Experimentelle Studie
Charakterisierung der Tränenfilmdynamik am Beispiel einer Trehaloseapplikation zur Behandlung des Trockenen Auges Characterisation of Tear Film Dynamics after Application of Trehalose for Treatment of Dry Eye Autoren
T. Ramoth, M. Hovakimyan, R. F. Guthoff, O. Stachs
Institut
Augenklinik, Universität Rostock
Schlüsselwörter " Kornea l " Tränenfilmaufreißzeit l " Trehalose l
Zusammenfassung
Abstract
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Die Implementierung von zusätzlichen Modulen zur Charakterisierung der Tränenfilmdynamik erhöht das Anwendungsspektrum des Oculus® Keratographen 5M. Das Ziel der vorgestellten Untersuchung war es einerseits, die Möglichkeiten der nicht invasiven Messung der Break-up Time mit dem Oculus Keratographen zu beurteilen. Andererseits sollten Möglichkeiten der Anwendung dieser Methode bei einer Tränenersatzmittelapplikation (Thealoz®, Théa Pharma) und der damit verursachten Beeinflussung des Tränenfilms untersucht werden. Unserer Ansicht nach sind weitere Untersuchungen zur Standardisierung der Methodik bei der Analyse der sogenannten ersten bzw. durchschnittlichen sogenannten Tränenaufreißzeit notwendig. Jedoch erscheinen die Möglichkeiten einer topografischen Analyse der Dynamik des Tränenfilmaufrisses sehr aussagekräftig und sollten in den Mittelpunkt gerückt werden. Die gefundenen Resultate bez. einer Tränenersatzmittelapplikation bei Trockenem Auge stützen die bereits in Zellkulturexperimenten gefundene These einer protektiven und tränenfilmstabilisierenden Wirkung von Thealoz®.
The implementation of additional modalities for tear film break-up time characterisation expands the application range of the Oculus® Keratograph 5M. The aim of the present study was to evaluate the possibilities for non-invasive break-up time analysis using this device. Furthermore we applied the Oculus® Keratograph 5M to characterise possible modifications of tear break-up time after application of Thealoz® eye drops (Théa Pharma). The device allowed for a precise and solid topographical analysis of tear film dynamics. We could show that at four weeks after treatment, trehalose solution was a better treatment for dry eye compared with saline. These results are in agreement with our previous in vitro findings concerning the protective role of trehalose on desiccation-caused cell death in a corneal epithelial model.
Einleitung
höhten Osmolarität des Tränenfilms und einer Entzündung der Augenoberfläche“ [1]. Bisher wurde die Break-up Time (BUT) als ein Marker für die Stabilität des präkornealen Tränenfilms entweder – invasiv – an der Spaltlampe mittels Fluorescein oder seltener – nicht invasiv – mit dem Keeler Tearscope bestimmt [2]. Beide Methoden geben lediglich eine Zeit ohne Topografie des Aufrisses wieder. Mithilfe eines Moduls innerhalb des neuen Oculus® Keratographen 5M steht eine neue nicht invasive Methode der Beurteilung der BUT zur Verfügung. Die im Keratographen implementierte Methode ermöglicht die simultane zeitliche als auch räumliche Darstellung des Trä-
Key words " cornea l " break‑up time l " trehalose l
eingereicht 2. 9. 2013 akzeptiert 20. 10. 2013 Bibliografie DOI http://dx.doi.org/ 10.1055/s-0033-1351069 Klin Monatsbl Augenheilkd 2013; 230: 1220–1224 © Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York · ISSN 0023-2165 Korrespondenzadresse Theresa Ramoth Augenklinik Universität Rostock Doberaner Straße 140 18057 Rostock Tel.: ++ 49/3 81/4 94 85 66 Fax: ++ 49/3 81/4 94 85 02 [email protected]
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Das Trockene Auge stellt eine sehr weit verbreitete Erkrankung der Augenoberfläche dar. Aufgrund des unterschiedlichen Erscheinungsbilds und der uneinheitlichen Diagnostik gestaltet sich die Therapie inhomogen. Der Internationale Dry Eye WorkShop 2007 definierte das Trockene Auge als „eine multifaktorielle Erkrankung der Tränen und Augenoberfläche, die mit Beschwerdesymptomen, Sehstörungen und Tränenfilminstabilität mit einer möglichen Schädigung der Augenoberfläche einhergeht. Sie wird begleitet von einer er-
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nenfilmaufrisses. Zusätzlich ist eine Erfassung des Tränenmeniskus als ein Parameter für die Tränenproduktion möglich. Das Ziel der vorgestellten Untersuchung war es einerseits, die Möglichkeiten der nicht invasiven Messung der BUT mit dem Oculus-Keratographen zu beurteilen. Andererseits sollen Möglichkeiten der Anwendung dieser Methode bei einer Tränenersatzmittelapplikation und der damit verursachten Beeinflussung des Tränenfilms untersucht werden. Dazu erschien uns Trehalose als eine geeignete Testsubstanz. Trehalose ist ein natürlich vorkommendes Disaccharid und wird bei vielen Organismen gefunden, die eine Dehydrierung überleben können [3]. Es wurde bereits gezeigt, dass Trehalose zelluläre Membranen vor der Denaturierung durch Austrocknung schützen kann [4]. Im Bereich der Ophthalmologie konnte eine protektive Wirkung bei der Austrocknung durch einen verminderten Zelltod nachgewiesen werden [5–8]. Zur Wirkung am Patienten jedoch liegen weniger Daten vor. Aus diesem Grund verglichen wir den Einfluss von Trehalose auf das Trockene Auge mit NaCl.
