Messung der okularen Rigidität an enukleierten

Schweinsaugen

Besondere Lernleistung im Fach Biologie

Jugend forscht 2009

vorgelegt von

Marcel Kitsche

aus Strehla

Werner-Heisenberg-Gymnasium Riesa

Riesa / Dresden Januar 2009

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Inhaltsverzeichnis Seite

Einleitung 4

1 Grundlagen 5

1.1 Das Auge – Allgemeines 5

1.1.1 Der Aufbau des menschlichen Auges 5

1.1.2 Schichtung des Auges 6

1.1.2.1 Die äußere Augenhaut 6

1.1.2.1.1 Die Hornhaut 6

1.1.2.1.2 Die Lederhaut 7

1.1.2.2 Die mittlere Augenhaut 8

1.1.2.3 Die innere Augenhaut 9

1.2 Die Rigidität 9

1.2.1 Geschichtliche Entwicklung der Messung und Berechnung der Rigidität 10

1.2.2 Nutzen der Rigiditätsbestimmung 13

2 Material und Methode - Untersuchungen an Schweineaugen 14

2.1 Versuchsaufbau 14

2.2 Vorüberlegungen und Voruntersuchungen 16

2.3 Funktionsweise – Beschreibung am nicht präparierten Auge 16

2.4 Das Kollagen 17

3 Ergebnisse 19

3.1 Unbehandelte Kontrollaugen 19

3.2 Verfestigung des Augengewebes 20

3.2.1 Durch Nitroethanol 20

3.2.2 Durch UVA/Riboflavin 21

3.2.3 Durch Formaldehyd 23

3.2.3.1 Obere äquatoriale Hälfte 23

3.2.3.2 Vollständiges Auge 24

3.3 Reduktion der Festigkeit des Augengewebes durch Salzsäure und

Kollagenase

25

4 Diskussion 26

5 Zusammenfassung 27

3

6 Danksagung 28

7 Selbstständigkeitserklärung 29

8 Quellenverzeichnis 30

9 Literaturverzeichnis 35

10 Anlagenverzeichnis 37

4

Einleitung

Die Behandlungsmethoden in der Augenheilkunde gegen das Glaukom, die altersbedingte

Makuladegeneration oder die Festigkeitszunahme der Augenhülle im Alter sind noch lange

nicht ausgereift. Es wird ständig versucht, die derzeitigen Therapien, bestehend aus

Medikamenten und / oder Lasereinsatz, durch bessere Verfahren zu ersetzen.

Eine Festigkeitszunahme der Augenhülle im Alter reduziert auch die Durchblutung im

Auge. Bisher liegen dazu aber keine exakten Daten für das menschliche Auge vor.

Es gibt Überlegungen, die biomechanische Festigkeit des Augapfelgewebes mit Hilfe von

chemischen oder physikalischen Mitteln zu verändern. Dafür könnte man das Gewebe

verfestigen, um eine übermäßige Dehnung zu stoppen, z.B. bei Kurzsichtigkeit, oder es

aufweichen, um die Dehnbarkeit zu erhöhen, damit starke Druckschwankungen wie z.B.

beim Glaukom, besser gedämpft werden können.

Die Steifigkeit der Augenhülle wird auch als okulare Rigidität bezeichnet.

An der Augenklinik Dresden beschäftigt man sich schon seit mehreren Jahren mit der

Biomechanik des Auges. Als neuer Schwerpunkt soll die okulare Rigidität untersucht

werden.

Mein Ziel ist es, ein Messverfahren für die Bestimmung der okularen Rigidität aufzubauen,

dieses bei enukleierten Schweineaugen zu überprüfen und die Wirkung von ausgewählten

chemischen Substanzen auf die okulare Rigidität mit diesem Messverfahren nachzuweisen.

Diese Erkenntnisse können einen Beitrag zur Diagnostik bzw. in der Therapie beim

Menschen leisten.

5

1 Grundlagen

1.1 Das Auge – Allgemeines

1.1.1 Der Aufbau des menschlichen Auges

Der kugelförmige Augapfel des Menschen liegt geschützt in der Augenhöhle. (Abbildung 1)

Die Augenhülle umschließt die mit Kammerwasser gefüllte vordere und hintere

Augenkammer sowie den Glaskörper. Dieser füllt zwei Drittel des Augapfels mit einer

geleeartigen Masse aus und ist mitverantwortlich für den Erhalt der Form des Auges.

Durch seine Transparenz, die durch seinen 98,5%igen Wasseranteil gegeben wird,

ermöglicht er eine gute optische Abbildung. 19) Die Beweglichkeit des Auges wird durch

sechs Augenmuskeln gewährleistet. Gebildet wird der Augapfel von der Lederhaut, der

Aderhaut sowie der Netzhaut. Bei dieser „zwiebelschalenartigen Auskleidung“ ist die

Lederhaut die äußerste Schicht. Auf der Lederhaut, Richtung Augenzentrum, befindet sich

die gut durchblutete Aderhaut. Auf ihr liegt zum Abschluss die Netzhaut, welche die

einfallenden Lichtreize aufnimmt und diese Erregungen über den Sehnerv zum Gehirn

weiterleitet. Die vordere Augenkammer wird im hinteren Teil durch die ringförmige

Regenbogenhaut, auch Iris genannt, begrenzt. Sie liegt am Übergang von der Hornhaut zur

Sklera und enthält Pigmente, welche für die charakteristische Augenfärbung

verantwortlich sind. Die Iris umgrenzt weiterhin die Pupille, die Sehöffnung des Auges. 39)

Der Durchmesser des Auges beträgt bei einem Erwachsenen ca. 2,3 cm und bei einem Kind

etwa 1,7 cm. Der aus eine Million Fasern bestehende Sehnerv ist ungefähr 1 mm dick.

Insgesamt befinden sich 147.000 Zapfen pro Quadratmillimeter am Ort des schärfsten

Sehens, dem „gelben Fleck“, auf der Netzhaut. Die Lederhaut ist ca. 0,3 – 1,35 mm dick; die

Hornhaut hingegen etwa 0,5 – 0,6 mm. Diese Angaben schwanken von Mensch zu Mensch

in einem gewissen Bereich, der sich nicht im negativen Sinne auf das Sehen auswirkt. 3)

6

1.1.2 Schichtung des Auges

Nach der Betrachtung des groben Aufbaus des Auges lässt sich eine Differenzierung in drei

Schichten vornehmen – die äußere, die mittlere und die innere Augenhaut.

1.1.2.1 Die äußere Augenhaut

Die äußere Augenhaut besteht aus der Lederhaut, auch Sklera genannt, sowie aus der

Hornhaut, die auch als Cornea bezeichnet wird. 40)

Die Lederhaut umschließt den gesamten Augapfel bis auf den vorderen Bereich als

formende und schützende Hülle. Im Sehnervbereich geht sie in die Lamina cribrosa über.

