Columna Internacional IACLE

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CURSO DE ACTUALIZACIÓN EN CONTACTOLOGÍA PARTE 80

CÓRNEA II

Lic. Opt. Rubén Velázquez Guerrero, FIACLE Coordinador de IACLE México

El epitelio corneal: Barrera de baja permeabilidad

La superficie externa de la córnea humana está cubierta por un epitelio escamoso estratificado. A diferencia de otras superficies epiteliales, el epitelio corneal está especializado para existir sobre una superficie húmeda, transparente, refractaria y avascular y, por lo tanto, es liso y no queratinizado. El epitelio corneal está compuesto por 4 a 6 capas de células de unos 50 micras () de grosor total en toda la superficie corneal anterior (Fig. 1). Es continuo con el epitelio del limbo.

Las células epiteliales basales secretan activamente una membrana basal, de unos 90 nanómetros (nm.) de espesor al nacer, compuesta por fibrillas de colágeno de tipo IV, laminina, sulfato de heparina y fibronectina. La membrana basal del epitelio corneal, o lámina basal, aumenta de grosor con la edad, midiendo alrededor de 300 nm. de grosor a finales de la edad adulta. Mediante microscopía de electrones, la lámina basal parece estar compuesta de dos capas dis tintas: una lámina lucida anterior de 20-30 nm.

Figura 1. a. Células escamosas (superficiales), b. células aladas, c. células basales. de grosor y una lámina densa posterior de 30-60 nm. de grosor. Su función es similar a la de la mayoría de las membranas basales en el sentido de que sirve de andamio para el movimiento y la fijación de las células epiteliales.

El citoplasma de todas las células epiteliales contiene principalmente filamentos intermedios citoesqueléticos y tiene escasos organelos citoplasmáticos. Esto ayuda a mantener la transparencia. La proteína citoplasmática predominante es la queratina, mientras que los filamentos de actina y los microtúbulos son los otros principales.

La capa de células basales almacena grandes gránulos de glucógeno como fuente de energía metabólica para los momentos de estrés durante la hipoxia o la curación de heridas. Las células epiteliales se mantienen unidas por desmosomas, mientras que la superficie basal del epitelio se adhiere a la lámina basal y a la capa subyacente de Bowman a través de un complejo de anclaje compuesto por hemidesmosomas, fibrillas de anclaje de colágeno tipo VII y placas de anclaje.

Las células epiteliales se diferencian de la capa basal para formar de una a tres capas epiteliales medias de células alares y finalmente para formar de una a dos capas superficiales de células escamosas. Las células escamosas más superficiales de la superficie externa forman una barrera de alta resistencia (8-16 kΩ-cm 2 ) al entorno externo, ya que todas ellas están rodeadas por una banda continua de zónula apical que ocluye las uniones apretadas de sus márgenes intercelulares periféricos.

Las uniones estrechas zonula ocludens se caracterizan por la fusión de las membranas celulares adyacentes, lo que da lugar a la obliteración del espacio intercelular a distancias variables y están compuestas por las proteínas de unión estrecha ZO-1, JAM-A, occludin y claudina-1, así como por algunos otros subtipos de claudina. La prueba clínica para determinar si

esta barrera se rompe es el uso de colorante fluoresceína, que se instila tópicamente en la superficie externa de la córnea y tiñe la superficie corneal si hay una ruptura en las uniones estrechas del epitelio.

La superficie apical del epitelio corneal tiene microplicas y microvellosidades (figura 2) que están cubiertas por una capa glicocalítica lisa y humedecida, compuesta por mucinas asociadas a la membrana, MUC 1, MUC 4 y MUC 16. Estas mucinas son producidas por células epiteliales superficiales y células caliciformes conjuntivas que forman una capa mucinosa de 1.0 de grosor de la película lagrimal.

Figura 2. Microplicas y microvellocidades de las células escamosas del epitelio corneal.

