Еtiology, pathogenesis, clinical picture and diagnosis of keratoconus (literature review)
Abstract
Keratoconus is a bilateral, progressive, asymmetric, genetically determined, degenerative-dystrophic disease of the cornea, which leads to thinning and a decrease in the local biomechanical strength of the cornea. Changes in the shape of the cornea lead to refractive errors and irregular astigmatism, a pronounced decrease in vision and the impossibility of selecting correction with glasses or soft contact lenses. There is a deterioration in the patient’s quality of life, his social maladjustment and limitation in professional activity.
Traditionally, the condition has been described as a non-inflammatory disorder; however, inflammatory factors have increasingly been implicated in the etiology of keratoconus. Keratoconus typically develops in the second and third decades of life and progresses into the fourth decade. The condition affects all ethnicities and both sexes. The prevalence and incidence of keratoconus are estimated to be between 0.2 and 4790 per 100,000 persons and 1.5 and 25 cases per 100,000 persons per year, respectively, with the highest rates typically occurring in people aged 20 to 30 years. Risk factors for the development of keratoconus include a family history of keratoconus, eye rubbing, eczema, asthma, and allergies. Detection of keratoconus in its earliest stages remains challenging. Corneal keratotopography and pachymetry performed on a Scheimpflug camera are the main diagnostic tools for detecting keratoconus. However, in the early stages, using a single criterion to diagnose keratoconus is insufficient, and corneal keratotopography is now commonly supplemented by corneal OCT, biomechanical studies, and aberrometry data.
This article provides a literature review.
About the Authors
L. Stolyarova
10-я городская клиническая больница
Belarus
Belarus
T. Imshanetskaya
ИПК и ПКЗ УО «Белорусский государственный медицинский университет»
Belarus
Belarus
D. Abelski
ООО «МедВайз» — Центр михрохирургии глаза VOKA
Belarus
Belarus
References
1. Sinjab, M. M. Keratoconus : a historical and prospective review / M. M. Sinjab // Oman Journal of Ophthalmology. — 2023. — Vol. 16, № 3. — P. 401—414.
2. Nottingham, J. Practical observations on conical cornea: and on the short sight, and other defects of vision connected with it / J. Nottingham. — London : J. Churchill, 1854. — 317 p.
3. Global consensus on keratoconus and ectatic diseases / J. A. Gomes, D. Tan, C. J. Rapuano [et al.] // Cornea. — 2015. — Vol. 34, № 4. — P. 359—369.
4. Rabinowitz, Y. S. Keratoconus / Y. S. Rabinowitz // Survey of Ophthalmology. — 1998. — Vol. 42, № 4. — P. 297—319.
5. Krachmer, J. H. Keratoconus and related noninflammatory corneal thinning disorders / J. H. Krachmer, R. S. Feder, M. W. Belin // Survey of Ophthalmology. — 1984. — Vol. 28, № 4. — P. 293—322.
6. Cytokine expression in keratoconus and its corneal microenvironment : a systematic review / R. P. L. Wisse, J. J. W. Kuiper, R. Gans [et al.] // The Ocular Surface. — 2015. — Vol. 13, № 4. — P. 272—283.
7. Ситник, Г. В. Нарушение гомеостаза глазной поверхности при кератоконусе / Г. В. Ситник, Ю. И. Степанова // Офтальмология. Восточная Европа. — 2024. — Т. 14, № 1. — С. 8—16.
8. Keratoconus staging by decades: a baseline ABCD classification of 1000 patients in the Homburg Keratoconus Center / E. Flockerzi, K. Xanthopoulou, S. C. Goebels [et al.] // The British Journal of Ophthalmology. — 2021. — Vol. 105, № 8. — P. 1069—1075.
9. Hwang, S. Prevalence and incidence of keratoconus in South Korea : a nationwide population-based study / S. Hwang, D. H. Lim, T. Y. Chung // American Journal of Ophthalmology. — 2018. — Vol. 192. — P. 56—64.
10. The prevalence and risk factors for keratoconus : a systematic review and meta-analysis / H. Hashemi, S. Heydarian, E. Hooshmand [et al.] // Cornea. — 2020. — Vol. 39, № 2. — P. 263—270.
