Biomechanical studies of the iris and the trabecular meshwork

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

The article presents a literature review of the latest research in the field of ocular biomechanics with an accent on the role of biomechanical properties of anatomical structures in the development of ocular pathologies. Close attention is paid to biomechanical properties of the iris, the study of its structure and functioning in representatives of different races, as well as its role in anterior eye chamber angle closure and the pathogenesis of angle-closure glaucoma. Experimental and clinical researches of trabecular meshwork biomechanics and modern outlooks on its structure characteristics are described. The review provides information on theoretical developments and practical implications of the development of a new class of local hypotensive drugs that influence the trabecular meshwork tonus (Rho-kinase inhibitors).

About the authors

Sergey Yur'yevich Petrov

Scientific-research institute of eye diseases of Russian Academy of Medical Sciences

Email: post@glaucomajournal.ru
candidate of medical science, senior scientific researcher. Glaucoma department

Nataliya Nikolaevna Podgornaya

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: info@eyeacademy.ru
candidate of medical science, assiatant professor. Ophthalmology departmen

Anna Eduardovna Aslamazova

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: info@eyeacademy.ru
candidate of medical science, assiatant professor. Ophthalmology department.

Dar'ya Maksimovna Safonova

Scientific-research institute of eye diseases of Russian Academy of Medical Sciences