La película lagrimal total sana mide típica mente 7 de espesor y contiene tres capas: las capas mucosa, acuosa y lipídica. Recientemente, se ha descubierto que la capa acuosa de la película lagrimal también contiene otras mucinas gelatinosas que se extienden por las membranas, MUC 5AC y 2, junto con lisozima, inmunoglobulina A, transferrina, entre otros. En general, la película lagrimal funciona en el mantenimiento de una superficie ocular sana al prevenir la evaporación, la fricción durante el parpadeo y las infecciones oculares. También es de suma importancia para formar una superficie óptica húmeda y lisa en la córnea, necesaria para una visión clara. Las deficiencias en los componen tes de la película lagrimal pueden causar enfermedades de la superficie ocular. Por ejemplo, la pérdida de la capa lipídica, que es producida por las glándulas de meibomio, da lugar a la condición de enfermedad del ojo seco por evaporación, debido al aumento de la pérdida por evaporación de la superficie anterior de la córnea (desde la tasa de base normal de 3 microlitro/hr cm 2 hasta un máximo de 40 microlitro/ hr cm 2 ). En otro ejemplo, la pérdida de la capa acuosa, que es producida por las glándulas lagrimales, da lugar a la condición de enfermedad del ojo seco por deficiencia de lágrimas acuosas.

El epitelio corneal está en un estado de cons tante renovación, ya que las células escamosas más superficiales se vierten continuamente en la película lagrimal. Se estima que las capas celulares del epitelio corneal se renuevan cada 7-10 días. La superficie epitelial es mantenida por las células epiteliales basales, que normal mente pueden sufrir una mitosis una vez, lo que da lugar a dos células hijas que se encuentran antes de la capa de células basales, dando lugar a dos células alares y finalmente a dos células escamosas. Un delicado equilibrio de desprendi miento seguido de proliferación es fundamental para mantener una superficie epitelial lisa y uniforme. El paso de desprendimiento es inducido principalmente por la fricción que se produce por el parpadeo involuntario o voluntario de los párpados, que se produce en promedio cada 7 segundos o 6-15 veces por minuto. La señal para la proliferación de células epiteliales basa les viene probablemente a través de las uniones tipo gap, especialmente en la capa de células basales, ya que expresan la proteína de unión tipo gap. Además de la mitosis de las células epi teliales basales (proliferación vertical), el epitelio corneal se mantiene por la migración de nuevas células epiteliales basales hacia la córnea desde el limbo (proliferación horizontal). Las células migran centrípetamente a una velocidad de aproximadamente 120 micro-m/semana y se ori ginan en una subpoblación de células epiteliales progenitoras proliferativas del limbo.

Parece que el epitelio corneal se mantiene gracias a un equilibrio entre los procesos de proliferación horizontal y migración de las célu las del limbo, la migración horizontal de las células epiteliales de la córnea basal y la proliferación terminal vertical, y la eliminación de las células epiteliales escamosas superficiales de la córnea. Este concepto ha sido acuñado por Thoft como la hipótesis X, Y, Z, donde X= prolife ración de células epiteliales de la córnea basal; Y= proliferación de células del limbo; Z= pérdida de células epiteliales en la superficie anterior por el parpadeo.

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Cuando se altera este equilibrio, suele comenzar la curación de las heridas de las células epiteliales de la córnea. Después de la lesión, estos procesos suelen volver a su equilibrio con cierto grado de flexibilidad. Por ejemplo, des pués de una lesión epitelial y estromal, si se produce un déficit estromal (por ejemplo, una úlcera corneal curada), el epitelio puede seguir manteniendo una superficie corneal anterior lisa, ya sea desarrollando células epiteliales basales hipertróficas alargadas en defectos leves y/o desarrollando hiperplasia epitelial (6 capas de células) en defectos moderados a graves.

