Í N D I C E

ÓPTICA DE LA LÁGRIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

OJOS SECOS FRENTE A OJOS NORMALES . . . . .6

LÁGRIMAS ARTIFICIALES: INSTILACIÓN EN OJO SECO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Nº: 20I N N O V A C I Ó N

Dr. Robert Montés-MicóDr. Antonio Rodríguez Galietero

Prof. Jorge L. Alió

VISSUM-AlicanteHospitales NISA-Valencia

Un factor que contribuye a la inestabilidad de las aberraciones ópticas en el ojo y en definitiva a la calidadóptica total del ojo es la lágrima. Varios estudios han puesto de manifiesto que el aumento de las aberracio-nes tras la rotura de la película lagrimal puede reducir la calidad de la imagen retiniana. Si consideramos quela lágrima es la superficie más externa del ojo, y que el poder refractivo de una superficie está asociada con elmayor cambio de índice de refracción, la lágrima es el componente óptico del ojo con mayor poder refracti-vo. Por tanto, cualquier cambio en espesor y curvatura de la lágrima introduce aberraciones adicionales en elsistema óptico del ojo. El mantenimiento de una superficie lagrimal regular es por tanto esencial para obte-ner imágenes en la retina con buena calidad óptica.

Montés-Micó et al.,1-3 mediante aberrometría (Hartmann-Shack) y topografía (custom-tear topography), han concluido que las aberraciones ópticas creadas por la rotura de lapelícula lagrimal contribuyen a la reducción de la calidad óptica de la imagen retiniana(figuras 1 y 2). De hecho, los resultados más recientes en esta línea de investigaciónmuestran que la imagen formada en la retina, medida con un sistema de doble paso, sedegrada paralelamente al aumento de aberraciones y pérdida de calidad óptica del ojotras el parpadeo4.

La desaparición de la lágrima tiene un impacto muy elevado en la calidad óptica del ojohumano. Cualquier cambio local en el espesor y regularidad de la película lagrimal intro-duce aberraciones ópticas en el sistema óptico del ojo. Sin embargo, la fuente que provo-ca estas aberraciones ópticas es incierta, ya que puede provenir de la superficie irregular delepitelio, de uniformidades en el índice de refracción de la lágrima, de la superficie irregu-lar de la misma lágrima cuando se produce la rotura, de la deshidratación corneal tras larotura lagrimal o una combinación de todos estos efectos.

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Figura 1: Mapas de aberraciones totales y corneales en un ojo calculadas inmediatamente tras elparpadeo (t= 0) y a los 10 y 20 segundos tras parpadear (aberraciones de alto orden). Diámetropupilar, 6.5 mm. La columna de la izquierda muestra la matriz de puntos de la imagen delaberrómetro a diferentes tiempos tras el parpadeo.

t= 0 s

t= 20 s

t= 10 s

ÓPTICA DE LA LÁGRIMAPara comprender la importancia que posee la lágrima desde un punto de vista óptico, seha llevado a cabo un cálculo teórico sencillo utilizando un ojo teórico de Le Grand consi-derando una lágrima con un espesor de 13 µm (promedio entre los valores estándar com-prendidos entre 6 µm y 20 µm) y el radio de curvatura de la cara anterior de la lágrimaigual al posterior. En este caso el poder refractivo PT será (ver figura 3):

PT= PT1 + PT2 - δT · PT1 · PT2

siendo PT1 y PT2 el poder dióptrico de la primera y segunda cara de la lágrima, respecti-vamente, y δT la distancia de acoplamiento entre ambas superficies. Estos valores puedencalcularse teniendo en consideración los índices de refracción de la lágrima (nT= 1.336) yde la córnea (nT= 1.3771), y los radios de ambas superficies (RT1= RT2= RC1= 7.8 mm).Por otra parte, la distancia de acoplamiento dependerá del espesor y el índice de refracciónde la lágrima

PT1= (nT-1)/RT1 PT2= (nC-nT)/RT2 δT= (H’T1HT2)/nT= eT/nT

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Figura 2: Mapa de aberraciones corneales a diferentes tiempos tras el parpadeo. Línea decontorno, 1µm; diámetro pupilar 7mm.

