EXAMEN DEL ENDOTELIO CORNEAL MEDIANTE TÉCNICAS DE IMAGEN. RELEVANCIA EN CIRUGÍAS INVASIVAS MARTA ESTALRICH SOLIVERES
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MÀSTER UNIVERSITARI EN OPTOMETRIA I CIÈNCIES DE LA VISIÓ
TREBALL FINAL DE MÀSTER
EXAMEN DEL ENDOTELIO CORNEAL MEDIANTE TÉCNICAS DE
IMAGEN. RELEVANCIA EN CIRUGÍAS INVASIVAS
MARTA ESTALRICH SOLIVERES
DIRECTORA
MARIA SAGRARIO MILLAN GARCIA VARELA
DEPARTAMENT D’ÒPTICA I OPTOMETRIA
15/06/2021
MÀSTER UNIVERSITARI EN OPTOMETRIA I CIÈNCIES DE LA VISIÓ
EXAMEN DEL ENDOTELIO CORNEAL MEDIANTE TÉCNICAS DE
IMAGEN. RELEVANCIA EN CIRUGÍAS INVASIVAS
RESUMEN
La caracterización del endotelio corneal y su relevancia en el protocolo de las cirugías invasivas
constituye el centro de atención de este estudio. Este trabajo aborda diversos aspectos en sus
objetivos y desarrollo: diferenciar entre el análisis de la zona central y la periférica de la córnea;
relacionar la posición y tamaño de la incisión corneal con el estado del endotelio; comparar las
prestaciones de los microscopios especulares comerciales; y conocer los avances recientes en el
examen endotelial y su posible aplicación clínica.
Se han utilizado dos recursos metodológicos: primero, una revisión de las publicaciones sobre el
tema, incluyendo artículos científicos recientes y documentos técnicos de los instrumentos
clínicos; y segundo, una actividad de campo sobre la práctica clínica desarrollada en el entorno
profesional próximo.
Se ha realizado una encuesta dirigida a optometristas y oftalmólogos con la finalidad de conocer
las características del examen pre y post operatorio del endotelio, las medidas realizadas y sus
limitaciones. Como resultado, se concluye que los profesionales restringen su estudio a las
células endoteliales centrales en diversas intervenciones quirúrgicas, pudiendo ser relevante el
análisis de las células endoteliales periféricas.
La viabilidad y precisión de la microscopía especular in vivo de diferentes regiones del endotelio
corneal mejorarían la comprensión de la posible capacidad regenerativa de la córnea periférica,
pudiendo ayudar a restaurar la monocapa endotelial funcional.
Facultat d’òptica i optometria de Terrassa
MÀSTER UNIVERSITARI EN OPTOMETRIA I CIÈNCIES DE LA VISIÓ
EXAMINATION OF THE CORNEAL ENDOTHELIUM BY
IMAGING TECHNIQUES. RELEVANCE IN INVASIVE SURGERY
ABSTRACT
Endothelial cells (EC) play a crucial role in corneal transparency by maintaining it in a state of
relative dehydration. The characterisation of the corneal endothelium and its relevance in the
protocol of invasive surgery is the focus of this study. This work addresses several aspects in its
objectives and development: differentiate between the analysis of the central and peripheral zone
of the cornea; relate the position and size of the corneal incision to the state of the endothelium;
compare the performance of commercial specular microscopes; and learn about recent advances
in endothelial examination and their possible clinical application.
Two methodological resources have been used: first, a review of the literature on the subject,
including recent scientific articles and technical documents of clinical instruments; and second,
a field activity on clinical practice in the local professional environment.
A survey of optometrists and ophthalmologists was carried out in order to find out the
characteristics of the pre and post operative examination of the endothelium, the measurements
performed and their limitations. As a result, it is concluded that the professionals restrict their
study to central endothelial cells in various surgical interventions, although the analysis of
peripheral endothelial cells could be relevant.
The feasibility and accuracy of in vivo specular microscopy of different regions of the corneal
endothelium would improve the understanding of the potential regenerative capacity of the
peripheral cornea and may help to restore the functional endothelial monolayer.
Facultat d’òptica i optometria de Terrassa
ÍNDICE
1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 1
1.1 CÓRNEA ................................................................................................................................... 1
1.2 CÉLULAS ENDOTELIALES ................................................................................................... 3
1.3 ENFERMEDADES MÁS COMUNES DEL ENDOTELIO CORNEAL .................................. 6
1.4 OBTENCIÓN DE IMÁGENES DE LAS CÉLULAS ENDOTELIALES: MICROSCOPÍA
ESPECULAR Y MICROSCOPÍA CONFOCAL .................................................................................. 8
1.5 MEDIDA DE LA MORFOLOGÍA Y DENSIDAD SUPERFICIAL ...................................... 12
2 OBJETIVOS .................................................................................................................................... 15
3 METODOLOGÍA............................................................................................................................ 16
4 RESULTADOS ............................................................................................................................... 17
4.1 VARIACIONES ENTRE REGIÓN CENTRAL Y PERIFÉRICA CORNEAL ...................... 17
DAÑO DE LAS CÉLULAS ENDOTELIALES EN LA CIRUGÍA DE CATARATAS ................ 18
4.2 IMPORTANCIA ESTUDIO CÉLULAS ENDOTELIALES PERIFÉRICAS ........................ 21
4.2.1 POSIBLE REGENERACIÓN Y/O MIGRACIÓN .......................................................... 21
4.2.2 VENTAJAS DEL ESTUDIO ENDOTELIAL PERIFÉRICO ......................................... 23
4.3 EQUIPOS CLÍNICOS COMERCIALES ................................................................................ 24
4.4 AVANCES RECIENTES EN EL EXAMEN DEL ENDOTELIO .......................................... 25
5 TRABAJO DE CAMPO: RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS ............................................... 29
6 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ............................................................................................. 36
7 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 38
REFERENCIAS ....................................................................................................................................... 39
ANEXOS.................................................................................................................................................. 43
1 CICLO CELULAR .......................................................................................................................... 43
2 ENCUESTA OFTALMÓLOGOS ................................................................................................... 45
3 ENCUESTA OPTOMETRISTAS ................................................................................................... 50
4 TÉCNICOS MICROSCOPÍA ESPECULAR ................................................................................. 54
2
1 INTRODUCCIÓN
1.1 CÓRNEA
La córnea, junto con la película lagrimal subyacente, proporciona una superficie de refracción
anterior para el ojo, siendo la primera lente del sistema óptico ocular. Su claridad es el resultado
de muchos factores, como la anatomía estructural y la fisiología de sus componentes celulares.
