Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Histologische und ultrastrukturelle Untersuchungen der Schweine- und Kaninchenkornea nach intrastromaler Femtosekundenlaserbehandlung

Mamom, Thanongsak

Femtosecond (fs) laser represents a novel technology and a new possibility as a tool for refractive corneal surgery in humans. Materials and methods : In this study the refractive corneal surgery was performed in 71 enucleated swine and 21 enucleated rabbit eyes (ex vivo) and in 31 adult New Zealand White rabbits (in vivo) according to fs-LASIK (fs-Laser in situ keratomileusis) after Lubatschowski et al. (2000). Objectives : The aims were to characterize the general side effect of this laser in swine and rabbit cornea and to observe the corneal wound healing including wound healing associated lesions and possible side effects histologically and ultrastructurally. Results : The corneal wound healing in rabbits after fs-LASIK were restricted to the changes at the flap-stromal interface and more prominent at the periphery of the flap. At the central flap, the lesions were characterized histologically by the presence of area voiding of keratocytes associated with activation of keratocytes in the adjacent areas along the operation wound and mild to moderate epithelial hyperplasia at the entire flap but more prominence at the flap edge. These lesions decline gradually until 120 day post treatment. Ultrastructurally at the operation wound revealed accumulation of fine unorganised collagen fibrils which still be observed 120 days post operation. Activated keratocytes contained a large number of rough endoplasmic reticulums and free ribosomes. The wound healing at the periphery of the flap is characterized by complete reepithelialization within 3 days, presence of moderate to severe hyperplasia of epithelium, and new establishment of basement membrane which began 14 days post operation as uncontinuous band. The continuously new basement membrane is first observed at 110 day post treatment. Subepithelial proliferation of fibroblast and/or keratocytes with production of extracellular matrix and collagen were observed. In both ex vivo and in vivo studies, the so called "striation", the side effect of using fs-laser characterized by multiple parallel tearings lines of about 0.5 to 1 µm wide and 40 to 100 µm long in corneal tissue and perpendicular to the corneal surface were observed. The study of tissue reaction to these injuries in rabbits cornea revealed degradation processes of damaged tissue and reparation processes characterized by infiltration of activated keratocytes into damaged area and production of new extracellular matrix and collagen which still be unorganised at 120 days p.o.. Conclusion : All wound healing associated lesions observed in this study had also been reported after conventional LASIK in the literatures. The wound healing at the cutting edge of the flap after fs-LASIK is comparable with that of conventional LASIK. Comment : Using fs-Laser to prepare the corneal flap for LASIK represent a new instrument as already called " the cold knife" in the literature because of the mechanism of cutting the tissue do not depend on photothermal process, but on photodisruption, by which the cutting effect rely on mechanical force. Fs-laser could overcome the common disadvantages of conventional LASIK due to the risk of using microkeratome to prepare the corneal flap. Furthermore, fs-LASIK may become an attractive alternative refractive procedure in comparison with conventional LASIK procedure using excimer laser photoablation. However, intensive clinical study should be performed in order to find out, whether the healing process of "striation" play an important role on the corneal transparency before applying fs-LASIK in humans cornea.  

