Einführung

„Die Quervernetzung (engl. crosslinking, X-linking) ist Teil der ältesten Kulturtechniken der Menschheit, des Gerbens“ [2] und wird in der Medizin vielfältig verwendet.

Da die Hornhaut optisch transparent und für Licht gut zugänglich ist, bietet sich die Methode der Photopolymerisation an. Dieses Prinzip der photochemischen Vernetzung wird auch in der Industrie zur Härtung von Lacken oder in der Zahnheilkunde zur Aushärtung von Füllstoffen bei Lichtaktivierung angewandt.

Erfahrungen zur Erhöhung der Quervernetzungen und damit auch Erhöhung der Festigkeit von Gewebe, durch Schaffung neuer Bindungen zwischen den spannungstragenden Molekülketten, sind aus der Medizin durch Stabilisierung von kollagenen Biomaterialien, wie Prothesen für Herzklappen oder Blutgefäßen bekannt. Vergleichbar ist der Prozess auch mit der Bildung eines Thrombus zur Vernetzung von Fibrin bei der Blutgerinnung.

Zur therapeutischen Behandlung soll sich die Quervernetzung auch im Gebiet der Ophthalmologie etablieren, wo das Verfahren anfänglich nur in Testreihen, z. B. als Bioklebemittel für nahtlose Keratoplastiken Einsatz fand [6].

In umfangreichen Tier- und in vitro Versuchen haben Spörl et al die Wirkung von chemischen Vernetzern, unter anderem auch Riboflavin sowie ultraviolette (UV) Strahlung verschiedener Wellenlängen auf mögliche Veränderungen biomechanischer Eigenschaften der Hornhaut geprüft [7, 8].

Innerhalb ihrer Versuche entdeckte die Dresdner´Gruppe die wirksame Kombination von UVA-Licht mit einer Wellenlänge von l=365 nm und Riboflavin als Photomediator zur Erhöhung der Festigkeit innerhalb der Hornhaut [7].

Riboflavin als Lebensmittelfarbstoff und als Vitamin B2 verwendet ist nicht toxisch, wasserlöslich und dringt leicht in das stromale Gewebe ein [7]. Bei dem Prozess der Vernetzung erfüllt es 2 Funktionen. Zum einen steigert es die Absorption der UVA-Strahlung von 32 % auf 95 % und schützt dadurch nahezu vollständig vor Transmission und somit vor Schädigung der okulären Medien [10]. Zum anderen wirkt es im photochemischen Prozess als Transfermolekül, um reaktiven Sauerstoff zu erzeugen, welcher wiederum durch Wechselwirkungen für die Bildung neuer kovalenter Bindungen innerhalb der Kollagenfibrillen verantwortlich ist. Demnach wird auch nur dort eine Wirkung erzeugt, wo Strahlung absorbiert und Energie an das Gewebe abgegeben wird (1. Gesetz der Photochemie).

CCCL als Behandlungsmethode bei Keratokonus

Der Keratokonus gilt als eine der häufigsten angeborenen Erkrankungen der Hornhaut. Die zumeist bilateral auftretende, nichtentzündliche Hornhautvorwölbung (Bild 1) mit progredientem Charakter manifestiert sich in der Regel im zweiten Lebensjahrzehnt mit einer zunehmenden Hornhautverdünnung, sowie einer Myopisierung und irregulärem Astigmatismus (Bild 2).

Die Ursachen für Keratokonus sind bis heute umstritten. Insbesondere biochemische und morphologische Aspekte sind nicht eindeutig geklärt. Diskutiert werden dabei:

· Reduzierung der Kontaktstellen und damit der Vernetzungen innerhalb der Kollagenmatrix [4],

· erhöhte Aktivität von Enzymen [8],

· Veränderungen der Kollagenfasern [9],

· erhöhte Apoptose von Keratozyten (Hornhautkörperchen) [11].