Es un tejido conectivo avascular transparente que actúa como la principal barrera infecciosa y
estructural del ojo.
En el adulto medio, el diámetro horizontal de la córnea es de 11,5 a 12,0 mm y aproximadamente
1 mm mayor que el diámetro vertical. Tiene aproximadamente 0,5 mm de grosor en el centro y
aumenta gradualmente hacia la periferia. La forma de la córnea es prolata, más plana en la
periferia y con una curvatura más pronunciada centralmente, lo que crea un sistema óptico
asférico. La rigidez del estroma corneal anterior parece ser particularmente importante en el
mantenimiento de la curvatura de la córnea. [1]
La córnea humana (Figura 1) es un tejido que está compuesto por 5 capas que se enumeran a
continuación [2]:
Figura 1: Corte histológico de la córnea normal con una representación gráfica de los componentes que forman la
córnea. Imagen obtenida de A. Fernández et al., 2008.[3]
• La capa más externa es el epitelio, que dispone de propiedades defensivas y sus células tienen
capacidad de renovación. Se trata de una capa escamosa estratificada, no queratinizante,
caracterizada por una extrema uniformidad de limbo a limbo. Las células epiteliales corneales
más superficiales forman una media de 2 a 3 capas de células poligonales planas. Estas células
tienen extensas microvellosidades apicales y microplacas. Las proyecciones de la membrana
1
apical de esta capa aumentan la superficie de contacto y adherencia entre la capa de mucina
de la película lagrimal y la membrana celular, que es fundamental para un sistema óptico
suave y claro. Debajo de la capa celular superficial están las células suprabasales o células
alares. La capa celular más profunda del epitelio corneal es la capa basal, que comprende una
capa unicelular de epitelio columnar. Se han localizado en el epitelio basal del limbo las
células madre epiteliales, que sirven como una fuente de nuevo epitelio corneal.
• La segunda capa es la membrana de Bowman. Se encuentra justo antes del estroma y no es
una verdadera membrana, sino el condensado acelular de la porción más anterior del estroma.
Esta capa lisa tiene aproximadamente 15 μm de espesor y ayuda a la córnea a mantener su
forma. Cuando se rompe, no se regenera y puede formar una cicatriz.
• La tercera capa llamada estroma, con 500 μm aproximadamente de espesor, constituye la
mayor parte de la estructura de la córnea y comprende del 80% al 85% de su grosor. El
estroma se diferencia de otras estructuras colágenas en su transparencia, que es el resultado
de una organización precisa de las fibras del estroma y de la matriz extracelular. Las fibras
de colágeno están dispuestas en haces paralelos denominados fibrillas, y estas se empaquetan
en capas o láminas. Esta red altamente organizada reduce la dispersión de la luz, contribuye
a la transparencia y a la resistencia mecánica de la córnea.
• La membrana de Descemet es una estructura acelular formada por fibras de colágeno
dispuestas en estratos, que actúa como membrana basal del endotelio. Su grosor aumenta con
la edad.
• El endotelio corneal es la capa más profunda, y está compuesto por una única capa de células
hexagonales de 10 a 20 μm de espesor, que se asientan sobre la membrana de Descemet. Las
células individuales continúan aplanándose con el tiempo y se estabilizan en
aproximadamente 4 μm de grosor en la edad adulta. Por su relación con el tema de este
trabajo, esta capa se explica con más detalle en el siguiente apartado.
La córnea también posee diversas formas de dividirse. El objetivo de estas divisiones son
localizar una región de lesión o evidenciar y/o delimitar algún punto o zona de la córnea más
fácilmente. Se puede dividir el diámetro total corneal por áreas (Figura 2). Constaría la parte
central (C), la parte paracentral (B) y por último la parte periférica. La córnea se puede fragmentar
en meridianos utilizando un sistema de referencia horaria. Incluso la córnea se puede segmentar
también en 4 cuadrantes: nasal superior (NS), temporal superior (TS), nasal inferior (NI) y
temporal inferior (TI).
2
12
9 3 Centro
6
Figura 2: Izquierda: Imagen representativa de la córnea con las zonas central (C), paracentral (B) y periférica (A).
En la córnea se pueden referenciar regiones mediante un sistema horario (3, 6,9 y 12 en la figura). Figura modificada
de la original publicada por Nohava et al. 2018. [4] Derecha: Imagen representativa segmentada en cuadrantes.
Imagen obtenida de la web: https://www.pinterest.es/pin/338121884526717511/
1.2 CÉLULAS ENDOTELIALES
Las células endoteliales (CE) forman la capa más interna de la córnea. Se trata de una monocapa
de células hexagonales, que juega un papel crucial en la homeostasis de la córnea al mantenerla
en un estado de relativa deshidratación. Proporciona una superficie para el intercambio
metabólico entre la córnea y el humor acuoso, además forma una barrera permeable que permite
el paso del humor acuoso a través de las uniones estrechas celulares. Estas uniones permiten que
el líquido de difusión pasiva de la cámara anterior se filtre y suministre nutrientes al estroma
corneal. Sin embargo, el paso excesivo de líquido a través de la barrera (disfunción endotelial)
hincha la córnea y reduce la transparencia. Para contrarrestar las fugas, las células endoteliales
poseen bombas de Na+/K+ que crean gradientes osmóticos locales y que atraen activamente el
líquido a la cámara anterior, alcanzando un estado de equilibrio y transparencia corneal. [5]
Las CE no tienen mitosis significativa in vivo y se pierden progresivamente a medida que
aumenta la edad. Normalmente, hay suficientes células para que cumplan su función a lo largo
de la vida de un ser humano. Las CE presentan dificultades para dividirse por varias razones:
1) Las células densamente unidas presentan una fuerte inhibición de contacto que regula la
p27kip1, un inhibidor de la quinasa dependiente de ciclina que impide la transición a la fase
S, deteniendo las células en la fase G1 (El ciclo celular se explica en el anexo 1).
