(8/8) Cirugía Refractiva y Biomecánica Corneal: PRK vs LASIK vs ReLEx SMILE (2): La Evidencia

La hipótesis de que la técnica ReLEx SMILE proporcionaría una mejor conservación de la Biomecánica Corneal que las técnicas de Cirugía Refractiva Láser Corneal anteriores ha llevado a un aumento del interés en la investigación clínica y experimental en este campo. Esta hipótesis basada en la plausibilidad que deriva de diversos estudios relacionados con la materia y que fueron ampliamente tratados en la entrega anterior del post, se basa fundamentalmente en el hecho de que las capas corneales con mayor rigidez se conservan con esta nueva técnica.

Desde el Departamento de I+D de Qvision realizamos una Revisión sobre el tema que ha sido recientemente publicada en el Journal of Cataract and Refractive Surgery (1), la revista científica oficial de la ESCRS y la ASCRS (Sociedades Europeas y Americana de Cataratas y Cirugía Refractiva), donde analizamos en profundidad los factores que podrían afectar la Biomecánica Corneal en los diferentes procedimientos de Cirugía Refractiva Láser Corneal.

 

EL GAP ENTRE LABORATORIO Y PRÁCTICA CLÍNICA

1) MIDIENDO LA BIOMECÁNICA CORNEAL EN LABORATORIO:

La interpretación de los resultados obtenidos de los métodos de laboratorio para evaluar la Biomecánica Corneal puede ser confusos para el Clínico. En primer lugar, los resultados de los estudios en laboratorio informan del módulo elástico de Young obtenido a partir de la relación entre el esfuerzo aplicado (fuerza) y la deformación resultante (deformación). Sin embargo, el módulo de Young cuantifica la respuesta de un material perfectamente elástico, que no es el caso de tejidos biológicos bandos como la córnea que tiene propiedades viscoelásticas (2). Por lo tanto, para superar este problema, se supone que los tejidos biológicos blandos se comportan como sólidos elásticos. Esto permite obtener el módulo tangente, que se define como la pendiente de la curva de tensión-deformación en un esfuerzo específico (3).

El módulo de Young resultante de la córnea varía ampliamente según el método de medición: Las técnicas de indentación pueden ser óptimas para obtener la rigidez de una pequeña ubicación del tejido de milímetros a nanómetros y las técnicas de tracción para obtener rigidez de la córnea en su espesor completo, considerando que un módulo de elasticidad más alto indica que el material es más rígido. Además, una limitación de estos métodos es que la manipulación del ojo para realizar la medición puede dar como resultado una alteración de la reorientación de las fibras y, por lo tanto, de la rigidez del tejido. Se ha propuesto una nueva metodología ex-vivo capaz de probar mecánicamente el globo ocular sin manipulado, que se basa en la interferometría láser. El uso de esta tecnología ha llevado a conclusiones, como que la córnea central es más rígida que la córnea periférica. (4)

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2) MIDIENDO LA BIOMECÁNICA CORNEAL EN LA PRÁCTICA CLÍNICA:

Las técnicas actuales para evaluar la Biomecánica Corneal en la práctica clínica se basan en la adquisición de algunos parámetros durante la deformación corneal mediante una inyección de aire. Estos parámetros incluyen la histéresis corneal y el factor de resistencia corneal derivado de las presiones obtenidas con un analizador de forma de onda biomecánica (Ocular Response Analyzer, Reichert Technologies). Más recientemente, se desarrolló un dispositivo de tonómetro Scheimpflug dinámico (Corvis ST, Oculus Optikgeräte GmbH) que registra el movimiento de la córnea con una cámara de alta velocidad que permite la adquisición de múltiples parámetros, incluidos el aplanamiento, los tiempos, las velocidades y las deflexiones. Sin embargo, los parámetros obtenidos con ambos dispositivos difieren ampliamente de los descriptores estándar de las propiedades mecánicas utilizadas en el laboratorio. Se ha propuesto un nuevo dispositivo de indentación corneal para medir el módulo de elasticidad tangente de la córnea en la práctica clínica (5). Estos 3 métodos clínicos se basan en la respuesta de la córnea en su espesor completo y un pequeño cambio en la Biomecánica Corneal resultante de la composición física puede no ser detectada, principalmente porque existen variables de confusión como el grosor corneal y la presión intraocular (PIO) que juegan un papel importante en la resistencia de la córnea.

