Schlemm管可能是POAG患者房水流出的阻力点，这类患者Schlemm管大小明显小于正常眼，这种减小导致房水外流也随之下降约50%。

Schlemm管内壁是由Schlemm管内皮细胞及其基底膜组成的管壁，其内皮细胞的基底膜不连续，由于基底膜的不完整，在眼压与巩膜静脉压的压差作用下，Schlemm管内皮细胞产生形变向管腔内膨出，形成囊袋样穹隆状结构，即大液泡，这种现象被认为与Schlemm管内皮细胞上的连接管腔内外的微孔形成有关。这些微孔通过排空和充盈多糖复合物来改变房水流入的阻力，对房水流出起调节作用。Allingham等研究发现，POAG患者Schlemm管的内皮细胞微孔和巨大液泡数量均较正常人少，且形态出现异常，这是引起眼压升高的重要原因之一。微孔又与邻管组织的小梁细胞和细胞外基质形成房水流出通道中类似于漏斗的效应。当微孔与邻管组织被分离时，漏斗效应被打破，房水外流阻力减小，这种现象也叫做“洗脱效应”。有研究表明，微孔的形成与内皮细胞的变形能力有关，且内皮细胞的变形能力又受细胞刚性的影响，因此，内皮细胞的刚性也影响房水流出的阻力，内皮细胞的刚性越高，房水外流阻力越大。另外，房水流出在眼全周并非均匀一致，而是呈节段性。Schlemm管的功能呈节段性活跃和开放，研究发现，正常人集液管处Schlemm管的横截面积较大，且鼻侧大于颞侧。

Schlemm管与眼压的关系在以往的研究中已经被证实。一方面，Schlemm管塌陷导致房水外流阻力增加，引起眼压升高。另一方面，眼压的升高也会影响Schlemm管的形态，随着眼压的升高，小梁网扩张，Schlemm管塌陷。Schlemm管塌陷会进一步导致眼压升高，形成恶性循环。此外，眼压升高不仅会导致Schlemm管塌陷，还有可能会导致Schlemm管内壁疝入到Schlemm管外壁集液管的开口处，Schlemm管内壁疝的形成会造成房水外流阻力进一步增大。

2 离体组织Schlemm管检测与评价方法

离体组织Schlemm管的检测方法主要有普通光学显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、电子显微镜和3D计算机断层扫描，以下分别介绍这几种检测方法的主要优势、局限及相应的应用成果。

2.1 光学显微镜

光学显微镜是最早观察Schlemm管形态学的方法，研究者使用组织学方法切片染色研究Schlemm管的位置形态。取离体眼球的前房组织，经浸泡固定、切片染色后，利用光学显微镜来观察Schlemm管的位置和形态。这种方法简单易行，但是离体组织在进行固定切片时，由于受到不可控外力的影响，会不同程度影响Schlemm管的形态。姜发纲等分别利用光学显微镜和电子显微镜观察小鼠房角组织的形态及超微结构，发现

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基因的缺失可导致Schlemm管结构的异常。随着生物组织光学透明技术和光片荧光显微镜的发展，Yang等首次将2项技术结合用于观察眼球结构，其可以清楚准确地检测到Schlemm管的全周结构。与传统的光学显微镜相比，这项技术使我们能够研究眼球各部位的自然形态、位置和组织结构。

2.2 激光扫描共聚焦显微镜

激光扫描共聚焦显微镜是20世纪80年代出现的新技术，与普通的荧光显微镜比较，激光扫描共聚焦显微镜观察时需要的组织更少且可视性更高。另外，由于不需要常规的固定、包埋和切片过程，组织能够最大程度地保留原有的生理结构。将激光扫描共聚焦显微镜与荧光灌注液结合，不仅能够观察到Schlemm管的形态变化，还能观察房水外流通道的情况。

有研究表明可以用双光子激光扫描共聚焦显微镜获取Schlemm管图像数据，双光子激光扫描共聚焦显微镜可直接对眼组织进行成像研究，避免了经过染色剂作用以及组织切片的损伤等技术上引起的形态学改变，因此也是近年来越来越多研究者关注的重点。

2.3 电子显微镜

电子显微镜也是观察Schlemm管的一种重要方法，可以在细胞层次上对Schlemm管有更深一步的了解。透射电子显微镜可以在某一截面细致观察各种细胞及亚细胞结构，清晰呈现Schlemm管的特殊结构大液泡与小孔。而扫描电子显微镜能够细致观察Schlemm管的内外壁表面，并且计算Schlemm管小孔直径与面积。Worthen等通过扫描电子显微镜研究了50只解剖眼的Schlemm管，发现Schlemm管是平行于巩膜表面长轴的长方形管道。之后，也有更多的研究者开始了离体组织中Schlemm管的组织学研究。

