Ophthalmische Viskoelastika (ophthalmic viscosurgical device, OVD) sind chirurgische Hilfslösungen, die bei intraokularen Eingriffen zur Aufrechterhaltung des Raums, zum Schutz des Hornhautendothels, zur Verhinderung von Hornhautaustrocknung und zur Unterstützung der Färbung verwendet werden. Ursprünglich als bloße chirurgische Hilfsmittel betrachtet, haben sie sich mit der Entwicklung von Formulierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu Instrumenten entwickelt, die chirurgischen Instrumenten gleichgestellt sind, und werden heute zusammenfassend als Viskoelastika bezeichnet.
Die Geschichte der ophthalmischen Verwendung von Hyaluronsäure begann 1934, als Karl Meyer und John Palmer Hyaluronsäure aus Rinderglaskörper isolierten 1). 1979 verwendeten Dr. Robert Stegmann und Dr. David Miller erstmals klinisch 1% Natriumhyaluronat während einer Kataraktoperation 1). Von 1980 bis 1983 erhielt Pharmacia die Zulassung der US-amerikanischen FDA und brachte das Produkt auf den Weltmarkt, was die moderne Kataraktchirurgie revolutionierte 1).
Derzeit wird in Japan hauptsächlich Natriumhyaluronat als Viskoelastikum verwendet, und Natriumchondroitinsulfat als Kombinationsmittel. Natriumhyaluronat ist ein Glykosaminoglykan mit einer langkettigen Struktur aus wiederholten Disacchariden von N-Acetylglucosamin und Glucuronsäure. Es ist eine natürliche Substanz, die im Bindegewebe, der Haut, dem Glaskörper, Knorpel und der Synovialflüssigkeit des Körpers vorkommt.
Aufgrund der Bedeutung ihrer Rolle haben sich Viskoelastika von bloßen chirurgischen Hilfslösungen zu chirurgischen Instrumenten entwickelt. Da sie die Sicherheit und Wirksamkeit der Kataraktchirurgie erheblich beeinflussen, wird vom Chirurgen verlangt, das Viskoelastikum nach gründlichem Verständnis seiner Eigenschaften auszuwählen.
Die chirurgische Verwendung viskoelastischer Substanzen wird durch ihre physikalischen Eigenschaften bestimmt. Die folgenden vier Eigenschaften stehen in direktem Zusammenhang mit ihrer Verwendung in der Chirurgie.
Viskosität
Viskosität: Gibt die Fließfähigkeit einer Substanz an. Je höher das Molekulargewicht und die Konzentration, desto höher die Viskosität. Hochviskose viskoelastische Substanzen haben eine stärkere gewebeverlagernde Wirkung und werden weniger leicht aus der Vorderkammer ausgeschieden.
Pseudoplastizität
Pseudoplastizität: Eigenschaft, bei der die Viskosität mit der Scherrate variiert. Im Ruhezustand zeigt sie eine hohe Viskosität, aber unter hohen Scherraten (wie bei Instrumentenmanipulation) nimmt die Viskosität ab, was Injektion und Entfernung erleichtert. Natriumhyaluronat besitzt nicht-newtonsche Flüssigkeitseigenschaften, und je länger die Molekülkette, desto größer die pseudoplastische Veränderung.
Elastizität
Elastizität: Fähigkeit, nach Verformung in die ursprüngliche Form zurückzukehren. Je höher die Elastizität, desto besser die Raumhaltefähigkeit. Alle viskoelastischen Substanzen stellen nach dem Einführen und Entfernen von Instrumenten die Hornhautform und die Vorderkammer wieder her.
Beschichtungsfähigkeit
Beschichtungsfähigkeit (Coatability): Wird durch Oberflächenspannung und Kontaktwinkel bestimmt. Je niedriger die Oberflächenspannung und je kleiner der Kontaktwinkel, desto höher die Beschichtungsfähigkeit, was zu einem besseren Gewebeschutz führt, aber die Entfernung aus dem Auge erschwert.
