INTRODUCTION

Das Hornhautepithel besitzt die Fähigkeit, stromale Unregelmäßigkeiten auszugleichen. Mit der zunehmenden Verbreitung der optischen Kohärenztomographie (OCT), des digitalen Ultraschalls mit sehr hoher Frequenz (VHF) und der konfokalen Mikroskopie in der klinischen Praxis wurde festgestellt, dass die epitheliale Kompensation eine der Hauptursachen für die optische Regression nach refraktiven Eingriffen ist. Das Hornhautstroma erfährt auch longitudinale morphologische Veränderungen als Reaktion auf die Excimer-Laser-Ablation, die zu einer refraktiven Regression führen können.

Homöostase und Profil des Hornhautepithels

Bei der Geburt sind die Epithelzellen der Hornhaut voll entwickelt. Dicke und Form des Hornhautepithels werden durch konstitutiven Zellumsatz, mechanischen Druck auf das Augenlid und zytokinbasierte Mechanismen reguliert. Das Epithel wird alle 5 bis 7 Tage durch die Proliferation von limbalen Stammzellen (LSCs) und Basalepithelzellen (BECs) in seiner gesamten Dicke ersetzt. Das Gleichgewicht zwischen Proliferation und Abschuppung führt zu einem nahezu einheitlichen zentralen Hornhautepithelprofil mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 50 µm. Limbale Epithelkrypten (LEC) befinden sich zwischen den Falten der Vogtschen Palisaden an der limbo-skleralen Grenze (Abb. 1). Die LSCs innerhalb der LECs durchlaufen asymmetrische Teilungen, aus denen ein identischer Nachkomme hervorgeht, der in der Krypta verbleibt, sowie eine Transiently Amplifying Cell (TAC), die zentripetal wandert und sich zu einer BEC und schließlich zu einer post-mitotischen oberflächlichen Epithelzelle entwickelt. Die Hochregulierung der LSC-Proliferation ist ein notwendiger Vorläufer der refraktiven Regression des Epithels. Es hat sich gezeigt, dass erhöhte Konzentrationen von Zytokinen nach einer Epithelzerstörung, wie z. B. Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor (IGF), TGF β, Hepatozyten-Wachstumsfaktor (HGF) und Keratinozyten-Wachstumsfaktor (KGF), mitogen für LSCs sind .

Kompensatorische Reaktion des Hornhautepithels auf Myopiekorrektur

Laser In Situ Keratomileusis, PRK und SMILE zur Korrektur der Myopie beinhalten eine Abflachung der zentralen Hornhaut, um die optische Leistung zu verringern. Nach diesen Eingriffen kommt es zu einer allmählichen Hyperplasie des Epithels, das über dem abgeflachten Bereich liegt, was zu einer Verdickung führt und häufig mit einer Rückbildung der Sehergebnisse einhergeht. Eine solche Hyperplasie stabilisiert sich möglicherweise erst 3 bis 6 Monate nach LASIK und bis zu 3 Jahre nach PRK. Reinstein et al. wendeten VHF-Ultraschall über eine 10-mm-Hornhautzone an, um eine Zunahme der Epitheldicke von ca. 6 µm in der zentralen 7-mm-Hornhautzone 1 Jahr nach LASIK bei Myopie zu zeigen. Die größte epitheliale Reaktion (~5µm Verdickung) wurde im ersten Monat beobachtet und korrelierte mit einer Verschiebung der Refraktion um -0,39 D. Eine fast identische zentrale Epithelverdickung von 5 µm wurde in einer Zeitspanne von 1 Monat nach LASIK bei ähnlich myopen Patienten festgestellt, jedoch ohne eine entsprechende Änderung der Refraktion. In beiden Studien nahm das Epithelprofil eine linsenförmige Form an, die zentral dicker war und sich zur Peripherie hin verjüngte (Abb. 2).

Eine epitheliale Reaktion auf die myopische Ablation, die in der mittleren Peripherie größer ist als im Zentrum der Hornhaut (~5mm-Zone), kann zu einem negativen meniskusartigen Epithel führen (Abb. 3) .

