Klin Monbl Augenheilkd 2019; 236(07): 871-876
DOI: 10.1055/s-0044-101617
Experimentelle Studie
Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Erhöhter Augeninnendruck für 7 Wochen induziert lokale Gefäßveränderungen im experimentellen Glaukommodell in vivo

Morphological and Quantitative Changes in Retinal and Optic Nerve Vessels in Experimental Glaucoma Model with Elevated IOP for 7 Weeks
Carolina Mann
1   Universitäts-Augenklinik, Experimentelle Ophthalmologie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
,
Fabian Anders
1   Universitäts-Augenklinik, Experimentelle Ophthalmologie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
,
Hanhan Liu
1   Universitäts-Augenklinik, Experimentelle Ophthalmologie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
,
Katrin Brockhaus
2   Institut für Experimentelle Ophthalmologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
,
Aiwei Liu
1   Universitäts-Augenklinik, Experimentelle Ophthalmologie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
,
Franz H. Grus
1   Universitäts-Augenklinik, Experimentelle Ophthalmologie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
,
Norbert Pfeiffer
1   Universitäts-Augenklinik, Experimentelle Ophthalmologie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
,
Solon Thanos
2   Institut für Experimentelle Ophthalmologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
,
Verena Prokosch
3   Universitätsaugenklinik, Universität Münster
› Author Affiliations
Further Information

Publication History

eingereicht 06 April 2017

akzeptiert 19 January 2018

Publication Date:
28 March 2018 (online)

Zusammenfassung

Hintergrund Peripapilläre Blutungen sind diagnostisch wegweisend für das Vorliegen des Glaukoms. Dennoch ist die Rolle der Gefäße der Retina und des Sehnervs in der Pathogenese des Glaukoms weitestgehend ungeklärt. Ziel dieser Studie war es, im experimentellen Glaukommodell die lokalen Veränderungen dieser Gefäße auf erhöhten Druck in vivo zu untersuchen.

Material und Methoden Das Glaukom wurde durch Veröden dreier episkleraler Venen des linken Auges von weiblichen Sprague-Dawley-Ratten induziert (n = 6). In vivo erfolgte eine Messung der Gefäßkaliber mittels peripapillärem Scan des SD-OCT (Heidelberg Engineering) als Baseline sowie 7 Wochen nach Augeninnendruckerhöhung. Die Tiere wurden anschließend euthanasiert, Querschnitte des Sehnervs wurden zur Anfärbung der Kapillaren mit Paraphenylendiamin angefertigt. Die kontralateralen Augen dienten als Kontrolle. Die Gefäßkaliber wurden fotografiert und verglichen.

Ergebnisse Der Augeninnendruck zeigte sich signifikant erhöht (p < 0,001). In Querschnitten des Sehnervs zeigte sich die Anzahl der Gefäße nicht signifikant verändert nach erhöhtem Augeninnendruck. Die Kaliber der Gefäße jedoch zeigten 7 Wochen nach Augeninnendruckerhöhung eine signifikante Reduktion (p < 0,001). Das Kaliber der großen retinalen Gefäße war ebenfalls deutlich reduziert um 9,22% (p < 0,05). Die Ergebnisse beziehen sich immer auf das Kontrollauge ohne erhöhten Augeninnendruck.

Schlussfolgerung Die Gefäße der Retina und die Kapillaren des Sehnervs reagieren sensitiv auf erhöhten Druck. Die Antwort der Gefäße kann zeigen, dass vaskuläre Veränderungen im Rahmen der Glaukomerkrankung entstehen und eröffnet somit weitere mögliche Therapieoptionen.

Abstract

Introduction Glaucoma is characterised by progressive loss of retinal ganglion cells and axons. Experimental research has concentrated on understanding the pathophysiological mechanisms involved in glaucomatous damage. It is still a matter of debate whether neurons or capillaries are primarily damaged by elevated intraocular pressure (IOP). The aim of this study was to detect IOP-induced vascular changes in the vessels of the optic nerve head and the main vessels of the retina in vivo.

Methods Experimental glaucoma was induced in adult Sprague Dawley rats by cauterisation of three episcleral veins of the left eye (n = 3). In vivo, retinal vessel calibre was measured manually using a peripapillary scan with SD-OCT (Heidelberg Engineering) at baseline and after seven weeks of IOP elevation. The animals were then sacrificed and the optic nerve was fixed with 30% glutaraldehyde and cross-sections stained with paraphenylene diamine to mark the vessels. Contralateral eyes served as controls. Pictures were taken and number of vessels, vessel calibre and area were calculated and compared.

Results IOP was significantly elevated (p < 0.001). In optic nerve cross sections, the number of capillaries did not differ significantly between animals with elevated IOP and controls. However, vessel calibre and area were significantly reduced (p < 0.001) in glaucomatous optic nerves. The calibre of the retinal vessels was significantly lowered – by 9.22% (p = 0.021).

Conclusion Retinal arterioles and optic nerve capillaries respond sensitively to abnormal pressure elevation in vivo, showing high and early vulnerability. The vascular responses may influence secondary neuronal responses, which culminate in the death of ganglion cells and blindness, as occurs in clinical glaucoma.

