Hornhaut

Die Hornhaut ist der vordere Teil der äußeren Kapsel des Augapfels. Die Hornhaut ist das wichtigste Brechungsmedium im optischen System des Auges.

Die Hornhaut nimmt 1/6 der Fläche der äußeren Augenkapsel ein und hat die Form einer konvex-konkaven Linse. In der Mitte beträgt ihre Dicke 450–600 µm und an der Peripherie 650–750 µm. Aus diesem Grund ist der Krümmungsradius der Außenfläche größer als der Krümmungsradius der Innenfläche und beträgt durchschnittlich 7,7 mm. Der horizontale Durchmesser der Hornhaut (11 mm) ist geringfügig größer als der vertikale (10 mm). Der Limbus – eine durchscheinende Übergangslinie zwischen Hornhaut und Lederhaut – ist etwa 1 mm breit. Der innere Teil der Limbuszone ist durchsichtig. Diese Eigenschaft lässt die Hornhaut wie ein in einen undurchsichtigen Rahmen eingesetztes Uhrglas aussehen.

Im Alter von 10-12 Jahren erreichen Form, Größe und optische Leistung der Hornhaut die für einen Erwachsenen charakteristischen Parameter. Im Alter bildet sich manchmal entlang der Peripherie, konzentrisch zum Limbus, durch die Ablagerung von Salzen und Lipiden ein undurchsichtiger Ring – der sogenannte Altersbogen oder der sogenannte Arcus senilis.

In der dünnen Struktur der Hornhaut werden fünf Schichten unterschieden, die bestimmte Funktionen erfüllen. Im Querschnitt ist zu erkennen, dass 9/10 der Hornhautdicke von ihrer eigenen Substanz – dem Stroma – eingenommen werden. Vorne und hinten ist es mit elastischen Membranen bedeckt, auf denen sich das vordere bzw. hintere Epithel befindet.

Die Hornhaut hat einen durchschnittlichen Durchmesser von 11,5 mm (vertikal) und 12 mm (horizontal). Die Hornhaut besteht aus folgenden Schichten:

1. Das Epithel (geschichtet, schuppig und nicht verhornend) besteht aus: Einer Monoschicht basaler prismatischer Zellen, die durch Ioloulesmosomen mit der darunterliegenden Basalmembran verbunden sind.
   • Zwei bis drei Reihen verzweigter flügelförmiger Zellen.
   • Zwei Schichten oberflächlicher Plattenepithelzellen.
   • Die Oberfläche der äußeren Zellen wird durch Mikrofalten und Mikrovilli vergrößert, die die Adhäsion von Muzin erleichtern. Innerhalb weniger Tage werden die Oberflächenzellen abgestoßen. Aufgrund der extrem hohen Regenerationsfähigkeit des Epithels bilden sich darin keine Narben.
   • Epithelstammzellen, die sich vor allem am oberen und unteren Limbus befinden, sind für die Erhaltung des normalen Hornhautepithels unerlässlich. Dieser Bereich fungiert zudem als Barriere, um das Wachstum der Bindehaut auf der Hornhaut zu verhindern. Eine Funktionsstörung oder ein Mangel an Limbusstammzellen kann zu chronischen Epitheldefekten, Wachstum von Bindehautepithel auf der Hornhautoberfläche und Gefäßneubildung führen.
2. Die Bowman-Membran ist eine azelluläre Oberflächenschicht des Stromas, deren Beschädigung zur Narbenbildung führt.
3. Das Stroma nimmt etwa 90 % der gesamten Hornhautdicke ein und besteht hauptsächlich aus richtig ausgerichteten Kollagenfasern, deren Zwischenräume mit der Hauptsubstanz (Chondroitinsulfat und Keratansulfat) und modifizierten Fibroblasten (Keratozyten) ausgefüllt sind.
4. Die Descemet-Membran besteht aus einem Netzwerk feiner Kollagenfasern und umfasst eine vordere Verbindungszone, die sich im Mutterleib entwickelt, und eine hintere Nichtverbindungszone, die während des gesamten Lebens von einer Endothelschicht bedeckt ist.
5. Das Endothel besteht aus einer Monoschicht hexagonaler Zellen und spielt eine wichtige Rolle bei der Erhaltung des Zustands der Hornhaut und verhindert deren Schwellung unter dem Einfluss des Augeninnendrucks. Es besitzt jedoch keine Regenerationsfähigkeit. Mit zunehmendem Alter nimmt die Anzahl der Zellen allmählich ab; die verbleibenden, größer werdenden Zellen füllen den frei gewordenen Raum.

