Akkommodation, Pseudoakkommodation und. Operationen gegen die Presbyopie: Überlegungen zu Veränderungen. der Akkommodationsregelung im Alter.

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1 Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Ecole polytechnique fédérale de Zurich Politecnico federale di Zurigo Swiss Federal Institute of Technology Zurich Akkommodation, Pseudoakkommodation und Operationen gegen die Presbyopie: Überlegungen zu Veränderungen der Akkommodationsregelung im Alter. Vortrag Augenklinik, Postgraduate Vorlesungen, 23. Januar 2000 Von: Marino Menozzi, Angewandte Sehforschung Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie, ETH - Zürich Obschon im letzten Jahrtausend intensiv nach den Ursachen der Presbyopie geforscht wurde, reichen heutige Erkenntnisse kaum zur befriedigenden Klärung der Ursachen der Presbyopie. Daten, wie die von Duane ermittelte Abnahme der Akkommodationsbreite im Alter (siehe Fig.1), lassen uns aufgrund der vereinfachten, schematischen Darstellung die Sicherheit, mit der die Werte mit der individuellen Akkommodationsbreite übereinstimmen, übersehen. Der mittlere Fehler der Kurve in Fig. 1 ist aufgrund des grossen Datenpools (ca Personen) gering. Wie in Fig. 2 (oben) ersichtlich, beträgt die Standardabweichung der Akkommodationsbreite in jungen Jahren ± 2 dpt, was auf erhebliche interindividuelle Schwankungen zurückzuführen ist. Demzufolge ist davon auszugehen, dass ein missgünstiger Faktor in der Presbyopieforschung die grossen interindividuellen Schwankungen der Akkommodationsbreite darstellt. Auch hier gesellen sich zu den Hindernissen methodische Unterschiede hinzu, die zwischen verschiedenen Forschergruppen bei der Erfassung der Akkommodationsbreite bestehen. Wie aus der unteren Grafik in Fig. 2 (unten) ersehen werden kann, bestehen ähnliche Unsicherheiten bei der Bestimmung der altersabhängigen Veränderung der Akkommodationsgeschwindigkeit. Trotz der vereinfachten Darstellung der altersabhängigen Akkommodationsgeschwindigkeit in Fig. 2 (oben) ist ersichtlich, dass dieser dynamische Alterungsprozess anders zu verlaufen scheint, als der statische Alterungsprozess. Die Akkommodationsgeschwindigkeit, genau genommen handelt es sich hier um die maximale Akkommodationsgeschwindigkeit, bleibt bis knapp vor dem vierzigsten Altersjahr unverändert. Danach scheint sich eine lineare Abnahme der Geschwindigkeit mit dem Alter einzustellen. Offenbar lässt sich das Akkommodationssy Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

