角膜激光矫正术后上皮重塑的研究进展

樊利敏 王铮，2

作者单位：1中南大学爱尔眼科学院，长沙 410000；2广州爱尔眼科医院 510000

角膜上皮重塑是指当角膜表面形状发生改变或者角膜基质不规则时，为了维持角膜前表面的光滑，角膜上皮细胞进行重新排列分布[1]。重塑是角膜上皮细胞特有的一种潜在能力，在圆锥角膜[2，3]、配戴角膜接触镜后[4]、角膜外伤后、角膜胶原交联[5]以及角膜激光矫正术后[6-11]都可以发生。角膜上皮层是构成角膜屈光力的一部分，角膜上皮厚度的明显变化会导致屈光度的改变，认识角膜上皮重塑的特点对指导角膜激光矫正术前的手术设计以及认识术后的屈光回退都具有重要的意义[12]。

1 角膜上皮厚度的测量方法

早在1979 年，Hodden等[13]就尝试应用光学方法测量角膜上皮厚度。其后的几十年，角膜上皮厚度的测量方法及手段取得了突飞猛进的发展。目前，临床上较常用于测量角膜上皮厚度的仪器主要有角膜共焦显微镜[14]，美国ArcScan公司的Artemis[6，15-17]以及光学相干断层成像（OCT）[7-11，18]。

1997，Møller-Pedersen等[14]最先利用角膜共焦显微镜进行角膜上皮厚度的测量。这种方法测量过程中需要直接接触角膜，是一种有创性的检查。在角膜激光术后较短时间内使用有导致角膜发生损伤乃至感染的潜在风险。此外，角膜共焦显微镜测量的角膜范围非常有限。目前临床上已较少使用。

Artemis 是一种超高频率的数字超声（Very high frequency ultrasound，VHF），利用50～100 MHz的超声和特殊的“浸润”扫描模式来获取角膜各层次的图像。1993 年由英国的Reinstein等[15]开始用于角膜上皮厚度的测量。至今为止，Artemis经过了3代改进，目前使用的Artemis 3可以获取10 mm范围内的角膜上皮厚度模式图，其测量精度达1.3 μm。然而，Artemis 3也是一种有创性检查，操作比较繁琐，临床应用尚不普及。

OCT在眼科中的应用已经有20余年，它是根据低相干干涉的原理，利用近红外光线在不同组织层面的反射和散射所需的“回音”来测量组织结构之间的距离和大小，具有无创性、扫描速度快、操作方便的特点[19]。进入2000年以后OCT得到了飞速的发展，其中频/谱域OCT的轴向分辨率达到5 μm，每秒钟能完成26 000次的扫描，能够清晰显示角膜各层次结构。目前市面上很多OCT都能用于测量角膜上皮厚度，比如日本Nidek的RS 3000 Advance、意大利CSO的MS 39、美国Zeiss的Cirrus HD 5000以及美国Optovue公司的RTVue XR等。OCT测量角膜上皮厚度扫描范围广，可达6～9 mm直径的角膜[10，18]，测量结果重复性好，可靠性高[20，21]。已逐渐成为目前角膜上皮厚度测量的主流设备。然而，利用OCT测量也存在一些弊端。首先，OCT测量的上皮厚度值包含泪膜厚度[22，23]，与实际的上皮厚度存在一定的偏差；其次，OCT使用的仍是平面扫描模式，周边角膜上皮厚度的测量值准确度降低，重复性较差；此外，5 μm的分辨率难以辨别角膜上皮厚度的细微变化。

2 初始眼角膜上皮层的分布特点

角膜上皮细胞自身也处于一种动态变化中，依靠角巩膜缘干细胞以及基底细胞的增殖，角膜上皮细胞每隔5～7 d完成1次更新，维持着平衡[24]。在初始眼中，角膜上皮层由5～6层细胞组成，双眼对称。由于所使用的原理以及分辨率等的不同，不同仪器测量的角膜上皮厚度值之间存在细微的差别。Møller-Pedersen等[14]利用角膜共焦显微镜测量的中央角膜上皮厚度大约为（51±4）μm。Reinstein等[15，17]使用OCT测量的角膜上皮厚度约为（53±3）μm，利用Artemis测量的角膜上皮厚度约为（54±3）μm。Kanellopoulos和Asimellis[25]报道的角膜上皮厚度为51～52 μm。Luft等[8]报道的角膜上皮厚度为（52±3）μm。许琛琛等[26]和张月强等[27]报道的为53～55 μm。

不同区域的的角膜上皮厚度也存在一定的差异。初始眼中下方角膜上皮层稍厚于上方，中央稍厚于周边部[18，26]。原因可能如下：眨眼对角膜上皮厚度的影响；重力的影响导致下方泪膜相对较厚。上眼睑对角膜的压迫作用会导致上方角膜上皮厚度变薄。

此外，有研究显示：一天中下午时间测量的角膜上皮厚度相比上午偏薄[28]。Hashmani等[18]的研究显示，男性比女性角膜上皮更厚。侯杰等[29]的研究显示年龄较大的患者角膜上皮厚度相对较薄。

