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The Bowman layer is a constitutive layer of the cornea that separates the corneal epithelium from the anterior stroma. Routine corneal topographic or OCT examinations are performed using topographic analysis of the air–tear film interface, which delineates the anterior surface of the corneal epithelial layer. The thickness of the epithelial layer is not constant over the entrance pupil, and its refractive index differs from the underlying corneal tissue.

Hence, the epithelial layer may induce subtle changes to the topography of the underlying corneal stroma. Simply removing the epithelium may alter the refractive and geometric properties of the cornea prior to photoablation.

Conventional or customized photoablative techniques used to modify the optical power of the cornea achieve their effect by altering the anterior corneal surface contour. In customized surface ablation techniques, the preoperative wavefront and/or corneal topography measurements are performed with the epithelial layer in place, while the laser ablation is performed on the underlying stroma (Bowman layer) after epithelial removal. How important is the change caused by the removal of corneal epithelium?

The topography of the Bowman membrane can bring relevant information regarding the properties of the corneal epithelium layer, by comparing the topographies obtained before and after epithelial removal.

In 2007, we were the first to analyze the effect of  epithelial removal during a PRK procedure in refractive surgery candidates. Our results confirmed that in photorefractive keratectomy (PRK), the simple removal of the corneal epithelium can modify the geometric (and therefore the refractive) properties of the cornea before excimer ablation. Apart from this study which was performed with a slit scanning topograph (Orbscan IIz), the topography of Bowman layer has not been extensively studied in vivo, in normal eyes of myopic patients.

The aim of this study was to further explore the Bowman’s layer shape by comparing the front surface specular corneal topography and the Bowman’s membrane specular topography in normal eyes. In this survey, we used a Placido topographer device (OPD-Scan II ®, Nidek, JAPAN), to measure several outcomes of the anterior cornea before and after epithelial removal during a standard Photo Refractive Keratectomy (PRK).

The preoperative OPD-Scan topography was performed on each eye 10 minutes before the PRK and administration of topic anesthesia. Using a 20% alcohol solution applied over the corneal surface during 20 seconds, the epithelium was removed on the 8 central corneal millimetres. The corneal surface was then rinsed with a balanced salt solution and dried with cellulose sponges. Immediately after, three postoperative topographies were performed. The examiner checked each image quality before recording it. Patient returned to the surgical bed and excimer laser procedure were performed as conventional.

The obtained specular image of the denuded allowed to compute the topography of the Bowman membrane in normal myopic eyes.

We present the results obtained on 90 myopic eyes of 51 patients (36 men, mean age 32.2 years, ranging from 20.5 to 56.3 years).

The topography of Bowman layer was significantly steeper than that at the surface of the epithelium in low to moderate myopic eyes. The epithelial layer tended to decrease the magnitude astigmatism and prolateness of Bowman layer.

The following figure represents the vector change (magnitude and axis) after epithelial removal. On average, the Bowman layer exhibits increased with the rule toricity (astigmatism), in comparison to the epithelial layer.

The magnitude of these changes are optically significant for the level of precision required in refractive surgery.

Or, ces instruments sont pourtant sensibles à la réduction de la biomécanique cornéenne au cours de l’évolution du kératocône. Comment un instrument sensible à l’altération des propriétés biomécaniques de la cornée ne le serait-il pas en cas d’amélioration de celle-ci? C’est un peu comme si l’on considérerait que l’explication la plus vraisemblable, après avoir constaté qu’un régime amaigrissant ne faisait pas perdre de poids, serait que les balances et pèse-personnes utilisés ne sont pas assez sensibles pour quantifier cette perte. Ce manque de rigueur scientifique est surprenant dans un contexte où il est important de valider objectivement l’intérêt de thérapeutiques potentiellement innovantes, mais non dépourvues d’effets indésirables et de complications potentielles. Le cross linking  repose sur le largage de radicaux libres au sein d’un tissu déjà fragilisé (notamment par les frottements oculaires répétés qui représentent probablement le mécanisme causal fondamental du kératocône), et l’exposition à un taux prolongé de radiations ultraviolettes.

En réalité, l’interprétation non biaisée de cette étude confirme l’absence d’effet réel du CXL sur la biomécanique cornéenne dans les situations cliniques (in vivo). Comme expliqué dans cette lettre à l’éditeur, les modifications topographiques observées après cross linking sont très probablement liées à un remodelage de l’épithélium cornéen (il est intéressant de noter au passage que les techniques de CXL sans désépithélialisation ne durcissent pas plus la cornées que les méthodes classiques, mais n’induisent aucun changement de la courbure cornéenne… comme attendu puisque l’épithélium cornéen est conservé).