Der sichtbare, vordere Lederhautabschnitt wird von der Bindehaut bis über den

Hornhautrand überlagert und geschützt. 41)

1.1.2.1.1 Die Hornhaut

Die Hornhaut wird auch als „[…] kristallklare[s] Fenster vorne am Auge [bezeichnet], durch

das man die farbige Iris und die schwarze Pupille sieht.“ 1) Sie hat im Wesentlichen 3

Eigenschaften, mit denen sie ihre Hauptaufgaben erfüllen kann. Sie ist zum einen

durchsichtig. Das ist dahingehend wichtig, da Lichtstrahlen ein unbehinderter Zugang in

das Auge und zur Netzhaut gewährleistet werden muss. Dadurch ist das Sehen möglich.

Des Weiteren ist die Hornhaut gewölbt. Dies ergibt, zusammen mit der Augenlinse, die

notwendige Brechkraft, die gebraucht wird, um das Bild der Außenwelt scharf auf unserer

Netzhaut abzubilden. Die Brechkraft der Hornhaut, die durch das dahinter befindliche

Kammerwasser gegeben wird, beträgt +43 Dioptrien. 2) Die dritte wichtige Eigenschaft der

Hornhaut besteht in ihrer Festigkeit. Denn sie ist der durchgehende Bestandteil der

umgebenden, schützenden und formerhaltenden Hülle des Augapfels.

7

Die Hornhaut ist horizontal elliptisch und hat einen Durchmesser von 11,7 mm sowie 10,6

mm. Eine sphärische Wölbung erklärt den Dickenunterschied von 0,52 mm im Zentrum

sowie 0,67 mm am Rand. 76)

Eine weitere Eigenschaft der Cornea ist, dass sie nicht vaskularisiert ist. Das heißt, sie hat

keine Blutgefäße. Diese würden einfallendes Licht streuen und ein klares Bild unmöglich

machen. Aber die Hornhaut ist mit Nervenfasern durchzogen, die sie sehr

berührungsempfindlich machen. 14) Diese sensiblen Nervenäste heißen „Nervus

ophthalmicus“. 77)

Die Schichtung der Hornhaut

Die Cornea setzt sich aus fünf Schichten, die in der Abbildung 2 gekennzeichnet sind,

zusammen. 78)

1.1.2.1.2 Die Lederhaut

Die Lederhaut wird auch als Sklera bezeichnet und ist hauptsächlich für die Stabilisierung

des Augapfels verantwortlich. 20) Sie ist eine Sehnenhaut und damit die festeste Haut des

menschlichen Körpers 6) und schließt den Glaskörper ein. 21) Die „rundliche“ Form

bekommt sie durch den Augeninnendruck 72), der ca. 15 mmHg beträgt. 48) Die Sklerastärke

schwankt zwischen 0,3 mm am hinteren Augenmuskelansatz und 1,3 mm am hinteren Pol.

90)

Die Sklera reicht von der Hornhaut im vorderen Augenbereich bis zum Sehnerv, der der

Hornhaut gegenüber liegt. Blutgefäße befinden sich nur nahe der Hornhaut, der

Ansatzstellen der Augenmuskeln sowie des Sehnervs. Ansonsten ist die Lederhaut kaum

durchblutet und ihr Gewebe enthält keine Kapillaren. Dies nennt man bradytroph. Des

Weiteren besitzt sie mehrere kleine Öffnungen, die sich am Sehnerv, den Ziliarnerven

8

sowie den Blutgefäßen befinden. Die Abflussstelle für das Kammerwasser ist der

Schlemmsche Kanal. 73)

Die Stärke der Lederhaut ist von der Größe des Augapfels abhängig. Bei kleinen Augäpfeln

ist die Lederhaut sehr fest und dicker als bei größeren Augäpfeln, bei denen sie

dünner ist. 74)

Durch ihre weißliche Farbe wird die Lederhaut auch als „weiße Augenhaut“ bezeichnet.

Umschlossen wir sie von einer elastischen Membran, der Tenon-Kapsel. Aufgebaut ist sie

aus einem stabilen Gewebe mit kräftigen kollagenen und elastischen Fasern 89), die in einer

gekreuzten Schichtung vorliegen. 91)

1.1.2.2 Die mittlere Augenhaut

Die mittlere Augenhaut besteht aus dem Ziliarkörper, der Regenbogenhaut sowie der

Aderhaut, die auch als Chorioidea bezeichnet wird. 42)

Die Aderhaut ist eine schwarzbraun pigmentierte Haut, die der Sklera auf der Innenseite

anliegt. Sie enthält viele Blutgefäße, die die Netzhaut versorgen. Die eingelagerten

Pigmente bewirken den Effekt einer „Wand einer Dunkelkammer“. Diese „Wand“

verhindert, dass Lichtstrahlen außerhalb der Pupillenöffnung in den Augapfel einfallen

können. Die eindringenden Lichtstrahlen werden, nachdem sie die Sinnesrezeptoren der

Retina, so wird die Netzhaut auch bezeichnet, erreicht haben, absorbiert. Dadurch werden

Lichtreflexionen innerhalb des Augapfels verhindert. 43)

Im vorderen Bereich des Auges geht die Chorioidea in den Ziliarkörper über. Er besteht aus

Bindegewebsfortsätzen, dessen Fasern die Augenlinse im Zentrum des Strahlenverlaufs

aufhängen und aus ringförmigen Ziliarmuskeln. 44)

9

1.1.2.3 Die innere Augenhaut

Die innere Augenhaut besteht aus der Netzhaut mit den dazugehörigen Sinnesrezeptoren

und dem Pigmentepithel. 45) Das Pigmentepithel hat in etwa die gleiche Funktion wie die

Aderhaut der mittleren Augenhaut. Es hat einen hohen Gehalt an Melanin, einem braunen

Farbstoff und kann somit die durch die Netzhaut hindurch kommenden Lichtstrahlen

absorbieren. Dadurch werden wiederum Lichtreflexionen innerhalb des Augapfels

vermieden. 46)

Die Retina setzt sich aus Zapfen, die für ein hochauflösendes Farbsehen am Tag sowie für

exakte Abbildungen und Stäbchen, welche für das Dämmerungssehen verantwortlich sind,

zusammen.

Der Ort des schärfsten Sehens wird als „gelber Fleck“ oder Makula und der Ort, der frei von

lichtempfindlichen Zellen ist sowie die Austrittstelle des Sehnervs darstellt, als „blinder

Fleck“ bezeichnet. 47) Somit kann man weiterhin konstatieren, dass die Netzhaut das

visuelle Signal verarbeitet, bevor es von den Ganglienzellen an das Gehirn weitergeleitet

wird. 15)

1.2 Die Rigidität

Die okulare Rigidität kann als biomechanischer Parameter umschrieben werden, der die

Steifigkeit des gesamten Auges ausdrückt. Sie hängt von der Beschaffenheit der Cornea, der

Sklera und anderen Komponenten der äußeren Hülle des Auges ab. Des Weiteren hat sie

einen Einfluss auf die durch Druckveränderungen hervorgerufene Widerstandsfähigkeit.