11. Prevalence of keratoconus based on scheimpflug imaging: the Raine Study / E. Chan, E. W. Chong, G. Lingham [et al.] // Ophthalmology. — 2021. — Vol. 128, № 4. — P. 515—521.
12. Yee Onn Kok. Review: Keratoconus in Asia / Yee Onn Kok, Grace Feng Ling Tan, Seng Chee Loon // Cornea. — 2012. — Vol. 31, № 5. — P. 581—593.
13. Prevalence of keratoconus in paediatric patients in Riyadh, Saudi Arabia / E. A. Torres Netto, W. M. Al-Otaibi, N. L. Hafezi [et al.] // The British Journal of Ophthalmology. — 2018. — Vol. 102, № 10. — P. 1436—1441.
14. Keratoconus prevalence among high school students in New Zealand / A. Papali’i-Curtin, R. Cox, T. Ma [et al.] // Cornea. — 2019. — Vol. 38, № 11. — P. 1382—1389.
15. Differences in keratoconus as a function of gender / B. A. Fink, H. Wagner, K. Steger-May [et al.] // American Journal of Ophthalmology. — 2005. — Vol. 140, № 3. — P. 459—468.
16. Кератоконус у детей / Д. Е. Абельский, Г. В. Вашкевич, И. Г. Заборовский, Л. А. Столярова // Медицинские новости. — 2021. — № 12. — С. 58—61.
17. The genetic and environmental factors for keratoconus / A. Gordon-Shaag, M. Millodot, E. Shneor, Y. Liu // BioMed Research International. — 2015. — Vol. 2015. — URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2015/795738 (date of access: 08.03.2025).
18. Corneal morphologic characteristics in patients with Down syndrome / J. L. Alio, A. Vega-Estrada, P. Sanz [et al.] // JAMA Ophthalmology. — 2018. — Vol. 136, № 9. — P. 971—978.
19. Кански, Д. Д. Клиническая офтальмология : систематизированный подход / Д. Д. Кански ; пер. с англ.: К. С. Аветисов [и др.] ; под ред. В. П. Еричева. — 2-е изд. — Wrocław : Elsevier urban & Partner, 2009. — 933 с.
20. Genetic epidemiological study of keratoconus: evidence for major gene determination / Y. Wang, Y. S. Rabinowitz, J. I. Rotter, H. Yang // American Journal of Medical Genetics. — 2000. — Vol. 93, № 5. — P. 403—409.
21. Keratoconus and familial topographic corneal anomalies / D. Salabert, B. Cochener, F. Mage, J. Colin // Journal Francais d’Ophtalmologie. — 1994. — Vol. 17, № 11. — Р. 646—656.
22. Genome-wide association analyses identify multiple loci associated with central corneal thickness and keratoconus / Y. Lu, V. Vitart, K. P. Burdon [et al.] // Nature Genetics. — 2013. — Vol. 45, № 2. — P. 155—163.
23. Особенности иммунитета у больных кератоконусом / С. Н. Теплова, С. Н. Севостьянов, Л. Н. Тарасова, Е. Н. Горскова // Вестник офтальмологии. — 1996. — Т. 113, № 3. — С. 13—15.
24. The proteins of keratoconus: a literature Review exploring their contribution to the pathophysiology of the disease / E. Loukovitis, N. Kozeis, Z. Gatzioufas [et al.] // Advances in Therapy. — 2019. — Vol. 36, № 9. — P. 2205—2222.
25. Evidence of oxidative stress in human corneal diseases / R. Buddi, B. Lin, S. R. Atilano [et al.] // The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. — 2002. — Vol. 50, № 3. — Р. 341—351.
26. Marked reduction of alcohol dehydrogenase in keratoconus corneal fibroblasts / V. V. Mootha, J. M. Kanoff, J. Shankardas, S. Dimitrijevich // Molecular Vision. — 2009. — Vol. 15. — P. 706—712.
27. The association of HLA with young-onset keratoconus in Japan / W. Adachi, Y. Mitsuishi, К. Terai [et al.] // American Journal of Ophthalmology. — 2002. — Vol. 133, № 4. — P. 557—559.
