Biomecânica corneana é um conceito que abrange as propriedades mecânicas da córnea. A córnea é um “corpo viscoelástico” que possui propriedades elásticas e viscosas, e seu comportamento de deformação e recuperação sob forças externas caracteriza sua função.
“Elasticidade” é a propriedade de um sólido deformado por pressão retornar à sua forma original. “Viscosidade” representa o grau de viscosidade de um líquido. A maioria dos tecidos vivos são corpos viscoelásticos, e a córnea é um deles.
Quando a pressão é aplicada à córnea, ela se deforma e, quando a pressão é liberada, tenta retornar à sua forma original. Nesse processo, a trajetória durante a aplicação e liberação da pressão não coincide. Esse fenômeno é chamado de fenômeno de histerese. A histerese é um indicador da energia dissipada durante os processos de deformação e recuperação, refletindo as propriedades mecânicas da córnea1).
O módulo de elasticidade (módulo de Young) da córnea foi relatado em uma ampla faixa de 0,1 a 57 MPa, dependendo das condições e métodos de medição in vitro1). Quanto maior o módulo de Young, mais rígido é o tecido e menos deformável.
A biomecânica corneana está se tornando cada vez mais importante nas seguintes situações clínicas:
Atualmente, existem apenas dois dispositivos que podem avaliar quantitativamente a biomecânica da córnea in vivo: o Ocular Response Analyzer (ORA) e o Corvis ST. O conceito de biomecânica da córnea ainda é novo, e a interpretação dos resultados das medições ainda requer pesquisas futuras.
A histerese corneana (CH) é um parâmetro medido como a diferença entre a pressão de aplanação durante a pressurização e a despressurização (P1 − P2) quando a córnea é deformada por um jato de ar. Reflete as propriedades viscoelásticas da córnea, especialmente sua capacidade de absorção e dissipação de energia. A CH é baixa no ceratocone; consulte a seção “Significância Clínica e Aplicações” para detalhes.
A biomecânica da córnea é influenciada por muitos fatores 1). Abaixo está um resumo dos fatores clinicamente importantes.
A rigidez da córnea aumenta significativamente com a idade 1). O principal motivo é o aumento natural das ligações cruzadas de colágeno e a modificação das fibras devido à glicação.
Tahsini et al. (2025) analisaram mapas do Índice de Tensão-Deformação (SSI) em 72 indivíduos saudáveis e mostraram que o SSI aumentou significativamente de 0,938 ± 0,067 no grupo de 20-50 anos para 1,143 ± 0,064 no grupo de 50-80 anos (Pearson r = 0,92, p < 0,001) 3). A taxa de endurecimento varia conforme a localização, progredindo mais rapidamente em áreas originalmente mais rígidas.
A CCT correlaciona-se positivamente com CH e CRF 1). Quanto mais espessa a córnea, maiores esses valores. Também afeta a medição da pressão intraocular, onde córneas mais espessas tendem a superestimar a pressão intraocular.
A relação entre a pressão intraocular (PIO) e a biomecânica da córnea é complexa 1). O aumento da PIO reduz os valores de CH, mas isso se deve em parte às características do sistema de medição, não a uma verdadeira alteração nas propriedades da córnea. Em pacientes com glaucoma, CH baixo foi relatado como fator de risco para progressão do campo visual.
O estrogênio afeta as ligações cruzadas de colágeno e reduz a rigidez da córnea 1). A CH flutua durante o ciclo menstrual e a gravidez. A cirurgia refrativa durante a gravidez deve ser evitada.
No edema corneano, a rigidez diminui com o aumento do teor de água1). A manutenção do teor de água normal (cerca de 78%) contribui para a estabilidade mecânica.
No diabetes, a glicação não enzimática do colágeno progride, aumentando a rigidez corneana1). Há relatos de que CH e CRF em pacientes diabéticos são mais elevados do que em indivíduos saudáveis.
CXL é uma terapia que utiliza luz ultravioleta de ondas longas (UVA) e riboflavina para fortalecer as ligações cruzadas entre as fibras de colágeno, aumentando a rigidez corneana1). O SP-A1 aumenta após CXL, refletindo objetivamente a melhora da rigidez. Sobre a inibição da progressão do ceratocone pelo CXL, consulte a seção «Significância Clínica e Aplicações».
A córnea torna-se mais dura com o envelhecimento. O aumento natural das ligações cruzadas do colágeno e a glicação são as principais causas, e em um estudo usando o mapa SSI, o SSI aumentou cerca de 22% do grupo de 20-50 anos para o grupo de 50-80 anos3). No entanto, a taxa de endurecimento difere por localização, progredindo mais rapidamente nas regiões central e periférica, que já são mais rígidas.