2.4 三维微计算机断层扫描

三维微计算机断层扫描(three dimensional micro-computed tomography，3D micro-CT)提供了一种眼前节检查方法，高分辨率3D micro-CT分辨率达1 mm，可以检查眼部较细微结构。近年来，已有研究应用3D micro-CT观察了眼周周围的小梁网、Schlemm管和集合管等结构。该方法可以在不破坏样本的情况下了解其内部显微结构，避免了使用光学显微镜和电子显微镜观察时准备切片及制作标本过程中对组织结构的破坏。通过3D micro-CT对Schlemm管和集液管进行3D重建显示，相同的灌注压下，POAG患者比正常人Schlemm管更不连续且与集液管的吻合度较低。

3 活体中Schlemm管检测与评价方法

离体眼Schlemm管的研究为我们正确认识Schlemm管的形态学特点及其在青光眼发病中的作用带来了很大的帮助，但由于在制作组织切片的过程中存在许多不可控外力的影响，会不同程度地影响Schlemm管的形态，导致离体眼中Schlemm管的研究与活体中存在显著的偏差。另外，由于Schlemm管对青光眼的眼压升高及治疗方式的选择有重要的意义。因此，目前更多研究者主要致力于活体中Schlemm管的研究，并将其应用到临床中。近年来，随着研究技术的发展进步，研究者对Schlemm管的认识有了较大的提高。临床上，运用高频率超声生物显微镜(ultrasound biomicroscope，UBM)和光相干断层扫描(optical coherence tomography，OCT)不仅可以清晰、准确地观察和测量Schlemm管形态，还可以动态记录Schlemm管的变化。了解Schlemm管的形态及功能对青光眼治疗方式的选择及治疗预后的评估具有重要意义。

3.1 UBM

早期的UBM由于需要将眼杯置于眼球上，会对眼球产生一定的压力，导致眼部受压变形，影响Schlemm管的形态，并且不能用于术后检查。随着高频UBM的出现，其不需要大眼杯，仅接触就可检查，解决了早期使用UBM检查眼前节的局限性。

利用高频UBM对Schlemm管观察的研究最早可追溯到2006年，Cameron等利用高频超声成像系统(iScience Surgical Corporation，Menlo Park，CA)观察抗青光眼术后Schlemm管的形态与眼压的关系，发现Schlemm管扩张的患者眼压下降更明显，证实了高频UBM可以观察活体中Schlemm管的情况，也证明了Schlemm管的形态变化对眼压有一定的影响。在此基础上，Irshad等于2010年首次系统地提出了可以利用UBM在活体内观察Schlemm管的横截面直径及其位置(图1)，开启了活体内利用UBM观察Schlemm管的研究大门。之后，其他研究者利用UBM也开展了一系列关于Schlemm管的临床研究。POAG患者Schlemm管的横径、纵径均小于正常人，这与前述的组织学研究结果相一致，为POAG治疗方式的选择提供了新的研究方向。UBM对Schlemm管形态的观察也有助于青光眼患者手术方式的选择，并可以根据抗青光眼术后Schlemm扩张情况评估患者预后。

近年来，3D成像在医学领域得到了广泛的应用，3D-UBM的提出也可以让观察者看到在2D-UBM中可能不清楚的解剖关系，Helms等提出可以将3D-UBM用于iTrack微导管手术，确定微导管插入的位置及范围，并观察术前术后Schlemm管的情况，包括位置、通畅性及术后的形态变化。

3.2 OCT

与高频超声检查相比，OCT是一种新型的非接触性、非侵入性组织断层扫描技术。随着傅立叶域OCT(Fourier-domain OCT，FD-OCT)的出现，为Schlemm管检测提供了一种无创、实时、活体的检查方法。FD-OCT是眼前节OCT的一种，其主要分为光谱OCT和扫频OCT(swept-source OCT，SS-OCT)。

2008年，Asrani等采用1 310 nm波长FD-OCT测量6例青光眼患者和6名正常人的前房角结构，报道了首幅Schlemm管的FD-OCT图像(图2)，开启了FD-OCT在Schlemm管成像的应用。之后，Usui等比较了采用FD-OCT和组织学方法对离体眼中Schlemm管的测量结果，发现FD-OCT检测到的Schlemm管位置与组织学检查结果一致；另外，又利用FD-OCT的双角模式和高清模式分别测量了在体眼颞侧和鼻侧Schlemm管的长度和面积，证明了FD-OCT可以对Schlemm管进行定性和非侵袭性评价。许多研究者将FD-OCT应用于青光眼的临床研究，观察比较POAG患者与正常人Schlemm管的形态。研究均发现FD-OCT能够对Schlemm管横截面进行清晰成像及精确测量，POAG患者的Schlemm管横截面面积小于正常人，与之前的组织学研究结果一致。该方法也可用于儿童Schlemm管的测量，且测量具有可重复性。但是由于FD-OCT检查要求患者处于坐位，婴儿不能配合该检查，随着手持前节OCT(HH AS-OCT)的引入，可以进行仰卧位检查。Abdeen等利用HH AS-OCT描述了原发性先天性青光眼婴儿和正常婴儿的前房角结构，得到了清晰的Schlemm管成像图片。

图2 利用FD-OCT测量的前房角图片[38] A：Schlemm管是小梁网外弯曲的管状结构 B：健康人眼中可以观察到Schlemm管和小梁网 C：巩膜突是一个突出到小梁网根部的结构 红色、绿色、黄色箭头分别示Schlemm管、小梁网、巩膜突所在位置