Viskoelastische Substanzen werden basierend auf dem Kohäsions-Dispersions-Index (CDI) in vier Kategorien eingeteilt.
| Klassifikation | Kohäsions-Dispersions-Index | Viskosität | Repräsentative Produkte (Japan) |
|---|---|---|---|
| Kohäsiv | ≥30% asp/mmHg | Hoch (hohes Molekulargewicht) | Opegan® Hi, Hylon® |
| Dispersiv | <30% asp/mmHg | Niedrig (niedriges Molekulargewicht) | Viscoat®, Shellgan® |
| Hochviskös dispersiv | Mittel | Mittel bis hoch | DiscoVisc® |
| Viskositätsadaptiv | ≥30% asp/mmHg | Sehr hoch | Hylon V® |
Der Hauptbestandteil ist 1% Natriumhyaluronat. Die Molekülketten sind lang und miteinander verflochten, was eine hohe Elastizität und Kohäsion ergibt. Bei steigendem Aspirationsdruck werden sie als Klumpen ausgeschieden (vergleichbar mit Spaghetti). Sie werden nach Molekulargewicht in niedermolekulare, mittelmolekulare und hochmolekulare Typen eingeteilt, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Ein repräsentatives Beispiel ist eine Kombination aus 3% Natriumhyaluronat und 4% Natriumchondroitinsulfat. Kurzkettige Moleküle haben eine niedrige Viskosität und ein hohes Deckungsvermögen. Unter hoher Scherrate dispergieren sie und bedecken das Hornhautendothel dünn (vergleichbar mit Makkaroni). Der Kohäsions-Dispersions-Index ist mit etwa 1/10 des kohäsiven Typs sehr niedrig, und sie sind auch bei steigendem Aspirationsdruck schwer zu entfernen. Aufgrund der Sulfatgruppen sind sie negativ geladen und neigen dazu, an den positiv geladenen Hornhautendothelzellen zu haften. Da sie jedoch an intraokularen Geweben haften, ist eine vollständige Entfernung schwierig, und ein Verbleib birgt das Risiko eines erhöhten Augeninnendrucks 1).
Repräsentatives Produkt: Healon V® (2,3% hochmolekulares Natriumhyaluronat). Der Kohäsions-Dispersions-Index ist mit über 70 sehr hoch, und die Molekülketten sind noch stärker verflochten als bei hochmolekularen kohäsiven Typen, was eine hohe Elastizität und Kohäsion ergibt. Charakteristisch ist, dass sie bei Überschreiten eines Schwellenwerts des Aspirationsdrucks abrupt entfernt werden (Pseudodispergierbarkeit). Bei einer Infusionsrate unter 25 mL/min zeigen sie hohe Kohäsion und hohe Raumhaltefähigkeit; bei einer Infusionsrate über 25 mL/min werden sie leicht aspiriert und entfernt 1).
Repräsentatives Produkt: DisCoVisc® (1,65% niedermolekulares Natriumhyaluronat + 4% Natriumchondroitinsulfat). Es hat einen Kohäsions-Dispersions-Index, der zwischen dem kohäsiven und dispergierenden Typ liegt, und bietet eine einfache Entfernbarkeit aus der Vorderkammer (ähnlich dem kohäsiven Typ) und einen Hornhautendothelschutz (ähnlich dem dispergierenden Typ).
Die Rolle der Viskoelastika in den einzelnen Phasen der Kataraktchirurgie (Phakoemulsifikation) ist wie folgt.
Nach der Erstellung des Schnitts wird das Kammerwasser vollständig durch ein Viskoelastikum ersetzt, um die Vorderkammer zu bilden. Während der vorderen Kapsulotomie erhält das Viskoelastikum die Kuppelform der Hornhaut und die Tiefe der Vorderkammer aufrecht und verleiht der Oberfläche der vorderen Kapsel Stabilität, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass die Schnittlinie zur Peripherie hin ausläuft. Ein Viskoelastikum mit hoher Viskosität und hoher Elastizität bei niedriger Scherrate ist ideal.
Während der Phakoemulsifikation wird die Tiefe der Vorderkammer durch den Infusionsdruck aufrechterhalten, aber das Hornhautendothel ist anfällig für Schäden durch Ultraschallenergie und Flüssigkeitsturbulenzen. Es werden viskoelastische Substanzen mit hoher Deckfähigkeit (Endothelschutz) und hoher Elastizität (Vibrationsabsorption) benötigt, und dispergierende viskoelastische Substanzen sind geeignet.
