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Biomechanische Zustand der Hornhaut als neuer Indikator für pathologische und strukturelle Veränderungen

Biomechanical condition of the cornea as a new indicator for pathological and structural changes

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Zusammenfassung

Ziel

Zahlreiche Verfahren gestatten zwar die geometrische Vermessung der Hornhaut als diagnostischen und therapeutischen Parameter, aber bisher blieb der biomechanische Zustand der Hornhaut (z. B. bei der refraktiven Hornhautchirurgie) unberücksichtigt. Ein weiteres starkes Interesse an der Biomechanik der Hornhaut entwickelte sich in den letzten Jahren von Seiten des Glaukommanagements. Zum einen beeinflussen neben den geometrischen Eigenschaften die biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut die applanatorische Augeninnendruckmessung. Zum anderen konnten epidemiologische Studien zeigen, dass die Hornhautdicke ein eigenständiger Risikofaktor für die Entstehung und Progression des Glaukoms ist.

Methode

Mit dem Ocular Response Analyzer (ORA) steht erstmals eine Methode für die berührungslose Messung von biomechanischen Parametern der Hornhaut beim Patienten zur Verfügung. 2500 Messungen der kornealen Hysterese (CH) und des kornealen Widerstandsfaktors (CRF) wurden ausgewertet und der Einfluss von Hornhautdicke, intraokularem Druck sowie von strukturellen und pathologischen Veränderungen untersucht.

Ergebnisse

Es werden das Messprinzip, die Reproduzierbarkeit, der Unterschied zwischen statischen und dynamischen Messungen und deren Aussagefähigkeit erläutert. Des Weiteren werden Einflussfaktoren wie Hornhautdicke, intraokularer Druck, Alter und Quellung auf CH, CRF und CH-CRF quantitativ dargestellt. Für zahlreiche postoperative Strukturveränderungen an der Hornhaut (Lasik, Vernetzung, Keratoplastik) und auch für eine Reihe von pathologischen Veränderungen (Keratokonus, Hornhautdystrophie) werden die gemessenen CH- und CRF-Werte diskutiert. Die Veränderungen der CH und CRF bei pathologischen Zuständen werden anhand von strukturellen Veränderungen (Kollagen, GAG, Wassergehalt) erläutert. Einen besonderen Aspekt bildet die Bewertung von CH und CRF beim Glaukom.

Schlussfolgerungen

Die Messung der kornealen Hysterese und des kornealen Widerstandsfaktors der Hornhaut am Patienten ist ein wesentlicher Fortschritt für das Verständnis des biomechanischen Zustands der Hornhaut und besonders der pathologischen Veränderungen, z. B. bei Keratokonus und bei Glaukom.

Abstract

Aim

Several methods permit the measurement of geometric parameters of the cornea, but until now biomechanical conditions of the cornea have been ignored (e.g. in refractive corneal surgery). Besides the geometric condition, biomechanical properties of the cornea have been shown to influence applanation measurement of intra-ocular pressure (IOP) and epidemiological studies have identified corneal thickness as an independent risk factor for the development and progression of glaucoma. The aim of this investigation was to characterize the biomechanical properties of the cornea using the ocular response analyzer (ORA).

Methods

The ocular response analyzer (ORA) is a new method available for non-contact measurement of the biomechanical properties of the cornea. We evaluated the reproducibility of measurements, the difference between static and dynamic factors and the impact of independent factors (e.g. IOP, age, CCT, swelling of the cornea) on 2,500 measurements of corneal hysteresis (CH) and corneal resistance factor (CRF).

Results

In a large sample size we observed changes in CH and CRF after refractive surgery procedures (LASIK, UV-A cross-linking, keratoplasty) and in other corneal disorders (keratoconus, corneal dystrophies).

Conclusions

CRF and CH changes may reflect structural changes of the cornea. Thus, the ORA provides valuable information for a better understanding and characterization of the biomechanical condition of the cornea, especially with regard to diseases such as keratoconus and glaucoma.

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Literatur

  1. Ang GS, Bochmann F, Townend J et al (2008) Corneal biomechanical properties in primary open angle glaucoma and normal tension glaucoma. J Glaucoma 17:259–262

    Article  PubMed  Google Scholar 

  2. Bochmann F, Ang GS, Azuara-Blanco A (2008) Lower corneal hysteresis in glaucoma patients with acquired pit of the optic nerve (APON). Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 246:735–738

    Article  PubMed  Google Scholar 

  3. Broman AT, Congdon NG, Bandeen-Roche K, Quigley HA (2007) Influence of corneal structure, corneal responsiveness and other ocular parameters on tonometric measurement of intraocular pressure. J Glaucoma 16:581–588

    Article  PubMed  Google Scholar 

  4. Burkhardt A (2008) Einfluss von Östrogen auf die optischen und biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut. Diplomarbeit, Fachhochschule Jena

  5. Carbonaro F, Andrew T, Mackey DA et al (2008) The heritability of corneal hysteresis and ocular pulse amplidute – a twin study. Ophthalmology 115:1545–1549