L’absence d’efficacité du crosslinking devrait conduire les chirurgiens à remettre en cause l’intérêt de cette technique, et étudier en détail les causes de ce « mystère » que constitue l’absence d’effet mesurable sur le plan biomécanique, qui est pourtant l’enjeu premier du CXL.

Cette inefficacité biomécanique in vivo pourrait s’expliquer par des effets de seuils: l’altération du tissu cornéen, la désorganisation des fibres de collagènes, sont trop importantes en cas de kératocône pour que la technique de cross linking, telle que pratiquée actuellement, soit réellement significativement efficace.

Enfin, l’effet de « stabilisation » du CXL n’est pas réellement démontré quand on observe la méthodologie utilisée dans les études cliniques. L’absence de groupe témoin et les faibles échantillons, ajoutés à l’ambiguité ou le faible nombre de variables utilisées pour documenter et objectiver la progression du kératocône, ne permettent pas d’affirmer un réel effet stabilisateur du CXL, en tous les cas supérieur à celui que prodigue l’arrêt strict des frottements oculaires.

Gatinel D. The mystery of collagen cross linking when it comes to in vivo biomechanical measurements. J Refract Surg. 2014;30(11)-727

1) Bak Nielsen et coll. Dynamic Scheimpflug based assessment of keratoconus and the effects of corneal cross-linking. J Refract Surg, 2014,30;408-414

Saad A Gatinel D. Greffe endothéliale pure (DMEK) sur corps étrangers intracornéens anciens.. Images en Ophtalmologies, Decembre 2014

A Saad, D Gatinel. Expérience et résultats avec les greffes endothéliales pures ( DMEK)

E Guilbert, D Gatinel. Modifications de la biomécanique cornéenne induites par la chirurgie réfractive

La réalisation du capot (ou volet) cornéen peut être accomplie de manière « mécanique » (microkératome) ou « optique » ‘(laser femtoseconde). Dans les deux cas, l’oeil est immobilisé par un anneau dit de succion. Historiquement (voir histoire du LASIK), l’invention du microkératome (antérieure au LASIK proprement dit car utilisée pour d’autres types de chirurgie cornéenne), a permis de découper une « tranche » superficielle de tissu cornéen avec une micro lame. Celle-ci était mue par un moteur et un oscillateur transversal. La survenue de complications de la découpe mécanique du capot de LASIK (dont le redouté « button hole », ainsi que le décentrement du capot ou sa découpe incomplète pour cause de blocage du moteur ou d’un lâchage de succion) a suscité des recherches destinées à accroître la précision et la réalisation de la création du volet superficiel de LASIK: soit par le perfectionnement des microkératomes, soit par l’adoption d’une stratégie radicalement différente, en utilisant les propriétés du laser femtoseconde. Des impacts de ce laser peuvent en effet être focalisés à l’intérieur de la cornée, et selon une épaisseur  programmée (ex : 110 microns). Ces impacts provoquent de petites bulles de cavitation, qui séparent les lamelles de collagènes. Le diamètre de la découpe ainsi réalisée « sans ouvrir » le tissu cornéen est ajustable (ex : 8.5 mm), de même que la position de la charnière, l’angulation des bords du capot de la découpe, etc. Quand le capot est créé avec un laser femtoseconde, on désigne parfois la procédure comme « LASIK tout laser », « All laser LASIK », « UltraLASIK », etc.

En fait, il est aisé de répondre à la question posée car il n’existe plus aucun avantage médical à une découpe mécanique (microkératome) depuis l’apparition des lasers femtoseconde de deuxième génération (ex : laser Intralase FS 60 et 150, laser Wavelight FS 200, etc.). Comme préalablement exposé, ces lasers femtoseconde permettent :

– un meilleur contrôle de l’épaisseur de la découpe du capot (intérêt pour les cornées fines)

-un meilleur contrôle des dimensions du capot

-un contrôle ajustable du centrage du capot sur la pupille, des bords, de la position de la charnière. Il est possible de prévisualiser le tracé de la découpe du capot avant sa réalisation, et de changer le tracé au besoin; ceci est impossible avec les découpes mécaniques.

– la possibilité de recommencer immédiatement la découpe en cas de lâchage de succion (interruption de la réalisation du capot) sans séquelle aucune : voir un article récent ici.