1 sec 2 sec 3 sec 4 sec 5 sec

6 sec 7 sec 8 sec 9 sec 10 sec

11 sec 12 sec 13 sec 14 sec 15 sec

Entonces:

PT= 48.35 D

y la posición de los puntos principales de la lágrima, medidos desde su vértice, serán:

HT1HT= δT · 1 (PT2/PT)= 1.06 µm H’T2H’T= -δT · nC (PT1/PT)= -11.9 µm

VHT= VHT1 + HT1HT= 0 + HT1HT= 1.06 µm

VH’T= VH’T2 + H’T2H’T= eT + H’T2H’T= 1.10 µm

Acoplando la lágrima con la superficie posterior de la córnea tenemos el poder refractivocorneal (PC). En este caso, el poder refractivo de la cara posterior de la córnea puede cal-cularse considerando los índices de refracción del humor acuoso (nAH= 1.3374) y de lacórnea (nC= 1.3771). La distancia de acoplamiento dependerá del índice de refracción dela córnea y de la distancia entre el segundo punto principal de la lágrima y el primer puntoprincipal de la cara posterior de la córnea:

PC= PT + PC2 - δA · PT · PC2

PT= 48.35 D PC2= (nHA-nC)/RC2 δA= (H’THC2)/nC= (H’TV + VHC2)/nC

Entonces:

PC= 42.36 D

El poder refractivo de la lágrima en sí mismo es de 48.35 D, mientras que cuando se aco-pla con la córnea pasa a 42.36 D. Aunque el poder refractivo total de la córnea es el mismoconsiderando la lágrima o no (42.36 D), esto no significa que la lágrima no tiene poderrefractivo, ya que sólo cuando la lágrima desaparece la córnea pasa a ser el elemento demayor poder refractivo en el ojo, ya que en un sistema óptico compuesto por varias super-ficies y varios índices de refracción el elemento que posee mayor poder refractivo es aquélsituado entre dos medios con mayor diferencia entre índices de refracción (aire/lágrima).

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Figura 3: Modelo de ojoteórico incluyendo la lágrima

(ver el texto para unadescripción más profunda).

Si realizamos variaciones en el espesor de la lágrima los resultados tienen poco efecto sobreel poder refractivo (sobre 0.1 D de variación para 20 µm). Sin embargo, si la lágrima esirregular en espesor se producen mayores variaciones en el radio de curvatura anterior y en consecuencia en su poder refractivo (sobre 1.3 D de variación si el radio cae hasta 7.6 mm). Estas variaciones en poder refractivo, producidas por la irregularidad de la super-ficie, son, sin duda, equivalentes a variaciones en las aberraciones ópticas de alto orden.

Por tanto, si tenemos en consideración las anteriores premisas pacientes con alteracionesen función lagrimal, tal como el síndrome de ojo seco, presentarán mayores aberracio-nes ópticas que pacientes con una función lagrimal normal. Los pacientes que presentansíndrome de ojo seco presentan una película lagrimal irregular, bien en espesor, índice derefracción o en curvatura. La causa de visión borrosa asociada a este síndrome está relacionada con la reducción en la calidad óptica del ojo, y consecuentemente, con la presencia de mayores aberraciones ópticas.

OJOS SECOS FRENTE A OJOS NORMALESMontés-Micó et al.5 han valorado la calidad óptica que poseen pacientes con síndrome deojo seco y cómo afecta la desaparición de la lágrima al evaporarse. 20 pacientes diagnosti-cados con síndrome de ojo seco se evaluaron en dicho estudio. El diagnóstico de ojo secose realizó considerando los síntomas de ojo seco, presentando en el test de Schirmer I valo-res inferiores a 10 mm sin instilar anestésico, y un tiempo de rotura lagrimal de menos de5 segundos (3.8 ± 1.1 segundos).

La figura 4 muestra los valores obtenidos en la medida de las aberraciones de alto orden encondiciones de medidas fotópicas (4-mm) y mesópicas (6-mm) para los pacientes norma-les y de ojo seco. Como puede observarse las aberraciones ópticas de alto orden en lospacientes con ojo seco son mayores que las que presentan los pacientes normales, tanto paravisión fotópica como mesópica. Las diferencias entre ambos grupos para cada una de lasaberraciones (S3, S4, S3+4, S3+5 y S3+4+5) se evaluaron mediante el test Mann-Whitney ranksum test. Todas las comparaciones mostraron valores de P menores de 0.01, indicando quelas diferencias entre ambos grupos eran estadísticamente significativas.Para un diámetro pupilar de 4-mm, tanto el coma (S3), la aberración esférica (S4) y las abe-rraciones totales (S3+4) fueron significativamente mayores en pacientes con ojo seco en rela-ción a las presentadas por los pacientes con fisiología lagrimal normal: x 2.70, x 2.50 y x2.58, respectivamente (x significa incremento). Valores similares se encontraron cuando seestudiaron para un diámetro pupilar de 6-mm: x2.40 (S3+5), x2.53 (S4) y x2.29 (S3+4+5),respectivamente. Las medidas realizadas en visión mesópica (6-mm) mostraron un aumen-to de las aberraciones (x2 aproximadamente) tanto para los pacientes que presentaban ojoseco como los normales en relación a las medidas realizadas en visión fotópica (4-mm).

