Laserepitheliale Keratomileusis (LASEK): Histologische Untersuchungen zur Vitalität der kornealen Epithelzellen nach Alkoholexposition

Zusammenfassung

Hintergrund: Die laserepitheliale Keratomileusis (LASEK) ist ein relativ neues Operationsverfahren zur Behandlung der Myopie. Hierbei wird nach der lokalen Applikation von 20 %igem Alkohol ein epithelialer Flap erzeugt und nach der Laserablation wird das Epithel wieder an seine ursprüngliche Stelle zurückgelegt. Der Vorteil der LASEK ist, dass unmittelbar nach der Operation die Wunde von einem normalschichtigen Epithel bedeckt wird und somit die Wundheilungsreaktionen unterdrückt werden. Dieses funktioniert jedoch nur, wenn die Epithelzellen noch vital sind und nicht durch den Alkohol geschädigt worden sind. Material und Methodik: Die Vitalität der kornealen Epithelzellen nach Exposition zu 20 %igem Alkohol über 15 - 60 s wurde an sechs humanen Augen untersucht. Nach der Alkoholexposition wurde der epitheliale Flap erzeugt, von der Hornhaut mechanisch entfernt und in eine 0,1 %-Tryptan-Blau-Lösung überführt und über 2 min bei 37 °C inkubiert. Nach Waschen der Zellen mit BSS wurden die Zellen in Medium für 30 min bei 37 °C reinkubiert. Nach erneutem Waschen mit BSS erfolgte die Auswertung über die Lichtmikroskopie. Hierbei erschienen die toten Zellen blau und die vitalen Zellen farblos. Licht- und Transmissionselektronenmikroskopie wurden verwendet, um morphologische Veränderungen zu erkennen. Ergebnisse: Bis zu einer Alkoholexpositionszeit von 30 s fanden wir überwiegend vitale Zellen im Epithelzellverband. Insbesondere die Basalzellen erschienen keinen Schaden vom Alkohol abbekommen zu haben. Bei einer Expositionszeit von 60 s fanden sich nahezu keine vitalen Zellen mehr. Schlussfolgerung: Derzeit werden bei der LASEK Alkoholexpositionszeiten von 20 - 30 s verwendet. Anhand unserer Untersuchungen zeigt sich, dass nach einer solchen Expositionszeit der Epithelzellverband überwiegend vitale Zellen zeigt und somit die Grundlage für eine erfolgreiche Beeinflussung der postoperativen Wundheilungsverläufe gegeben ist.

Abstract

Background: Laser epithelial keratomileusis (LASEK) is a new surgical procedure to treat myopia. An epithelial flap is created after the exposure to 20 % alcohol and following the laser ablation the epithelium is repositioned to its original location. The advantage of LASEK is that the ablated corneal surface is covered by a full thickness epithelium immediately after surgery. It is hypothesised that this epithelial coverage inhibits the wound healing response of the cornea. However, this concept will only work if the epithelial cells are still vital after the exposure to alcohol. Material and methods: The vitality of the corneal epithelial cells was investigated in 6 human cadaver eyes after the exposure to 20 % alcohol over 15 to 60 s. The vitality of the corneal epithelial cells was assessed by soaking the specimen in a 0.1 % trypan blue solution and incubated at 37 °C for 2 min. After a wash with BSS the specimen were re-incubated at 37 °C for 30 min in culture medium. After one more wash with BSS the cells were observed with a standard light microscope. Cells which retained the blue colour would be dead and vital cells would appear clear. Light microscopy and transmission electron microscopy was used to detect morphological changes. Results: Mainly vital corneal epithelial cells were seen for an alcohol exposure time of up to 30 s. In particular the basal epithelial cells appeared alive. With a exposition time of 60 s most cells were dead. Conclusion: In LASEK the exposure time of 20 % alcohol is between 20 and 30 s. Based on our results we can conclude that after such exposure time most cells are alive, which is essential for the postoperative wound healing response.