Patienten und Methoden !
Oculus® Keratograph 5M Der Oculus® Keratograph 5M (OCULUS Optikgeräte GmbH, Wetzlar, Deutschland) ist in erster Linie ein optisches Messsystem zur Beurteilung der Hornhauttopografie. Damit findet er hauptsächlich Anwendung bei der Kontaktlinsenanpassung, ist aber auch zur Diagnostik von refraktiven Veränderungen der Hornhautoberfläche geeignet. Darüber hinaus sind Messungen von Benetzungsparametern möglich. Der sogenannte „TF-Scan“ kann zur Beurteilung der Tänenfilmqualität und ‑quantität in Form von Lipidschicht, Tränenfilmdynamik, Tränenmeniskus und nicht invasiver Tränenfilmaufreißzeit verwendet werden. Mit dem „R-Scan“ kann die Beurteilung des bulbären Rötungsgrads erfolgen. Zur Darstellung der Meibom-Drüsen eignet sich der „Meibo-Scan“. Ein Keratograph arbeitet nach dem Placidoprinzip, d. h. er besteht primär aus einer konvexen Halbkugel, die mit konzentrischen
Kreisen versehen ist und diffus beleuchtet wird. Die Hornhaut des Probandenauges reflektiert die Ringe dieser Kalotte. Mittels einer Optik und einer nachgestellten hochauflösenden CCD-Kamera erfolgt die Aufnahme des reflektierten Bildes. Das so entstandene sekundäre Bild wird mit dem Ursprungsbild verglichen und Abweichungen können ortssensitiv und zeitaufgelöst analysiert werden. Neben der Erfassung der Hornhautoberfläche mittels weißem Licht kann zusätzlich infrarote Ringbeleuchtung mit einer Wellenlänge von 880 nm zur Verminderung der reflektorischen Tränensekretion bei der Tränenfilmbeurteilung genutzt werden. Eine zeitaufgelöste Analyse der Placidoringe ermöglicht somit die nicht invasive Bestimmung von Veränderungen des Tränenfilms und damit der Tränenfilmaufrisszeit (non invasive break-up time, NIBUT). Da diese in diesem Fall mit dem Keratographen ermittelt wird, wird die Bezeichnung NIKBUT verwendet. Im Gegensatz zur Untersuchung an der Spaltlampe ist kein Einsatz von Fluorescein notwendig. Die implementierte Software ermöglicht eine schematische Darstellung der Tränenfilmaufrisszeit in Form einer farbkodierten Abbildung der Hornhautoberfäche. Die Farbverteilung stellt die Zeitpunkte der Aufrisse dar. Zudem werden standardmäßig eine erste (Zeitpunkt, zu dem ein 1. Sektor des Tränenfilms aufreißt) und durchschnittliche Tränenfilmaufrisszeit (zeitlicher Mittelwert aller aufgerissenen Segmente) angege" Abb. 1). ben (l
Patienten Um die Funktionalität des Geräts im klinischen Alltag zu prüfen, wurden 10 freiwillige Mitarbeiter der Universitätsaugenklinik Rostock rekrutiert, wobei vor Beginn der Studie das schriftliche Einverständnis aller Probanden vorlag. Die Untersuchungen fanden entsprechend den Richtlinien der Deklaration von Helsinki statt. Alle Probanden gaben an, unter Symptomen des Trockenen Auges zu leiden. Mittels eines Fragebogens (https://secure. eyehub.com/forms/dryeye1590.pdf) wurde diese Symptomatik beurteilt und ebenfalls als Trockenes Auge eingeschätzt. Als Einschlusskriterien galten subjektive Symptome des Trockenen Au-
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Abb. 1 Darstellung der Aufrisscharakteristik mit geringer (a) und stärkerer (b) Benetzungsproblematik.
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ges, keine Hornhauterkrankungen- bzw. Operationen, keine Kontaktlinsen, keine Nutzung anderer Augentropfen 2 Wochen vor Studienbeginn. Die Probanden waren zwischen 24 und 60 Jahren alt (Durchschnittsalter 46,5 ± 11 Jahre). Ein Teilnehmer war männlich, 9 weiblich.
Trehalose und deren Anwendung Um die Sensibilität der NIKBUT bez. der Detektion von Veränderungen des Tränenfilms zu prüfen, wurde der Einfluss von Trehaloseaugentropfen im Vergleich zu NaCl bez. Tränenfilmaufreißzeit und Tränenmeniskus untersucht. Dazu wurden die Probanden aufgefordert, 3- bis 4-mal täglich zur Verfügung gestellte Tränenersatzmittel zu nutzen. Die Probanden tropften verblindet Thealoz® (Théa Pharma) bzw. NaCl-Augentropfen (Hydrabak®, Théa Pharma) über 28 Tage randomisiert in das rechte bzw. linke Auge. Die Dauer der Anwendung adaptierten wir anhand einer Studie von Matsuo [9]. Vor Anwendung der Tropfen wurden bei jedem Probanden die erste und durchschnittliche NIKBUT in jedem Auge bei 3 Wiederholungen gemessen. Dabei wurde das kontralaterale Auge okkludiert. Der Tränenmeniskus wurde ebenfalls zu Beginn an 3 verschiedenen Stellen gemessen. Nach 28 Tagen wurden die genannten Untersuchungen analog wiederholt. Die Untersuchungen erfolgten an gleichen Wochentagen zu analogen Uhrzeiten unter weitestgehend identischen Untersuchungsbedingungen. Die statistische Auswertung erfolgte mithilfe des Programms GraphPad Prism 6.0.
