Przegląd Okulistyczny Nr 4/2024

ILOŚCIOWE I JAKOŚCIOWE METODY POMIARU NABŁONKA ROGÓWKI WYKORZYSTYWANE PRZY LASEROWEJ KOREKCJI WZROKU

Quantitative and qualitative methods for measuring corneal epithelium used in laser vision correction

Mgr Aleksandra Rostkowska

Klinika Okulistyczna „Optegra” w Warszawie

Lic. Artur Dukaczewski

Klinika Okulistyczna „Optegra” w Warszawie

Prof. dr hab. n. med. JoannaWierzbowska

Klinika Okulistyczna „Optegra” w Warszawie

Streszczenie

Nabłonek rogówki stanowi zewnętrzną warstwę rogówki, pełniąc funkcję ochronną przed zakażeniami i uszkodzeniem jej głębszych struktur. Analiza mapy grubości nabłonka jest niezbędna podczas badania kwalifikacyjnego do laserowej chirurgii refrakcyjnej, a także w badaniach kontrolnych po zabiegach laserowej korekcji wzroku. W artykule przedstawiono możliwości i wyzwania związane z wykorzystaniem różnych technologii i metod obrazowania struktury nabłonka rogówki.

Słowa kluczowe: Nabłonek rogówki, laserowa chirurgia refrakcyjna, AS-OCT, mikroskop konfokalny

Abstract

The corneal epithelium is the outer layer of the cornea, serving a protective function against infections and damage to its deeper structures. Analyzing the epithelial thickness map is essential during the qualification examination for laser refractive surgery, as well as in follow-up assessments after laser vision correction procedures. The article presents the possibilities and challenges associated with the use of various technologies and methods for imaging the structure of the corneal epithelium.

Keywords: Corneal epithelium, laser refractive surgery, AS-OCT, confocal microscope

Wstęp

Nabłonek rogówki klasyfikowany jest jako warstwowy płaski nabłonek nierogowaciejący, który pokrywa zewnętrzną powierzchnię rogówki. Składa się ze spłaszczonych, jądrzastych komórek utrzymywanych razem przez desmosomy i umocowanych do leżącej pod nimi blaszki podstawnej. Jego przednia powierzchnia charakteryzuje się licznymi mikrokosmkami, których powłoka glikokaliksowa oddziałuje z filmem łzowym i pomaga go stabilizować. Nabłonek rogówki odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu integralności rogówki i bierze udział w procesie naprawy, gdy dochodzi do jej uszkodzenia. Nowe komórki powstają w wyniku aktywności mitotycznej w warstwie komórek podstawnych rąbka rogówki [1].

Nabłonek nie ma jednorodnej grubości (średnio 53,4 ± 4,6 μm) ponad warstwą Bowmana. Charakteryzuje się zdolnością do kompensowania nieregularności powierzchni głębszych warstw rogówki i minimalizuje jej nagłe zmiany grubości. Przyjmuje większą wartość, jest grubszy w miejscach, gdzie występuje „dolina”, oraz jest cieńszy przy wypiętrzeniach rogówki [2].

Zastosowanie kliniczne parametrów nabłonka rogówki

Nieregularna przebudowa nabłonka, po operacji laserowej korekcji wzroku, może skutkować regresją planowanej korekcji refrakcyjnej, a w szczególnych przypadkach ektazją rogówki. W prawidłowej rogówce istnieje zależność pomiędzy jej grubością a grubością nabłonka. W centralnej części rogówka ma najmniejszą grubość i tym samym nabłonek jest grubszy. W kierunku rąbka rogówki wartość pachymetrii wzrasta i analogicznie zmniejsza się grubość nabłonka. Badania obrazowe pozwalają wykryć atypowość map. Jeśli nabłonek jest cieńszy w danym obszarze, obrazowanie jego struktury jest kluczowe i pozwala na zidentyfikowanie pacjentów, u których zabiegi ablacji rogówki są przeciwwskazane [3, 4].

Obecnie dostępnych jest wiele metod pomiaru grubości nabłonka. Instrumenty diagnostyczne stosowane w klinicznej ocenie grubości nabłonka rogówki in vivoobejmują optyczną tomografię koherentną przedniego odcinka (AS-OCT), skaningowe ultradźwięki o wysokiej częstotliwości, mikroskopię konfokalną, skaningową biomikroskopię ultradźwiękową, ultrasonografię cyfrową bardzo wysokiej częstotliwości oraz mikroskop konfokalny in vivo (IVCM). Najbardziej zaawansowane systemy OCT wykorzystują przetwarzanie AS-OCT w domenie spektralnej, zapewniając większą prędkość i zwiększoną rozdzielczość w porównaniu z OCT w domenie czasowej. Jednym z systemów OCT w domenie spektralnej przedniego odcinka jest Optovue RTVue-10013, który umożliwia trójwymiarowe obrazowanie grubości nabłonka rogówki [5, 6].

