Das menschliche Auge in Zahlen

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2 Das menschliche Auge in Zahlen

3 Antonio Bergua Das menschliche Auge in Zahlen

4 Antonio Bergua Klinik für Augenheilkunde Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Erlangen Deutschland ISBN ISBN (ebook) DOI / Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Umschlaggestaltung: deblik, Berlin Fotonachweis Umschlag: Matthias Vogler, Universitätsklinikum Erlangen Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer-Verlag GmbH Deutschland Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, Berlin, Germany

5 Für Birgit, Daniel, Ruben und Carla V

6 VII Vorwort Das menschliche Auge ist ein Organ von höchster Präzision. Die visuelle Wahrnehmung der Umgebung, das Sehen, gehört mit zu den komplexesten Funktionen des menschlichen Körpers. Das Sehen ist eng mit der Entwicklung und der funktionellen Anatomie des Auges verbunden. Für diese anspruchsvolle Aufgabe müssen die makro- und mikroskopisch anatomischen Strukturen dieses Sinnesorgans konstante Werte, Größen und Proportionen aufweisen. Veränderungen in der Form oder den Dimensionen dieser Strukturen bedeuten in der Regel eine Einschränkung oder einen Verlust der Sehfunktion. So ist es beispielsweise entscheidend, dass der Abstand zwischen Hornhaut und Fovea, die Dicke der Makula oder die Anzahl der retinalen Ganglienzellen während der Lebensdauer eines Individuums konstant bleiben. Das gilt gleichermaßen für physiologische Parameter, wie den Augeninnendruck, die Akkommodation der Linse oder die Übertragung von Informationen von der Retina zum visuellen Cortex. Darüber hinaus ist die strukturelle Entwicklung und Beschaffenheit des menschlichen Auges aber auch von anderen Faktoren, wie Alter, Geschlecht, Rasse, genetischer Disposition, Lebensstil sowie dem Einfluss von Krankheiten abhängig. Die Vermessung und Quantifizierung des menschlichen Auges und anderer damit zusammenhängender Strukturen ist eine Tätigkeit, der sich Anatomen und Physiologen seit Jahrzehnten gewidmet haben und die sie nach wie vor betreiben, wobei sich die Messmethoden dem technischen Fortschritt anpassen. In den letzten Jahren wurde durch Einführung neuer Methoden und Geräte die genaue Vermessung des visuellen Systems nicht nur an postvital fixiertem Gewebe, sondern auch direkt am Probanden oder Patienten ermöglicht. Mit der weiteren Entwicklung neuerer und präziserer Techniken wird der Prozess der Quantifizierung des menschlichen Auges und des visuellen Systems in Zukunft noch weiter perfektioniert werden. Dabei werden nicht nur Computer-basierte Messgeräte oder Laser-assistierte Messverfahren, sondern auch die Anwendung neuer Big Data Technologien die Genauigkeit der Messungen am menschlichen Auge deutlich verbessern. Hierbei wird der Einsatz der neuen Technologien zur raschen Informationsübermittlung und Auswertung großer Datenvolumina in der Ophthalmologie und Augenforschung eine bedeutende Rolle übernehmen. Dieses Kompendium der bis zum heutigen Zeitpunkt verfügbaren Messwerte und numerischen Parameter des menschlichen Auges und des visuellen Systems versucht, dem interessierten Leser wertvolle Informationen aus den verschiedensten Literaturquellen in gebündelter Form darzustellen. Die hier in übersichtlicher Form präsentierten Daten können als Grundlage dienen, unser Wissen über das wichtigste Sinnesorgan des Menschen zu erweitern, und als Anhaltspunkt zur Interpretation pathophysiologischer Abweichungen vom Normalbereich im klinischen oder experimentellen Kontext dienen. Prof. Dr. med. Antonio Bergua, FEBO Erlangen, März 2017

7 Der Autor Prof. Dr. med. Antonio Bergua, FEBO, ist Oberarzt und Leiter der Uveitissprechstunde an der Klinik für Augenheilkunde, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