2) Los factores de crecimiento positivos para la mitosis se encuentran en concentraciones
muy bajas en la cámara anterior, mientras que los factores de crecimiento negativos que
refuerzan la inactividad celular, como el TGF-ß, son abundantes.
3
3) La alta tasa de metabolismo celular con la exposición crónica a la luz ultravioleta provoca
una acumulación de especies reactivas de oxígeno que pueden promover un estado de
senescencia inducida por el estrés. [6]
La superficie del endotelio de la córnea humana es de aproximadamente 130 mm2. La densidad
celular (DC) de los niños de 3 a 6 años es de aproximadamente 4000 a 3500 células/mm2, es
decir, hay 390.000 a 520.000 células por córnea. Este valor disminuye a medida que se envejece
y la superficie de la córnea aumenta. La DC endoteliales disminuye a un ritmo medio de 0,6% al
año en córneas normales. [7] Los estudios publicados muestran que los niños de un año pueden
tener 4000 células/mm2, los adultos sobre 30 años pueden tener valores que oscilan entre 2700 y
2900 células/mm2, y los adultos >75 años pueden tener un rango de densidades de CE entre 2400
y 2600 células/mm2 (Figura 3). Estos valores medios corresponden a la raza caucásica. [8]
Aparece una relación entre la ubicación de las CE y la disminución de la DC con la edad. La DC
de la córnea humana disminuye desde la periferia al centro en un 9%. [9][10]
Figura 3: Densidad de células endoteliales de la córnea en función de la edad. Se representa el caso de un
traumatismo iatrogénico en la queratopatía bullosa pseudofáquica (PBK), la densidad celular puede bajar
repentinamente por debajo del umbral de descompensación de alrededor de 500 células/mm 2. Por otro lado, en la
distrofia corneal endotelial de Fuchs (FECD), la pérdida de células es mayor anualmente a largo plazo, lo que acaba
provocando un edema corneal. Figura obtenida de Van den Bogerd et al. 2018. [6]
Cuando el endotelio de la córnea humana se daña y hay pérdida de CE, el propio tejido trata de
solventarla con la ampliación y propagación de CE vecinas para crear una capa continua de
células en la superficie interior de la córnea. El grado de pérdida de CE por enfermedad, trauma,
toxicidad química, ... puede ser observado mediante microscopía especular a través del aumento
en la superficie de las células individuales y la disminución de la DC endotelial de la córnea. El
trauma o lesión en una zona local del endotelio de la córnea presenta una recuperación celular
muy lenta.
4
Las CE con una forma de seis lados son una indicación de una distribución uniforme de la tensión
superficial de la membrana y de las células normales. El polígono que tiene la mayor superficie
en relación con su perímetro es el hexágono. Por lo tanto, la forma celular más eficiente para
cubrir un área determinada es el hexágono; es decir, una córnea perfecta debería tener el 100%
de sus CE con forma de hexágonos. Se puede esperar que la córnea normal tenga el 60% de CE
en forma de hexágonos. El análisis de la morfología de las células endoteliales incluye: el área
celular ±S.D. (μm2), densidad celular (células/mm2) (Tabla 1), polimegatismo (coeficiente de
variación, CV), y el pleomorfismo (% de las células de 6 lados). El CV del área celular es el
índice más sensible de la disfunción de la córnea, mientras que el pleomorfismo es un buen índice
de progreso de la cicatrización endotelial. [8] La Tabla 2 presenta los valores de normalidad de
las CE en adultos.
Tabla 1: Estudios de densidad endotelial en distintas poblaciones con ojo sano. Figura obtenida de Contreras-
Corona et al., 2014. [11]
Área celular Densidad celular Polimegatismo Plemorfismo
347 ± 46 μm2-537 ± 134.4 μm2 * 2400 cél/mm2 (1 500-3 500) 33% hasta 40% ˃50%
Tabla 2: Valores de normalidad para adultos del análisis de la morfología de las células endoteliales. * Valores
promedio del tamaño de las células endoteliales de diversos estudios, con el resultado más pequeño (347 μm2) en
China y mayor (537 μm2) en Irán. Información obtenida de Guerra et al., 2015. [12]
La disfunción endotelial de la córnea es una de las indicaciones quirúrgicas más comunes para
el trasplante de córnea y hay una tendencia al aumento de la sustitución selectiva del endotelio,
es decir, la queratoplastia endotelial. Como tal, hay una creciente necesidad clínica de una
evaluación precisa de las CE de la córnea in vivo antes de la operación y después del tratamiento
o la cirugía. [13]
5
1.3 ENFERMEDADES MÁS COMUNES DEL ENDOTELIO CORNEAL
Una de las enfermedades endoteliales de la córnea más comunes es la distrofia corneal de
Fuchs. Expuesto por primera vez en el año 1910 por Ernest Fuchs, que describió casos de
“opacidades corneales centrales bilaterales”. Es una enfermedad hereditaria autosómica
dominante bilateral de la córnea, normalmente asimétrica que aparece más frecuentemente en
mujeres mayores de 40 años y progresa lentamente. [1]
Esta patología está relacionada con la edad, la cual afecta al 4,5% de los individuos mayores de
50 años y al 10,5% de los pacientes mayores de 60 años. Produce una pérdida progresiva de
células endoteliales de la córnea y la presencia de depósitos extracelulares, denominados guttas.
Su apariencia en la microscopía especular es como una región oscura desprovista de CE (Figura
4). Esta evolución compromete la homeostasis corneal, provocando hinchazón y pérdida de
visión. Los síntomas en el momento de la presentación pueden incluir una disminución indolora
de la agudeza visual, fotofobia, deslumbramiento y halos alrededor de las luces, que empeoran
por la mañana. A medida que la enfermedad avanza, el edema corneal da lugar al desarrollo de
bullas subepiteliales y epiteliales dolorosas. Si no se trata, puede progresar hasta la pérdida de la
sensibilidad corneal, la agudeza visual y, en última instancia, el desarrollo de opacificación
corneal y formación de Pannus1. Este proceso puede verse agravado por un traumatismo, una
intervención quirúrgica, la exposición a tóxicos o una infección.