Atualmente, dois dispositivos clínicos estão disponíveis comercialmente para medir a biomecânica corneana in vivo. Como métodos experimentais, a microscopia Brillouin e a elastometria por interferometria óptica (OCE) estão em desenvolvimento1).
As características dos principais dispositivos de medição são mostradas abaixo.
| Dispositivo | Parâmetros principais | Características |
|---|---|---|
| ORA | CH, CRF | Reflete a viscoelasticidade |
| Corvis ST | SP-A1, CBI, lesão cerebral traumática | Análise de deformação por vídeo |
| Microscópio Brillouin | Módulo de elasticidade | Mapeamento 3D profundo |
ORA é um dispositivo de jato de ar não contato da Reichert2). Ele monitora a parte central da córnea (3-6 mm) eletro-opticamente com luz infravermelha enquanto aplica pressão e descompressão, medindo o processo de deformação e recuperação da córnea por aproximadamente 30 milissegundos.
Os principais parâmetros calculados são os seguintes:
Acredita-se que o CH reflita principalmente as propriedades viscosas da córnea, enquanto o CRF reflete principalmente as propriedades elásticas2).
O Corvis ST (Oculus) utiliza uma câmera Scheimpflug de alta velocidade de 4.330 quadros por segundo para fotografar sequencialmente uma seção transversal horizontal da córnea de 8,5 mm, registrando a deformação corneana causada por um jato de ar como um vídeo2).
Os parâmetros de deformação corneana são calculados principalmente em três momentos:
Em cada momento, são calculados o tempo decorrido, o comprimento da área de aplanação, a velocidade de deformação e o deslocamento do ápice corneano. Os principais parâmetros clínicos são os seguintes:
O Corvis ST também pode ser usado como tonômetro, assim como o ORA, e calcula a pressão intraocular corrigida biomecanicamente (bIOP).
ORA
Método de aplanação bidirecional por jato de ar: Rastreia a deformação e recuperação da córnea usando luz infravermelha.
Parâmetros: CH, CRF, IOPg, IOPcc. Fornece um indicador geral da viscoelasticidade.
Lançado em 2005: Primeiro dispositivo comercial a permitir a medição in vivo da biomecânica corneana.
Corvis ST
Câmera Scheimpflug de alta velocidade: Grava vídeo da deformação da secção transversal da córnea a 4.330 quadros por segundo.
Parâmetros: SP-A1, CBI, TBI, SSI, razão DA, etc. Pode calcular indicadores integrados com a tomografia.
Extensibilidade: Novos indicadores como o mapa SSI e a análise integrada com IA do Pentacam HR são possíveis.
A microscopia Brillouin (Brillouin microscopy) é uma técnica que analisa a interação da luz com fônons acústicos e mapeia tridimensionalmente de forma não invasiva as características biomecânicas da córnea1). O coeficiente de elasticidade longitudinal do tecido é estimado a partir do deslocamento de frequência em unidades de GHz.
Enquanto o ORA e o Corvis ST medem a resposta média de toda a córnea, a microscopia Brillouin possui resolução de profundidade e pode visualizar a distribuição elástica local1). Espera-se sua aplicação na avaliação dependente da profundidade do efeito de cross-linking após CXL e na detecção da redução local da rigidez no ceratocone. Atualmente, o longo tempo de medição e a influência de fatores ambientais são desafios, e ainda não atingiu a aplicação clínica.
A elastografia por coerência óptica (Optical Coherence Elastography; OCE) é uma técnica que mede o deslocamento dentro do estroma corneano causado por uma força externa1). Pode avaliar a deformação nas camadas média e posterior da córnea, sendo útil para a análise das características biomecânicas dependentes da profundidade.
O ORA calcula a histerese corneana (CH) e o fator de resistência corneana (CRF) a partir de mudanças no sinal infravermelho, avaliando a viscoelasticidade globalmente. O Corvis ST grava em vídeo a deformação da secção transversal da córnea com uma câmera Scheimpflug de alta velocidade e calcula vários parâmetros dinâmicos. O Corvis ST é característico por poder utilizar indicadores compostos baseados em IA, como lesão cerebral traumática, através da integração com o Pentacam HR.
A medição da biomecânica corneana desempenha um papel importante na detecção precoce do ceratocone, avaliação da cirurgia refrativa, correção da medição da pressão intraocular e avaliação da eficácia do CXL.
Nas doenças de ectasia corneana, as alterações biomecânicas ocorrem antes das alterações morfológicas 5). Mesmo em estágios onde a topografia ou tomografia não conseguem detectar anormalidades, a avaliação biomecânica pode permitir o diagnóstico precoce.
Nos estágios iniciais do ceratocone, a diminuição local do módulo de elasticidade está ligada à quebra das fibras de colágeno, iniciando o ciclo de descompensação biomecânica 7). O estresse aumenta e se redistribui, levando ao afinamento e encurvamento da córnea.
