In collaborazione con Società Optometrica Italiana SOPTI

In collaborazione con Società Optometrica Italiana SOPTI PRIMA PARTE Valutazione delle aberrazioni di alto ordine con lenti a contatto morbide personalizzate in soggetti portatori di cheratocono dopo impianto chirurgico di anelli intrastromali. Prof. Juan Gonzalo Carracedo Rodríguez, OD, MSc, PhD, Professore Associato c/o Clinica Universitaria di Optometria della Scuola Universitaria di Ottica della Università Complutense di Madrid (Spagna) Prof. Jesús Carballo Álvarez, OD, MSc, Professore Associato c/o Clinica Universitaria di Optometria della Scuola Universitaria di Ottica della Università Complutense di Madrid (Spagna) Prof. Pietro Gheller, OD, Docente a Contratto c/o Università degli Studi di Padova (Italia) Paula González Balboa, OD, Masterizzanda c/o il Master en Optometria y Visión dell Università Complutense di Madrid (Spagna) Javier Canales Calvo, OD, Masterizzando c/o il Master en Optometria y Visión dell Università Complutense di Madrid (Spagna) Marianna Nyeko Atim, OD, Masterizzanda c/o il Master en Optometria y Visión dell Università Complutense di Madrid (Spagna) Judith Fernández Navarro, OD, Masterizzanda c/o il Master en Optometria y Visión dell Università Complutense di Madrid (Spagna) Alberto Recchioni, OD, Laureato in Ottica e Optometria presso l Università degli Studi di Padova (Italia) ABSTRACT Scopo: lo scopo di questo studio è di valutare le aberrazioni di alto ordine con lenti a contatto morbide personalizzate in soggetti portatori di cheratocono dopo impianto chirurgico di anelli intrastromali. Materiali e Metodi: la valutazione dell applicazione di lenti a contatto idrofiliche personalizzate a spessori centrali variabili in pazienti con anelli intrastromali in soggetti portatori di cheratocono è consistita nella realizzazione di un analisi aberrometrica della cornea e dell occhio nella sua interezza di sistema per valutare in forma oggettiva l influenza delle aberrazioni di alto ordine nella qualità visiva con la lente a contatto applicata (POST) e poter comparare i risultati con quelli ottenuti senza essa (PRE). Lo studio approntato per questa ricerca è uno studio pilota, sperimentale, prospettico e trasversale. Risultati: la media e la deviazione standard (DS) sono state calcolate per l aberrazione sferica (SPH_LIKE), coma (COMA_LIKE), Root Mean Square (RMS_ HOA) della parte corneale e della parte totale. Tutto ciò è stato considerato prima (PRE) e dopo (POST) l applicazione di lenti a contatto idrofiliche personalizzate di due differenti materiali (hioxifilcon A G-5X, HEMA e SilO 2 Wet Silicone Hidrogel, SiHi) e di 4 differenti spessori centrali (0,1-0,2-0,3 e 0,4 mm). Sia a livello corneale quanto a livello totale l applicazione di una lente a contatto personalizzata a spessori variabili centrali ha raggiunto un miglioramento oggettivo seguendo l aumento degli spessori, tranne che nel caso dell aberrazione sferica della parte totale dell occhio. Non vi è stata una marcata differenza tra i due materiali utilizzati (G-5X e SilO 2 Wet) e nonostante l ipotesi di partenza, in questo caso, il modulo di rigidità delle silicone hydrogel non ha influito diversamente sulle aberrazioni di alto ordine. Conclusioni: l unione di questo studio oggettivo con le prove psicofisiche effettuate sul medesimo campione di studio dai ricercatori coinvolti nel progetto potrà dare maggiori indicazioni all ottico optometrista. È interessante comunque osservare come due differenti 52 PROFESSIONAL OPTOMETRY NOVEMBRE 2012