(Ebneter 2007) 8) Diese treten z.B. beim Lagewechsel, einem Augenreiben, dem Lidkneifen

(bis 90 mmHg) sowie dem Zwinkern (10 mmHg) auf. (Johnson 2007) 17) Es existieren

bereits Unterschiede in den Rigiditätswerten im Vergleich von menschlichen Augen mit

denselben, enukleierten Augen. Dabei ist die Rigidität bei enukleierten höher als in

„lebenden“ Augen. Dieser Unterschied scheint von dem Blutfluss in der Aderhaut zu

kommen. Daher ist es sinnvoll, in vivo Untersuchungen durchzuführen. (Ebneter 2007) 9)

10

Allgemein wurde festgestellt, dass die Rigidität indirekt proportional zum Augenvolumen

ist, sich in kurzsichtigen Augen verringert und in weitsichtigen erhöht, sowie direkt

proportional zum intraokularen Druck (IOD) ist, das heißt, sie ist bei einem hohem IOD

größer, als in einem niedrigeren. (Ebneter 2007) 10)

Eine Studie von Pallikaris zeigte, dass es einen Zusammenhang zwischen dem okularen

Rigiditätskoeffizienten und dem Alter des Auges gibt. Fortführend weiß man, dass sich die

Rigidität bei langjährigem Glaukom erhöht. (Ebneter 2007) 11)

Purslow und Karwatowski bestätigten frühere Untersuchungen, die ergaben, dass die

okulare Rigidität keine Konstante ist. Bei Katzen und Kaninchen stellten sie eine Zunahme

der Steifigkeit des Auges bei steigendem Druck fest. (Purslow 1995) 52)

1.2.1 Geschichtliche Entwicklung der Messung und

Berechnung der Rigidität

Ende des 19. Jahrhunderts wurden erstmals Aussagen über Elastizität und Spannung der

Augenhülle gemacht. Dabei kamen die Wissenschaftler Donders, Memorski und Berthold

zu dem Ergebnis, dass die Sklera starr sein muss. Kurze Zeit später stellten Leber und

Stellwag v. Carion eine gewisse Elastizität des Augapfels fest. 1877 gab es dann erste

Veröffentlichungen durch Weber, dessen Ergebnisse jedoch uneinheitlich waren und

keinen Bezug auf Größe und Art der Elastizität der Sklera ergaben, sondern lediglich

konstatierten, dass eine gewisse Elastizität besteht. (Kruse 1960) 32)

In den darauffolgenden Jahren befassten sich viele Persönlichkeiten mit dieser Problematik

des Auges, um einen großen Fortschritt in der Augenheilkunde zu erreichen. So gelang es

Schulten sowie seinen Kollegen Koster, Clark und Ridley, eine Abnahme der Elastizität bei

Kaninchen mit intraokularer Drucksteigerung festzustellen. (Kruse 1960) 33)

11

Der Forscher Vogelsang sah zu einem späteren Zeitpunkt die Schwierigkeit, dass das Auge

aus nicht einheitlichem Material besteht und somit physikalische Gesetze der Elastizität

nicht ohne Weiteres anwendbar sind. Deshalb beschrieb Jonas Friedenwald den

Rigiditätskoeffizienten 1937 als mathematische Größe für das physikalische Verhalten der

Sklera. Er sollte mit der Formel, (Kruse 1960) 34)

K ….

Po ….

Pt …..

Vc ….

Rigiditätskoeffizient

intraokularer Druck vor Beginn der

Messung

Druck während der Messung mit

aufgesetztem Tonometer

Volumenänderung

die für tote Augen gilt, berechnet werden. (Ebneter 2007) 12) Weiterhin definierte er den

Rigiditätskoeffizienten als eine zur Elastizität in einem umgekehrten Verhältnis stehende

konstante Größe für das einzelne Auge. Als mittleren Rigiditätskoeffizienten gab er 0,0215

µl-1 an. Diese Konstante ist unabhängig von der Höhe des intraokularen Druckes und nur

für ein Auge, nicht für beide Augen eines Individuums oder Augen derselben oder

verschiedender Arten von Lebewesen bestimmt. (Kruse 1960) 35)

Perkins und Gloster stellten jedoch eine Vergrößerung der Rigidität mit steigendem Druck

bei Versuchen an Tieraugen fest. Ihnen gelang dieser Nachweis auch bei menschlichen

Augen.

In den darauffolgenden Jahren gab es weitere Experimente, die die vorangegangenen

entweder unterstützten oder widerlegten. So beobachteten McBain, McDonald und Prijot

ein Kleinerwerden des Koeffizienten bei einem intraokularen Druckanstieg. McBain ging

sogar soweit, die Formel von Friedenwald zur Berechnung des Rigiditätskoeffizienten

komplett abzulehnen. Er begründete dies damit, dass bei intraokularen Druckänderungen

der Wert nicht konstant bleibt und sich die Rigidität vielmehr bei Druckschwankungen

nach bestimmten Regeln verändert.

12

Macri beobachtete zwischen 15 und 30 mmHg eine Zunahme und in den darauf folgenden

Druckbereichen eine Abnahme des Rigiditätskoeffizienten. Kronfeld versuchte die

bisherigen verschiedenen Ergebnisse durch die unterschiedlich angewendeten

Versuchsanordnungen zu erklären. Des Weiteren stellte er fest, dass die

Rigiditätsänderung mit zunehmender Zeitspanne zwischen Enukleation und Messung

besonders enorm ist. Grant und Trotter bestätigten dieses Forschungsergebnis jedoch

nicht. Goldmann und Lavergne protokollierten eine deutliche Verringerung der Rigidität

nach einigen Augenoperationen und begründeten dies mit der Änderung

der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Augenhülle oder

Durchblutungsvariationen. (Kruse 1960) 36)

Die Messung Friedenwalds erfolgte durch einen Schiötz-Tonometer, welcher in Abbildung

3 dargestellt ist. Durch andere Messmethoden erhielten andere Forscher natürlich auch

andere Rigiditätswerte, die in Abbildung 4 deutlich werden.

Ein anderes Modell als das von Friedenwald wurde von Silver beschrieben. Es befasste sich

mit lebenden menschlichen Augen. Seine Formel bestand aus festgelegten Konstanten, die

durch zahlreiche Versuche bestimmt wurden. (Ebneter 2007) 13)

Die Experimente des 20. Jahrhunderts waren also sehr vielschichtig. Es gab viele

medizinische und wissenschaftliche Fortschritte, wie z.B. die „Friedenwald-Formel“, die

auch noch heutzutage Anerkennung findet.

Die Messungen, die von mir durchgeführt wurden, erfolgten über die Injektion von kleinen

Volumeneinheiten in die vordere Augenkammer und der Bestimmung des daraus

resultierenden erhöhten inneren Druckes. Dies ist eine invasive, in den Körper

eindringende, Methode.

13

Die Formel, die von mir zur Berechnung des Rigiditätskoeffizienten angewandt wurde,

steht in Anlehnung zu der von Friedenwald. Andere Formeln, die auch die Veränderung des

Druckes charakterisieren, sind zwar präziser, aber komplizierter in einer Klinik

umzusetzen. (Pallikaris 2005) 50)

Meine gewählte Formel lautet:

1.2.2 Nutzen der Rigiditätsbestimmung

Das gesunde Auge hat eine bestimmte physiologische okulare Rigidität, um die optischen

Abbildungseigenschaften stabil zu halten und auch die Druckschwankungen (IOD,

Blutdruck) zu kompensieren. (Purslow 1995) 53) Dies geschieht mit Hilfe der elastisch

verformbaren Sklera. In Folge dessen entwickeln sich erst gar keine hohen Druckspitzen

und die Zeit der Einwirkung dieser auf das Auge wird stark reduziert. Personen mit einer

relativ unelastischen Augenhülle können sehr hohe Druckwerte erzeugen, wenn sie

Zwinkern oder ihre Augen reiben, da deren Augen den Druck nicht entsprechend dämpfen.