28. Nationwide epidemiological approach to identify associations between keratoconus and immune-mediated diseases / J. L. J. Claessens, D. A. Godefrooij, G. Vink [et al.] // The British Journal of Ophthalmology. — 2022. — Vol. 106, № 10. — P. 1350—1354.
29. The association of keratoconus with immune disorders / A. Y. Nemet, S. Vinker, I. Bahar, I. Kaiserman // Cornea. — 2010. — Vol. 29, № 11. — P. 1261—1264.
30. Mcmonnies, C. W. Keratoconus, allergy, itch, eye-rubbing and hand-dominance / C. W. Mcmonnies, G. C. Boneham // Clinical and Experimental Optometry. — 2003. — Vol. 86, № 6. — P. 376—384.
31. Bawazeer, A. M. Atopy and keratoconus: a multivariate analysis / A. M. Bawazeer, W. G. Hodge, B. Lorimer // British Journal of Ophthalmology. — 2000. — Vol. 84, № 8. — P. 834—836.
32. Association between atopic keratoconjunctivitis and the risk of keratoconus / Shih-Feng Weng, Ren-Long Jan, Jhi-Joung Wang [et al.] // Acta Ophthalmologica. — 2021. — Vol. 99, № 1. — DOI: 10.1111/aos.14509.
33. Keratoconus frequency and associated risk factors among patients younger than 18 years with significant refractive errors / N. A. Sarria Calderon, C. J. Martinez Cordoba, J. A. Pinedo Agudelo [et al.] // Cornea. — 2024. — Vol. 43, № 5. — P. 585—590.
34. Relevance of IgE, allergy and eye rubbing in the pathogenesis and management of Keratoconus / P. Ahuja, Z. Dadachanji, R. Shetty [et al.] // Indian Journal of Ophthalmology. — 2020. — Vol. 68, № 10. — P. 2067—2074.
35. Kenney, M. C. The cascade hypothesis of keratoconus / M. C. Kenney, D. J. Brown // Contact Lens and Anterior Eye. — 2003. — Vol. 26, № 3. — P. 139—146.
36. Jafri, B. Asymmetric keratoconus attributed to eye rubbing / B. Jafri, H. Lichter, R. D. Stulting // Cornea. — 2004. — Vol. 23, № 6. — P. 560—564.
37. Korb, D. L. Prevalence and characteristics of eye-rubbing for keratoconic and non-keratoconic subjects / D. R. Korb, C. D. Leahy, J. V. Greiner // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 1991. — Vol. 32, № 4. — P. 884.
38. EMMPRIN and MMP1 in keratoconus / H. P. S. Seppala, M. Maatta, M. Rautia [et al.] // Cornea. — 2006. — Vol. 25, № 3. — P. 325—330.
39. Subclinical keratoconus and inflammatory molecules from tears / I. Lema, T. Sobrino, J. A. Duran [et al.] // The British Journal of Ophthalmology. — 2009. — Vol. 93, № 6. — P. 820—824.
40. Balasubramanian, S. A. Effects of eye rubbing on the levels of protease, protease activity and cytokines in tears: relevance in keratoconus / S. A. Balasubramanian, D. C. Pye, M. D. P. Willcox // Clinical and Experimental Optometry. — 2013. — Vol. 96, № 2. — P. 214—218.
41. Kallinikos, P. On the etiology of keratocyte loss during contact lens wear / P. Kallinikos, N. Efron // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 2004. — Vol. 45, № 9. — P. 3011—3020.
42. Effects of contact lens wearing on keratoconus: a confocal microscopy observation / S. Ghosh, H. A. Mutalib, Sharanjeet-Kaur [et al.] // International Journal of Ophthalmology. — 2017. — Vol. 10, № 2. — P. 228—234.
43. Risk factors for keratoconus in Israel : a case-control study / A. Gordon-Shaag, M. Millodot, I. Kaiserman [et al.] // Ophthalmic & Physiological Optics. — 2015. — Vol. 35, № 6. — P. 673—681.
44. Incidence and severity of keratoconus in Asir province, Saudi Arabia / A. A. Assiri, B. I. Yousuf, A. J. Quantock, P. J. Murphy // British Journal of Ophthalmology. — 2005. — Vol. 89, № 11. — P. 1403—1406.