A capacidade diagnóstica dos principais indicadores na detecção precoce do ceratocone é a seguinte 7):
| Indicador | Valor SUCRA | Observações |
|---|---|---|
| Lesão cerebral traumática | 96.2 | Mais preciso |
| CBI | 83.8 | Segundo melhor indicador |
| CRF | 66.4 | Derivado do ORA |
De acordo com os critérios de Brar, olhos biomecanicamente suspeitos são definidos como CBI > 0,5 e TBI > 0,297). Para evitar falsos negativos, recomenda-se a combinação de topografia corneana (como imagem de Scheimpflug) com avaliação biomecânica5)7).
De acordo com uma revisão abrangente de Wang et al. (2025), modelos combinados de topografia e biomecânica superam parâmetros individuais na detecção de FFKC (ceratocone frustro). O modelo de regressão logística de Luz et al. alcançou AUROC de 0,953 (sensibilidade 85,71%, especificidade 98,68%)2).
Em estudos com ORA, olhos com FFKC mostraram valores de CH e CRF significativamente mais baixos em comparação com olhos normais2). Em olhos VAE-NT (ectasia muito assimétrica com topografia normal), CH foi 8,5 ± 1,5 mmHg e CRF 8,3 ± 1,5 mmHg, mais baixos que o grupo controle normal2).
O TBI do Corvis ST mostrou AUROC de 0,985 em olhos VAE-NT, e tanto a sensibilidade do CBI (99,1%) quanto a sensibilidade do TBI (99,6%) alcançaram valores muito altos na detecção de ceratocone topograficamente anormal2).
A cirurgia refrativa afeta as características biomecânicas ao ablacionar ou deformar o estroma corneano4). A ectasia corneana pós-operatória é uma complicação rara (0,04-0,6%) mas grave, e a avaliação biomecânica pré-operatória é importante4).
Em uma revisão sistemática de Pniakowska et al. (2023) baseada em 17 estudos prospectivos, a diminuição biomecânica foi maior no LASIK (ablação estromal com criação de flap), seguido pelo SMILE (extração de lentícula) e ablação de superfície (PRK/LASEK)4).
Principais achados sobre biomecânica pós-operatória:
Os valores médios gerais de CH e CRF após excisão de superfície foram CH 8,68 ± 0,94 mmHg e CRF 8,39 ± 1,08 mmHg 4). No SMILE, o CH permaneceu significativamente mais alto que no LASEK aos 3 meses de pós-operatório, mas a diferença desapareceu após 3 anos 4).
A combinação de índices biomecânicos e parâmetros topográficos melhora a precisão preditiva da cirurgia refrativa em mais de 25% 7). Pacientes com baixa rigidez corneana têm risco 2 a 3 vezes maior de erro refrativo residual pós-operatório 7).
A medição da pressão intraocular pelo tonômetro de aplanação de Goldmann (GAT) é influenciada pela espessura corneana e pelas propriedades biomecânicas 5).
Em doenças ectásicas da córnea ou após cirurgia refrativa, o afinamento tecidual e a fragilidade biomecânica causam medição artificialmente baixa da pressão de aplanação 5). Os seguintes dispositivos alternativos são recomendados:
A IOPcc calculada pelo ORA é menos influenciada pela CCT e CH, refletindo a verdadeira pressão intraocular com mais precisão.
CXL é uma terapia que fortalece as ligações cruzadas no estroma corneano usando riboflavina e UVA, eficaz para retardar a progressão do ceratocone 6). Aumenta a rigidez biomecânica da córnea, mas as evidências do mecanismo de ação em nível ultraestrutural direto são insuficientes 6).
Larkin et al. (2021) no ensaio clínico randomizado multicêntrico Keralink examinaram a eficácia do CXL em pacientes jovens com ceratocone. A prevalência de ceratocone atinge 1:375 na Holanda e 1:84 aos 20 anos na Austrália 6). O CXL é relatado como eficaz em retardar a progressão do ceratocone na maioria dos adultos, mas os intervalos de confiança são amplos e o risco de viés foi observado 6).
Após CXL, o SP-A1 aumenta, e a melhora na rigidez corneana pode ser avaliada objetivamente com o Corvis ST 1). Deve-se notar que uma certa espessura corneana é necessária, e protocolos como sub400 foram relatados para casos com afinamento grave.
A ablação de superfície (PRK/LASEK) tem o menor impacto na biomecânica, seguida por SMILE e depois LASIK4). No SMILE, como não é criado um flap, a integridade estrutural da superfície anterior da córnea é mais facilmente preservada. No LASIK, fazer o flap fino, e no SMILE, fazer a tampa espessa é vantajoso para manter a resistência.