Bislang zeigte sich keiner der untersuchten Faktoren als alleinige Ursache. Fest steht jedoch in jedem Fall, dass es zu Veränderungen der Vernetzung und damit zu einer reduzierten mechanischen Stabilität der Hornhaut kommt. Die Aufklärung der Kollagenstruktur war demnach entscheidend für weitere Hinweise und bildet die Grundlage der Behandlung durch CCCL. Dabei hat sich gezeigt, dass nicht der Gehalt des Kollagens, sondern Irregularitäten in der Matrix durch Veränderungen innerhalb der orthogonalen Struktur der Kollagenfibrillen sowohl im anterioren und zentralen Teil der Hornhaut für eine geringere mechanische Stabilität und damit eine konusartige Wölbung der Cornea verantwortlich sind [3, 4, 9].

Bisherige Behandlungsmethoden gelten als rein refraktive Verfahren (Epikeratoplastik, lamelläre und perforierende Keratoplastik, instrastromale Ringe). Die Vernetzungstherapie dagegen gilt als therapeutisches Verfahren mit dem Ziel, durch künstliche Erhöhung der Vernetzung innerhalb des Kollagengewebes, die mechanische Stabilität sowie die Widerstandfähigkeit der Hornhaut gegen enzymatische Abbauvorgänge zu erhöhen und damit die Ektasie des Konus zu stabilisieren. Auch wenn in Publikationen eine Visusverbesserung beschrieben wird [5], so kann diese allenfalls als ein Nebeneffekt betrachtet werden, welcher sich durch Stabilisierungsvorgänge innerhalb der Topographie ergibt. Eine bewusste Verbesserung oder gar eine individuelle Vorhersagbarkeit ist nach heutigem Wissensstand nicht gegeben, womit CCCL weiterhin als therapeutisches Verfahren gilt.

Behandlungsprozedere und Applikationstechnik

Der im Folgenden beschriebene Ablauf entspricht der derzeitigen Behandlung bei Keratokonus mit CCCL an der Klinik für Augenheilkunde der Goethe Universität Frankfurt am Main.

Auch wenn CCCL kein ausgeprägt operativer Eingriff ist, so wird der Patient mit steriler Kleidung und Lokalanästhetika versorgt. In dieser Zeit prüft ein Arzt im Behandlungsraum die Intensität der Strahlungsquelle mittels UV-Detektor.

Zu Beginn des Eingriffs wird im Zentrum der Cornea die zu behandelnde Fläche von 7 mm Durchmesser gekennzeichnet und anschließend manuell eine Ephithelabrasio durchgeführt (Bild 3). Ist die Epithelschicht entfernt, wird die freiliegende Bowman-Membran mit einem feuchten Tupfer mehrfach gereinigt.

In den folgenden 30 Minuten wird im Abstand von jeweils 2 Minuten 1 Tropfen des Riboflavin Vitamin B2 appliziert (Bild 4). In dieser Zeit kann eine genügend hohe Diffusion des Farbstoffes in das stromale Gewebe gewährleistet werden. Um dies sicherzustellen wird an der Spaltlampe die Eindringtiefe unter Nutzung des Blaulichtfilters geprüft. Das Riboflavin ist jetzt bis zur Vorderkammer eingedrungen und dort gut sichtbar (Flare). Nur so kann eine hohe Absorption der UVA-Strahlung und damit Schutz des Endothels, der Augenlinse und der Netzhaut vor einer schädigenden Strahlungsdosis gewährleistet werden. Dieser Effekt wird auch als „Riboflavin-Shielding“ bezeichnet.

Es folgt nun die Phase der Bestrahlung mit UVA-Licht. Das Auge wird 30 Minuten lang aus definierter Entfernung von 50 mm, einer Wellenlänge von l=365 nm und geprüfter Intensität von l=3 mW/cm2 (=5,4 J/cm2) ausgesetzt. Innerhalb dieses photochemischen Prozesses entstehen eine gut sichtbare Fluoreszenzstrahlung (Bild 5), eine vernachlässigbar geringe thermische Wirkung und die für den Vorgang so wichtigen kovalenten Bindungen.

