Die Hornhaut-Endothelzelluntersuchung (Spekularmikroskopie) ist eine Untersuchung, die Hornhaut-Endothelzellen mittels des Prinzips der Spiegelreflexion fotografiert und analysiert. Sie ermöglicht eine nicht-invasive quantitative Beurteilung der Zelldichte, Morphologie und Anisozytose.
Hornhaut-Endothelzellen bilden eine einschichtige Zellschicht auf der hinteren Oberfläche der Hornhaut und erhalten die Transparenz der Hornhaut durch Pump- und Barrierefunktionen. Es ist jedoch schwierig, diese Funktionen direkt quantitativ zu bewerten. Daher erfolgt die Bewertung der Endothelfunktion in der Regel durch Parametrisierung von Veränderungen morphologischer Anomalien. Obwohl eine qualitative Beurteilung der Endothelzellen mittels Spiegelreflexion am Spaltlampenmikroskop möglich ist, ermöglicht die Verwendung eines Spekularmikroskops die Quantifizierung morphologischer Parameter.
Hauptindikationen:
Hornhaut-Endothelzellen halten die Hornhaut durch Pump- und Barrierefunktionen transparent. Das Hornhautstroma hat einen Quellungsdruck von etwa 50 mmHg, aber im normalen Auge überwindet die Pumpfunktion des Endothels diesen Druck und pumpt überschüssiges Wasser aus der Hornhaut. Endothelzellen haben nahezu keine Regenerationsfähigkeit; bei Schädigung vergrößern und verflachen die verbleibenden Zellen, um zu kompensieren. Sinkt die Dichte jedoch erheblich, kommt es zur Dekompensation und es entsteht ein Hornhautödem.
Es gibt hauptsächlich drei Arten von Spekularmikroskopen, die sich im Messprinzip und Kontaktmodus unterscheiden.
Kontaktloser Typ
Merkmale: Derzeit klinisch vorherrschende Modelle. Keine Tropfanästhesie erforderlich, unterstützt Auto-Alignment.
Vorteile: Geringe Belastung für den Patienten, kein Infektionsrisiko. Schnelle und wiederholbare Messungen.
Grenzen: Der Aufnahmebereich ist etwas eingeschränkt. Bei starkem Hornhautödem oder -trübung ist eine genaue Aufnahme schwierig.
Kontakttyp
Merkmale: Verfahren, bei dem die Linse direkt die Hornhaut berührt. Eine topische Anästhesie (0,4 % Oxybuprocain) ist erforderlich.
Vorteile: Ermöglicht eine breitere und schärfere Aufnahme als der kontaktlose Typ. Auch bei Hornhautödem oder -trübung werden zuverlässige Ergebnisse erzielt. Es wurde berichtet, dass die Zeldichtemessungen bei gesunden und transplantierten Hornhäuten zwischen Kontakt- und kontaktlosem Typ weitgehend gleichwertig sind [4].
Grenzen: Topische Anästhesie erforderlich. Erfordert geübte Technik.
Konfokalmikroskop
Merkmale: Spezialgerät zur schichtweisen Beobachtung der Hornhaut.
Vorteile: Ermöglicht die dreidimensionale Beurteilung nicht nur des Endothels, sondern auch des Epithels, des Stromas und der Zellen jeder Schicht. Auch zur Beobachtung des Nervenplexus geeignet.
Grenzen: Die Bedienung ist komplexer und die Untersuchungszeit länger als bei einem normalen Spekularmikroskop. Ein spezielles Gerät ist erforderlich.
Eine zu geringe Anzahl analysierter Zellen verringert die Zuverlässigkeit der Untersuchung. Doughty et al. berichten, dass bei Messungen mit einem berührungslosen Spekularmikroskop der Variationskoeffizient bei 25 analysierten Zellen etwa ±10 % beträgt, während er sich bei 75 oder mehr Zellen auf etwa ±2 % stabilisiert [2]. Die Analyse von Abib et al. zeigt, dass die erforderliche Stichprobengröße je nach Gerät variiert, aber in allen Fällen eine Größenordnung von mehreren hundert Zellen wünschenswert ist [3]. Überprüfen Sie stets die Anzahl der automatisch von der Analysesoftware erkannten Zellen.