Metody obrazowania nabłonka rogówki

Barwnikidiagnostyczne

Pierwszą linię wykrywania nieprawidłowości nabłonka rogówki stanowi wykorzystanie barwników diagnostycznych. Najpowszechniejszy z nich, fluoresceina, po aplikacji na powierzchnię rogówki, gromadzi się w miejscach występowania ubytków nabłonka i wiąże się z błoną podstawną.

Inny barwnik, zieleń lizaminowa, w przeciwieństwie do fluoresceiny, barwi bezpośrednio komórki nabłonka będące w stanie apoptozy. Żaden z tych barwników nie oddziałuje na zdrowe komórki. Dodatkowo substancje te nie mają toksycznych właściwości, przez co ich użytkowanie w codziennej diagnostyce jest całkowicie bezpieczne.

Ostatnim z powszechnie stosowanych barwników jest róż bengalski. Ze wszystkich wymienionych barwników jest najbardziej czuły, ponieważ łączy się z komórkami martwymi, w stanie apoptozy oraz zdrowymi, odsłoniętymi przez niewystarczającą ilość warstwy mucynowej filmu łzowego. Ma on jednak toksyczne właściwości, przez co jego wykorzystanie uległo znacznemu ograniczeniu.

Ryc.1.Barwienie prawidłowej rogówki fluoresceiną. Źródło: opracowanie własne

Użycie barwników w diagnostyce nabłonka stanowi ważny element w procesie badań kwalifikacyjnych oraz pozabiegowych. Metody te pozwalają dokładnie ocenić skalę dystrofii, suchości oczu oraz zaburzeń pozabiegowych, powikłanych ektazji rogówki. Prezentują w szybki i powszechnie dostępny sposób jakościowy pomiar tej warstwy rogówki. Nie dostarczają jednak informacji o jej grubości [7].

Optycznetechnologie obrazowania

Mimo tego, iż najbardziej zaawansowane systemy obrazowania rogówki opierają się głównie na optyce, wiele z nich nie jest w stanie zapewnić wizualizacji grubości nabłonka. Ograniczeniem niektórych technologii jest brak możliwości odróżniania nabłonka od istoty właściwej rogówki, ponieważ charakteryzują się minimalnymi różnicami współczynników załamania światła, co zapobiega powstawaniu wewnętrznych odbić. Trzy wyjątki stanowią tomografia koherentna przedniego odcinka oka (AS-OCT) i mikroskopia konfokalna. W mniejszym stopniu pachymetria optyczna.

• Tomografia koherentna przedniego odcinka oka (AS-OCT)

Aktualnie złotym standardem pozwalającym na ilościowe i jakościowe badanie nabłonka rogówki jest AS-OCT. Emitowana przez urządzenie koherentna wiązka światła podczerwonego odbija się od poszczególnych struktur gałki ocznej, aby następnie powrócić do urządzenia i zostać przekonwertowana na wysokiej rozdzielczości obraz. Badanie pozwala rozróżniać struktury na poziomie mikrometrów, dostarczając w sposób nieinwazyjny przejrzyście wyszczególnione warstwy, niczym biopsja optyczna. Zastosowanie źródła światła, zbudowanego w oparciu o szerokopasmowe światłowody z kryształów fotonicznych, wymusza achromatyzację elementów optycznych, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie obrazu odpowiedniej jakości. Wyniki obrazowania urządzeniem AS-OCT ukazują rozkład i grubość komórek nabłonka rogówki, pozwalając na ocenę występowania ewentualnych ubytków w strukturze. Uzyskanie poprzecznego przekroju rogówki zapewnia dodatkowe informacje o ewentualnych bliznach, ich głębokości oraz zagęszczeniu, przez co staje się niezbędnym narzędziem diagnostycznym dostarczającym kluczowych danych o profilu bezpieczeństwa rozważanego zabiegu refrakcyjnego [8].

Umieszczony poniżej wynik badania prezentuje prawidłową mapę grubości nabłonka rogówki. Rozkład grubości komórek jest spójny i adekwatny do pachymetrii. W miejscach gdzie rogówka jest cieńsza, czyli w jej centrum, nabłonek przyjmuje większą wartość, a na peryferiach, gdzie cała rogówka jest grubsza, nabłonek jest cieńszy.