 

PAPEL DE LAS CAPAS CORNEALES EN LA BIOMECÁNICA CORNEAL

1) CAPAS FINAS DE LA CÓRNEA: EPITELIO, BOWMAN Y DESCEMET:

Los estudios realizados en laboratorio con métodos de estiramiento por tracción, ya sea tirando de una tira de tejido corneal (6) o aplicando presión detrás de la córnea (7), han servido para sacar conclusiones sobre la contribución de las diferentes capas corneales a la Biomecánica Corneal, concluyendo que algunas capas más delgadas, incluido el epitelio (7,8) y la capa de Bowman (6) podrían ser despreciadas en simulaciones numéricas debido a su pequeña contribución. Estos experimentos midieron las diferencias en toda la córnea mientras se mantenía o eliminaba el epitelio y la capa de Bowman, pero sin aislar cada capa. Es difícil aislar cada capa para realizar pruebas mecánicas porque las pruebas de tracción requieren un agarre mecánico para sostener y tirar del material, lo que sería difícil de hacer con capas delgadas. Se han propuesto métodos de hendidura más sofisticados, como la nanoindentación de microscopía de fuerza atómica, para determinar el módulo de elasticidad local de cada capa corneal (8).

Last et al (9) informaron que la capa de Bowman tiene un módulo de Young de 109.8 kPa, más alto que el del estroma anterior (33.1 kPa) y la membrana de Descemet (50 kPa). Además, Xia et al (10) encontraron un aumento en el módulo de Young para el estroma y la membrana Descemet23 de MPa a GPa (109 Pa) con deshidratación corneal. A partir de estos resultados, podemos hipotetizar razonablemente que la pequeña contribución de estas capas a toda la Biomecánica Corneal es el resultado de que son menos gruesas en el contexto del grosor total de la córnea. Desde nuestra perspectiva, debido a que todas estas capas delgadas se ven afectadas en el Queratocono (11), no deben descuidarse en los futuros estudios de investigación de Biomecánica Corneal.

El desarrollo de técnicas de imagen avanzadas, como nuevos modelos de microscopio electrónico de barrido que permiten obtener imágenes 3D de alta resolución a partir de una muestra, ha proporcionado más conocimiento sobre algunos otros componentes microestructurales, como las fibras elásticas, que se han pasado por alto en los últimos años y que difieren entre córneas normales y córneas con Queratocono (12). Específicamente, se ha informado que la córnea contiene una red de microfibrillas anterior a la membrana de Descemet que se vuelve progresivamente menos abundante en la parte anterior. Por el contrario, en la córnea con Queratocono, hay pocas fibras elásticas anteriores a la membrana de Descemet y estas fibras aumentan en número por debajo del epitelio basal en las regiones centrales adelgazadas (13).

2) ESTROMA CORNEAL:

El Estroma Corneal es la capa más gruesa de la córnea con una composición microestructural de fibrillas de colágeno que varía con la profundidad. Hoy en día, se sabe que la densidad de las fibras de colágeno disminuye a lo largo del profundidad de la córnea y que las fibras de colágeno tienen ángulos pronunciados en la parte más anterior de la córnea, con fibras insertadas en la membrana de Bowman (14). Esta organización del colágeno le confiere una rigidez significativamente mayor (15) y menos elasticidad (16) al estroma anterior en comparación con el estroma medio y posterior.

Además, la córnea anterior está organizada isotrópicamente, mientras que las partes media y posterior tienen 2 orientaciones preferenciales atribuidas a las direcciones nasal-temporal e inferior-superior. Así la rigidez del estroma va disminuyendo con la profundidad de 7.71 KPa a 240 KPa para el estroma anterior, de 1.99 KPa a 70 KPa para el estroma central, y de 1.31 KPa a 10 KPa para el estroma posterior (17, 18).