(Johnson 2007) 18) Die Elastizität des Auges könnte man durch chemische oder

pharmakologische Substanzen vorteilhaft beeinflussen, indem man krankhaft veränderte

biomechanische Eigenschaften in den physiologischen Bereich zurückführt.

Die physiologische okulare Rigidität ändert sich mit dem Alter und bei verschiedenen

Erkrankungen. So nimmt die okulare Rigidität beim Glaukom und bei Diabetes zu, während

sie bei Myopie verringert ist. Eine Verfestigung könnte bei Myopieerkrankten eine

erhebliche Sehverschlechterung aufhalten.

Die Sklera spielt auch eine entscheidende Rolle beim Verständnis der Wirkung des

intraokularen Druckes auf den Sehnerv. Je höher der IOD ist, desto größer ist die

Wahrscheinlichkeit für die Verletzung des Sehnervkopfes. (Burgoyne, 2005; Sigal, 2004,

2005) 5, 60, 61)

14

2 Material und Methode - Untersuchungen an

Schweineaugen

2.1 Versuchsaufbau

Um einen geeigneten Versuchsaufbau zur Messung der okularen Rigidität an

Schweinsaugen zu finden, waren einige Voruntersuchungen und Recherchen zur

Messmethode und den Messinstrumenten notwendig.

Nach zahlreichen Überlegungen ergab sich ein Versuchsaufbau, der in Abbildung 5

dargestellt ist. Als „Dreh- und Angelpunkte” in diesem Versuchsaufbau kann man die

beiden dreigliedrigen Ventile bezeichnen. Das Ventil I verbindet eine Wassersäule zum

Einstellen des Druckniveaus sowie die Insulinpumpe mit dem Ventil II. Dieses ist direkt an

ein Druckmessgerät sowie an ein Auge angeschlossen. (Abbildung 6)

Nachdem das Druckmessgerät geeicht, das heißt, auf den Atmosphärendruck eingestellt

wurde, musste der „Motor“ dieses Versuchsaufbaus, die Insulinpumpe, in Betrieb

genommen werden.

Als erstes muss man dafür die Batterien in die Insulinpumpe (Abbildung 7) einsetzen, eine

Ampulle füllen und einsetzen, sowie zweimal die Tastenkombination aus „h“ und „m“

drücken, um in den STOP-Zustand der Pumpe zu gelangen. Um die eingesetzte Ampulle zu

initialisieren, muss man „S“ zweimal drücken, damit die gewünschte Funktion angesteuert

wird. Daraufhin erscheint dann ein Pfeil auf der linken Seite des Bedienfeldes der Ampulle

auf der Funktion „Ampulle initialisieren“. Nun müssen „h“ und „m“ erneut betätigt werden.

Jetzt wird die Ampulle initialisiert und es erscheinen die Ziffern von „0“ bis „9“ auf dem

Display sowie ein langer Piepton als Initialisierungsbestätigung.

Als nächstes muss der Katheter der Insulinpumpe gefüllt werden. Hierzu betätigt man im

STOP-Zustand einmal den Knopf „S“, um die Funktion „Katheter füllen“ anzusteuern.

15

Daraufhin müssen die Knöpfe „h“ und „m“ und zusätzlich der Knopf „S“ gedrückt werden.

Die Pumpe gibt nun Flüssigkeit zum Füllen des Katheters aus der gefüllten Ampulle ab.

Zum Stoppen des Katheterfüllens muss erneut „h“ gedrückt werden.

Um nun das eigentliche Ziel, die Bolus-Abgabe der Insulinpumpe, zu erreichen, muss man

sie in den RUN-Zustand versetzen. Ist dies geschehen, reicht die einmalige Betätigung des

Knopfes „h“, um drei Pieptöne als Bestätigung zu hören. Der Navigationspfeil auf dem

Display springt nun auf die rechte untere Seite zum „Bolus“-Bereich. Hier kann eingestellt

werden, wie viel der in der Ampulle befindlichen Flüssigkeit abgegeben werden soll. Die

einmalige Betätigung des Knopfes „h“ bewirkt hierbei eine Bolus-Abgabe von 0,5 Einheiten.

Jeder weitere Knopfdruck zur Abgabenerhöhung wird als Piepton nach 6 Sekunden

bestätigt. Die endgültige Flüssigkeitsabgabe in das System, mit dem die Insulinpumpe

verbunden ist, erfolgt nach zehn Sekunden. Dabei entsprechen 0,5 Einheiten 12,5 µl

abgegebener Flüssigkeitsmenge. Dies wurde mit Hilfe einer Feinmesswaage im Institut für

Anatomie der TU Dresden nachgemessen.

Bevor Flüssigkeit in das Auge gepumpt werden kann, muss der Ausgangsdruck im System

eingestellt werden. Dies geschieht an einer Wassersäule. (Abbildung 8) Eine

Laserwasserwaage sorgt dafür, dass der Ausgangsdruck von 0 mmHg genau auf der Ebene

des Arbeitstisches erreicht wird. Druckveränderungen sind durch das Bewegen einer

Ampulle im vertikalen Bereich möglich. Diese Ampulle ist mit Wasser gefüllt und mit dem

restlichen System verbunden. Des Weiteren lassen sich durch die beiden im

Versuchsaufbau eingebauten Ventile Druckentlastungen vornehmen.

Sobald alle Messanlagen über Schläuche miteinander verbunden wurden, kann das System

mit Wasser gefüllt werden. Dabei ist es wichtig darauf zu achten, dass keine Luftblasen im

System sind, da diese sonst auf Grund ihrer Verdichtung das Messergebnis verfälschen

würden.

Das Druckmessgerät ist mit Hilfe eines Sensors mit dem Messsystem verbunden.

(Abbildung 9)

16

2.2 Vorüberlegungen und Voruntersuchungen

Da in den folgenden Experimenten mit Drücken gearbeitet wird, ist es wichtig zu

überprüfen, ob der Versuchsaufbau eine eigene Rigidität hat. Je starrer das System ist,

desto besser lassen sich die Ergebnisse für Auswertungen verwenden.

Die Rigidität des Systems ist mit 0,3659 µl-1 ca. 17-mal höher als der von Friedenwald

berechnete Rigiditätswert. (Kruse 1960) 37) Dies ist in Abbildung 10 dargestellt. Das System

ist also sehr starr. Bei der Bestimmung der Rigidität des Auges kann dieser Faktor

vernachlässigt werden. Wenn man nun eine Flüssigkeit in das System gibt und alle Ventile

schließt, kann es nur einen Weg für die entstehenden Drücke geben – das Auge. Aus dem

resultierenden Druckanstieg lässt sich die Rigidität des Auges ableiten.