Nach insgesamt 60 Minuten (ohne erneute Diffusionsprüfung an der Spaltlampe) ist die Behandlung CCCL beendet. Die Einhaltung des zeitlich strukturierten Ablaufs wird mit einem Timer überwacht. Dem Patienten wird abschließend gegen eindringende Keime eine therapeutische Kontaktlinse aus hochsauerstoffdurchlässigem Silikonhydrogel auf das behandelte Auge gesetzt.

Die postoperative Medikation mit vorgegebener Dosierungsmenge und -dauer besteht aus Antibiotika zur Verhinderung von Infektionen, Kortisonpräparaten um überschießenden Wundheilungsreaktionen und Trübungen entgegen zu wirken und Benetzungstropfen ohne Konservierer, welche nach Bedarf genutzt werden.

Sicherheit des CCCL für das Auge

Nach bisherigen Erkenntnissen wurden nach CCCL keine Beeinträchtigungen nachfolgender Medien wie Endothelzellschäden, Schädigungen der Augenlinse oder der Netzhaut beobachtet.

Trotzdem sollte UV-Licht am Auge möglichst vermieden werden. Der Schaden, ausgehend von der Strahlung, ist zum einen abhängig von der Wellenlänge, der Intensität und der Strahlungsdauer. Andererseits muss zusätzlich eine Hornhautdicke von M400 µm gewährleistet sein, um eine möglichst hohe Absorption der Strahlung durch das Riboflavin zu ermöglichen.

Dokumentiert sind subepitheliale Trübungen (Haze), in Abhängigkeit vom Grad des Keratokonus, bis zu 6 Monate nach der Behandlung. Die Ursache dafür kann in der Schädigung der Keratozyten analog einer photorefraktiven Keratektomie (PRK) liegen [1]. Der Repopulationsmechanismus der Keratozyten, beginnend 3 Monaten nach der Behandlung, stellt sich nach etwa 6 Monaten mit regulärem Befund ein. Ebenso rückläufig zeigt sich das Haze. Bei der Spaltlampenuntersuchung zur Kontaktlinsenanpassung nach CCCL ist es also wahrscheinlich, dass diese Trübungen zu beobachtet sind. Einflüsse auf die Sehschärfe bzw. auf die Kontrastempfindlichkeit müssen berücksichtigt werden.

Kontaktlinsenanpassung bei Keratokonus nach CCCL

Da das Verfahren CCCL als therapeutischer Eingriff gilt, ist ein Ausgleich des Refraktionsdefizites nach der Behandlung je nach Ausprägung des Konus mit Brillengläsern, vorrangig aber mit Kontaktlinsen notwendig.

Dazu wurde ein Fragebogen an 20 private Kontaktlinseninstitute, spezialisiert auf Versorgungen bei Keratokonus gesendet und insgesamt Informationen zu 55 Kunden ausgewertet. Eine Befragung von Anpassspezialisten zu diesem Thema ist erstmalig in Deutschland durchgeführt worden. Alle Antworten sind innerhalb eines Erfahrungsberichtes wiedergegeben und liegen deshalb ohne statistische Auswertung vor. Schwerpunkt bildeten dabei mögliche Einschränkungen der Sehqualität und des Tragekomforts bei der Versorgung mit Kontaktlinsen.

Fragebogen

Der Fragebogen ist in 3 Abschnitte gegliedert wurden:

1) Zufriedenheit der Kunden

• Sehen (allgemein, Visus cum correctione)

• Tragekomfort

2) Kontaktlinsenanpassung

• Schwierigkeiten aus Sicht des Anpassers

• Spaltlampenbefund

• Modifikationen an Kontaktlinsen

3) Verfahren CCCL

• Informationsverhalten der Anpasser

Abschnitt 1) Zufriedenheit der Kunden

Die Mehrheit der mit CCCL behandelten Kunden ist mit dem Sehen nach der Behandlung zufrieden, wobei die Ausgangssehschärfe mit Kontaktlinsen wieder erreicht und in Einzelfällen sogar verbessert werden konnte. Treten Beschwerden auf, so werden eine erhöhte Blendempfindlichkeit, Kontrastverlust und allgemein unscharfes Sehen als Haupteinflüsse angegeben. Es sind einzelne Visusverluste um bis zu 2 Stufen dokumentiert.

