모두 60~70대 사이의 연령이었다. 각막상피층은 크고 방추형의 상피세포가 관찰되며, 증가된 세포핵 음영이 관찰되었다. 각막기질은 고반사를 띄며 정상에 비해 각막간질세포 밀도가 감소하였다. 각막이식술 후기 재생된 상피층하 신경섬유는 구불하며 분지 형태가 감소하고 길이가 짧아져 있었다. 내피세포층은 밝은 세포핵과 감소된 육각형세포 비율, 다수의 다핵세포를 관찰할 수 있었다.
결론: 전층각막이식술 10년 이상 지난 후에도 이식각막은 각막 전층에서 정상각막과 차이를 보였다.
<대한안과학회지 2009;50(5):779-784>
￭ 접 수 일: 2008년 6월 13일 ￭ 심사통과일: 2008년 12월 23일
￭ 통 신 저 자: 이 종 수
부산광역시 서구 구덕로 305 부산대학교병원 안과
Tel: 051-240-7323, Fax: 051-242-7341 E-mail: [email protected]
* 본 논문의 요지는 2008년 대한안과학회 제99회 춘계학술대회에서 포스터로 발표되었음.
각막이식 후 이식각막의 상태 및 예후 판정을 위해 세극등 현미경검사, 경면현미경검사, 초음파 각막두께측정계, Orb- scan 등을 이용한 각막두께 측정, 각막내피세포검사 등이 시행 가능하다.1그러나 이 검사방법들은 이식각막의 거부 반응의 진행 정도 및 상태, 예후를 예측하기 어렵고, 오랜 기간이 지난 뒤 비가역적인 각막상태가 되고 난 후에야 비로 소 진단되는 경우가 많다. 따라서 비침습적인 공초점현미경 (Confocal microscopy, ConfoScan 4.0, Fortune Techno- logy, Italy)을 이용하면, 각막이식환자의 경우 이식각막의 병리나 형태학적 변화를 조속한 시일 내 고찰이 가능하기에 임상적 유용성이 매우 높다. 국내에는 전층각막이식술 후 장기간 시간이 경과한 다음 공초점현미경에 의한 이식 각 막의 형태학적 소견에 대해 거의 보고가 없기에 저자들은 수술 받고 10년 이상 시간이 경과한 이식각막을 대상으로 공초점현미경을 이용하여 형태학적 변화를 알아보았다.
증례보고
본원에서 전층각막이식술을 시행받았으며, 이식 거부반 응을 보이지 않았고 10년 이상 경과관찰 가능했던 60대
남자 2명, 70대 여자 1명을 대상으로 공초점현미경을 이용 하여 정상 각막세포와 비교, 관찰하고자 하였다. 안과수술 의 병력이 없으며, 세극등검사상 외안부 질환이 없는 동일 한 환자의 반대안을 대조군으로 하였다.
검사방법으로는 점안마취제로 프로파라케인(proparacaine hydrochloride 0.5%, Alcon,Ft. Worth, TX)을 점안한 후, 각막의 중심이 confocal machine의 중심에 오도록 눈높이를 조절하였다. ConfoScan 4.0의 대물렌즈를 70% isopropyl alcohol을 사용하여 깨끗이 닦고, ViscoTears Gel (0.2%
acido poliacrilic, CIBA Ophthalmicus, Macron, Italy)을 한 방울 묻혀 각막의 중심부에 있는 상피층에 접촉시키고 joy stick을 이용하여 각막 전 층을 1초당 32 micron씩 이 동하면서 단면상을 관찰하였다. ConfoScan 4.0을 이용하여 약 40배의 objective magnification으로 검사가 가능하였으 며, 한 번 검사할 때마다 약 350 images가 측정되어 원하는 layer의 이미지를 많이 얻을 수 있었다. 또한 optical slice thickness를 약 5~10 micron로 유지하였다. 검사 완료 후 영상은 NAVIS software의 Digital Video Recorder (DVR)에 저장이 되어 언제나 자료가 필요할 경우 사용할 수 있었다.
모든 검사는 숙련된 한 명의 검사자에 이루어졌으며, 각 막의 각 부위, 각막상피층(상피세포와 날개세포), 보우만막, 기질세포(전반부 및 후반부), 데스메막, 내피세포층으로 나 누어 세포의 형태변화를 관찰하였다.
정상안의 경우, 각막상피층은 밝은 세포핵을 가진 상피 표면세포와 일정한 형태의 세포경계를 보이는 날개세포, 상 피층하의 신경망을 관찰할 수 있었다. 보우만막은 무정형의 막 형태로 수직선상의 주름형태 음영이 관찰되었다. 기질세 포층의 경우, 각막기질세포는 보우만막 바로 아래에서 가장
A B
Figure 1.Corneal epithelial layer images of normal human (A) and penetrating keratoplasty patient (B) digitalized directly from confocal microscopy through focusing scan (case 2). (A) normal epithelial cells. (B) abnormally elongated epithelial cells (arrow) were found in the cornea after PKP. The nucleus of epithelial cells was more prominent.