2.3 Funktionsweise – Beschreibung am nicht präparierten

Auge

Die Schweinsaugen, die zum Experimentieren verwendet wurden, stammen alle aus einem

Schlachthof. Die sechs Monate alten Schweine waren schon tot, als ihnen die Augen

entfernt wurden. Diese Augen werden normalerweise entsorgt, wenn sie nicht für

experimentelle Zwecke verwendet werden. Je älter die Schweine sind, desto fester sind

ihre Augen. 16) Bevor genaue Werte aus der Experimentieranordnung entnommen wurden,

wurde ein Probeauge in das System integriert, um zu überprüfen, ob ein Druckanstieg im

Auge bei einem Flüssigkeitseintrag zu verzeichnen ist. Dies war der Fall. Es wurden bei

einem Ausgangsdruck von 20 mmHg 50 µl in das System gegeben. Der resultierende

Enddruck betrug 29 mmHg. Damit funktioniert das System.

Um korrekte Ergebnisse zu erhalten, müssen die zwei vorhandenen Ventile im richtigen

Moment geöffnet und geschlossen werden. Die Abbildung 11 zeigt den Ventilstand,

nachdem Wasser von der Insulinpumpe in das System gepumpt wurde. Der Druck nimmt

17

nun im System zu. Das Wasser kann nur in das Auge strömen, da das blaue Ventil, welches

ebenfalls in Abbildung 11 dargestellt ist, eine Rückströmung zu der Wassersäule

verhindert. Das weiße Ventil erlaubt im Gegensatz dazu eine Flüssigkeitswanderung von

der Insulinpumpe zum Druckmessgerät bzw. zum Auge.

2.4 Das Kollagen

Kollagen ist ein Protein, welches in Haut, Knochen, Lungen, Gefäßwänden und Sehnen

sowie als strukturbildendes Material in geringen Mengen in allen Organen vorkommt.

Kollagene, Molekülaggregate, werden von den fünf häufigsten Peptidketten, mit jeweils

unterschiedlichen chemischen und strukturellen Merkmalen, gebildet. (Schreiber 2002) 55)

Die Polypeptidketten werden durch die Ribosomen des rauen endoplasmatischen

Retikulums synthetisiert. 83)

Kollagen Typ I ist das dominierende Kollagen der Hornhaut. Es besitzt eine Zug- und

Druckfestigkeit. Es ist jedoch unelastisch. In der menschlichen Hornhaut sind bisher acht

verschiedene Kollagentypen bekannt. (Schreiber 2002) 56) Der Gesamtanteil an Kollagen

am Trockengewicht der Hornhaut beträgt 75%. Ein Fünftel aller Aminosäuren im Kollagen

sind Hydroxyprolin und Prolin; (Schreiber 2002) 57) jede dritte Aminosäure ist Glycin.

(Abbildung 12) Diese ist auch die kleinste Aminosäure und passt damit sehr gut in die

Tripelhelix mit dessen engen Windungen. Prolin bildet eine starre Ringstruktur aus und

dient daher als „Ecke“ in der Polypeptidkette. Diese Aminosäure unterstützt ebenfalls die

Herausbildung von engen Windungen innerhalb der Tripelhelix. Hydroxyprolin dient in

dieser Konstellation als Stabilisator zwischen benachbarten Polypeptidketten. 84)

In der Sekundärstruktur des Kollagens sind drei helikale Peptidketten rechtsgängig

umeinander gewunden. (Abbildung 13) Eine Kollagenvernetzung erfolgt größtenteils über

aldehydvermittelte kovalente Bindungen zwischen Lysin- und Hydroxylysinseitenketten

unter enzymatischer Kontrolle. Dieses Enzym ist Lysyloxidase. Es katalysiert die Bildung

von Lysin- und Hydroxylysinaldehyd. In Folge dieser starken Quervernetzung entsteht ein

Netzwerk von Fibrille zu Fibrille. (Schreiber 2002) 58) Dies ist im unteren Teil der

18

Abbildung 14 ersichtlich. Des Weiteren bilden sich Wasserstoffbrücken und

Disulfidbindungen zwischen den Peptidketten aus. 85) (Abbildung 15) Quervernetzungen

zwischen Proteinen können auch, neben dem Enzym Lysyloxidase, durch

nichtenzymatische Glykosylierung oder durch Aldehyde hervorgerufen werden. (Schreiber

2002) 59)

19

3 Ergebnisse

3.1 Unbehandelte Kontrollaugen

In Abbildung 16 ist für die unbehandelten Kontrollaugen eine Rigiditätswertekurve bei

drei verschiedenen Druckstufen zu sehen. Insgesamt sind in dieser Abbildung 16 die Werte

von 12 Schweineaugen zusammengefasst wurden. Dabei wurde jedes einzelne Auge mit

Hilfe der beschriebenen Versuchsanordnung experimentell untersucht. Als erstes wurde

immer ein Ausgangsdruck von 15 mmHg eingestellt. Daraufhin wurden 50 µl Wasser durch

die Insulinpumpe in die Vorderkammer des Auges injiziert. Eine Veranschaulichung dazu

ist in Abbildung 17 ersichtlich. Das gleiche Verfahren wurde dann auch bei einem

Startdruck von 25 bzw. 35 mmHg in diesem und den weiteren 11 Augen durchgeführt.

In der Abbildung 16 sind die Rigiditätswerte abhängig von den eingestellten Druckstufen.

Der Durchschnittsrigiditätswert der einzelnen Augen nimmt dabei stetig zu. Er steigert sich

von 0,0100 µl-1 bei 15mmHg auf 0,0139 µl-1 bei 25 mmHg bis hin zu 0,0169 µl-1 bei der 35-

mmHg-Druckstufe. Die Balken, die an den drei Knotenpunkten nach oben und nach unten

angetragen wurden sind, beschreiben die Standardabweichungen. Bei der niedrigsten

Druckstufe beträgt diese 0,0045 µl-1, bei der mittleren 0,0037 µl-1 und bei der höchsten

0,0026 µl-1. Damit ist ersichtlich, dass die Streuung der gemessenen Werte geringer wird.

Nun kann man mit den experimentell ermittelten Werten auch eine statistische

Auswertung vornehmen, um zu überprüfen, ob sich die jeweiligen Rigiditätsmittelwerte

statistisch unterscheiden. Dazu gibt es den sogenannten t-Test. Beim Vergleich der

Druckstufen bei 15 und 25 mmHg bei den „unbehandelten Kontrollaugen“ ergibt sich eine

Wahrscheinlichkeit von 0,04%, dass die einzelnen Rigiditätswerte zufällig identisch sind.

Diese geringe Wahrscheinlichkeit bedeutet einen statistisch signifikanten Unterschied der

beiden Mittelwerte. Die Schweineaugen haben also auf der Vergleichsebene der beiden

verschiedenen Druckstufen deutlich unterschiedliche Steifigkeitswerte. Der Unterschied

der Rigiditätswerte beim Vergleich der Druckstufen 25 und 35 mmHg ist nicht mehr

signifikant (p=0,4360). Dagegen unterscheiden sich die Werte bei den Druckstufen 15 und

20

35 mmHg noch deutlicher. Eine zufällige Übereinstimmung liegt hier nur bei 2,17%

(p=0,0217).