El curso clínico suele durar de 10 a 20 años. Durante este tiempo, la formación de guttas y los
cambios endoteliales comienzan en la córnea central y se extienden hacia la periferia. En las
primeras etapas, se caracteriza por guttas acompañada de una disminución del recuento de CE
centrales y cambios morfológicos en la monocapa endotelial, que se reflejará en los resultados
de la microscopía especular. En etapas posteriores, la unión de las guttas de las CE centrales y el
compromiso en la función de barrera endotelial, provocan un edema corneal dificultando la toma
de imagen del endotelio central corneal. Además, el área de guttas es significativamente mayor
en la córnea central que en las regiones paracentral y periférica. En consecuencia, no aparece una
homogeneidad en las diferentes zonas de la córnea. [14] [15]
1
Pannus: Trastorno de la córnea en la que se vasculariza y existe infiltración de tejido granular bajo su superficie.
6Figura 4: Izquierda: Ilustración esquemática de la reflexión óptica que se produce al iluminar con la lámpara de
hendidura y observar las guttas endoteliales. La luz que incide sobre las células edematosas se refleja en otro lugar,
dando la apariencia que no haya célula en esa zona. Derecha: Guttas endoteliales vistas con lámpara de hendidura.
Fuente: Sze-Yee Lee et al, 2013. [16]
La segunda causa más frecuente de descompensación endotelial es la queratopatía bullosa
pseudofáquica. A pesar de los grandes avances en la cirugía de cataratas y los dispositivos
viscoquirúrgicos oftálmicos de la cirugía oftálmica, la facoemulsificación puede provocar una
descompensación en la capa endotelial corneal. En estos casos, el daño endotelial no se limita a
la córnea central, sino que puede manifestarse en cualquier parte del endotelio incluyendo zonas
periféricas. La tasa de deterioro de las células endoteliales suele ser más rápida que la observada
en la distrofia corneal de Fuchs, aunque en algunos casos la descompensación puede producirse
muchos años después del traumatismo de la intervención quirúrgica. La protección del endotelio
corneal durante la cirugía de cataratas es fundamental para obtener buenos resultados visuales.
El mantenimiento de la claridad de la córnea depende en gran medida de la funcionalidad de las
CE sanas y un buen funcionamiento del sistema de bombeo diseñado para eliminar el líquido del
estroma corneal. La pérdida significativa de CE durante la cirugía de cataratas puede provocar
un edema corneal prolongado y, en casos graves, puede provocar una descompensación corneal
a menudo asociada a una disminución de la visión. [6][17]
Los factores intraoperatorios asociados con la lesión del endotelio corneal tienen origen en la
formación de burbujas y radicales libres durante la facoemulsificación, la energía de los
ultrasonidos (la técnica de facoemulsificación), la turbulencia de la solución de irrigación, el
traumatismo mecánico provocado por los instrumentos, la presencia de fragmentos del cristalino
y lentes intraoculares (LIOs). También son importantes el tamaño y el lugar de la incisión, la
dureza de la catarata y la habilidad del cirujano.
71.4 OBTENCIÓN DE IMÁGENES DE LAS CÉLULAS ENDOTELIALES:
MICROSCOPÍA ESPECULAR Y MICROSCOPÍA CONFOCAL
Los microscopios clínicos especulares están basados en el microscopio diseñado por Maurice
para proporcionar una vista de gran aumento del reflejo de la luz en el endotelio corneal. Los
primeros informes de 1920 describen el uso de la reflexión especular con la lámpara de
hendidura para ver el endotelio corneal (Figura 5). La reflexión especular se obtiene de la
siguiente manera: el ángulo de incidencia del haz de luz (i) sobre la superficie observada es igual
al ángulo del eje de observación a través de los oculares (r), y con este ángulo específico de
máxima reflexión observaremos una reflexión especular brillante de las distintas superficies de
la córnea. La vista obtenida con la lámpara de hendidura no ofrece suficiente aumento para
analizar la morfología celular.
Figura 5: Izquierda: Esquema de la posición del sistema de iluminación y de observación en la reflexión especular,
donde el ángulo de incidencia de la luz es igual al ángulo de reflexión (i=r). Figura obtenida de Perchés y Remón,
2015. [18] Derecha: Visualización de células del endotelio corneal con Distrofia de Fuchs mediante reflexión
especular en lámpara de hendidura. Imagen obtenida del sitio web: https://www.garciadeoteyza.es/tratamientos-y-
cirugia-cornea-distrofia-de-fuchs/
La forma del reflejo especular depende de la curvatura de la superficie de estudio. Otra restricción
es que el área del reflejo de la luz está limitada por la proximidad de dos superficies concéntricas,
es decir, el epitelio y el endotelio. La superficie epitelial es altamente reflectante debido a la gran
diferencia del índice de refracción entre el aire y la lágrima/epitelio. A medida que el rayo de luz
pasa a través de la córnea se refleja en la lágrima, luego en la interfaz del epitelio y finalmente,
en la interfaz endotelial. La zona especular visible es una solución de compromiso entre la
anchura del haz y el espesor de la córnea (Figura 6). Debido a esta restricción, el área visible del
endotelio es un rectángulo y el radio de curvatura de la córnea determina la altura efectiva o útil
del rectángulo. El esparcimiento de la luz se incrementa al aumentar la anchura del haz. Por lo
tanto, el lado izquierdo de la imagen endotelial tiene un mayor contraste porque el observador ve
la superficie a través de un mínimo esparcimiento de luz estromal. [8]
8A B
Figura 6: La zona endotelial observada con lámpara de hendidura es una solución de compromiso entre la anchura
del haz de luz y el espesor de la córnea. En la Figura A se observa cómo el haz estrecho de luz (debido al tamaño de
rendija) penetra en las capas de la córnea y posteriormente se refleja la luz hacia los oculares, permitendo ver la
superficie endotelial de la zona reflejada. Con forme aumenta la anchura de la hendidura, el reflejo de la superficie
epitelial invade el reflejo endotelial, como se muestra en la Figura B, haciendo que la visualización de las células
endoteliales no sea posible. Imagen obtenida de B. E. McCarey et al 2008. [8]
Las CE de la córnea son actualmente evaluadas clínicamente usando tecnologías de imagen como
microscopía especular y microscopía confocal in vivo. Estas técnicas de microscopía permiten la
visualización de las CE de la córnea in vivo para examinar la morfología y la salud de las células.