A B
Figure 2.Corneal subbasal nerve plexus images of normal eye (A) and penetrating keratoplasty eye (B) digitalized directly from confocal microscopy through focusing scan (case 1). (A) normal subbasal nerve fibers. (B) abnormal subbasal nerve regeneration in the peripheral cornea after PKP. There were markedly increased nerve fiber tortuosity(arrows), beading, reduced branching pattern, and shorter nerve length.
밀도가 높으며, 심부로 갈수록 각막기질세포간의 간격이 넓 어지면서, 핵의 형태가 길어졌다. 내피세포층은 육각형의 균일한 모자이크 형태를 나타내었다.
첫 번째 증례는 70세 여자 환자로 14년 전 좌안을 못에 수상하여 전층각막이식술 시행 받은 병력이 있었다. 반대안 은 위수정체안 외 특이소견 없었으며, 좌안은 백내장, 고도 근시가 있었다. 최대 교정시력은 우안 0.5, 좌안 0.16이었 다. 공초점현미경 검사상 신경 섬유는 정상안에 비해 각막 이식안에서 신경섬유가 가늘고 구불구불하며 특징적인 염 주알 모양이 관찰되었다(Fig. 2). 내피세포층은 정상에 비 해 세포크기가 크며 육각형세포의 비율 및 밀도가 감소하 였다. 또한 다핵세포가 정상 각막에 비해 흔하게 발견되었
으며, 세포가 얇아지고, 핵의 구조와 기능이 변하여 세포핵 이 더 밝게 관찰되었다(Fig. 5). 동일한 환자에서 각막이식 안의 내피세포 밀도는 2,057 cell/mm2로 정상적인 반대안 의 내피세포 밀도 2,998 cell/mm2보다 현저하게 낮게 측정 되었다.
두 번째 증례는 60세 남자로 11년 전 유리파편에 좌안 수상하여 좌안 각막열상, 외상성백내장으로 일차봉합술, 수정체절제술, 유리체절제술 시행받은 병력이 있는 환자로 10년 전 좌안 전층각막이식술, 인공수정체 삽입술 및 공막 고정술을 시행받았다. 최대교정시력은 우안 1.0, 좌안 0.1 이었으며, 우안에는 다른 병력이 없었다. 이식각막의 각막 상피층은 정상 각막보다 크고 불규칙적인 방추형의 상피세
A B
Figure 3. Confocal microscopic images of 10 years after penetrating keratoplasty (case 2). All images are taken from a 60-year-old man (case 2). (A) normal anterior stroma. (B) activated keratocytes were apparent in anterior stroma. The hyper-reflectivity of activated keratocytes contributes to significant levels of corneal haze.
Keratocytes with visible cytoplasm were prominent in the anterior part of the stroma. Reflective structures (arrows) represent the cytoplasmatic protrusions of an interconnected meshwork of keratocytes.
A B
Figure 4. Confocal microscopic images of 10 years after penetrating keratoplasty (case 2). All images are taken from a 60-year-old man (case 2). (A) normal posterior stroma. (B) the keratocytes displayed irregular morphology and lower cell density than normal cornea. Because of corneal edema, hyporeflective folding lesions (arrows) were found on confocal microscopy.
포가 관찰되며, 세포핵의 음영이 증가하는 소견을 보였다 (Fig. 1). 좌안의 전반부 각막기질세포 밀도는 420 cell/mm2, 정상적인 반대안에서는 665 cell/mm2이고, 후반부 각막기 질세포 밀도는 각각 220 cell/mm2, 411 cell/mm2로 각막이 식안에서 기질세포밀도가 낮게 관찰되었다(Fig. 3, 4). 좌 안에는 염주알 모양을 보이는 짧은 신경섬유가 현저히 관 찰되었으며, 내피세포 또한 우안에 비해 불규칙적이고 큰 모양을 보였다.
세 번째 증례는 61세 남자환자로 17년 전 우안에 화학가 스에 노출되어 각막 혼탁이 있었으며, 12년 전 우안 각막이
식술을 시행 받은 병력이 있었다. 10년 전 우안 수정체유화술, 인공수정체 삽입술을 시행 받았으며, 좌안은 특이병력이 없 었다. 최대교정시력은 우안 0.5, 좌안 1.0으로 확인되었다.
위의 증례와 유사하게 다각형 모양의 내피세포층, 세포 밀 도가 감소된 각막기질층이 나타났으나, 날개세포층에서는 이상 소견은 관찰되지 않았다.
