Pathophysiologie der Katarakt-Entwicklung nach Vitrektomie

Zusammenfassung

Die Kataraktentwicklung ist eine der häufigsten Komplikationen nach Vitrektomie. Gerade in vitrektomierten Augen kann die Katarakt-Operation jedoch erschwert sein. Das Verständnis über Formen, Häufigkeit und Ursachen der Katarakt kann helfen, Strategien zur Vermeidung dieser Komplikation zu entwickeln. Zusätzlich zu der progredienten Kernkatarakt, die bei jeder Form der Vitrektomie vorkommen kann, entstehen bei Gastamponaden eine transiente Linsenfiederung und bei Öltamponaden eine bleibende subkapsuläre Trübung. Die Kernkatarakt nach Vitrektomie ist morphologisch und histologisch der altersbedingten Katarakt ähnlich, unterscheidet sich aber durch ihre schnellere Progression: innerhalb von 2 Jahren führt die Linsentrübung in über der Hälfte der Patienten zu einer Katarakt-Operation. Es scheint hierbei eine Altersgrenze bei ungefähr 50 Jahren zu geben, oberhalb welcher die Progression schneller fortschreitet. Als Hauptmechanismus für die Kernkatarakt wird, ähnlich wie bei der Alterskatarakt, oxidativer Stress angenommen. Da die avaskuläre Linse durch Diffusion mit Sauerstoff versorgt wird, ist der Sauerstoffgehalt der Umgebung maßgeblich für den Sauerstoffgehalt in der Linse und somit für die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies verantwortlich. In tierexperimentellen und klinischen Studien konnte gezeigt werden, dass nach einer Vitrektomie der Sauerstoffpartialdruck im Glaskörperraum und hinter der Linse dauerhaft um ein Vielfaches erhöht ist, da der Glaskörper als Diffusionsbarriere für den Sauerstoff von der Netzhautoberfläche her fehlt. Eine Beatmung mit Sauerstoff sowie ein hoher Sauerstoffpartialdruck in der Spüllösung erhöhen den perioperativen intraokularen Sauerstoffpartialdruck zusätzlich. Es wird angenommen, dass diese Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks zu einem vermehrten oxidativen Stress und somit über Oxidation von Strukturproteinen zu einer Linsentrübung führt. Das Hauptaugenmerk zur Vermeidung einer Linsentrübung liegt derzeit in der Vermeidung von oxidativem Stress. Faktoren, welche die komplexen reduzierenden Systeme, also die Reparatursysteme verstärken, sind derzeit noch nicht absehbar. Die Beatmung mit Sauerstoff während der Operation sollte so gering wie möglich gehalten werden, durch Minimierung des Sauerstoffpartialdrucks in der Spüllösung könnte der perioperative oxidative Stress minimiert werden. Auch die neuen Hydrogele als Glaskörperersatz können möglicherweise den intraokularen Sauerstoffpartialdruck günstig beeinflussen.

Abstract

Cataract formation is one of the most common complications after vitrectomy and cataract extraction in such cases will have to be performed under more difficult conditions. A knowledge of the different types of cataract, their frequency and causes may help to develop strategies to prevent this complication. In addition to a progressive nuclear opacification, which may occur after any type of vitrectomy, transient feathering of the lens often occurs after intraocular gas tamponade, while permanent subcapsular opacification may occur in silicone oil-filled eyes. Nuclear opacification after vitrectomy morphologically and histologically resembles age-related cataracts, but shows a faster progression: two years after vitrectomy half of the eyes require cataract extraction and there seems to be an age limit: the opacification progresses faster in patients over 50 years old. The main cause for nuclear cataracts most probably is oxidative stress. Oxygen in the avascular lens is provided by diffusion, meaning that the surrounding oxygen content is crucial for the oxygen content within the lens and thus for the formation of reactive oxygen species. In rabbits and also in humans the partial oxygen pressure is highly elevated in the vitreous cavity after vitrectomy and posterior to the lens since the vitreous is lacking as a diffusion barrier for the oxygen. The partial oxygen pressure might be additionally elevated by ventilation with oxygen and a high oxygen pressure in the infusion fluid during surgery. This elevated partial oxygen pressure may lead to increased oxygen stress and thus to lens opacification by oxidation of structural proteins. The key for the prevention of cataract formation therefore seems to be avoidance of oxidative stress, factors that might increase the protective or repair systems are so far not available. Ventilation with oxygen should be minimised as should be the partial oxygen tension in the infusion fluid. New hydrogels as vitreous substitutes might have a beneficial influence on intraocular partial oxygen tension.