– certaines études, conduites notamment aux Etats Unis chez des pilotes de l’US airforce ayant bénéficié d’une correction de LASIK montrent une meilleure qualité visuelle quand le capot a été réalisé avec un laser femtoseconde  (ici)

– un risque infectieux (déjà très faible en LASIK) encore réduit : le matériel utilisé en contact avec la cornée (anneau de succion et cône d’application) pour la réalisation du capot avec le laser est à usage unique.

– un risque inflammatoire réduit: certaines épidémies d’inflammation de l’interface (DLK : Diffuse Lamellar Keratitis) avaient été rapportées après LASIK mécanique (microkératome): une des causes en était des microprojections d’huile du moteur du microkératome dans l’interface, ou encore la contamination de cette interface par des produits de désinfection pour microkératome.

Le seul avantage d’une découpe mécanique est peut être financier, car les microkératomes mécaniques réutilisables sont aujourd’hui amortis, et les systèmes jetables proposés par certains fabricants moins coûteux que le prix d’une découpe de capot au laser femtoseconde. Ce coût moindre permet à certains chirurgiens en mal de patients de proposer un tarif inférieur à la moyenne du marché, voire des « prix cassés » pour la réalisation du LASIK. Cette astuce permet d’attirer le chaland, qui ne doit toutefois pas oublier que la qualité et la sécurité pour une chirurgie des yeux ont un prix…

A l’inverse, le stroma cornéen, situé sous l’épithélium et qui représente environ 90% de l’épaisseur cornéenne est un tissu transparent constitué de fibrilles de collagènes « inertes », et orientées régulièrement. Ces fibrilles sont synthétisées par des cellules du sroma appelées  kératocytes. Si l’on réalisait la sculpture au  laser excimer sur l’épithélium, l’effet serait transitoire car les cellules épithéliales ont la capacité de régénérer continuellement, pour reformer une couche homogène et identique. En quelques jours, l’effet de la chirurgie réalisée dans l’épithélium serait gommé.  Il faut donc retirer cet épithélium, ce qui met à nu le stroma (dont la partie la plus superficielle est appelée la couche de Bowman et fait une dizaine de microns d’épaisseur – elle est dépourvue de cellules kératocytaires).

Quand le stroma est sculpté par le laser, il existe un certain degré de régénération du tissu collagène qui a été retiré (expliquant les petits changements de correction observés au cours des semaines qui suivent la PKR),  mais celui-ci n’est que partiel. Ainsi, le motif « imprimé » dans la partie stromale de la cornée a plus de chance d’être pérenne. Bien évidemment; le feuillet épithélial se reconstitue en quelques jours pour recouvrir la zone stromale sculptée.

Les patients qui consultent pour chirurgie réfractive présentent très souvent un certain degré de sécheresse oculaire, souvent attribué (car révélé, provoqué ou accentué) par le port des lentilles de contact. C’est d’ailleurs les symptômes et la gêne ressentie qui conduisent ces patients à trouver un moyen de correction plus confortable.

Le film lacrymal est constitué de divers composants (mucinique, hydrique, lipidique en surface). Il a une épaisseur variable, de l’ordre que quelques microns (millièmes de millimètre). Il joue un rôle double : optique (régularisation de la surface oculaire afin que la lumière pénètre bien dans l’oeil et ne soit pas diffusée ou absorbée) et défensif (piège pour les substances chimiques susceptibles d’agression: allergènes, polluènes, etc. ). Il recouvre donc la surface épithéliale de la cornée qu’il protège et régularise; il ne fait pas partie de la cornée car il est fabriqué par diverses glandes appelées « glandes lacrymales », dont certaines sont situées dans la conjonctives, d’autres sur le rebord des paupières. En cas de sécheresse « banale », le film lacrymal est en quantité réduite et/ou de mauvaise qualité, mais il est suffisamment formé pour assurer une protection de la cornée (absence de kératite sèche). Les symptômes ressentis sont liés à une stimulation excessive des terminaisons nerveuses situées au sein de l’épithélium cornéen au niveau des zones insuffisamment recouvertes par le film lacrymal.

Le  terme « sécheresse oculaire » est en fait une expression générique qui recouvre un très large éventail de tableaux cliniques; du plus bénin ( la simple sensation d’inconfort, de gêne avec sensation de sable)  au plus grave (quasi cécité par kératinisation de la surface oculaire: situation exceptionnelle  observée dans des maladies générales chroniques où l’atteinte oculaire a été négligée).

