. (1/8) Cirugía Refractiva y Biomecánica Corneal: Conceptos Generales de Biomecánica Corneal

marzo 19th, 2017
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Una de las principales funciones de la Córnea además de la transmisión de la luz hacia la retina, es la de ser soporte estructural para contener la presión intraocular sin alterar su forma. De hecho, cualquier alteración estructural de la Córnea podría  afectar la función primaria de enfocar la luz para generar la visión. En la Cirugía Refractiva, el objetivo es corregir el estado refractivo ocular mediante la modificación de la forma corneal, lo que se logra mediante la eliminación de tejido.

La respuesta Biomecánica Corneal a la Cirugía Refractiva se divide en dos categorías principales: estable e inestable. La respuesta Biomecánica Corneal estable se produce con cualquier procedimiento de Cirugía Refractiva que incida sobre la Córnea, produciendo una alteración de la forma sin que se genere una descompensación Biomecánica Corneal. La descompensación Biomecánica Corneal inestable ocurre cuando se retira demasiado tejido para que la Córnea pueda mantener su integridad estructural o si existe una debilidad no reconocida preoperatoria que se exacerba por la eliminación de tejido. Es por tanto absolutamente imprescindible para evitar la Ectasia Corneal post-Cirugía Refractiva detectar estas Córneas de riesgo en el preoperatorio, como una determinación Basada en la Evidencia de la cantidad de tejido Corneal que pudiera ser retirado, en cada caso, para corregir el defecto refractivo sin que se genere una descompensación Biomecánica de la Córnea. En la reciente Revisión realizada por una de las Científicas más altamente cualificadas a nivel mundial sobre Biomecánica Corneal, la Dra. Cynthia Roberts y publicada en la revista Current Opinion in Ophthalmology (1) se realiza un profundo análisis sobre el tema que iremos desgranando.

 

BIOMECÁNICA CORNEAL

La Córnea está compuesta por cientos de láminas con una orientación predominante en las direcciones vertical y horizontal (2). La fuerza de la Córnea es dependiente de la profundidad de la misma y es la tercera parte anterior corneal la que tiene mayor resistencia a la tracción (3) y, por consiguiente, la mayor densidad de fibras interlamelares de enlace de colágeno,también llamadas enlaces cruzados (4,5) y entrelazamiento lamelar (6,7). La Córnea soporta la presión intraocular (IOP) y por lo tanto las capas lamelares están bajo tensión en el estado preoperatorio. Una vez que la Córnea es incidida por el láser, la tensión en las capas lamelares puede verse reducida. Esto es consistente con los estudios que informan de que los cortes verticales que transectan las láminas tienen un impacto biomecánico mayor que los cortes delaminados que separan las capas laminares (8) y que cuanto mayor es la profundidad del corte vertical, mayor es la respuesta biomecánica (8).

La pérdida de la tensión laminar conduce a una resistencia reducida a la imbibición de fluido en estas capas, con un aumento del grosor de la córnea que resulta de una redistribución del fluido hacia las regiones de baja resistencia. Las fibras microestructurales que atraviesan las láminas de colágeno corneal (reticulaciones) tienen distribución preferencial en la periferia (5). A medida que la Córnea periférica se expande, una fuerza periférica exterior se transmite a las capas intactas subyacentes, lo que genera aplanamiento corneal central (9,10,11), que se potencia en una córnea más rígida (12).  Se ha reportado evidencia clínica de engrosamiento periférico después del LASIK mediante ultrasonografía digital de muy alta frecuencia (13).

 

 Cirugía Refractiva y Ectasia Corneal: Conceptos Generales Biomecánica Corneal

 

RESPUESTA BIOMECÁNICA EN CIRUGÍA REFRACTIVA

En un procedimiento para corregir miopía, el objetivo es aplanar la superficie anterior y la respuesta Biomecánica potencia este aplanamiento. El aplanamiento central se acopla con el encurvamiento periférico ya que toda la córnea responde a la alteración estructural. Sin embargo, en un procedimiento para corregir la hipermetropía, el objetivo es aumentar la curvatura de la córnea central y la respuesta Biomecánica es diferente. Cuanto más tejido se extrae en la región paracentral en un intento de aumentar la curvatura, mayor es el aplanamiento central. Por lo tanto, tejido adicional debe ser ablacionado para superar esta respuesta.

Las aberraciones corneales esféricas, son también son inducidas como respuesta al encurvamiento periférico Biomecánico. Aunque se había informado que la aberración esférica era el resultado de la pérdida de eficiencia de ablación en la periferia debido al ángulo de incidencia generado por la curvatura corneal (14), se ha demostrado en estudios en los que se estudiaban ojos contralaterales, que el ojo tratado con láser con una mayor zona de transición tenía menos inducción de aberración esférica que el otro ojo tratado con láser que tenía una zona de transición más pequeña (15). Ambos ojos tenían la misma forma preoperatoriamente y por lo tanto la pérdida de eficiencia de ablación en la periferia debería ser igual. Sin embargo, el ojo con la zona de transición más grande todavía tenía una inducción significativamente menor de aberración esférica. Esto es debido a una región periférica más pequeña intacta en el ojo con la zona de ablación más grande (zona óptica más zona de transición) y es la zona periférica la que impulsa la respuesta biomecánica. Una conclusión general de este estudio es que la zona de transición no es neutra sino que ejerce un efecto.