8 IX Inhaltsverzeichnis 1 Embryologie Orbita Sinus paranasales und Sinus cavernosus Allgemeines Sinus cavernosus Sinus frontalis Sinus ethmoidalis Sinus maxillaris Sinus sphenoidalis Glandula lacrimalis und Viae lacrimales Glandula lacrimalis Viae lacrimales Extraokuläre Muskeln Augenlider Bulbus oculi Konjunktiva Sklera Tränen Cornea Kammerwasser, Vorderkammer, hintere Kammer Iris und Pupille Linse Kammerwinkel, Trabekelwerk, Schlemm-Kanal und Kammerwasser-Abfluss Ziliarkörper, Ora serrata Glaskörper...87

9 X Inhaltsverzeichnis 18 Choroidea Retina Retina allgemein Retinale Pigmentepithelzellen (RPE) Photorezeptoren der Retina Stäbchen Zapfen Horizontalzellen Bipolarzellen Amakrinzellen Müller-Zellen Retinale Ganglienzellen Lichtempfindlichkeit Macula lutea Papilla nervi optici Nervus opticus, Chiasma opticum, Tractus opticus, Corpus geniculatum laterale, Radiatio optica Nervus opticus Chiasma opticum Tractus opticus Corpus geniculatum laterale Radiatio optica Hypophyse Liquor cerebrospinalis Ganglion ciliare, Ganglion cervicale susperius, Ganglion pterygopalatinum Glandula pinealis Visueller Kortex Visus Intraokulärer Druck, Tonometrie Gesichtsfeld Akkommodation Farbsehen Binokularsehen

10 Inhaltsverzeichnis XI 34 Elektrophysiologie der Sehbahn Elektroretinographie (ERG) Prozentuale Gipfelzeitverlängerung pro Lebensdekade in der ERG Elektrookulographie (EOG) Visuell Evozierte Potentiale (M-VEP) im Alter SI-Einheiten und abgeleitete Einheiten, SI-Vorsätze, Physikalische Konstanten SI-Einheiten und abgeleitete Einheiten SI-Vorsätze Physikalische Konstanten Elektromagnetisches Spektrum Serviceteil Literatur...178

11 1 1 Embryologie. Tab. 1.1 Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 A. Bergua, Das menschliche Auge in Zahlen, DOI / _1

12 2 Kapitel 1 Embryologie 1 Zusammenfassung Die embryologische Entwicklung des Auges ist ein sehr komplexes Zusammenspiel von verschiedenen biochemischen Signalen, die auf molekularer und zellulärer Ebene interagieren. Die verschiedenen Gewebe, die das menschliche Auge als eine Ausstülpung des Gehirns bilden, haben eine unterschiedliche embryologische Herkunft. Aus dem ersten Hirnbläschen stülpen sich die zwei Augenbläschen aus, welche die Entwicklung der Augenlinse aus dem oberflächlichen Ektoderm induzieren. Aus der inneren Schicht des Augenbläschens wird die sensorische Netzhaut und aus der äußeren Schicht das Pigmentepithel gebildet. Die Blutgefäße des Auges haben mesodermalen Ursprung. Das Stroma der Hornhaut und des Ziliarkörpers sowie das Hornhautendothel entstehen aus der Neuralleiste. Die grundlegenden anatomischen Vorgänge der embryonalen Entwicklung des Auges sind mit dem Ende des 2. Monats beendet, aber die funktionelle Reifung benötigt weitere Prozesse, die sich bis zur Geburt und darüber hinaus erstrecken.. Tab. 1.1 Embryologische Entwicklung des menschlichen Auges. (Nach Møller 2012, Mann 1927) Zeitliche Entwicklung der Augenstrukturen Alter des Embryos Sehgrube formt sich zur Augenblase um Beginn der Entwicklung von Konjunktivaepithel und -stroma Lisenplakode wird zum Linsenbläschen 3. Woche 3. Woche 4. Woche A. hyaloidea entwickelt sich in der fetalen Augenspalte 4. Woche Ektoderm formt Oberlid Mesenchym formt Kornealendothel Beginn der Entwicklung des primären Glaskörpers Verschluss der fetalen Augenspalte Primitives Kornealepithelium entsteht Erste Anlage der äußeren Augenmuskulatur Entstehung der primären Linsenfasern Choroidale Gefäße werden sichtbar Beginnende Verdichtung der anterioren Sklera Primärer Glaskörper wird zum sekundären Glaskörper Retinale Ganglienzellen werden sichtbar Entwicklung der sekundären Linsenfasern Tunica vasculosa lentis voll entwickelt 5. Woche 5. Woche 5. Woche 6. Woche 6. Woche 6. Woche 6. Woche 7. Woche 7. Woche 7. Woche 8. Woche 8. Woche 3. Monat