Ergebnisse !
Der Oculus® Keratograph überzeugt durch seine einfache Handhabung. Die Patienten müssen sich, ähnlich wie bei einer Spaltlampe, vor eine Haltevorrichtung setzen und den Kopf in diese legen. Der Untersucher stellt mithilfe eines Joysticks die gewünschte Position der Optik ein, wobei das Gerät den Untersucher softwarebasiert beim Auffinden dieser unterstützt. Ist die optimale Position gefunden, wird der Patient angewiesen, 2-mal zu blinzeln, und die Aufnahme beginnt automatisiert. Beendet wird der Untersuchungsvorgang durch erneutes Blinzeln bzw. das Erreichen der maximalen Untersuchungsdauer von 24 s. Wiederholungsmessungen bez. der Reproduzierbarkeit zeigen bei identischen Untersuchungsbedingungen weitestgehend identische Werte für die erste Aufreißzeit, wobei die Werte für die durchnittliche Aufreißzeit erheblich differieren können " Abb. 2). Die Messung der Aufrisszeit 20 min nach Trehalose(l applikation zeigt einen sehr deutlichen Anstieg der ersten bei geringerem Anstieg der mittleren NIKBUT.
Abb. 2 Erste und mittlere NIKBUT unter identischen Untersuchungsbedingungen an 2 aufeinanderfolgenden Tagen (Tag 1 und Tag 2) sowie 20 min nach Trehaloseapplikation (Tag 3).
Vor Beginn der Tränenersatzmittelapplikation lag die durchschnittliche Dauer der ersten NIKBUT aller Probanden bei 6,4 ± 5,8 s in der Trehalosegruppe und bei 9,3 ± 7,4 s in der NaCl" Abb. 3). Die durchschnittliche NIKBUT lag bei 9,8 ± 5 s Gruppe (l (Trehalose) bzw. 12,6 ± 6,1 s (NaCl). Für diese Werte beider Untersuchungsgruppen bestand vor Beginn der Tränenersatzmittelapplikation kein statistisch signifikanter Unterschied. Nach Applikation über 28 Tage stiegen die Aufrisszeiten in beiden Gruppen nichtsignifikant an. Der Mittelwert der ersten NIKBUT bei Gebrauch von Trehalose stieg um 1,3 ± 2,8 s auf 7,7 ± 6,2 s. Bei NaCl zeigte sich hingegen ein geringerer Anstieg von 0,2 ± 6,8 auf 9,5 ± 5,4 s. Ähnliche Anstiege waren bei der durchschnittlichen Tränenfilmaufrisszeit zu verzeichnen. Die durchschnittliche NIKBUT in der Trehalosegruppe stieg nicht signifikant um 1,6 ± 2,6 s auf 11,4 ± 5,4 s, die der NaCl-Gruppe um 1,1 ± 6,1 auf " Abb. 4). Bezüglich des Tränenmeniskus waren 13,7 ± 4,7 s an (l sämtliche Unterschiede ebenfalls nicht signifikant. In beiden Gruppen änderten sich die Werte geringfügig von 0,48 ± 0,18 auf 0,5 ± 0,18 s (Trehalose) bzw. von 0,503 ± 0,17 auf 0,506 ± 0,17 (NaCl). Am Beispiel eines Probanden (weiblich, 24 Jahre) wird die Untersuchung des Tränenfilms im Detail dargestellt. Vor Beginn der Trehaloseapplikation lag der erste Aufriss bei 2,8 s, der durch-
Abb. 3 Erste und mittlere NIKBUT vor und nach 4 Wochen Tränenersatzmittelapplikation für die beiden Untersuchungsgruppen (Thealoz® und Hydrabak®).
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Abb. 4 Differenzen der ersten und mittleren NIKBUT vor und nach 4 Wochen Tränenersatzmittelapplikation.
" Abb. 5). Anhand der topografischen Darschnittliche bei 9,6 s (l stellung lässt sich die Ausdehnung der Aufrisse darstellen. Nach 8 s waren ca. 7 % des Tränenfilms aufgerissen, nach 12 s 20%. Nach 28 Tagen Applikation lag der erste Tränenfilmaufriss bei 3,4 s, der durchschnittliche bei 11,6 s. 7 % des Tränenfilms waren nach 8 s, ca. 11 % waren nach 12 s. aufgerissen. Bei einem Vergleich der Aufrissorte fällt auf, dass diese bei diesem Probanden ähnlich lokalisiert sind, wobei weniger Fläche aufriss.
Diskussion !