tecniche compensative su portatori di cheratocono, una chirurgica come l impianto di anelli intrastromali e l altra optometrica come l applicazione di lenti a contatto morbide (idrofiliche) personalizzate, possa coesistere e concorrere ad un fine unico ovvero la soddisfazione visiva della persona. Keywords: cheratocono, aberrazioni di alto ordine, anelli intrastromali, lenti a contatto morbide personalizzate. INTRODUZIONE Il cheratocono è una patologia ectasica che modifica la struttura della parte centrale della cornea, precisamente la membrana di Bowmann e gli strati anteriori e intermedi dello stroma (Romero-Jimenez 2010 1 ), e genera alterazione del profilo superficiale; si riflette sulla qualità visiva e quindi implica un forte interessamento delle aberrazioni di alto ordine (Schornack 2010 2 ). L incidenza è di 2 su 100000 individui fino a 230 su 100000 (Kennedy et al. 1986 3 ). Come consuetudine si sviluppa bilateralmente ma può apparire anche in monoculare e progredire in maniera asimmetrica (Rabinowitz 1993 4 ). I fattori ereditari non sono ben chiari (Redmond 1968 5 ) e nella maggior parte dei casi non è vi è uno storico famigliare corrispondente anche se potrebbe essere di tipo autosomico dominante o recessivo. Due importanti studi evidenziano una frequenza ereditaria variabile del 6-8% (Hammerstein 1974 6 ); sono state anche osservate cornee coniche in gemelli omozigoti (Etzine 1954 7, Tuft et al. 2012 8 ). Vi sono numerose malattie sistemiche di tipo atopico collegate al cheratocono, le quali mostrano un associazione positiva maggiore rispetto ai gruppi di controllo (Rahi et al. 1977 9 ); inoltre è osservabile la presenza di questa patologia corneale nei soggetti con disordini non infiammatori del tessuto connettivo (McKusick 1975 10 ). A livello oculare l associazione è isolata a malattie specifiche quali la retinite pigmentosa, retinopatia del prematuro e aniridia (Mackman et al. 1979 11 ). Tra gli studi più convincenti vi è quello di Sawaguchi (1989 12 ) che osservò un aumento della concentrazione degli enzimi lisosomiali nell epitelio basale corneale dei pazienti cheratoconici rispetto ai soggetti controllo; tutto ciò potrebbe collegare l aumento degli enzimi lisosomiali alla degradazione dello strato sub-stromale causando così la patologia ectasica. Quindi sono direttamente le difese dell epitelio corneale a generare risposte infiammatorie elevate (ad es. traumi meccanici determinati da lenti a contatto, sfregamento ripetuto degli occhi, etc.) (Hartstein et al. 1968 13 e 1970 14 ; Karseras 1976 15 ) le quali liberano interleuchina di tipo 1 (α e ß) che produce apoptosi dello stroma corneale e dei fibroblasti. Il cheratocono rimane comunque una malattia multifattoriale i cui meccanismi d azione non sono ancora chiari (Nielsen et al. 2012 16 ; Sugar et al. 2012 17 ). L incidenza elevata del cheratocono nei soggetti giovani e le problematiche che generano questo tipo di alterazione sulla vita di tutti i giorni (Kymes et al 2004 18 ) sono molto limitanti e non sempre le tecniche correttive disponibili possono rispondere adeguatamente alle abitudini della persona. Inizialmente la compensazione del difetto visivo generato dal cheratocono può avvenire utilizzando una correzione oftalmica, la quale migliora la qualità visiva e cerca di conservare la visione binoculare dei soggetti (Rabinowitz 1998 19 ). Con l evoluzione della malattia e l aumento dell astigmatismo irregolare non si raggiungono acuità visive adeguate con gli occhiali e quindi si può optare per l utilizzo di lenti a contatto; negli stadi moderati di cheratocono e quindi con astigmatismi irregolari elevati l utilizzo della lente a contatto rigida gas-permeabile è la scelta favorita. L utilizzo di lenti a contatto idrofiliche (morbide) nel cheratocono, nei suoi stadi lievi o moderati, compensa il difetto visivo generato dalla malattia (in termini quantitativi e qualitativi) e garantisce il comfort quotidiano. Fin dai primi anni 80 si è cercato di capire quali vantaggi potessero derivare dall uso di lenti a contatto morbide su cheratocono (Lundh 1978 20 ). Nonostante la scelta elettiva in quegli anni fosse la