Desafortunadamente, el campo de visión de estas técnicas de microscopía es limitado tanto por
la apertura confocal como por la curvatura de la córnea.
El microscopio especular es un microscopio óptico de reflexión en el que una rendija de luz se
enfoca en la superficie endotelial de la córnea y los rayos de luz reflejados especularmente se
enfocan en un plano en tiempo real. La luz que se refleja en la superficie endotelial es recogida
por el mismo objetivo y se enfoca en el plano del sensor de una cámara y se presenta en un
monitor para su examen (Figura 7). La microscopía especular es más comúnmente utilizada en
la práctica clínica para la caracterización del endotelio, pero no puede evaluar todas las capas de
la córnea. El diseño de este instrumento no permite observar los rayos de luz no especulares.
9Figura 7: Representación esquemática del principio de la microscopía especular: Se enfoca una rendija de luz sobre
la superficie endotelial. Los rayos de luz reflejados especularmente se enfocan en el sensor de una cámara que
captura la imagen de las CE y las presenta en un monitor. (a- rayo de luz incidente, b-normal, c- rayo de luz reflejado,
ab- ángulo de la luz incidente, bc- ángulo de la luz reflejada). Figura obtenida de Chaurasia y Vanathi, 2021. [19]
Los instrumentos actualmente disponibles para su uso en clínica son de dos tipos: modelos de
contacto y modelos sin contacto corneal que capturan la imagen y analizan la morfología de las
células endoteliales. El instrumento de contacto tiene una lente objetiva que aplana la superficie
de la córnea y, por tanto, la extensión de la córnea que se puede examinar a través de la imagen
adquirida es mayor. Los instrumentos sin contacto utilizan la tecnología de enfoque automático
de la imagen. Como el área de reflejo especular proviene de una superficie curvada, el área de
reflejo especular es menor que el método de contacto. [19]
La microscopía especular convencional sin contacto permite al clínico evaluar sólo hasta la
región paracentral, aunque ya están apareciendo nuevos instrumentos que permiten analizar
puntos periféricos. Los dispositivos de imagen actuales capturan el endotelio de la córnea central
de forma fiable. Aunque la córnea media periférica puede captarse desplazando la mirada, la
córnea periférica no puede captarse fácilmente. Sin embargo, los estudios in vitro con ojos de
donantes permiten examinar la región periférica densa de células cerca de la línea de Schwalbe2
(Figura 8). Estableciendo una limitación a la imposibilidad de comparar los resultados de DC
endotelial in vitro e in vivo en las zonas periféricas corneales próximas a la línea de Schwalbe.
[20] La viabilidad y precisión de la microscopía especular in vivo de diferentes zonas de la capa
endotelial puede mejorar la comprensión del estado del tejido y del tratamiento que requiere en
la práctica clínica.
2
Línea Schwalbe (Figura 8): es la estructura más anterior y aparece como una línea opaca que corresponde a la
extremidad del septum escleral; es una de las tres prolongaciones anteriores de la esclera. Es la zona donde termina
la membrana de Descemet, separando la córnea del canal de filtración.
10Cara anterior
Cara posterior
Surco escleral
Córnea
Red trabecular Línea de Schwalbe
Cuerpo ciliar Iris
Angulo iridocorneal Cara anterior
Pliegues Bordepupilar
Borde pupilar
Zona regenerativa (cerca línea de Schwalbe)
Zona de reservorio
Zona de migración
Figura 8: Arriba: Representación del ángulo iridocorneal destacando la línea de Schwalbe con corte axial.
Ilustraciones obtenidas de la web: https://www.imaios.com/es/e-Anatomy/Cabeza-y-cuello/Ojo-Ilustraciones
Abajo: Esquema que muestran la superficie y distribución del endotelio en la cara interna de la córnea. Ilustración
obtenida de la tesis doctoral de Pérez Formigó, 2012. [21]
Con los microscopios especulares convencionales, el estado del endotelio corneal no se evalúa
en su totalidad, por lo que se estima de manera aproximada a partir de la información obtenida
en las regiones de estudio, que suele ser la zona central.
La microscopía confocal in vivo, por otro lado, requiere el contacto con el ojo, con lo cual se
instala un anestésico tópico, para lograr una alta apertura numérica que permite resolver CE
individuales. Se aplica a la córnea provocando que la curvatura de esta se aplane y el área del
reflejo especular se amplíe. Puede llevar al paciente molestias, alteraciones de la superficie
corneal, así como un mayor riesgo de infección corneal y abrasión. La anchura del rectángulo de
CE analizadas con los microscopios especulares de contacto y sin contacto es equivalente. [13]
El microscopio confocal emplea una técnica óptica de imagen utilizando una iluminación puntual
y una pequeña apertura (pinhole). Estos se encuentran en un plano óptico conjugado en frente
del detector para eliminar la luz desenfocada o destellos de la lente en muestras que son más
gruesas que el plano focal (Figura 9). El pinhole se localiza delante del fotomultiplicador para
evitar el paso de luz de las regiones de la muestra que no están en foco. Por lo tanto, sólo la luz
que está dentro de este plano de enfoque puede ser detectada, de modo que la calidad de imagen
11es elevada. Con este instrumento se consigue, por un lado, un aumento en la resolución y por
otro, la obtención de imágenes de secciones ópticas extremadamente finas, eliminando así la
pérdida de contraste que produce la luz que llega de los diferentes planos de todo el grosor de la
muestra de estudio, consiguiendo así que el enfoque se realice sobre un único plano (confocal).