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CAMBIOS MACRO Y MICROESTRUCTURALES TRAS CIRUGÍA REFRACTIVA

Desde una perspectiva teórica, RELEX SMILE conserva las capas más rígidas de la córnea, y para ojos con la misma PIO (Presión intraocular) y el mismo grosor corneal después de la cirugía, por lo que la córnea debiera ser más rígida tras ReLEx SMILE que tras PRK o LASIK. Sin embargo, otros cambios microestructurales pueden conducir a variaciones en la rigidez entre las técnicas o incluso para la misma técnica.

El grosor del Epitelio Corneal aumenta tras Cirugía Refractiva Láser Corneal en comparación con el de los ojos no operados. Con la técnica ReLEx SMILE, se informa que este aumento está entre 2.51 y 15 μm (19, 20) mayor en el centro, disminuyendo a lo largo de la periferia y adquiriendo una forma lenticular (21). Además, se ha informado que la hiperplasia del epitelio central es menor en aproximadamente 1 μm tras ReLEx SMILE que tras LASIK (20). Esta remodelación epitelial tras ReLEx SMILE se correlaciona con la edad y el error de refracción corregido, pero no con los resultados refractivos (20). Por el contrario, la diferencia entre la reducción estromal esperada y la constatada es entre 8 μm y 11,9 μm (20) más gruesa en promedio tras ReLEx SMILE, pero solo 0,4 μm para LASIK, 3 meses después de la operación, y esto se relacionó con el error de refracción residual (20, 21).

A partir de estos hallazgos, se ha formulado la hipótesis de que el Estroma Corneal pudiera expandirse tras ReLEx SMILE (20) y que esto se compensaría con una menor aumento en el grosor del epitelio central (19). Esto puede llevarnos a la hipótesis de que las córneas con el mismo espesor después de la cirugía podrían ser más rígidas con la técnica ReLEx SMILE que con LASIK como resultado de la expansión del estroma en lugar del epitelio, que es una capa menos rígida (19, 20). Sin embargo, esta es sólo una hipótesis que debe confirmarse en estudios futuros porque la naturaleza de esta expansión puede hacer variar  la rigidez del estroma en comparación con la córnea no tratada.

La hidratación corneal también tiene un papel importante en la Biomecánica Corneal. A medida que aumenta la permeabilidad de la córnea, la córnea se vuelve más gruesa, pero la rigidez disminuye de GPa a MPa (22). Esto significa que 2 córneas con el mismo grosor pueden tener un comportamiento biomecánico diferente dependiendo del nivel de hidratación corneal. La combinación de densitometría corneal y análisis biomecánico podría ser una opción para caracterizar el impacto de la hidratación corneal (23).

 

COMBINACIÓN DE DENSITOMETRÍA Y BIOMECÁNICA CORNEAL

La estructura corneal descrita previamente conduce a disparidades en el índice de refracción que producen dispersión de luz visible a través de mapas de Densitometría Corneal (24). Las principales fuentes de dispersión de luz son la capa de células epiteliales corneales superficiales anteriores y el endotelio corneal posterior debido a la mayor diferencia en el índice de refracción del aire y del agua (25). Sin embargo, las variaciones en la dispersión de la luz también están presentes en la córnea como resultado de las disparidades del índice de refracción a lo largo del epitelio, estroma anterior y estroma posterior (26). El aumento del índice de refracción en el estroma se ha asociado con la deshidratación después del LASIK (26) y es mayor en las córneas de pacientes mayores; esto se correlaciona directamente con el aumento de la Densitometría (27) y la Rigidez Corneal (28).

La Densitometría medida con cámara Scheimpflug giratoria, Pentacam (Oculus Optikgeräte GmbH) es más alta en las 120 μm anteriores de la córnea en comparación con la del centro y las capas posteriores (27). Nuestra hipótesis es que el aumento en la Densitometría Corneal anterior no es solo el resultado del espesor epitelial sino también del ángulo de las lamelas de colágeno (14) en esta parte de la córnea y posiblemente porque el estroma anterior tiende a estar menos hidratado y más resistente al flujo de agua que el estroma posterior (29).