위의 증례에서 전층각막이식술 후 10년 이상 지난 후 공 초점현미경상 공통적인 이식각막의 이상소견을 발견할 수 있었다. 각막상피층은 크고 방추형의 상피세포가 관찰되었 다. 각막기질은 각막기질세포의 활성화로 고반사를 나타내
A B
Figure 5. Corneal endothelial images of normal eye (A) and penetrating keratoplasty eye (B) digitalized directly from confocal microscopy through focusing scan in the same patient (case 1). (A) Normal endothelial cell density (2,998 cell/mm2). (B) Endothelial cell density and hexagonal cell density were decreased after penetrating keratoplasty (PKP). Multinucleated cells (white arrows) were seen in a case of PKP. The endothelial cell density was decreased to lower than normal endothelial cell density (2,057 cell/mm2). Corneal guttae (hollow arrow) appeared as roundish hyporeflective images.
었으며, 이는 심층보다 표층에서 현저하였다. 또한 핵 크기는 다양하고 불규칙적인 형태를 보였고, 부분적인 각막기질의 부종이 관찰되면서, 각막기질세포의 밀도가 정상각막에 비 해 감소하였다. 각막이식술 후 술 후 초기에 비하여 신경섬 유가 재생되고, 재생된 신경섬유는 가늘고 구불구불하며 분 지 형태가 감소하고, 신경의 길이가 짧게 관찰되었다. 각막 내피세포는 육각형 세포의 비율이 감소하며 다양한 모양과 다핵세포를 흔히 볼 수 있었다.
고 찰
공초점현미경은 비침습적인 방법으로 각막의 전층의 형 태학적 소견을 나타낼 수 있으며, 각막 내피 변화, 실질 퇴 행성 질환, 각막 침착물, 염증, 외상성 질환까지 다양한 각 막질환 평가에 유용하다.2 특히 전층각막이식술 후 이식각 막의 장기적 경과 관찰시 이식각막의 상태나 조직의 손상에 대한 평가가 경면현미경검사나 세극등현미경검사만으로는 한계가 있기에, 각막의 각 층별 형태학적인 조직변화 즉, 각 막상피층, 보우만막, 기질세포, 데스메막, 내피세포층에 대한 검사로 공초점현미경이 임상적으로 용이하게 사용될 수 있 다. 이에 저자들은 전층각막이식술 후 10년 이상 경과한 환 자들을 대상으로 공초점현미경을 이용, 다른 안과적 질환이 없는 동일한 환자의 반대안과 비교하여 각막의 형태학적 변화를 관찰하고 문헌고찰과 함께 보고하는 바이다.
정상각막 기질층의 공초점현미경 소견을 살펴보면 밝게 관찰되는 기질세포핵과 대조적으로 어두운 주위 기질로 이
루어지고, 기질세포밀도는 보우만막 바로 아래가 가장 높으 며, 후반부로 갈수록 밀도가 감소한다. 기질층의 신경은 분 지하는 양상을 보이면서 상피하층 신경보다 두께가 두껍게 관찰된다. 내피세포층은 균일한 육각형의 밝은 핵이 관찰되 며 데스메막 바로 후방에 위치한다.3-5
이에 비해 전층각막이식 후 공초점현미경소견은 Szaflik et al6에 의하면 상피층에서 상피의 부종과 상피 변성, 간질선, 데스메막 주름이 가장 흔히 발견되는 각막이식편의 형태학적 변화라 보고하였다. 각막상피층의 흔한 소견으로 Hollingsworth et al7은 불규칙하게 배열된 큰 상피세포핵을 보고하였고.
이는 덱스트란에 각막이 저장되는 동안 부종감소에 의한 것으로 추정된다. 또한 길쭉한 방추형의 상피세포도 발견되 는데, 이는 상처회복을 나타내는 일련의 과정으로 설명된다고 주장하였다.
전층각막이식술은 이식각막의 완전한 감각신경차단을 야기하여 이식술 후 초기 신경의 퇴행이 발생한다. 따라서 각막상피층하 신경섬유의 밀도와 신경분지 감소가 관찰되며, 이들의 재생은 굴절수술 후 신경재생보다 느리다.8 아마도 이는 각막조직에 분포하는 신경의 분지를 부분적으로 손상 시키는 각막굴절수술보다는 전층각막이식술의 경우 신경 손상이 심하기에 나타나는 현상으로 생각된다. 신경섬유의 재생속도는 절개의 깊이나 범위가 작을수록 재생이 원활히 일어나는데, 재생되는 상피하 신경섬유는 구불구불하고 분 지형태가 적으며 길이가 짧은 것이 특징이다.9
각막기질 부위에서는 각막기질세포가 활성화되어 고반 사를 띄며 빛을 산란시켜 각막의 투명도가 떨어지는 것으로
소견을 본 증례를 통하여 관찰할 수 있었다. 본 증례의 경 우에서 각막기질세포내의 선상의 어두운 음영을 발견할 수 있었고, 이는 각막부종으로 인한 것으로 사료된다.
