Аберрометрия в диагностике и лечении кератоконуса

Кератоконус (КК) — это двустороннее асимметричное заболевание, которое характеризуется прогрессирующим истончением и эктазией (выпячиванием) центральных отделов роговицы, что приводит к миопизации, неправильному астигматизму и снижению остроты зрения [1].

Результаты эпидемиологических исследований колеблются в большом диапазоне, поскольку распространенность и заболеваемость КК, по разным оценкам, составляют от 0,2 до 4790 на 100 тыс. человек и от 1,5 до 25 на 100 тыс. человек в год соответственно [1]. Такие различия в показателях объясняются многими факторами, включая этническую принадлежность, технический уровень обследования населения и используемые диагностические критерии [2].

КК обычно возникает на втором-третьем десятилетии жизни и развивается до четвертого десятилетия. Многолетние исследования, включающие более 1200 пациентов, показали, что средний возраст больных КК составляет 39 лет [3], при этом выявлена зависимость между возрастом дебюта заболевания и тяжестью его течения: раннее развитие заболевания сопровождалось быстропрогрессирующим течением [4].

До настоящего времени нет единого мнения о причинах возникновения КК. Это многофакторное заболевание, которое развивается при нарушении нормальных биохимических процессов в ткани роговицы. Исследования показали, что к повреждению ткани роговицы приводят дефекты в ферментной системе, которые вызывают нарушение окислительного метаболизма в ткани роговицы и накопление цитотоксичных продуктов оксидативного распада. Это, в свою очередь, инициирует целый ряд биохимических, иммунологических и молекулярных изменений, которые провоцируют дегенеративные и дистрофические процессы в роговице [5]. Само истончение стромы роговицы связано с апоптозом и некрозом кератоцитов, изменениями протеогликанового матрикса, деградацией фибробластов и уменьшением количества ламеллярных коллагеновых пластин [6]. Отмечается также значительное влияние на развитие КК внешних и анатомических факторов [7].

Как правило, диагностика развитого КК не вызывает трудностей. Тщательного опроса пациента, наличия характерных жалоб, определения остроты зрения, выявления биомикроскопических признаков и данных рефрактометрии и корнеальной топографии зачастую достаточно для постановки диагноза КК.

По мере прогрессирования заболевания изменения в строме роговицы приводят к усилению рефракции центральной зоны роговицы, появлению нерегулярного астигматизма, что вызывает у пациентов искажение изображения и снижение остроты зрения. В настоящее время перед специалистами стоит задача ранней диагностики КК, т.е. выявления заболевания еще до снижения остроты зрения и до появления характерных жалоб и изменений при биомикроскопии.

В данном обзоре речь пойдет о волновом фронте глаза, изменения которого появляются уже на начальной стадии КК [8].

Глаз человека с точки зрения геометрической оптики — это сложная система, которой свойственны дефекты. Оптические дефекты, искажающие изображение на сетчатке и снижающие качество зрения, называют аберрациями [9]. Отклонение проходящих через преломляющие среды глаза световых лучей возникает из-за несоответствия оптической системы глаза идеальной физической модели и приводит к формированию оптических аберраций. Аберрацию характеризуют различного вида нарушения гомоцентричности в структуре пучков лучей, выходящих из оптической системы. При достижении определенных значений аберрации существенно влияют на зрительные функции. Оптические аберрации глаза уменьшают контрастность изображения [10—12] и вызывают фазовые сдвиги пространственного ретинального образа [13, 14], что в конечном итоге приводит к снижению качества изображения и затрудняет распознавание сложных объектов, таких как буквы и лица. Для определения аберрации используют специальный прибор — аберрометр.

На сегодняшний день известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах, самыми распространенными из которых являются анализ ретинального изображения мишени и анализ отраженного из глаза пучка света.

Первый принцип — анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry), концепция которого заключается в проекции на сетчатку двух параллельных лазерных лучей. Один из этих лучей падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от первого. Прибор регистрирует степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча. Таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка [15].

Второй принцип — анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry), он заключается в направлении лазерного луча, который, пройдя через все оптические среды глаза, отражается от сетчатки и с учетом аберраций на выходе попадает на матрицу, состоящую из микролинз. Микролинзы собирают неаберрированные лучи в своей фокальной точке, а аберрированные лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций.

С изобретением разнообразных офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах работы, стала возможна не только качественная, но и количественная оценка аберраций, а также факторов, влияющих на них.

В середине прошлого столетия голландским ученым-физиком Фрицем Цернике была предложена аппроксимация аберраций волнового фронта в математическую систему многочленов или полиномов [16]. Предложенная Цернике система математического формализма используется и по сей день и позволяет представить волновой фронт любой сложности как серию полиномов, в полной мере описывающих все входящие в него оптические аберрации. Каждый полином Цернике связан с определенным типом аберрации и выражается в виде моды: Z^m_n, где m — положительное или отрицательное число, описывающее меридиональную частоту моды полинома, а n — целое число, отражающее синусоидальную частоту моды полинома [17]. Полиномы, как правило, графически представлены в виде пирамиды [18].