Die Messung der Tränenaufreißzeit mittels des Keratographen ist einfach und schnell zu beherrschen. Nach kurzer Einarbeitungszeit ist der Untersucher mit der Anwendung vertraut. Ebenfalls erscheint die Darstellung der Ergebnisse übersichtlich und gut
verständlich. Auch der Patient kann anhand der farblichen topografischen Darstellung einen Eindruck über seinen Tränenfilm gewinnen. Bezüglich der Reproduzierbarkeit spiegeln die Paramter erste und mittlere NIKBUT nur teilweise die gesamte Dynamik des Aufrisses wider. Vielmehr sollte die Aufrisscharakteristik anhand des gesamten zeiltlichen Verlaufs dargestellt werden. Als nicht eindeutig und nur bedingt verwertbar erweisen sich die Ergebnisse der durchschnittlichen NIKBUT. Wenn ein Proband nach nur wenigen Sekunden aufgrund eines beliebigen Lidschlussreflexes, der nicht zwingend auf den Tränenfilm zurückzuführen ist, das Auge schließt, wird die Aufnahme beendet. Daraus ergibt sich zwangsläufig eine geringere durchschnittliche Aufrisszeit im Vergleich zu Personen, die ihre Augen länger geöffnet halten können. Die Definition eines derartigen Parameters erscheint somit diskussionswürdig. Es zeigen sich geringe Unterschiede zwischen der NIKBUT vor und nach 4-wöchiger Tränenersatzmittelapplikation. Jedoch ist eine positive Tendenz für die Anwendung von Trehalose als Tränenersatzmittelbestandteil ersichtlich. Sowohl die erste als auch die durchschnittliche NIKBUT hat sich bei Trehaloseanwendung stärker erhöht als bei NaCl. Eine statistische Signifikanz in der Erhöhung der NIKBUT bzw. im Unterschied der beiden Behandlungsgruppen konnte nicht gezeigt werden. Dies war aufgrund der geringen Anzahl der Probanden dieser Pilotstudie und der Tatsache, dass eine NaCl-Lösung selbst einen positiven Effekt auf die BUT besitzen kann, auch nicht zu erwarten. Zudem sind die Standardabweichungen der Differenzen sowohl bez. der ersten als auch der durchschnittlichen NIKBUT in der Trehalosegruppe (± 2,8 bzw. ± 2,6) im Vergleich zu NaCL (± 6,8 bzw. ± 6,1) geringer. Dies scheint ein starkes Indiz für eine geringere individuelle Variabilität unter Trehaloseapplikation zu sein und stützt damit die These des protektiven Effekts der Trealose, den wir bereits in Zellkulturexperimenten zeigen konnten [8]. Der nicht signifikante Trend in der protektiven Wirkung von Trehalose manifestiert sich erheblich stärker bei der Analyse der NIKBUT-Dynamik. Der Tränenmeniskus, als Maß für die produzierte Tränenmenge, weist im Allgemeinen keinen eindeutigen Referenzwert auf. Die normale in verschiedenen Studien publizierte Höhe schwankt
Abb. 5 Darstellung der Aufrisscharakteristik am Patientenbeispiel vor Applikation von Thealoz® (a) und nach 28 Tagen Anwendung (b).
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zwischen 0,18 und 0,5 mm [10]. Demnach besitzen alle Probanden dieser Studie bei Werten um 0,5 einen normal hohen Meniskus. Nach 4-wöchiger Tränenersatzmittelapplikation unterliegt der Tränenmeniskus in beiden Untersuchungsgruppen erwartungsgemäß keinen Änderungen. Untersuchungen, u. a. von Smith [11], zeigen, dass die NIBUT einen Parameter zur Beurteilung der Tränenfilmstabilität darstellt und als eine der objektivsten Untersuchungen angesehen werden kann. Durch die Verwendung des Keratographen waren selbst geringe Veränderungen des Tränenfilms detektierbar. Diese Sensibilität impliziert aber auch hohe Anforderungen an stabile Untersuchungsbedingungen. Herkömmliche Messungen der BUT erscheinen weniger sensitiv. Zudem wurde beschrieben, dass die Fluoresceininstillation bei der herkömmlichen Methode zu einer Minimierung der tatsächlichen BUT führen kann [12]. Best et al. beurteilten 2012 die Validität und Reliabilität des Keratographen in Bezug auf NIKBUT und Hornhautkrümmung im Vergleich zu Keeler Tearscope. Dabei zeigte sich eine frühere Detektion von Veränderungen der NIKBUT durch den Keratographen im Vergleich zum Tearscope [13].
Interessenkonflikt !
Nein
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Literatur 1 The definition and classification of dry eye disease: report of the Definition and Classification Subcommittee of the International Dry Eye WorkShop (2007). Ocul Surf 2007; 5: 75–92 2 Kaercher T, Bron AJ. Classification and diagnosis of dry eye. Dev Ophthalmol 2008; 41: 36–53 3 Crowe JH, Crowe LM. Preservation of mammalian cells-learning natureʼs tricks. Nat Biotechnol 2000; 18: 145–146 4 Luyckx J, Baudouin C. Trehalose: an intriguing disaccharide with potential for medical application in ophthalmology. Clin Ophthalmol 2011; 5: 577–581 5 Tang M, Waring AJ, Hong M. Trehalose-protected lipid membranes for determining membrane protein structure and insertion. J Magn Reson 2007; 184: 222–227 6 Matsuo T. Trehalose protects corneal epithelial cells from death by drying. Br J Ophthalmol 2001; 85: 610–612 7 Chen W, Zhang X, Liu M et al. Trehalose protects against ocular surface disorders in experimental murine dry eye through suppression of apoptosis. Exp Eye Res 2009; 89: 311–318 8 Hovakimyan M, Ramoth T, Lobler M et al. Evaluation of protective effects of trehalose on desiccation of epithelial cells in three dimensional reconstructed human corneal epithelium. Curr Eye Res 2012; 37: 982– 989 9 Matsuo T, Tsuchida Y, Morimoto N. Trehalose eye drops in the treatment of dry eye syndrome. Ophthalmology 2002; 109: 2024–2029 10 Bron AJ. The Doyne Lecture. Reflections on the tears. Eye (Lond) 1997; 11: 583–602 11 Smith J, Nichols KK, Baldwin EK. Current patterns in the use of diagnostic tests in dry eye evaluation. Cornea 2008; 27: 656–662 12 Mengher LS, Bron AJ, Tonge SR et al. Effect of fluorescein instillation on the pre-corneal tear film stability. Curr Eye Res 1985; 4: 9–12 13 Best N, Drury L, Wolffsohn JS. Clinical evaluation of the Oculus Keratograph. Cont Lens Anterior Eye 2012; 35: 171–174
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Institut
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Schlüsselwörter " Kornea l " Tränenfilmaufreißzeit l " Trehalose l
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Die Implementierung von zusätzlichen Modulen zur Charakterisierung der Tränenfilmdynamik erhöht das Anwendungsspektrum des Oculus® Keratographen 5M. Das Ziel der vorgestellten Untersuchung war es einerseits, die Möglichkeiten der nicht invasiven Messung der Break-up Time mit dem Oculus Keratographen zu beurteilen. Andererseits sollten Möglichkeiten der Anwendung dieser Methode bei einer Tränenersatzmittelapplikation (Thealoz®, Théa Pharma) und der damit verursachten Beeinflussung des Tränenfilms untersucht werden. Unserer Ansicht nach sind weitere Untersuchungen zur Standardisierung der Methodik bei der Analyse der sogenannten ersten bzw. durchschnittlichen sogenannten Tränenaufreißzeit notwendig. Jedoch erscheinen die Möglichkeiten einer topografischen Analyse der Dynamik des Tränenfilmaufrisses sehr aussagekräftig und sollten in den Mittelpunkt gerückt werden. Die gefundenen Resultate bez. einer Tränenersatzmittelapplikation bei Trockenem Auge stützen die bereits in Zellkulturexperimenten gefundene These einer protektiven und tränenfilmstabilisierenden Wirkung von Thealoz®.