Il existe des syndromes secs « primitifs » (sans cause identifiée), ou secondaires à des maladies oculaires ou générales (ex : polyarthrite rhumatoïde). L’influence de facteurs hormonaux a été démontrée, et le syndrome sec est particulièrement fréquent après la ménopause, où il s’associe à une sécheresse des muqueuses buccales et/ou génitales. La présence d’une innervation cornéenne de qualité est nécessaire pour assurer une sécrétion basale des larmes (les larmes sont en effet fabriquées en permanence – pas uniquement lorsque l’on pleure- sous l’effet d’une boucle réflexe dont l’origine se situe dans les terminaisons nerveuses situées dans l’épithélium de la cornée). Enfin, la sécheresse oculaire n’est pas qu’une affaire de quantité de larmes. Dans bien des cas, un problème qualitatif est à l’origine des symptômes: les larmes sont produites en quantité suffisante, mais elles s’évaporent trop rapidement. De fait, les tests de break up time ou de schirmer n’ont pas une grande spécificité et sensibilité, car ils sont peu reproductibles (larmoiement réflexe, quantité de fluorescéine instillée, etc.). Enfin, il existe une composante inflammatoire associée dans la plupart des syndromes secs: l’existence d’une vasodilatation des vaisseaux conjonctivaux situés au pourtour de la cornée est évocatrice.

En pratique, il est important de distinguer avant chirurgie réfractive deux sortes de syndromes secs: ceux qui sont compliqués d’une kératite sèche, et ceux qui en sont exempts. La kératite sèche est diagnostiquée à l’examen à la lampe à fente : irrégularité épithéliale, fines ponctuations dites « fluo positives » (KPS), présences de rouleaux de cellules épithéliales dans les larmes, inflammation oculaire (rougeur conjonctivale et palpébrale). Les examens topographiques et aberrométriques sont perturbés par l’irrégularité épithéliale superficielle. La réalisation de la chirurgie LASIK chez un patient atteint de kératite sèche se complique en général de détachements épithéliaux (microkératomes mécaniques) et/ou de pertes de l’étanchéité de l’interface et problèmes de découpe (laser femtoseconde).

Le syndromes secs exempts d’atteinte décelable de la surface cornéenne (rivière lacrymale réduite mais absence de kératite, surface oculaire calme, et régulière en topographie) ne sont PAS une contre indication à la chirurgie par LASIK ou PKR. Ils en sont au contraire une indication potentielle, puisque le port de lentille est inconfortable et risqué chez ces patients (risque accru d’infection par micro lésions cornéennes répétées; c’est pour cette raison qu’il est conseillé d’ôter les lentilles quelques jours avant la chirurgie). Toutefois, ces techniques (LASIK mais aussi PKR)  peuvent accentuer l’intensité des symptômes (par atteinte de l’innervation cornéenne superficielle liée à la découpe du capot en LASIK et à la photoablation en PKR, et aussi par une certaine toxicité locale des collyres antibiotiques et anti inflammatoires prescrits). Dans certains cas, ces techniques peuvent induire l’apparition d’une kératite liée à la majoration de la sécheresse. La présence d’un syndrome sec sans kératite sèche peut faire l’objet d’un traitement préventif  avant la réalisation de la chirurgie (il n’y a pas de consensus précis); certains chirurgiens recommandent de prescrire des larmes artificielles ou de poser des bouchons lacrymaux  avant la chirurgie.  D’autres considèrent qu’il est préférable de simplement retirer les lentilles un certain temps avant la chirurgie. En cas d’accentuation de la sécheresse oculaire après la chirurgie, il faut recourir à ces mêmes méthodes, et il est de toutes façons conseillé d’ accroître la fréquence d’instillation des larmes artificielles dans les premières semaines qui suivent la réalisation d’un LASIK ou d’une PKR.

L’accentuation de la sécheresse oculaire est plus marquée après LASIK qu’après PKR. Toutefois, la réalisation d’une PKR provoque un retard de récupération fonctionnel de quelques jours, et des douleurs parfois vives pendant les premières 24 heures (possiblement atténuées par la prise d’antalgiques). Ces données sont à mettre en balance pour permettre au patient et à son chirurgien d’orienter le choix de la technique la plus adaptées au désidératas du patient quand PKR et LASIK sont possibles.

Comparaisons entre différents lasers

Une simulation effectuée sur un patient « virtuel », M John Smith, myope de -6D, permet de comparer la profondeur d’ablation requise en cas de traitement par défaut (« Planoscan ») et de traitement « Zyoptix tissue saving » (laser Technolas Bausch and Lomb).