Die Hornhaut wird durch die Nervenenden des ersten Trigeminusastes reichlich innerviert. Man unterscheidet subepitheliale und stromale Nervengeflechte. Ein Hornhautödem ist die Ursache für Farbabweichungen und das Auftreten des Symptoms „Regenbogenkreise“.

Das nicht verhornende vordere Hornhautepithel besteht aus mehreren Zellreihen. Die innerste davon ist eine Schicht hoher prismatischer Basalzellen mit großen Kernen, die als germinative, also embryonale Zellen bezeichnet werden. Durch die schnelle Vermehrung dieser Zellen erneuert sich das Epithel und Defekte an der Hornhautoberfläche werden geschlossen. Die beiden äußeren Schichten des Epithels bestehen aus stark abgeflachten Zellen, bei denen sogar die Kerne parallel zur Oberfläche liegen und einen flachen Außenrand haben. Dies gewährleistet die ideale Glätte der Hornhaut. Zwischen den Integumentar- und Basalzellen befinden sich 2–3 Schichten vielverzweigter Zellen, die die gesamte Struktur des Epithels zusammenhalten. Die Tränenflüssigkeit verleiht der Hornhaut eine spiegelglatte Oberfläche und Glanz. Durch die Blinzelbewegungen der Augenlider vermischt es sich mit dem Sekret der Meibom-Drüsen und die entstehende Emulsion überzieht das Hornhautepithel mit einer dünnen Schicht in Form eines präkornealen Films, der die optische Oberfläche ausgleicht und vor dem Austrocknen schützt.

Das Hornhautepithel besitzt die Fähigkeit zur schnellen Regeneration und schützt die Hornhaut vor schädlichen Umwelteinflüssen (Staub, Wind, Temperaturschwankungen, schwebende und gasförmige Giftstoffe, thermische, chemische und mechanische Verletzungen). Ausgedehnte posttraumatische, nicht infizierte Erosionen in einer gesunden Hornhaut schließen sich innerhalb von 2-3 Tagen. Die Epithelisierung eines kleinen Zelldefekts kann sogar in den ersten Stunden nach dem Tod eines Leichenauges beobachtet werden, wenn das isolierte Auge in einen Thermostat gelegt wird.

Unter dem Epithel befindet sich eine dünne (8–10 µm), strukturlose Vordergrenzmembran – die sogenannte Bowman-Membran. Dies ist der hyalinisierte obere Teil des Stromas. An der Peripherie endet diese Membran und reicht nicht einmal 1 mm bis zum Limbus. Die starke Membran behält die Form der Hornhaut bei Stößen bei, ist jedoch nicht resistent gegen mikrobielle Toxine.

Die dickste Schicht der Hornhaut ist das Stroma. Es besteht aus feinsten Platten aus Kollagenfasern. Die Platten verlaufen parallel zueinander und zur Hornhautoberfläche, wobei die Kollagenfibrillen in jeder Platte eine andere Richtung haben. Diese Struktur verleiht der Hornhaut ihre Festigkeit. Jeder Augenchirurg weiß, dass ein Einstich in die Hornhaut mit einer nicht sehr scharfen Klinge schwierig bis unmöglich ist. Gleichzeitig können mit hoher Geschwindigkeit wegfliegende Fremdkörper die Hornhaut durchbohren. Zwischen den Hornhautplatten befindet sich ein System kommunizierender Schlitze, in denen sich Keratozyten (Hornhautkörperchen) befinden. Das sind vielverzweigte flache Zellen – Fibrozyten –, die ein dünnes Synzytium bilden. Fibrozyten sind an der Wundheilung beteiligt. Neben diesen fixen Zellen gibt es in der Hornhaut auch Wanderzellen – Leukozyten, deren Anzahl im Entzündungsherd schnell zunimmt. Die Hornhautplatten werden durch einen Klebstoff, der das schwefelhaltige Salz der Sulfohyaluronsäure enthält, miteinander verbunden. Der schleimige Zement hat den gleichen Brechungsindex wie die Fasern der Hornhautplatten. Dies ist ein wichtiger Faktor für die Transparenz der Hornhaut.