lente a contatto rigida gaspermeabile, soprattutto nei casi avanzati (Szymankiewiczowa 1991 21 ), il suo utilizzo poteva portare aberrazioni COMA_LIKE determinate dal decentramento e dai movimenti generati dalla superficie irregolare d appoggio (de Brabander, Chateau 2003). L utilizzo di lenti a contatto idrofiliche a geometria sferica o sfero-torica (Bernsten et al. 2009 22 ) crea tuttora problemi determinati dalla flessibilità delle stesse su cornee irregolari e la compensazione delle aberrazioni è ristretta a quelle di basso ordine (defocus e astigmatismo) e solo in parte a quelle di alto ordine Figura 1: Disegno Queratosoft (Lenticon) PROFESSIONAL OPTOMETRY NOVEMBRE 2012 53

(coma e aberrazione sferica). Si è scoperto come modificando gli spessori centrali delle lenti a contatto morbide si potessero correggere valori di astigmatismo importanti ed apportare quindi miglioramenti visivi (Koliopoulos et al 1981 23 ). Allo stesso tempo però, lo spessore centrale delle lenti a contatto riduce il passaggio dell ossigeno a livello corneale e provoca problemi ai tessuti sottostanti (edema, sensibilità ridotta ed intolleranza al porto) (Holden et al 1983 24 ). Negli ultimi anni ci si è quindi spinti, dal punto di vista della ricerca, verso sistemi compensativi sempre più personalizzati (Jinabhai et al 2012 25 ), i quali potessero migliorare la qualità visiva non solo in termini di acutezza visiva. In un recente studio (Katsoulos et al. 2009 26 ) si descrive la costruzione e l applicazione di una lente a contatto idrofilica per soggetti portatori di cheratocono che derivasse direttamente dalle misure aberrometriche, nello specifico la mappatura del coma verticale; altri studi (Sabesan et al. 2007 27 ) invece si sono occupati di dimostrare come l acutezza visiva ad alto e basso contrasto potesse migliorare attraverso l uso di lenti a contatto idrofiliche personalizzate; inoltre hanno verificato come i decentramenti, sia orizzontali che verticali, fossero ridotti dalla lavorazione eseguita sulla superficie posteriore della lente a contatto (Chen 2007 28 ). È opportuno specificare come, nei soggetti affetti da cheratocono, anche l aumento del diametro pupillare e la variazione dell accomodazione possono aggiungere problematiche di qualità visiva (aberrazione). La maggior parte degli studi precedenti tratta l applicazione e la valutazione delle aberrazioni di alto ordine su cornee cheratoconiche, mentre la letteratura scientifica è carente di informazioni relative alla valutazione del quadro aberrometrico derivato dall applicazione di lenti a contatto idrofiliche personalizzate su cheratocono con anelli intrastromali. L impianto in cornea (strato stromale) degli anelli di materiale plastico (Figg. 2a-2b) è una procedura chirurgica che mira alla regolarizzazione del profilo corneale andando ad agire sulla lunghezza d arco della curvatura corneale. La separazione che induce tra le fibre lamellari dello stroma influisce sull appiattimento corneale (Fig. 3), dalla periferia al centro, mantenendo il fisiologico profilo prolato della cornea (Calossi 2007 29 ). Figura 2a-2b. Segmenti anello intrastromale Figura 3. Rappresentazione del meccanismo d azione degli anelli intrastromali Questo tipo di chirurgia è presente storicamente fin dagli anni 50, grazie alle sperimentazioni del medico chirurgo Barraquer, ma è stato solo di recente approvato (1993) per la compensazione delle deformità corneali (Marchio CE - ISO 13485 e ISO 9001:2000). Il presente studio si è occupato della valutazione delle aberrazioni di alto ordine con lenti a contatto idrofiliche (morbide) personalizzate in soggetti portatori di cheratocono dopo impianto chirurgico di anelli intrastromali. La valutazione dell applicazione di lenti a contatto idrofiliche a spessore centrale maggiorato è stata realizzata in forma controllata ed