13 Embryologie 3 1. Tab. 1.1 Fortsetzung Zeitliche Entwicklung der Augenstrukturen Alter des Embryos Kornea wird innerviert Lidränder verschmelzen Glandula lacrimalis entsteht Entstehung der Descemet-Membran Beginnende Entwicklung des Kammerwinkels und des Kammerwasserabflusssystems Beginnende retinale Vaskularisation Zonulafasern werden gebildet Schlemm-Kanal entsteht Bowmann-Schicht entsteht Entstehung der A. centralis retinae Ziliarfortsätze beginnen die Kammerwasserproduktion Beginnende Rückbildung der A. hyaloidea Fettgewebe der Orbita wird gebildet Augenlider beginnen sich zu trennen Verlust von Ganglienzellen in der Netzhaut Vaskularisation des N. opticus vollständig Zonulafasern haften sich an der Linse an Ductus nasolacrimalis bildet sich Die avaskuläre Zone der Fovea erreicht ihre volle Größe Linse erreicht einen Durchmesser von 5 mm 3. Monat 3. Monat 3. Monat 3. Monat 3. Monat 4. Monat 4. Monat 4. Monat 4. Monat 4. Monat 4. Monat 4. Monat 5. Monat 5. Monat 5. Monat 6. Monat 6. Monat 6. Monat 7. Monat 7. Monat A. hyaloidea verschwindet 8. Monat Retinale Gefäße erreichen die nasale Ora serrata Pupillarmembran verschwindet 8. Monat 9. Monat Kammerwasserabflusssystem ist voll etabliert 9. Monat

14 5 2 Orbita. Tab. 2.1 Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 A. Bergua, Das menschliche Auge in Zahlen, DOI / _2

15 6 Kapitel 2 Orbita 2 Zusammenfassung Die Orbita weist eine der komplexesten Strukturen in der Anatomie des Menschen auf. Knochen, der Bulbus oculi, die extraokulären Muskeln, der N. opticus, die Tränendrüsen sowie die zahlreichen Gefäße und peripheren Nerven sind kompakt auf engem Raum für die perfekte Motilität des Auges harmonisch eingebaut. Zudem bietet die Orbita auch hinreichenden Schutz für das Auge.. Tab. 2.1 Orbita Anzahl der Orbitaknochen Anzahl der Knochen des Orbitarandes Anzahl der Orbitawände Anzahl der Knochen, die am Orbitadach beteiligt sind Abstände im Orbitadach (Karakaş 2003) in mm Os frontale Os zygomaticum Os sphenoidale Os maxillare Os ethmoidale Os lacrimale Os palatinum Os frontale Os zygomaticum Os maxillare Orbitadach: Os frontale/os sphenoidale (Ala minor) laterale Wand: Os zygomaticum Orbitaboden: Os maxillare/os zygomaticum mediale Wand: Os maxillare/os lacrimale/os ethmoidale Os frontale, Facies orbitalis Os sphenoidale, Ala minor Vom Foramen supraorbitale bis zum Mittelpunkt der Fissura orbitalis superior Vom Foramen supraorbitale bis zum Mittelpunkt der Fossa sacci lacrimalis Vom Foramen supraorbitale bis zum Mittelpunkt des oberen Anteils des Optikuskanals Vom Foramen ethmoidale posterius bis zum Mittelpunkt der Fissura orbitalis superior ,7 ± 3,6 26,0 ± 2,5 45,3 ± 3,2 14,6 ± 2,8