Es posible obtener imágenes de todas las capas corneales, incluso en aquellas córneas con
disminución de la transparencia. Se puede observar y analizar el espesor de la córnea para valorar
los cambios dinámicos y estructurales, los cuales son importantes para el diagnóstico y
seguimiento de diferentes patologías. [22] Laser
Confocal
pinholes
Detector
Objective
Object
In Focal Plane
not in Focal Plane
Figura 9: Izquierda: Imagen microscopio confocal NIDEK, CS4. Derecha: Representación esquemática del
principio de funcionamiento físico de un microscopio confocal. Figura obtenida de Cabrera Ventura et al., 2016.
[22]
1.5 MEDIDA DE LA MORFOLOGÍA Y DENSIDAD SUPERFICIAL
Los microscopios especulares comerciales utilizan la tecnología de enfoque automático de la
imagen. Además, incorporan aplicaciones de procesado de imagen digital automatizado de
segmentación de células para estimar la DC, el número de células, y el tamaño de las células. La
estimación automatizada de la DC en imágenes de microscopía especular in vivo es una tarea
difícil, especialmente en situaciones en las que los métodos convencionales de segmentación de
células individuales fallan debido a las condiciones patológicas que afectan a la córnea. Así, en
12el caso de la distrofia de Fuchs, a menudo se obtienen segmentaciones inexactas. La
segmentación automática puede modificarse normalmente con herramientas de edición de
imágenes en el microscopio, por ejemplo, para dibujar o quitar células. Sin embargo, la
eliminación detecciones erróneas pueden llevar a sobrestimar o subestimar los parámetros de la
célula, como el DC y el tamaño de las células, entre otros. [23]
Existen varios métodos para obtener información cuantitativa sobre el endotelio corneal, como
el método del marco (fijo o variable), el método de centro a centro, el método de esquina y el
método de comparación (Figura 10). El método del marco (B) proporciona una evaluación
cuantitativa de la DC mediante el recuento del número de células dentro de un marco. El método
de las esquinas (C) se realiza localizando los lados de la intersección de los hexágonos de las
CE. En el método del centro (D), el punto central de la CE se identifica localizando las células
cercanas alrededor de una célula individual, también se puede señalar el centro CE manualmente.
El método de comparación (A) proporciona un valor de DC subjetivo mediante comparación
visual de la imagen con un conjunto conocido de patrones para varias DC.
Figura 10: Diferentes métodos de obtener información cuantitativa. A: Método de comparación, B: Método del
marco, C: Método de las esquinas y D: Método del centro. Imagen obtenida de McCarey et al. 2008. [8]
En la evaluación cuantitativa del endotelio corneal pueden producirse errores. En el método del
marco fijo puede haber grandes errores por la presencia de un mayor número de CE cortadas por
el borde del marco. Los errores de borde se solucionan con el método de recuento de células de
marco variable y, por lo tanto, es más eficaz que el método de marco fijo. Otra fuente de error es
13la decisión subjetiva de determinar los límites de las celdas, en el método de centro a centro, y
las intersecciones de los bordes celulares, en el caso del método de las esquinas.
Independientemente de la estrategia utilizada, la precisión de la evaluación depende de la calidad
de la imagen endotelial obtenida en la microscopía especular. Como la imagen endotelial se basa
en el reflejo especular, cualquier obstáculo óptico delante de la monocapa endotelial afectará a
la calidad de la imagen para delinear las CE.
La microscopía especular proporciona el análisis de las células endoteliales a partir de los límites
celulares que se detectan automáticamente. El método automático de análisis es bastante preciso
cuando los límites celulares individuales están bien delineados. Sin embargo, en aquellos ojos
con imágenes endoteliales de calidad regular (bordes de las células no se visualizan con claridad
debido a obstáculos ópticos), es preferible realizar un método de recuento manual por un técnico
bien entrenado en la realización de la microscopía especular. [19]
Las redes neuronales convolucionales han aparecido recientemente como una alternativa
adecuada a las técnicas clásicas para procesamiento de imágenes, segmentación y tareas de
reconocimiento de patrones. Forman parte de las técnicas de inteligencia artificial y están en fase
experimental y de investigación. El desarrollo de un algoritmo de evaluación del endotelio
corneal supone una herramienta muy útil en clínica. Este algoritmo se usa mediante un software
personalizado para producir un conjunto de datos seleccionados de imágenes etiquetadas reales
y mapas de densidad celular. [5] Un ejemplo de red neuronal es U-Net que sirve para la
segmentación de imágenes biomédicas. Esta red neuronal ha mostrado resultados prometedores
en la segmentación automatizada de imágenes de córneas sanas y de buena calidad. En el estudio
de Daniel et al. [24] U-Net predijo correctamente la DC en un gran conjunto de imágenes de
córneas sanas y enfermas, incluyendo imágenes de baja calidad. Antes de la utilización de U-Net
se ha de entrenar con un número de imágenes de CE de córneas sanas y patológicas.
Figura 11: Segmentación automática original de la patología corneal obtenida del software del microscopio
especular. Las flechas rojas indican la segmentación de células imprecisas donde están presentes las guttas. Imagen
obtenida de J S Sierra et al. 2020. [5]
142 OBJETIVOS
• Conocer la relevancia de la caracterización del endotelio corneal en el protocolo de las
cirugías invasivas. Posible diferenciación entre el análisis de la zona central y la zona
periférica de la córnea. Es interesante conocer estas dos regiones para describir el estado
endotelial en todas sus zonas y poder estimar el riesgo de futuras complicaciones, así como
la oportunidad o conveniencia de una queratoplastia.
• En la cirugía de cataratas con implante intraocular, relacionar la posición y tamaño de la
incisión corneal con el estado del endotelio y sus posibles efectos.
• Comparar los equipos de microscopía especular comerciales en cuanto a sus prestaciones
en la caracterización del endotelio corneal.
• Conocer los avances recientes en el examen del endotelio y su posible aplicación clínica.