45. Prevalence and associations of keratoconus in rural maharashtra in central India: the central India eye and medical study / J. B. Jonas, V. Nangia, A. Matin [et al.] // American Journal of Ophthalmology. — 2009. — Vol. 148, № 5. — P. 760—765.
46. Kennedy, R. H. A 48-year clinical and epidemiologic study of keratoconus / R. H. Kennedy, W. M. Bourne, J. A. Dyer // The American Journal of Ophthalmology. — 1986. — Vol. 101, № 3. — P. 267—273.
47. Incidence and prevalence of keratoconus in Denmark / K. Nielsen, J. Hjortdal, E. A. Nohr, N. Ehlers // Acta Ophthalmologica Scandinavica. — 2007. — Vol. 85, № 8. — P. 890—892.
48. Analysis of corneal aldehyde dehydrogenase patterns in pathologic corneas / Т. D. Gondhowiardjo, N. J. van Haeringen, H. J. Volker-Dieben [et al.] // Cornea. — 1993. — Vol. 12, № 2. — P. 146—154.
49. Ultraviolet radiation-induced corneal degeneration in 129 mice / K. M. Newkirk, H. L. Chandler, A. E. Parent [et al.] // Toxicologic Pathology. — 2007. — Vol. 35, № 6. — P. 819—826.
50. Cellular incursion into Bowman’s membrane in the peripheral cone of the keratoconic cornea / T. Sherwin, N. H. Brookes, I. P. Loh [et al.] // Experimental Eye Research. — 2002. — Vol. 74, № 4. — P. 473—482.
51. In vivo confocal microscopy of the human cornea / I. Jalbert, F. Stapleton, E. Papas [et al.] // The British Journal of Ophthalmology. — 2003. — Vol. 87, № 2. — P. 225—236.
52. Second-harmonic imaging microscopy of normal human and keratoconus cornea / N. Morishige, A. J. Wahlert, M. C. Kenney [et al.] // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 2007. — Vol. 48, № 3. — P. 1087—1094.
53. Collagen fibrils and proteoglycans of peripheral and central stroma of the keratoconus cornea — ultrastructure and 3D transmission electron tomography / A. Alkanaan, R. Barsotti, O. Kirat [et al.] // Scientific reports. — 2019. — Vol. 9, № 1. — URL: https://www.nature.com/articles/s41598-019-56529-1 (date of access: 08.03.2025).
54. Севостьянов, Е. Н. Кератоконус плюс / Е. Н. Севостьянов, Е. Н. Горскова. — Челябинск : ПИРС, 2006. — 148 с.
55. Подтынных, Е. В. Современные представления об этиопатогенезе и методах диагностики кератоконуса (обзор литературы) / Е. В. Подтынных, Л. А. Басинская, Е. Н. Комаровских // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2015. — № 12. — С. 188—196.
56. Inflammation in Keratoconus / R. Shetty, P. Khamar, G. Kundu [et al.] // Keratoconus. Diagnosis and Management / ed. by L. Izquierdo, M. Henriquez, M. Mannis. — Elsevier, 2023. — P. 159—168.
57. Asymmetry in keratoconus and vision-related quality of life / L. A. Jones-Jordan, J. J. Walline, L. T. Sinnott [et al.] // Cornea. — 2013. — Vol. 32, № 3. — P. 267—272.
58. Unilateral keratoconus: incidence and quantitative topographic analysis / D. R. Holland, N. Maeda, S. B. Hannush [et al.] // Ophthalmology. — 1997. — Vol. 104, № 9. — P. 1409—1413.
59. Longitudinal study of the normal eyes in unilateral keratoconus patients / X. Li, Y. S. Rabinowitz, K. Rasheed, H. Yang // Ophthalmology. — 2004. — Vol. 111, № 3. — P. 440—446.
60. Аветисов, С. Э. Кератоконус: этиологические факторы и сопутствующие проявления / С. Э. Аветисов, И. А. Новиков, Л. С. Патеюк // Вестник офтальмологии. — 2014. — Т. 130, № 4. — С. 110—116.
61. Каспарова, Е. А. Ранняя диагностика, лазерное и хирургическое лечение кератоконуса : автореф. дис. ... д-ра мед. наук : 14.00.08 / Каспарова Елизавета Аркадьевна ; НИИ глаз. болезней Рос. акад. мед. наук, Мед. науч. офтальмол. центр «Новый взгляд». — М., 2003. — 39 с.