3.2 Verfestigung des Augengewebes

3.2.1 Durch Nitroethanol

Nitroethanol ist eine Flüssigkeit mit der Summenformel C2H5NO3. 38) Nitroethanol hat eine

oxidierende Wirkung. In Folge dessen bilden sich weitere Bindungen im Kollagengewebe

heraus. Dadurch wird ein Gewebe verfestigt und vernetzt. 87)

Sechs Augen wurden zwei Tage lang in 0,1M 2-Nitroethanol-Lösung eingelegt. Nach der

Bestimmung der Rigiditätswerte ergab sich eine Abhängigkeit bezüglich der Druckstufen,

welche in Abbildung 18 dargestellt ist.

Die Rigiditätsmittelwerte in der Reihenfolge der aufsteigenden Druckstufen betragen

0,0169 µl-1, 0,0179 µl-1 sowie 0,0187 µl-1. Damit nimmt auch hier die Rigidität mit

steigenden Ausgangsdrücken zu. Die Standardabweichung bei diesen Mittelwerten ist in

etwa konstant. Bei 15 mmHg beträgt sie 0,0044 µl-1, bei 25mmHg 0,0052 µl-1 und bei 35

mmHg 0,0041 µl-1.

Bei diesen experimentell ermittelten Werten ergibt sich aber eine sehr große

Übereinstimmung der einzelnen Messwerte im Vergleich zu den „unbehandelten

Kontrollaugen“. Der t-Test ergab, dass bei der gepaarten Betrachtung der niedrigsten

Druckstufe mit der mittleren eine 39,72%ige Wahrscheinlichkeit vorhanden ist, dass die

Mittelwerte der Messwerte identisch sind. Sie unterscheiden sich also statistisch nicht.

Diese Werteübereinstimmung fällt jedoch bei der Gegenüberstellung der anderen

Druckstufen wieder ab. Bei der 25-35mmHg-Kombination liegt die

Identitätswahrscheinlichkeit bei 28,43%. Bei den am weitesten voneinander entfernt

liegenden Druckstufen beträgt der ermittelte Werte „nur“ noch 22,84%. Die Mittelwerte

21

unterscheiden sich also alle nicht voneinander. Je fester das Gewebe wird, z.B. durch

Vernetzungen, desto weniger ändert sich der Rigiditätswert mit dem Druck. Die Werte sind

aber schon bei geringen Druckwerten deutlich höher im Vergleich zu den Kontrollaugen.

Dass Nitroethanol vernetzende Eigenschaften hat, wurde auch in einer Studie von Paik et

al. 2008 nachgewiesen. Sie untersuchten allerdings noch weiter Alkohole auf ihre

vernetzenden Eigenschaften gegenüber dem Kollagen. Dabei stießen sie zusätzlich noch auf

eine Temperaturabhängigkeit der einzelnen untersuchten Substanzen. (Paik 2008) 49)

3.2.2 Durch UVA/Riboflavin

Der Keratokonus ist eine meist beidseitig auftretende Hornhautdegeneration mit einer

kegelförmigen Hervorwölbung der immer dünner werdenden Hornhaut. Diese

Augenerkrankung tritt mit einer Häufigkeit von ca. 1:2000 auf. Beginnend in der Pubertät,

schreitet sie in den darauffolgenden Lebensjahren fort. Die daraus resultierende irreguläre

Hornhautverkrümmung (Abbildung 19), die nicht mehr mit einer Brille ausgeglichen

werden kann, nimmt stetig zu. Durch speziell angepasste harte Kontaktlinsen kann der

zunächst wachsende Astigmatismus ausgeglichen werden. 62)

Es wird vermutet, dass bei dieser Erkrankung eine Störung zwischen den einzelnen

Kollagenmolekülen vorliegt und somit der Grad der Vernetzungen im Auge stark verringert

ist. 63) Dies äußert sich in einer geringen Stabilität des Auges. Des Weiteren wird diese

krankhafte Hornhaut in einer Pepsinlösung doppelt so schnell abgebaut wie eine normale

Hornhaut. (Spörl 2007) 67)

Eine Behandlung mit Hilfe von Kollagenvernetzung und UVA-Bestrahlung (Abbildung 20)

ist hierbei die effektivste Maßnahme zur Behebung der genannten Symptome. Mit dem

Zusatz von Riboflavin, 64) dem Vitamin B2, 23) wird die UVA-Strahlung absorbiert. Des

Weiteren dient es als Photosensibilisator zur Erzeugung von reaktiven Sauerstoffradikalen.

Mit dieser Verbindung aus UVA-Licht und Riboflavin soll eine künstliche Erhöhung des

Grades der Vernetzung im Hornhautstroma erzielt werden. (Spörl 2007) 65, 68)

22

Diese photooxidative Vernetzungsmethode, die wieder die normale mechanische Stabilität

in der Hornhaut herstellen soll, benötigt nur eine kurze Therapiezeit, lässt die Transparenz

der Hornhaut unverändert und ist einfach, sowie sicher handhabbar. 66)

Bei meinen Experimenten haben die UVA-Strahlen auf jedes der fünf getesteten Augen 30

Minuten eingewirkt. In einem Intervall von fünf Minuten wurden darauf jeweils zwei bis

drei Tropfen Riboflavin appliziert. Die aufgebaute Apparatur ist in Abbildung 21

dargestellt. Diese wiederholte Riboflavinzugabe verhindert die Austrocknung der Hornhaut

durch das UVA-Licht und hält die notwendige Absorption in der Hornhaut

aufrecht. (Spörl 2007) 69)

Hervorgerufene Veränderungen sind jedoch nicht sofort sichtbar. Kollagenvernetzungen

sind weder durch Färbemethoden noch durch mikroskopische Techniken nachweisbar.

Sollte es aber chemische Veränderungen in der Kollagenstruktur gegeben haben, müsste

sich dies in einer Rigiditätszunahme widerspiegeln. (Spörl 2007) 70)

Die Rigiditätswerte dieser behandelten Augen liegen im Mittel alle über denen der

unbehandelten Kontrollaugen. Bei der 15mmHg-Druckstufe liegt der Rigiditätsmittelwert

bei 0,0200 µl-1 ± 0,0087 µl-1. Bei der nächst höheren bei 0,0245 µl-1 ± 0,0098 µl-1 und bei

der größten Ausgangsdruckstufe von 35 mmHg bei 0,0266 µl-1 ± 0,0105 µl-1. Diese Daten

sind in der Abbildung 22 aufgeführt.

Beim Vergleich der Mittelwerte der okularen Rigidität bei den drei Druckstufen ergaben

sich keine Unterschiede (t-Test, p=0,198). Allgemein lässt sich feststellen, dass bei diesem

Vernetzungsverfahren die Steifigkeit des Auges eindeutig zunimmt. Dies ist auf eine

Dickenzunahme und eine erhöhte Vernetzung innerhalb der Kollagenfasern

zurückzuführen.

