Elektrookulogramm (EOG)

Auf einen Blick

Das Elektrookulogramm (EOG) ist eine elektrophysiologische Untersuchung, die das Ruhepotential zwischen der Hornhaut und dem retinalen Pigmentepithel (RPE) aufzeichnet.
Ein Arden-Quotient (Hell-/Dunkelminimum-Verhältnis) von 1,80 oder höher gilt als normal. Werte unter 1,65 werden als signifikant abnormal angesehen.
Bei der Best-Vitelliformen Makuladystrophie ist das EOG selbst bei normalem Elektroretinogramm (ERG) abnormal, was für die Diagnose spezifisch nützlich ist.
Die Untersuchung dauert einschließlich Voradaptation, Dunkeladaptation und Helladaptation etwa eine Stunde.
Die Veränderung des Ruhepotentials spiegelt die Dynamik der Calcium- und Chloridionenkanäle in der basolateralen Membran des RPE wider.
Die auf dem EOG-Prinzip basierende Elektrookulographie wird auch in der Polysomnographie und bei der Analyse von Augenbewegungen eingesetzt.

1. Was ist das Elektrookulogramm (EOG)?

Das Elektrookulogramm (EOG) ist eine elektrophysiologische Untersuchung, bei der das im Auge ständig vorhandene Ruhepotenzial (Standing Potential) über Hautelektroden an den äußeren Augenwinkeln abgeleitet wird. Dieses Ruhepotenzial ist an der Hornhaut positiv und am hinteren Pol (Bruch-Membran-Seite) negativ; bei gesunden Augen besteht eine Potenzialdifferenz von etwa 6 mV. Die im tatsächlichen Test aufgezeichnete Signalamplitude beträgt normalerweise etwa 250–1.000 μV.

Das Ruhepotenzial des EOG spiegelt indirekt das transepitheliale Potenzial (TEP) des retinalen Pigmentepithels (RPE) wider. Diese auf Lichtreize hin veränderliche Potenzialdifferenz wird zeitlich aufgezeichnet, und durch Berechnung des Verhältnisses von Dunkeltal (Dark Trough) zu Lichtgipfel (Light Peak) wird die RPE-Funktion beurteilt.

Das EOG wurde 1951 von Erwin Marg beschrieben und benannt. 1962 berichtete Geoffrey Arden über die klinische Nützlichkeit des Arden-Quotienten, und es verbreitete sich als diagnostischer Test für Netzhauterkrankungen. Derzeit legt die ISCEV (International Society for Clinical Electrophysiology of Vision) die Standardkriterien fest, deren neueste Version 2017 veröffentlicht wurde.

Im Gegensatz zum Elektroretinogramm (ERG), das die Funktion der Photorezeptoren und Bipolarzellen bewertet, spiegelt das EOG hauptsächlich die funktionelle Integrität des RPE wider. Daher ist es nützlich für die Diagnose von Erkrankungen, bei denen das ERG normal ist, das EOG jedoch selektiv abnormal ausfällt. Die Untersuchung dauert etwa eine Stunde, sodass ihre Durchführung in der allgemeinen klinischen Praxis begrenzt ist.

Q Was ist der Unterschied zwischen EOG und Elektroretinogramm?

Das Elektroretinogramm bewertet hauptsächlich die Funktion der Photorezeptoren (Zapfen und Stäbchen) und Bipolarzellen der neuralen Netzhaut. Das EOG spiegelt die funktionelle Integrität des RPE (Retinales Pigmentepithel) wider. Bei der Best’schen vitelliformen Makuladystrophie ist das ERG normal, während das EOG abnormal ist, sodass die Kombination dieser beiden Tests für die Diagnose nützlich ist.

2. Interpretation der EOG-Ergebnisse

Subjektive Symptome (häufige Beschwerden bei Erkrankungen mit EOG-Auffälligkeiten)

Die EOG selbst verursacht keine subjektiven Symptome. Bei Netzhaut- und RPE-Erkrankungen mit EOG-Auffälligkeiten können folgende Symptome auftreten.