2 stem nicht mit einer einfachen Feder mechanisch versinnbildlichen, denn sonst würde die altersabhängige Veränderung der Geschwindigkeit analog zur Veränderung der Akkommodationsbreite verlaufen. Die Unterschiede im Alterungsprozess lassen sich dann erklären, wenn das mechanische Analogon zur Akkommodation nebst der klassischen Feder auch noch visköse Elemente beinhaltet. Dadurch wäre die altersabhängige Abnahme der Geschwindigkeit nicht gleich betroffen wie die Veränderung der Akkommodationsbreite mit dem Alter. Unterschiede zwischen Dynamik und Statik liessen sich auch erklären, wenn nicht nur die passive Linse sondern auch der aktive Ziliarmuskel in den Alterungsprozess mit einbezogen wird. Die in Tab. 1 wiedergegebene Zusammenstellung von Literatur über die Erforschung altersbedingter Veränderungen am Ziliarmuskel zeigt ein teilweise unklares Bild. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Anteil der Untersuchungen bei denen altersbedingte Veränderungen am Ziliarmuskel festgestellt werden, die zur Minderung der Akkommodationsbreite führen, etwa ein Drittel der Literatur über dieses Thema ausmacht. Im Rest der Literatur wird aufgrund der Ergebnisse geschlossen, dass keine altersbedingten Veränderungen am Ziliarmuskel vorliegen, welche die Akkommodation reduzieren würden. Die aufgeführten Studien wurden allerdings im Vergleich zu Duane s Untersuchungen mit wenig Probanden durchgeführt. Ebenso kommen hierbei die unterschiedlichsten Untersuchungsmethoden zum Einsatz. Die Untersuchungsmethoden selbst lassen sich bezüglich deren Eignung zur Untersuchung des Ziliarmuskels kritisieren. Beispielsweise ist das zeitliche und örtliche Auflösungsvermögen der Magnetresonanz (MRI) beschränkt. Von der Impedanzzyklographie wird behauptet, dass sie mit der Aktivität des Ziliarmuskels nur insofern korreliert, als dass mit der Methode die Durchblutung des Muskels ermittelt wird. Zur Beurteilung der Rolle des Ziliarmuskels bei der Abnahme der Akkommodationsbreite bedarf es einer weitaus grösseren Datenmenge über Akkommodationsbreite und Akkommodationsgeschwindigkeit als bisher vorhanden ist. Kontinuierlich registrieren wir am Institut Akkommodationsbreiten und Akkommodationsgeschwindigkeiten bei Personen verschiedenen Alters. Unter anderem kommt dabei unser sogenanntes dynamische Akkommodometer zum Zug, das in Abb. 3 schematisch und in Abb. 4 fotografisch dargestellt ist. Das Gerät erlaubt die Erfassung von 50 Messpunkten über die Akkommodation in der Sekunde. Zugleich registriert das Gerät die Blickrichtung, wodurch die Vergenz ermittelt werden kann. Das Gerät wird zusammen mit dem dynamischen Synoptophor unter anderem bei der gemeinsam mit Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

3 der Augenklinik der Universität Zürich durchgeführten Nationalfondsstudie über die Bedeutung der Kopplung zwischen Akkommodation und Vergenz bei asthenopischen Beschwerden eingesetzt. Vor einigen Jahren sind wir einer Hypothese nachgegangen, die in neuerer Zeit unter anderem durch die Bestrebungen die Presbyopie operativ zu therapieren, unter einem neuen Aspekt gesehen werden kann. Wie aus dem in Fig. 5 dargestellten Modell über die Regelung von Akkommodation und Vergenz abgeleitet werden kann, wird die Akkommodationsregelung ebenfalls durch die Vergenzeinstellung kontrolliert. Ebenso ist die Akkommodationsregelung für die Einstellung der Vergenz von Bedeutung. Es kann also davon ausgegangen werden, dass die von der Akkommodationsregelung ausgehende Innervation kopiert und dem Vergenzregelkreis zur Verfügung gestellt wird (Efferenzkopie). Unter speziellen Bedingungen können also durch Beobachtung der Vergenz Rückschlüsse auf die Innervation im Akkommodationsregelkreis gemacht werden. In einem Experiment haben wir bei Personen unterschiedlichen Alters, bei jungen, bei Prä - Presbyopen und bei Presbyopen die Phorieeinstellung bei in unterschiedlicher Entfernungen, disparat präsentierten Reizen ermittelt. Dabei haben wir festgestellt, dass wie in der Literatur berichtet, Presbyope bei nahegelegenen Sehreizen in Exophorie (siehe Fig. 6) abweichen. Aufgrund des speziellen experimentellen Setups kann das Ergebnis derart gedeutet werden, dass die für die Steuerung der Vergenz benötigte Efferenzkopie der Akkommodation bei Presbyopen nur noch in reduzierter Form vorhanden ist. Demnach müsste geschlossen werden, dass ein Rückgang der Innervation des Ziliarmuskels mitunter als Ursache für die Presbyopie angesehen werden könnte. Trifft diese Annahme zu, dann müsste der Ersatz der natürlichen Linse durch eine Akkommodationsfähige künstliche Linse zwecks Therapierung der Presbyopie überdacht werden. Im Weiteren, deutet dieses Ergebnis auch darauf hin, dass motorische Muster, womöglich erlernte motorische Muster, eine bedeutende Rolle bei der Steuerung der Akkommodation spielen. Dass erlernte motorische Muster bei der Akkommodationsregelung eine Rolle spielen, liefern auch die angeblichen Therapieerfolge bei der Presbyopieoperation von Yee (1999). Durch Dehnung der Sklera war es Yee (1999) möglich, die Akkommodationsbreite von presbyopen Personen von ca. 1.4 dpt auf etwas über 4.0 dpt zu steigern (siehe Fig. 7). Die Operationen wurden an einem Auge durchgeführt. Erstaunlicherweise zeigte sich auch beim nicht operierten Auge eine Steigerung der Akkommodati Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

