Neue Aspekte in der Behandlung der rhegmatogenen proliferativen Vitreoretinopathie

Zusammenfassung

In den letzten zwanzig Jahren wurde durch die Entwicklung der Vitrektomie im geschlossenen System die Möglichkeit geschaffen, die rhegmatogen bedingte proliferative Retinopathie erfolgreich zu behandeln. Die Proliferation von Pigmentepithelzellen, Gliazellen und Fibroblasten, sowie die Einwanderung von Makrophagen sind vor allem in der Frühphase der PVR von entscheidender Bedeutung. Da nach der Erstoperation in bis zu 60% der Augen Reproliferationen auftreten und die Netzhaut neuerlich abheben, müssen in vielen Fällen Reoperationen durchgeführt werden. Es wurde daher nach einem Therapiekonzept gesucht, das die postoperative Reproliferation verhindert und damit die Prognose dieser Augen verbessert. Zahlreiche Antiproliferativa wurden getestet. Obwohl sie sich im Tierversuch als wirksam erwiesen, konnten sie am Menschen auf Grund ihrer Nachteile wie zu rasche Resorption, Retinatoxizität, systemische Nebenwirkungen oder schwierige Applikation größtenteils nicht angewendet werden. Lediglich Daunomycin und Steroide wurden im klinischen Versuch untersucht, es konnten aber keine deutlichen Erfolge nachgewiesen werden. Ein neues Therapiekonzept stellt die fraktionierte Strahlentherapie mit dem Teilchenbeschleuniger dar, das durch die einfache Applikationsart und die längere Therapiedauer interessante Vorteile aufweist.

Der erste Teil dieser Studie dient der detaillierten Erforschung der Wirkung der fraktionierten Strahlentherapie bei experimenteller PVR und deren Effektivität bei klinischer Anwendung. Um die Therapiebreite dieser Behandlung zu erfassen, wurden im ersten Versuch 30 Kaninchenaugen 250000 homologen Fibroblasten implantiert, um eine proliferative Retinopathie mit Netzhautabhebung zu erzielen. 15 Augen wurden ab dem ersten postoperativen Tag mit einer fraktionierten Strahlentherapie von 2000 cGy Gesamtdosis über einen Zeitraum von 3 Wochen behandelt. Nach 8 Wochen wiesen 93% der Kontrollaugen eine Netzhautabhebung auf, während dies in nur 35% der behandelten Gruppe zu beobachten war. Die Augen wiesen histologisch keinen strahlenbedingten Schaden auf.

Im zweiten Versuch wurde bei 22 Augen eine fraktionierte Strahlentherapie mit 3000 cGy Gesamtdosis unmittelbar vor der Implantation von 250 000 Fibroblasten durchgeführt. Damit sollte überprüft werden, ob der antiproliferative Effekt dieser Behandlung auch nach dem Therapieende anhält. Nach 8 Wochen zeigten 59% der bestrahlten Augen und 75% der Kontrollaugen eine Netzhautabhebung. Die Ausbildung von intravitrealen Proliferationen erschien zwar durch die Bestrahlung vermindert und zeitlich verzögert, der Unterschied in der Netzhautabhebungsrate war aber statistisch nicht signifikant. Es konnte kein strahlenbedingter Schaden an der Netzhaut festgestellt werden.

Zum dritten Versuch wurde ein Perforationsmodell herangezogen, das durch andere Faktoren wie Gewebetrauma, Blut und Vitreusinkarzeration eine Netzhautabhebung hervorruft. 20 Kaninchenaugen wurden postoperativ einer fraktionierten Strahlentherapie von 3000 cGy Gesamtdosis unterzogen, 18 Augen dienten als Kontrolle. Nach 8 Wochen konnte in 55% der behandelten Augen und in 72% der Kontrollaugen eine Netzhautabhebung beobachtet werden. Die bestrahlte Gruppe zeigte während der Versuchsdauer eine geringere und verzögerte Tendenz zur Ausbildung von Membranen.

In den klinischen Versuch wurden 60 Augen mit einer PVR D 1 — D 3 einbezogen. Nach extensiver vitreoretinaler Chirurgie wurde bei 30 Augen eine fraktionierte Strahlentherapie mit 3000 cGy Gesamtdosis appliziert. Nach einem Beobachtungszeitraum von 6 bis 36 Monaten war in 50% der bestrahlten Gruppe und in 56% der Kontrollgruppe die Netzhaut anliegend. In der Kontrollgruppe traten 100% der Reproliferationen innerhalb der ersten 6 Monate auf. Auffällig war, daß in der bestrahlten Gruppe 4 Augen (13%) eine Spätproliferation nach 7, 8, 12 und 14 Monaten aufwiesen. Die fraktionierte Strahlentherapie kann daher bei klinischer PVR das Auftreten von Reproliferationen in einigen Fällen zwar verzögern aber nicht verhindern.

