Druckbrillen (pressure goggles) sind Geräte, die den Augeninnendruck (IOP) nicht-invasiv regulieren, indem sie einen Unter- oder Überdruck um die Augenhöhle herum anlegen.
Unterdruckbrille (negative pressure goggles; NPG): Nutzt Vakuum, um den Druck in der Augenhöhle zu senken und den Augeninnendruck zu reduzieren.
Überdruckbrille (positive pressure goggles): Sie übt einen positiven Druck auf die Augenhöhle aus, erhöht den Augeninnendruck und kann möglicherweise den Druckgradienten über die Lamina cribrosa (translaminarer Druckgradient) bei erhöhtem intrakraniellen Druck (ICP) normalisieren.
Die folgenden drei Krankheitsgruppen werden derzeit als Anwendungsgebiete erforscht.
Glaukom: Gekennzeichnet durch den fortschreitenden Verlust retinaler Ganglienzellen (RGC), wobei die Lamina cribrosa als Hauptort der RGC-Axonschädigung gilt. Berichten zufolge liegt der Augeninnendruck bei 25–50 % der Glaukompatienten in den USA im „normalen“ Bereich, sodass andere Faktoren (wie der translaminare Druckgradient) zunehmend Beachtung finden.
Idiopathische intrakranielle Hypertension (IIH): Eine neuroophthalmologische Erkrankung, die durch erhöhten intrakraniellen Druck und Papillenödem gekennzeichnet ist. Hauptrisikofaktoren sind weibliches Geschlecht und Adipositas. 1)
Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS): Eine Gruppe von neuro-ophthalmologischen Befunden, die nach Langzeit-Weltraumflügen beobachtet werden, wie Papillenödem, Abflachung des Augapfels, Hyperopie und Aderhautfalten.
Derzeit befindet es sich in der Forschungs- und Entwicklungsphase und ist keine in der klinischen Praxis weit verbreitete Standardbehandlung.
QWas ist ein Druckbrillengerät und wie funktioniert es?
A
Unterdruckbrillen erzeugen ein Vakuum (Unterdruck) um die Augenhöhle, um den Augeninnendruck zu senken, während Überdruckbrillen durch positiven Druck den Augeninnendruck erhöhen. Diese Mechanismen sollen den Druckunterschied zwischen Augeninnendruck und intrakraniellem Druck über die Sehnervenpapille (Lamina cribrosa) regulieren. Beide sind derzeit Forschungsgeräte und in der allgemeinen klinischen Praxis nicht einsetzbar.
Der Kern der Pathologie, auf die die Druckbrille abzielt, ist eine Anomalie des Druckgradienten über die Lamina cribrosa.
Mechanische Position der Lamina cribrosa: Die Lamina cribrosa ist eine Struktur, die zwischen dem ICP (intrakranieller Druck) von vorne und dem Augeninnendruck (IOD) von hinten eingeschlossen ist. Dieser Druckunterschied ist der „translaminäre Druckgradient“, und es gibt zunehmende Belege dafür, dass ein Ungleichgewicht zwischen IOD und ICP zur Schädigung des Sehnervs beiträgt.
Druckgradient beim Glaukom: Wenn der Augeninnendruck den ICP deutlich übersteigt, wird angenommen, dass die Lamina cribrosa nach hinten verlagert wird und die Axone der retinalen Ganglienzellen (RGC) geschädigt werden.
Druckgradient bei idiopathischer intrakranieller Hypertonie: Wenn der ICP den Augeninnendruck deutlich übersteigt, kommt es zu einer Vorwölbung der Lamina cribrosa und einem Papillenödem. 1)
Risikofaktoren für idiopathische intrakranielle Hypertonie: Weibliches Geschlecht und Adipositas sind die Hauptrisikofaktoren. 1)
Tagesschwankungen des Augeninnendrucks: Der Augeninnendruck zeigt ein tageszeitliches Muster mit einem Maximum in der Nacht. Ein Anstieg des Augeninnendrucks führt zu einer Abnahme des okulären Perfusionsdrucks (OPP).
Pathophysiologische Hypothesen des SANS: Als ätiologische Hypothesen werden unter anderem eine kopfwärts gerichtete Flüssigkeitsverschiebung, ein erhöhter ICP, eine Stauung des okulären glymphatischen Systems und pulsatile Volumenänderungen des Gehirns angeführt.
Idiopathische retinale Venenpulsation (SVP) und Biomarker des Druckgradienten:
SVP ist die Pulsation der zentralen Netzhautvene, mit einer Prävalenz von 87,6–98 % in gesunden Augen.
Bei Glaukom- und IIH-Patienten ist die SVP-Prävalenz verringert.
Der Venenpulsationsdruck (VPP) ist bei Glaukompatienten tendenziell erhöht und kann als Indikator für die Krankheitsprogression dienen.
SVP und VPP könnten als Biomarker für IIH, Glaukom und SANS verwendet werden.
QWarum ist das „Gleichgewicht“ zwischen Augeninnendruck und intrakraniellem Druck wichtig?