• Conocer las características del examen pre y post operatorio del endotelio que se lleva a
cabo en la práctica clínica, las medidas realizadas y sus limitaciones. Los instrumentos
más utilizados actualmente para la valoración del endotelio corneal son los microscopios
especulares que no tienen contacto con la córnea. Este instrumento es útil para obtener un
dato aproximado del estado del endotelio en toda la córnea, aunque se debe tener presente
que no es el real. Esto es debido a que este instrumento suele tomar la medida en una o
varias zonas concretas de la córnea (frecuentemente la central) que no engloban a la
totalidad de esta.
153 METODOLOGÍA
Para llevar a cabo este trabajo se ha realizado una búsqueda bibliográfica consultando diferentes
fuentes de información relacionadas con las CE, tanto sobre su anatomía y patologías
relacionadas como sobre los instrumentos ópticos para su examen. Los principales buscadores
utilizados son el buscador “Pub Med” gestionado por la biblioteca nacional de medicina de
EEUU. Se ha utilizado Mendeley para la organización de la bibliografía.
Las palabras clave utilizadas son las distintas combinaciones entre “corneal endothelial cells”
“peripheral corneal endothelial cells” “corneal endothelial dystrophies” “fuchs dystrophy”
“instruments” “Specular microscopy” “incision size eye surgery” “optical coherence tomography
assessment of corneal endothelial condition” “corneal endothelial cell cycle”, utilizando los
operadores boleanos “AND” y “OR”.
Los criterios de inclusión son documentos escritos en inglés y castellano. Los criterios de
exclusión se aplican a aquellos documentos que no están disponibles en la versión completa y de
forma gratuita a través del servicio de documentación y biblioteca de la Universidad Politécnica
de Cataluña y en las plataformas científicas NCBI, Google Schoolar y Research Gate. También
son excluidos los artículos que carecían de interés para el objetivo del trabajo, una vez analizado
el título y el resumen. No se excluyen los artículos por fecha de publicación.
Además, se han consultado los documentos técnicos proporcionados por los fabricantes de los
microscopios especulares, mencionados en las encuestas. Se han obtenido a través las páginas
web de las casas comerciales correspondientes a los instrumentos.
Para conocer las características del examen pre y post operatorio del endotelio que se lleva a cabo
en la práctica clínica, las medidas realizadas y sus limitaciones, se ha diseñado una actividad de
campo. En el trabajo de campo se han elaborado dos encuestas mediante Google Forms para
evaluar el estudio de las CE tanto centrales como periféricas en ámbito clínico. Estas encuestas
se han dirigido a los optometristas que realizan pruebas diagnósticas y oftalmólogos especialistas
en córnea o traumatología. Fueron enviadas mediante correo electrónico para facilitar difusión y
comodidad en la respuesta. Una vez recogidos los datos Google Forms ofrece estadísticas de los
resultados, los cuales son analizados en concordancia a la información obtenida en la búsqueda
bibliográfica.
164 RESULTADOS
4.1 VARIACIONES ENTRE REGIÓN CENTRAL Y PERIFÉRICA CORNEAL
En este apartado se va a indicar las diferentes densidades de CE en la zona central y periférica.
También se comenta la probable actividad de protección y sanación de lesiones de las CE
localizadas en limbo posterior.
En el estudio de Amann et al.[25] de 2003, la densidad de las CE se midió de forma sistemática
utilizando cuatro métodos diferentes: dos métodos histológicos y dos métodos de microscopía
especular in vivo (de contacto y sin contacto). En este estudio, se encontró un aumento de la
densidad de CE en la región paracentral y periférica de la córnea en comparación con la región
central. La densidad CE periféricas fue mayor en comparación con la central, obteniendo 8,9%
(Tabla 3) y 9,6% (Tabla 4) para los métodos de contacto y sin contacto, respectivamente. La zona
de mayor densidad celular en la periferia parece ser un pequeño anillo de CE cerca de la línea de
Schwalbe. Schimmelpfennig [20] informó previamente de un aumento del 23% de la densidad
de CE en esta zona. También se confirma en el estudio de Amann et al. con microscopía especular
que los recuentos mayores de células se encontraron en la región superior de la córnea humana
periférica.
Corneal No. Of ECD Increase in ECD Hexagonal Coefficient
Region Corneas Cells/mm2 From Center (%) Cells (%) of Variation
Central 21 2,907±306 - 62±8 0,31±0,05
Peripheral
21 3,165±323 8,9 63±7 0,29±0,05
(temporal)
Tabla 3: DC endotelial central y periférica (puntos medidos marcados con cuadrados blancos) con microscopio
especular de contacto (Keeler-Konan contact-specular microscope). [25]
Corneal No. Of ECD Increase in ECD Hexagonal Coefficient
Region Corneas Cells/mm2 From Center (%) Cells (%) of Variation
Central 48 2,730±224 - 63±6 0,32±0,04
Paracentral 48 2,887±213 5,80 65±4 0,31±0,03
Peripheral 48 2,993±229 9,60 65±5 0,31±0,03
Tabla 4: DC endotelial central y periférica (puntos medidos marcados con cuadrados blancos) con microscopio
especular sin contacto (ROBO SP8000). [25]
Más recientemente, en 2015, los resultados del estudio de Choi SO et al.[26] sugieren que las
células del limbo posterior pueden estar protegidas de las lesiones y podrían ser una fuente
17principal para la curación de las heridas endoteliales de la córnea. Hay varios mecanismos
importantes que explican este proceso:
1) La córnea es más gruesa en la zona periférica (Figura 12) que en la zona central, por lo
que puede ser difícil que las sustancias químicas penetren en el limbo posterior.
Figura 12: Mapa de espesor de la córnea mediante el topógrafo OCULUS PENTACAM. Los valores numéricos
superpuestos en la escala colorimétrica corresponden a los valores locales. Imagen obtenida de la web:
https://www.gatinel.com/chirurgie-refractive/les-techniques-operatoires /
2) Las CE del limbo posterior pueden estar protegidas por el iris, que se encuentra entre el
limbo posterior y el cuerpo ciliar.