The implementation of additional modalities for tear film break-up time characterisation expands the application range of the Oculus® Keratograph 5M. The aim of the present study was to evaluate the possibilities for non-invasive break-up time analysis using this device. Furthermore we applied the Oculus® Keratograph 5M to characterise possible modifications of tear break-up time after application of Thealoz® eye drops (Théa Pharma). The device allowed for a precise and solid topographical analysis of tear film dynamics. We could show that at four weeks after treatment, trehalose solution was a better treatment for dry eye compared with saline. These results are in agreement with our previous in vitro findings concerning the protective role of trehalose on desiccation-caused cell death in a corneal epithelial model.
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höhten Osmolarität des Tränenfilms und einer Entzündung der Augenoberfläche“ [1]. Bisher wurde die Break-up Time (BUT) als ein Marker für die Stabilität des präkornealen Tränenfilms entweder – invasiv – an der Spaltlampe mittels Fluorescein oder seltener – nicht invasiv – mit dem Keeler Tearscope bestimmt [2]. Beide Methoden geben lediglich eine Zeit ohne Topografie des Aufrisses wieder. Mithilfe eines Moduls innerhalb des neuen Oculus® Keratographen 5M steht eine neue nicht invasive Methode der Beurteilung der BUT zur Verfügung. Die im Keratographen implementierte Methode ermöglicht die simultane zeitliche als auch räumliche Darstellung des Trä-
Key words " cornea l " break‑up time l " trehalose l
eingereicht 2. 9. 2013 akzeptiert 20. 10. 2013 Bibliografie DOI http://dx.doi.org/ 10.1055/s-0033-1351069 Klin Monatsbl Augenheilkd 2013; 230: 1220–1224 © Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York · ISSN 0023-2165 Korrespondenzadresse Theresa Ramoth Augenklinik Universität Rostock Doberaner Straße 140 18057 Rostock Tel.: ++ 49/3 81/4 94 85 66 Fax: ++ 49/3 81/4 94 85 02 [email protected]
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Das Trockene Auge stellt eine sehr weit verbreitete Erkrankung der Augenoberfläche dar. Aufgrund des unterschiedlichen Erscheinungsbilds und der uneinheitlichen Diagnostik gestaltet sich die Therapie inhomogen. Der Internationale Dry Eye WorkShop 2007 definierte das Trockene Auge als „eine multifaktorielle Erkrankung der Tränen und Augenoberfläche, die mit Beschwerdesymptomen, Sehstörungen und Tränenfilminstabilität mit einer möglichen Schädigung der Augenoberfläche einhergeht. Sie wird begleitet von einer er-
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nenfilmaufrisses. Zusätzlich ist eine Erfassung des Tränenmeniskus als ein Parameter für die Tränenproduktion möglich. Das Ziel der vorgestellten Untersuchung war es einerseits, die Möglichkeiten der nicht invasiven Messung der BUT mit dem Oculus-Keratographen zu beurteilen. Andererseits sollen Möglichkeiten der Anwendung dieser Methode bei einer Tränenersatzmittelapplikation und der damit verursachten Beeinflussung des Tränenfilms untersucht werden. Dazu erschien uns Trehalose als eine geeignete Testsubstanz. Trehalose ist ein natürlich vorkommendes Disaccharid und wird bei vielen Organismen gefunden, die eine Dehydrierung überleben können [3]. Es wurde bereits gezeigt, dass Trehalose zelluläre Membranen vor der Denaturierung durch Austrocknung schützen kann [4]. Im Bereich der Ophthalmologie konnte eine protektive Wirkung bei der Austrocknung durch einen verminderten Zelltod nachgewiesen werden [5–8]. Zur Wirkung am Patienten jedoch liegen weniger Daten vor. Aus diesem Grund verglichen wir den Einfluss von Trehalose auf das Trockene Auge mit NaCl.
Patienten und Methoden !
