Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics: CFD), Navier-Stokes denklemlerine dayanarak akışkan akışını sayısal yöntemler ve algoritmalarla analiz eden bir hesaplama bilimi tekniğidir. Yapıyı temsil eden bir hesaplama modeline akışkanlar dinamiği yasalarını uygulayarak akış desenleri, basınç dağılımı ve kayma gerilimi tahmin edilebilir.
Göz, yüksek konsantrasyonda akışkan (aköz hümör ve vitreus) içeren bir organdır ve CFD analizi için son derece uygun bir modeldir. Göz hastalıklarında başlıca uygulama alanları şunlardır:
CFD, şimdiye kadar kardiyovasküler alanda (ateroskleroz, stent tasarımı) büyük başarılar elde etmiştir. Son yıllarda, göz hastalıkları da dahil olmak üzere diğer tıp alanlarıyla işbirliği artmış ve çok disiplinli (doktorlar, matematikçiler, fizikçiler) ekip çalışmasıyla araştırmalar hız kazanmıştır.
Navier-Stokes denklemlerinin basitleştirme aşamalarında, viskozite teriminin çıkarılması Euler denklemini, girdap teriminin çıkarılması tam potansiyel denklemini ve doğrusallaştırma doğrusallaştırılmış potansiyel denklemini verir. Ön kamaradaki kararlı durumda maksimum Reynolds sayısı yaklaşık 0.01 gibi çok küçüktür, ancak göz kırpma gibi geçici olaylarda tam Navier-Stokes denklemlerinin kullanılması gerekir.
CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği), bilgisayar kullanarak akışkan akışını simüle eden bir tekniktir. Oftalmolojide, başlıca glokoma neden olan aköz hümör akışındaki anormalliklerin analizi, vitreus içi enjeksiyon sonrası ilaç yayılımının tahmini ve katarakt cerrahisi sırasında akışkan davranışının optimizasyonu gibi alanlarda uygulanır. Göz, bol miktarda sıvı içeren bir organ olduğu için CFD analizi için oldukça uygun bir modeldir.
Aköz hümör, siliyer cisim koronasının pigmentsiz epiteli tarafından arka odaya salgılanır. Günlük üretim miktarı yaklaşık 3.0 μL/dakikadır ve standart ön oda hacmi (yaklaşık 250 μL) 1-2 saatte yenilenir. Aköz hümör, pupilden geçerek ön odaya girer ve başlıca trabeküler ağ-Schlemm kanalı yolu (ana yol: %80-95) ile uveoskleral drenaj yolu (yardımcı yol: %5-20) yoluyla boşaltılır2).
Ana yoldaki drenaj direncinin ana kaynağı, hücre dışı matris (ECM) içeren juxtacanalicular bağ dokusudur4). ECM’nin sürekli yenilenmesi, göz içi basıncının düzenlenmesi için gereklidir ve TM’nin ECM’sinin manipüle edilmesiyle drenaj hızının değiştirilebileceği deneysel olarak gösterilmiştir4).
«Drenaj yolu, sürekli basınç sapmalarını algılayan ve göz içi basıncını normal aralıkta tutmak için drenaj direncini telafi edici şekilde ayarlayan bir homeostaz mekanizmasına sahiptir»4)
Schlemm kanalı iç duvar endotel hücrelerinin (SCE) bazal membranında, aköz hümörün dev vakuoller ve gözenekler yoluyla boşaltıldığı submikron süreksizlikler gelişir4). Juxtacanalicular bağ dokusu (JCT) hücrelerinin, versikan oryantasyonu ve konsantrasyonunu manipüle ederek drenaj direncini düzenlediği hipotezi test edilmiştir4).
Göz içi basıncı, tek bir sayıya indirgenemeyen karmaşık bir parametredir3). Göz içi basıncı zamanla değişir, göz içindeki konuma göre farklılık gösterir ve ölçüm yönteminden etkilenir3).
| Göz İçi Basıncının Özellikleri | İçerik |
|---|---|
| Tanım | Atmosfer basıncına göre fark (mmHg) |
| Normal Göz İçi Basıncı | Yaklaşık 15 mmHg (atmosfer basıncı + 2 kPa) |
| Gün içi dalgalanma | Gece aköz üretimi yarıya düşer |
Göz içi basıncının oluşturduğu mekanik gerinim, optik sinir başında (ONH) akson fonksiyonunu etkiler ve lokal ECM yeniden şekillenmesi ile retina ganglion hücresi (RGC) ölümüne neden olur3). Kribriform plak (LC), skleral kanal açıklığını örten pencere benzeri bir yapıdır ve glokomda hasarın birincil bölgesi olarak kabul edilir3).
Normal gözde, LC bölgesindeki maksimum asal gerinim 5-45 mmHg basınçta yaklaşık %3’tür ve periferde merkeze göre daha yüksektir3). Oküler hipertansiyonlu gözlerde (%3.96), primer açık açılı glokom (POAG) gözlerinde (%6.04) ve primer açı kapanması glokomu (PACG) gözlerinde (%4.05) etkin gerinimin farklı olduğu bildirilmiştir3).