    Article  PubMed  Google Scholar 

  6. Chen MC, Lee N, Bourla N, Hamilton DR (2008) Corneal biomechanical measurements before and after laser in situ keratomileusis. J Cataract Refract Surg 34:1886–1891

    Article  PubMed  Google Scholar 

  7. Congdon NG, Broman AT, Bandeen-Roche K et al (2006) Central corneal thickness and corneal hysteresis associated with glaucoma damage. Am J Ophthalmol 141:868–875

    Article  PubMed  Google Scholar 

  8. Dave S, Schroeder B, Wiegand W (2007) Änderung mechanischer Hornhauteigenschaften (Korneale Hysterese) im Alter. Klin Monatsbl Augenheilkd 224:(21 Tagung der DGII Abstract)

  9. De Obaldia-Faruggia, Naranjo-Tackman R (2007) Corneal hysteresis measurements in healthy brothers and sisters of keratoconus. XXV Congress ESCRS, Stockholm

  10. Dombi GW, Haut RC, Sullivan WG (1993) Correlation of high-speed tensile strength with collagen content in control and lathyritic rat skin. J Surgical Res 54:21–28

    Article  CAS  Google Scholar 

  11. Elsheikh A, Wang D, Brown M et al (2007) Assessment of corneal biomechanical properties and their variation with age. Curr Eye Res 32:11–19

    Article  PubMed  Google Scholar 

  12. Fry K, Hersh PS (2006) Influence of corneal biomechanics on PRK outcome. XXIV Congress of the ESCRS London

  13. Gatinel D, Chaabouni S, Adam PA et al (2007) Corneal hysteresis, resistance factor, topography and pachymetry after corneal lamellar flap. J Refract Surg 23:76–84

    PubMed  Google Scholar 

  14. Glass DH, Roberts CJ, Litsky AS, Weber PA (2008) A viscoelastic biomechanical model of the cornea describing the effect of viscosity and elasticity on hysteresis. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:3919–3926

    Article  PubMed  Google Scholar 

  15. Hager A, Loge K, Füllhas MO et al (2007) Changes in corneal hysteresis after clear corneal cataract surgery. Am J Ophthalmol 144:341–346

    Article  PubMed  Google Scholar 

  16. Hager A, Loge K, Kutschan A, Wiegand W (2008) Einfluss der Katarakt- und Glaskörperchirurgie auf die Hornhautdicke und die corneale Hysterese. Klin Monatsbl Augenheilkd 225:207–211

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  17. Hager A, Haller AC, Oliver K et al (2008) Veränderungen der kollagenen Strukturen der Hornhaut bei Diabetes mellitus. DOG

  18. Kamiya K, Hagishima M, Fujimura F, Shimizu K (2008) Factors affecting corneal hysteresis in normal eyes. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 246:1491–1494

    Article  PubMed  Google Scholar 

  19. Kerautret J, Colin J, Touboul D, Roberts C (2008) Biomechanical characteristics of the ectatic cornea. J Cataract Refract Surg 34:510–513

    Article  PubMed  Google Scholar 

  20. Kida T, Liu JH, Weinreb RN (2006) Effect of 24-hour corneal biomechanical changes on intraocular pressure measurement. Invest Ophthalmol Vis Sci 47:4422–4426

    Article  PubMed  Google Scholar 

  21. Kida T, Liu HK, Weinreb RN (2008) Effects of aging on corneal biomechanical properties and their impact on 24-hour measurement of intraocular pressure. Am J Ophthalmol 146:567–572

    Article  PubMed  Google Scholar 

  22. Kirwan C, O’Keefe M, Lanigan B (2006) Corneal hysteresis and intraocular pressure measurement in children using the reichert ocular response analyzer. Am J Ophthalmol 142:990–992

    Article  PubMed  Google Scholar 

  23. Kurita Y, Kempf R, Iida Y et al (2008) Contact-based stiffness sensing of human eye. IEE Trans Biomed Eng 55:739–744

    Article  Google Scholar 

  24. Kucumen RB, Yenerel NM, Gorgun E et al (2008) Corneal biomechanical properties and intraocular pressure changes after phacoemulsification and intraocular lens implantation. J Cataract Refract Surg 34:2096–2098

    Article  PubMed  Google Scholar 

  25. Kynigopoulos M, Schlote T, Kotecha A et al (2008) Repeatability of intraocular pressure and corneal biomechanical properties measurements by the ocular response analyser. Klin Monatsbl Augenheikd 225:357–360

    Article  CAS  Google Scholar 

  26. Laiquzzaman M, Bhojwani R, Cunliffe I, Shah S (2006) Diurnal variation of ocular hysteresis in normal subjects: relevance in clinical context. Clin Experiment Ophthalmol 34:114–118

    Article  PubMed  Google Scholar 

  27. Lee ES, Kim CY, Ha SJ et al (2007) Central corneal thickness of Korean patients with glaucoma. Ophthalmology 114:927–930

    Article  PubMed  Google Scholar 

  28. Lim L, Gazzard G, Chan YH et al (2008) Cornea biomechanical characteristics and their correlation with refractice error in Singaporean children. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:3852–3857