Eine Längsschnittstudie zeigte, dass das Epithel bei hochmyopen LASIK-Korrekturen (-8 bis -9 D) nach einem Jahr zentral um 6 µm und in der mittleren peripheren Region um fast 10 µm verdickt war. Bei Patienten mit mittlerer Myopie (-3 bis -4 D) betrug die mittlere Verdickung 1,15 µm in der Mitte und 3,04 µm in der Peripherie. Eine stärkere Verdickung in der Mitte der Peripherie als in der Mitte (~7µm vs. ~4µm) wurde auch 6 Monate nach einer transepithelialen PRK bei hoher Myopie (≤ -6 D) beobachtet.5 Eine erhöhte Verdickung in der Mitte der Peripherie könnte darauf hindeuten, dass das heilende Epithel nicht einfach in eine Region mit geringerer Konzentration diffundiert, wie einige mathematische Studien nahelegen, sondern stattdessen auf Spannungsunterschiede oder den zugrunde liegenden Gradienten der Stromakrümmung reagiert. Unabhängig vom Muster der Epithelverdickung nimmt die durchschnittliche Epitheldicke über die gesamte Hornhaut bei größeren Korrekturen zu. Die Reaktion des Epithels ist jedoch nicht völlig linear und kann bei sehr großen Korrekturen durch biologische Zwänge begrenzt sein. Eine Studie zeigte, dass das zentrale Hornhautepithel zwischen 3 und 6 Monaten postoperativ bei niedrigen (-1,00 bis -4,00 D), mittleren (-4,25 bis -6,00 D) bzw. hohen (-6,25 bis -13,50 D) Myopiekorrekturen um etwa 7, 9 bzw. 12 µm verdickt ist. Die Dickenänderung pro Dioptrie der Korrektur war bei größeren Myopiekorrekturen deutlich geringer. Ähnliche Ergebnisse wurden bei OCT-Analysen der Epitheldicke nach SMILE beobachtet. Die mittlere zentrale Epitheldicke lag bei 3, 5 und 7 µm in Hornhäuten, die nach SMILE bei niedriger (< -4,00 D), mittlerer (-4,00 bis -6,00 D) und hoher (> -6,00 bis -10,00 D) Myopie korrigiert wurden. Diese nichtlineare Reaktion zeigte, dass der epitheliale Umbau für einen höheren Anteil der Regression bei Patienten mit kleineren präoperativen Refraktionsfehlern verantwortlich ist. Auch die Art des refraktiven Eingriffs beeinflusst die Reaktion des Epithels. In einer Studie stimmte das Ausmaß der Epithelverdickung bei LASIK und PRK nach etwa 36 Monaten überein, doch war die Verdickungsrate nach PRK signifikant höher (Abb. 4).

Die unterschiedlichen Raten der Epithelverdickung zwischen LASIK und PRK sind zunächst offensichtlich, da sich das Epithel nach dem Débridement nach der PRK zurückbildet, das Epithel nach der PRK jedoch selbst nach Wiederherstellung der präoperativen Epitheldicke zwischen 3 und 6 Monaten postoperativ eine höhere Hyperplasie aufweist. Dieser Befund ist eine Funktion der aggressiveren Wundheilungsreaktion, die nach PRK aufgrund der Unterbrechung des Epithels und der Basalmembran zu beobachten ist. Es ist wichtig anzumerken, dass in einigen Studien OCT und nicht VHF zur Bewertung der Epitheldicke verwendet wurde. Eine vergleichende Analyse dieser Modalitäten zeigte, dass sie nicht direkt vergleichbar sind. Eine weitere Einschränkung dieser Studien besteht darin, dass sie die visuellen Ergebnisse während des Zeitraums der Epithelveränderungen nicht verfolgten, so dass die klinischen Auswirkungen dieser Epithelveränderungen nicht untersucht wurden.

Kompensatorische Reaktion des Hornhautepithels auf die Hyperopiekorrektur

Hyperopie-Ablationen zur Korrektur der Weitsichtigkeit beinhalten eine Erhöhung der Hornhautstärke durch Versteilerung der zentralen Hornhautkrümmung. Hyperope Ablationen führen in der Regel zu schlechteren optischen Regressionen als kurzsichtige Korrekturen. Die Regression einer zentral steiler werdenden hyperopen Korrektur wird durch einen peripheren Ring von Hyperplasie erreicht, der die Hornhautoberfläche glättet (Abb. 5).

Hochfrequenz-Ultraschallstudien nach hyperoper LASIK haben größere Nettoveränderungen der Hornhautepitheldicke gezeigt als bei myoper LASIK. Das Hornhautepithel wurde im Vergleich zu den präoperativen Werten bei Patienten mit einem mittleren sphärischen Äquivalent von +3,84 D nach LASIK im Durchschnitt 8 µm dünner (zentral) und 24 µm dicker (peripher). Eine mögliche Erklärung für das stärkere Ansprechen nach hyperoper LASIK ist, dass das Epithelwachstum durch die steileren stromalen Krümmungsgradienten, die durch hyperope Korrekturen vermittelt werden, beschleunigt wird.

Homöostase und Profil des Stromas

Das Hornhautstroma ist ein ruhendes Bindegewebe mit einer Morphologie, die durch seine biomechanische Festigkeit und seinen Flüssigkeitshaushalt reguliert wird. Das Stroma nimmt 90 % des gesamten Hornhautvolumens ein und ist in der Mitte etwa 500 µm dick. Die Keratozyten, die für die Exkretion der strukturellen Komponenten des Stromas verantwortlich sind, nehmen etwa 3 % des gesamten Stromavolumens ein. Die Keratozyten stammen aus kornealen Stromastammzellen (CSSC), die bekanntermaßen mit mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark verwandt sind.31 Corneale Stromale Stammzellen sind am häufigsten im limbalen Stroma unterhalb der LECs zu finden, aber auch im zentralen Stroma (Abb. 6).