Schlüsselwörter

LASEK - Wundheilung - Epithel - Alkohol

Key words

LASEK - wound healing - epithelium - alcohol

Literatur

• 1 Abad J C, Talamo J H, Vidaurri-Leal J. Dilute ethanol versus mechanical debridement before photorefractive keratectomy.  J Cataract Refract Surg. 1996;  22 1427-1433
• 2 Ambrosio R, Wilson S E. Complications of laser in situ keratomileusis: etiology, prevention and treatment.  J Refract Surg. 2001;  17 350-379
• 3 American Academy of Ophthalmology . Ophthalmic procedure preliminary assessment: excimer laser photorefractive keratectomy (PRK) for myopia and astigmatism.  Ophthalmology. 1999;  106 422-437
• 4 Azar D T, Ang R T, Lee J B, Kato T, Chen C C, Sandeep J, Gabison E, Abad J C. Laser subepithelial keratomileusis: electron microscopy and visual outcome of flap photorefractive keratectomy.  Curr Opin Ophthalmol. 2001;  12 323-328
• 5 Camellin M. LASEK may offer the advantages of both LASIK and PRK.  Ocular Surgery News International Edition. 1999;  3 14-15
• 6 Carones F, Fiore T, Brancato R. Mechanical vs alcohol epithelial removal during photorefractive keratectomy.  J Refract Surg. 1999;  15 556-562
• 7 Claringbold T V. Laser-assisted subepithelial keratectomy for the correction of myopia.  J Cataract Refract Surg. 2002;  28 18-22
• 8 Cordeiro M F, Schultz G S, Ali R R, Bhattacharya S S, Khaw P T. Molecular therapy in ocular wound healing.  Br J Ophthalmol. 1999;  83 1219-1224
• 9 Griffith M, Jackson W B, Lafontaine M D, Mintsioulis G, Apapitos P, Hodge W. Evaluation of current techniques of corneal epithelial removal in hyperopic photorefractive keratectomy.  J Cataract Refract Surg. 1998;  24 1070-1078
• 10 Hamberg-Hystroem H, Baldwin H C, Dreiss A K, Patmore A L, Marshall J. Temporal relationship of the epithelial-stromal interaction in corneal wound healing.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2000;  41 S 681
• 11 Helena M C, Baerveldt F, Kim W J, Wilson S E. Keratocyte apoptosis following corneal surgery. Invest Ophthalmol Vis Sci 1998: 276-283
• 12 Helena M C, Filatov V, Johnson W T. Effect of 50 % ethanol vs mechanical epithelial debridement on keratocyte loss and inflammatory response after excimer laser photorefractive keratectomy.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1995;  36, Suppl S 24
• 13 Kamm O. The relation between structure and physiological action of the alcohols.  J Am Pharmaceutical Association. 1921;  10 87-92
• 14 Lee J B, Seong G J, Lee J H, Seo K Y, Lee Y G, Kim E K. Comparison of laser epithelial keratomileusis and photorefractive keratectomy for low to moderate myopia.  J Cataract Refract Surg. 2001;  27 565-570
• 15 Li D, Tseng S CG. Three patterns of cytokine expression potentially involved in epithelial-fibroblast interactions of human ocular surface.  J Cell Physiol. 1995;  163 61-79
• 16 Lohmann C P, Winkler von Mohrenfels C, Gabler B, Hermann W, Müller M. Excimer-lasersubepitheliale Ablation (ELSA) bzw. laserepitheliale Keratomileusis - Ein neuartiges refraktiv-chirurgisches Verfahren zur Myopiekorrektur. Operationstechnik und erste klinische Ergebnisse an 24 Augen und nach 3 Monaten.  Klin Monatsbl Augenheilkd. 2002;  219 1-7
• 17 Lohmann C P, O'Brart D PS, Winkler von Mohrenfels C, Gabler B, Herrmann W, Patmore A, Marshall J. Laser Epithelial Keratomileusis (LASEK) for myopia: a clinical and histological study. Ophthalmology 2002, in press
• 18 Shah S, Doyle S J, Chatterjee A, Williams B E, Ilango B. Comparison of 18 % ethanol and mechanical debridement for epithelial removal before photorefractive keratectomy.  J Refract Surg. 1998;  14 S 212-214
• 19 Sobernheim G. Alkohol als Desinfektionsmittel.  Schweiz Med Wochenschr. 1943;  73 1280, 1304, 1333
• 20 Stein H A, Stein R M, Price C. Alcohol removal of the epithelium for excimer laser ablation: outcome analysis.  J Cataract Refract Surg. 1997;  23 1160-1163
• 21 Sykes G. The influence of germicides on the dehydrogenase of Bact Coli.  J Hygiene (Cambridge). 1939;  39 463-469
• 22 Walker M B, Wilson S E. Recovery of uncorrected visual acuity after laser in situ keratomileusis or photorefractive keratectomy for low myopia.  Cornea. 2001;  20 153-155
• 23 Wenig J, Mohan R R, Li Q, Wilson S E. IL-1 upregulates keratinocyte growth factor and hepatocyte growth factor mRNA and protein production by cultured stromal fibroblast cells: interleukin-1β expression in the cornea.  Cornea. 1997;  16 465-471
• 24 Wilson S E, He Y G, Wenig J. Epithelial injury induces keratocyte apoptosis: hypothesized role for the interleukin-1 system in the modulation of corneal tissue organization.  Exp Eye Res. 1996;  62 325-338
• 25 Wilson S E, Liu J J, Mohan R R. Stromal-epithelial interactions of the cornea.  Prog Retin Eye Res. 1999;  18 293-309
• 26 Wilson S E, Mohan R R, Ambrosio R, Hong J W, Lee J S. The corneal wound healing response: cytokine-mediated interaction of the epithelium, stroma, and inflammatory cells.  Prog Retin Eye Res. 2001;  20 625-637
• 27 Wilson S E, Mohan R R, Hong J W, Lee J S, Choi R. The wound healing response after laser in situ keratomileusis and photorefractive keratectomy.  Arch Ophthalmol. 2001;  119 889-896