Oculus® Keratograph 5M Der Oculus® Keratograph 5M (OCULUS Optikgeräte GmbH, Wetzlar, Deutschland) ist in erster Linie ein optisches Messsystem zur Beurteilung der Hornhauttopografie. Damit findet er hauptsächlich Anwendung bei der Kontaktlinsenanpassung, ist aber auch zur Diagnostik von refraktiven Veränderungen der Hornhautoberfläche geeignet. Darüber hinaus sind Messungen von Benetzungsparametern möglich. Der sogenannte „TF-Scan“ kann zur Beurteilung der Tänenfilmqualität und ‑quantität in Form von Lipidschicht, Tränenfilmdynamik, Tränenmeniskus und nicht invasiver Tränenfilmaufreißzeit verwendet werden. Mit dem „R-Scan“ kann die Beurteilung des bulbären Rötungsgrads erfolgen. Zur Darstellung der Meibom-Drüsen eignet sich der „Meibo-Scan“. Ein Keratograph arbeitet nach dem Placidoprinzip, d. h. er besteht primär aus einer konvexen Halbkugel, die mit konzentrischen
Kreisen versehen ist und diffus beleuchtet wird. Die Hornhaut des Probandenauges reflektiert die Ringe dieser Kalotte. Mittels einer Optik und einer nachgestellten hochauflösenden CCD-Kamera erfolgt die Aufnahme des reflektierten Bildes. Das so entstandene sekundäre Bild wird mit dem Ursprungsbild verglichen und Abweichungen können ortssensitiv und zeitaufgelöst analysiert werden. Neben der Erfassung der Hornhautoberfläche mittels weißem Licht kann zusätzlich infrarote Ringbeleuchtung mit einer Wellenlänge von 880 nm zur Verminderung der reflektorischen Tränensekretion bei der Tränenfilmbeurteilung genutzt werden. Eine zeitaufgelöste Analyse der Placidoringe ermöglicht somit die nicht invasive Bestimmung von Veränderungen des Tränenfilms und damit der Tränenfilmaufrisszeit (non invasive break-up time, NIBUT). Da diese in diesem Fall mit dem Keratographen ermittelt wird, wird die Bezeichnung NIKBUT verwendet. Im Gegensatz zur Untersuchung an der Spaltlampe ist kein Einsatz von Fluorescein notwendig. Die implementierte Software ermöglicht eine schematische Darstellung der Tränenfilmaufrisszeit in Form einer farbkodierten Abbildung der Hornhautoberfäche. Die Farbverteilung stellt die Zeitpunkte der Aufrisse dar. Zudem werden standardmäßig eine erste (Zeitpunkt, zu dem ein 1. Sektor des Tränenfilms aufreißt) und durchschnittliche Tränenfilmaufrisszeit (zeitlicher Mittelwert aller aufgerissenen Segmente) angege" Abb. 1). ben (l
Patienten Um die Funktionalität des Geräts im klinischen Alltag zu prüfen, wurden 10 freiwillige Mitarbeiter der Universitätsaugenklinik Rostock rekrutiert, wobei vor Beginn der Studie das schriftliche Einverständnis aller Probanden vorlag. Die Untersuchungen fanden entsprechend den Richtlinien der Deklaration von Helsinki statt. Alle Probanden gaben an, unter Symptomen des Trockenen Auges zu leiden. Mittels eines Fragebogens (https://secure. eyehub.com/forms/dryeye1590.pdf) wurde diese Symptomatik beurteilt und ebenfalls als Trockenes Auge eingeschätzt. Als Einschlusskriterien galten subjektive Symptome des Trockenen Au-
Ramoth T et al. Charakterisierung der Tränenfilmdynamik … Klin Monatsbl Augenheilkd 2013; 230: 1220–1224
Heruntergeladen von: WEST VIRGINIA UNIVERSITY. Urheberrechtlich geschützt.
Abb. 1 Darstellung der Aufrisscharakteristik mit geringer (a) und stärkerer (b) Benetzungsproblematik.
Experimentelle Studie
ges, keine Hornhauterkrankungen- bzw. Operationen, keine Kontaktlinsen, keine Nutzung anderer Augentropfen 2 Wochen vor Studienbeginn. Die Probanden waren zwischen 24 und 60 Jahren alt (Durchschnittsalter 46,5 ± 11 Jahre). Ein Teilnehmer war männlich, 9 weiblich.
Trehalose und deren Anwendung Um die Sensibilität der NIKBUT bez. der Detektion von Veränderungen des Tränenfilms zu prüfen, wurde der Einfluss von Trehaloseaugentropfen im Vergleich zu NaCl bez. Tränenfilmaufreißzeit und Tränenmeniskus untersucht. Dazu wurden die Probanden aufgefordert, 3- bis 4-mal täglich zur Verfügung gestellte Tränenersatzmittel zu nutzen. Die Probanden tropften verblindet Thealoz® (Théa Pharma) bzw. NaCl-Augentropfen (Hydrabak®, Théa Pharma) über 28 Tage randomisiert in das rechte bzw. linke Auge. Die Dauer der Anwendung adaptierten wir anhand einer Studie von Matsuo [9]. Vor Anwendung der Tropfen wurden bei jedem Probanden die erste und durchschnittliche NIKBUT in jedem Auge bei 3 Wiederholungen gemessen. Dabei wurde das kontralaterale Auge okkludiert. Der Tränenmeniskus wurde ebenfalls zu Beginn an 3 verschiedenen Stellen gemessen. Nach 28 Tagen wurden die genannten Untersuchungen analog wiederholt. Die Untersuchungen erfolgten an gleichen Wochentagen zu analogen Uhrzeiten unter weitestgehend identischen Untersuchungsbedingungen. Die statistische Auswertung erfolgte mithilfe des Programms GraphPad Prism 6.0.
Ergebnisse !