Von innen grenzt die elastische Hintergrenzplatte, die sogenannte Descemet-Membran, an das Stroma und enthält dünne Fibrillen einer kollagenähnlichen Substanz. In der Nähe des Limbus verdickt sich die Descemet-Membran und teilt sich dann in Fasern, die den Trabekelapparat des Kammerwinkels von innen bedecken. Die Descemet-Membran ist lose mit dem Hornhautstroma verbunden und bildet infolge eines starken Abfalls des Augeninnendrucks Falten. Beim Durchschneiden der Hornhaut zieht sich die Descemet-Membran zusammen und bewegt sich häufig von den Rändern des Einschnitts weg. Wenn diese Wundflächen ausgerichtet sind, berühren sich die Ränder der elastischen Hintergrenzplatte nicht, sodass sich die Wiederherstellung der Integrität der Descemet-Membran um mehrere Monate verzögert. Die Festigkeit der Hornhautnarbe als Ganzes hängt davon ab. Bei Verbrennungen und eitrigen Geschwüren wird die Hornhautsubstanz schnell zerstört, und nur die Descemet-Membran kann der Einwirkung chemischer und proteolytischer Mittel so lange standhalten. Wenn vor dem Hintergrund eines ulzerativen Defekts nur die Descemet-Membran verbleibt, ragt sie unter dem Einfluss des Augeninnendrucks in Form einer Blase nach vorne (Descemetozele).

Die innere Schicht der Hornhaut ist das sogenannte hintere Epithel (früher Endothel oder Descemet-Epithel genannt). Die innere Schicht der Hornhaut besteht aus einer einreihigen Schicht flacher, hexagonaler Zellen, die über zytoplasmatische Fortsätze mit der Basalmembran verbunden sind. Dünne Fortsätze ermöglichen es diesen Zellen, sich bei Veränderungen des Augeninnendrucks zu dehnen und zusammenzuziehen und an Ort und Stelle zu bleiben. Gleichzeitig verlieren die Zellkörper nicht den Kontakt zueinander. Am äußersten Rand bedeckt das hintere Epithel zusammen mit der Descemet-Membran die Korneoskleralbälkchen der Filterzone des Auges. Es wird angenommen, dass diese Zellen glialen Ursprungs sind. Sie tauschen sich nicht aus und werden daher als Langleber bezeichnet. Die Anzahl der Zellen nimmt mit dem Alter ab. Unter normalen Bedingungen können sich die Zellen des hinteren Hornhautepithels nicht vollständig regenerieren. Defekte werden durch den Verschluss benachbarter Zellen ersetzt, was zu deren Dehnung und Größenzunahme führt. Ein solcher Substitutionsprozess kann nicht endlos sein. Normalerweise besitzt eine Person im Alter von 40–60 Jahren 2200 bis 3200 Zellen pro 1 mm2 des hinteren Hornhautepithels. Sinkt ihre Zahl auf 500–700 pro 1 mm2, kann sich eine ödematöse Hornhautdystrophie entwickeln. In den letzten Jahren gab es Berichte, dass unter besonderen Bedingungen (Entwicklung intraokularer Tumoren, schwere Störungen der Gewebeernährung) eine echte Teilung einzelner Zellen des hinteren Hornhautepithels in der Peripherie festgestellt werden kann.

Die einschichtige Epithelschicht der hinteren Hornhaut fungiert als Doppelpumpe, die das Hornhautstroma mit organischen Substanzen versorgt und Stoffwechselprodukte abtransportiert. Sie zeichnet sich durch eine selektive Durchlässigkeit für verschiedene Inhaltsstoffe aus. Das hintere Epithel schützt die Hornhaut vor übermäßiger Sättigung mit Augenflüssigkeit.

Das Auftreten selbst kleiner Lücken zwischen den Zellen führt zu einem Hornhautödem und einer Verringerung der Transparenz. Viele Merkmale der Struktur und Physiologie hinterer Epithelzellen sind in den letzten Jahren durch das Aufkommen der Methode der Intravitalspiegelbiomikroskopie bekannt geworden.

