Зримый прогресс

Человек по природе своей стремится к знанию, а главный его инструмент в этом — глаз. С таким тезисом можно поспорить, но впервые его выдвинул еще Аристотель: с этого начинается его «Метафизика». Люди всегда страдали от различных нарушений зрения — уже во времена Аристотеля не понаслышке были известны и близорукость, и дальнозоркость, не говоря о воспалениях и травмах глаза. И к тем же далеким временам восходят первые попытки коррекции зрения и лечения глаз. Редакция N + 1 при поддержке офтальмологической клиники Эксимер решила выяснить, как менялись технологии в офтальмологии от древности до наших дней.

Ланцетом и молитвой

«Если врач откроет абсцесс (в глазу) человека с бронзовым ланцетом и разрушит глаз человека, они отрежут ему пальцы», — гласит кодекс Хаммурапи. Вот так вот: офтальмология существовала уже в древнем Вавилоне, то есть ей около 4000 лет. Описания болезней глаз можно найти не только на клинописных табличках жителей Междуречья: содержатся они и в египетских папирусах, и в древнеиндийских текстах.

Древние хирурги уже тогда умели удалять катаракту и знали о блефарите, дакриоцистите и некоторых других болезнях глаз. Правда, в том, что не касалось хирургии, в основном приходилось полагаться на молитвы жрецов и дурнопахнущие лекарства, которые должны были отпугнуть духов болезни.

Первым врачом, который попытался избавить «проофтальмологию» от ореола сверхъестественности, был Гиппократ. Он призывал изучать болезни глаз как объективное явление, судил о работе глаза по его внешнему строению (разумеется, ошибочно) и, похоже, знал о существовании зрительного нерва, хотя и не понимал его функций. Это не помешало Гиппократу описать множество способов лечения глаз: диету, ванны для ног и даже рассечение кожи на голове — считалось, что это поможет удалить «болезненные гуморы» из глаза.

Окончательно представления древних о глазе сформировал римский ученый Гален. Он описал сетчатку, роговицу, радужную оболочку, слезные протоки, веки, хрусталик, который Гален счел важнейшей для зрения структурой глаза.

Галеновскую «теорию зрения» переняли и сохранили арабские врачи, и она почти без изменений просуществовала до XVII века.

Коучинг с изумрудом

Инструменты офтальмологов не менялись десятками веков. Мы не слишком хорошо представляем, как тогда работали офтальмологи, но можем предположить, что единственной серьезной операцией, за которую брались древние врачи, был коучинг — процедура по лечению катаракты, во время которой стараются иглой сместить хрусталик, чтобы убрать из поля зрения его пораженную часть. В большинстве случаев такие попытки приводили к тяжелым осложнениям, вплоть до слепоты.

Очков у древних тоже не было, хотя люди неплохо знали оптику: линзы из полированного кварца или хрусталя делали еще до нашей эры, хотя их использовали в основном качестве безделушек. Например, самая древняя линза в мире, которую нашли на территории древней Ассирии и которую в честь библейского царя прозвали «Линзой Нимрода», была украшением для мебели.

Единственный намек на очки в древнем мире встречается у Плиния. Римский автор пишет, что император Нерон наблюдал за гладиаторскими боями «с изумрудом». Может быть он был близорук, и тогда это был прообраз очков для коррекции зрения. Согласно другой версии, Нерон был альбиносом, и это был прообраз современных очков для защиты от солнца. Но все могло быть гораздо проще — императору просто мог нравиться зеленый цвет.

Чудо на носу

Отцом современной оптики считают арабского математика Ибн аль-Хайсама, который оставил первые точные описания отражения и преломления света. В XI веке работы аль-Хайсама перевел на латынь монах Константин Африканский, так что они стали доступны средневековым врачам. Однако арабские инновации прижились в Европе только к XIII веку.