    Article  PubMed  Google Scholar 

  29. Lu F, Xu S, Qu J et al (2007) Central corneal thickness and corneal hysteresis during corneal swelling induced by contact lens wear with eye closure. Am J Ophthalmol 143:616–622

    Article  PubMed  Google Scholar 

  30. Luce DA (2005) Determining in vivo biomechanical properties of the cornea with an ocular response analyzer. J Cataract Refract Surg 31:156–162

    Article  PubMed  Google Scholar 

  31. Mahmoud AM, Twa MD, Qazi M et al (2007) Comparison of biomechanical and topographic parameters in normal and pathologic corneas. Invest Ophthalmol Vis Sci 49: E1843 Available at http:// www.iovs.org

  32. Martinez-Afanador AM, Ortiz-Nieva G (2008) Hysteresis and corneal resistance factor evaluation in patients with different stages of keratoconus. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:E4349 Available at http:// www.iovs.org

  33. Moreno-Montanes J, Maldonado MJ, Garcia N et al (2008) Reproducibility and clinical relevance of the ocular response analyzer in nonoperated eyes: corneal biomechanical and tonometric implications. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:968–974

    Article  PubMed  Google Scholar 

  34. Ortiz D, Pinero D, Shabayek MH et al (2007) Corneal biomechanical properties in normal, post-laser in situ keratomileusis, and keratoconic eyes. J Cataract Refract Surg 33:1371–1375

    Article  PubMed  Google Scholar 

  35. Pepose JS, Feigenbaum SK, Qazi MA et al (2007) Changes in corneal biomechanics and intraocular pressure following LASIK using static, dynamic and noncontact tonometry. Am J Ophthalmol 143:39–47

    Article  PubMed  Google Scholar 

  36. Schroeder B, Hager A, Kutschan A, Wiegand W (2008) Bestimmung viskoelastischer Hornhauteigenschaften (korneale Hysterese) bei Patienten mit primärem Offenwinkelglaukom. Ophthalmologe (im Druck)

  37. Shah S, Laiquzzaman M, Cunliffe I, Mantry S (2006) The use of the Reichert ocular response analyser to establish the relationship between ocular hysteresis, corneal resistance factor and central corneal thickness in normal eyes. Cont Lens Anterior Eye 29:257–262

    Article  PubMed  Google Scholar 

  38. Shah S, Laiquzzaman M, Bhojwani R et al (2007) Assessment of the biomechanical properties of the cornea with the ocular response analyzer in normal and keratoconic eyes. Invest Ophthalmol Vis Sci 48:3026–3031

    Article  PubMed  Google Scholar 

  39. Shah S, Laiquzzaman M, Mantry S, Cunliffe I (2008) Ocular response analyzer to assess hysteresis and corneal resistance factor in low tension, open angle glaucoma and ocular hypertension. Clin Exp Ophthalmol 36:508–513

    Article  Google Scholar 

  40. Shen M, Wang J, Qu J et al (2008) Diurnal variation of ocular hysteresis, corneal thickness and intraocular pressure. Optom Vis Sci 85:1185–1192

    Article  PubMed  Google Scholar 

  41. Spoerl E, Huhle M, Seiler T (1998) Induction of cross-links in corneal tissue. Exp Eye Res 66:97–103

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  42. Toh T, Liew SH, MacKinnon JR et al (2005) Central corneal thickness is highly heritable: the twin eye studies. Invest Ophthalmol Vis Sci 46:3718–3722

    Article  PubMed  Google Scholar 

  43. Touboul D, Roberts C, Kerautret J et al (2008) Correlation between corneal hysteresis, intraocular pressure and corneal central pachymetry. J Cataract Refract Surg 34:616–622

    Article  PubMed  Google Scholar 

  44. Wells AP, Garway-Heath DF, Poostchi A et al (2008) Corneal hysteresis but not corneal thickness correlates with optic nerve surface compliance in glaucoma patients. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:3262–3268

    Article  PubMed  Google Scholar 

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Danksagung

Wir bedanken uns für die Unterstützung der Roland-Ernst-Stiftung für Gesundheitswesen in Dresden.

Interessenkonflikt

Der korrespondierende Autor gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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Authors and Affiliations

  1. Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde, Universitätsklinikum Dresden, Fetscherstraße 74, 01307, Dresden, Deutschland

    E. Spörl, N. Terai, M. Haustein, AG. Böhm, F. Raiskup-Wolf & L.E. Pillunat

Authors
  1. E. Spörl
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  2. N. Terai
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  3. M. Haustein
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  4. AG. Böhm
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  5. F. Raiskup-Wolf
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  6. L.E. Pillunat
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Corresponding author

Correspondence to E. Spörl.

Additional information

Vortrag auf der 106. Tagung der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft, Berlin, 18. bis 21.September 2008

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Spörl, E., Terai, N., Haustein, M. et al. Biomechanische Zustand der Hornhaut als neuer Indikator für pathologische und strukturelle Veränderungen. Ophthalmologe 106, 512–520 (2009). https://doi.org/10.1007/s00347-008-1910-0

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