Histéresis corneal: Aplicaciones clínicas y perspectivas para el futuro

Histéresis es un término derivado del griego antiguo ὑστέρησις (hustérēsis) que significa “deficiencia” o “quedarse atrás”. Sir James Alfred Ewing lo utilizó por primera vez alrededor del año 1890 para describir el comportamiento de los materiales magnéticos. Empleó este término para describir la disipación de energía debido a la inversión del magnetismo en el hierro causada por la fricción magnética en el dínamo.

La biomecánica se define como la mecánica aplicada a la biología. Es la rama de la biofísica que se ocupa de la mecánica del cuerpo humano o animal. Aunque se ha relacionado la biomecánica clásicamente para los músculos y el esqueleto, también se la emplea para referirse al funcionamiento de cualquier otra parte del cuerpo, como la córnea.

Uno de los retos más significativos de la oftalmología contemporánea es medir con precisión las propiedades biomecánicas de la córnea. El principal desafío de estimar el comportamiento biomecánico corneal in vivo es la dificultad que consiste en separar los efectos de este comportamiento de los de la presión intraocular (PIO) sobre la respuesta ocular a los estímulos mecánicos. Por lo tanto, producir mediciones precisas de la PIO sin los efectos de la biomecánica corneal es lo que representa este gran reto para determinar la biomecánica del tejido libre del impacto de la PIO. [1]

EL ANALIZADOR DE RESPUESTA OCULAR

El primer dispositivo que permitió evaluar las propiedades biológicas in vivo es el analizador de respuesta ocular (“ocular response analyzer”, ORA), introducido en 2005, por David Luce [2]. El ORA es un tonómetro sin contacto (“non-contact tonometer”, NCT) modificado y diseñado para proporcionar una medición de la presión intraocular más precisa que la de la tonometría de Goldmann, al compensar la biomecánica corneal. Produce un pulso de aire que deforma la curvatura corneal y registra cada momento de deformación. Cuando comienza el pulso de aire, la córnea empieza un proceso de aplanación y se mueve hacia adentro, hasta la primera etapa de aplanación. En este punto, se toma la primera medición de la PIO (P1). Después de un breve estado de concavidad, el pulso de aire termina. La córnea vuelve a su posición inicial mientras pasa por la segunda etapa de aplanación, en la que el sistema proporciona una segunda medición de la PIO (P2). La diferencia entre P1-P2 se considera histéresis corneal (CH) [3] (Figura 1). El factor de resistencia corneal (CRF) es teóricamente una medida de las propiedades elásticas de la córnea. [4] Un parámetro adicional proporcionado por el software es la presión intraocular compensada (PIOcc). La PIOcc está menos influenciada por las propiedades de la estructura corneal, particularmente la CCT, que la PIO ofrecida por la Tonometría de Aplanación de Goldman. [5]

Histéresis y enfermedades corneales ectásicas

Varios estudios encontraron histéresis y CRF significativamente más bajos en pacientes con queratocono en comparación con córneas normales. Sin embargo, se encontró una superposición significativa entre estos dos grupos, por lo que estas variables no presentan alta precisión para discriminar a estos pacientes. [6-9] Algunos autores han demostrado que el análisis de la forma de onda ORA con nuevos parámetros relacionados con la respuesta corneal dinámica (DCR) podría mejorar la detección de ectasia. [7, 8, 10]. Luz y colaboradores mejoraron la precisión para detectar la enfermedad ectásica temprana o ligera al integrar estos nuevos parámetros y datos tomográficos de Pentacam (Oculus GmbH; Wetzlar, Alemania).

Histéresis y glaucoma

Varios investigadores han investigado las asociaciones de los parámetros del ORA y el desarrollo de glaucoma. [11] Congdon et al. enseñaron que la CH está relacionada con el daño del campo visual y el riesgo de progresión del glaucoma. [12] Cuando está asociada con el grosor corneal central (CCT), algunos investigadores han sugerido que la CH y el CRF podrían considerarse un factor de riesgo para diferentes tipos de glaucoma. [13] Vinciguerra et. al. investigaron cómo las propiedades biomecánicas del disco óptico y el tejido conectivo del canal escleral podrían determinar diferentes respuestas a las variaciones de la PIO. Esto podría explicar por qué algunos pacientes tienen glaucoma o daño en la óptica del disco, incluso en condiciones de presión normal. [14]

En una revisión sistemática, Zhang et al. compararon el ORA y la Tonometría de aplanación de Goldmann (GAT) en ojos poscirugía refractiva. Los autores encontraron que la PIOcc puede estar más cerca de la PIO real después de los procedimientos corneales. [15] La PIO correlacionada de Goldmann es la media de las presiones de aplanación, y se da a través de la fórmula (IOPg = (P1-P2)/2) proporcionada en los parámetros de salida del ORA.

