氟-肝素表面修饰的人工晶状体植入猕猴眼内的实验研究
作者：王桂琴 袁佳琴 顾汉卿 孙慧敏 徐延山 黄秀榕 祁明信 李志雄 周建华 范春梅 陈旋武
单位：作者单位；300070 天津医科大学世界人工晶体中国天津培训中心(王桂琴、袁佳琴、孙慧敏、徐延山)；天津市泌尿外科研究所生物医学工程研究室(顾汉卿)；福建省中医学院( 黄秀榕、祁明信)；福建省计划生育研究所非人灵长类实验中心( 李志雄、周建华、范春梅、陈旋武)
关键词：晶体；人工；生物相容性；修饰；
中华眼科杂志000210 【摘要】 目的 评价经氟-肝素表面修饰的人工晶状体(intraocular lens, IOL)在猕猴眼内的生物相容性。方法 将13只猕猴(26只眼)随机分为3组，分别植入经不同表面修饰及未经修饰的IOL。于术后第15、30、60、90、180天行裂隙灯、检眼镜及眼压检查，并进行前房穿刺，做房水细胞计数。结果氟-肝素表面修饰的IOL在猕猴眼内引起的炎症反应程度较未做表面修饰的IOL轻；后囊混浊程度较其它IOL轻。结论 经氟-肝素表面双重修饰的IOL具有较好的生物相容性。
, 百拇医药
An experimental study on F-heparin surface modified IOLs implanted into the Rhesus monkeys′ eyes
WANG Guiqin,YUAN Jiaqin,GU Hanqing, et al.
(International Intraocular Implant Training Center, Tianjin Medical University, Tianjin 300070,China)
【Abstract】 Objective To evaluate the biocompatibility of F-heparin surface modified IOLs.Methods 13 monkeys were divided into 3 groups, and implanted with different surface modified and non-modified IOLs into their eyes. All of the eyes were examined by slitlamp microscope and Schitz tonometer at postoperative 15, 30, 60, 90 and 180 days. Postoperatively, at different periods the aqueous was aspirated from the anterior chamber to calculate cells.Results F-heparin surface modified IOLs induced milder inflammatory reaction and less dense posterior capsula opacification (PCO) than non-modified IOLs.Conclusion F-heparin surface modified IOL has a better biocompatibility.
, 百拇医药
【Key words】 Lenses, intraocular； Biocompatibility； Modification
人工晶状体(intraocular lens, IOL)生物相容性问题一直受到国内外学者的关注。本实验采用载能离子束联合低温等离子体技术对聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)IOL进行表面氟离子处理联合肝素表面修饰，得到氟-肝素表面双重修饰的IOL，并将其植入非人灵长类动物猕猴眼内，同时选用未修饰的PMMA IOL及由Pharmacia公司提供经肝素修饰(heparin surface modified, HSM )的IOL作对照，以研究经氟-肝素修饰的PMMA IOL的生物相容性。
材料和方法
一、材料
1.动物来源：使用福建省计划生育研究所非人灵长类实验中心提供的达到普通质量合格标准的猕猴13只(26只眼)，其中10只眼患自发性白内障。猕猴年龄7～13岁，平均年龄10岁。雄性10只、雌性3只。平均体重7.8 kg。
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2.分组：13只猕猴(26只眼)随机分成3组。(1)对照A组：5只猕猴(10只眼)，其中4只眼患不同程度白内障。行晶状体囊外摘除术，同期植入未修饰的后房型PMMA IOL；(2)对照B组：3只猕猴(6只眼)，其中2只眼患白内障，行晶状体囊外摘除术，植入HSM IOL；(3)实验组：5只猕猴(10只眼)，其中4只眼患白内障，行晶状体囊外摘除术，植入经氟-肝素修饰的PMMA IOL。
二、方法
1.术前检查：13只猕猴经氯胺酮(10 mg/kg体重)肌肉注射麻醉，托品酰胺散瞳，裂隙灯显微镜下检查眼前节，直接检眼镜下观察眼底，Schitz压陷式眼压计测量眼压。
2.术后观察：于术后第15、30、60、90及180天分别使用裂隙灯、检眼镜、眼压计，观察术眼术后反应。用1ml一次性无菌注射器于透明角膜行前房穿刺，抽取房水，在日本OLYMPUS显微镜下计算细胞数。参考Zetterstrm等[1]、Spngberg等[2]及Fagerholm等[3]报道的方法将前房渗出分为4级(-、+、++、+++)。后囊混浊按透明(-)、轻度(+)、中度(++)、重度(+++)混浊分为4级。