La Densitometría aumenta tras la Cirugía Refractiva láser Corneal (23), probablemente como resultado del aumento en el índice de refracción debido a la deshidratación del estroma por la aplicación del láser (29).  Los valores preoperatorios se alcanzan 3 meses tras LASIK y ReLEx SMILE sin diferencias entre las técnicas (31), pero no después de PRK (30). Regresa a valores incluso por debajo del estado preoperatorio 12 meses tras PRK (30) y ReLEx SMILE. La disminución de la Densitometría Corneal durante el período postoperatorio podría estar relacionada con la recuperación de la hidratación corneal, con una disminución en el índice de refracción del estroma, incluso para niveles de hidratación más altos que los valores preoperatorios. Esto estaría en consonancia con la posible expansión del estroma y el aumento del grosor corneal con el tiempo (32).

El Departamento de I+D de Qvision reportó por primera vez la utilidad potencial de la Densitometría Corneal Dinámica en la Cirugía Refractiva (23). Se define como el aumento de la Densitometría Corneal durante el curso del soplo de aire generado con el tonómetro Scheimpflug dinámico de Corvis ST. Es importante diferenciar entre Densitometría Corneal Estática medida con cualquier cámara Scheimpflug giratoria y la Densitometría Corneal Dinámica medida con el sistema Corvis ST. El primero representa el estado natural de las fibrillas corneales y la hidratación corneal, mientras que el último hipotéticamente representaría la modificación de la estructura de la fibra de colágeno y el movimiento de la fluídica a lo largo de la córnea durante el curso del soplo de aire. Nuestra explicación del curso de la Densitometría Corneal Dinámica es que el fluido estromal va desde el estroma anterior al posterior con la presión del soplo de aire, mientras que las fibras anteriores se comprimen o se reordenan. Además, informamos que el signo de Densitometría descrito como una franja brillante e inclinada que aparece en los picos corneales periféricos en la etapa de concavidad más alta y se desplaza hacia la periferia corneal hasta que desaparece, tiene una prevalencia más alta tras ReLEx SMILE. Este signo podría estar relacionado con un mayor movimiento de fluidos causado por la alteración de las fibras de colágeno durante la cirugía (23). Sin embargo, ésta es solo una hipótesis que sugiere las posibles ventajas de incluir la Densitometría Corneal en los algoritmos para calcular la Rigidez Corneal.

 

CAMBIOS BIOMECÁNICA CORNEAL ENTRE TÉCNICAS: RESULTADOS PUBLICADOS 

En la tabla adjunta se presentan las conclusiones de los estudios que midieron la Biomecánica Corneal comparando diferentes técnicas de Cirugía Refractiva Corneal Láser ya sea con el ORA como el Corvis ST.

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CONCLUSIONES

1) La Rigidez medida en Laboratorio depende en gran medida del método de medición que se utilice, con una gran variación entre los estudios que podrían dificultar la incorporación de esta información en los modelos biomecánicos.

2) El papel de las capas corneales en la Biomecánica Corneal debe considerarse como la rigidez relativa con respecto al espesor o, en otras palabras, cómo de rígida es la capa considerando su espesor en comparación con el espesor total corneal. Así, las capas de Bowman y Descemet son más rígidas que el estroma, pero esta mayor rigidez se enmascara cuando utilizamos métodos que evalúan la Rigidez Corneal a espesor completo como los que utilizamos cuando medimos la Biomecánica Corneal en Clínica.

3) Los métodos clínicos actualmente disponibles para caracterizar la Biomecánica Corneal no son capaces de evaluar la Rigidez de cada una de las capas de la córnea y la única opción es medir la córnea en su espesor total. Esto podría considerarse como una limitación debido al impacto de las variables de confusión, como el grosor corneal y la PIO. Hemos definido en el presente paper consideraciones para minimizar la influencia de estas variables de confusión en los resultados. Incluso si los estudios futuros aplican esta consideración, no podemos asegurar que permitirá a los médicos aclarar si ReLEx SMILE es mejor en términos de Biomecánica Corneal que con otras técnicas de Cirugía Refractiva Láser Corneal. Con los dispositivos clínicos actualmente disponibles, hay cambios microestructurales, como alteraciones de la hidratación corneal, expansión del estroma o compresión del estroma anterior, durante la etapa del soplo de aire que también pueden actuar como variables de confusión.