Sehverschlechterung: Zentrale Sehschärfenminderung durch RPE-Schädigung der Makula.
Metamorphopsie: Gegenstände erscheinen verzerrt. Häufig bei Makulaerkrankungen.
Dunkeladaptationsstörung/Nachtblindheit: Tritt bei Erkrankungen mit verminderter Stäbchenfunktion auf.
Zentralskotom: Gesichtsfeldausfall um den Fixationspunkt. Tritt bei Makuladystrophie auf.

Klinische Befunde (Interpretation der EOG-Werte)

Der Arden-Quotient (L/D-Verhältnis: Hellmaximum ÷ Dunkelminimum), der aus der EOG-Untersuchung gewonnen wird, ist der wichtigste Bewertungsindikator.

Nachfolgend sind die Bewertungskriterien für den Arden-Quotienten aufgeführt.

Bewertung	Arden-Quotient	Klinische Bedeutung
Normal	≥1,80	RPE-Funktion normal
Grenzwertig	1,65–1,80	Abklärung erforderlich
Abnormal	<1.65	Ausgedehnte RPE-Schädigung

Werte unter 1,5 deuten stark auf eine ausgedehnte Schädigung der äußeren Netzhaut hin. Die ISCEV von 2017 empfiehlt anstelle des Arden-Quotienten den Begriff „Hell-Dunkel-Quotient (light peak to dark trough ratio)“.

Die charakteristischen Befunde des EOG-Wellenverlaufs sind wie folgt.

Dunkeltal (dark trough): Nach 10–15 Minuten Dunkeladaptation erreicht das Potenzial seinen Minimalwert. Es handelt sich um eine nicht lichtempfindliche Komponente, die die strukturelle Integrität des RPE selbst widerspiegelt.
Lichtgipfel (light peak): Nach 7–12 Minuten Helladaptation erreicht das Potenzial seinen Maximalwert. Es handelt sich um eine lichtempfindliche Komponente, die die Aktivierung der basolateralen Membran des RPE widerspiegelt.

Supernormale Antwort bei MEWDS (Multiple Evanescent White Dot Syndrome)

Bei MEWDS wurde ein “supernormal response” berichtet, bei dem der Arden-Quotient des betroffenen Auges den des gesunden Auges übersteigt.

Wang F et al. (2024) bewerteten einen Fall von MEWDS durch Kombination von EOG und En-face-IS/OS-ellipsoidzone (EZ)-Komplexbildgebung. Der Arden-Quotient des betroffenen Auges (rechts) betrug 2,5 und zeigte eine supernormale Reaktion, die den Wert von 1,7 des Partnerauges (links) übertraf. Die Dunkeltalswerte betrugen 5,0 min/422,0 μV (rechts) und 7,0 min/351,5 μV (links), die Lichtgipfelwerte 19,0 min/1.051,1 μV (rechts) und 21,0 min/611,7 μV (links)¹⁾.

Der Mechanismus dieser supernormalen Reaktion ist noch ungeklärt, es wird jedoch vermutet, dass eine Überaktivierung des RPE in der akuten Entzündungsphase eine Rolle spielt¹⁾.

Q Welche Erkrankungen werden bei einem niedrigen Arden-Quotienten vermutet?

Die Best’sche vitelliforme Makuladystrophie ist der häufigste Vertreter, bei dem das EOG selektiv vermindert ist, selbst wenn das Elektroretinogramm normal ist. Auch bei Fundus albipunctatus, Choroideremie, Chloroquin- und Hydroxychloroquin-Toxizität sowie diabetischer Retinopathie (fortgeschrittene Fälle) sind niedrige Werte zu finden. Details siehe Abschnitt „Erkrankungen/Zustände mit abnormalem EOG“.

3. Erkrankungen/Zustände mit abnormalem EOG

Eine EOG-Anomalie (erniedrigter oder normaler Arden-Quotient) spiegelt den Funktionszustand des RPE wider. Die Kenntnis der EOG-Befunde bei verschiedenen Erkrankungen ist für die Diagnose hilfreich.