individualizzata tramite una visita PRE e POST trattamento. Nelle lenti a contatto lo spessore centrale aumentato può essere un problema per il passaggio d ossigeno ed è per questo motivo che sono stati considerati due differenti materiali: hydrogel e silicone-hydrogel; questi ultimi sono in grado, grazie alla componente siliconica presente all interno del materiale, di apportare maggiore flusso di ossigeno alle zone corneali e quindi ridurre i fenomeni ipossici derivanti dal porto (Fonn et al. 2005 30 ). I risultati di questo studio potranno aiutare l ottico-optometrista a disegnare la strategia migliore per l applicazione di lenti a contatto idrofiliche personalizzate su cornee cheratoconiche con anelli intrastromali al fine di compensare le aberrazioni di alto ordine presenti. SOGGETTI, MATERIALI E METODO Gruppo dello studio Tutti i soggetti dell unico gruppo presente hanno partecipato volontariamente allo studio ed hanno avuto la possibilità di abbandonarlo in qualsiasi momento senza giustificazione; i partecipanti hanno firmato il consenso informato, nel quale veniva loro spiegato il motivo della ricerca, come anche i possibili rischi nel parteciparvi. Questo studio segue i criteri della Dichiarazione di Helsinki (WMA, 2008). Nello studio sono stati reclutati i 12 individui (13 occhi) (MEDIA ± DS età, 40,40 ± 6,88 anni), di cui 7 di sesso maschile (MEDIA ± DS età, 30,71 ± 8,86 anni) e 5 di sesso femminile (MEDIA ± DS età, 34,75 ± 9,22 anni) i quali hanno superato i 54 PROFESSIONAL OPTOMETRY NOVEMBRE 2012

criteri di inclusione successivamente citati e firmato il consenso informato. I criteri di inclusione generale per il gruppo controllo (senza lente a contatto) sono stati: 1. soggetti con lieve o moderato KC con anelli IS impiantati in zona ottica a 5 mm 2. assenza di malattia sistemica e malattia oculare associata 3. capacità di intendere e firmare il consenso informato I criteri di esclusione generale per il gruppo controllo (senza lente a contatto) sono stati: 1. Glaucoma 2. Malattie retiniche 3. Allergia 4. Gravidanza o allattamento 5. Applicazione di farmaci topici oculari I soggetti provenivano da diverse strutture ospedaliere, le quali si sono occupate di valutare e garantire il buon stato di salute (oculare e sistemica) dei soggetti arruolati nello studio. Le principali sono state: Ospedale Clinico San Carlo (Hospital Clínico San Carlos) di Madrid Fondazione Jimenez Diaz (Fundación Jiménez Díaz) di Madrid Centro di Oftalmologia Barraquer (Centro de Oftalmología Barraquer) di Barcellona Tutti i soggetti sono stati valutati presso i laboratori della Clinica Universitaria di Optometria della Scuola Universitaria di Ottica della Università Complutense di Madrid. I calcoli per dimostrare la validità della mostra sono stati eseguiti con il software statistico Grammo 6.0 sviluppato nel 2000 da Jaime Marrugat (Marrugat, Vila et al. 1998) Per la valutazione delle aberrazioni di alto ordine con lenti a contatto morbide personalizzate in soggetti portatori di cheratocono dopo impianto chirurgico di anelli intrastromali è stato utilizzato il calcolo della media osservata rispetto una referenza di 12 persone. È stato ritenuto valido un rischio alfa di 0.05 e una potenza statistica dell 80%, per trovare differenze uguali alla precisione dell apparato di misura. Prova oggettiva L apparato utilizzato per la misura oggettiva è l L80 Wave+ (Visionix, Luneau) che combina la funzione di autorefrattometro, cheratometro, aberrometro totale a fronte d onda e topografo corneale; il tutto dotato di messa a fuoco e centraggio automatico (Manuale utente, Luneau 2009). Secondo il metodo SH, l immagine misurata dallo strumento è comparata con un immagine di referenza che ha un valore conosciuto di distorsione del fronte d onda (Shannon et al 2005 31 ). Le differenze del fronte d onda misurato da