Muchos estudios han confirmado que la creación del flap corneal en el procedimiento LASIK provoca una respuesta biomecánica que como consecuencia aplana la córnea central (16,17,18). La única aberración en común cuando se compara el flap corneal LASIK creado con microqueratomo y con láser de femtosegundo (Femto-LASIK)  es un ligero cambio hipermetrópico, que es consistente con el aplanamiento corneal central (19).

El procedimiento ReLEx SMILE utiliza un láser femtosegundo para realizar un lentículo intrastromal. Este lentículo se puede extraer por una microincisión de 2mm que el propio láser realiza, preservando la integridad de la región anterior de la córnea, que está asociada con la mayor resistencia. Por lo tanto, según la autora propone en la Revisión, minimiza la respuesta Biomecánica ya que la mayoría de las lamelas anteriores permanecen intactas. Esto ha sido demostrado teóricamente (20, 21) y clínicamente en que los nomogramas necesitan muy poco ajuste para lograr la corrección deseada (22, 23, 24). En posteriores entradas del Blog de la actual serie analizaremos en mayor profundidad los estudios realizados en clínica con las medidas biomecánicas que pueden aportarnos los equipos diagnósticos con los que contamos en la actualidad.

 

 Cirugía Refractiva y Ectasia Corneal: Conceptos Generales Biomecánica Corneal

 

Se ha predicho que el debilitamiento biomecánico focal precede a los cambios en la curvatura y el grosor que se detectan con la tomografía en la Ectasia Corneal Primaria (Queratocono) (25, 26, 27). Potencialmente, un esquema biomecánico de detección tendría mayor posibilidad de detección temprana. Recientemente se ha confirmado que el Queratocono se caracteriza por un debilitamiento focal y que las áreas removidas de la región de la enfermedad tienen propiedades biomecánicas normales dentro de la misma Córnea queratocónica (28,29). El riesgo de Ectasia no es sólo un problema unidimensional del espesor residual del lecho estromal ya que la concentración de estrés es una función tanto del espesor como de la curvatura, con regiones más delgadas y más planas que tienen el mayor estrés. En el Queratocono, la tensión más alta no está en la región del cono, sino en la región más plana lejos del cono (30). Este concepto se demuestra en un estudio de una serie de córneas ultra-finas tras una ablación uniforme para corregir irregularidades corneales (31). El espesor total de la Córnea llegó a ser de 264 micras al año postoperatorio. Después de 5 años de seguimiento en más de 30 pacientes, todos se mantuvieron estables. La clave era una reducción uniforme del espesor en una amplia zona de ablación de 10 mm, lo que evitaba la concentración de esfuerzos.

 

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1.Roberts, Cynthia J.Importance of accurately assessing biomechanics of the cornea. Current Opinion in Ophthalmology. Número: Volume 27(4), July 2016, p 285–291

2. Aghamohammadzadeh H, Newton RH, Meek KM. X-ray scattering used to map the preferred collagen orientation in the human cornea and limbus. Structure 2004; 12:249–256

3. Dawson DG, Grossniklaus HE, McCarey BE, Edelhauser HF. Biomechanical and wound healing characteristics of corneas after excimer laser keratorefractive surgery: is there a difference between advanced surface ablation and sub-Bowman’s keratomileusis? J Refract Surg 2008; 24:S90–S96

4. Komai Y, Ushiki T. The three-dimensional organization of collagen fibrils in the human cornea and sclera. Invest Ophthalmol Vis Sci 1991; 32:2244–2258

5. Polack FM. Morphology of the cornea. I. Study with silver stains. Am J Ophthalmol 1961; 51:1051–1056

6. Morishige N, Wahlert AJ, Kenney MC, et al. Second-harmonic imaging microscopy of normal human and keratoconus cornea. Invest Ophthalmol Vis Sci 2007; 48:1087–1094

7. Winkler M, Shoa G, Xie Y, et al. Three-dimensional distribution of transverse collagen fibers in the anterior human corneal stroma. Invest Ophthalmol Vis Sci 2013; 54:7293–7301

8. Knox Cartwright NE, Tyrer JR, Jaycock PD, Marshall J. Effects of variation in depth and side cut angulations in LASIK and thin-flap LASIK using a femtosecond laser: a biomechanical study. J Refract Surg 2012; 28:419–425

9. Dupps WJ Jr, Roberts C. Effect of acute biomechanical changes on corneal curvature after photokeratectomy. J Refract Surg 2001; 17:658–669