62. Presence of Fleischer ring and prominent corneal nerves in keratoconus relatives and normal controls / A. Kriszt, G. Losonczy, A. Berta, L. Takacs // International Journal of Ophthalmology. — 2015. — Vol. 8, № 5. — P. 922–927.
63. Presence of Fleischer ring and prominent corneal nerves in keratoconus relatives and normal controls / A. Kriszt, G. Losonczy, A. Berta, L. Takacs // International Journal of Ophthalmology. — 2015. — Vol. 8, № 5. — P. 922—927.
64. Naderan, M. Clinical biomicroscopy and retinoscopy findings of keratoconus in a Middle Eastern population / M. Naderan, A. Jahanrad, M. Farjadnia // Clinical & Experimental Optometry. — 2018. — Vol. 101. — P. 46—51.
65. Repeatability and reproducibility of central corneal thickness measurements with Pentacam, Orbscan and ultrasound / B. Lackner, G. Schmidinger, S. Pieh [et al.] // Optometry and Vision Science. — 2005. — Vol. 82, № 10. — P. 892—899.
66. Пахиметрия роговицы у пациентов с кератоконусом / Л. А. Столярова, Т. А. Имшенецкая, Д. Е. Абельский, И. Г. Заборовский // Здравоохранение. — 2021. — № 7. — С. 55—59.
67. Demographic profile, clinical, and topographic characteristics of keratoconus patients attending at a tertiary eye center / S. Rafati, H. Hashemi, P. Nabovati [et al.] // Journal of Current Ophthalmology. — 2019. — Vol. 31, № 3. — P. 268—274.
68. Automated keratoconus screening with corneal topography analysis / N. Maeda, S. D. Klyce, M. K. Smolek, H. W. Thompson // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 1994. — Vol. 35, № 6. — P. 2749—2757.
69. Saad, A. Topographic and tomographic properties of forme fruste keratoconus corneas / A. Saad, D. Gatinel // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 2010. — Vol. 51, № 11. — P. 5546—5555.
70. Schlegel, Z. Comparison of and correlation between anterior and posterior corneal elevation maps in normal eyes and keratoconussuspect eyes / Z. Schlegel, T. Hoang-Xuan, D. Gatinel // Journal of Cataract and Refractive Surgery. — 2008. — Vol. 34, № 5. — P. 789—795.
71. OCULUS Pentacam Interpretation Manual. — Wetzlar : Oculus. — URL: https://www.manualslib.com/products/Oculus-Pentacam-4938150.html (date of access: 08.03.2025).
72. Григорян, А. В. Кератотопографические индексы в диагностике и классификации кератоконуса : дис. … канд. мед. наук : 14.01.07 / Григорян Анаит Вячеславовна ; Рос. мед. акад. непрерыв. проф. образования. — М., 2019. — 101 л.
73. Reinstein, D. Z. Corneal epithelial thickness profile in the diagnosis of keratoconus / D. Z. Reinstein, T. J. Archer, M. Gobbe // Journal of Refractive Surgery. — 2009. — Vol. 25, № 7. — P. 604—610.
74. Subclinical keratoconus detection by pattern analysis of corneal and epithelial thickness maps with optical coherence tomography / Y. Li, W. Chamberlain, O. Tan [et al.] // Journal of Cataract and Refractive Surgery. — 2016. — Vol. 42, № 2. — P. 284—295.
75. Столярова, Л. А. Картирование эпителия роговицы в норме и при кератоконусе с применением оптической когерентной томографии / Л. А. Столярова, Т. А. Имшенецкая, Д. Е. Абельский // Здравоохранение. — 2023. — № 7. — С. 63—68.
76. Corneal epithelial thickness mapping by Fourier-domain optical coherence tomography in normal and keratoconic eyes / Yan Li, Ou Tan, R. Brass [et al.] // Ophthalmology. — 2012. — Vol. 119, № 12. — P. 2425—2433.
77. New keratoconus staging system based on OCT / N. J. Lu, F. Hafezi, C. Koppen [et al.] // Journal of Cataract and Refractive Surgery. — 2023. — Vol. 49, № 11. — P. 1098—1105.