Ein weiteres Problem in der Behandlung der PVR stellen die bisher verwendeten und unbedingt erforderlichen Glaskörperersatzmittel dar, da sie einerseits eine zu kurze Verweildauer haben und andererseits, bei Verwendung von nicht resorbierbaren Materialen, beträchtliche Nebenwirkungen zeigen.

Im zweiten Teil dieser Studie wurde daher die Verwendung von Perfluorokarbonen (PFCL), im speziellen von hochgereinigten Perfluorodekalin (PFD) und Perfluorooctylbromid (PFOB), die sich in der Zellkultur als nicht toxisch erwiesen, als langfristige Glaskörpertamponade tierexperimentell untersucht. Da in ersten Studien anderer Autoren bei der Verwendung Perfluorooktan und Perfluorotributylamin eine Netzhautschädigung nachgewiesen wurde, die durch Verunreinigungen in den Substanzen verursacht sein könnte, wurden in dieser Versuchsreihe auch nicht speziell gereinigte Varianten untersucht und den hochpurifizierten Substanzen gegenüber gestellt. Nach einer mechanischen Vitrektomie wurde der Glaskörper in 15 Kaninchenaugen mit hochgereinigtem PFD, in 13 Augen mit hochgereinigtem PFOB, in 19 Augen mit nicht speziell gereinigtem PFD und in 13 Augen mit nicht speziell gereinigtem PFOB substituiert. In 5 Kontrollaugen wurde am Ende der Operation die Ringerlösung als Glaskörperersatzmittel belassen.

In den Augen mit hochgereinigtem PFCL konnten histologisch bereits nach zwei Wochen geringe Netzhautschäden festgestellt werden. Nach vier Wochen waren auch deutliche klinische Veränderungen wie enge Gefäße und Mikroaneurysmabildungen zu sehen. Nach acht Wochen war die Netzhaut in allen Schichten extrem verdünnt und partiell atrophiert. In den ersten beiden Wochen wies das hochgereinigte PFD eine gering bessere Verträglichkeit als das hochgereinigte PFOB auf.

Die Augen mit nicht speziell gereinigtem PFCL zeigten in den ersten Wochen Entzündungsreaktionen in allen Augenabschnitten. Nach zwei Wochen waren deutliche histologische Veränderungen zu sehen. In der dritten und vierten Woche entwickelten drei Viertel der Augen eine Netzhautabhebung, die als Zeichen der starken Retinatoxizität dieser Substanzen zu werten ist.

Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe zeigen, daß hochgereinigtes PFD und PFOB, obwohl in Zellkulturen untoxisch, als permanenter Glaskörperersatz nicht verwendet werden kann. Die gefundenen Veränderungen geben im Vergleich mit der Literatur Grund zur Annahme, daß es sich hierbei um größtenteils druckbedingte Schädigungen handelt. Das Auftreten von zusätzlichen chemisch-toxischen Reaktionen im reduzierten Ausmaß ist ebenso in Betracht zu ziehen. Chemische Verunreinigungen und geringe Instabilität der Substanzen führen zu einer weiteren Reduktion der intraokularen Verträglichkeit. Anhand dieser Untersuchungsergebnisse kann hochgereinigtes PFD und PFOB auch nicht für eine kürzerfristige Glaskörpertamponade für ein bis zwei Wochen in klinischen Gebrauch empfohlen werden.

Summary

Over the last twenty years the surgical approach to and the prognosis of proliferative vitreoretinopathy has been improved by the development of vitrectomy techniques. Detailed observations and examinations have led to further knowledge about the pathogenesis of this disease.

PVR is characterized by the proliferation of pigmentepithelial cells, glial cells, and fibroblasts and the invasion of macrophages on the pre and subretinal surface. Reproliferation after vitreoretinal surgery is the cause of retinal redetachment in up to 60% of the cases. Therefore additional therapy to accompany the surgery has been the goal of recent research. Various antiproliferative drugs have been tested. Although very effective in suppressing experimental PVR, most of these therapies were not used on human eyes because of disadvantages such as too rapid absorption, retinal toxicity or difficult application. Only daunomycin and steroids were investigated clinically but up to now they failed to prove their efficacy. We therefore searched for a treatment with fewer side effects, easy application and prolonged therapeutic action and deduced that fractionized radiation therapy with high energy electrons would meet these requirements. In a previous study this therapy had proved to be very effective in suppressing experimental PVR.

