Das Auge, nicht nur, "Spiegel der Seele": Die optische Kohärenztomographie ermöglicht eine Früherkennung neurodegenerativer Erkrankungen

Im letzten Monat stand das Computer Vision Syndrom und die photochemische Schädigung der Retina durch künstliches Licht im wissenschaftlichen Fokus.

Im letzten Monat stand das Computer Vision Syndrom und die photochemische Schädigung der Retina durch künstliches Licht im wissenschaftlichen Fokus.

Mit dem heutigen Beitrag wagen wir uns auf ein interdisziplinäres Terrain: Der Früherkennung des Morbus Alzheimer mittels optischer Kohärenztomographie (OCT). Schon seit drei Dekaden können morphologisch parallel auftretende Degeneration des Nervensystems und der Neuroretina bei neurodegenerativen Erkrankungen beobachtet werden. Durch die Einführung der optischen Kohärenztomographie in den klinischen Alltag der Ophthalmologin/des Ophthalmologen fielen Muster struktureller Abnormalitäten der Retina bei Patientinnen und Patienten mit neurodegenerativer Erkrankung auf. Dies veranlasste Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dazu der Sache auf den Grund zu gehen. Heute erfahren wir, an welchem Punkt wir bei der Früherkennung neurodegenerativer Erkrankungen mittels OCT stehen. Letzten Sommer wurde ein Review zu genau diesem Thema publiziert. Wie der Name schon sagt bietet uns der folgend zitierte wissenschaftliche Artikel einen ganz guten Überblick über den aktuellen Stand.1,2

Die zweieiigen Zwillinge: Neuroretina und das Gehirn

Neurodegenerative Erkrankungen sind assoziiert mit pathologischen retinalen Veränderungen. Dies verwundert nicht, wenn man sich die embryonale Entwicklung des Menschen anschaut. Entwicklungsgeschichtlich sind die optischen Vesikel Ausstülpungen der Wand des Prosencephalons. Das Gehirn und die Neuroretina legen viele molekulare und zelluläre Gemeinsamkeiten an den Tag. Sie enthalten neuronale Zellen, Gliazellen, eine Schranke zum Gefäßsystem und stehen über vaskuläre Strukturen miteinander in Verbindung. Da ist der Gedanke auch naheliegend, dass neurodegenerative pathologische Veränderungen sich an beiden Strukturen abzeichnen können und man sich dies in der Diagnostik zunutze machen kann.1,2

Die Retina: Das Fenster zum zentralen Nervensytem

Als ehemalige ,"Ausstülpung" des zentralen Nervensytems ist die Retina gewissermaßen unser Fenster in ein sonst vor äußeren Blicken geschütztes System. Durch die optische Kohärenztomographie können wir einen Blick auf das zentrale Nervensystem erhaschen. Die Nichtinvasivität dieser modernen Diagnostik ist einer ihrer großen Vorteile. Darüber hinaus überzeugt sie den Kliniker dadurch, dass sie schnell durchführbar und verhältnismäßig kostengünstig ist. Mit der OCT-Angiographie kann sogar die vaskuläre Situation beurteilt werden. Gefäßpathologien sind am Augenhintergrund sehr gut beurteilbar.1,2

Morbus Alzheimer: Was passiert hier auf molekularer Ebene?

Die pathologischen Veränderungen der Retina und des Gehirns sind vor allem beim Morbus Alzheimer, der am häufigsten vorkommenden neurodegenerativen Erkrankung, erkennbar. Die Beta-Amyloid-Plaques im Gehirn sind pathognomonisch. In der Retina von M. Alzheimer-Patientinnen und -Patienten finden sich parallel hierzu ganz besondere Abnormalitäten: In der optischen Kohärenztomographie sind eine Degeneration der Ganglienzellschicht, eine Verdünnung der Nervenfaserschicht sowie ein Verlust der axonalen Ausläufer in Richtung des Nervus opticus erkennbar. In nächster Nähe zu diesen neuronalen Degenerationen der Netzhaut konnten auch Beta-Amyloid-Plaques detektiert werden. Diese bahnbrechende Entdeckung wurde erst kürzlich gemacht. Innerhalb des Gehirns stellt eine Akkumulation des Beta-Amyloids einen frühen pathognomonischen Risikofaktor dar. Dieser kann bereits 20 Jahre vor dem Eintritt der Demenz nachgewiesen werden.

Auf welche Weise zeigt sich der Morbus Alzheimer am Auge?