Con el fin de ilustrar las diferencias entre un patrón aberrométrico de un ojo seco y un ojonormal se ha creado la figura 5. En dicha figura se muestra en la parte derecha el mapa de aberraciones para un ojo seco y para un ojo normal, considerando un diámetro pupilarde 6-mm. A la izquierda de este mapa se muestra la matriz de puntos que toma el aberró-metro para realizar el cálculo matemático de los polinomios de Zernike. De la imagen dela matriz de puntos puede observarse cómo en el ojo normal los puntos están claros y espa-ciados, cosa que no ocurre en la imagen obtenida en el paciente con ojo seco (mayoremborronamiento y presencia de irregularidades). Esto indica la menor (normal) o mayor(ojo seco) presencia de aberraciones de alto orden en ese sistema óptico. El mapa aberro-

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métrico también muestra esta diferencia ya que las líneas de contorno aumentan en el casode ojo seco. Este mapa muestra valores de avance o retraso del frente de ondas (en micras),al igual que si estuviese valorándose un mapa topográfico corneal de elevación. Mayoresdesfases, bien avances o retrasos, indican mayor presencia de aberraciones de alto orden yen consecuencia peor calidad óptica.

Figura 4: Aberraciones ópticas de alto orden para un diámetro pupilar de 4- (A, nivel fotópico) y6-mm (B, nivel mesópico) en pacientes con síndrome de ojo seco y en pacientes normales. RMS esel error cuadrático medio expresado en micras. Las aberraciones oculares de midieron medianteel aberrómetro Zywave (Bausch&Lomb, Irvine, CA), basado en el principio de Hartmann-Shack. Serealizaron las evaluaciones para dos diámetros pupilares diferentes, uno en condiciones fotópicas(4-mm, alta iluminación) y otro en condiciones mesópicas (6-mm, baja iluminación). El cálculo delas aberraciones ópticas de alto orden de obtuvo mediante los polinomios de Zernike de maneraglobal (S3+4, S3+4+5), para la aberración esférica (S4) y para el coma (S3, S3+5), ajustando hastael cuarto orden en condiciones fotópicas y hasta el quinto orden en condiciones mesópicas.

LÁGRIMAS ARTIFICIALES: INSTILACIÓN EN OJO SECOPodemos pensar que si la fuente de aumento de aberraciones ópticas en el ojo se debe auna irregularidad de la interfase aire-lágrima (lágrima escasa en casos de ojo seco), la ins-tilación de lágrimas artificiales sobre esa superficie debe provocar una mejora en la irre-gularidad y en consecuencia una disminución de las aberraciones ópticas. Si existe unareducción en las aberraciones existirá una mejora en la calidad de la imagen retiniana yuna mejora en la visión de los pacientes. Montés-Micó et al.6 han valorado cómomediante la instilación de lágrimas artificiales se mejora la calidad óptica de dichospacientes. Se evaluaron 15 pacientes diagnosticados con síndrome de ojo seco. Las medi-das se llevaron a cabo antes y tras la instilación de la lágrima artificial VISMED®, inme-diatamente tras la instilación y al cabo de diez minutos de la instilación. En todos loscasos las medidas se realizaron dentro del rango de 5-10 segundos tras el parpadeo aligual que en el caso anterior.

Los resultados en la toma de medidas antes y tras la instilación de la lágrima artificial apa-recen representados en la figura 6. En dicha figura los resultados se separan en funciónde las aberraciones totales, aberración esférica y coma. Para todas las aberraciones existe

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Figura 5: Mapas aberrométricos (alto orden) de dos ojos evaluados (A: paciente normal y B:paciente con ojo seco). Diámetro pupilar: 6.0-mm. La columna de la izquierda contiene la matriz depuntos de la imagen del aberrómetro.