Первым европейским ученым, всерьез решившим разобраться с оптикой, стал Роджер Бэкон. В 1267 году он сочинил трактат «Opus Majus», в котором описал анатомию глаза и высказал революционную идею о том, что зрение можно скорректировать при помощи линз. Правда, делать очки самостоятельно Бэкон не пытался — зато считал, что пожилым людям имеет смысл использовать при чтении увеличительное стекло.

Считается, что в XIV веке монах Александр де Спина первым стал делать очки и обучать искусству их изготовления других.

Очки тут же стали безумно модным аксессуаром. Чтобы подчеркнуть глубокую мудрость, средневековые художники изображали апостолов и античных поэтов читающими в очках.

Для офтальмологии это был огромный шаг вперед. Впервые в истории люди научились эффективно исправлять дефекты зрения без помощи сомнительных зелий и калечащих операций.

Кстати, очки делали вовсе не офтальмологи — как правило, этим занимались итальянские мастера, которые умели хорошо работать со стеклом. Глазными врачами часто были парикмахеры, которые совмещали свое ремесло с профессией хирурга. Таким «полуцирюльником» был живший в XVI веке Георг Бартиш — автор первого трактата на тему офтальмологии «Ophthalmodouleia das Aut Augendienst».

Хирург-парикмахер

Учиться «офтальмологии» Георг начал в 13 лет — поступил в подмастерья к трем дрезденским хирургам-парикмахерам, которые учили мальчика делать прически — тогда это было ключевым навыком и главным конкурентным преимуществом, пускать пациентам кровь, лечить камни в мочевом пузыре, рвать зубы и врачевать глазные болезни.

Как и другие хирурги-парикмахеры, Бартиш путешествовал из города в город, следуя за ярмарками, где к нему выстраивались очереди пациентов. Он удалял воспаленные глаза и инфицированные веки, лечил катаракту коучингом и даже брался исправлять косоглазие.

Задерживаясь в городе ради наблюдений за прооперированными людьми, Георг пропускал ярмарки и терял потенциальных клиентов. Это обстоятельство и подтолкнуло его написать книгу — нужно было развивать практику и «рекламировать» офтальмологию среди потенциальных пациентов. Так родился первый трактат о зрении на немецком языке — что было довольно необычно, ведь в то время ученые мужи писали почти исключительно на латыни.

Свою книгу Георг Бартиш посвятил Августу, герцогу Саксонскому — тот так высоко оценил труд офтальмолога, что даже предложил защитить его авторские права. Как ни парадоксально, когда близорукий Август Саксонский заказал в Венеции очки в золотой оправе, Бартиш отговаривал его их носить. В духе времени хирург-парикмахер считал, что «глаз, который плохо видит, не способен видеть лучше, если что-то поместить между ним и наблюдаемым предметом».

Правда, мы не знаем, послушал ли герцог своего любимца. Обидно, если да — в этом случае Август Саксонский лишился самого лучшего средства для улучшения зрения, которое только могла предложить его эпоха.

День рождения офтальмологии

В XVIII веке сведений о строении глаза становилось все больше, так что к «галеновской» теории зрения относились со все большим скепсисом. Для понимания работы глаза очень много сделал анатом Андреас Везалий, который провел первый эксперимент в области зрения — показал, что вырезанный из человеческого глаза хрусталик работает как маленькая выпуклая линза.

В XVIII веке накопленных знаний хватило, чтобы в 1784 году Бенджамин Франклин изобрел бифокальные очки, собранные из составных стекол. Похожие очки до сих пор используют, чтобы лечить людей с пресбиопией — возрастной дальнозоркостью, которой страдал и сам Франклин.

Хотя к XIX веку ученые уже неплохо представляли себе человеческую анатомию, для полного понимания устройства глаза не хватало возможности изучать зрение живых людей. Прорыв случился в 1851 году, когда Герман фон Гельмгольц изобрел офтальмоскоп, который позволил осветить и рассмотреть сетчатку, диск зрительного нерва и стекловидное тело живого глаза.

С появлением офтальмоскопа врачи научились лечить глаукому — болезнь, связанную с ростом внутриглазного давления. Офтальмоскоп позволял в прямом смысле слова увидеть ее причину — рассмотреть глазное дно и выявить патологические изменения.