La subpoblación de células epiteliales proge nitoras de la base del limbo se denomina células madre-epiteliales de la córnea adulta. Las células madre epiteliales tienen las características de ser indiferenciadas, de ciclo lento y de vida extrema damente larga con un alto potencial proliferativo. Son una excelente fuente para la reconstrucción de células epiteliales de la córnea. Las células madre están ubicadas en un microambiente nicho protector bien definido llamado las empa lizadas de Vogt, y están controladas a través de delicados mecanismos de regulación. La progenie de estas células madre-epiteliales se conoce como células amplificadoras transitorias (TA), que son las células epiteliales basales del limbo o la córnea periférica que migran centrípetamente. Estas células TA se dividen con mayor frecuencia que las células madre y sufren una proliferación mixta (horizontal o vertical). Sin embargo, tienen un potencial proliferativo finito, normalmente se replican al menos dos veces, lo que las distingue claramente de las células madre de las que se derivan. Una vez que las células TA alcanzan el final de su capacidad proliferativa, normalmente cuando están cerca del centro de la córnea, se convierten en células epiteliales basales, que terminan diferenciándose sólo una vez en dos células hijas aladas (proliferación vertical). La teoría de las células madre del limbo forma la base de varios procedimientos quirúrgicos que utilizan células madre del limbo trasplantadas o cultivadas para restaurar la visión en pacientes con deficiencia de células madre del limbo.

Por último, se ha demostrado tanto en espe címenes animales como humanos que el epitelio corneal está desprovisto de melanocitos, pero contiene células inmunes. La capa de células epiteliales basales de la córnea periférica, junto con el limbo y la conjuntiva, parecen tener una subpoblación de células que son células de vigilancia inmunológica derivadas de la médula ósea con una alta expresión constitutiva del antí geno de tipo II del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) y moléculas coestimuladoras. Este tipo de célula inmunológica se ha denominado anteriormente célula de Langerhans, que funciona como una célula presentadora de antígenos “profesional” con una extraordinaria capacidad para iniciar respuestas dependientes de los linfocitos T. Los pasos funcionales de este tipo de célula incluyen la captación y el proce samiento de antígenos y la migración desde la córnea a los ganglios linfáticos, donde estimulan respuestas inmunes ingenuas mediadas por los linfocitos T, presentando antígenos y sobre expresando moléculas coestimuladoras. Recien temente, se ha descubierto que el epitelio de la córnea central también tiene una subpoblación similar de células inmunes que aparentemente son todas células de Langerhans inmaduras porque su expresión constitutiva de antígeno de tipo II del CMH y moléculas coestimuladoras es baja. Estas células inmaduras de Langerhans o células no profesionales que presentan antíge nos en determinadas circunstancias, como la inflamación o los traumatismos, pueden desarrollar las señales necesarias para la preparación de las células T.

Barrera de alta permeabilidad: el endotelio corneal

La función principal del endotelio corneal es mantener la transparencia de la córnea regulando la hidratación y la nutrición de la córnea a través de una barrera con “fuga” y una función de bomba metabólica descrita por primera vez por David Maurice. La hipótesis de la bomba de “fuga” sugiere básicamente que se necesita un equilibrio en la cantidad de flujo de fluido pasivo hacia la córnea y la energía gastada en bombear el exceso de fluido para mantener la transpa rencia de la córnea y la relativa deshidratación del estroma corneal. Secundariamente, también se sabe que segrega una membrana basal localizada anteriormente llamada membrana de Descemet y una capa de glicocalix localizada posteriormente.

El endotelio de la córnea infantil está com puesto por una monocapa de aproximadamente 500.000 células derivadas de la cresta neural, cada una de las cuales mide alrededor de

6 de espesor por 20 de diámetro, que cubre una superficie de 250 2 . Las células se encuentran en la superficie posterior de la córnea y forman un mosaico poligonal irregular. La superficie apical tangencial o interna de cada célula endo telial de la córnea es singularmente irregular, generalmente de tamaño uniforme entre sí, y típicamente hexagonal. El hexágono es la forma geométrica de mayor eficiencia energética para cubrir completamente una superficie sin dejar huecos; de este modo, se minimiza la exposición de los límites intercelulares al humor acuoso. Se adhieren entre sí de manera ondulante e inter digital con un espacio intercelular de 20 nm. de ancho entre ellos, lo que sirve para aumentar la superficie interna de las membranas celulares laterales, haciendo que la longitud del espacio intercelular sea a veces al menos diez veces el ancho de la propia célula. Esto se ve claramente en la superficie basal o exterior tangencial del endotelio, ya que las células del endotelio cor neal crean aquí una forma de sierra de calar extremadamente compleja, a diferencia del hexágono de la superficie interior. Se sabe que el espacio intercelular contiene máculas apica les que ocluyen las uniones apretadas y las uniones de los huecos laterales; formando así una barrera incompleta con preferencia a la difusión de pequeñas moléculas. Las células endoteliales de la córnea tienen numerosos orgánulos cito plasmáticos, en particular las mitocondrias, y por lo tanto se ha deducido que tienen la segunda tasa metabólica aeróbica más alta de todas las células del ojo, junto a los fotorreceptores de la retina.