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3.统计学处理：手术后前房渗出及后囊混浊情况按等级数据进行非参数H检验及t检验；房水细胞密度数据采用多样本均数方差分析及q检验。
结果
1.前房渗出(表1)：3个组于术后第15天最明显，以后逐渐减轻，术后第90天渗出全部吸收。术后第30天，实验组的前房渗出轻于对照A组，差异有显著性(t=2.22 ，P<0.05)。
表1 IOL植入手术后不同时间3组猕猴前房渗出分布情况及比较(眼数) 术后
时间
对照A组(n=10)
对照B组(n=6)
实验组(n=10)
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H值
P值
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++
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2.08
>0.05
2.房水细胞计数(表2)：3个组房水细胞密度均于术后第15天最多，第90天基本恢复正常。术后第15天，对照A组房水细胞密度明显高于对照B组(q=3.66)和实验组(q=4.72)；术后第30天，实验组低于对照A组(q=3.97)，差异均有显著性(P<0.05)。
表2 3组猕猴IOL植入手术后不同时间房水细胞密度比较 组别
眼数
术后不同时间房水细胞密度(
±s,106/L)
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15 d
30 d
60d
90d*
180d*
对照A组
10
75.20±17.28
29.30±9.75
12.00±3.74
4.00±2.30
1.40±0.96
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对照B组
6
54.33±14.80
22.83±5.30
11.16±3.71
3.83±2.13
0.66±1.03
实验组
10
51.90±14.23
20.40±4.27
8.40±2.98
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3.20±1.54
1.00±1.05
F值
6.37
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0.43
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P值
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*经对数变换，呈近似正态分布，采用方差分析
3.后囊混浊(表3)：3个组后囊混浊均于术后第30天开始形成，第90天明显。术后第90天，实验组后囊混浊程度轻于对照A组(t=2.52)；术后第180天，实验组分别轻于对照A组(t=3.68)、B组(t=1.92)，差异均有显著性(P<0.05)。
表3 IOL植入手术后不同时间3组猕猴后囊混浊分布情况及比较(眼数) 术后
时间
对照A组(n=10)
对照B组(n=6)
实验组(n=10)
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H值
P值
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10.25
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4.眼压、眼底情况：术后不同时间各组眼压无明显差异；眼底检查未发现黄斑水肿等眼底病变。
讨论
IOL植入眼内作为异物引起眼内的一系列炎症、免疫排斥反应，其原因除了与手术技术、IOL的设计、宿主因素外，IOL的生物相容性亦起到重要作用。目前为了尽量避免眼内组织对IOL的排斥反应发生，采取两种方法：(1)尽量将IOL与眼组织隔离，将IOL植入囊袋内；(2)通过表面修饰增加IOL的生物相容性[4，5]。
, 百拇医药
一、表面修饰技术
IOL的生物相容性是IOL表面与局部眼组织之间相互作用的结果。植入材料表面的理化特性直接影响它的生物相容性。目前，采用不同表面处理与修饰手段，改变植入材料表面理化特性，从而改变其生物相容性的方法，正逐渐受到人们的重视。
肝素是一种聚胺聚糖，即粘多糖，带有大量的负电荷，与IOL表面结合后，使IOL表面呈现很强的极性，即亲水性，这样细胞、细菌则不易在IOL表面沉着，可减少IOL植入术后并发症的发生。含氟高分子材料，在生物医学领域曾用于制造人工血管和心脏补片等。经氟离子处理的IOL，表面增加了接触角，表面能降低，表面的化学特性改变，呈疏水性。本项研究使用载能离子束联合低温等离子体技术对PMMA IOL进行氟离子处理联合肝素表面双重修饰，使其表面同时存在氟元素及肝素，由于肝素系亲水分子链，而氟元素的存在提高了IOL表面的疏水性，因此在氟离子和肝素的双重修饰下，IOL材料表面的亲水性和疏水性处于一种平衡状态，出现亲疏水基团的微相分离结构[6]，从而提高了IOL表面的生物相容性。
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IOL材料生物相容性的好坏直接影响植入手术后眼内炎症反应的发生程度及持续时间。IOL植入术后后囊混浊的形成及程度是影响白内障手术长期疗效的主要因素之一，也是判断IOL生物相容性的重要参数。本研究术后第15、30、60、90、180天的观察结果显示，实验组与对照A组比较，实验组的炎症反应及前房渗出轻，房水细胞数少，后囊混浊程度轻；与对照B组比较，实验组 IOL导致后囊混浊的程度轻，由此说明经氟-肝素修饰的IOL具有较好的生物相容性。有文献报道，HSM IOL在兔、猴以及人眼引起后囊混浊的程度与PMMA IOL相比，无明显差异[2，7]。本研究中，术后第90、180天后囊混浊程度两对照组比较，差异无显著性(P>0.05)。