Kommentar zu der Arbeit: „Laserepitheliale Keratomileusis (LASEK): Histologische Untersuchungen zur Vitalität der kornealen Epithelzellen nach Alkoholexposition”; Mai-Heft der Klinischen Monatsblätter für Augenheilkunde

Vor der Anwendung einer neuen Methode sollte immer die Erforschung der Grundlagen dieser Methode stehen. Dies wurde in der Vergangenheit bei den refraktiven Eingriffen, z. B. der PRK oder der LASIK häufig nicht ausreichend getan. Erst nach einiger Zeit wurde dann auch die Entwicklung des „Haze” bei diesen Eingriffen als Folge der postoperativen Wundheilung verstanden und das zugrunde liegende Zusammenspiel von unterschiedlichen Mediatoren und Wachstumsfaktoren näher charakterisiert; wobei wir von einem Verstehen dieses komplexen Prozesses noch weit entfernt sind. Klar zu sein scheint jedoch, dass ein intakter Epithelverband nach einem hornhautchirurgischen Eingriff die Kaskade der Entstehung eines klinisch relevanten „Haze” wirkungsvoll unterbinden kann. Dies ist die Zielsetzung der LASEK-Methode. Die Arbeit der Lohmanner Arbeitsgruppe liefert in ihrem Beitrag zum Verständnis der Vitalität der Epithelzellen nach einer LASEK eine wichtige Grundlagenstudie. Die LASEK-Methode inkorporiert die Vorteile der LASIK und der PRK ohne deren Nachteile zu haben. Bei praktisch fehlender Hazeentwicklung sollte diese Methode bei einem dicken Reststroma von einer iatrogenen Keratektasie schützen. Weiterhin fällt der komplikationsträchtige Mikrokeratomschnitt einschließlich der temporären intraokularen Drucksteigerung und der Induktion von biomechanischen Hornhautveränderungen weg. Insbesondere im Zeitalter der aberrometriegesteuerten Abtragung scheint die LASEK zumindest theoretisch die ideale Methode zu sein, da der Abtrag oberflächennah durchgeführt wird, ohne dass die Methode - wie der Mikrokeratomschnitt bei der LASIK - noch zusätzliche Aberrationen induziert. Vor dem breiten klinischen Einsatz sollten jedoch parallel weiterhin solche Grundlagenarbeiten durchgeführt werden.

Priv.-Doz. Dr. med. Christoph W. Spraul