A córnea consiste em 5 camadas (epitélio, camada de Bowman, estroma, membrana de Descemet, endotélio), e o estroma, que constitui cerca de 90% da espessura, determina a biomecânica1). O estroma é composto por fibras de colágeno tipo I e V e proteoglicanos. A orientação, densidade e reticulação das fibras de colágeno são os principais fatores que determinam as propriedades biomecânicas.
O comportamento mecânico da córnea tem as seguintes características1):
Tahsini et al. (2025) dividiram a córnea em 9 zonas usando mapas SSI: central, paracentral (4 zonas) e periférica (4 zonas), e analisaram a rigidez por zona. A SSI média nas zonas central e periférica foi alta (1,153 ± 0,079), enquanto na zona paracentral foi baixa (0,890 ± 0,057). A zona paracentral inferior (zonas 4 e 5) foi a mais fraca, com SSI = 0,8333).
A fragilidade da zona paracentral inferior é consistente com o fato clínico de que o ceratocone tipicamente se desenvolve na parte inferior3). Isso sugere que áreas mecanicamente fracas são mais propensas à descompensação biomecânica.
Diferença significativa também foi encontrada entre a zona paracentral superior (SSI = 0,945) e a inferior (SSI = 0,833), e a zona nasal (SSI = 0,903) mostrou rigidez ligeiramente maior que a zona temporal (SSI = 0,879)3).
Nos estágios iniciais do ceratocone, ocorre uma diminuição local do módulo elástico, iniciando a quebra e degeneração das fibras de colágeno7). Isso desencadeia o ciclo de descompensação biomecânica:
Na área afetada, observa-se aumento da degradação do colágeno, perda de células da córnea (ceratócitos), diminuição das ligações cruzadas de colágeno e enfraquecimento significativo da resposta tensão-deformação. Fatores que contribuem para a degeneração biomecânica incluem: genética, hábito de coçar os olhos, microtraumas por lentes de contato e atopia.
De acordo com a análise dos mapas SSI, a zona paracentral inferior apresenta o menor valor de rigidez (SSI = 0,833)3). Esta área coincide com o local de ocorrência comum do ceratocone, sugerindo que a fragilidade mecânica inata pode estar envolvida no desenvolvimento da doença.
SSI II (Mapa SSI) é uma nova tecnologia baseada em modelagem por elementos finitos e modelo de distribuição de fibras de colágeno, que visualiza a distribuição de rigidez da superfície da córnea em duas dimensões 2)3).
Tahsini et al. (2025) analisaram as mudanças na rigidez da córnea relacionadas à idade por região usando o mapa SSI. O endurecimento progride mais rapidamente em áreas já rígidas (periférica: 0,0058-0,0067/ano) e lentamente em áreas fracas (paracentral inferior: 0,0039/ano). Foi observada uma correlação muito alta (Pearson r = 0,96) entre SSI do olho direito e esquerdo 3).
Espera-se que o mapa SSI seja útil para entender os mecanismos de início e progressão do ceratocone e personalizar o tratamento com CXL. Aplicações de tratamento personalizado de acordo com a idade do paciente e região da córnea estão sendo antecipadas 3).
A introdução de técnicas de IA e aprendizado de máquina melhorou a precisão da detecção do ceratocone 2).
De acordo com a revisão de Wang et al. (2025), os algoritmos de IA alcançam cerca de 98% de precisão na detecção de ceratocone manifesto, mas apenas cerca de 90% no tipo subclínico, deixando risco de omissão 2).
Usando análise de floresta aleatória, as métricas do Pentacam HR e Corvis ST foram integradas, e foram relatadas especificidade de 93% e sensibilidade de 86% na classificação de ceratocone subclínico 2). O modelo de diagnóstico usando rede neural de retropropagação alcançou AUROC de 0,877, mostrando capacidade de detecção de FFKC superior ao CBI (0,610) e lesão cerebral traumática (0,659) 2).
O microscópio Brillouin atrai atenção como uma tecnologia que permite o mapeamento elástico tridimensional da córnea 1). Mostrou utilidade na avaliação por profundidade do efeito de cross-linking após CXL e na visualização da diminuição local da rigidez no ceratocone. A direção futura é melhorar a precisão da medição através da integração de IA e aplicação clínica prática 1).
O ceratocone ocorre binocularmente, mas um olho pode permanecer assintomático (FFKC/VAE-NT) 2). Estão sendo feitas tentativas de avaliar biomecanicamente o olho contralateral de pacientes com ceratocone clínico em um olho para prever o risco de início futuro. A lesão cerebral traumática mostrou alta sensibilidade de detecção em olhos VAE-NT, e a comparação entre os olhos pode ser uma pista para o diagnóstico precoce 2).