Nachfolgend sind die EOG-Befunde der wichtigsten Erkrankungen zusammengefasst.

Krankheitsname	EOG-Befund	Bemerkungen
Morbus Best	deutlich vermindert	Elektroretinogramm normal
Weißpunktretinopathie	erniedrigt bis normal	kein Lichtanstieg bei kurzer Dunkeladaptation
Morbus Stargardt (fortgeschrittenes Stadium)	erniedrigt	im Frühstadium manchmal normal
Chorioideremie	erniedrigt	Verschlechterung je nach Krankheitsstadium
Retinitis pigmentosa	erniedrigt	Stäbchen-Zapfen-Dystrophie ebenfalls
Chloroquin-Toxizität	erniedrigt	hält auch nach Absetzen des Medikaments an

Haupterkrankungen mit erniedrigtem Arden-Quotienten

Best-Vitelliforme Makuladystrophie: Erkrankung durch autosomal-dominante Mutation im BEST1-Gen (Bestrophin-1). Das Muster mit normalem Elektroretinogramm und nur vermindertem EOG ist diagnostisch spezifisch und sehr nützlich.
Autosomal-rezessive Bestrophinopathie (ARB): Autosomal-rezessive Mutation im BEST1-Gen. Fundusbefunde sind vielfältig, und das EOG ist entscheidend für die Diagnose.
Stargardt-Makuladystrophie (fortgeschrittenes Stadium): Makuladystrophie durch ABCA4-Genmutation. Im Frühstadium kann das EOG normal sein.
Fundus Albipunctatus: Mutation im RDH5-Gen. Nach 15-minütiger Dunkeladaptation zeigt sich kein Lichtanstieg.
Chorioideremie: Fortschreitende Atrophie von RPE und Aderhaut, EOG vermindert.
Retinitis pigmentosa und Stäbchen-Zapfen-Dystrophie: Bei fortgeschrittenen Fällen mit ausgedehnter RPE-Schädigung ist das EOG vermindert.
Gyrate Atrophie der Aderhaut und Netzhaut: RPE-Schädigung durch Ornithin-Stoffwechselstörung, EOG vermindert.
Chloroquin- und Hydroxychloroquin-Toxizität: RPE-Toxizität durch Antimalariamittel. Kann auch nach Absetzen des Medikaments bestehen bleiben.
Diabetes mellitus: Mit zunehmender Krankheitsdauer verschlechtert sich das EOG.
Intraokularer Eisensplitter (okuläre Siderose): Eisenionen schädigen das RPE, was zu einem verminderten EOG führt.
Aderhautmelanom: Kann eine durch den Tumor verursachte RPE-Schädigung widerspiegeln.

Erkrankungen mit normalem EOG

Bei den folgenden Erkrankungen ist die RPE-Funktion erhalten, sodass das EOG im Normalbereich liegt.

Dominant vererbte Drusen der Bruch-Membran
Angeborene totale Farbenblindheit (Zapfenfunktionsstörung, RPE normal)
Angeborene stationäre Nachtblindheit (Stäbchenfunktionsstörung, RPE normal)
Sehnervenerkrankungen (da die Störung vor der Netzhaut liegt, wird das EOG nicht beeinflusst)

Medikamente, die das Ruhepotenzial verändern

Die folgenden Medikamente sind dafür bekannt, das EOG-Ruhepotenzial zu verändern.

20% Mannitol intravenös: Reduziert das Ruhepotenzial um etwa 43%.
500 mg Acetazolamid i.v.: Senkt das Ruhepotential.
Timolol: Beeinflusst das Ruhepotential.

4. Diagnose und Untersuchungsmethoden

Das Standardverfahren der EOG folgt der ISCEV (Ausgabe 2017).

Im Folgenden sind die wichtigsten Schritte der Untersuchung aufgeführt.