Vor dem Entfernen der Ultraschallspitze aus der Vorderkammer verhindert die gleichzeitige Injektion von viskoelastischer Substanz durch den Seitenport einen plötzlichen Kollaps der Vorderkammer und schützt vor Schäden an der Hinterkapsel, Iris und Hornhautgewebe. Bei Fällen mit niedriger Hornhautendothelzelldichte verhindert die viskoelastische Substanz den direkten Kontakt von Kernfragmenten mit dem Hornhautendothel (Soft-Shell-Technik).
Nachdem die Hinterkapsel ausreichend nach unten gedrückt wurde, um den Kapselsack aufzublähen, wird die Intraokularlinse eingesetzt. Bei niedriger Scherrate, wenn die Linse stillsteht, schützt ein hochviskoses Mittel das Endothel vor dem Druck der Linse und bietet Polsterung beim Falten und Entfalten der Linse. Hochmolekulare kohäsive viskoelastische Substanzen sind geeignet.
Nach dem Einsetzen der Intraokularlinse wird die in der Vorderkammer verbliebene viskoelastische Substanz mittels Spül-Aspiration entfernt. Insbesondere wenn viskoelastische Substanz hinter der Linse zurückbleibt, können sich Bakterien leicht ansiedeln und eine postoperative Endophthalmitis verursachen. Es ist notwendig, die Rückfläche direkt zu reinigen, indem die Spül-Aspirations-Spitze hinter die Linse eingeführt wird (Behind-the-Lens-Technik).
Die Rate des Hornhautendothelzellverlusts nach Kataraktoperation wird mit 4–25 % angegeben, und die Hauptursache ist mechanisches Trauma durch chirurgische Instrumente, Kernfragmente und die Intraokularlinse 2). Viskoelastische Substanzen sind das wichtigste Mittel zur Reduzierung dieses Traumas.
Hsiao et al. (2023) führten eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse von 12 randomisierten kontrollierten Studien von 2000–2020 durch, die viskoelastische Substanzen mit Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure (VISCOAT®, DuoVisc®, DisCoVisc®) mit reinen Hyaluronsäure-Viskoelastika oder Hydroxypropylmethylcellulose-Produkten verglichen 2).
Die Metaanalyse mit einem Random-Effects-Modell ergab, dass die viskoelastische Substanz mit Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure im Vergleich zu Hyaluronsäure allein 3 Monate postoperativ eine signifikant geringere Abnahme der Hornhautendothelzelldichte aufwies (mittlere Differenz: -4,10 %; 95 %-KI: -5,81 bis -2,40; p < 0,0001; 9 Studien)2). Auch im Vergleich zu Hydroxypropylmethylcellulose-Produkten wurde ein signifikanter Unterschied festgestellt (mittlere Differenz: -6,47 %; 95 %-KI: -10,41 bis -2,52; p = 0,001; 2 Studien)2).
Auch bei der Veränderung der Hornhautdicke (24 Stunden postoperativ) zeigte die viskoelastische Substanz mit Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure im Vergleich zu Hyaluronsäure allein eine signifikant geringere Hornhautschwellung (mittlere Differenz: -3,22 %; 95 %-KI: -6,24 bis -0,20 %; p = 0,04; 4 Studien)2).
Es wird angenommen, dass Natriumchondroitinsulfat eine dreifache negative Ladung mit Hyaluronsäure-Chondroitinsulfat bildet und so die molekulare Anziehung zum Hornhautendothelgewebe fördert, was als Mechanismus des überlegenen Endothelbeschichtungs- und Schutzeffekts angesehen wird2).
Grundsätzlich werden kohäsive viskoelastische Substanzen zur Aufrechterhaltung des Raums und dispersive viskoelastische Substanzen zum Schutz des Hornhautendothels ausgewählt. Bei Hochrisikofällen wie hartem Kernkatarakt oder Hornhautendotheldystrophie ist die Soft-Shell-Technik, die beide kombiniert, besonders wirksam. Bei Glaukomoperationen gelten kohäsive viskoelastische Substanzen als vorteilhaft hinsichtlich der leichteren Entfernbarkeit durch Spülung der Vorderkammer.