quello di referenza indicano le aberrazioni. Uno dei vantaggi principali è la capacità dello strumento di eseguire tutte le misure simultaneamente sullo stesso asse senza che il soggetto si muova. L apparato di misura focalizza un sottilissimo fascio laser IR (circa 1 mm) da 780 nm sulla retina, che serve come sorgente per proiettare un fronte d onda fuori dall occhio su un sistema formato da 1500 micro-lenti, coniugate con il piano della pupilla. Queste ultime sono poste all interno di una maschera in cromo che riduce i riflessi tra le lenti vicine. Il compito delle micro-lenti è quello di isolare uno stretto fascio passante in una piccola area di pupilla e di focalizzarlo su un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD con risoluzione 1,3 MPix). Da qui si genera una mappa del fronte d onda che è derivata direttamente dalla composizione dei diversi punti ottenuti dal sistema di micro-lenti. Le aberrazioni del fronte d onda sono descritte utilizzando i polinomi di Zernike; un gruppo di polinomi ortogonali definiti da un cerchio unitario. A seconda del diametro pupillare, della grandezza del sensore SH e della densità della matrice possono essere processati tra i 300 e i 1300 punti, che garantiscono un elevata risoluzione e la rilevazione di piccole variazioni in termini di aberrazioni di alto ordine e difetti visivi. Queste variazioni possono essere misurate con differenti diametri pupillari (3 mm, 5 mm e con il massimo diametro pupillare rilevato). In modalità autorefrattometria L80 Wave+ rileva solo le aberrazioni di basso ordine. Dal punto di vista clinico, lo strumento ha dimostrato, nella sola funzione di autorefrattometro, di essere valido ed affidabile (Shneor et al 2012 32 ) e di essere in grado, grazie all elevata risoluzione data dal sensore SH, di assicurare un elevata precisione nella misurazione delle aberrazioni di basso e alto ordine (Gordon-Shaag et al 2012 33 ). Il sistema di acquisizione digitale presente nel L80 Wave+ è in grado di dedurre i dati di curvatura anteriore corneale grazie all utilizzo di calcoli matematici complessi, detti algoritmi (Mattioli 2009 34 ). La riflessione sulla superficie del film lacrimale, grazie al disco di Placido, permette di ottenere le informazioni necessarie al processamento dei dati. Il profilo corneale, dedotto dal software del topografo, si presenterà dal punto di vista dell aberrometria come una mappa colorata, molto simile alla mappa di altezza, poiché i dati del WF corneale sono ricavati proprio dalla mappa altimetrica, secondo i principi di aberrometria superficiale che si basano sulla differenza di percorso ottico (Facchin 2010 35 ). Procedimento La prova eseguita a tutti i volontari di questo studio è stata realizzata in un unica visita. I soggetti che hanno partecipato allo studio hanno firmato e compreso il consenso informato. Attraverso l indagine biomicroscopica in lampada a fessura, ci si è accertati della condizione della cornea e degli annessi (film lacrimale compreso); 56 PROFESSIONAL OPTOMETRY NOVEMBRE 2012

inoltre si è verificata la presenza o assenza dell anello di Fleischer, strie di Vogt, nervi corneali prominenti e cicatrice apicale (scarring), che sono tutti segni tipici del cheratocono. A continuazione si è eseguita la misura di topografia e aberrometria (corneale e totale) senza lente a contatto, previo l adattamento all oscurità di 10 minuti per ogni partecipante, nell occhio/i affetto/i da cheratocono con impianto chirurgico di anelli intrastromali. Come già descritto nel paragrafo prova oggettiva, lo strumento è in grado di eseguire tutte le misure contemporaneamente, minimizzando così gli errori derivanti dal movimento del soggetto (capo, ammiccamento, calo dell attenzione, etc.). Successivamente si è passati all applicazione (singolo cieco) delle lenti a contatto personalizzate a spessore