Schlüsselwörter

Katarakt - Glaskörper - Vitrektomie

Key words

cataract - vitreous - vitrectomy

Literatur

• 1 Blankenship G W, Machemer R. Long-term diabetic vitrectomy results. Report of 10 year follow-up.  Ophthalmology. 1985;  92 503-506
• 2 Heimann H, Bartz-Schmidt K U, Bornfeld N. et al . Scleral buckling versus primary vitrectomy in rhegmatogenous retinal detachment: a prospective randomized multicenter clinical study.  Ophthalmology. 2007;  114 2142-2154
• 3 Pinter S M, Sugar A. Phacoemulsification in eyes with past pars plana vitrectomy: case-control study.  J Cataract Refract Surg. 1999;  25 556-561
• 4 Cheng L, Azen S P, El-Bradey M H. et al . Duration of vitrectomy and postoperative cataract in the vitrectomy for macular hole study.  Am J Ophthalmol. 2001;  132 881-887
• 5 Hsuan J D, Brown N A, Bron A J. et al . Posterior subcapsular and nuclear cataract after vitrectomy.  J Cataract Refract Surg. 2001;  27 437-444
• 6 Federman J L, Schubert H D. Complications associated with the use of silicone oil in 150 eyes after retina-vitreous surgery.  Ophthalmology. 1988;  95 870-876
• 7 Lappas A, Kirchhof B, Konen W. Linsenveränderungen nach Langzeittamponade mit schwerem Öl (Densiron).  Klin Monatsbl Augenheilkd. 2007;  224 434-437
• 8 Ryan S J, Hinton D R, Schachat A P. et al .Retina. 4th Edition Philadelphia; Elsevier Inc 2008
• 9 Thompson J T. The role of patient age and intraocular gas use in cataract progression after vitrectomy for macular holes and epiretinal membranes.  Am J Ophthalmol. 2004;  137 250-257
• 10 Chylack L T, Leske Jr C, McCarthy D. et al . Lens opacity classification system II (LOCS II).  Arch Ophthalmol. 1989;  107 991-997
• 11 Kaufman P L, Alm A. Adler’s Physiology of the Eye. St. Louis; Mosby 2003 Tenth Edition
• 12 Naumann G OH. Pathologie des Auges. Berlin; Springer 1997
• 13 Albert D M, Miller J W, Azar D T. Albert & Jakobiec’s Principles & Practice of Ophthalmology. Philadelphia; Saunders Elsevier 2008 3rd Edition
• 14 Delamere N A, Tamiya S. Expression, regulation and function of Na,K-ATPase in the lens.  Prog Retin Eye Res. 2004;  23 593-615
• 15 Pau H. Cortical and subcapsular cataracts: significance of physical forces.  Ophthalmologica. 2006;  220 1-5
• 16 Naumann G OH, Holbach L, Kruse F E. Applied Pathology for ophthalmic microsurgeons. Berlin; Springer 2008
• 17 Lou M F. Redox regulation in the lens.  Prog Retin Eye Res. 2003;  22 657-682
• 18 Spector A. Oxidative stress-induced cataract: mechanism of action.  FASEB J. 1995;  9 1173-1182
• 19 Truscott R J. Age-related nuclear cataract-oxidation is the key.  Exp Eye Res. 2005;  80 709-725
• 20 Löffler G, Petrides P E. Biochemie und Pathobiochemie. Berlin; Springer 1997 5. Aufl
• 21 Spraul C W, Jakobczyk-Zmija M J, Aigner T. et al . Posterior fibrous pseudometaplasia of lens epithelial cells in phacic eyes filled with silicone oil.  Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2002;  240 829-834
• 22 Harlan J B, Lee E T, Jensen P S. et al . Effect of humidity on posterior lens opacification during fluid-air exchange.  Arch Ophthalmol. 1999;  117 802-804
• 23 Koch F H, Cusumano Jr A, Seifert P. et al . Ultrastructure of the anterior lens capsule after vitrectomy with silicone oil injection. Correlation of clinical and morphological features.  Doc Ophthalmol. 1995;  91 233-242
• 24 Holekamp N M, Harocopos G J, Shui Y B. et al . Myopia and axial length contribute to vitreous liquefaction and nuclear cataract.  Arch Ophthalmol. 2008;  126 (5) 744
• 25 Harocopos G J, Shui Y B, McKinnon M. et al . Importance of vitreous liquefaction in age-related cataract.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2004;  45 77-85
• 26 Helbig H, Hinz J P, Kellner U. et al . Oxygen in the anterior chamber of the human eye.  Ger J Ophthalmol. 1993;  2 161-164
• 27 Shui Y B, Fu J J, Garcia C. Oxygen distribution in the rabbit eye and oxygen consumption by the lens.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006;  47 1571-1580
• 28 Barbazetto I A, Liang J, Chang S. et al . Oxygen tension in the.  Exp Eye Res. 2004;  78 917-924
• 29 Holekamp N M, Shui Y B, Beebe D C. Vitrectomy surgery increases oxygen exposure to the lens: a possible mechanism for nuclear cataract formation.  Am J Ophthalmol. 2005;  139 302-331
• 30 Szurman P, Frank C, Kaczmarek R T. et al . Glaskörperersatz als Möglichkeit zur protrahierten Freisetzung von Medikamenten im Glaskörper.  Klin Monbl Augenheilkd. 2009;  226 718-724
• 31 Sawa M, Saito Y, Hayashi A. et al . Assessment of nuclear sclerosis after nonvitrectomizing vitreous surgery.  Am J Ophthalmol. 2001;  132 356-362
• 32 Saito Y, Lewis J M, Park I. et al . Nonvitrectomizing vitreous surgery: a strategy to prevent postoperative nuclear sclerosis.  Ophthalmology. 1999;  106 1541-1545