A
Die Lamina cribrosa liegt zwischen zwei Drücken: dem Augeninnendruck (von hinten) und dem intrakraniellen Druck (von vorne). Diese Druckdifferenz (translaminarer Druckgradient) belastet den Sehnerv mechanisch. Je größer die Druckdifferenz, desto stärker verformt sich die Lamina cribrosa und desto anfälliger werden die Nervenfasern für Schäden. Bei Glaukom, idiopathischer intrakranieller Hypertension und SANS wird angenommen, dass eine Störung dieses Druckgleichgewichts eine Rolle in der Pathophysiologie spielt.
Im Folgenden werden die wichtigsten Bewertungsmethoden im Zusammenhang mit der Erforschung und Anwendung von Druckbrillen aufgeführt.
Augeninnendruckmessung: Grundlegender Indikator zur Bewertung der Brillenwirkung. Es wurde bestätigt, dass auch unter NPG eine genaue Augeninnendruckmessung mittels Pneumatonometrie mit Tono-Pen-Aufsatz möglich ist (Studie von Ferguson et al.).
Exkursionstestmethode: Messmethode mit Tono-Pen-Aufsatzkappe und NPG. Es wurden 480 Messpaare auf vier Druckniveaus (7, 10, 20, 30 mmHg) gesammelt und die Reproduzierbarkeit bestätigt.
Gesichtsfelduntersuchung (Humphrey-Perimetrie): Wird zur Verlaufsbeurteilung der Zielerkrankungen (Glaukom, idiopathische intrakranielle Hypertension) verwendet. 1)
OCT (Optische Kohärenztomographie): Messung der peripapillären retinalen Nervenfaserschichtdicke (pRNFL). Nützlich zur quantitativen Beurteilung eines Papillenödems. 1)
SVP- und VPP-Messung: Mit dem Ophthalmoskop beobachtbar. Die Beurteilung des SVP während Druckänderungen könnte eine indirekte ICP-Messung mittels Schutzbrille ermöglichen.
Die Druckbrille ist ein Gerät in der Forschungsphase und derzeit keine Standardbehandlung. Die aktuellen Standardbehandlungen für die einzelnen Zielerkrankungen sind unten aufgeführt.
Medikamentöse Therapie (Augentropfen): Die Senkung des Augeninnendrucks ist die einzige nachgewiesene Behandlung. Sie kann jedoch unvorhersehbar sein und durch mangelnde Therapietreue beeinträchtigt werden.
Acetazolamid : Wird vielen Patienten als Erstlinientherapie angeboten. 1) Bei drohendem Sehverlust ist eine Notfallbehandlung erforderlich.
Optikusscheidenfensterung (ONSF): Wirksam zur Behandlung des Papillenödems, senkt jedoch nicht den ICP. Nicht empfohlen zur Behandlung von Kopfschmerzen. Zu den Komplikationen gehören Doppelbilder, Anisokorie und tonische Pupille. 1)
Liquor-Shunt-Operation: Ventrikuloperitonealer Shunt (VP-Shunt) und lumboperitonealer Shunt. Senkt den ICP effektiv und verbessert das Papillenödem und die Kopfschmerzen (kurzfristige Wirkung). Zu den Komplikationen gehören Shunt-Dysfunktion, Infektion und Fehllage. 1)
Notfallmanagement der fulminanten idiopathischen intrakraniellen Hypertension: Eine Kombination aus lumbaler Drainage, Acetazolamid (beginnend mit 500 mg 3×/Tag, gesteigert auf 3–4 g/Tag) und i.v. Methylprednisolon (1 g/Tag für 3 Tage) kann eingesetzt werden. Steroide werden jedoch bei nicht-fulminanter idiopathischer intrakranieller Hypertension nicht empfohlen. 1)
6. Pathophysiologie und detaillierter Krankheitsmechanismus
Die Lamina cribrosa ist eine Struktur, die zwischen zwei Drücken liegt: dem Augeninnendruck (von hinten) und dem ICP (von vorne).
Glaukom: Augeninnendruck übersteigt ICP deutlich → hintere Verlagerung der Lamina cribrosa → mechanische Schädigung der RGC-Axone. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass eine regelmäßige Anpassung des Druckgradienten über die Lamina cribrosa den Sehnerv schützen und das Fortschreiten des Glaukoms verlangsamen könnte.
Idiopathische intrakranielle Hypertension: ICP übersteigt Augeninnendruck deutlich → vordere Verlagerung der Lamina cribrosa → Bildung eines Papillenödems. 1)
Wirkung der Unterdruckbrille: Durch Anlegen eines Drucks von -10 mmHg auf die Orbita kann der Augeninnendruck um etwa 6 mmHg gesenkt werden, ohne den ICP zu beeinflussen. Dies könnte den Druckgradienten an der Lamina cribrosa bei Glaukom verbessern.
Wirkung von Überdruckbrillen: Durch Erhöhung des Augeninnendrucks könnte der Druckgradient über die Lamina cribrosa bei erhöhtem ICP normalisiert werden. Eine Anwendung bei SANS wird hauptsächlich in Betracht gezogen.