Schritt	Zeit	Inhalt
Voradaptation	Mindestens 15 Minuten	Bei 35–70 Lux Raumbeleuchtung
Dunkeladaptationsaufzeichnung	15–20 Minuten	Dunkelkammer, Verfolgung mit rotem LED-Licht
Aufzeichnung der Helladaptation	15–20 Minuten	Ganzfeld-Beleuchtung, LED-Verfolgung

Vorbereitung vor der Untersuchung

Eine Pupillenerweiterung wird empfohlen.
30 Minuten vor der Untersuchung sollte man sich unter stabiler Raumbeleuchtung (35–70 Lux) aufhalten. Eine mindestens 15-minütige Voradaptation ist erforderlich.
Untersuchungen mit starker Netzhautbeleuchtung wie Fluoreszenzangiographie (FA) oder Fundusfotografie sollten vor der Untersuchung nicht durchgeführt werden.

Elektrodenanlage

Silber-Silberchlorid-Schalenelektroden werden auf die Haut in der Nähe des inneren und äußeren Augenwinkels aufgeklebt.
Die Referenzelektrode wird in der Mitte der Stirn oder am Ohrläppchen platziert.
Die Erdungselektrode wird auf der Stirn platziert.
Vor dem Aufkleben der Elektroden wird die Haut mit einem Alkoholtupfer entfettet, um die Impedanz zu verringern.
配線は右側電極をプラス（＋）、左側をマイナス（−）に接続する。

記録手順

Ganzfeldドームで均一な光刺激を与えながら、1分ごとに赤色LEDを交互に追視させる（1往復あたり10回）。

暗順応記録：15〜20分間、暗室下で1分ごとに記録する。
明順応記録：続けて明順応を15〜20分間記録する。
1分ごとの振幅平均値をプロットしてEOG曲線を描く。

ノイズ対策と検査限界

交流電源ノイズ・筋電図（EMG）アーティファクト・汗による電気的不安定が主なノイズ源となる。
汗が十分に引いてから電極を貼付する。
幼児・高齢者、眼球運動障害（眼振・眼球麻痺）のある患者では正確な追視が困難であり、検査実施が難しい場合がある。

2017年ISCEV標準の必須報告項目

明ピーク：暗谷比（light peak to dark trough ratio）
暗谷の振幅（mV）
明期開始から明ピーク到達までの時間（分）

ISCEV報告項目

明ピーク：暗谷比：Arden ratioに相当。1.80以上が正常。

暗谷振幅：暗極小の絶対値（mV）。RPE構造的完全性を反映。

明ピーク到達時間：明期開始からの経過時間（分）。通常7〜12分。

検査時の注意点

前順応の徹底：35〜70ルクスで最低15分。強い光刺激は避ける。

追視の正確さ：1分ごとに5往復。眼球運動障害があると実施困難。

偽正常化に注意：基準電位が著しく低い場合、L/D比が偽正常化する。

速い振動（Fast Oscillations: FO）

ISCEVのオプション検査として「速い振動（Fast Oscillations; FO）」がある。1分ごとに暗期と明期を交互に繰り返す方法で、RPE基底側膜のCFTR（嚢胞性線維症膜コンダクタンス調節因子）塩化物イオンチャネルの機能を反映する。嚢胞性線維症（CF）ではFOが減少する可能性が示唆されている。

Q EOGの検査はどれくらい時間がかかりますか？

前順応（35〜70ルクスで最低15分）に加え、暗順応記録15〜20分・明順応記録15〜20分を行うため、全体で約1時間を要する。幼児・高齢者・眼球運動障害のある患者では正確な追視が困難なため実施が難しい場合がある。

6. 病態生理学・詳細な発症機序

静止電位（TEP）の生成機序

EOGで記録される静止電位はRPEの経上皮電位（TEP）を反映する。TEPはRPE細胞の頂部膜（apical membrane）と基底側膜（basolateral membrane）の膜電位差によって生じる。

暗極小の機序

暗順応時、光受容体からのイオン輸送が変化し、RPEへのイオン流入量が減少する。その結果、RPEの経上皮電位が低下し暗極小が形成される。暗極小は非光感受性成分であり、RPEそのものの構造的完全性（細胞密度・細胞膜の完全性）に依存する。