78. Value of corneal epithelial and Bowman’s layer vertical thickness profles generated by UHROCTforsub-clinical keratoconus diagnosis / Zhe Xu, Jun Jiang, Chun Yang [et al.] // Scientifc Reports. — 2016. — Vol. 6. — URL: https://doi.org/10.1038/srep31550 (date of access: 08.03.2025).
79. Characteristic of entire corneal topography and tomography for the detection of sub-clinical keratoconus with Zernike polynomials using Pentacam / Zhe Xu, Weibo Li, Jun Jiang [et al.] // Scientific Reports. — 2017. — Vol. 7, № 1. — DOI: 10.1038/s41598-017-16568-y.
80. Naderan, M. Ocular, corneal, and internal aberrations in eyes with keratoconus, forme fruste keratoconus, and healthy eyes / M. Naderan, A. Jahanrad, M. Farjadnia // International Ophthalmology. — 2018. — Vol. 38, № 4. — P. 1565—1573.
81. Saad, A. Evaluation of total and corneal wavefront high order aberrations for the detection of forme fruste keratoconus / A. Saad, D. Gatinel // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 2012. — Vol. 53, № 6. — P. 2978—2992.
82. Biomechanical characterization of subclinical keratoconus without topographic or tomographic abnormalities / R. Vinciguerra, R. Ambrosio, C. J. Roberts [et al.] // Journal of Refractive Surgery. — 2017. — Vol. 33, № 6. — P. 399—407.
83. Бикбов, М. М. Эктазии роговицы: (патогенез, патоморфология, клиника, диагностика, лечение) / М. М. Бикбов, Г. М. Бикбова. — М. : Офтальмология, 2011. — 162 с.
84. Егорова, Г. Б. Морфологические изменения при кератоконусе: интерпретация результатов конфокальной микроскопии роговицы / Г. Б. Егорова, А. А. Федоров, И. А. Новиков // Современные технологии в медицине. — 2018. — Т. 10, № 3. — С. 130—138.
85. Колединцев, М. Н. Клинико-экспериментальная разработка системы скринингового анализа слезной жидкости для диагностики, прогноза и контроля эффективности проводимого лечения при различных формах патологии глаз : автореф. дис... д-ра мед. наук : 14.00.08 : 14.00.16 / Колединцев Михаил Николаевич ; Моск. гос. мед.-стоматол. ун-т, Межотр. науч.-техн. комплекс «Микрохирургия глаза». — М., 2005. — 50 с.
86. Ситник, Г. В. Биохимические маркеры в слезной жидкости пациентов при кератоконусе: результаты ROC-анализа / Г. В. Ситник, Ю. И. Степанова // Офтальмология. Восточная Европа. — 2023. — Т. 13, № 3. — С. 215—226.
87. Biomechanical characterization of keratoconus corneas ex vivo with brillouin microscopy / G. Scarcelli, S. Besner, R. Pineda, S. H. Yun // Investigative Ophthalmology & Visual Science. — 2014. — Vol. 55, № 7. — P. 4490—4495.
88. Depth-Dependent Corneal Biomechanical Properties in Normal and Keratoconic Subjects by Optical Coherence Elastography / V. S. De Stefano, M. R. Ford, I. Seven, W. J. Dupps // Translational Vision Science & Technology. — 2020. — Vol. 9, № 7. — DOI: 10.1167/tvst.9.7.4.
89. Jesus, D. A. Assessment of corneal properties based on statistical modeling of OCT speckle / D. A. Jesus, D. R. Iskander // Biomedical Optics Express. — 2017. — Vol. 8, № 1. — P. 162—176.
90. Kramer, E. AvaGen genetic testing: the latest tool in early detection for keratoconus / E. Kramer. — USA : Weston Contact Lens Institute, 2021. — URL: https://www.westoncontactlens.com/avagen-genetic-testing-the-latest-tool-in-early-detection-for-keratoconus/ (date of access: 08.03.2025).
Review
For citations:
Stolyarova L., Imshanetskaya T., Abelski D. Еtiology, pathogenesis, clinical picture and diagnosis of keratoconus (literature review). Healthcare. 2025;(6):29-49. (In Russ.)
Views:
13
Email this article 