Bei Hornhautödem oder -trübung ist eine genaue Bildgebung schwierig und die Zuverlässigkeit der Analyseergebnisse ist gering. Versuchen Sie in solchen Fällen, eine transparentere Stelle erneut zu fotografieren. Die Verwendung eines Kontaktgeräts ermöglicht eine breitere und schärfere Bildgebung und ist daher nützlich.
Beim berührungslosen Typ ist keine Tropfanästhesie erforderlich; es kann zu Blendung kommen, aber grundsätzlich keine Schmerzen. Beim Kontakttyp wird vor dem Kontakt mit der Linse eine Tropfanästhesie mit 0,4 % Oxybuprocain-Augentropfen durchgeführt, sodass während der Anästhesie Schmerzen kaum wahrnehmbar sind. Beide Untersuchungen sind kurz.
Der Zustand der Endothelzellen wird anhand der folgenden drei Hauptparameter beurteilt.
| Parameter | Normalwert | Grenzwert für Abnormalität |
|---|---|---|
| Zelldichte (CD) | ≥70 Jahre: Durchschnitt 2.200 Zellen/mm² | ≤ 400–500 Zellen/mm² |
| CV-Wert (Variationskoeffizient) | 0,2–0,3 | 0,35 oder mehr |
| Hexagonalzellrate (Hexagonality) | 60–70 % | 50 % oder weniger |
Die Zelldichte ist ein zentraler Indikator der Endothelbewertung. Mehrere Studien haben gezeigt, dass sie mit dem Alter physiologisch abnimmt [1][6] und ungefähr folgendem Verlauf folgt.
Wenn die Zelldichte unter 400–500 Zellen/mm² fällt, kann die Hornhauttransparenz nicht mehr aufrechterhalten werden, was zu einer bullösen Keratopathie führt.
Der CV-Wert ist der Variationskoeffizient (Standardabweichung der Zellfläche dividiert durch die mittlere Zellfläche) und zeigt die Anisozytose (Größenunterschiede der Zellen) an. Ein Anstieg bedeutet, dass die Zellen gestresst sind. Der Normalwert liegt bei 0,2–0,3, und ein Wert von 0,35 oder höher gilt als abnormal.
Normale Hornhautendothelzellen sind in einem regelmäßigen sechseckigen Muster angeordnet. Eine Abnahme des Anteils dieser sechseckigen Zellen zeigt eine stärkere Störung der Zellmorphologie an. Der Normalwert liegt bei 60–70 %, und ein Wert von 50 % oder weniger gilt als abnormal.
Bei der Fuchs-Endotheldystrophie werden im Spiegelmikroskop folgende charakteristische Befunde beobachtet:
Es gibt keinen eindeutigen einheitlichen Standard, und es gibt Unterschiede zwischen den Einrichtungen, aber im Allgemeinen wird eine Zeldichte unter 1.000 Zellen/mm² als hohes Operationsrisiko angesehen. Eine Auswahl der Operationstechnik (Verkürzung der Ultraschallzeit bei der Phakoemulsifikation oder zusätzliche Verwendung von Viskoelastika) und eine ausreichende Einwilligung des Patienten nach Aufklärung sind erforderlich. Wenn die Zeldichte auf 400–500 Zellen/mm² oder weniger fällt, besteht nach der Operation das Risiko einer bullösen Keratopathie, und eine gleichzeitige Kataraktoperation und Hornhautendotheltransplantation (DSAEK/DMEK) kann in Betracht gezogen werden.
Entsprechend den Auffälligkeiten der Untersuchungswerte werden folgende Maßnahmen in Betracht gezogen.
CD < 1.000 Zellen/mm² (vor Kataraktoperation) : Hohes Operationsrisiko. Operationstechnik anpassen (Ultraschallzeit verkürzen, Viskoelastikum auswählen) und Patienten ausreichend über Risiken aufklären. Die Entscheidungskriterien variieren je nach Einrichtung, daher ist das Gesamturteil des behandelnden Arztes wichtig.
CD < 400–500 Zellen/mm² : Risiko einer bullösen Keratopathie ist unmittelbar. Indikation für eine Hornhaut-Endotheltransplantation (DSAEK/DMEK) aktiv prüfen. Im Vergleich zur perforierenden Keratoplastik (PKP) hat DSAEK/DMEK eine höhere Endothelzell-Überlebensrate und eine schnellere Visuserholung.