Bezüglich des Tragekomforts erhalten ca. 50 % der Kontaktlinsenträger das gewohnte Tragegefühl zurück. In allen anderen Fällen wirken sich hauptsächlich Einflüsse wie erhöhte Sensibilität und Trockenheit als Fremdkörpergefühl aus. In weiteren, möglichst prospektiven Studien, sollte untersucht werden, ob und wann sich dieser Zustand wieder regeneriert.

Abschnitt 2) Schwierigkeit bei der Kontaktlinsenversorgung nach CCCL aus Sicht des Anpassers

Schwierigkeiten für den Kontaktlinsenanpasser sind gekennzeichnet durch eine geringe Tränenfilmmenge, geringere Epithelqualität und Kontrastverluste, was sich im Spaltlampenbefund widerspiegelt. Hier sind neben den allgemeinen Symptomen bei Keratokonus vor allem Epithelstippen und Trübungen dokumentiert.

Die Versorgung mit Kontaktlinsen nach CCCL findet je nach Philosophie und Möglichkeiten unterschiedlich statt. Während einige Anpasser Neuversorgungen bevorzugen, bearbeiten andere, so weit es möglich ist, die Linsen nach.

In einigen Fällen werden Übergangsanpassungen bis zur vollständigen Stabilisierung empfohlen. Hierzu muss deutlich hervorgehoben werden, dass die Topographie sich noch einige Monate nach dem Eingriff so ändern kann, dass Linsen nachbearbeitet oder ganz getauscht werden müssen. Es macht also durchaus Sinn, wenn in dieser Zeit Linsen mit Tauschoption an den Kunden abgegeben werden.

Abschnitt 3) Informationsverhalten der Kontaktlinsenanpasser

Bemerkenswert ist, dass die Anpasser recht gut über CCCL informiert sind, dieses Wissen auch an den Kunden weitergeben, dem Verfahren aber regional unterschiedlich sehr kritisch gegenüber stehen. Grund dafür kann die Zusammenarbeit mit der behandelten Klinik sein. Zum anderen gibt es jedoch auch „kritische Stimmen aus den Augenklinken“ selbst [Zitat Fragebogen]. Insgesamt wird CCCL als neuartige Methode bewertet, deren Langzeitergebnisse noch bestätigt werden müssen. Die im Vorfeld zu erwartende Angst bezüglich zunehmend geringerer Anpassungen bei Keratokonus, hat sich innerhalb dieser Umfrage bei den Anpassspezialisten nicht gezeigt, was sicher auch daran liegt, dass sich das Verfahren zum einen noch nicht vollständig etabliert hat, zum anderen noch zu wenige Langzeitergebnisse vorliegen.

„Ich denke in diesen Fällen ist es nicht entscheidend, dass wir weniger Speziallinsen anpassen müssen, sondern, dass für viele Betroffene lange Zeit eine gute Sehschärfe erhalten bleibt, und im besten Fall eine Keratoplastik herausgezögert oder vielleicht vermieden wird. Der Kunde bleibt uns erhalten, da er ja nach wie vor seine Kontaktlinsen benötigt. Die Frage ist letztendlich, ob man an der Anpassung einer Speziallinse mehr verdient, als mit einer normalen Keratokonuslinse?“ [Zitat Fragebogen]

Fazit für den Kontaktlinsenanpasser

Vorteile wie eine lokal begrenzte Wirkung, eine kurze Therapiezeit und eine einfache und sichere Handhabung etablieren CCCL als Alternativmethode zur Behandlung des Keratokonus.

Der am häufigsten auftretende, zeitnahe Nachteil von CCCL ist ein möglicher Kontrastverlust, verbunden mit einer Sehschärfenverringerung in den ersten Monaten postoperativ. Beide Faktoren sind sicher durch das anfänglich bestehende Haze zu begründen.