23

3.2.3 Durch Formaldehyd

Formaldehyd gehört zu der Gruppe der Aldehyde und ist ein stechend riechender, farbloser

Stoff. Seine Summenformel lautet HCHO. Er wird durch eine katalytische Oxidation aus

Methanol dargestellt. 79) Des Weiteren ist dieser Stoff sehr reaktionsfreudig. 22)

Vernetzende Eigenschaften wurden ihm unter anderem in Rattenzellen

nachgewiesen. (Cox, 1980) 7)

3.2.3.1 Obere äquatoriale Hälfte

Im klinischen Alltag ist es sinnvoll, den Patienten so wenig wie möglich zu belasten. Daher

wäre es effizient, wenn man, anstatt den ganzen Augapfel zu vernetzen, nur einen Teil der

Struktur verändern würde.

Da Aldehyde eine vernetzende Wirkung bei Rattenzellen gezeigt haben, soll dieser

Sachverhalt nun auch bei Schweineaugen nachgewiesen werden.

Bei diesem Versuch wurde also nur der oberen äquatorialen Augenhälfte, der

Hornhautseite, Formaldehyd zugeführt. (Abbildung 23)

Während dieses Versuches gab es aber einige experimentelle Probleme. So ist der IOD

nicht kontinuierlich nach dem Flüssigkeitseintrag durch die Insulinpumpe gestiegen,

sondern schwankte. Erst stieg er. Dann fiel er wieder, um dann wieder kurz anzusteigen.

Damit ist diese Methode zur Rigiditätsveränderung nicht sehr praktikabel.

Demzufolge sieht die Digitalisierung der Messdaten auch anders, als bei den anderen

Versuchsreihen, aus. Die Rigiditätsmittelwerte liegen zwar alle über denen der

Kontrollaugen, fallen aber bei größer werdendem Ausgangsdruck ab. Aus diesen

Ergebnissen ergibt sich die Abbildung 24.

24

Bei den fünf getesteten Augen bei 15 mmHg Ausgangsdruck liegt die okulare Rigidität bei

0,0325 µl-1. Die Standardabweichung ist hier extrem hoch. Sie beträgt 0,0245 µl-1. Das sind

immerhin mehr als 75%. Die Werte der anderen beiden Druckstufen schwanken nicht so

sehr. Bei 25 mmHg beträgt die Rigidität 0,0242 ± 0,0116 µl-1. In der höchsten Druckstufe

liegen die Werte 0,0054 µl-1 um den Mittelwert von 0,0206 µl-1 verteilt. Eine Vernetzung

der Kollagenstruktur hat aber auf jeden Fall stattgefunden.

Statistisch sind die Mittelwerte dieser Versuchsreihe alle identisch. Bei 15-25mmHg liegt

die Wahrscheinlichkeit für ähnliche Mittelwerte bei 24,06%. Beim 25-35mmHg-Vergleich

liegt sie bei 27,90% und bei der 15-35mmHg-Kombination bei 23,82%. Statistisch

unterscheiden sich diese Werte also nicht.

3.2.3.2 Vollständiges Auge

Im Gegensatz zu den nur „halb“ vernetzten Schweineaugen mit Formaldehyd, ergaben sich

bei der vollständigen Umgebung der Augen mit Formaldehyd bessere Werte. Die

Rigiditätsmittelwerte sind bei steigendem Ausgangsdruck stetig gestiegen und in

Abbildung 25 dargestellt wurden.

Hier liegt die Steifigkeit der Schweineaugen bei 15 mmHg bei 0,0147 µl-1, steigert sich auf

0,0154 µl-1 bis hin zu 0,0183 µl-1. Alle diese gemessenen Augen ergaben sehr einheitliche

Werte. Die Standardabweichung liegt bei 0,0023 µl-1 bis 0,0035 µl-1.

Der t-Test bei den sieben untersuchten Augen ist hier sehr unterschiedlich ausgefallen.

Während die Wahrscheinlichkeit für eine Übereinstimmung der Rigiditätsmittelwerte bei

15-25 mmHg 24,94% beträgt, unterscheiden sich die Werte bei den anderen beiden

Druckstufenkombinationen signifikant. Bei 25-35 mmHg liegt die Wahrscheinlichkeit bei

0,25% und bei den am weitesten auseinander liegenden Ausgangsdrücken bei 1,19%. Eine

Veränderung der Rigidität bei unterschiedlichen Ausgangsdrücken ist hier also sehr

deutlich.

25

3.3 Reduktion der Festigkeit des Augengewebes durch

Salzsäure und Kollagenase

Doch nicht nur Verfestigungen der Augenhülle sind in der Augenheilkunde von Bedeutung.

Auch das Erforschen der Reduktion der Festigkeit des Kollagens könnte in der Medizin

einen großen Fortschritt bedeuten.

Hierfür stehen wieder mehrere biochemische und biophysikalische Methoden zur

Verfügung. Eine davon ist Kollagenase. Es ist ein Enzym, welches die Peptidbindung

zwischen Prolin und weiteren Aminosäuren spalten kann. Deshalb ist es geeignet, bei

kollagenhaltigen Strukturen angewendet zu werden, da Kollagen unter anderem aus Prolin

aufgebaut ist. 82) Dies ist keinesfalls ein unnatürlicher Prozess, da Kollagenasen unter

anderem beim Abbau abgestorbenen Gewebes beteiligt sind. 71)

Eine weitere Methode, die biomechanische Stabilität von kollagenhaltigen Geweben

(Sklera, Hornhaut…) zu verringern, besteht darin, geringe Mengen an Salzsäure

einzusetzen. Diese denaturiert Eiweiße, welche Makromoleküle aus Aminosäuren sind.

Somit würde auch ein Teil des Kollagens denaturiert und zerstört werden. 88) Dadurch

nimmt die Festigkeit der Augenhülle ab.

26

4 Diskussion

Das Ziel der Arbeit war es, ein reproduzierbares Messverfahren für die okulare Rigidität an

enukleierten Schweineaugen aufzubauen und es durch Modifizierung der

Gewebeeigenschaften zu testen. Trotz des scheinbar einfachen Modellaufbaus ist dieses

Ziel erreicht wurden. Alle diese gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse können in einer

weiteren Studie auch in der Diagnostik oder bei der Therapie beim Menschen eingesetzt

werden. Doch die gewählten Bedingungen vernachlässigen einige Komponenten

menschlicher Augen. Auch wenn die Schweineaugen einen ähnlichen Aufbau zu dem eines

menschlichen Auges haben, so waren es dennoch keine lebenden Augen. Daraus resultiert,

dass die Augen nicht durchblutet waren. Ein okularer Blutfluss fand also nicht statt. Dieser

Parameter beeinflusst aber nachweislich die Rigidität. (Pallikaris 2005) 51) Denn die Druck-

Volumen-Beziehung ist eine Funktion mit zwei Komponenten. Zum einen die

morphologische Betrachtungsweise und zum anderen die Betrachtung der Eigenschaft des

Materials.

Auf Grund des gewählten einfachen Modellaufbaus ergaben sich einige Fehler während des

Messens, die fast alle behoben werden konnten. So funktionierte die Messung nicht, wenn

Luftblasen im System waren, die Batterie der Insulinpumpe zu schwach oder die

eingesetzte Ampulle unpassend war. Des Weiteren gab es Fehlmessungen, wenn ein Ventil

undicht oder die Druckverstärkung am Druckmessgerät falsch gewählt wurde. Um diese

Sachverhalte und Fehlerquellen auszuschließen, wurde mehrmals die Rigidität getestet.