Email: dmsafonova@gmail.com
ophthalmologist, aspirant

References

  1. Аветисов С. Э. Современные аспекты коррекции рефракционных нарушений. Вестник офтальмологии. 2004; 120 (1): 19.
  2. Аветисов С. Э. Современные подходы к коррекции рефракционных нарушений. Вестник офтальмологии. 2006; 1: 3.
  3. Аветисов С. Э., Бубнова И. А., Антонов А. А. Биомеханические свойства роговицы: клиническое значение, методы исследования, возможности систематизации подходов к изучению. Вестник офтальмологии. 2010; 126 (6): 3-7.
  4. Аветисов С. Э., Бубнова И. А., Антонов А. А. Исследование биомеханических свойств роговицы у пациентов с нормотензивной и первичной открытоугольной глаукомой. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (5): 14-6.
  5. Аветисов С. Э., Бубнова И. А., Антонов А. А. Исследование влияния биомеханических свойств роговицы на показатели тонометрии. Бюллетень Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2009; 29 (4): 30-3.
  6. Аветисов С. Э., Воронин Г. В. Экспериментальное исследование механических характеристик роговицы после эксимерлазерной фотоабляции. РМЖ Клиническая офтальмология. 2001; 3: 83.
  7. Аветисов С. Э., Егорова Г. Б., Федоров А. А., Бобровских Н. В. Конфокальная микроскопия роговицы. Сообщение 1. Особенности нормальной морфологической картины. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (3): 3-5.
  8. Аветисов С. Э., Егорова Г. Б., Федоров А. А., Бобровских Н. В. Конфокальная микроскопия роговицы. Сообщение 2. Морфологические изменения при кератоконусе. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (3): 6-9.
  9. Аветисов С. Э., Казарян Э. Э., Мамиконян В. Р., Шелудченко В. М. и др. Результаты комплексной оценки аккомодативной астенопии при работе с видеомониторами различной конструкции. Вестник офтальмологии. 2004; 120 (3): 38.
  10. Аветисов С. Э., Липатов Д. В. Функциональные результаты различных методов коррекции афакии. Вестник офтальмологии. 2000; 116 (4): 12-5.
  11. Аветисов С. Э., Липатов Д. В., Федоров А. А. Морфологические изменения при несостоятельности связочно-капсулярного аппарата хрусталика. Вестник офтальмологии. 2002; 118 (4): 22-3.
  12. Аветисов С. Э., Мамиконян В. Р. Кераторефракционная хирургия. М.: Полигран; 1993. 120 с.
  13. Аветисов С. Э., Петров С. Ю., Бубнова И. А., Аветисов К. С. Возможное влияние толщины роговицы на показатель внутриглазного давления. В сборнике: Современные методы диагностики и лечения заболеваний роговицы и склеры Сборник научных статей Российская академия медицинских наук, ММА им Сеченова, ГУ Научно-исследовательский институт глазных болезней. 2007; 240-2.
  14. Аветисов С. Э., Петров С. Ю., Бубнова И. А., Антонов А. А., Аветисов К. С. Влияние центральной толщины роговицы на результаты тонометрии (обзор литературы). Вестник офтальмологии. 2008; 124 (5): 1-7.
  15. Аветисов С. Э., Полунин Г. С., Шеремет Н. Л., Макаров И. А. и др. Поиск шапероноподобных антикатарактальных препаратов-антиагрегантов кристаллинов хрусталика глаза. Сообщение 4. Изучение воздействия смеси диитетрапептидов на «пролонгированной» модели уф-индуцированной катаракты у крыс. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (2): 12-16.
  16. Аветисов С. Э., Полунин Г. С., Шеремет Н. Л., Муранов К. О. и др. Поиск шапероноподобных антикатарактальных препаратов-антиагрегантов кристаллинов хрусталика глаза. Сообщение 3. Изучение воздействия смеси ди-итетрапептидов на» пролонгированной» модели уф-индуцированной катаракты у крыс. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (2): 8-12.
  17. Астахов Ю. С., Акопов Е. Л., Потемкин В. В. Аппланационная и динамическая контурная тонометрия: сравнительный анализ. Офтальмологические ведомости. 2008; 1 (1): 4-10.
  18. Астахов Ю. С., Акопов Е. Л., Потемкин В. В. Сравнительная характеристика современных методов тонометрии. Вестник офтальмологии. 2008; 124 (5): 11-4.
  19. Астахов Ю. С., Даль Н. Ю., Акопов Е. Л. Оценка изменений диска зрительного нерва при вакуумно-компрессионной нагрузке при помощи гейдельбергского ретинального томографа HRTII. РМЖ Клиническая офтальмология. 2003; 4 (2): 70.
  20. Егоров Е. А., Васина М. В. Значение исследования биомеханических свойств роговой оболочки в оценке офтальмотонуса. РМЖ Клиническая офтальмология. 2004; (2): 25.
  21. Егоров Е. А., Васина М. В. Значение исследования биомеханических свойств роговой оболочки в оценке офтальмотонуса. РМЖ Клиническая офтальмология. 2008; 9 (1): 1.
  22. Егоров Е. А., М. В. В. Влияние толщины роговицы на уровень внутриглазного давления среди различных групп пациентов. РМЖ Клиническая офтальмология. 2006; (1): 16.
  23. Егоров Е. А., М. В. В. Внутриглазное давление и толщина роговицы. Глаукома. 2006; (2): 34-6.
  24. Страхов В. В., Алексеев В. В., Ермакова А. В. Информативность биоретинометрических показателей диска зрительного нерва и сетчатки в ранней диагностике первичной глаукомы. Глаукома. 2009; (3): 3-10.