Ein weiterer Schwerpunkt, besonders für die Versorgung mit Kontaktlinsen, ist die geringere Tränenfilmmenge, wobei neben dem dadurch erlangten schlechteren Tragekomfort, die trockene Linsenoberfläche zusätzlich für eine geringere Sehqualität sorgen wird. Allerdings ist in den Fällen bei Keratokonusanpassungen bezüglich des Materials meist kaum noch eine Verbesserung möglich.

Insgesamt ist der Umgang mit den Kunden als zunehmend anspruchsvoller zu bewerten.

Innerhalb von Studien untersuchen derzeit zahlreiche Augenkliniken weltweit CCCL auf dessen Wirkungen. Die Klinik für Augenheilkunde der Goethe Universität Frankfurt am Main greift dabei auf mehrjährige Erfahrungen zurück und kann individuelle Fragen zur Behandlung von Keratokonus in verschiedenen Stadien beantworten, da Ein- und Ausschlusskriterien für das Verfahren nicht pauschalisiert werden können.

Die Autoren:

Jana Gehmlich, Prof. Wolfgang Sickenberger

Fachhochschule Jena

Fachbereich SciTec, Studiengang Augenoptik

Carl-Zeiss-Promenade 2

07745 Jena

jana_gehmlich@freenet.de

Dipl.-Ing. Oliver K. Klaproth, Prof. Dr. med. Thomas Kohnen

Klinik für Augenheilkunde

Goethe-Universität Frankfurt am Main

Theodor Stern Kai 7

Tel: (+49) 69 6301 3945

Fax: (+49) 69 6301 3893

oliver.klaproth@gmx.de

Literaturverzeichnis

1. Herrmann C.I.A., Hammer T., Duncker G.I.W. (2008). Haze-Bildung nach Vernetzungstherapie bei Keratokonus. Der Ophthalmologe 105:485–487.

2. Koller T., Seiler T. (2007). Therapeutische Quervernetzung der Hornhaut mittels UVA und Riboflavin. Klinisches Monatsblatt Augenheilkunde 224:700–706.

3. Meek K.M., Tuft S.J., Huang Y., et al (2005). Changes in Collagen Orientation and Distribution in Keratoconus Corneas. Investigative Ophthalmology & Visual Science 46:1948–56.

4. Radner W., Zehetmayer M., Skorpik Ch., et al (1998). Altered Organization of Collagen in the Apex of Keratoconus Corneas. Ophthalmic Research 30:327–332.

5. Raiskup-Wolf F., Hoyer A., Spoerl E., et al (2008). Collagen crosslinking with riboflavin and ultraviolett-A light in keratoconus: Long-term results. Journal of Cataract & Refractive Surgery 34:796–801.

6. Schilde T., Kohlhaas M., Spoerl E., et al (2008). Enzymatischer Nachweis der Tiefenabhängigkeit der Vernetzungswirkung von Riboflavin/UVA an der Hornhaut. Der Ophthalmologe 105: 165–169.

7. Spoerl E., Huhle M., Kasper M., et al (1997). Erhöhung der Festigkeit der Hornhaut durch Vernetzung. Der Ophthalmologe 94:902–906.

8. Spoerl E., et al (1998). Induction of Cross-links in Corneal Tissue. Experimental Eye Research 66:97–103.

9. Stachs O., Bochert A., Gerber T., et al (2004). Die Struktur der Extrazellulärmatrix bei Keratokonus. Der Ophthalmologe 101:384–389.

10. Wollensak G., Spoerl E., Wilsch M., et al (2003). Endothelial cell damage after riboflavin-ultraviolet-A treatment in the rabbit. Journal of Cataract & Refractive Surgery 29:1786–1790.

11. Wollensak G., Spoerl E., Wilsch M., et al (2004). Keratocyte Apoptosis After Corneal Collagen Cross-linking Using Riboflavin/UVA Treatment. Cornea 23:43–49.