In the first part of this study we investigated the therapeutic range of fractionized radiation therapy with high energy electrons in various experimental proliferative models. In the first series we implanted 250,000 fibroblasts into the vitreous cavity of 30 rabbit’s eyes thus creating experimental PVR. We chose this model to make an accurate comparison possible, since it was already used for testing the antiproliferative drugs mentioned above. On 15 eyes postoperative treatment with fractionized radiation therapy with high energy electrons with a total dosage of 2000 cGy was started on the first postoperative day. Ten single fractions were applied over a period of three weeks. This dosage was selected to investigate if a lower dosage, as used in the previous study, would also prove to be effective and thus find the optimum dose for clinical use.

After an observation period of eight weeks, 93% of the control eyes and 35% of the irradiated eyes showed retinal detachment. We found no damage due to the radiation treatment.

The second series was conducted to examine the duration of the antiproliferative effect of fractionized radiation therapy by implanting the fibroblasts after the treatment with a total dosage of 3000 cGy. 15 eyes were radiated and 4 eyes served as controls. Eight weeks after the implantation 59% of the irradiated eyes and 75% of the controls had developed a retinal detachment. The onset of intraocular proliferation seemed to be delayed and reduced, however, the difference between the groups was not significant. No damage caused by radiation treatment was observed.

For the third series we used a standard perforating injury model in order to create experimental PVR by other factors such as vitreous incarceration, tissue damage and blood. On 20 eyes fractionized radiation therapy with 3000 cGy was applied after surgery, another 18 eyes received no antiproliferative treatment postoperatively. At the end of the eight week observation period we found in 55% of the irradiated eyes and 72% of the untreated eyes a retinal detachment. We also observed a tendency for delayed and reduced proliferation in the eyes with radiation therapy.

The clinical investigation was performed in a prospective randomized study, in which 60 consecutive cases of retinal detachment PVR D1-D3 were included. With the closed envelop technique we chose 30 eyes for postoperative fractionized radiation treatment with a total dosage of 3000 cGy. After an observation period of 6 to 36 months, 50% of the radiated group and 56% of the control group showed completely attached retinas. We observed no anatomical or functional damage caused by radiation therapy. All reproliferations occurred in the control group within the first six months, whereas in the radiated group late reproliferation in 13% of the cases was found after 7, 8, 12 and 14 months. Fractionized radiation therapy with high energy electrons can delay reproliferation in some cases, but PVR disease is not stopped by this therapy.

Another problem in the treatment of proliferative vitreoretinopathy is the vitreous replacement. The disadvantages of the substitutes used such as too rapid absorption of resorbable substances and glaucoma and keratopathy in cases with silicone oil tamponade gave us cause to search for better alternatives.

We therefore studied the intraocular effect of various perfluorocarbon liquids when used as a longterm vitreous replacement. Highly purified perfluorodecalin (PFD) and highly purified perfluorooctylbromide (PFOB) which have been proved non toxic in cell cultures were used. These substances have almost the same physical properties but differ in their chemical stability, which gave us the opportunity to examine the effect of reduced chemical stability on the rabbit’s eye. Since perfluorooctane and perfluorotributylamine caused retinal damage, which were considered to be due to chemical impurities, we also investigated the intraocular effect of not specially purified PFD and PFOB. A mechanical vitrectomy was performed in 60 rabbit’s eyes, 15 rabbit’s eyes received highly purified PFD, 13 eyes received highly purified PFOB, 19 eyes received not specially purified PFD and 13 eyes received not specially purified PFOB as a vitreous substitute. In 5 eyes, which served as controls the vitreous was replaced by Ringer solution.

In the eyes with highly purified substances, retinal damage was observed after a two week exposure. After four weeks of intravitreal tamponade distinct clinical signs of alterations, such as narrowing of retinal vessels and microaneurysms were noticed. At the end of the observation period, after eight weeks, all layers of the retina were thinned or showed localized areas of complete atrophy. Highly purified PFD was slightly better tolerated than PFOB during the first two weeks.

Not specially purified substances caused severe fibrin reactions in the first postoperative weeks. After two weeks membrane formations had occurred in two thirds of the eyes and pronounced retinal lesions were found histologically. During the third and fourth weeks 75% of the eyes developed retinal detachment as an expression of the retinal toxocity of these substances.

The results of this study clearly demonstrate that highly purified PFD and PFOB although non toxic in cell culture, should not be used as a long-term vitreous replacement. The lesions observed seemed mainly to be caused by the gravity of the substances when compared to the literature. Additional chemical toxic reactions of minor intensity do have to be taken into account. Chemical impurities and instability reduce intraocular tolerance further. These observations indicate that highly purified PFD and PFOB cannot be recommended even as short-term vitreous replacement for clinical used.