  25. Страхов В. В., Алексеев В. В., Ермакова А. В., Корчагин Н. В. и др. Асимметрия тонометрических, гемодинамических и биоретинометрических показателей парных глаз в норме и при первичной глаукоме. Глаукома. 2008; (4): 11-7.
  26. Страхов В. В., Алексеев В. В., Ремизов М. С. К вопросу исследования ригидности глаза. Вестник офтальмологии. 1994; 3: 26.
  27. Страхов В. В., Гулидова Е. Г. Особенности прогрессирования миопии в зависимости от уровня офтальмотонуса. Российская педиатрическая офтальмология. 2011; 1: 15-19.
  28. Страхов В. В., Суслова А. Ю., Бузыкин М. А. Аккомодация и гидродинамика глаза. РМЖ Клиническая офтальмология. 2003; 2: 52.
  29. AminiR., WhitcombJ. E., Al-QaisiM. K., AkkinT., et al. The posterior location of the dilator muscle induces anterior iris bowing during dilation, even in the absence of pupillary block. Investigative ophthalmology & visual science. 2012; 53 (3): 1188-94.
  30. Aptel F., Denis P. Optical coherence tomography quantitative analysis of iris volume changes after pharmacologic mydriasis. Ophthalmology. 2010; 117 (1): 3-10.
  31. Astakhov Y. S., Akopov E. L. Evaluation of lamina cribrosa tolerance to the increase of intraocular pressure in healthy people and primary open angle glaucoma patients. In: Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE Optics in Health Care and Biomedical Optics: Diagnostics and Treatment II. Сер. «Optics in Health Care and Biomedical Optics: Diagnostics and Treatment II» sponsors: SPIE, Chinese Optical Society, COS; editors: B. Chance, M. Chen, A. E. T. Chiou, Q. Luo, University of Pennsylvania, United States. Beijing, 2005. С. 544-52.
  32. Avetisov S. E., Novikov I. A., Bubnova I. A., Antonov A. A., еt al. Determination of corneal elasticity coefficient using the ORA database. Journal of refractive surgery. 2010; 26 (7): 520-4.
  33. Baradia H., Nikahd N., Glasser A. Mouse lens stiffness measurements. Exp Eye Res. 2010; 91 (2): 300-7.
  34. Challa P., Arnold J. J. Rho-kinase inhibitors offer a new approach in the treatment of glaucoma. Expert opinion on investigational drugs. 2014; 23 (1): 81-95.
  35. Choritz L., Machert M., Thieme H. Correlation of endothelin-1 concentration in aqueous humor with intraocular pressure in primary open angle and pseudoexfoliation glaucoma. Investigative ophthalmology & visual science. 2012; 53 (11): 7336-42.
  36. Danysh B. P., Duncan M. K. The lens capsule. Exp Eye Res. 2009; 88 (2): 151-64.
  37. Dupps W. J., Jr., Roberts C. Effect of acute biomechanical changes on corneal curvature after photokeratectomy. J Refract Surg. 2001; 17 (6): 658-69.
  38. Edmund C. Corneal topography and elasticity in normal and keratoconic eyes. A methodological study concerning the pathogenesis of keratoconus. Acta Ophthalmol Suppl. 1989; 193: 1-36.
  39. Erpelding T. N., Hollman K. W., O'Donnell M. Mapping age-related elasticity changes in porcine lenses using bubble-based acoustic radiation force. Exp Eye Res. 2007; 84 (2): 332-41.
  40. Ethier C. R., Read A. T., Chan D. Biomechanics of Schlemm's canal endothelial cells: influence on F-actin architecture. Biophys J. 2004; 87 (4): 2828-37.
  41. Friedman D. S., Gazzard G., Foster P., Devereux J., et al. Ultrasonographic biomicroscopy, Scheimpflug photography, and novel provocative tests in contralateral eyes of Chinese patients initially seen with acute angle closure. Archives of ophthalmology. 2003; 121 (5): 633-42.
  42. Fung Y. C. Biomechanics: Mechanical properties of living tissues. 2, editor. New York: Springer-Verlag; 1993.
  43. Girard M. J., Suh J. K., Bottlang M., Burgoyne C. F., Downs J. C. Scleral biomechanics in the aging monkey eye. Investigative ophthalmology & visual science. 2009; 50 (11): 5226-37.
  44. Grytz R., Sigal I. A., Ruberti J. W., Meschke G., Downs J. C. Lamina Cribrosa Thickening in Early Glaucoma Predicted by a Microstructure Motivated Growth and Remodeling Approach. Mech Mater. 2012; 44: 99-109.
  45. Honjo M., Tanihara H., Inatani M., Kido N., et al. Effects of rho-associated protein kinase inhibitor Y-27632 on intraocular pressure and outflow facility. Investigative ophthalmology & visual science. 2001; 42 (1): 137-44.
  46. Jonas J. B., Berenshtein E., Holbach L. Lamina cribrosa thickness and spatial relationships between intraocular space and cerebrospinal fluid space in highly myopic eyes. Investigative ophthalmology & visual science. 2004; 45 (8): 2660-5.
  47. Kagemann L., Wang B., Wollstein G., Ishikawa H., et al. IOP elevation reduces Schlemm's canal cross-sectional area. Investigative ophthalmology & visual science. 2014; 55 (3): 1805-9.
  48. Konstas A. G., Irkec M. T., Teus M. A., Cvenkel B., et al. Mean intraocular pressure and progression based on corneal thickness in patients with ocular hypertension. Eye. 2009; 23 (1): 73-8.
  49. Last J. A., Pan T., Ding Y., Reilly C. M., et al. Elastic modulus determination of normal and glaucomatous human trabecular meshwork. Investigative ophthalmology & visual science. 2011; 52 (5): 2147-52.