 
  • Literatur

  • 1 Jonas JB, Budde WM, Panda-Jonas S. Ophthalmoscopic evaluation of the optic nerve head. Surv Ophthalmol 1999; 43: 293-320
  • 2 Quigley HA. Number of people with glaucoma worldwide. Br J Ophthalmol 1996; 80: 389-393
  • 3 Weinreb RN, Khaw PT. Primary open-angle glaucoma. Lancet 2004; 363: 1711-1720
  • 4 Werner E. Progressive normal-tension glaucoma. I. Analysis. J Glaucoma 1996; 5: 422-426
  • 5 Collaborative Normal-Tension Glaucoma Study Group. The effectiveness of intraocular pressure reduction in the treatment of normal-tension glaucoma. Am J Ophthalmol 1998; 126: 498-505
  • 6 Resch H, Garhofer G, Fuchsjäger-Mayrl G. et al. Endothelial dysfunction in glaucoma. Acta Ophthalmol 2009; 87: 4-12
  • 7 Flammer J, Haefliger IO, Orgül S. et al. Vascular dysregulation: a principal risk factor for glaucomatous damage?. J Glaucoma 1999; 8: 212-219
  • 8 Gasser P, Flammer J. Blood-cell velocity in the nailfold capillaries of patients with normal-tension and high-tension glaucoma. Am J Ophthalmol 1991; 111: 585-588
  • 9 Findl O, Rainer G, Dallinger S. et al. Assessment of optic disk blood flow in patients with open-angle glaucoma. Am J Ophthalmol 2000; 130: 589-596
  • 10 Grunwald JE, Piltz J, Hariprasad SM. et al. Optic nerve and choroidal circulation in glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci 1998; 39: 2329-2336
  • 11 Su WW, Cheng ST, Hsu TS. et al. Abnormal flow-mediated vasodilation in normal-tension glaucoma using a noninvasive determination for peripheral endothelial dysfunction. Invest Ophthalmol Vis Sci 2006; 47: 3390-3394
  • 12 Guthauser U, Flammer J, Mahler F. The relationship between digital and ocular vasospasm. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 1988; 226: 224-226
  • 13 Cursiefen C, Wisse M, Cursiefen S. et al. Migraine and tension headache in high-pressure and normal-pressure glaucoma. Am J Ophthalmol 2000; 129: 102-104
  • 14 Sugiyama T, Moriya S, Oku H. et al. Association of endothelin-1 with normal tension glaucoma: clinical and fundamental studies. Surv Ophthalmol 1995; 39 (Suppl. 01) S49-S56
  • 15 Jonas JB, Martus P, Budde WM. et al. Morphologic predictive factors for development of optic disc hemorrhages in glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci 2002; 43: 2956-2961
  • 16 Xu H, Yu J, Kong X. et al. Macular microvasculature alterations in patients with primary open-angle glaucoma: A cross-sectional study. Medicine (Baltimore) 2016; 95: e4341
  • 17 Prokosch V, Schallenberg M, Thanos S. Crystallins are regulated biomarkers for monitoring topical therapy of glaucomatous optic neuropathy. PLoS One 2013; 8: e49730
  • 18 Sharp PE, Suckow MA, Lindley DM. et al. Intraocular pressure measurement in non-anesthetized rats by Tono-Pen II applanation tonometry. Contemp Top Lab Anim Sci 1994; 33: 56-57
  • 19 Anders F, Teister J, Liu A. et al. Intravitreal injection of β-crystallin B2 improves retinal ganglion cell survival in an experimental animal model of glaucoma. PLoS One 2017; 12: e0175451
  • 20 Liu H, Anders F, Thanos S. et al. Hydrogen sulfide protects retinal ganglion cells against glaucomatous injury in vitro and in vivo. Invest Ophthalmol Vis Sci 2017; 58: 5129-5141
  • 21 Moss HE, Treadwell G, Wanek J. et al. Retinal vessel diameter assessment in papilledema by semi-automated analysis of SLO images: feasibility and reliability. Invest Ophthalmol Vis Sci 2014; 55: 2049-2054
  • 22 Anders F, Teister J, Funke S. et al. Proteomic profiling reveals crucial retinal protein alterations in the early phase of an experimental glaucoma model. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2017; 255: 1395-1407
  • 23 Rader J, Feuer WJ, Anderson DR. Peripapillary vasoconstriction in the glaucomas and the anterior ischemic optic neuropathies. Am J Ophthalmol 1994; 117: 72-80
  • 24 Mitchell P, Leung H, Wang JJ. et al. Retinal vessel diameter and open-angle glaucoma: the Blue Mountains Eye Study. Ophthalmology 2005; 112: 245-250
  • 25 Rankin SJ, Walman BE, Buckley AR. et al. Color Doppler imaging and spectral analysis of the optic nerve vasculature in glaucoma. Am J Ophthalmol 1995; 119: 685-693
  • 26 Kawasaki R, Wang JJ, Rochtchina E. et al. Retinal vessel caliber is associated with the 10-year incidence of glaucoma: the Blue Mountains Eye Study. Ophthalmology 2013; 120: 84-90
  • 27 Moreno M, Ríos MC, Alba C. et al. Morphological and morphometric changes in rat optic nerve microvessels in a glaucoma experimental model. Arch Soc Esp Oftalmol 2014; 89: 471-476
  • 28 Kutcher ME, Kolyada AY, Surks HK. et al. Pericyte Rho GTPase mediates both pericyte contractile phenotype and capillary endothelial growth state. Am J Pathol 2007; 171: 693-701
  • 29 Murfee WL, Rehorn MR, Peirce SM. et al. Perivascular cells along venules upregulate NG2 expression during microvascular remodeling. Microcirculation 2006; 13: 261-273
  • 30 Ozerdem U, Monosov E, Stallcup WB. NG2 proteoglycan expression by pericytes in pathological microvasculature. Microvasc Res 2002; 63: 129-134
  • 31 Kur J, Newman EA, Chan-Ling T. Cellular and physiological mechanisms underlying blood flow regulation in the retina and choroid in health and disease. Prog Retin Eye Res 2012; 31: 377-406