二、血-房水屏障(blood-aqueous barrier, BAB)破坏
IOL植入手术的创伤，直接导致BAB的破坏，出现房水闪辉、炎性细胞。前房中的细胞反应，一般在术后第1天最明显，1周后迅速减轻，3个月后消失，BAB功能重建。BAB功能的重建水平，可作为评价IOL材料生物相容性的一个指标[8，9]。
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本研究各组房水细胞密度于术后第15天最高，以后逐渐下降，术后第90天接近正常，BAB功能趋于恢复，与Sanders等[10]报道结果一致。术后第15、30天，实验组房水细胞密度明显低于对照A组；术后第30天，实验组前房渗出轻于对照A组，差异均有显著性(P<0.05)，说明经氟-肝素修饰的IOL破坏BAB程度较轻，BAB功能重建早，其生物相容性好。同时，手术切口的位置、大小，IOL植入的位置，手术技巧均可影响BAB功能的恢复。本研究各组均在相同手术条件下，由同一位医师完成手术。
三、动物模型
猕猴属于哺乳纲中灵长目猴科动物，在生物进化、解剖结构和生理机能等方面与人类相近。猕猴大脑发达，视觉敏感，具有立体视觉、色觉、双目单视等功能，祁明信等[11](1996)曾报道猕猴可作为研究人类白内障理想的动物模型。本研究选用猕猴进行新型氟-肝素IOL的亚临床实验研究，不仅提高了研究结果的可信性，而且为临床应用提供了更安全有效的保证。
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参考文献
1 Zetterstrm C, Lundvall A, Olivestedt G. Exfoliation syndrome and heparin surface modified intraocular lenses. Acta Ophthalmol, 1992, 70:91-95.
2 Spngberg M, Kihlstrm I, Bjrklund H, et al. Improved biocompatibility of intraocular lenses by heparin surface modification: a 12-month implantation study in monkeys. J Cataract Refract Surg, 1990, 16:170-177.
3 Fagerholm P, Bjrklund H, Holmberg ?, et al. Heparin surface modified intraocular lenses implanted in the monkey eye. J Cataract Refract Surg, 1989, 15:485-490.
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4 Ygge J, Wenzel M, Philipson B, et al. Cellular reactions on heparin surface-modified versus regular PMMA lenses during the first postoperative month. Ophthalmology, 1990, 97:1216-1224.
5 Philipson B, Fagerholm P, Calel B, et al. Heparin surface modified intraocular lenses：three-month follow-up of a randomized ，double-masked clinical trial. J Cataract Refract Surg, 1992, 18:71-78.
6 顾汉卿,徐国风,主编.生物医学材料学.天津：天津科技翻译出版公司，1993.179-184.
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7 Lundgren B, Holst A, Tarnholm A, et al. Cellular reaction following cataract surgery with implantation of the heparin-surface-modified intraocular lens in rabbits with experimental uveitis. J Cataract Refract Surg, 1992, 18:602-606.
8 Shah SM, Spalton DJ. Changes in anterior chamber flare and cells following cataract surgery. Br J Ophthalmol, 1994, 78:91-94.
9 Nishi O, Nishi K. Disruption of the blood-aqueous barrier by residual lens epithelial cells after intraocular lens implantation. Ophthalmic Surg, 1992, 23:325-329.