Al nacer, la densidad celular del endotelio central (DEC) de la córnea es de alrededor de 5000 células/mm 2 . Después del nacimiento, el endotelio corneal de los primates y los mamíferos superiores, incluidos los humanos, maduran y pierden la mayor parte de su capacidad proliferativa, mientras que los mamíferos inferiores no pierden esta capacidad proliferativa y, por lo tanto, pueden regenerar una monocapa de células endoteliales normales después de una lesión o enfermedad en comparación con los humanos. Debido a que el endotelio corneal humano tiene una capacidad proliferativa innata in vivo muy limitada debido a la inhibición de los contactos, a las altas concentraciones de humor acuoso del TGF-β y a la senescencia celular gradual relacionada con la edad, particularmente en las regiones centrales de la córnea, en parte gracias a la actividad del inhibidor de la cinasa dependiente de la ciclina p; hay una disminución bien documentada de la DEC central con la edad, que normalmente comprende dos fases: un componente rápido y uno lento. De hecho, estudios recientes sugieren que existe una población de células madre adultas de células endoteliales de la córnea cerca de la línea de Schwalbe del limbo, que es una zona de transición entre la malla tra becular y la periferia endotelial de la córnea, y que prolifera de manera limitada, en particular después de una lesión. Debido al crecimiento de la córnea y a la muerte celular selectiva del desarrollo, durante el componente rápido, la DEC central disminuye exponencialmente a unas 3 500 células/mm 2 a la edad de 5 años y a 3000 células/mm 2 a la edad de 14-20 años. A partir de entonces, se produce un componente lento en el que la DEC central disminuye a una tasa lineal constante de 0.3-0.6% por año, lo que da lugar a una DEC central de alrededor de 2 500 células/ mm 2 a finales de la edad adulta. Debido a que el endotelio corneal mantiene su continuidad por la migración y la expansión o adelgazamiento de las células sobrevivientes para cubrir una mayor superficie, no es sorprendente que el porcentaje de células hexagonales disminuya (pleomor fismo) y el coeficiente de variación del área celular aumente (polimeganismo) con la edad.

Al revisar la variabilidad fisiológica normal del endotelio corneal, tenga en cuenta que estos DEC centrales promedios provienen principal mente de poblaciones caucásicas de los Estados Unidos. Varios estudios revelan que existen importantes diferencias étnicas, ya que se ha descubierto que las córneas japonesas, filipinas y chinas tienen DEC centrales más altas que las caucásicas en todas las edades, mientras que las córneas indias tienen DEC centrales más bajas. Se formula la hipótesis de que esta varia ción étnica de las DEC centrales puede deberse predominantemente a diferencias en el diámetro medio de la córnea y, por tanto, en la superficie endotelial media entre estos grupos (los diáme tros horizontales de la córnea japonesa, caucásica e india promediaron 11.2, 11.7 y 12.0 mm, respectivamente), pero los factores genéticos y ambientales no pueden excluirse y, por tanto, es necesario seguir estudiándolos. Además, estos datos sólo se aplican a la DEC central, ya que un estudio reciente ha demostrado que las DEC

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más altas pueden encontrarse típicamente en la periferia de la córnea. Este hallazgo ha sido informado previamente, pero el estudio reciente fue el único suficientemente exhaustivo en detalle como para documentar cómo la varianza se aplica a toda la superficie corneal posterior. Por lo tanto, parece que el número total de células endoteliales de la córnea y las DEC disminuyen en promedio alrededor del 50 por ciento desde el nacimiento hasta la muerte en sujetos normales sin causar enfermedad o patología corneal. Debido a que la descompensación corneal típicamente no ocurre hasta que las DEC centrales alcanzan las 500 células/mm2, lo cual es una disminución del 90 por ciento en la DEC central desde el nacimiento o una disminución del 80 por ciento desde los niveles de la edad adulta saludable, parece que hay una gran reserva celular restante después de un promedio de vida humana de 75-80 años de vida. Las estimaciones sugieren que el endotelio corneal humano normal y saludable debería mantener la claridad corneal hasta un mínimo de 224-277 años de vida - si los humanos pudieran vivir tanto tiempo.