16 Orbita 7 2. Tab. 2.1 Fortsetzung Anzahl der Knochen, die am Orbitaboden beteiligt sind Abstände im Orbitaboden (Karakaş 2003) in mm Anzahl der Knochen, die an der medialen Orbitawand beteiligt sind Abstände in der medialen Orbitawand (Karakaş 2003) in mm Os zygomaticum Os palatinum, Processus orbitalis Maxilla, Facies orbitalis Vom Foramen infraorbitale bis zum Mittelpunkt des lateralen Randes der Fossa lacrimalis Vom Foramen infraorbitale bis zum Mittelpunkt der Fissura orbitalis inferior Vom Foramen infraorbitale bis zum Mittelpunkt des inferioren orbitalen Randes Vom Foramen infraorbitale bis zum Mittelpunkt des inferioren Anteils des Optikuskanals Os frontale, Processus maxillaris Os ethmoidale, Lamina orbitalis Os lacrimale (Crista lacrimalis posterior) Os sphenoidale, Ala minor Os maxillare, Processus frontalis (Crista lacrimalis anterior) Crista lacrimalis anterior bis zur Crista lacrimalis posterior Crista lacrimalis anterior bis zum Foramen ethmoidalis anterior Crista lacrimalis anterior bis zum Foramen ethmoidalis posterior Crista lacrimalis anterior bis zum Canalis opticus Von der Ebene der vorderen und hinteren Foramina ethmoidale bis zur Sutura ethmoidomaxillaris Vom Foramen ethmoidale anterius bis zum Foramen ethmoidale posterius 3 23,8 ± 7,22 31,9 ± 3,94 6,7 ± 1,9 50,3 ± 3,2 5 6,9 ± 1,5 23,9 ± 3,3 35,6 ± 2,3 41,7 ± 3,1 14,9 ± 2,3 9,8 ± 2,9

17 8 Kapitel 2 Orbita. Tab. 2.1 Fortsetzung 2 Anzahl der Knochen desr Orbitarand Abstände im lateralen Orbitarand (Karakas 2003) in mm Knochendicke Maße der Orbita (Weaver 2010) in mm Maße der Orbita in mm Maße der Orbita während der fetalen Entwicklung (Goldstein 1998) Vom Foramen ethmoidale posterius bis zum Mittelpunkt des medialen Randes des Canalis opticus Os frontale Os zygomaticum Os maxillare Von der Sutura frontozygomatica bis zum Mittelpunkt der Fossa lacrimalis Von der Sutura frontozygomatica bis zum Mittelpunkt der Fissura orbitalis superior Vom Foramen supraorbitalis bis zum Mittelpunkt des oberen Anteils des Optikuskanals Von der Sutura frontozygomatica bis zum Mittelpunkt der Fissura orbitalis inferior zwischen Orbita und Sinus maxillaris zwischen Orbita und Sinus etmoidales 6,8 ± 2,2 3 17,5 ± 2,1 37,7 ± 3,6 44,9 ± 2,5 33,4 ± 3,1 0,5 mm 0,3 mm Höhe 32,0 Breite 36,9 Höhe 35 Breite 40 Tiefe 42 Interorbitaler Abstand 525 Ratio Vol. Orbita/Vol. Bulbus 4,5/1 Durchmesser Fläche 14. SSW 5,2 mm 21,6 mm SSW 10,5 mm 86,5 mm SSW 13,0 mm 132,6 mm SSW 15,8 mm 196,6 mm 2

18 Orbita 9 2. Tab. 2.1 Fortsetzung Beteiligung der Orbitabodenfläche zur gesamten Orbitawandfläche und zum Orbitadach 3 5 cm 2 Volumen der 13. SSW (Haas 1993) 0,2 Orbita in cm SSW (Haas 1993) 6,2 7,95 Neugeborenes 7 Erwachsener 30 Fettvolumen der Orbita (Regensburg 2011) in cm 3 Ratio Vol Fett / Vol Orbita (Regensburg 2011) Fettvolumen der Orbita nach Alter (Regensburg 2011) in cm 3 Muskelvolumen der 4 geraden Muskeln der Orbita (Regensburg 2011) in cm 3 Männer 16,2 ± 3,4 Frauen 14,1 ± 2,9 Männer 0,56 ± 011 Frauen 0,56 ± 0,10 Männer J 13, J 15, J 14, J 18, J 18,0 70 J 18,7 Frauen J 11, J 13, J 14, J 12, J 14,6 70 J 17,2 Männer 4,2 ± 0,5 Frauen 3,7 ± 0,5