10 Sanders DR, Kraff MC, Lieberman HL, et al. Breakdown and reestablishment of blood-aqueous barrier with implant surgery. Arch Ophthalmol, 1982,100:588-590.
11 祁明信，黄秀榕，李志雄，等.猕猴自发性白内障发病的研究.中国实验动物学杂志，1996,6:203-208.
(收稿日期：1999-07-24), 百拇医药
单位：作者单位；300070 天津医科大学世界人工晶体中国天津培训中心(王桂琴、袁佳琴、孙慧敏、徐延山)；天津市泌尿外科研究所生物医学工程研究室(顾汉卿)；福建省中医学院( 黄秀榕、祁明信)；福建省计划生育研究所非人灵长类实验中心( 李志雄、周建华、范春梅、陈旋武)
关键词：晶体；人工；生物相容性；修饰；
中华眼科杂志000210 【摘要】 目的 评价经氟-肝素表面修饰的人工晶状体(intraocular lens, IOL)在猕猴眼内的生物相容性。方法 将13只猕猴(26只眼)随机分为3组，分别植入经不同表面修饰及未经修饰的IOL。于术后第15、30、60、90、180天行裂隙灯、检眼镜及眼压检查，并进行前房穿刺，做房水细胞计数。结果氟-肝素表面修饰的IOL在猕猴眼内引起的炎症反应程度较未做表面修饰的IOL轻；后囊混浊程度较其它IOL轻。结论 经氟-肝素表面双重修饰的IOL具有较好的生物相容性。
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An experimental study on F-heparin surface modified IOLs implanted into the Rhesus monkeys′ eyes
WANG Guiqin,YUAN Jiaqin,GU Hanqing, et al.
(International Intraocular Implant Training Center, Tianjin Medical University, Tianjin 300070,China)
【Abstract】 Objective To evaluate the biocompatibility of F-heparin surface modified IOLs.Methods 13 monkeys were divided into 3 groups, and implanted with different surface modified and non-modified IOLs into their eyes. All of the eyes were examined by slitlamp microscope and Schitz tonometer at postoperative 15, 30, 60, 90 and 180 days. Postoperatively, at different periods the aqueous was aspirated from the anterior chamber to calculate cells.Results F-heparin surface modified IOLs induced milder inflammatory reaction and less dense posterior capsula opacification (PCO) than non-modified IOLs.Conclusion F-heparin surface modified IOL has a better biocompatibility.
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【Key words】 Lenses, intraocular； Biocompatibility； Modification
人工晶状体(intraocular lens, IOL)生物相容性问题一直受到国内外学者的关注。本实验采用载能离子束联合低温等离子体技术对聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)IOL进行表面氟离子处理联合肝素表面修饰，得到氟-肝素表面双重修饰的IOL，并将其植入非人灵长类动物猕猴眼内，同时选用未修饰的PMMA IOL及由Pharmacia公司提供经肝素修饰(heparin surface modified, HSM )的IOL作对照，以研究经氟-肝素修饰的PMMA IOL的生物相容性。
材料和方法
一、材料
1.动物来源：使用福建省计划生育研究所非人灵长类实验中心提供的达到普通质量合格标准的猕猴13只(26只眼)，其中10只眼患自发性白内障。猕猴年龄7～13岁，平均年龄10岁。雄性10只、雌性3只。平均体重7.8 kg。
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2.分组：13只猕猴(26只眼)随机分成3组。(1)对照A组：5只猕猴(10只眼)，其中4只眼患不同程度白内障。行晶状体囊外摘除术，同期植入未修饰的后房型PMMA IOL；(2)对照B组：3只猕猴(6只眼)，其中2只眼患白内障，行晶状体囊外摘除术，植入HSM IOL；(3)实验组：5只猕猴(10只眼)，其中4只眼患白内障，行晶状体囊外摘除术，植入经氟-肝素修饰的PMMA IOL。
二、方法
