Literatur-Review

Biomechanik der Cornea bei Keratokonus und weiteren Hornhautektasien

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Autoren
1Direktor Höhere Fachschule für Augenoptik Köln
Schlüsselwörter
Keratokonus
Post-Lasik-Ektasie
Biomechanik
Kollagen
Elastizitätstheorie
Keywords
Keratoconus
Post Lasik Ectasia
Biomechanics
Collagen
Theory of Elasticity
Zusammenfassung

Zweck

Es soll der Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion der Hornhaut dargestellt werden. Veränderte biomechanische Eigenschaften des Hornhautstromas sind verantwortlich für das Auftreten primärer und sekundärer Ektasien.

Material und Methoden

Es wurde eine systematische Literaturübersicht über die biochemischen Komponenten des Hornhautstromas und deren Bedeutung für die Biomechanik der Hornhaut durchgeführt. Die physikalischen Grundlagen der Elastizitätstheorie und notwendige Erweiterungen im Sinne der Nichtlinearität und Inhomogenität der Hornhaut werden diskutiert. Die unterschiedlichen biomechanischen Bedingungen, die zu primären Ektasien (z. B. Keratokonus) und sekundären Ektasien nach Lasik-Operationen führen, werden verglichen.

Ergebnisse

Primäre Ektasien sind das Resultat veränderter biochemischer Eigenschaften der Kollagene im Hornhautstroma. Eine abweichende Anordnung der Kollagenfasern im Stroma ist eine weitere mögliche Ursache primärer Ektasien. Die Post-Lasik-Ektasie hat ihre Ursache in der Entkopplung von Flap und residuellem Stroma. Die Wandzugspannungen im residuellen Stroma sind postoperativ um den Faktor 2 erhöht. Das ausgedünnte hintere Stroma ist nicht in der Lage, dauerhaft dem Augeninnendruck standzuhalten.

Fazit

Die Kollagene des Stromas sind entscheidend für die Struktur und damit auch für die Funktion der Hornhaut als abbildendes Element. Messergebnisse zur Biomechanik der Hornhaut, die mit Air-Puff-Verfahren gewonnen werden, liefern nur eingeschränkte Informationen zur Biomechanik der Hornhaut und zum Verständnis der Ätiologie des Keratokonus, da hier die mechanischen Belastungen zur Verformung der Hornhaut nur einige Millisekunden auf die Hornhaut einwirken, während die verformende Kraft des Augeninnendrucks dauerhaft wirkt.

Abstract

Purpose

The relationship between structure and function of the cornea is discussed. Altered biomechanical properties of the corneal stroma are responsible for the development of primary and secondary ectasia.

Material and methods

 A systematic literature review of the biochemical components of the corneal stroma and their importance for the biomechanics of the cornea was performed. The physical basis of the theory of elasticity and necessary extensions in terms of corneal nonlinearity and inhomogeneity are discussed. The different biomechanical conditions leading to primary ectasia (e.g. keratoconus) and secondary ectasia after Lasik surgery are compared.

Results
 
Primary ectasias are the result of altered biochemical properties of the stromal collagens. A different arrangement of collagen fibres in the stroma is another possible cause of primary ectasia. Post-Lasik ectasia is caused by the decoupling of the flap and the residual stroma. The wall tension within the residual posterior stroma increases by a factor after Lasik. The thinned posterior stroma is not able to permanently withstand the intraocular pressure.

Conclusion

 The collagens of the stroma are decisive for the structure and thus also for the function of the cornea as an imaging element. Measurement results on the biomechanics of the cornea obtained with air-puff procedures provide only limited information on the biomechanics of the cornea and on the understanding of the aetiology of keratoconus, since here the mechanical loads to deform the cornea only act only for a few milliseconds, while the deforming force of the intraocular pressure acts permanently.
 

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