Aus ophthalmologischer Sicht zeigen sich bei Patientinnen und Patienten mit Morbus Alzheimer eine ganze Reihe visueller Dysfunktionen. Eine Gesichtsfeldeinengung wird begleitet von einer reduzierten Kontrast- und Farbwahrnehmung. Eine Störung des zirkadianen Rhytmus fällt ebenfalls auf. Die Pathogenese des M. Alzheimer beinhaltet eine Akkumulation des Beta-Amyloids, gefolgt von einer Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins, aus denen die neurofibrillären Tangles geformt werden. Dadurch wird eine Kaskade weiterer sekundärer Prozesse Gang gesetzt. Es kommt zu Entzündungsprozessen, Veränderungen an vaskulären Strukturen, zur mitochondrialen Dysregulation, oxidativem Stress und zu einem ausgedehnten Verlust an Synapsen und Neuronen. Am Auge zeigt sich eine schwere Degeneration der Ganglienzellschicht und des Sehnervens. Auch eine Ausdünnung der Nervenfaserschicht ist zu beobachten. Das Alles kann mittels OCT erkannt und dokumentiert werden. Am Auge treten Beta-Amyloid-Plaques in Clustern auf und sind in der mittleren und äußeren Peripherie des oberen und unteren Quadranten anzutreffen.

Das Elektroretinogramm gibt frühe Hinweise auf den Morbus Alzheimer

Im Elektroretinogramm fallen Patientinnen und Patienten mit Morbus Alzheimer bereits bei einer milden kognitiven Beeinträchtigung durch abnorme Antworten auf. Auch diese ophthalmologische Untersuchungsmethode könnte sich zur Dokumentation der Krankheitsprogression eignen.1,2

Welche weiteren neurodegenerativen Erkrankungen könnten mittels OCT diagnostiziert werden?

Auch bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen sind krankheitsspezifische strukturelle Veränderungen der Retina erkennbar: Morbus Parkinson, Huntington-Krankheit und Multiple Sklerose. Beim Morbus Parkinson konnte erst kürzlich das Protein Alpha-Synuclein in der Retina nachgewiesen werden. Die optische Kohärenztomographie könnte in Zukunft auch bei diesen Erkrankungen eine nicht-invasive Methode zur Früherkennung und zum Monitoring darstellen. Eine kostengünstige, ubiquitär durchführbare und nicht-invasive Früherkennung dieser Krankheiten würde uns die Möglichkeit einer primären Prävention geben.1,2

Was macht die optische Kohärenztomographie so besonders in der Früherkennung neurodegenerativer Erkrankungen?

Die optische Kohärenztomographie ermöglicht es uns, hochauflösende, zweidimensionale sowie auch dreidimensionale Bilder okulärer Strukturen in Mikrometerauflösung zu erstellen. Neben ihrer Hauptrolle in der Augenheilkunde könnte sie bald auch eine nicht-invasive in vivo Methode der Früherkennung neurodegenerativer Veränderungen darstellen. Mit ihr konnten bereits unterschiedliche morphologische Parameter zur Unterscheidung zwischen ,"jung und alt" ermittelt werden. Mit der Weitfeld-Bildgebung ist es möglich, Aufnahmen der mittleren und äußeren Peripherie der Netzhaut von Patientinnen und Patienten mit Morbus Alzheimer zu machen. Dadurch können die in der Retina vorkommenden Plaques quantifiziert werden. Der Krankheitsverlauf kann auf diese Weise dokumentiert werden.1,2

Die morphologischen pathognomonischen Zeichen und strukturell-funktionelle Biomarker müssen noch genauer definiert werden, bevor die Diagnostik neurodegenerativer Erkrankungen mittels OCT Einzug in unseren klinischen Alltag nehmen kann. Ziel ist es mittels OCT eine nicht-invasive Früherkennung, eine Risikostratifizierung, eine Krankheitsprogression sowie Therapieeffekt zu ermöglichen. Nächstes Mal erfahren wir, ob eine HSV-1-Impfung genügend Schutz gegen eine HSV-1-Infektion des Auges bieten kann.3

Referenzen:

1Doustar J. et al. (2018). Optical Coherence Tomography in Alzheimer’s Disease and Other Neurodegenerative Diseases. Neurodegenerative Diseases. Front. Neurol. 8:701.

2Poroy C. et al. (2018). Optical Coherence Tomography: Is Really a New Biomarker for Alzheimer's Disease? Ann Indian Acad Neurol. 2018 Apr-Jun; 21(2): 119–125. 

3Royer D. J. et al. (2019). Vaccine-induced antibodies target sequestered viral antigens to prevent ocular HSV-1 pathogenesis, preserve vision, and preempt productive neuronal infection. Mucosal Immunol. 2019 May;12(3):827-839.

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