1.术前检查：13只猕猴经氯胺酮(10 mg/kg体重)肌肉注射麻醉，托品酰胺散瞳，裂隙灯显微镜下检查眼前节，直接检眼镜下观察眼底，Schitz压陷式眼压计测量眼压。
2.术后观察：于术后第15、30、60、90及180天分别使用裂隙灯、检眼镜、眼压计，观察术眼术后反应。用1ml一次性无菌注射器于透明角膜行前房穿刺，抽取房水，在日本OLYMPUS显微镜下计算细胞数。参考Zetterstrm等[1]、Spngberg等[2]及Fagerholm等[3]报道的方法将前房渗出分为4级(-、+、++、+++)。后囊混浊按透明(-)、轻度(+)、中度(++)、重度(+++)混浊分为4级。
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3.统计学处理：手术后前房渗出及后囊混浊情况按等级数据进行非参数H检验及t检验；房水细胞密度数据采用多样本均数方差分析及q检验。
结果
1.前房渗出(表1)：3个组于术后第15天最明显，以后逐渐减轻，术后第90天渗出全部吸收。术后第30天，实验组的前房渗出轻于对照A组，差异有显著性(t=2.22 ，P<0.05)。
表1 IOL植入手术后不同时间3组猕猴前房渗出分布情况及比较(眼数) 术后
时间
对照A组(n=10)
对照B组(n=6)
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2.房水细胞计数(表2)：3个组房水细胞密度均于术后第15天最多，第90天基本恢复正常。术后第15天，对照A组房水细胞密度明显高于对照B组(q=3.66)和实验组(q=4.72)；术后第30天，实验组低于对照A组(q=3.97)，差异均有显著性(P<0.05)。
表2 3组猕猴IOL植入手术后不同时间房水细胞密度比较 组别
眼数
术后不同时间房水细胞密度(
±s,106/L), 百拇医药
15 d
30 d
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90d*
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对照A组
10
75.20±17.28
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*经对数变换，呈近似正态分布，采用方差分析
3.后囊混浊(表3)：3个组后囊混浊均于术后第30天开始形成，第90天明显。术后第90天，实验组后囊混浊程度轻于对照A组(t=2.52)；术后第180天，实验组分别轻于对照A组(t=3.68)、B组(t=1.92)，差异均有显著性(P<0.05)。
表3 IOL植入手术后不同时间3组猕猴后囊混浊分布情况及比较(眼数) 术后
时间
对照A组(n=10)
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实验组(n=10)
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4.眼压、眼底情况：术后不同时间各组眼压无明显差异；眼底检查未发现黄斑水肿等眼底病变。
讨论
IOL植入眼内作为异物引起眼内的一系列炎症、免疫排斥反应，其原因除了与手术技术、IOL的设计、宿主因素外，IOL的生物相容性亦起到重要作用。目前为了尽量避免眼内组织对IOL的排斥反应发生，采取两种方法：(1)尽量将IOL与眼组织隔离，将IOL植入囊袋内；(2)通过表面修饰增加IOL的生物相容性[4，5]。
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一、表面修饰技术
IOL的生物相容性是IOL表面与局部眼组织之间相互作用的结果。植入材料表面的理化特性直接影响它的生物相容性。目前，采用不同表面处理与修饰手段，改变植入材料表面理化特性，从而改变其生物相容性的方法，正逐渐受到人们的重视。
肝素是一种聚胺聚糖，即粘多糖，带有大量的负电荷，与IOL表面结合后，使IOL表面呈现很强的极性，即亲水性，这样细胞、细菌则不易在IOL表面沉着，可减少IOL植入术后并发症的发生。含氟高分子材料，在生物医学领域曾用于制造人工血管和心脏补片等。经氟离子处理的IOL，表面增加了接触角，表面能降低，表面的化学特性改变，呈疏水性。本项研究使用载能离子束联合低温等离子体技术对PMMA IOL进行氟离子处理联合肝素表面双重修饰，使其表面同时存在氟元素及肝素，由于肝素系亲水分子链，而氟元素的存在提高了IOL表面的疏水性，因此在氟离子和肝素的双重修饰下，IOL材料表面的亲水性和疏水性处于一种平衡状态，出现亲疏水基团的微相分离结构[6]，从而提高了IOL表面的生物相容性。
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IOL材料生物相容性的好坏直接影响植入手术后眼内炎症反应的发生程度及持续时间。IOL植入术后后囊混浊的形成及程度是影响白内障手术长期疗效的主要因素之一，也是判断IOL生物相容性的重要参数。本研究术后第15、30、60、90、180天的观察结果显示，实验组与对照A组比较，实验组的炎症反应及前房渗出轻，房水细胞数少，后囊混浊程度轻；与对照B组比较，实验组 IOL导致后囊混浊的程度轻，由此说明经氟-肝素修饰的IOL具有较好的生物相容性。有文献报道，HSM IOL在兔、猴以及人眼引起后囊混浊的程度与PMMA IOL相比，无明显差异[2，7]。本研究中，术后第90、180天后囊混浊程度两对照组比较，差异无显著性(P>0.05)。