4) Con respecto a los avances más recientes en Biomecánica Corneal, los nuevos parámetros del tonómetro Scheimpflug dinámico Corvis ST no están correlacionados con el Espesor Corneal y la Densitometría Corneal Dinámica que podrían ser una herramienta adicional en los algoritmos que caracterizan la Biomecánica Corneal.

 

Así, si bien vimos en la anterior entrega del blog que en comparación con otros procedimientos de Cirugía Refractiva Láser Corneal, la técnica ReLEx SMILE pudiera considerarse teóricamente superior en términos de estabilidad Biomecánica, como hemos visto en la presente entrada, esto no ha podido ser validado clínicamente.

Además es importante señalar que la técnica ReLEx SMILE no puede evitar completamente la Ectasia Corneal en los casos en los que estaría contraindicada la Cirugía Refractiva Láser Corneal por criterios de sospecha de córnea biomecánicamente inestable, habiendo sido reportados en literatura 4 casos de Ectasia Corneal yatrogénica tras ReLEx SMILE que tuvieron lugar en Pacientes de alto riesgo (Queratocono Subclínico), en los que estarían contraindicada la Cirugía Refractiva Corneal Láser, pero que sin embargo terminaron siendo intervenidos (34). De esta manera es importante señalar que los casos con sospecha de inestabilidad biomecánica deben ser detectados en el estudio preoperatorio y no deben someterse a Cirugía Refractiva Láser Corneal, debiendo considerarse un enfoque completamente diferente de la corrección refractiva, como bien pudiera ser el uso de gafas, lentes de contacto o el implante de lentes intraoculares fáquicas.

 

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(1) Fernández J, Rodríguez-Vallejo M, Martínez 1, Tauste A, Piñero DP. Corneal biomechanics after laser refractive surgery: Unmasking differences between techniques. Journal of Cataract & Refractive Surgery, volume 44 , Issue 3, 390 – 398

(2) C.T. McKee, J.A. Last, P. Russell, C.J. Murphy. Indentation versus tensile measurements of Young’s modulus for soft biological tissues. Tissue Eng Part B Rev, 17 (2011), pp. 155-164

(3) Y. Hon, K. Wan, G.-Z. Chen, S.-H. Lu, D.C.C. Lam, A.K.C. Lam. Diurnal variation of corneal tangent modulus in normal Chinese. Cornea, 35 (2016), pp. 1600-1604

(4) I.M. De la Torre, M. del Socorro Hernández Montes, J.M. Flores-Moreno, F. Mendoza-Santoyo. Laser speckle based digital optical methods in structural mechanics: a review. Opt Lasers Eng, 87 (2016), pp. 32-5

(5) M.W.L. Ko, L.K.K. Leung, D.C.C. Lam, C.K.S. Leung. Characterization of corneal tangent modulus in vivo. Acta Ophthalmol, 91 (2013), pp. e263-e269

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(9) J.A. Last, S.M. Thomasy, C.R. Croasdale, P. Russell, C.J. Murphy. Compliance profile of the human cornea as measured by atomic force microscopy. Micron, 43 (2012), pp. 1293-1298

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(11) M.L. Khaled, I. Helwa, M. Drewry, M. Seremwe, A. Estes, Y. LiuMolecular and histopathological changes associated with keratoconus. Biomed Res Int (2017)

(12) N. Lewis, T.L. White, R.D. Young, J.S. Bell, C.P. Winlove, K.M. MeekThree-dimensional arrangement of elastic fibers in the human corneal stroma. Exp Eye Res, 146 (2016), pp. 43-53