A

B

una disminución estadísticamente significativa de su valor (t-test; P= 0.008, P= 0.004 yP= 0.007, respectivamente) tras la instilación de la lágrima artificial, aproximadamentepor un factor de reducción de dos. Tras diez minutos tras la instilación de la lágrima artificial los valores tanto de las aberraciones totales, esférica y coma no mostraron dife-rencias estadísticamente significativas en comparación con los valores obtenidos inme-diatamente tras la instilación (t-test; P= 0.38, P= 0.25 y P= 0.29, respectivamente). Esteresultado implica que la reducción en aberraciones tras la instilación se mantiene, almenos, durante diez minutos.

Con el fin de ilustrar los cambios en el patrón de frente de onda en un ojo evaluado antesy tras la instilación de la lágrima artificial, se ha creado la figura 7. En dicha figura se mues-tran los mapas aberrométricos antes y tras la instilación de la lágrima artificial en un ojoseleccionado. En esta figura se puede observar una mejora en el mapa aberrométrico trasla instilación de la lágrima artificial, inmediatamente y tras diez minutos, dando comoconsecuencia una reducción en las aberraciones ópticas del ojo que se correlaciona con losresultados numéricos obtenidos antes. La misma figura incluye la matriz de puntos que seobtiene a partir de la imagen del aberrómetro. En esta imagen puede observarse una mejo-ría en la regularidad y claridad de los puntos de la matriz tras la instilación de la lágrimaartificial. También se representa la Point Spread Function (PSF), dicha función represen-ta la imagen de un punto que se formaría a través de un sistema óptico. A mayor diferen-cia respecto a un punto peor PSF y peor calidad óptica. A mayor parecido mejor calidadóptica. Si la imagen se reproduce fielmente al objeto el sistema óptico no altera el paso deinformación ni deforma la transmisión a través de los diferentes elementos que lo confor-man. De manera consecuente con las imágenes del mapa aberrométrico y de la matriz depuntos, está mejor tras la instilación de la lágrima y se mantiene prácticamente constanteal cabo de diez minutos de la instilación.

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Figura 6: Aberraciones ópticas (totales alto orden, aberración esférica y coma) antes y tras lainstilación de lágrimas artificiales computadas para una pupila de 6-mm. La aberración de frentede onda (µm) se muestra como el error cuadrático medio (RMS). Las aberraciones tras lainstilación de la lágrima artificial son estadísticamente menores en relación a antes de lainstilación (P<0.01; t-test).

CONCLUSIONESConsiderando los resultados de los diferentes estudios que se han mostrado puede con-cluirse que los pacientes con ojo seco presentan mayores valores de aberraciones ópticas enrelación a pacientes con fisiología lagrimal normal, y que éstas están causadas por las irre-gularidades que crea la lágrima sobre la superficie corneal. Los resultados obtenidos tam-bién muestran que la aberrometría y la topografía customizada son suficientemente sensi-bles para monitorizar los cambios ópticos asociados con el síndrome de ojo seco, siendoútil para poder aplicarse en estudios futuros sobre ojo seco y lágrima.

También podemos concluir que existe una reducción de las aberraciones ópticas en pacien-tes diagnosticados con ojo seco tras la instilación de lágrimas artificiales, lo cual produce

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Figura 7: La columna de la izquierda muestra los mapas aberrométricos de alto orden (RMS enmicras, pupila de 6-mm). Los cambios en los mapas antes (arriba) y tras la instilación de la lágrimaartificial (abajo) muestran la reducción de las aberraciones causada por el efecto de la lágrima en lasuperficie ocular. Notar el cambio en la escala de colores de un mapa a otro y el cambio en lospasos de unidades. Esto representa que el frente de onda, bien avanzado bien retrasado, está máscerca del frente de onda perfecto (sin aberraciones). Las columnas del medio y la derecharepresentan, respectivamente, la matriz de puntos de la imagen del aberrómetro y la Point SpreadFunction (PSF) calculada a diferentes tiempos antes y tras la instilación.

Antes de la instilación

Instilación de lágrima artificial

10’ después de la instilación

un aumento de la calidad óptica en estos ojos. Sin duda la instilación de lágrimas artifi-ciales, las cuales reducen las aberraciones ópticas presentes en estos ojos, es una de lasmejores opciones terapéuticas en caso de ojo seco. La tecnología aberrométrica es un áreade trabajo altamente aplicable al estudio no sólo de la calidad óptica del ojo humano sinotambién en la valoración de la aplicación de diferentes tipos de lágrimas en pacientes conojo seco.

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BIBLIOGRAFÍA

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6. Montés-Micó R, Cáliz A, Alió JL. Changes in ocular aberrations after artificial tears instillation in dry eye patients.J Cataract Refract Surg 2004;30:1649-52.

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