Göz içi basıncına bağımlı faktörler
Mekanik stres: Göz içi basıncı, kribriform plağın bağ dokusu kirişlerini deforme eder. Yüksek basınçta LC’de yaygın yeniden şekillenme ve arkaya doğru yer değiştirme meydana gelir3)
Aksonal taşıma bozukluğu: Göz içi basıncına bağlı gerinim, LC’de anterograd ve retrograd aksonal taşımayı bloke eder3)
Mekanosensörler: Hücre zarı deformasyonu → iyon kanallarının açılması, integrin bağlanma sinyali → hücresel yanıt3)
Göz içi basıncından bağımsız faktörler
Dolaşım bozukluğu: Papiller kanama, peripapiller atrofi, düşük oküler perfüzyon basıncı, düşük diyastolik kan basıncı ile ilişki
Risk faktörleri: İleri yaş, aile öyküsü, büyük C/D oranı, ince kornea, düşük korneal histerezis1)2)
RGC ölümü: Apoptoz yolu, nörotrofik faktör tükenmesi, mitokondri birikimi
Aköz dışa akım direncinin ana yeri, trabekülün en derin tabakasındaki jukstakanaliküler bağ dokusunun (JCT) hücre dışı matriksidir. Bu bölgedeki ECM’nin sürekli yenilenmesi, göz içi basıncını normal aralıkta tutar. Glokomda bu düzenleyici mekanizma bozulur ve dışa akım direnci anormal şekilde artar. CFD, bu mikro yapısal düzeydeki akışkan davranışını sayısal olarak analiz ederek patofizyolojinin anlaşılmasına katkıda bulunur.
Ön kamarada aköz hümör akışına neden olan fiziksel mekanizmalar olarak aşağıdaki beş tanesi tanımlanmıştır:
Sıcaklık gradyanına bağlı kaldırma kuvvetiyle oluşan akış en baskın olanıdır ve diğer fiziksel mekanizmalardan kaynaklanan akış hızlarından birkaç kat daha büyüktür. CFD ile yapılan kayma gerilimi hesaplamaları, kaldırma kuvvetiyle oluşan akışın tek başına iristen pigment partiküllerinin ayrılmasını açıklayamadığını göstermiştir.
CFD kullanılarak lazer iridotomi (LI) sonrası aköz hümör akışındaki değişiklikler nedeniyle kornea endotel hücrelerine (CEC) uygulanan kayma gerilimi analiz edilmiştir. Özellikle ön kamarası sığ olan gözlerde, LI sonrası CEC’ye uygulanan kayma gerilimi, hücre hasarına ve kaybına neden olacak kadar büyük olabilir.
Vitreus içi enjeksiyon veya implant sonrası arka segmentte ilaç dağılımının CFD simülasyonu, enjeksiyon süresi, iğne kalınlığı ve giriş açısının ilaç konsantrasyon profili üzerinde etkili olduğunu göstermektedir. İmplantın yerleşim yeri (ön vs arka) ve şekli de göz içi konsantrasyonu etkiler. Bu tür modeller, tedavi etkinliğinin optimize edilmesine ve doku toksisitesinin azaltılmasına katkıda bulunabilir.
Lensin ısı transfer modeli, mesleki ısı maruziyetinin (fırıncılık gibi) lense hasar verebileceğini göstermiştir. Ayrıca, pigmenter glokomda akomodasyonun rolünün hesaplamalı değerlendirmesi, akomodasyonun irisin arka kısmında geriye doğru bükülmeye neden olduğunu ve bu eğriliğin akomodasyon miktarına güçlü bir şekilde bağlı olduğunu doğrulamıştır.
Aköz hümör sirkülasyonunu iyileştirmek için merkezinde delik bulunan modifiye fakik arka kamara lensleri (ICL) üzerinde, aköz hümörün hidrodinamik özelliklerini CFD ile araştırma girişimleri de devam etmektedir.
CFD, glokomun patofizyolojisinin anlaşılmasına çeşitli yönlerden katkıda bulunur. Spesifik olarak, (1) ön kamaradaki aköz hümör akış paterni ve sıcaklık dağılımının analizi, (2) trabeküler ağdan çıkış direncinin kantitatif değerlendirmesi, (3) lazer tedavisi sonrası kornea endotel hücrelerine uygulanan kayma geriliminin tahmini, (4) aköz hümör ve iris etkileşiminin modellenmesi ve (5) pupil blok mekanizmasının analizi yer alır. Gelecekte klinik verilerle entegrasyonu sayesinde, her hasta için optimize edilmiş tedavi stratejilerinin oluşturulmasında uygulanması beklenmektedir.
- European Glaucoma Society. European Glaucoma Society Terminology and Guidelines for Glaucoma, 5th Edition. Br J Ophthalmol. 2025.
- 日本緑内障学会. 緑内障診療ガイドライン（第5版）. 日眼会誌. 2022;126(2):85-177.
- Pitha IA, Du L, Nguyen TD, Quigley HA. 眼圧 and glaucoma damage: The essential role of optic nerve head and retinal mechanosensors. Prog Retin Eye Res. 2023;99:101232.
- Acott TS, Vranka JA, Keller KE, Raghunathan V, Kelley MJ. Normal and glaucomatous outflow regulation. Prog Retin Eye Res. 2021;82:100897.