Количественной характеристикой погрешностей оптической системы является RMS (Root mean square) — среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального. Оптические аберрации делятся на аберрации низшего (1-го и 2-го) и высшего (3-го и 4-го) порядка. Полиномы низших порядков описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации — дефокусировку (аметропии) и астигматизм.

Кома (Z^–1₃, Z¹₃), сферическая аберрация (Z⁰₄) и трефойл (Z^–3₃, Z³₃) относятся к аберрациям высокого порядка. Чем выше порядок аберраций, тем сложнее форма волнового фронта световых волн, вышедших из глаза. Кома представляет собой сферическую аберрацию косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. Она основана на асимметрии оптического центра роговицы и хрусталика с макулой. Сферическая аберрация обусловлена тем, что периферия хрусталика глаза преломляет падающие на нее параллельные лучи сильнее, чем его центр [19]. Трефойл — это вид аберраций, которые возникают при неравномерной поверхности оптических частей глаза на их периферии и образуют различное линейное увеличение на различных участках получаемого изображения [20].

Важно добавить, что помимо основных вышеупомянутых аберраций существует еще ряд других видов аберраций. В литературе некоторые авторы описывают аберрации вплоть до 7-го порядка, однако в ходе клинических исследований было доказано, что при остроте зрения 100% влияние аберраций выше 4-го порядка на качество зрения сводится к минимуму [21].

Надо отметить, что аберрации высокого порядка существуют даже в здоровых глазах. Однако при КК показатели увеличение аберраций высоких порядков в 5—6 раз больше, чем в здоровых глазах, даже на самых начальных стадиях заболевания [22, 23]. Это позволяет использовать показатели аберрометрии в качестве раннего диагностического признака начинающегося КК [8].

Для КК как заболевания, которому свойственно возникновение оптической неоднородности роговицы и нерегулярности ее поверхности, характерно резкое изменение аберрационного фона волнового фронта глаза в сторону полиномов высокого порядка [24, 25]. При этом выявлена корреляция между аберрациями высокого порядка и кератотопографическими индексами [26]. Многочисленные исследования доказали, что при КК наибольшему изменению подвержен показатель комы, а именно вертикальной комы [22, 27, 28] (рисунок). Это объясняется тем, что при КК апекс конуса чаще всего локализуется в нижней зоне роговицы. Следовательно, при измерении аберрации отраженные световые лучи с сетчатки быстрее выходят из глаза через верхнюю, более плоскую зону роговицы и с задержкой покидают нижнюю зону, тем самым создавая вертикальную кому [8]. Соответственно, при центральном расположении апекса КК вертикальная кома не увеличивается. Исследуя влияние положения и размеров конуса на показатели аберрации высокого порядка и качество зрения при КК, авторы пришли к выводу, что наибольшее количество аберраций возникает тогда, когда конус расположен между зрительной осью и периферией и когда кривая конуса покрывает большую часть визуальной зоны [29]. Таким образом, изменения волнового фронта напрямую зависят от локализации фокуса КК и могут являться прямыми ориентирами для локального воздействия на роговицу, особенно при планировании локального кросслинкинга.

Аберрационная карта волнового фронта.

а — при КК; б — при подозрении на КК; в — здоровый глаз.

Возможности современных методов диагностики позволяют дифференцировать волновой фронт роговицы на аберрации передней и задней поверхностей роговицы. Передняя поверхность роговицы оказывает наибольшее влияние на совокупную рефракцию глаза из-за большой разницы между показателями преломления воздуха и роговицы. Поэтому при нерегулярной роговице передняя ее поверхность является основным источником оптических ошибок. Однако влияние задней поверхности роговицы на показатели общего астигматизма и на волновой фронт в последнее время вызывает большой интерес у исследователей [30]. И хотя принято считать, что основную роль в волновом фронте глаза при КК играют аберрации передней поверхности роговицы, многие исследования показывают повышение значений аберраций задней поверхности роговицы по сравнению со здоровыми глазами [30, 31]. Это имеет важное диагностическое значение для выявления раннего КК, который часто начинается с развития задней элевации. Кроме того, изменения задней поверхности роговицы могут привести к значительным остаточным аберрациям (преимущественно вертикальной комы) и неудовлетворительным функциональным результатам при ношении жестких газопроницаемых линз, корригирующих только передние роговичные аберрации [31].

Еще одной причиной повышения уровня аберрации при КК является сопутствующий синдром «сухого глаза» [32]. Стабильная слезная пленка обеспечивает гладкость роговицы, минимизирует рассеяние световых лучей от ее передней поверхности, и любые нарушения ее стабильности приводят к увеличению значений аберраций высокого порядка [33].

Особый интерес представляют методы компенсации аберрации при КК. Использование жестких газопроницаемых линз доказало свою эффективность в плане зрительной реабилитации пациентов с КК. За счет эффекта механического сглаживания неправильной формы роговицы происходит значительное снижение уровня суммарных аберраций высоких порядков (с 0,54 мкм до 0,36 мкм), а также изменение направления показателя вертикальной комы (с –0,185 до 0,134) [34]. Однако затруднительная адаптация пациентов к данному типу линз, порой нестабильная посадка и ротация линзы, а также высокий риск гипоксии роговицы являются недостатками данного метода зрительной реабилитации при КК [35].

