Thermo-mechanisches Verhalten der Hornhaut

Zusammenfassung

Hintergrund Durch wärmeinduzierte Schrumpfung des Hornhautkollagens läßt sich der Krümmungsradius der Hornhaut und damit die Refraktion verändern. Die physikalischen Parameter dieses Schrumpfungsprozesses sollen bestimmt werden.

Material und Methoden In einem Spannungs-Dehnungs-Meßgerät wurden 5 mm breite und 9 mm lange Streifen der Hornhaut vom Schwein im physiologischen Spannungsbereich von σ = (0,5-2,5) · 10⁴ N/m² mit der Spannungs-Dehnungs-, Spannungsrelaxations- und Kriechmethode unter Einwirkung von Temperaturen von 35 °C bis 120 °C im Ölbad untersucht.

Ergebnisse Die biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut bleiben im Temperaturbereich von 30-0 °C konstant. Die Hornhaut beginnt ab 60 °C zu schrumpfen, wobei dieser Effekt bis 90 °C zunimmt. Die maximale Schrumpfungsrate von (57 ± 12)% liegt bei Temperaturen von 75-0 °C. Oberhalb von 100 °C wird dieser Effekt durch die Zerstörung der intermolekularen Bindungen zwischen den Kollagenfasern reduziert. Die Spannungs-Dehnungs-Kurven der geschrumpften Hornhaut verlaufen flacher als die der unbehandelten Hornhaut, d.h. der Elastizitätsmodul nimmt ab.

Schlußfolgerung Dient z. B. ein Laser als Wärmequelle für die Thermokeratoplastik, so sollten im zu koagulierenden Gewebebereich Temperaturen von 65-85 °C erzielt werden. Höhere Temperaturen bewirken zwar auch eine Schrumpfung, jedoch auch eine stärkere Zerstörung des Gewebes.

Summary

Background Shrinkage of corneal collagen is used during thermokeratoplasty, a method to remodel the corneal curvature. The goals of our investigations were to determine the optimal temperature range for maximal shrinkage of the collagen fibers with minimal damage.

Materialsand Methods By means of a commercially available stress-strain-measuring device with a paraffin oil bath of temperatures varying from 35 °C to 120 °C strips of pig cornea 5 mm in width and 9 mm in length were investigated in the physiological stress range from σ = (0,5-12,5) · 10⁴ N/m² by stress-strain, Stressrelaxation and creep measurements.

Results Biomechanical properties of the cornea remain unchanged in the temperature range from 30 to 50 °C. Starting at 60 °C shrinkage occures that increases up to 90 °C. The maximal rate of shrinkage of (57±12)% was measured at temperatures of 75 to 80 °C. Above 100 °C this effect is reduced by the destruction of intermolecular bonds between the collagen fibers. The stress-strain curves of the shrunk corneas are flatter than that of native corneas, which means, the Young's modulus is significantly reduced.

Conclusions In order to realize optimal shrinkage during thermokeratoplasty temperatures of 65-85 °C should be achieved in the coagulated tissue. Higher temperatures cause also a shrinkage effect but also a destruction of tissue.

Schlüsselwörter

Cornea - Laserthermokeratoplastik - Biomechanik

Key words

Cornea - laserthermokeratoplasty - biomechanics