Sobald das zu untersuchende Auge beschädigt war, gab es ebenfalls sehr unrealistische

Messergebnisse.

All diese genannten Faktoren führten zu einem verstärkt verzögerten Druckanstieg durch

einen irregulären Flüssigkeitstransport bzw. durch eine Augapfelnachgabe.

Das Erkennen, die Beseitigung bzw. Vermeidung dieser Fehler war ein wesentlicher

Prozess in der Entwicklung dieser sicheren und reproduzierbaren Messmethode und

spiegelt sich in einer „Gebrauchsanleitung“ wider.

27

5 Zusammenfassung

Die aufgebaute Messmethode ist zur Bestimmung der Rigidität der Augenhülle geeignet,

was anhand von Messungen an Kontrollaugen im Vergleich mit verschiedenen

Vernetzungsverfahren behandelten Augen gezeigt werden konnte.

In Abbildung 26 sind alle Rigiditätswertekurven vereint. Da die Rigiditätswerte der

unbehandelten Kontrollaugen mit denen von Friedenwald übereinstimmen und alle

anderen Kurven oberhalb dieser Kontrollkurve liegen, kann man schlussfolgern, dass mit

zunehmendem Grad von Vernetzungen die Rigidität bei allen Druckstufen steigt. Damit ist

es gelungen, die Steifigkeit in Schweineaugen mit Hilfe von verschiedenen Mitteln zu

vergrößern. Dabei ergab die Kombination aus UVA-Licht und Riboflavin die größte

Rigiditätserhöhung. Nitroethanol erbrachte ebenfalls eine „Kurvenanhebung“. Die

Resultate der Anwendung von Formaldehyd ergaben, dass es nicht funktioniert, nur eine

äquatoriale Hälfte des Auges zu verfestigen, sondern der ganze Augapfel präpariert werden

muss, um sinnvolle Ergebnisse zu erhalten. Daraus resultierte der geringste

Rigiditätswerteanstieg.

Das strukturell veränderte Augengewebe reagierte aber unterschiedlich auf die

eingesetzten Mittel. So zeigten die mit Formaldehyd behandelten Augen bei den drei

Druckstufen die geringsten Unterschiede. Die Standardabweichung – also die Streuung der

gemessenen Werte – ist hier am niedrigsten.

Wenn also das Ziel bei einer Augenerkrankung vorwiegend darin besteht, die Steifigkeit

geringfügig zu erhöhen, dann ist Formaldehyd am effektivsten. Möchte man jedoch eine

stärkere Vernetzung erzielen, bietet sich die Anwendung von UVA-Licht und Riboflavin an.

Hier muss man jedoch mit einer höheren Streuung der Rigiditätswerte bei verschiedenen

Augen rechnen.

Das Ziel dieser Arbeit war es, einen geeigneten Aufbau zur Messung der okularen Rigidität

zu finden und diesen experimentell zu erproben. Dazu wurde die Rigidität der Augenhülle

durch verschiedene biochemische oder physikalische Einflussfaktoren künstlich erhöht.

Auf Grund von aufgetretenen Vernetzungen und mit Hilfe dieser Messmethode konnte in

allen untersuchten Fällen eine Zunahme der okularen Rigidität nachgewiesen werden.

28

6 Danksagung

Ich möchte mich an dieser Stelle bei meiner Betreuerin Anett Wilhelm und bei Prof.

Dr.rer.nat. Eberhard Spörl bedanken, die mir bei all meinen Fragen und Problemen immer

mit gutem Rat zur Seite gestanden haben. Ein ganz besonderer Dank gilt an dieser Stelle

Herrn Prof. Spörl, der mich während meiner Experimente an der TU Dresden jederzeit

unterstützt hat.

29

7 Selbstständigkeitserklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe

verfasst und keine anderen Hilfsmittel als angegeben verwendet habe.

Insbesondere versichere ich, dass ich alle wörtlichen und sinngemäßen Übernahmen aus

anderen Werken als solche kenntlich gemacht und mit einer Quellenangabe im

Quellenverzeichnis versehen habe.

Ort: Unterschrift:

Datum:

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8 Quellenverzeichnis

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10 Anlagenverzeichnis

Abbildung 1: Darstellung des schematischen Aufbaus des menschlichen Auges 4)

Abbildung 2: Darstellung des Schichtaufbaus der Cornea 79)

Legende: 1 - Epithelschicht

2 - Bowman-Membran

3 - Stroma

4 - Descemet-Membran

5 – Endothelzellschicht

38

Abbildung 3: Darstellung des Schiötz-Tonometers 54)

Abbildung 4: Darstellung des durchschnittlichen Rigiditätskoeffizienten, der von

verschiedenen Autoren mit unterschiedlichen Messmethoden ermittelt

wurde 37)

39

Abbildung 5: Darstellung des schematischen Versuchsaufbaus 95)

Abbildung 6: Darstellung des Versuchsaufbaus 24)

40

Abbildung 7: Darstellung der Insulinpumpe 25)

Abbildung 8: Darstellung der Wassersäule zum Einstellen des Druckniveaus 26)

41

Abbildung 9: Darstellung des Druckmessgeräts 27)

Abbildung 10: Darstellung der Rigiditätswerte ohne Auge

Volumenänderung Vc Druck (Start) Po Druck (Ende) Pt Rigidität

Versuch Nr.1 12,5 µl 22 mmHg 117 mmHg 0,3455 µl-1

Versuch Nr.2 25,0 µl 18 mmHg 200 mmHg 0,4044 µl-1

Versuch Nr.3 37,5 µl 23 mmHg 323 mmHg 0,3478 µl-1

Durchschnittsrigidität = 0,3659 µl-1

42

Abbildung 11: Darstellung der Ventilanordnung 28)

Abbildung 12: Darstellung des Typ-1-Kollagen 92)

43

Abbildung 13: Darstellung der Kollagen-Tripelhelix 85)

Abbildung 14: Darstellung der Kollagenvernetzung 86)

44

Abbildung 15: Darstellung chemischer Bindungen 94)

Abbildung 16: Darstellung der Rigiditätswerte für unbehandelte Kontrollaugen

45

Abbildung 17: Darstellung einer Spritze in einem Auge 29)

Abbildung 18: Darstellung der Rigiditätswerte für mit Nitroethanol behandelte

Schweineaugen

46

Abbildung 19: Darstellung des Keratokonus 81)

Abbildung 20: Darstellung eines Patienten, der mit UVA-Licht behandelt wird 93)

47

Abbildung 21: Darstellung von zwei Schweineaugen, die mit UVA-Licht und Riboflavin

behandelt werden 30)

Abbildung 22: Darstellung der Rigiditätswerte für mit UVA – Licht und Riboflavin

behandelte Schweineaugen

48

Abbildung 23: Darstellung von in Formaldehyd eingelegten Schweineaugen 31)

Abbildung 24: Darstellung der Rigiditätswerte für die mit Formaldehyd behandelte

obere Augenhälfte von Schweineaugen

49

Abbildung 25: Darstellung der Rigiditätswerte für die mit Formaldehyd vollständig

behandelten Schweineaugen

Abbildung 26: Darstellung der Rigiditätswerte für alle untersuchten Schweineaugen