Метод роговичного кросслинкинга является самым распространенным в лечении прогрессирующего КК и единственным, воздействующим на патогенетические механизмы возникновения данного заболевания. Эта технология «поперечного сшивания» коллагеновых волокон стромы роговицы была предложена в конце ХХ в. G. Wollensak, она заключается в удалении эпителия в центральной зоне роговицы (7—9 мм) с последующим нанесением 0,1% раствора рибофлавина и облучением ультрафиолетом с длиной волны 370 нм. Под воздействием рибофлавина и ультрафиолетового излучения диапазона А индуцируется образование новых прочных ковалентных связей в структуре коллагеновых волокон и экстрацеллюлярном матриксе, что увеличивает жесткость роговицы и препятствует ее дальнейшему истончению [36]. В ряде больших исследований была доказана эффективность роговичного кросслинкинга в плане зрительной реабилитации пациентов с КК и повышения у них остроты зрения, в частности снижения значений аберраций высокого порядка в послеоперационном периоде. Примечательно, что почти все исследователи, занимающиеся вопросом динамики аберраций высокого порядка после проведения роговичного кросслинкинга, отмечают снижение суммарных аберраций только спустя год [37, 38], а некоторые даже спустя 2 года после операции [39, 40], что связывают с длительным послеоперационным восстановлением роговицы. Помимо медленного послеоперационного заживления роговичный кросслинкинг обладает еще одним существенным недостатком: его невозможно проводить на роговицах, толщина которых составляет менее 400 мкм. Поэтому за двадцать с лишним лет существования кросслинкинга было предложено множество разных протоколов и методов его проведения, созданных в попытке компенсации недостатков стандартного протокола [41]. Отдельного внимания заслуживает метод локального кросслинкинга, который устраняет многие недостатки стандартного варианта. В его основе лежит возможность локального воздействия на роговицу и создания в роговице зон повышенной ригидности по индивидуальному паттерну. Меньшая площадь деэпителизации и возможность исключить облучение наитончайших зон роговицы позволяют использовать данный метод при толщине роговицы менее 400 мкм, а также обеспечивают более быстрое послеоперационное восстановление без снижения эффективности самой процедуры [42]. В настоящее время ведутся активные работы по изучению влияния локального роговичного кросслинкинга на зрительные функции у пациентов с КК. Мы не обнаружили публикаций, посвященных изучению влияния локального кросслинкинга на аберрации высокого порядка, и считаем этот вопрос открытым и требующим дальнейшего изучения. Интригующим моментом является факт повышения остроты зрения после проведения кросслинкинга роговицы, которое не может быть объяснено изменениями кератометрических показателей [43]. По нашему мнению, именно анализ оптических аберраций после вмешательства может помочь объяснить этот феномен.

Хирургическая имплантация роговичных сегментов и колец в строму роговицы с целью изменения ее неровной формы и сглаживания поверхности в настоящее время является еще одним широко применяемым способом коррекции КК. Ряд отечественных авторов описывают снижение аберраций высоких порядков, которое составляет в среднем 20% [44—46]. Однако техническая сложность выполнения данной процедуры, а также данные о том, что метод не останавливает прогрессирование заболевания [47], являются основными факторами, снижающими интерес к этой технологии.

Предложенный K. van Dijk и соавторами в 2015 г. метод трансплантации боуменовой мембраны является относительно новым подходом в лечении пациентов с КК, и направлен он на приживление изолированного боуменова слоя в передних слоях стромы с целью улучшения стабильности роговицы и предотвращения прогрессирования заболевания [48]. В ходе операции создается карман в передней строме, куда имплантируется трансплантат боуменовой мембраны диаметром 9—11 мм, изготовленный вручную путем отслаивания от передней стромы роговицы донора. Преимущество метода в том, что он подходит для очень тонких роговиц, риск отторжения меньше по сравнению с другими видами пересадки роговицы, также метод имеет достаточно высокие функциональные результаты. В период наблюдения 3 года после проведения операции авторы отмечают снижение аберраций высокого порядка и повышение остроты зрения на 20% [49].

Помимо вышеперечисленных существует еще ряд других перспективных методов лечения КК, такие как фемтосекундная кератопластика с имплантацией стромальной лентикулы, интрастромальная аллокератопластика (операция БЛОК) и др. [50, 51]. Результаты этих вмешательств были оценены в плане влияния их на аберрации высокого порядка и показали, что возможна оценка эффективности данного вмешательства по этому критерию [52].

Современные методы диагностики позволяют выявлять кератоконус на начальной стадии, что вносит существенный вклад в исход лечения. Определение волнового фронта и изучение методов, позволяющих компенсировать аберрации высокого порядка, открывают качественно новые горизонты зрительной реабилитации пациентов с кератоконусом. Существующие методы лечения кератоконуса положительно влияют на сглаживание волнового фронта и повышение качества зрения, а поиск новых методов является открытым и актуальным вопросом. Изучение волнового фронта при диагностике и контроле результатов лечения дает дополнительные возможности в комбинации с традиционными методами исследования органа зрения.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.