각막내피세포밀도는 정상노화과정에서 각막내피세포밀도 가 감소하는데 본 증례에서는 이식각막에서 반대안에 비해낮 은 수의 각막내피세포를 관찰할 수 있었다. Bourne et al12에 따르면 각막이식술 후 내피세포 밀도감소 속도는 4.2%/년 으로 정상인의 0.6%/년, 백내장수술 후 2.5%/년 보다 현저 히 빠르다 보고하였다. 이처럼 정상이나 백내장 술 후 보다 각막이식술 후 내피세포밀도의 감소 속도가 빠른 원인으로 면역학 및 염증반응을 들 수 있다. 면역학적 원인으로는 자 가각막이식이 동종각막이식에 비해 각막내피세포 소실이 적게 나타나는 것과 같이 동종각막이식인 경우 원래의 각 막조직에 대한 면역학적 특권이 없어져 나타나는 현상으로 설명하고 염증반응의 원인으로는 또한 각막이식 후 오랜 기간 동안 각막이식안에서 정상이나 백내장 술 후보다 전방 염증이 자주 관찰되기에 염증반응이 직접적인 각막 내피세 포의 감소 원인으로 생각된다.13,14
1986년 Ikebe et al15의 보고에 의하면 정상 각막에는 다 핵세포의 내피는 흔하지 않으며, 이러한 다핵세포는 내피의 손상을 반영한다고 하였다. 이러한 세포들은 정상세포에 비 해 2배에서 20배의 크기를 나타낼 수 있으며, 모양 또한 불 규칙적이다. 다핵세포는 무사분열로 핵의 분리된다는 가설과 외부 스트레스에 의한 인접세포간의 융합으로 다핵세포가 생긴다는 가설이 있다.16 저자들의 경우도 전층각막이식 후 각막의 내피층에서 다수의 다핵세포를 관찰할 수 있었다.
따라서 외부 스트레스에 의한 인접세포간의 보상작용으로 다핵세포가 발현함을 추정할 수 있다.
저자들은 전층각막이식수술 후 각막의 형태학적 변화를 공초점현미경을 이용하여 정상각막과 비교하였으며, 이식 각막의 각막실질세포의 활성화, 신경재생의 변화, 내피세포의 변화 등 각막 전층에서 정상각막과 차이를 관찰할 수 있었다.
향후 공초점현미경의 더 많은 증례와 장기적인 관찰을 통한 자료수집과 검증이 이루어진다면, 전층각막이식수술 후
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=ABSTRACT=
Confocal Microscopic Findings of Transplanted Cornea 10 Years After Penetrating Keratoplasty
Na Mi Kim, MD, Min Kyu Shin, MD, Su Jin Kim, MD, Jong Soo Lee, MD, PhD
Department of Ophthalmology, School of Medicine, Pusan National University Hospital, Busan, Korea
Purpose: To examine the morphological characteristics of the transplanted cornea in patients who received penetrating keratoplasty at least 10 years previously prior.
Case summery: Each layer of the transplanted cornea of patients who received penetrating keratoplasty 10 years previously prior was examined with a confocal microscope (ConfoScan 4.1, Fortune Technology, Italy). Cross-sectioned corneal images of the corneal epithelium, Bowman’s layer, stromal layer, Descement’s membrane, and endothelium were evaluated and compared with the normal fellow other eye. A total of three eyes from three subjects between the ages of 60 and 70 years were examined. The epithelial cells had large cell borders, and a spindle shaped, and a highly reflective nucleus. The keratocytes were highly reflective and the density of keratocytes was lower than that in the normal cornea. The regenerated nerve fibers were markedly altered, as characterized by increased nerve tortuosity, reduced branching patterns, and shorter nerve lengths. In the endothelial cell layer, a bright nucleus, a reduced ratio of hexagonal cells, and several multinuclear cells were observed.
Conclusions: Even 10 years after penetrating keratoplasty, the entire transplanted cornea is morphologically different from the normal cornea.
J Korean Ophthalmol Soc 2009;50(5):779-784
Key Words: Confocal microscopy, Penetrating keratoplasty
Address reprint requests to Jong Soo Lee, MD, PhD
Department of Ophthalmology, Pusan National University Hospital
#1 10-29 Ami-dong, Seo-gu, Busan 602-739, Korea
Tel: 82-51-240-7323, Fax: 82-51-242-7341, E-mail: [email protected]