Der Oculus® Keratograph überzeugt durch seine einfache Handhabung. Die Patienten müssen sich, ähnlich wie bei einer Spaltlampe, vor eine Haltevorrichtung setzen und den Kopf in diese legen. Der Untersucher stellt mithilfe eines Joysticks die gewünschte Position der Optik ein, wobei das Gerät den Untersucher softwarebasiert beim Auffinden dieser unterstützt. Ist die optimale Position gefunden, wird der Patient angewiesen, 2-mal zu blinzeln, und die Aufnahme beginnt automatisiert. Beendet wird der Untersuchungsvorgang durch erneutes Blinzeln bzw. das Erreichen der maximalen Untersuchungsdauer von 24 s. Wiederholungsmessungen bez. der Reproduzierbarkeit zeigen bei identischen Untersuchungsbedingungen weitestgehend identische Werte für die erste Aufreißzeit, wobei die Werte für die durchnittliche Aufreißzeit erheblich differieren können " Abb. 2). Die Messung der Aufrisszeit 20 min nach Trehalose(l applikation zeigt einen sehr deutlichen Anstieg der ersten bei geringerem Anstieg der mittleren NIKBUT.
Abb. 2 Erste und mittlere NIKBUT unter identischen Untersuchungsbedingungen an 2 aufeinanderfolgenden Tagen (Tag 1 und Tag 2) sowie 20 min nach Trehaloseapplikation (Tag 3).
Vor Beginn der Tränenersatzmittelapplikation lag die durchschnittliche Dauer der ersten NIKBUT aller Probanden bei 6,4 ± 5,8 s in der Trehalosegruppe und bei 9,3 ± 7,4 s in der NaCl" Abb. 3). Die durchschnittliche NIKBUT lag bei 9,8 ± 5 s Gruppe (l (Trehalose) bzw. 12,6 ± 6,1 s (NaCl). Für diese Werte beider Untersuchungsgruppen bestand vor Beginn der Tränenersatzmittelapplikation kein statistisch signifikanter Unterschied. Nach Applikation über 28 Tage stiegen die Aufrisszeiten in beiden Gruppen nichtsignifikant an. Der Mittelwert der ersten NIKBUT bei Gebrauch von Trehalose stieg um 1,3 ± 2,8 s auf 7,7 ± 6,2 s. Bei NaCl zeigte sich hingegen ein geringerer Anstieg von 0,2 ± 6,8 auf 9,5 ± 5,4 s. Ähnliche Anstiege waren bei der durchschnittlichen Tränenfilmaufrisszeit zu verzeichnen. Die durchschnittliche NIKBUT in der Trehalosegruppe stieg nicht signifikant um 1,6 ± 2,6 s auf 11,4 ± 5,4 s, die der NaCl-Gruppe um 1,1 ± 6,1 auf " Abb. 4). Bezüglich des Tränenmeniskus waren 13,7 ± 4,7 s an (l sämtliche Unterschiede ebenfalls nicht signifikant. In beiden Gruppen änderten sich die Werte geringfügig von 0,48 ± 0,18 auf 0,5 ± 0,18 s (Trehalose) bzw. von 0,503 ± 0,17 auf 0,506 ± 0,17 (NaCl). Am Beispiel eines Probanden (weiblich, 24 Jahre) wird die Untersuchung des Tränenfilms im Detail dargestellt. Vor Beginn der Trehaloseapplikation lag der erste Aufriss bei 2,8 s, der durch-
Abb. 3 Erste und mittlere NIKBUT vor und nach 4 Wochen Tränenersatzmittelapplikation für die beiden Untersuchungsgruppen (Thealoz® und Hydrabak®).
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Abb. 4 Differenzen der ersten und mittleren NIKBUT vor und nach 4 Wochen Tränenersatzmittelapplikation.
" Abb. 5). Anhand der topografischen Darschnittliche bei 9,6 s (l stellung lässt sich die Ausdehnung der Aufrisse darstellen. Nach 8 s waren ca. 7 % des Tränenfilms aufgerissen, nach 12 s 20%. Nach 28 Tagen Applikation lag der erste Tränenfilmaufriss bei 3,4 s, der durchschnittliche bei 11,6 s. 7 % des Tränenfilms waren nach 8 s, ca. 11 % waren nach 12 s. aufgerissen. Bei einem Vergleich der Aufrissorte fällt auf, dass diese bei diesem Probanden ähnlich lokalisiert sind, wobei weniger Fläche aufriss.
Diskussion !