Ryc.2.Protokół badania Pachymetry Wide z wykorzystaniem AS-OCT optovue angiovue. Źródło: opracowanie własne

Wartości grubości nabłonka oscylują w zakresie prawidłowym dla zdrowej rogówki. Na przedstawionych mapach nie obserwujemy charakterystycznych uniesień ani zagłębień, mogących świadczyć o zmianach patologicznych w strukturze tkanki.

• Mikroskopia konfokalna

Skanujący laserowy mikroskop konfokalny stanowi nowoczesną odmianę mikroskopu fluorescencyjnego, w którym detektor odbiera wyemitowaną, przez badaną strukturę, wiązkę światła. Niezbędne w tym badaniu jest użycie fluorochromów. Źródło światła, oświetlony punkt preparatu oraz jego obraz leżą w płaszczyznach konfokalnych. Dzięki zastosowaniu przesłon blokujących światło, urządzenie odwzorowuje jedynie obraz struktury powstający w płaszczyźnie ogniskowej. Możliwość rejestrowania serii optycznych przekrojów na różnej głębokości preparatu umożliwia tworzenie trójwymiarowych obrazów badanej struktury o odpowiedniej rozdzielczości i kontraście [9]. Obrazowanie mikroskopem konfokalnym pozwala na lepsze zrozumienie mikrostruktury komórkowej w prawidłowej, pooperacyjnej i patologicznej rogówce. Oprócz dostarczania danych jakościowych, mikroskopia konfokalna jest cenna dla ilościowej analizy komórek rogówki. Poprzez pomiar zmian grubości, gęstości komórek i rozproszonego światła w czasie, mikroskop konfokalny może być używany do badania odpowiedzi komórkowej na interwencje farmakologiczne i chirurgiczne w rogówce.

Ryc.3.Badanie nabłonka rogówki mikroskopem konfokalnym. Źródło: opracowanie własne

Podsumowanie

Aby zapewnić najwyższe bezpieczeństwo laserowej korekcji wzroku, konieczne jest przeprowadzenie badania kwalifikacyjnego wraz z badaniami diagnostycznymi. Kluczowym elementem jest wykonanie pomiarów topografii rogówki, tomografii przedniej i tylnej powierzchni rogówki z uwzględnieniem mapy grubości nabłonka. Aby uzyskać pełniejszą wiedzę o strukturze nabłonka rogówki, wskazane jest wykorzystanie przynajmniej dwóch metod jakościowego i ilościowego obrazowania.

Piśmiennictwo:

1. John V. Forrester, Andrew D. Dick, Paul G. McMenamin, Fiona Roberts, Eric Pearlman, Chapter 1 Anatomy of the eye and orbit, „The Eye (Fourth Edition)”, W.B. Saunders, 2016.
2. Reinstein D.Z., Archer T.J., Gobbe M. et al, „Epithelial thickness in the normal cornea: three-dimensional display with very high frequency ultrasound”, J Refract Surg, 2008, 24(6), 571-581.
3. Eric S. Hwang, Julie M. Schallhorn, J. Bradley Randleman, „Utility of regional epithelial thickness measurements in corneal evaluations”, Survey of Ophthalmology, 2020, 65 2), 187-204
4. Kanellopoulos, A.J., Aslanides, I. M., & Asimellis, G, „ Correlation between epithelial thickness in normal corneas, untreated ectatic corneas, and ectatic corneas previously treated with CXL; is overall epithelial thickness a very early ectasia prognostic factor” Clinical Ophthalmology, 2012.
5. Qihua Le, Yan Chen,Yujing Yang1 and Jianjiang Xu, „Measurement of corneal and limbal epithelial thickness by anterior segment optical coherence tomography and in vivo confocal microscopy”, BMC Ophthalmology, 2016, 16, 163.
6. Anastasios John Kanellopoulos, MD; George Asimellis, PhD, „Longitudinal Postoperative LASIK Epithelial Thickness Profile Changes in Correlation With Degree of Myopia Correction”.
7. Dang D.H., Riaz K.M., Karamichos D. Treatment of Non-Infectious Corneal Injury: Review of Diagnostic Agents, Therapeutic Medications, and Future Targets, Drugs, 2022, 82(2).
8. Gupta N., Varshney A., Ramappa M. et al, „Role of AS-OCT in Managing Corneal Disorders”, Diagnostics (Basel), 2022, 12(4).
9. Elliott AD., „Confocal Microscopy: Principles and Modern Practices”, Curr Protoc Cytom, 2020, 92(1).