Была только одна проблема: двести лет назад, кроме все тех же очков, у офтальмолога все еще не было инструментов, способных безопасно и с достаточной степенью эффективности исправить природное несовершенство зрения.

Шлифовка скальпелем и светом

Чтобы описать достижения офтальмологов XX века, потребуется толстая книга, причем не одна. Поэтому мы не станем подробно рассказывать о том, как совершенствовались диагностические инструменты, а сразу перейдем к историям трех талантливых офтальмологов, которые первыми научились делать революционные операции на глазах.

Сэр Гарольд Ридли (Sir Harold Ridley) объявил войну катаракте — той самой болезни, которую до него пытались лечить смещением замутненного хрусталика.

Шли 30-е годы XX века. Никто уже не пытался втыкать в глаз иглы для коучинга, вместо этого поврежденный катарактой участок хрусталика научились удалять — однако помогало это слабо. После операции многие люди все равно теряли зрение.

Как-то раз студент-медик, обучавшийся у Ридли, обмолвился, что было бы здорово научиться заменять мутный хрусталик чем-нибудь прозрачным. Проблема была в том, что любой помещенный в глаз предмет неизбежно вызывал отторжение. Решение не приходило до тех самых пор, пока не началась Вторая Мировая война. В это время в клинику Ридли начали поступать летчики, в глаза которых попали осколки из плексигласа. Ридли обратил внимание — если плексигласовые осколки не касались радужной оболочки, то и воспаления они не вызывали.

Почти 40 лет ушло на то, чтобы разработать имплантат, отточить методику и преодолеть сопротивление врачебного сообщества. Только в 1981 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило интраокулярные линзы как «безопасный и эффективный» метод лечения катаракты.

Наш соотечественник Святослав Федоров, научившись имплантировать интраокулярные линзы, первым привез этот метод в СССР. В 1986 году он изобрел собственную линзу-имплантат, которую научится устанавливать в заднюю камеру глаза. Однако, как и у Гарольда Ридли, у Святослава Федорова был свой личный враг — миопия.

В 1972 году Святослав Федоров разработал первую в мире хирургическую процедуру для коррекции близорукости — радиальную кератотомию. По легенде, самую первую операцию офтальмолог сделал близорукому мальчику, упавшему с велосипеда. При падении в глаза ребенка попало стекло. Чтобы извлечь осколки, врачу пришлось сделать многочисленные радиальные разрезы на роговице — так называют «внешнюю» линзу глаза. После того, как глаза зажили, выяснилось, что у ребенка заметно улучшилось зрение.

В наши дни радиальную кератотомию все еще иногда продолжают делать — правда, пользуются для этого не металлическим, а алмазным скальпелем. Операция работает, но у нее есть несколько недостатков — например, послеоперационная рана медленно заживает и иногда инфицируется. Нужен был новый, еще более тонкий инструмент.

Такой инструмент разработал испанский хирург Хосе Барракер (José Barraquer). Он применил инновационную технику операции на роговице, которая легла в основу лазерной хирургии глаза — кератомилез.

При этой процедуре специальным лезвием срезается часть роговицы, которую отгибают в сторону, как лепесток. Внутренней части роговицы придают оптимальную форму, после чего лоскут возвращают на место. Такая процедура более простая и менее травматичная, чем радиальная кератотомия.

От индейки до Da Vinci

Однако главная ценность кератомилеза заключается в том, что операцию можно проводить при помощи эксимерного лазера — куда более точного инструмента, чем любой, даже алмазный, скальпель.

Широкое использование лазера в офтальмологии стало возможно благодаря усилиям команды трех американских ученых из корпорации IBM.

В 1981 году, сразу после Дня Благодарения, Джеймс Уайн (James Wynne), Рангасвами Шринивасану (Rangaswamy Srinivasan) и Самуэль Блум (Samuel Blum) решили попробовать газовый (эксимерный) лазер на остатках праздничной индейки. Ученым удалось разрезать хрящ очень ровно, не допустив перегревания и обугливания.

В 1983 году офтальмолог Стивен Трокел (Stephen Trokel) узнал о необычном эксперименте, навестил специалистов из IBM и предложил подумать, как подобное изобретение можно было бы использовать в лазерной хирургии глаза. В результате мозгового штурма родилась статья, заложившая основу всемирной программе исследования рефракционной хирургии с использованием эксимерных лазеров.

В 1995 году FDA одобрило первый коммерческий хирургический эксимерный лазер. Он излучает свет в ультрафиолетовой части спектра. Лучи взаимодействуют с живыми тканями фотохимическим способом — то есть разрушают связи внутри органических молекул, из которых состоят ткани, почти не нагревая их.

Есть несколько способов «пропустить» лазер к роговице. В основу самой популярной методики LASIK лег тот самый, разработанный Хосе Барракером хирургический метод — кератомилез. Правда, для того, чтобы срезать лоскут роговицы, сегодня используют не обычный, а «электрический» скальпель — автоматический микрокератом. Лазер нужен на втором этапе операции — с его помощью испаряют лишнее вещество с внутренней части роговицы. Результат — изменение формы роговицы и создание нужной кривизны для преломления световых лучей и их фокусировки на сетчатке глаза.

Помимо LASIK, с помощью эксимерных лазеров выполняют персонализированный вариант операции — Super LASIK. Здесь на этапе диагностического обследования применяют аберрометр — усовершенствованный аналог офтальмоскопа Гельмгольца.

Аберрометр помогает выстроить точную карту глаза, включая параметры роговицы, хрусталика, стекловидного тела, состояния слезной пленки и обеих камер зрительного аппарата. Это позволяет за одну операцию исправить близорукость, дальнозоркость и астигматизм, и заодно убрать проблемы с сумеречным зрением, ореолы вокруг объектов и двоение изображения.

Вторая операция, которую делают при помощи эксимерного лазера — 

. Это стало возможно уже после того, как Жерар Муру и Донна Стрикленд разработали метод чирпированного усиления импульсов. В 2018 году за это дали

. Благодаря этой разработке физиков для лазерной операции на глазах перестал быть нужен микрокератом. Во время операции фемто-LASIK усовершенствованный лазер посылает в слои роговицы множество высокочастотных импульсов с высокой частотой, аккуратно расслаивая роговицу и не перегревая окрестности разрезов. Технология фемто-LASIK позволяет проводить лазерную коррекцию пациентам с аномалиями роговицы, «синдромом сухого глаза» и другими сложными патологиями — ещё недавно лечить пациентов с подобными диагнозами не могли. Получается, что лазеры научились справляться с хирургией глаза сами, без помощи механических и электрических инструментов. 

Судя по последним данным, оснащенные искусственным интеллектом роботы-хирурги совсем скоро смогут освоить сложнейшие операции, которые «не по зубам» живым офтальмологам. Предполагается, что они будут проводить точнейшие манипуляции на сетчатке без неизбежных «человеческих» ошибок и легкого дрожания рук.

Самым первым роботом-хирургом стал аппарат Da Vinci. В 2009 году робот уверенно провел трансплантацию роговицы свинье, а в 2011 году вплотную приблизился к тому, чтобы его «допустили» до операций на человеке.

В 2017 году Da Vinci успешно справился с пересадкой человеческой роговицы.

В следующем году журнал Nature Biomedical Engineering отчитался о том, что робот-хирург PRECEYES впервые помог офтальмологу провести успешную операцию на сетчатке у шести пациентов с возрастной дегенерацией желтого пятна.

Что ждет нас в будущем? Не исключено, что всего через пару десятков лет роботы, прообразом которых были иглы для коучинга, станут корректировать наше зрение на дому, пристально вглядываясь в глубины глаза через камеру смартфона, прообразом которой послужил офтальмоскоп Гельмгольца.

Даниил Давыдов