Der Femtosekundenlaser (fs-Laser) stellt eine neue Alternative für die intrastromale refraktive Hornhautchirurgie beim Menschen dar. Material und Methoden: In diese Studie wurden ein Eingriff im Rahmen der refraktiven Hornhautchirurgie, die sogenannte fs-LASIK (fs-Laser in situ Keratomileusis) nach LUBATSCHOWSKI et al. (2000), an 71 enukleierten Schweine- und 21 Kaninchenaugen (ex vivo) sowie an den Augen von 31 New-Zealand-White-Kaninchen (in vivo) durchgeführt. Ziel : Ziel dieser Studie waren histologische und ultrastrukturelle Untersuchungen bezüglich der Nebeneffekte dieses Lasers sowohl ex vivo als auch in vivo zur Untersuchung der kornealen Wundheilung sowie der wundheilungs-assoziierten Veränderungen beim Kaninchen. Ergebnisse : Die Wundheilung der Kornea nach der fs-LASIK beschränkte sich lediglich auf den Flap-Stroma-Übergang und auf die Flap-Kante. Diese ließ sich histologisch durch den Nachweis von keratozytenfreien Arealen sowie von aktivierten Keratozyten im Stroma entlang der Schnittführung charakterisieren. Eine gering- bis mittelgradige Hyperplasie des Epithels sind sowohl an der Flap-Kante als auch am Flap-Zentrum nachgewiesen worden, wobei das Ausmaß der Veränderung an der Flap-Kante ausgeprägter war. Ultrastrukturelle Untersuchungen zeigten entlang der Schnittführung Ansammlungen dünner, unorganisierter Kollagenfibrillen, die auch 120 Tage p.o. noch dargestellt werden konnten. Zahlreiche rauhe endoplasmatische Retikulums sowie freie Ribosomen sind in den aktivierten Keratozyten beobachtet worden. Die Wundheilung an der Flap-Kante war durch eine Reepithelialisierung innerhalb 3 Tagen sowie den Nachweis einer mittel- bis hochgradigen Hyperplasie des Epithels und der Etablierung einer neuen Basalmembran charakterisiert. Die neue Basalmembran konnte zunächst 14 Tage p.o. als diskontinuierliche und schließlich nach 110 Tagen p.o. als kontinuierliches Band beobachtet werden. Subepitheliale Proliferationen von Fibroblasten bzw. Keratozyten mit Ansammlungen extrazellulärer Matrix und Kollagen wurden unmittelbar unter dem hyperplastischen Epithel nachgewiesen. Sowohl bei der ex vivo als auch innerhalb der in vivo Studien konnte die sogenannte "Streifenbildung" als Begleiteffekt des fs-Lasers erstmalig nachgewiesen werden. Die "Streifen" stellen multiple parallel-verlaufende Durchtrennungen von ca. 0,5 bis 1 µm Breite und ca. 40 bis 100 µm Länge dar, die sich innerhalb des Korneagewebes befanden und zur Korneaoberfläche senkrecht angeordnet sind. Die Reaktionen der Kornea nach dieser Gewebeschädigung bestand zunächst aus einem Abräumen der geschädigten Gewebereste mit anschließender Infiltration der aktivierten Keratozyten in die geschädigte Areale gefolgt von der Produktion an extrazellulären Matrix und Kollagenen, die bis einschließlich 120 Tage p.o. noch unregelmäßig angeordnet blieben. Schlussfolgerung : Die innerhalb dieser Studie gefundenen wundheilungs-assoziierten Veränderungen wurden auch im Rahmen der konventionellen LASIK beobachtet und in der Literatur beschrieben. Zusammenfassend ist somit die Wundheilung nach der fs-LASIK der der konventionellen LASIK vergleichbar. Diskussion : Der Femtosekundenlaser stellt eine wertvolles Instrument zur Herstellung kornealer Flap für die LASIK dar. In der Literatur wurde der fs-Laser bereits als "das kalte Messer" bezeichnet, da er das Gewebe nicht durch photothermische sondern vielmehr durch den mikro-mechanische Prozesse, der Photodisruption, trennt. Femtosekundenlaser könnten die Nachteile der konventionellen LASIK, insbesondere die komplikationsbehaftete Anwendung eines Mikrokeratoms, beheben. Zusätzlich könnte die fs-LASIK zu einer alternativen Methode zur konventionellen Excimerlaser-LASIK werden. Zuvor sollten allerdings intensive klinische Untersuchungen durchgeführt werden, um zu zeigen, in wie weit die in dieser Studie gefundene Streifenbildung die Transparenz der Kornea beeinflussen könnte.  

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Mamom, Thanongsak: Histologische und ultrastrukturelle Untersuchungen der Schweine- und Kaninchenkornea nach intrastromaler Femtosekundenlaserbehandlung. Hannover 2002. Tierärztliche Hochschule.

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