3 角膜激光矫正术后的上皮重塑

3.1 近视激光矫正术后的上皮重塑

1996 年，Lohmann等[30]研究发现，在给兔子行准分子激光角膜切削术（Photorefractive keratectomy，PRK）后，兔眼的角膜上皮明显增厚。1999年，他们利用电镜观察了1例PRK术后6个月尸眼的角膜上皮，发现中央激光治疗区的角膜上皮厚度为95 μm，而未接受激光治疗区域的角膜上皮厚度仅为38 μm[31]。

20世纪以来，随着Artemis以及OCT的应用，角膜上皮厚度的测量更加方便快速，学者们陆续发现除了PRK，在准分子激光原位角膜磨镶术（LASIK）、微小切口基质透镜切除术（SMILE）近视矫正术后中央角膜上皮都会增厚，并且发现了角膜上皮重塑的更多特点[7-11，16，25，32]。

近视矫正术后，不同区域角膜上皮厚度的变化存在差别。2012 年Reinstein等[16]利用Artemis观察了LASIK术后10 mm直径的角膜区域，提出了LASIK术后的上皮重塑模式，认为激光近视矫正术后中央角膜上皮增厚最明显，越靠周边上皮越薄。而OCT所观察到的上皮厚度变化模式却有所不同。Tang等[11]与Kanellopoulos和Asimellis[25]利用OCT观察了FS-LASIK近视矫正术后直径6 mm区域内角膜上皮厚度的变化，发现术后旁中央直径2～5 mm区域的上皮增厚最明显。Luft等[8]观察了SMILE术后6个月内的角膜上皮厚度变化，发现术后6个月时中央2 mm区域上皮增厚约6.3 μm，旁中央2～5 mm区域的上皮增厚4.5～7.0 μm，中周部5～6 mm区域上皮增厚4.4～6.8 μm。一方面由于2 种仪器的使用原理以及观察范围存在不同。另一方面，Artemis使用过程中需要接触角膜，可能会造成角膜上皮的水肿而导致测量的角膜上皮厚度值偏大；而OCT的测量结果受到泪膜厚度和分布的影响较大。这些都会造成测量结果之间的差异。

新一代的前节OCT可以扫描直径9 mm的角膜区域，提供了更全面的角膜上皮重塑模式图。Fan等[10]观察了地形图引导的FS-LASIK术后9 mm范围的角膜上皮重塑，发现近视矫正术后增厚最明显的区域位于2～5 mm区域内。术后6个月平均增厚约4 μm，而在5～7 mm区域的角膜上皮层平均变薄约1 μm，角膜上皮呈现“中央增厚-旁中央最厚-中周边变薄”的特点。此外，Fan等[10]的研究还发现不同象限之间的上皮增厚并不均匀，上皮增厚以颞下方最明显[10]。

不同的近视矫正方式导致角膜上皮重塑达到稳态的时间也有一定的差异。Luft等[8]的研究显示SMILE术后24 h即出现角膜上皮的增厚，随后的1 周上皮增厚速率最快，3个月时趋于稳定。Ryu等[9]对比了SMILE以及LASIK术后的上皮变化，认为SMILE术后1个月上皮重塑即达到稳定，LASIK术后上皮重塑的时间更长。Chen等[7]研究显示，PRK术后3个月角膜上皮厚度即达到稳定。而Ivarsen等[32]对比了PRK以及LASIK术后的上皮厚度变化，认为PRK术后上皮重塑所需时间明显较LASIK长，术后1年角膜上皮的增生才达到稳态。

3.2 远视角膜激光矫正术后的上皮重塑

目前对于远视矫正术后上皮重塑的研究较少，Reinstein等[6]利用Artemis观察了LASIK矫正远视术后3 个月的上皮厚度变化，发现术后中央4 mm直径区域角膜明显变薄，4 mm区域外角膜增厚，角膜上皮最厚处位于6.8 mm直径环处。最薄和最厚处的上皮厚度分别为39.7 μm及89.3 μm。Reinstein等[6]认为，远视矫正术后，角膜上皮呈现“中央变薄-边缘增厚”的“甜甜圈”样重塑模式[6]。

3.3 角膜激光矫正术后的上皮重塑与术后屈光回退

1998年，Chayet等[33]观察了LASIK术后3个月的47眼，发现在屈光回退的患眼中存在明显的中央角膜厚度增加，他们认为角膜上皮增厚是引起屈光回退的主要原因。但是也有不一样的研究报道。2014年Pan等[34]的研究显示，不管是否发生屈光回退，角膜近视矫正术后普遍存在明显的中央角膜厚度增加。随着手术设计改进以及飞秒激光的引入，近年研究所报道的屈光回退现象明显减少。Luft等[8]随访观察了SMILE术后6 个月角膜上皮厚度和屈光度的变化，术后角膜上皮显著增厚，但并没有明显的屈光回退。Fan等[10]的研究也表明，地形图引导的LASIK术后上皮增生与屈光度的变化没有明确的相关性。