Physikalische Grundlagen der spontanen Venenpulsation (SVP)
Die Entstehung der SVP beruht auf dem Mechanismus: Herzzyklus → Liquorpulsation → Oszillation des transmuralen Drucks. Die Sichtbarkeit der SVP hängt von der Gefäßcompliance (Dehnbarkeit) ab.
Anstieg des Augeninnendrucks → Abnahme des retinalen Venenvolumens → Zunahme der Compliance → SVP tritt leichter auf.
Venenpulsationsdruck (VPP) : Definiert als der minimale Augeninnendruck, bei dem das Volumen der zentralen Netzhautvene ausreichend reduziert ist, um auf die CSF-Pulsation zu reagieren. Der VPP könnte ein prädiktiver Marker für das Fortschreiten der Erkrankung sein.
QWofür ist die idiopathische retinale Venenpulsation (SVP) ein Indikator?
A
SVP ist ein potenzieller Biomarker, der die Beziehung zwischen Augeninnendruck und intrakraniellem Druck widerspiegelt. Bei Glaukompatienten und Patienten mit idiopathischer intrakranieller Hypertension ist die Prävalenz von SVP verringert, und der Venenpulsationsdruck (VPP) zeigt bei Glaukompatienten tendenziell höhere Werte. Die Messung von SVP und VPP könnte eine indirekte Bewertung des Fortschreitens von idiopathischer intrakranieller Hypertension, Glaukom und SANS sowie der Wirkung von Druckänderungen durch Schutzbrillen ermöglichen.
7. Aktuelle Forschung und zukünftige Perspektiven (Forschungsberichte)
Die von Equinox entwickelte Unterdruckbrille hat die folgende Struktur.
Gerätespezifikationen: Linse mit Silikondichtung, Schlauch zur Verbindung von Brille und Pumpe, Kopfband zur Fixierung, verstellbarer Nasensteg. Erhältlich in drei Größen (S, M, L), wobei eine vom Forscher programmierte Pumpe den Unterdruck erzeugt.
Nachfolgend sind drei wichtige klinische Studien mit diesem Gerät aufgeführt.
Forscher
Probanden
Methode/Einstellung
Hauptergebnisse
Samuelson et al.
10 Patienten mit Offenwinkelglaukom
Ein Auge -10 mmHg, Kontrollauge Atmosphärendruck, 8-stündige Anwendung
Kombination von Tono-Pen-Aufsatz und NPG, 480 Messungen bei 4 Druckstufen
Nachweis der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Pneumatonometrie unter NPG
Swan et al.
65 Personen
Kein Unterdruck, 25 %, 50 % und 75 % des Ausgangsaugendrucks für 60 Minuten angewendet
Klinisch und statistisch signifikante Senkung des Augeninnendrucks bei allen Unterdruckeinstellungen
Samuelson et al. wandten bei 10 Patienten mit Offenwinkelglaukom für 8 Stunden einen Unterdruck von -10 mmHg auf ein Auge an. Der Interessensscore betrug 1,8 ± 0,5 (1 = am besten, 10 = am schlechtesten), was auf eine hohe Akzeptanz und gute Sicherheitsparameter bei den Patienten hinweist.
Swan et al. wandten bei 65 Probanden in einem randomisierten Design für 60 Minuten einen Unterdruck an, der 25 %, 50 % bzw. 75 % des Ausgangsaugendrucks entsprach. Bei allen Unterdruckeinstellungen wurde eine klinisch und statistisch signifikante Senkung des Augeninnendrucks festgestellt.
Überdruckbrille und raumfahrtbedingtes neuro-okuläres Syndrom (SANS)
Als Maßnahme gegen SANS wird die Methode untersucht, durch Erhöhung des Augeninnendrucks die durch Flüssigkeitsverschiebung nach kopfwärts verursachte abnorme Druckgradienten zu korrigieren.
Frühere Studien haben gezeigt, dass das Tragen von Schwimmbrillen den Augeninnendruck und den Druckgradienten über die Lamina cribrosa erhöht (Kopf-Tieflagerungs-Experiment). Die Überdruckbrille bewirkt dies gezielt und kontrolliert.
Sie kann den Augeninnendruck effektiver erhöhen als normale Schwimmbrillen und könnte zur Linderung von SANS beitragen.
Allerdings sind weitere Studien zur Sicherheit eines langfristig erhöhten Augeninnendrucks erforderlich.
QIst die Überdruckbrille derzeit für Patienten erhältlich und anwendbar?
A
Derzeit nicht verfügbar oder verwendbar. Die Druckbrille ist ein Gerät in der Forschungsphase und nicht als Standardbehandlung für die klinische Verschreibung zugelassen. In den Studien von Samuelson und Swan wurden Sicherheit und drucksenkende Wirkung bestätigt, jedoch sind weitere klinische Studien zur langfristigen Wirksamkeit und Sicherheit erforderlich.