Die Hornhaut besitzt keine Blutgefäße, daher sind die Stoffwechselprozesse in der Hornhaut sehr langsam. Stoffwechselprozesse entstehen durch die Feuchtigkeit der vorderen Augenkammer, die Tränenflüssigkeit und die kleinen Gefäße des perikornealen Schlingennetzwerks, das sich um die Hornhaut befindet. Dieses Netzwerk wird aus den Ästen der Bindehaut-, Ziliar- und Episkleralgefäße gebildet, sodass die Hornhaut auf entzündliche Prozesse in Bindehaut, Sklera, Iris und Ziliarkörper reagiert. Ein dünnes Netzwerk von Kapillargefäßen entlang des Limbusumfangs dringt nur 1 mm in die Hornhaut ein.

Obwohl die Hornhaut keine Gefäße besitzt, verfügt sie über eine reichliche Innervation, die durch trophische, sensorische und autonome Nervenfasern repräsentiert wird.

Stoffwechselvorgänge in der Hornhaut werden durch trophische Nerven reguliert, die vom Trigeminusnerv und vom Gesichtsnerv ausgehen.

Die hohe Empfindlichkeit der Hornhaut wird durch das System langer Ziliarnerven (vom ophthalmischen Ast des Trigeminusnervs) gewährleistet, die einen perilimbalen Nervenplexus um die Hornhaut bilden. Beim Eindringen in die Hornhaut verlieren sie ihre Myelinscheide und werden unsichtbar. Die Hornhaut besitzt drei Schichten von Nervenplexus – im Stroma, unter der Basalmembran und subepithelial. Näher an der Hornhautoberfläche werden die Nervenenden dünner und ihre Verflechtung dichter.

Jede Zelle des vorderen Hornhautepithels besitzt eine eigene Nervenendung. Dies erklärt die hohe Tastsensibilität der Hornhaut und den starken Schmerz bei Freilegung der empfindlichen Enden (Epithelerosion). Die hohe Sensibilität der Hornhaut liegt ihrer Schutzfunktion zugrunde: So löst bereits bei leichter Berührung der Hornhautoberfläche oder bei einem Windstoß ein unbedingter Hornhautreflex aus – die Augenlider schließen sich, der Augapfel dreht sich nach oben, wodurch die Hornhaut von der Gefahr wegbewegt wird, und Tränenflüssigkeit tritt aus, die Staubpartikel wegspült. Der afferente Teil des Hornhautreflexbogens wird vom Nervus trigeminus getragen, der efferente vom Nervus facialis. Der Verlust des Hornhautreflexes tritt bei schweren Hirnschäden (Schock, Koma) auf. Das Verschwinden des Hornhautreflexes ist ein Indikator für die Tiefe der Narkose. Bei manchen Läsionen der Hornhaut und der oberen Halswirbelsäule verschwindet der Reflex.

Die schnelle Reaktion der Gefäße des Randschleifennetzwerks auf eine Reizung der Hornhaut erfolgt mit Hilfe sympathischer und parasympathischer Nerven, die im perilimbalen Nervenplexus vorhanden sind. Sie sind in zwei Enden unterteilt, von denen eines zu den Gefäßwänden verläuft und das andere die Hornhaut durchdringt und das verzweigte Netzwerk des Trigeminusnervs berührt.

Normalerweise ist die Hornhaut transparent. Diese Eigenschaft ist auf ihre besondere Struktur und das Fehlen von Blutgefäßen zurückzuführen. Die konvex-konkave Form der transparenten Hornhaut verleiht ihr ihre optischen Eigenschaften. Die Brechkraft der Lichtstrahlen ist für jedes Auge individuell und liegt zwischen 37 und 48 Dioptrien, meist zwischen 42 und 43 Dioptrien. Die zentrale optische Zone der Hornhaut ist nahezu kugelförmig. Zur Peripherie hin flacht sich die Hornhaut in verschiedenen Meridianen ungleichmäßig ab.

Funktionen der Hornhaut:

• wie die äußere Kapsel des Auges aufgrund ihrer Stärke, hohen Empfindlichkeit und Fähigkeit zur schnellen Regeneration des vorderen Epithels eine unterstützende und schützende Funktion erfüllt;
• wie das optische Medium aufgrund seiner Transparenz und charakteristischen Form die Funktion der Lichtübertragung und -brechung erfüllt.

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