3) Las CE cercanas a la malla trabecular pueden estar protegidas de los productos químicos,
debido a que estas sustancias pueden ser eliminadas más rápidamente por proximidad a
la malla trabecular.
Este estudio [26] revela cómo se recuperan las CE de la córnea, de la periferia al centro, después
de un daño endotelial extenso en la córnea. Esto indica que las CE de la periferia pueden estar
más protegidas de las lesiones en comparación con las del centro. Por lo tanto, el endotelio
corneal de la periferia puede actuar como recurso celular para la regeneración del endotelio
corneal.
DAÑO DE LAS CÉLULAS ENDOTELIALES EN LA CIRUGÍA DE CATARATAS
El daño en las CE en este proceso quirúrgico presenta diferencias en la zona central respecto
la periférica y/o paracentral. En los estudios de Beltrame et al.[27] y Mahmood et al.[28],
publicado en 2011, el daño endotelial inducido quirúrgicamente por la incisión corneal fue mayor
en la posición de las 12 horas (Figura 2) que en el centro en el seguimiento de todos los grupos,
18con una diferencia estadísticamente significativa en el porcentaje de pérdida celular 1, 3 meses y
1 año después de la cirugía. Se cree que la mayor pérdida de células en el endotelio superior de
la córnea podría deberse a un traumatismo mecánico de la punta de la faco o de los instrumentos
utilizados para la implantar LIO, a pesar del uso de material viscoelástico. Por otra parte, en
comparación con las incisiones corneales, las incisiones del túnel escleral se asociaron con un
menor daño endotelial postoperatorio (Figura 13). Esto se debe probablemente a que el túnel
escleral es más posterior y, por tanto, induce menos daños directos como los ocasionados por la
punta de faco e indirectos debido a traumatismos. Estos autores sugieren utilizar las incisiones
del túnel escleral en pacientes con riesgo de daño endotelial en la cirugía de cataratas.
Figura 13: Izquierda: Gráfico del recuento medio de células endoteliales en el grupo A (azul) mediante el túnel
escleral y grupo B (rojo) incisión corneal en la operación de cataratas. El gráfico es obtenido de Mahmood et al.
2011. [28] Derecha: ilustración del tipo de incisiones. La figura en la página web: https://entokey.com/wound-
construction-and-complications/
En la cirugía habitual de cataratas una de las principales preocupaciones es la ubicación de la
incisión (acceso corneoescleral), debido a la importancia del astigmatismo postoperatorio que
puede aparecer en el resultado refractivo final. Además, esta incisión tiene un efecto sobre la
pérdida de CE. Para minimizar el astigmatismo postoperatorio la posición de la incisión
corneoescleral puede variarse. Dick et al.[29] en 1996, encontró una pérdida menor de CE en el
grupo de incisiones pequeñas de 3,5 mm respecto al de 5mm.
En el campo de la cirugía de cataratas hubo un progreso gracias a la disminución del tamaño de
la incisión. El tamaño de la incisión en la cirugía de cataratas ha disminuido progresivamente,
desde una incisión de 12,0 mm para la extracción de cataratas intracapsular y de 10,0 mm para
la extracapsular a una pequeña incisión para la facoemulsificación de aproximadamente 2,2-2,8
mm. Una incisión pequeña ofrece claras ventajas al paciente y al cirujano. Aporta una
19rehabilitación más rápida, un mejor control de la presión intraocular, unos bajos o no
significativos valores de astigmatismo y menor riesgo de complicaciones postoperatorias. [30]
En el estudio de Wirbelauer et al.[31] en 2005, la pérdida media de CE centrales fue del 11,4%
a los 6 meses, mientras que la pérdida media de células paracentrales en la zona de la incisión
fue mayor, del 14,3%. Sin embargo, en el estudio de Walkow et al.[32] en el 2000 se identifica
que los factores más significativos, en la pérdida de CE centrales y periféricas, son la longitud
axial (ojos más cortos tienen un riesgo mayor pérdida de CE) y el tiempo de facoemulsificación.
La pérdida de CE periféricas, medida en los cuadrantes lateral y superior, fue siempre mayor que
la pérdida central, aunque estas diferencias no fueron estadísticamente significativas. Tanto en
los grupos que se realizó la incisión corneal temporal y superior, la pérdida de CE en el cuadrante
de la incisión no fue mayor que en el segundo cuadrante periférico, situado a 90 grados,
perpendicular al lugar de la incisión.
En concordancia con los resultados de Walkow et al, en el estudio de Gharaee et al.[33] los
autores obtuvieron que la pérdida media de CE, tanto en el centro de la córnea como en el
meridiano de la incisión, no presentaba diferencias significativas con la posición superior o
temporal de la incisión. A los 3 meses de la cirugía, para todos los tipos de incisiones (temporal,
superior y superotemporal), la pérdida media de CE en la córnea central era ligeramente inferior
a la perdida media central al mes. Este proceso puede deberse a la migración de CE periféricas
hacia la córnea central para compensar la pérdida de estas. También observaron que, en todos los
lugares de incisión, la media de la pérdida de CE en el sector de la incisión era significativamente
mayor que la de la córnea central. Sus resultados tras comparar los tres tipos de incisiones
mostraron que, aunque la media de la pérdida de CE, tanto en el centro corneal como en la región
de la incisión, no fue significativamente diferente, la pérdida CE media fue ligeramente menor
en el grupo con incisión superotemporal que en pacientes que se sometieron a la operación a
través de incisiones superiores o temporales. Esto se mantuvo para todos los seguimientos
posoperatorios.
Centrándonos en el daño endotelial causado por la incisión realizada en cualquier procedimiento
quirúrgico, hay un estudio de Valas Teuma et al.[34], basado en globos oculares porcinos ex vivo,
donde se estudió la pérdida de CE debida específicamente a incisiones creadas manualmente con
una cuchilla de diamante convencional y con un láser de pulso ultracorto. Se concluyó que,
aunque los porcentajes medios de pérdida de CE fueron menores en las incisiones de espesor
total con láser que en las incisiones manuales de espesor total, las mediciones de fluorescencia
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