(13) T.L. White, P.N. Lewis, R.D. Young, K. Kitazawa, T. Inatomi, S. Kinoshita, K.M. Meek. Elastic microfibril distribution in the cornea: differences between normal and keratoconic stroma. Exp Eye Res, 159 (2017), pp. 40-48

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(16) Janice Dias, N.M. Ziebarth. Anterior and posterior corneal stroma elasticity assessed using nanoindentation. Exp Eye Res, 115 (2013), pp. 41-46

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(18) S.J. Petsche, D. Chernyak, J. Martiz, M.E. Levenston, P.M. Pinsky. Depth-dependent transverse shear properties of the human corneal stroma. Invest Ophthalmol Vis Sci, 53 (2012), pp. 873-880

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(21) N. Luft, M.H. Ring, M. Dirisamer, A.S. Mursch-Edlmayr, J. Pretzl, M. Bolz, S.G. Priglinger. Semiautomated SD-OCT measurements of corneal sublayer thickness in normal and post-SMILE eyes. Cornea, 35 (2016), pp. 972-979

(22) H. Hatami-Marbini, E. Etebu. Hydration dependent biomechanical properties of the corneal stroma. Exp Eye Res, 116 (2013), pp. 47-54

(23) J. Fernández, M. Rodríguez-Vallejo, J. Martínez, A. Tauste, P. Salvestrini, D.P. Piñero. New parameters for evaluating corneal biomechanics and intraocular pressure after SMILE by Scheimpflug-based dynamic tonometry. J Cataract Refract Surg, 43 (2017), pp. 803-811

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(26) S. Patel, J. Marshall, F.W. Fitzke III. Refractive index of the human corneal epithelium and stroma. J Refract Surg, 11 (1995), pp. 100-105

(27) S. Ní Dhubhghaill, J.J. Rozema, S. Jongenelen, I. Ruiz Hidalgo, N. Zakaria, M.J. Tassignon. Normative values for corneal densitometry analysis by Scheimpflug optical assessment. Invest Ophthalmol Vis Sci, 55 (2014), pp. 162-168

(28) A. Elsheikh, D. Wang, M. Brown, P. Rama, M. Campanelli, D. Pye. Assessment of corneal biomechanical properties and their variation with age. Curr Eye Res, 32 (2007), pp. 11-19

(29) S. Patel, J.L. Alió, J.J. Pérez-Santonja. Refractive index change in bovine and human corneal stroma before and after LASIK: a study of untreated and re-treated corneas implicating stromal hydration. Invest Ophthalmol Vis Sci, 45 (2004), pp. 3523-3530

(30) G. Cennamo, R. Forte, B. Aufiero, A. La Rana. Computerized Scheimpflug densitometry as a measure of corneal optical density after excimer laser refractive surgery in myopic eyes. J Cataract Refract Surg, 37 (2011), pp. 1502-1506

(31) A. Lazaridis, K. Droutsas, W. Sekundo, M. Petrak, S. Schulze. Corneal clarity and visual outcomes after small-incision lenticule extraction and comparison to femtosecond laser-assisted in situ keratomileusis. J Ophthalmol (2017)

(32) A. Ivarsen, W. Fledelius, J.Ø. Hjortdal. Three-year changes in epithelial and stromal thickness after PRK or LASIK for high myopia. Invest Ophthalmol Vis Sci, 50 (2009), pp. 2061-2066

(33) M. Jastrzebska, D. Tarnawska, R. Wrzalik, A. Chrobak, M. Grelowski, E. Wylegala, D. Zygadlo, A. Ratuszna. New insight into the shortening of the collagen fibril D-period in human cornea. J Biomol Struct Dyn, 35 (2017), pp. 551-563

(34) Moshirfar M, Albarracin JC, Desautels JD, Birdsong OC, Linn SH, Hoopes PC. Ectasia following small-incision lenticule extraction (SMILE): a review of the literature. Clinical Ophthalmology (Auckland, NZ). 2017;11:1683-1688

Pedro Pérez

Acerca de Joaquín Fernández

Director Médico Sección Cirugía Refractiva (Miopía, Hipermetropía y Astigmatismo), Presbicia, Córnea y Cataratas.
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