La correction par le mode « Planoscan » impose une photoablation centrale de 103 microns:

La même correction en mode « Tissu Saving » ne requiert que 79 microns, comme le montre la capture d’écran suivante:

Une économie tissulaire de 24 microns est réalisée (soit presque 25 %), ce qui est loin d’être négligeable, et rend intéressante cette option… avec cette plateforme laser seulement, car comme nous allons le montrer, cette économie n’en est pas une si l’on compare la profondeur d’ablation obtenue en « tissu saving » avec les profondeurs d’ablation par défaut d’autres plateformes lasers.

En effet, la plupart des plateformes laser proposent un mode d’ablation économe en routine: voici par exemple la capture d’écran obtenue après avoir programmé la même correction avec le laser excimer Wavelight EX500 :

Ce laser est l’un des plus récents du marché… mais ce n’est pas pour cela qu’il est naturellement plus économe en tissu. La raison principale de cette « économie de routine » est qu’il dispose d’une taille de spots (diamètre) plus faible que celle du laser Technolas Bausch and Lomb (de l’ordre de 1 mm,  contre 2 mm en mode Planoscan avec le Technolas) ce qui autorise une liberté plus grande pour réaliser des patterns d’ablation. D’ailleurs, l’ablation requise pour corriger une myopie de 6 Dioptries avec le laser Nidek EC5000 (technologie par balayage par fente rotative, non dépendante de la taille de spots mais contemporaine de la génération des lasers Technolas Bausch and Lomb – Zyoptix) est du même ordre (environ 75 microns) :

La même correction délivrée par le laser Zeiss Meditec 80 (introduit au début des années 2000) requiert une ablation tissulaire de… 93 microns, qui est supérieure à celle des lasers Nidek et Wavelight, mais toujours moindre que celle du laser Technolas en traitement Planoscan. Cependant, il n’existe pas de programme d’économie tissulaire avec le laser MEL 80…

En revanche, la nouvelle plateforme excimer de Zeiss (MEL 90) permet de ramener la profondeur d’ablation au même niveau que celle des plateformes concurrentes :

Explications

Il ressort de ces comparaisons que bien que les lois de la physique soient les mêmes pour toutes, certaines plateformes de laser excimer ne « consomment » pas la même quantité de tissu cornéen pour le traitement d’une même puissance de myopie, sur un même diamètre de zone optique. Ceci est du à certaines limitations, dont la taille des « spots » (pour les lasers à balayage par spot dénommés « flying spot lasers »). En effet, un spot de taille 2mm (utilisée en mode Planoscan) n’autorise pas une même précision de motif qu’un spot de 1 mm (de la même manière qu’une mine de crayon permet de dessine des motifs d’autant plus précis qu’elle est fine). Ce manque de précision peut induire une ablation de tissu plus importante (besoin de « lissage ») et répartie sur une zone plus large que celle qui est exigée sur le plan optique (notamment si un astigmatisme est associé). Or, il est toujours préférable de retirer le moins de tissu cornéen possible (prévention de l’ectasie post LASIK). Par ailleurs, le profil d’ablation du laser peut être fondé sur un modèle de profil cornéen asphérique, ce qui peut également induire des variations de profondeur centrale d’ablation.

Sur la plateforme Technolas Bausch and Lomb , l’amélioration obtenue grâce à l’ajout d’un diaphragme sur le chemin optique permettant de réduire la taille des spots à 1 mm s’est faite de concert avec une réduction du volume de tissu cornéen retiré. Cette évolution a donné naissance au concept à connotation marketing de « tissue saving » … qu’il serait plus juste d’appeler « non excessive tissue ablation » !! Ainsi, ce traitement est parfois proposé en option, alors qu’il devrait être proposé en première intention. En effet, il n’y a pas de mystères et selon les incontournables lois de l’optique, il est possible de calculer que pour une dioptrie de myopie sur une zone optique de 6 mm, un traitement de qualité exige l’ablation au centre de 12  microns de tissu cornéen au minimum (un peu plus si l’on ajoute une zone de transition, et encore un peu plus si le traitement est asphérique prolate).

Conclusion

Il est regrettable que le « tissue saving » ait donné naissance à une option de traitement LASIK (donc possiblement facturée en sus !), alors que certains lasers excimers, de conception naturellement économe en tissu, le réalisent directement et sans surcoût pour le patient.

Dans ma pratique, tous les traitements par laser excimer  sont par défaut  les plus économes en volume de tissu cornéen retiré.