明極大の機序

明順応時には以下の一連の機序によりRPEが脱分極し電位が上昇して明極大が形成される。

光刺激による小胞体からのカルシウム（Ca²⁺）放出
**ベストロフィン（BEST1遺伝子産物）**とL型カルシウムチャネルの活性化
カルシウム依存性塩化物イオン（Cl⁻）チャネルの開口
RPEからの塩化物イオン排出
RPEの脱分極→TEP上昇→明極大

このカスケードにおけるベストロフィンの中心的役割が、Best病でEOGが選択的に異常を示す理由を説明する。Best病ではBEST1遺伝子変異によりベストロフィン機能が障害され、明極大が生じにくくなるためArden ratioが低下する。

EOGの2成分

非光感受性成分（暗谷）：RPEの構造的完全性に依存する。RPE細胞が消失・変性すると低下する。
光感受性成分（光上昇）：RPE基底側膜の脱分極機序に依存する。ベストロフィン・カルシウムチャネルの機能に依存する。

Q 明極大（light peak）はなぜ発生するのですか？

光刺激が小胞体からのCa²⁺放出を誘発し、ベストロフィン（BEST1遺伝子産物）を介したカルシウム依存性Cl⁻チャネルが開口する。塩化物イオンがRPEから排出されることでRPEが脱分極し、経上皮電位が上昇して明極大が形成される。Best病でEOGが選択的に低下するのはこのベストロフィン機能障害によるものである。

7. 最新の研究と今後の展望（研究段階の報告）

EOGベースのヒューマン・コンピュータ・インターフェース（HCI）

EOGの電気信号を用いて眼球運動から意図を読み取るBCI（Brain-Computer Interface）／HCI技術の研究が2000年代以降急増している。

Belkhiriaら（2022）はEOGベースHCIに関する2000年から2020年の文献をレビューし、障害者コミュニケーション支援・車椅子の眼球操作・眼球追跡などへの応用が急速に拡大していることを報告した³⁾。

J!NS MEMEのようなメガネ型ウェアラブルデバイスへのEOGセンサ搭載が実現し、日常生活での眼球運動・眠気・集中度のモニタリングへの応用が進んでいる³⁾。眼球運動の直接記録に赤外線CCDカメラを用いる方法も普及しており、従来のENG（電気眼振図）に代わりつつある。

眼球運動記録としてのEOG（ENG）

EOGの原理を応用した電気眼振図（electronystagmography; ENG）は眼球運動の定量記録に使用される。睡眠ポリソムノグラフィー（PSG）でも眼球運動チャンネルとしてEOGが標準的に使用されている。

Shoukatら（2022）は中脳出血後に輻湊後退眼振（convergence-retraction nystagmus）を呈した症例のPSG所見を報告した。覚醒期には周波数2.8Hz・振幅60μVの眼振がEOGで記録された²⁾。中枢神経系（CNS）障害による眼振は通常睡眠中に消失するが、この症例では非REM期・REM期ともに眼振が持続し、中脳出血に特徴的な所見とされた²⁾。

MEWDSにおけるsupernormal responseの意義

MEWDSの急性期に患眼でArden ratioが健眼を上回るsupernormal responseが生じる機序は未解明である。RPEの急性炎症性過活性化が関与する可能性が示唆されているが、その分子機序の解明が今後の課題である¹⁾。

8. 参考文献

Wang F, Wang A, Leng X, et al. EOG and the En-Face Inner Segment/Outer Segment-Ellipsoid Complex Image in Multiple Evanescent White Dot Syndrome. Int Med Case Rep J. 2024;17:597-602.
Shoukat U, Glick DR, Chaturvedi S, et al. Images: Polysomnographic findings of nystagmus caused by a midbrain hemorrhagic stroke. J Clin Sleep Med. 2022;18(5):1479-1482.
Belkhiria C, Boudir A, Hurter C, et al. EOG-Based Human-Computer Interface: 2000-2020 Review. Sensors. 2022;22(13):4914.