Die Messung der Tränenaufreißzeit mittels des Keratographen ist einfach und schnell zu beherrschen. Nach kurzer Einarbeitungszeit ist der Untersucher mit der Anwendung vertraut. Ebenfalls erscheint die Darstellung der Ergebnisse übersichtlich und gut
verständlich. Auch der Patient kann anhand der farblichen topografischen Darstellung einen Eindruck über seinen Tränenfilm gewinnen. Bezüglich der Reproduzierbarkeit spiegeln die Paramter erste und mittlere NIKBUT nur teilweise die gesamte Dynamik des Aufrisses wider. Vielmehr sollte die Aufrisscharakteristik anhand des gesamten zeiltlichen Verlaufs dargestellt werden. Als nicht eindeutig und nur bedingt verwertbar erweisen sich die Ergebnisse der durchschnittlichen NIKBUT. Wenn ein Proband nach nur wenigen Sekunden aufgrund eines beliebigen Lidschlussreflexes, der nicht zwingend auf den Tränenfilm zurückzuführen ist, das Auge schließt, wird die Aufnahme beendet. Daraus ergibt sich zwangsläufig eine geringere durchschnittliche Aufrisszeit im Vergleich zu Personen, die ihre Augen länger geöffnet halten können. Die Definition eines derartigen Parameters erscheint somit diskussionswürdig. Es zeigen sich geringe Unterschiede zwischen der NIKBUT vor und nach 4-wöchiger Tränenersatzmittelapplikation. Jedoch ist eine positive Tendenz für die Anwendung von Trehalose als Tränenersatzmittelbestandteil ersichtlich. Sowohl die erste als auch die durchschnittliche NIKBUT hat sich bei Trehaloseanwendung stärker erhöht als bei NaCl. Eine statistische Signifikanz in der Erhöhung der NIKBUT bzw. im Unterschied der beiden Behandlungsgruppen konnte nicht gezeigt werden. Dies war aufgrund der geringen Anzahl der Probanden dieser Pilotstudie und der Tatsache, dass eine NaCl-Lösung selbst einen positiven Effekt auf die BUT besitzen kann, auch nicht zu erwarten. Zudem sind die Standardabweichungen der Differenzen sowohl bez. der ersten als auch der durchschnittlichen NIKBUT in der Trehalosegruppe (± 2,8 bzw. ± 2,6) im Vergleich zu NaCL (± 6,8 bzw. ± 6,1) geringer. Dies scheint ein starkes Indiz für eine geringere individuelle Variabilität unter Trehaloseapplikation zu sein und stützt damit die These des protektiven Effekts der Trealose, den wir bereits in Zellkulturexperimenten zeigen konnten [8]. Der nicht signifikante Trend in der protektiven Wirkung von Trehalose manifestiert sich erheblich stärker bei der Analyse der NIKBUT-Dynamik. Der Tränenmeniskus, als Maß für die produzierte Tränenmenge, weist im Allgemeinen keinen eindeutigen Referenzwert auf. Die normale in verschiedenen Studien publizierte Höhe schwankt
Abb. 5 Darstellung der Aufrisscharakteristik am Patientenbeispiel vor Applikation von Thealoz® (a) und nach 28 Tagen Anwendung (b).
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Experimentelle Studie
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zwischen 0,18 und 0,5 mm [10]. Demnach besitzen alle Probanden dieser Studie bei Werten um 0,5 einen normal hohen Meniskus. Nach 4-wöchiger Tränenersatzmittelapplikation unterliegt der Tränenmeniskus in beiden Untersuchungsgruppen erwartungsgemäß keinen Änderungen. Untersuchungen, u. a. von Smith [11], zeigen, dass die NIBUT einen Parameter zur Beurteilung der Tränenfilmstabilität darstellt und als eine der objektivsten Untersuchungen angesehen werden kann. Durch die Verwendung des Keratographen waren selbst geringe Veränderungen des Tränenfilms detektierbar. Diese Sensibilität impliziert aber auch hohe Anforderungen an stabile Untersuchungsbedingungen. Herkömmliche Messungen der BUT erscheinen weniger sensitiv. Zudem wurde beschrieben, dass die Fluoresceininstillation bei der herkömmlichen Methode zu einer Minimierung der tatsächlichen BUT führen kann [12]. Best et al. beurteilten 2012 die Validität und Reliabilität des Keratographen in Bezug auf NIKBUT und Hornhautkrümmung im Vergleich zu Keeler Tearscope. Dabei zeigte sich eine frühere Detektion von Veränderungen der NIKBUT durch den Keratographen im Vergleich zum Tearscope [13].
Interessenkonflikt !
Nein
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Literatur 1 The definition and classification of dry eye disease: report of the Definition and Classification Subcommittee of the International Dry Eye WorkShop (2007). Ocul Surf 2007; 5: 75–92 2 Kaercher T, Bron AJ. Classification and diagnosis of dry eye. Dev Ophthalmol 2008; 41: 36–53 3 Crowe JH, Crowe LM. Preservation of mammalian cells-learning natureʼs tricks. Nat Biotechnol 2000; 18: 145–146 4 Luyckx J, Baudouin C. Trehalose: an intriguing disaccharide with potential for medical application in ophthalmology. Clin Ophthalmol 2011; 5: 577–581 5 Tang M, Waring AJ, Hong M. Trehalose-protected lipid membranes for determining membrane protein structure and insertion. J Magn Reson 2007; 184: 222–227 6 Matsuo T. Trehalose protects corneal epithelial cells from death by drying. Br J Ophthalmol 2001; 85: 610–612 7 Chen W, Zhang X, Liu M et al. Trehalose protects against ocular surface disorders in experimental murine dry eye through suppression of apoptosis. Exp Eye Res 2009; 89: 311–318 8 Hovakimyan M, Ramoth T, Lobler M et al. Evaluation of protective effects of trehalose on desiccation of epithelial cells in three dimensional reconstructed human corneal epithelium. Curr Eye Res 2012; 37: 982– 989 9 Matsuo T, Tsuchida Y, Morimoto N. Trehalose eye drops in the treatment of dry eye syndrome. Ophthalmology 2002; 109: 2024–2029 10 Bron AJ. The Doyne Lecture. Reflections on the tears. Eye (Lond) 1997; 11: 583–602 11 Smith J, Nichols KK, Baldwin EK. Current patterns in the use of diagnostic tests in dry eye evaluation. Cornea 2008; 27: 656–662 12 Mengher LS, Bron AJ, Tonge SR et al. Effect of fluorescein instillation on the pre-corneal tear film stability. Curr Eye Res 1985; 4: 9–12 13 Best N, Drury L, Wolffsohn JS. Clinical evaluation of the Oculus Keratograph. Cont Lens Anterior Eye 2012; 35: 171–174
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