Edema corneal

El edema corneal es un término utilizado a menudo de forma poco precisa por los clínicos, pero se refiere literalmente a una córnea que está más hidratada que su estado fisiológico normal de 78 por ciento de agua. El efecto Donnan afirma que la presión de hinchazón en un gel cargado, como el estroma corneal, es el resultado de desequilibrios iónicos. Las cargas negativas o aniónicas fijas en las cadenas laterales de GAG del estroma corneal tienen un papel central en este efecto. Los dúplex GAG antiparalelos (estructura terciaria) producen fuerzas repulsivas electrostáticas de largo alcance que inducen una fuerza expansiva denominada presión de hinchazón (PH). Debido a que el estroma corneal tiene una rigidez cohesiva y de tensión (elasticidad) que resiste la expansión, la PH normal es de alrededor de 55 mmHg. Si el estroma se comprime como ocurre con el aumento de la PIO o la aplanación mecánica o se expande como ocurre con el edema corneal, la PH aumentará o disminuirá de forma correspondiente. Por el contrario, las cadenas laterales GAG cargadas negativamente también forman una hélice doblemente doblada en solución acuosa (estructura secundaria) que atrae y une los cationes Na+, lo que produce un efecto osmótico, que conduce a la difusión y posterior absorción del agua. Así, el espesor de la córnea central se mantiene en un valor medio de 544 micras porque los pro teoglicanos fijos cargados negativamente inducen una presión de hinchamiento constante mediante fuerzas aniónicas de repulsión, pero aún así tiende a absorber más agua por medio de sus fuerzas catiónicas de atracción.

En circunstancias normales, la presión nega tiva que atrae el fluido hacia la córnea, llamada presión de imbibición (PI) del estroma corneal, es de aproximadamente -40 mmHg. Esto implica que las cargas negativas en las cadenas latera les de proteoglicanos de la córnea están un poco más de un cuarto saturadas o ligadas con Na+, y que la proporción restante sin ligar todavía está disponible para ligar más Na+ y absorber más agua si se le da la oportunidad. Normalmente, el epitelio altamente impermeable y el endotelio ligeramente impermeable mantienen la difusión de electrolitos y el flujo de fluidos en el estroma a un nivel tan bajo que las bombas metabólicas del endotelio pueden mantener la hidratación del estroma en el rango normal del 78 por ciento sin un esfuerzo significativo. Aunque la PI= PH (son iguales) cuando las córneas están en estado in vitro, la PI es menor que la PH en el estado in vivo porque la presión hidrostática inducida por la presión intraocular (PIO) está presente y se debe de tomar en cuenta. Esto se representa mejor con la ecuación PI = PIO - PH y explica por qué el nivel de hidratación de la córnea de un paciente no sólo depende de tener una función de barrera normal, sino también de tener una PIO normal. Por lo tanto, una pérdida de la fun ción de barrera corneal, una PIO de 55 mmHg, o una combinación de las dos, típicamente resulta en la aparición clínica de un edema corneal.

Es importante que los clínicos comprendan el tema del edema corneal porque afecta a la función del estroma corneal y al epitelio. Con cambios menores (5 por ciento) de hidratación, el grosor de la córnea cambia con un ligero o nulo efecto en las funciones de refracción, trans parencia y mecánica de la córnea. Por ejemplo, durante el sueño se produce un aumento diurno de la hidratación que causa en promedio un aumento del 6 al 3 por ciento del grosor corneal (rango: 2-13 por ciento; estroma 6 por ciento y epitelio 8 por ciento), principalmente debido a la reducción de los niveles de oxígeno

(de 155 a 55 mmHg) causada por el cierre de los párpados y secundariamente por la disminución de la pérdida por evaporación (de 3 micro l/hr cm 2 a 0 micro l/hr cm 2 ) causada por el cierre de los párpados. Al despertar y abrir los párpados, la hidratación y el grosor de la córnea vuelven a la normalidad en una o dos horas.