二、血-房水屏障(blood-aqueous barrier, BAB)破坏
IOL植入手术的创伤，直接导致BAB的破坏，出现房水闪辉、炎性细胞。前房中的细胞反应，一般在术后第1天最明显，1周后迅速减轻，3个月后消失，BAB功能重建。BAB功能的重建水平，可作为评价IOL材料生物相容性的一个指标[8，9]。
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本研究各组房水细胞密度于术后第15天最高，以后逐渐下降，术后第90天接近正常，BAB功能趋于恢复，与Sanders等[10]报道结果一致。术后第15、30天，实验组房水细胞密度明显低于对照A组；术后第30天，实验组前房渗出轻于对照A组，差异均有显著性(P<0.05)，说明经氟-肝素修饰的IOL破坏BAB程度较轻，BAB功能重建早，其生物相容性好。同时，手术切口的位置、大小，IOL植入的位置，手术技巧均可影响BAB功能的恢复。本研究各组均在相同手术条件下，由同一位医师完成手术。
三、动物模型
猕猴属于哺乳纲中灵长目猴科动物，在生物进化、解剖结构和生理机能等方面与人类相近。猕猴大脑发达，视觉敏感，具有立体视觉、色觉、双目单视等功能，祁明信等[11](1996)曾报道猕猴可作为研究人类白内障理想的动物模型。本研究选用猕猴进行新型氟-肝素IOL的亚临床实验研究，不仅提高了研究结果的可信性，而且为临床应用提供了更安全有效的保证。
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参考文献
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2 Spngberg M, Kihlstrm I, Bjrklund H, et al. Improved biocompatibility of intraocular lenses by heparin surface modification: a 12-month implantation study in monkeys. J Cataract Refract Surg, 1990, 16:170-177.
3 Fagerholm P, Bjrklund H, Holmberg ?, et al. Heparin surface modified intraocular lenses implanted in the monkey eye. J Cataract Refract Surg, 1989, 15:485-490.
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4 Ygge J, Wenzel M, Philipson B, et al. Cellular reactions on heparin surface-modified versus regular PMMA lenses during the first postoperative month. Ophthalmology, 1990, 97:1216-1224.
5 Philipson B, Fagerholm P, Calel B, et al. Heparin surface modified intraocular lenses：three-month follow-up of a randomized ，double-masked clinical trial. J Cataract Refract Surg, 1992, 18:71-78.
6 顾汉卿,徐国风,主编.生物医学材料学.天津：天津科技翻译出版公司，1993.179-184.
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7 Lundgren B, Holst A, Tarnholm A, et al. Cellular reaction following cataract surgery with implantation of the heparin-surface-modified intraocular lens in rabbits with experimental uveitis. J Cataract Refract Surg, 1992, 18:602-606.
8 Shah SM, Spalton DJ. Changes in anterior chamber flare and cells following cataract surgery. Br J Ophthalmol, 1994, 78:91-94.
9 Nishi O, Nishi K. Disruption of the blood-aqueous barrier by residual lens epithelial cells after intraocular lens implantation. Ophthalmic Surg, 1992, 23:325-329.
10 Sanders DR, Kraff MC, Lieberman HL, et al. Breakdown and reestablishment of blood-aqueous barrier with implant surgery. Arch Ophthalmol, 1982,100:588-590.
11 祁明信，黄秀榕，李志雄，等.猕猴自发性白内障发病的研究.中国实验动物学杂志，1996,6:203-208.
(收稿日期：1999-07-24), 百拇医药