CV > 0,35 oder Hexagonality < 50 % : Zeigt einen Endothelstresszustand an. Ursachen wie Fuchs-Endotheldystrophie, ICE-Syndrom, langjähriges Kontaktlinsentragen oder intraokulare Operationen suchen.
Postoperative Nachsorge :
Das Spekularmikroskop nutzt die Spiegelreflexion von Licht, um Endothelzellen sichtbar zu machen. Wenn die Grenzfläche zwischen Hornhautstroma und Kammerwasser (Endothelzellschicht) beleuchtet wird, wird ein Teil des Lichts an der Grenze zwischen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes spiegelnd reflektiert. Durch Empfang dieses reflektierten Lichts wird ein Bild der Endothelzellen erhalten.
An den Zellgrenzen (Interzellularräumen) ist die Reflexion schwach und erscheint dunkel (dunkle Linie), während der Zellkörper hell erscheint. Dadurch werden die Zellkonturen sichtbar. Die aufgenommenen Zellbilder werden von einer Bildanalyse-Software automatisch erkannt und quantifiziert, wodurch CD, CV und Hexagonality berechnet werden.
Im Hornhautstroma herrscht stets ein Quellungsdruck (swelling pressure: SP) von etwa 50 mmHg. Im normalen Auge transportiert die Hornhautendothelpumpe aktiv Na⁺ und HCO₃⁻ zum Kammerwasser und überwindet diesen Quellungsdruck, um die Hornhaut auf physiologischer Dicke zu halten und die Transparenz zu bewahren.
Wenn die Endothelzeldichte unter 500 Zellen/mm² fällt, wird die Pumpfunktion der verbleibenden Endothelzellen insuffizient. Wasser, das den Quellungsdruck des Hornhautstromas übersteigt, strömt ein, was zu Stromaödem und der Bildung von subepithelialen Blasen (Bulla) führt. Dies ist die bullöse Keratopathie (bullous keratopathy). Das Platzen der Blasen verursacht starke Schmerzen und die Barrierefunktion der Augenoberfläche geht verloren.
Herkömmliche automatische Analysesoftware hatte insbesondere in Bereichen mit geringer Zelldichte oder bei Ödemfällen Probleme mit der Erkennungsgenauigkeit. In den letzten Jahren hat die Forschung zur automatischen Zellgrenzerkennung mittels maschinellem Lernen und Deep Learning Fortschritte gemacht. Im Vergleich zur manuellen Analyse wurde eine gute Korrelation der Genauigkeit berichtet, und eine zukünftige klinische Implementierung wird erwartet.
Grundlagenforschung hat gezeigt, dass Rho-assoziierte Kinase (ROCK)-Inhibitoren die Adhäsion und Proliferation von Hornhautendothelzellen fördern. In Japan befindet sich die klinische Entwicklung von ROCK-Inhibitor-Augentropfen (Y-27632-Derivate) zur Förderung der Hornhautendothelzellproliferation im Gange. Ihre Anwendung bei bullöser Keratopathie und zur Wiederherstellung der Endotheldichte nach Endotheltransplantation wird im Forschungsstadium beachtet, aber derzeit sind sie in der allgemeinen klinischen Praxis noch nicht weit verbreitet.
Langzeitiges Tragen von Kontaktlinsen (insbesondere harte Linsen) kann aufgrund chronischen Hornhaut-Sauerstoffmangels zu einer Zunahme von Polymegethismus (erhöhte Zellgrößenvarianz) und Pleomorphismus (erhöhte Anzahl nicht-hexagonaler Zellformen) im Endothel führen. Dies äußert sich in einem erhöhten CV-Wert und einer verringerten Hexagonalität, aber die Zelldichte selbst bleibt oft im normalen Bereich.
Über Hornhautendothelschäden durch Langzeitanwendung von Amantadin (Parkinson-Medikament) und einigen Antipsychotika wurde berichtet. Sie können mittels Spiegelmikroskopie als verminderte Zelldichte und morphologische Veränderungen nachgewiesen werden, und der Nutzen einer regelmäßigen Überwachung bei Patienten unter diesen Medikamenten wird untersucht.