角膜各区域之间上皮厚度的差异对角膜屈光力会产生不同的影响，当中央上皮厚于中周部时，导致整个角膜屈光力增加；反过来，当中周部上皮厚于中央区时，则呈现为远视漂移[35]。Cho等[36]研究了屈光回退与多个角膜上皮厚度参数的相关性，结果显示中央和旁中央区域角膜上皮厚度的差异与屈光回退的相关性最强。因此并不是所有的上皮增厚都会产生屈光回退，角膜上皮增厚是否导致屈光回退还要进行全面综合的分析。

4 角膜上皮重塑的相关影响因素

角膜上皮重塑的影响因素较多。首先，拟矫正度数与切削深度与近视矫正术后的上皮增生程度密切相关。1996年，Lohmann等[30]在兔子的动物实验中发现PRK近视矫正术后角膜上皮增厚的幅度与矫正度数明显相关。近视矫正-3.00 D组中，角膜上皮仅仅轻微增厚，当矫正-6.00 D时，角膜上皮增厚约18.4 μm，矫正-9.00 D后，切削的角膜组织几乎完全被增生的上皮填补。Kanellopoulos和Asimellis[25]的研究显示高度近视（-9.00～-8.00 D）LASIK矫正术后1 年中央区域上皮增厚约6 μm，旁中央区域增厚约10 μm；低度数（-4.00～-3.00 D）矫正术后中央区域上皮增厚约1.15 μm，旁中央增厚约3.04 μm。Ganesh等[37]发现在低度（小于-4.00 D）、中度（-6.00～-4.00 D）以及高度近视（-10.00～-6.00 D）行SMILE矫正术后3 个月中央上皮增厚分别约3、5、7 μm。Reinstein等[38]的研究也显示对低度（-4.00～-1.00 D）、中度（-6.00～-4.25 D）以及高度（-13.50～-6.25 D）行LASIK近视矫正术后6个月角膜中央上皮分别增厚约7、9、12 μm。Tang等[11]估算LASIK术后角膜上皮的平滑常数为0.46 mm/D。这些研究都显示拟矫正屈光度越高，术后角膜上皮厚度增加越明显。

其次，不同近视矫正方式术后上皮增厚程度可能也存在一定的差异。Ivarsen等[32]的研究显示PRK术后的上皮增生程度较LASIK术后明显。Ryu等[9]对比了SMILE以及LASIK术后3 个月角膜上皮厚度的变化，发现在角膜中央以及旁中央区域，LASIK组导致的上皮增厚更加明显，而在中周部5～6 mm直径范围内，SMILE组上皮增生更明显。而Kanellopoulos[39]认为上皮增厚的幅度与局部的曲率变化相关，而与手术方式无明显相关，其对21例双眼分别行LASIK和SMILE的患者术后的角膜上皮厚度变化进行了观察，发现术后2年时，2种手术导致的角膜上皮增厚均为4.5 μm左右，2组间差异无统计学意义。此外，切削光区直径的大小、术前的角膜上皮厚度以及角膜瓣的制作方式（机械刀或者飞秒激光）、术后眼表的状态以及使用某些药物都可能会促进或者抑制角膜上皮细胞的增殖，影响术后上皮重塑的程度。

5 角膜上皮重塑的可能机制

角膜上皮重塑的机制尚不十分明确。目前认为，角膜曲率梯度的变化是上皮重塑的原动力[1，40]。2001年，Wilson等[41]在组织切片上观察到在基质凸出的地方角膜上皮变薄，在基质凹陷的地方角膜上皮会增厚，他们认为角膜上皮的这种重新分布受到角膜细胞之间的张力以及接触抑制的控制。Huang等[42]构建了1个数学模型预测术后角膜上皮的重塑，指出角膜上皮通过自身厚度改变来补偿基质层的改变从而尽量维持角膜表面的规则性。此外，由于角膜上皮细胞的重塑包括几个阶段，涉及细胞的迁移、增殖、分化等一系列活动，是各种生长因子、细胞因子和细胞外基质协同作用的结果，炎症因子在角膜上皮的重塑过程中也起到重要的作用[43，44]。

6 总结

角膜上皮厚度的测量方法颇多，各种仪器之间的测量值不能互换。上皮重塑是角膜激光矫正术后普遍存在的现象，不同激光矫正手术后的上皮厚度变化存在一定的规律。上皮增厚受到局部曲率梯度变化、眼表状态等因素的影响。重视手术前后上皮厚度的测量，认识角膜上皮的重塑模式，遏制术后过度的上皮增厚有助于提高角膜屈光手术的精确度。目前对于角膜上皮重塑的机制仍不十分清楚，如何预防上皮增生导致的屈光回退，这些都需要进一步的研究。

利益冲突申明本研究无任何利益冲突

作者贡献声明樊利敏：参与选题、设计及相关文献的分析和总结；撰写论文；根据编辑部的修改意见进行修改。王铮：参与选题、设计、相关文献的分析和总结；修改论文中关键性结果、结论；根据编辑部的修改意见进行修改