Dies ist eine repräsentative Kombinationsmethode, die 1999 von Steve Arshinoff beschrieben wurde1). Zu Beginn der Operation wird eine dispersive viskoelastische Substanz in die Vorderkammer injiziert, um einen Klumpen auf der Linsenvorderseite zu bilden. Anschließend wird eine kohäsive viskoelastische Substanz in die Mitte hinter dem dispersiven Klumpen injiziert. Dadurch wird die dispersive Substanz nach oben und außen gedrückt und bildet eine glatte Schicht gegen die Hornhautendothelzellen. Während der Phakoemulsifikation und Irrigation/Aspiration wird die hochviskose kohäsive Substanz schnell entfernt, während die niedrigviskose dispersive Substanz als Schutzschicht für das Endothel erhalten bleibt.
Insbesondere bei Fällen mit hartem Kern wurde gezeigt, dass diese Technik den postoperativen Verlust von Hornhautendothelzellen im Vergleich zur alleinigen Verwendung von kohäsiven oder dispersiven Substanzen reduziert1).
Das intraoperative Floppy-Iris-Syndrom (IFIS) ist eine bekannte Komplikation im Zusammenhang mit der Anwendung von Alpha-Blockern (wie Tamsulosin) zur Behandlung der Prostata1). Die verminderte Spannung der Irismuskulatur führt zu Pupillenverengung und Irisprolaps. Die viskoadaptive viskoelastische Substanz (Healon V®) erweitert die Pupille mechanisch (viskoelastische Pupillenerweiterung) und stabilisiert die Iris, um einen Prolaps durch die Inzision zu verhindern1).
In schwierigeren Fällen wird eine Kombination der Techniken Soft Shell, Ultimate Soft Shell und Tri-Soft Shell verwendet1).
Harte braune Katarakte und reife Katarakte haben ein hohes Risiko für Hornhautendothelschäden, Kernfall und hintere Kapselruptur1). Da längere Operationsmanipulationen und hohe Ultraschallenergie das Hornhautendothel beeinträchtigen, ist die Verwendung eines dispersiven Viskoelastikums oder einer Kombinationspräparation (Soft-Shell-Technik) angemessen1).
Eine flache Vorderkammer nach einer Glaukomoperation ist eine häufige Komplikation der Hinterkammerchirurgie, und die Injektion von Viskoelastikum in die Vorderkammer ist eine der Behandlungsoptionen1). Es wird berichtet, dass viskositätsadaptierte Viskoelastika wirksam sind1).
Bei der Fundusbeobachtung mit einem Weitwinkelbeobachtungssystem muss das Vorsatzglas bis auf etwa 1 cm an die Hornhaut herangeführt werden, daher ist eine feuchte Hülle mit Viskoelastikum zur Verhinderung von Hornhauttrockenheit nützlich. Durch Mischen von Viskoelastikum mit einem ILM-Farbstoff (Indocyaningrün, Brillantblau G) können Ausdehnung und Konzentration der Färbung kontrolliert werden.
Folgende Komplikationen im Zusammenhang mit Viskoelastika sind bekannt.
VisThesia (2% Lidocain + 0,3% Natriumhyaluronat, Carl Zeiss Meditec), das ein Viskoelastikum mit Lidocain kombiniert, wurde entwickelt, um in einem Schritt eine anästhetische Wirkung und viskoelastische Funktion zu bieten1). Während über eine verbesserte Schmerzkontrolle während der Operation berichtet wurde, zeigen einige Studien eine stärkere Abnahme der Hornhautendothelzelldichte im Vergleich zu herkömmlichen Viskoelastika, sodass die Ergebnisse nicht einheitlich sind1). Weitere Forschung auf diesem Gebiet ist erforderlich.
Pe-Ha-Blue® PLUS (Albomed), das Natriumhyaluronat und Trypanblau (Vorderkapselfarbstoff) kombiniert, zielt darauf ab, die vordere Kapsulotomie zu erleichtern und gleichzeitig das Hornhautendothel zu schützen1). Bei Fällen mit schlechter Pupillenerweiterung, wie beim Pseudoexfoliationssyndrom, wurden eine signifikante Verkürzung der Operationszeit und eine verbesserte Zufriedenheit des Chirurgen berichtet1). Es bietet auch den Vorteil, dass blaue Viskoelastikarückstände visuell erkannt und leicht entfernt werden können.