近年来，OCT的成像速度和灵敏度得到了极大的提高，有研究者研制了专门用于青光眼患者的眼前节SS-OCT，其也属于FD-OCT的一种类型，并利用此种技术成功获取了正常人及青光眼患者的Schlemm管图像。Yao等利用兆赫扫频OCT，在1.66 MHz的频率下，用1 060 nm FDML SS-OCT在人眼中实现了全周向Schlemm管成像和定量。SS-OCT检查前房角时光线经巩膜入射，具有散射性，因此腾植鑫等提出了基于SS-OCT与房角镜的G-OCT系统，他们将房角镜与SS-OCT结合使用，搭建了中心波长为1 310 nm的SS-OCT，借助房角镜将SS-OCT的1 310 nm红外光反射或折射入房角进行观察，并在实验兔眼上成功获取了清晰的小梁网和Schlemm管图像。另外，可见光OCT是一种新发展起来的OCT技术，以可见光作为光源，使用更短的波长可以获得更高的轴向分辨率和灵敏度。增强深部成像OCT是一种观察Schlemm管的先进技术，可以全周调整扫描方向，使OCT扫描完全垂直于角膜缘，可用于描述Schlemm管全周的形态及开放状态。

目前，随着恢复和重建Schlemm管形态的手术，如Schlemm管成形术及Schlemm管扩张术等的发展，可以将术中OCT应用于导管成形术术中Schlemm管的观察，术中OCT能够在术中观察Schlemm管的缝线以及巩膜切除术后的房角结构，并避开了在获取Schlemm管图像时巩膜阴影带来的影响。

之前在离体眼中有研究发现，组织水平结构的改变会导致Schlemm管的闭合和开放。当前房灌注压升高时，小梁网向Schlemm管管腔扩张运动，当压力降低时，小梁网之前扩张到Schlemm管的部分会恢复到原来的结构；Schlemm管腔的大小依赖于小梁网的运动，并反映小梁网的运动。近年来，也有相关研究利用相敏OCT观察小梁网的动态运动，发现小梁网的动态运动存在搏动周期，其搏动周期与心脏的搏动周期具有一致性(图3)。

图3 利用相敏OCT观察小梁网的动态运动[55] A：利用相敏OCT对小梁网的动态运动进行评估，鼻侧房角正常，颞侧房角狭窄，房水外流受阻 B：红色曲线为心脏脉冲；蓝色为鼻侧小梁网运动的速度和振幅，很容易识别，且与周围脉搏同步 C：几乎分辨不出颞侧小梁网运动的速度和振幅

此外，也有关于利用偏振敏感OCT观察离体眼以及利用时域OCT(time domain OCT，TD-OCT)观察在体眼Schlemm管的相关报道。但TD-OCT图像中的Schlemm管呈现一条围绕小梁网的高反光条带，Schlemm管形态和位置与病理学研究有较大差异。

随着研究者们对Schlemm管的进一步研究，青光眼微创手术也在进一步的发展，Schlemm管成形术是治疗开角型青光眼新的手术方式。在术中应用Schlemm管荧光素钠造影法可观察Schlemm管的开放状态，了解远端房水流出通道。也可利用UBM、OCT等检测方法，观察术前术后Schlemm管扩张状态，评估患者预后情况。

3.3 其他

此外，通过房角镜观察血液从外周静脉系统回流至Schlemm管也是评估Schlemm管状态的方法之一，Grieshaber等认为血液回流缺乏是Schlemm管塌陷的1个标志。该方法的缺点是通过对房角组织施加压力可以强行扩张Schlemm管，掩盖了Schlemm管的真实状态，因此用此方法解释Schlemm管的通畅性时需要谨慎。

4 小结

综上所述，Schlemm管在房水流出阻力中起着重要的作用，也是近年来研究的热点，Schlemm管结构微小，位置隐蔽，由于早期研究方法有限，一般使用电子显微镜和光学显微镜对离体组织的Schlemm管进行观察。离体组织观察Schlemm管的方法虽简单易行，但在制作组织切片过程中，由于受到不可控外力的影响，组织形态会受到不同程度的影响。并且，由于越来越多的研究表明Schlemm管与眼压有明显的关系，将Schlemm管的观察应用到临床中成为更亟待解决的问题。随着影像学的发展，在活体中观察Schlemm管的形态已经成为可能，已经被证实有效且应用于临床的方法主要有UBM和OCT。UBM检查是一种接触性检查，会给被检者带来不适，且可能会引起Schlemm管形态的改变，影响检测结果的客观性。OCT是目前临床上常用的活体内观察Schlemm管的方法，该技术具有非接触、非侵入性优势，随着OCT技术的不断发展，目前的OCT技术能够清晰地完成Schlemm管360°成像，全周了解Schlemm管的位置、形态及开放状态。但由于OCT是近年来逐渐发展完善的技术，尚需更多的临床应用来检测其观察Schlemm管结构的可靠性及临床适用性，了解各方位Schlemm管形态改变对青光眼患者的影响，探索治疗青光眼更加有效的手术方法。

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突