El analizador dinámico CORVIS ST, SCHEIMPFLUG

El Corvis ST (Oculus, Wetzlar, Alemania) también es un sistema de tonómetro sin contacto, con un pulso de aire colimado y un perfil de presión constante. El dispositivo captura más de 4.300 fotogramas por segundo utilizando una cámara Scheimpflug de ultra alta velocidad (UHS) que cubre 8,5 mm horizontalmente de una sola hendidura, lo que permite la evaluación dinámica de la deformación corneal. [16]

De manera similar al ORA, un pulso de aire deforma la córnea, pero usa una presión fija de pulso de aire. La córnea se deforma hacia el interior en la primera aplanación y luego a una forma cóncava, hasta el punto que se logra la concavidad más alta (HC) (Figura 2). Posteriormente, la córnea se recupera hacia afuera y se somete a una segunda aplanación antes de volver a su posición natural. Los algoritmos avanzados identifican los límites anterior y posterior de la córnea, y la PIO se mide en el primer momento de aplanación corneal. Una vez realizada la medición, el dispositivo proporciona un conjunto de parámetros de deformación corneal basados en la inspección dinámica de la respuesta corneal, incluido el análisis de los parámetros que se extraen en el punto de concavidad más alto [16, 17].

El Corvis ST calcula el valor de la PIO basándose en el primer momento de aplanación. [16] La PIO compensada biomecánicamente (bIOP), disponible en el informe de análisis de Vinciguerra (Figura 3), es un parámetro de PIO corregido mediante un método de elementos finitos que utiliza datos de deformación más allá del espesor central de la córnea y la edad, incluida la respuesta de deformación[18].

El análisis (screening) de Vinciguerra permitió el cálculo de índices, incluido el espesor relacional de Ambrósio sobre el meridiano horizontal (Arth) y el Índice Biomecánico Corvis (CBI), que ayuda a identificar entre casos queratocónicos y normales[19].
Más recientemente, Ambrosio et al. aplicaron inteligencia artificial para combinar datos biomecánicos y tomográficos, y desarrollaron el índice biomecánico tomográfico (TBI) (Figura 4). Este índice demostró un alta sensibilidad para diagnosticar formas ligeras de ectasia en ectasia muy asimétrica a través de casos de mapas tomográficos normales (VAE-NT)[20, 21].
Ramos et al. demostraron la relevancia de la evaluación dinámica de imágenes de Scheimpflug para varias condiciones clínicas en un video que está disponible en https:/ www.youtube.com/watch?v=VQj1pVexW8c. [22]. Ahmed et al. introdujeron un nuevo algoritmo que puede determinar las propiedades biomecánicas de la córnea humana in vivo, el índice de tensión-deformación: el SSI, un nuevo algoritmo inteligente de parámetro de rigidez del material. Si bien el SSI no ha enseñado una correlación significativa con la CCT y la PIO, este índice se correlacionó significativamente con la edad [23].

Fujihiro et al. investigaron una posible asociación entre las mediciones por Corvis ST (CST) y la histéresis corneal (CH). Se realizaron mediciones por CST, ORA, de la longitud axial, el espesor corneal central y la presión intraocular con tonometría de aplanación Goldmann, en pacientes con glaucoma primario de ángulo abierto y ojos de sujetos normales. Los parámetros que incluyen el radio de amplitud de deformación (suavidad de la córnea), SP A1 (rigidez de la córnea) y el radio inverso (área integrada bajo la curva del radio cóncavo inverso) se correlacionaron significativamente con CH; los parámetros de CST fueron significativos, pero débil o moderadamente relacionados a CH medido por el ORA [24].

Conclusión

El conocimiento de la biomecánica corneal puede ayudar a optimizar varios tratamientos y manejar procedimientos que interactúan mecánicamente o interfieren con el ojo. Esto incluye un mejor y más eficaz manejo del glaucoma, la elaboración de perfiles de riesgo de queratocono, planificación de cirugía refractiva e, incluso, optimización de diferentes protocolos de tratamiento de crosslinking del colágeno. [20, 25]

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.