centrale in maniera crescente (dallo spessore 0,1 allo spessore 0,4 mm) e nei 2 differenti materiali (G-5X e SilO 2 Wet) basandosi sulla seguente regola per la selezione del raggio base (rb) da applicare: Spessori centrali 0,1 e 0,2 mm K PIATTO + 0,3 mm = RB Spessori centrali 0,3 e 0,4 mm à K PIATTO = RB I valori di K PIATTO (misurazione della curvatura corneale più piatta) sono stati derivati dall esame topografico (PRE). L applicazione delle lente a contatto è stata eseguita direttamente dai ricercatori dello studio per cercare di minimizzare gli eventi di lacrimazione riflessa o il non corretto verso d inserimento delle lenti a contatto. Si è atteso quindi un tempo di stabilizzazione del film lacrimale di circa 5 minuti. L esame in lampada a fessura in luce bianca (approssimativamente 3 cd/m 2 misurato con fotometro), utilizzando la tecnica di luce diffusa, ha permesso di controllare il centraggio, il movimento e la copertura corneale delle lenti a contatto applicate e di consentire la fase successiva di misura con L80 Wave+. Nel caso di errori di centraggio, movimenti eccessivi o insufficienti delle lenti a contatto sono stati presi in considerazione i dovuti aggiustamenti sul RB (numericamente più grande o più piccolo a seconda dei RB a disposizione nello studio). Si è passati poi ad un ulteriore fase di adattamento all oscurità di 10 minuti e la successiva misurazione attraverso L80 Wave + con lente a contatto applicata. La presa dati con l apparecchio veniva eseguita 3 volte per ogni lente a contatto applicata ed in condizione di luce ambiente scotopica (minore di 0,001 cd/m²). Ogni misura è stata effettuata approssimativamente 1 secondo dopo l ammiccamento oculare per standardizzare le misurazioni e limitare le variazioni dovute all alterazione del film lacrimale (Radhakrishnan et al 2010 36 ). Tutto ciò è stato ripetuto per i differenti 4 spessori centrali delle lenti a contatto personalizzate e nei 2 materiali disponibili (G-5X e SilO 2 Wet). Il tempo di attesa tra l applicazione di una lente a contatto e l altra (wash-out) è stato approssimativamente di 5 minuti. I valori sono stati per prima registrati su una scheda raccolta dati PRE e POST ad uso interno e poi passati all elaborazione su videoterminale. Analisi statistica Tutta l analisi statistica si è svolta utilizzando il software SPSS 15.o per Windows (SPSS Inc., Chicago, IL). I risultati ottenuti e analizzati statisticamente sono stati espressi come media e deviazione standard. Lo studio si è svolto utilizzando il test non parametrico di Wilcoxon; quest ultimo fa parte di quella categoria di test che si occupano dell ordinamento delle informazioni. La distribuzione dei dati non segue la distribuzione normale e le DS osservate sono alte; per questo motivo si è scelto una comparazione tra i soggetti non per mostra indipendente ma bensì per mostra accoppiata dove si compara quello che accade nella condizione PRE e POST per ogni soggetto. Nello specifico il test di Wilcoxon utilizzato è l equivalente non parametrico del test T-student. Attraverso di esso si è analizzata la media e deviazione standard di ogni variabile delle aberrazioni di alto ordine come SPH_LIKE, COMA_LIKE e RMS_ HOA tanto corneale quanto a livello totale, senza (PRE) e con lente a contatto applicata (POST). Tutto ciò è stato considerato solo per il diametro pupillare a 5 mm. Le differenze sono state considerate statisticamente significative quando il p-value era inferiore a 0,05 (> significatività al di sotto di 0,001) e con un intervallo di confidenza del 95%. Maggiore attenzione statistica per i dati con p-value inferiore a 0,01. I grafici sono stati realizzati utilizzando il programma Microsoft Excel di Office 2011 (Microsoft Corp., Redmond USA). Figura 4: Visionix L80 Wave+ (Prosegue nel prossimo numero) 58 PROFESSIONAL OPTOMETRY NOVEMBRE 2012