Außerdem wandern CSSCs während der stromalen Wundheilung zentral und haben die Fähigkeit, sich zu Myofibroblasten zu differenzieren. Es hat sich gezeigt, dass sie die Stromatransparenz verbessern, die Integrität des LASIK-Flaps erhöhen und die Umwandlung von Keratozyten in Myofibroblasten verhindern, wenn sie in Schafshornhäute eingebracht werden, aus denen ein LASIK-Flap hergestellt wurde.

Kompensatorische Reaktion des Hornhautstromas auf refraktive Chirurgie

Die Veränderungen der Stromadicke folgen postoperativ einem biphasischen Muster. Die Hornhautdicke ist zunächst durch eine vorübergehende Flüssigkeitsschwellung erhöht. Die Flüssigkeitsschwellung normalisiert sich dann etwa in der ersten postoperativen Woche. Ohne postoperative Steroidbehandlung können entzündliche Prozesse die Stromaschwellung verlängern, was zu einer frühen vorübergehenden myopischen Verschiebung führt. In der zweiten Phase der Dickenänderung proliferieren aktivierte stromale Keratozyten und scheiden Glykosaminoglykane (GAG), Fibrin und andere extrazelluläre Matrixbestandteile aus. Ivarsen et al. zeigten, dass die myope PRK im ersten präoperativen Jahr eine stärkere Stromaverdickung hervorruft als die LASIK (25,3 ± 17,2μm gegenüber 12,9 ± 9,4μm). Der Unterschied in der Stromaverdickung zwischen LASIK und PRK könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Stromaschwellung nach LASIK auf das restliche Stromabett unter dem Flap beschränkt ist. Studien haben gezeigt, dass die Dicke des LASIK-Flaps zwischen 3 und 9 Monaten nach der Myopieentfernung signifikant zunimmt, mit entsprechender visueller Regression. Die epitheliale Reaktion ist wahrscheinlich der wichtigste Faktor für die Rückbildung nach hyperopen Korrekturen. Studien haben jedoch gezeigt, dass PRK-Patienten, bei denen eine hyperope Regression auftritt, zwölf Monate nach dem Eingriff eine Stromaverdünnung von bis zu 25 µm aufweisen. Jüngste Daten von hyperopen SMILE-Patienten zeigen eine geringere stromale Wundheilung und weniger Entzündungsreaktionen als bei hyperopen LASIK-Patienten.

Rolle der kornealen Wundheilungskaskaden bei der visuellen Regression

Zytokin-vermittelte Wundheilungskaskaden füllen die während der refraktiven Chirurgie verlorenen stromalen und epithelialen Zellen der Hornhaut wieder auf. Eine lang anhaltende Erhöhung der Zytokinsignale kann dazu führen, dass die Zellproliferation die Wiederherstellung der Oberflächenintegrität und der optischen Klarheit übersteigt, was zu einer Regression führt (Abb. 7). Die Wundheilungswege der Hornhaut beginnen mit der Freisetzung von Zytokinen aus der gestörten Augenoberfläche. Interleukin (IL)-1, IL-6, Tumornekrosefaktor (TNF)- α, epidermaler Wachstumsfaktor (EGF), plättchenabgeleiteter Wachstumsfaktor (PDGF), plättchenaktivierender Faktor (PAF), knochenmorphogene Proteine (BMP) 2 und 4, FAS-Ligand, TGF β und insulinähnliche Wachstumsfaktoren (IGF) 1 und 2 sind in Hornhautepithelzellen, der Basalmembran und dem Tränenfilm enthalten. Eine Verletzung des Epithels führt zur Freisetzung dieser Zytokine und zu einer erhöhten Expression ihrer entsprechenden Rezeptoren auf den umgebenden Epithelzellen und Stroma-Keratozyten. Die Oberflächenzytokine diffundieren passiv in das Stroma, wobei die Geschwindigkeit vom Zustand der Basalmembran abhängt. Die stromale Exposition gegenüber Zytokinen erfolgt sofort nach der PRK, da das Epithel und die Basalmembran vollständig abgetragen werden. Im Gegensatz dazu haben Verfahren wie LASIK und SMILE eine größere Latenzzeit für die Zytokinabgabe. Sobald sich die Keratozyten im Stroma befinden, durchlaufen sie eine FAS-Liganden-vermittelte Apoptose, die durch die Bindung von IL-1, TNF und anderen Oberflächenzytokinen noch verstärkt wird. Der Rand der Keratozyten-Apoptose, der an Bereiche der Hornhautentfernung angrenzt, hat sich möglicherweise angepasst, um eine virale Infiltration des Stromas zu verhindern. Eine anhaltende Keratozytenapoptose kann zu einer Ausdünnung der Hornhaut und anschließenden Formveränderungen führen, die den refraktiven Status des Auges verändern.