Si la córnea se hidrata un 5 por ciento o más por encima de su nivel fisiológico normal de 78 por ciento, comienza a dispersar cantidades significativas de luz y pierde su transparencia. También puede producirse cierta pérdida de la función refractiva, en particular si la superficie epitelial se vuelve demasiado irregular. El edema epitelial causa clínicamente una apariencia microquística nebulosa en el epitelio en casos leves a moderados, disminuyendo significati vamente la visión y aumentando el resplandor. También puede causar el desarrollo de grandes bullas subepiteliales dolorosas en casos graves. Estos cambios se correlacionan histopatológi camente con los cambios degenerativos de las células epiteliales basales hidrópicas debido a la acumulación de líquido intraepitelial y al desarrollo de espacios llenos de líquido celular interepitelial, conocidos como quistes y bullas. Si las bullas están presentes de forma crónica, a menudo se formará un paneo degenerativo fibrocolágeno en el espacio subepitelial disminu yendo aún más la visión, pero, paradójicamente, esto reduce el dolor. En comparación, el edema del estroma corneal aparece clínicamente como un engrosamiento indoloro y nebuloso del estroma corneal que da lugar a una reducción de leve a moderada de la agudeza visual y a un aumento del deslumbramiento.

Al mismo tiempo, los pliegues de la mem brana de Descemet aparecen comúnmente en la superficie corneal posterior. Histopatológicamente, estos cambios se correlacionan con los hallazgos microscópicos ligeros de engrosamiento del estroma corneal en la dirección transversal posterior con la pérdida de la hendidura estromal interlamelar normalmente presente. Los estudios bioquímicos y ultraestructurales han demostrado además que el edema del estroma da lugar a un aumento de la distancia interfibrilar y a una alteración del orden espa cial entre las fibrillas de colágeno, una disminución del índice de refracción de la matriz extracelular, la pérdida de proteoglicanos y, tal vez lo más importante, cambios degenerativos hidrópicos o lisis celular en la población de queratocitos residente.

Por último, si bien el edema epitelial y el del estroma suelen coexistir juntos, hay dos excep ciones notables. Como el epitelio tiene una fuerza cohesiva y de tracción mucho más débil que el estroma corneal, su estado de hidratación viene dictado principalmente por los niveles de PIO. A la inversa, como las fibrillas de colágeno del estroma corneal están ancladas en el limbo 360°, ejercen una fuerza cohesiva creciente o decreciente en el estroma corneal (es decir, la compresión o descompresión del tejido estro mal) a medida que la PIO se eleva por encima o disminuye por debajo de lo normal, respectivamente. Esto da lugar a la transmisión del edema estromal a la superficie epitelial en los casos de PIO alta o al estroma en los casos de PIO baja. Por lo tanto, si la PIO es ≥ 55 mmHg con barrera endotelial normal y función de bomba metabó lica, el edema epitelial suele ocurrir por sí mismo. En comparación, si la disfunción de las células endoteliales y la hipotonía (PIO ∼0 mmHg) ocu rren juntas, entonces el edema estromal ocurre solo.

Respuestas correctas al cuestionario del artículo “El cuidado de los lentes de contacto II” publicado en la revista anterior:

1. c 2. a

Cuestionario

1.- ¿Células del epitelio corneal que evaluamos con el uso de fluoresceína? a) Escamosas b) Aladas c) Basales 2.- ¿Diferencia entre epitelio y endotelio cor neal? a) Endotelio se regenera, el epitelio no se regenera b) Epitelio se regenera, el endotelio no c) El endotelio tiene hasta tres capas de células, el epitelio es una monocapa de células

Bibliografía

Levin, L. Nilsson S. Adler’s Phisiology of the eye. Eleventh edition. 2011. Saunders, Elsevier. Módulo A1. Anatomy & Physiology of the Anterior Segment.

The International Association of Contact Lens Educators (IACLE) Módulo 6 de la Asociación Internacional de Educadores en

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