10. Dupps WJ Jr, Wilson SE. Biomechanics and wound healing in the cornea. Exp Eye Res 2006; 83:709–720

11. Ruberti JW, Roy AS, Roberts CJ. Corneal biomechanics and biomaterials. Annu Rev Biomed Eng 2011; 13:269–295

12. Roy AS, Dupps WJ. Effects of altered corneal stiffness on native and postoperative LASIK corneal biomechanical behavior: a whole-eye finite element analysis. J Refract Surg 2009; 25:875–887

13. Reinstein DZ, Silverman RH, Raevsky T, et al. Arc-scanning very high-frequency digital ultrasound for 3D pachymetric mapping of the corneal epithelium and stroma in laser in situ keratomileusis. J Refract Surg 2000; 16:414–430

14. Mrochen M, Seiler T. Influence of corneal curvature on calculation of ablation patterns used in photorefractive laser surgery. J Refract Surg 2001; 17:S584–S587

15. Twa MD, Lembach RG, Bullimore MA, Roberts C. A prospective randomized clinical trial of laser in-situ keratomileusis with two different lasers. Am J Ophthalmol 2005; 140:173–183

16. Pallikaris IG, Kymionis GD, Panagopoulou SI, et al. Induced optical aberrations following formation of a laser in situ keratomileusis flap. J Cataract Refract Surg 2002; 28:1737–1741

17. Guell JL, Velasco F, Roberts C, et al. Corneal flap thickness and topography changes induced by flap creation during laser in situ keratomileusis. J Cataract Refract Surg 2005; 31:115–119

18. Potgieter FJ, Roberts C, Cox IG, et al. Prediction of flap response. J Cataract Refract Surg 2005; 31:106–114

19. Tran DB, Sarayba MA, Bor Z, et al. Randomized prospective clinical study comparing induced aberrations with IntraLase and Hansatome flap creation in fellow eyes. J Cataract Refract Surg 2005; 31:97–105

20. Roy AS, Dupps JR, Cynthia WJ, Roberts J. Comparison of biomechanical Effects of Small Incision Lenticule Extraction (SMILE) and Laser in situ Keratomileusis (LASIK): a finite element analysis study. J Cataract Refract Surg 2014; 40:971–980. [Context Link]

21. Reinstein DZ, Archer TJ, Randleman JB. Mathematical model to compare the relative tensile strength of the cornea after PRK, LASIK, and small incision lenticule extraction. J Refract Surg 2013; 29:454–460

22. Pedersen IB, Ivarsen A, Hjortdal J. Three-Year results of small incision lenticule extraction for high myopia: refractive outcomes and aberrations. J Refract Surg 2015; 31:719–724.

23. Reinstein DZ, Archer TJ, Gobbe M. Small incision lenticule extraction (SMILE) history, fundamentals of a new refractive surgery technique and clinical outcomes. Eye Vis (Lond) 2014; 16:3

24. Reinstein DZ, Archer TJ, Gobbe M. To analyze spherical aberration induction in matched myopic small incision lenticule extraction (SMILE) and sub-bowman’s femtosecond flap LASIK and correlate this to comparative relative postoperative corneal tensile strength. Invest Ophthalmol Vis Sci 2014; 55:2136

25. Roberts CJ, Dupps JRWJ. Biomechanics of corneal ectasia and biomechanical treatments. J Cataract Refract Surg 2014; 40:991–998. Texto Completo BV-SSPA Texto Completo Enlaces Bibliograficos [Context Link]

26. Roberts CJ. Ertan A, Colin J. ‘Biomechanics of INTACS in Keratoconus’. Chapter 10. Intracorneal ring segments and alternative treatments for corneal ectatic diseases. Ankara Turkey: Kudret Eye Hospital; 2007. 157–166. [Context Link]

27. Roberts CJ. Barbara A. ‘Biomechanics in Keratoconus’. Textbook of keratoconus: new insights 1st edNew Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers; 2012. 29–32

28. Scarcelli G, Besner S, Pineda R, et al. ‘In vivo biomechanical mapping of normal and keratoconus corneas’. JAMA Ophthalmol 2015; 133:480–482

29. Scarcelli G, Besner S, Pineda R, Yun SH. Biomechanical characterization of keratoconus corneas ex vivo with Brillouin microscopy. IOVS 2014; 55:4490–4495

30. Ambrósio R, Roberts CJ, Guerra F, Mahmoud F. Corneal stress concentration method: novel parameter based on tomographic (thickness and elevation) data. Barcelona, Spain: XXVII Congress of the ESCRS; 2009

31. Vinciguerra P, Torres-Munoz MI, Camesasca FI, et al. Long-term follow up of ultrathin corneas after surface retreatment with phototherapeutic keratectomy. J Cataract Refract Surg 2005; 31:82–87

 

 

Imágenes: William J. Dupps Jr. and Steven E. Wilson The Cole Eye Institute, The Cleveland Clinic; www.zeiss.com

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