  50. Lee R. Y., Huang G., Porco T. C., Chen Y. C., He M., Lin S. C. Differences in iris thickness among African Americans, Caucasian Americans, Hispanic Americans, Chinese Americans, and Filipino-Americans. Journal of glaucoma. 2013; 22 (9): 673-8.
  51. Manns F., Parel J. M., Denham D., Billotte C., et al. Optomechanical response of human and monkey lenses in a lens stretcher. Investigative ophthalmology & visual science. 2007; 48 (7): 3260-8.
  52. McKee C. T., Wood J. A., Shah N. M., Fischer M. E., et al. The effect of biophysical attributes of the ocular trabecular meshwork associated with glaucoma on the cell response to therapeutic agents. Biomaterials. 2011; 32 (9): 2417-23.
  53. Meek K. M., Tuft S. J., Huang Y., Gill P. S., et al. Changes in collagen orientation and distribution in keratoconus corneas. Investigative ophthalmology & visual science. 2005; 46 (6): 1948-56.
  54. Murphy K. C., Morgan J. T., Wood J. A., Sadeli A., Murphy C. J., Russell P. The formation of cortical actin arrays in human trabecular meshwork cells in response to cytoskeletal disruption. Experimental cell research. 2014; 328 (1): 164-171.
  55. Nakajima E., Nakajima T., Minagawa Y., Shearer T. R., Azuma M. Contribution of ROCK in contraction of trabecular meshwork: proposed mechanism for regulating aqueous outflow in monkey and human eyes. Journal of pharmaceutical sciences. 2005; 94 (4): 701-8.
  56. Ostrin L. A., Glasser A. Edinger-Westphal and pharmacologically stimulated accommodative refractive changes and lens and ciliary process movements in rhesus monkeys. Exp Eye Res. 2007; 84 (2): 302-13.
  57. Quigley H. A. The iris is a sponge: a cause of angle closure. Ophthalmology. 2010; 117 (1): 1-2.
  58. Quigley H. A., Silver D. M., Friedman D. S., He M., et al. Iris cross-sectional area decreases with pupil dilation and its dynamic behavior is a risk factor in angle closure. Journal of glaucoma. 2009; 18 (3): 173-9.
  59. Roberts M. D., Liang Y., Sigal I. A., Grimm J., et al. Correlation between local stress and strain and lamina cribrosa connective tissue volume fraction in normal monkey eyes. Investigative ophthalmology & visual science. 2010; 51 (1): 295-307.
  60. Shimizu Y., Thumkeo D., Keel J., Ishizaki T., et al. ROCK-I regulates closure of the eyelids and ventral body wall by inducing assembly of actomyosin bundles. The Journal of cell biology. 2005; 168 (6): 941-53.
  61. Sigal I. A. Interactions between geometry and mechanical properties on the optic nerve head. Investigative ophthalmology & visual science. 2009; 50 (6): 2785-95.
  62. Sigal I. A., Ethier C. R. Biomechanics of the optic nerve head. Exp Eye Res. 2009; 88 (4): 799-807.
  63. Sihota R., Goyal A., Kaur J., Gupta V., Nag T. C. Scanning electron microscopy of the trabecular meshwork: understanding the pathogenesis of primary angle closure glaucoma. Indian J Ophthalmol. 2012; 60 (3): 183-8.
  64. Tamm E. R. Functional morphology of the outflow pathways of aqueous humor and their changes in open angle glaucoma. Der Ophthalmologe: Zeitschrift der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft. 2013; 110 (11): 1026-35.
  65. Wang B. S., Narayanaswamy A., Amerasinghe N., Zheng C., et al. Increased iris thickness and association with primary angle closure glaucoma. Br J Ophthalmol. 2011; 95 (1): 46-50.
  66. Wang J., Liu X., Zhong Y. Rho/Rho-associated kinase pathway in glaucoma (Review). International journal of oncology. 2013; 43 (5): 1357-67.
  67. Weeber H. A., Eckert G., Pechhold W., van der Heijde R. G. Stiffness gradient in the crystalline lens. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2007; 245 (9): 1357-66.
  68. Whitcomb J. E., Amini R., Simha N. K., Barocas V. H. Anterior-posterior asymmetry in iris mechanics measured by indentation. Exp Eye Res. 2011; 93 (4): 475-81.
  69. Wyatt H. J. A 'minimum-wear-and-tear' meshwork for the iris. Vision Res. 2000; 40 (16): 2167-76.
  70. Yan D. B., Coloma F. M., Metheetrairut A., Trope G. E., Heathcote J. G., Ethier C. R. Deformation of the lamina cribrosa by elevated intraocular pressure. Br J Ophthalmol. 1994; 78 (8): 643-8.
  71. Zeng D., Juzkiw T., Read A. T., Chan D. W., et al. Young's modulus of elasticity of Schlemm's canal endothelial cells. Biomech Model Mechanobiol. 2010; 9 (1): 19-33.
  72. Zhang M., Maddala R., Rao P. V. Novel molecular insights into RhoA GTPase-induced resistance to aqueous humor outflow through the trabecular meshwork. American journal of physiology Cell physiology. 2008; 295 (5): 1057-70.
  73. Zheng C., Cheung C. Y., Aung T., Narayanaswamy A., et al. In vivo analysis of vectors involved in pupil constriction in Chinese subjects with angle closure. Investigative ophthalmology & visual science. 2012; 53 (11): 6756-62.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Petrov S.Y., Podgornaya N.N., Aslamazova A.E., Safonova D.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77-65574 от 04 мая 2016 г.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies