Кара Маки, доцент Школы математических наук Рочестерского технологического института, внесла свой вклад в недавнее исследование Национального научного фонда, цель которого — понять основные движения слезной пленки, проходящей через глаз. «Динамика слезной пленки с испарением, смачиванием и зависящими от времени граничными условиями потока в области в форме глаза», опубликованная в журнале Physics of Fluids 6 мая, является продолжением докторских исследований Маки под руководством ее научного руководителя и соавтора Ричарда Брауна. , профессор факультета математических наук Делавэрского университета.«Мы надеемся, что если мы сможем лучше понять основную динамику слезной пленки, тогда мы сможем начать понимать, что идет не так, если у вас сухость глаз, и начать думать о потенциальных лекарствах, изучая моделирование», — сказал Маки.Сухой глаз — обычное заболевание, которое не поддается лечению. Многие причины, в том числе процесс старения, вызывают дискомфорт, возникающий либо из-за отсутствия слез, либо из-за слишком быстрого испарения слез.
По данным Национального института глаз, входящего в состав Национального института здоровья, только в Соединенных Штатах почти 5 миллионов человек в возрасте 50 лет и старше страдают от сухого глаза. Этим заболеванием чаще всего страдают женщины, более 3 миллионов из них диагностировали синдром сухого глаза из-за гормональных изменений, связанных с менопаузой.
Лечение для облегчения симптомов включает глазные капли и временные или хирургические тампоны для закупорки слезных протоков во внутренних уголках глаз и удержания жидкости.Чтобы понять сухой глаз, Маки пришлось начать с физики и химии слез.
Слезная пленка состоит из слоя воды, зажатого между масляным слоем липидов на внешней стороне, чтобы предотвратить испарение, и внутренним слизистым слоем, распределяющим воду по глазу.Кара разработала математическую модель для имитации направления движения слезной пленки при попадании в глаз через слезные железы над верхним веком. Используя программу Overture, она воссоздала поток слез на поверхности открытого глаза, двигаясь из верхнего угла и стекая через каналы в противоположном углу.
«Мы смогли обнаружить одну вещь: когда ваши глаза открыты, слезы становятся жидкими прямо по краю глаза, и это называется« черной линией », — сказала Маки. «Это было замечено клинически и может быть воспроизведено в наших симуляциях».Слезы, как объясняет Маки, поднимаются по векам и присоединяются к столбу жидкости, движущейся по векам.
Более низкое давление всасывает жидкость в мениск и от центра, образуя черную линию и сухие пятна в слезной пленке, которые могут ухудшить зрение и вызвать раздражение роговицы.Маки пропитала глаз жидкостью, чтобы пропустить черную линию.
Она хотела знать, пойдет ли жидкость по передней части глаза и уменьшит ли истончение слезной пленки.«Мы обнаружили, что при моделировании нам действительно нужно было затопить глаз. Жидкость скорее будет перемещаться по мениску», — сказал Маки. "Он разделяется на верхнее и нижнее веко. Мы подтвердили, что моргание необходимо, чтобы предотвратить это истончение.
Каждый раз, когда вы моргаете, слезная пленка перекрашивается на передней части глаза. Важно, чтобы слезная пленка была гладкой. для оптического качества ». Следующий шаг для Маки и команды под руководством Брауна — смоделировать динамику слезных пленок в мигающем глазу.
«Хорошая вещь в модели — это то, что вы можете делать нереалистичные вещи», — сказал Маки. «Например, мы можем залить глаз и посмотреть, куда уходят слезы. Или мы можем посмотреть, что происходит, когда дренажные отверстия закупорены. Куда уходит жидкость?
Вы можете начать исследовать эти вещи безопасным способом».