4 onsbreite, so dass diese von ca. 1.4 dpt auf etwa 3.4 dpt zunahm dynamisches. Dieser Befund könnte damit gedeutet werden, dass aus irgend einem Umstand, dank der Operation, das motorische Muster zur Steuerung der Akkommodation reaktiviert wurde und nebst dem operierten Auge auch dem nicht operierten Auge zur Vergrösserung der Akkommodationsbreite verhilft. Es gilt nun abzuklären, in welchem Ausmass motorische Muster bei der Akkommodationsregelung von Bedeutung sind und vor allem welche Bedeutung diese im Vergleich zur reflexartigen Akkommodationsregelung haben. Ein Beispiel bei dem nur reflexartige Akkommodationsregelung vorhanden ist, zeigt die Fig. 8. Das Verfolgen von langsam in der Entfernung bewegten Sehzeichen ist für die Akkommodation auch dann möglich, wenn alle Akkommodationsreize bis auf die Bildschärfe ausgeschaltet sind. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass zur Zeit noch Unklarheiten über die Funktionstüchtigkeit des Ziliarmuskels im Alter bestehen. Eventuell spielen bei der Regelung der Akkommodation erlernte motorische Muster eine bedeutende Rolle. Ist dem so, ergeben sich einschneidende Konsequenzen für Theorie und Praxis der Presbyopie Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

5 Figuren und Tabellen (nur einige der erwähnten Bilder eingefügt) Figur 1: Veränderung der Akkommodationsbreite bzw. des Nahpunktes in Abhängigkeit des Alters. Die Linie stellt eine Mittelwertskurve dar, die aus ca Messungen ermittelt wurde. (nicht vorhanden) Figur 2: Oben: Mittelwert und Standardabweichung der Akkommodationsbreite in Abhängigkeit des Alters. Unten: Relative Geschwindigkeit und Standardabweichung der Akkommodation in Abhängigkeit des Alters. (nicht vorhanden) Studie Jahr Methode Probanden Ziliarmuskel:Funktion im Alter Strenk S. A MRI 25VP, 22J-83J vorhanden Bacskulin A Ultraschall Biomikroskop. 10VP, 54J-86J z.t. vorhanden Kalman A Video 4VP, 16J-48J vorhanden Neider M. W Video 14Affen, 1J-24J Abnahme Lüthjen-Decroll E morphologische Studie 44Affen, 0J-35J Degeneration Muskel & Nerv Fischer R.F Modell (Linse) 27VP, 15J-55J? vorhanden Swegmark G Impedanz-Cyclographie bis 60 J vorhanden Tabelle 1: Einige Literaturstellen, in denen über die altersbedingten Veränderungen im Ziliarmuskel berichtet wird. In der letzten Spalte ist der Befund über die Funktion des Ziliarmuskels im Alter von etwaigen Veränderungen eingetragen. Dynamisches Synoptophor drehbare Spiegel 100% Strahlteiler 50% "Akkommodometer" Angewandte Sehforschung, Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie, ETH Zürich Figur 3: Schematische Darstellung der Versuchsanlage zur dynamischen Registrierung von Akkommodation, Vergenz und Pupillendurchmesser, sowie zur Beeinflussung der Phorie mit dynamischem Synoptophor Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

6 Vergenz [cm / m] Figur 4: Abbildung der Versuchsanlage aus Fig. 3. (nicht vorhanden) Akkommodation - Vergenz Retina Messfühler Vergenz extraokul. Augenmusk. Ziliarmuskel Messfühler Akkommod. Vergenzzentrum Akkommod.- zentrum Vergenz Akkommodation Abgeändert nach: Krueger H., Inauguraldissertation, University München, 1968 Angewandte Sehforschung, Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie, ETH Zürich Figur 5: Modell der Regelung der von Akkommodation und Vergenz (nach Krueger 1968). Klinische Phorielinie Esophorie Donderslinie HK, 56J 12 6 Exophorie Akkommodationsanforderung [dpt] Menozzi M., Klin Monatsbl Augenheilkd 1998;212 Angewandte Sehforschung, Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie, ETH Zürich Figur 6: Typische Phorielinie einer Person mit noch nicht abgeschlossener Presbyopieentwicklung (Menozzi 1998) Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

7 Akkommodationsbreite [dpt]. Presbyopie: Operation p=0.001 operiert/ pre-op. operiert/ post-op. N = 6 n. oper. / pre-op. Auge / pre, post p<0.01 n.oper./ post-op. Yee R. W., Yang G. S., Chuang Alice C., Cross W. D., Ruiz, R. S., Angewandte Sehforschung, Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie, ETH Zürich Figur 7: Mittelwerte und Standardabweichung der Akkommodationsbreiten bei operativer Therapie der Presbyopie. Gegenüberstellung der Veränderung der Akkommodationsbreite vor (pre-op.) und nach (post-op.) der Operation. Vergleich operiertes Auge (linke zwei Balken) mit nicht operiertem Auge (rechte zwei Balken). Nach Daten aus Yee (1998). Langsame Folgebew. Akko. Sehzeichen immer scharf wahrgenommen Akkommodation Objektdistanz "Vergenz" (r) "Vergenz" (l) Zeit [s] Krueger H., Bodemann, Aspekte der Informationsverarbeitung, Springer Verlag 1985, Berlin Applied Vision Research, Institute of Hygiene and Applied Physiology, ETH Zürich Figur 8: Zeitlicher Verlauf der Akkommodation und der "Vergenz" (Blickrichtung links und rechts getrennt wiedergegeben) beim verfolgen eines langsam in der Sehentfernung verstellten Sehzeichens Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc

8 Literatur Bacskulin A., Gast R., Bergmann U., Guthoff R. (1996): Ultraschallbiomikroskopische Darstellung der akkommodativen Konfigurationsänderungen des presbyopen Ziliarkörpers. Ophthalmologe, 1996: 93; Fischer R. F. (1977): Presbyopia and the changes with age in the human crystalline lens. J Physiol (Br) 1973:228; Krueger H. (1968): Untersuchung zum Kovergenz-Akkommodations-Pupillen-Regelkreis des menschlichen Auges mit einem kontinuierlich aufzeichnenden Pupillo- und Akkommodometer. Inauguraldissertation Universität München. Lüthjen-Decroll E., Tamm E., Kaufman P. L. (1988): Age related loss of ciliary muscle response to pilocarpine in rhesus monkey. Arch. Ophthalmol., 1988: 106; Menozzi M., Kueger H. (1998): Auswirkungen der Presbyopie auf die klinische Phorielinie. Klein. Monatsblätter der Augenheilkunde, 1998: 212(5); Neider M. W., Crawford K., Kaufman P. L., Bito L. Z. (1990): In vivo videography of rhesus monkey accommodative apparatus. Age-related loss of ciliary muscle response to central stimulation. Arch-Ophthalmol Jan; 108(1): Strenk S. A., Semmlow J. L., Strenk L. M., Munoz P., Gronlund-Jacob J., DeMarco J. K (1999).: Age related changes in human ciliary muscle and lens: a magnetic resonance imaging study. Invest-Ophthalmol-Vis-Sci May; 40(6): Swegmark G. (1969): Studies with impedance cyclography on human ocular accommodation at different ages. Acta Ophthalmolgica 1969:47; Yee R. W. Yang W. S., Chuang Alice C., Cross W. D., Ruiz R. S. (1998): Surgical Reversal of Presbyopia Vortrag Augenklinik Presbyopie.doc