Das Wichtigste auf einen Blick
Die Endothelschicht ist die innerste Zellschicht der Hornhaut und fungiert als lebenswichtige Pumpe für klares Sehen. Diese nur eine Zelllage dicke Schicht reguliert den Wassergehalt der Hornhaut und sorgt für deren Transparenz. Besonders kritisch: Endothelzellen können sich nicht regenerieren. Bei Geburt besitzen wir etwa 3.000 bis 5.000 Zellen pro Quadratmillimeter, die im Laufe des Lebens kontinuierlich abnehmen. Erst bei einem Verlust von über 90 Prozent der Zellen drohen ernsthafte Sehprobleme. Moderne Diagnoseverfahren ermöglichen eine präzise Überwachung dieser wichtigen Zellschicht.
Was ist die Endothelschicht?
Die Endothelschicht der Hornhaut bildet die innerste und empfindlichste Schutzbarriere unseres Auges. Sie besteht aus einer einzigen Lage spezialisierter Zellen, die mosaikartig angeordnet sind und direkt an das Kammerwasser der vorderen Augenkammer grenzen. Diese Zellschicht ist trotz ihrer geringen Dicke von nur wenigen Mikrometern entscheidend für die Aufrechterhaltung der Hornhauttransparenz und damit für unser Sehvermögen.
Im Gegensatz zu anderen Gewebeschichten des Körpers besitzt das Hornhautendothel eine besondere Eigenschaft, die es sowohl wertvoll als auch verletzlich macht: Die Endothelzellen können sich nach der Geburt nicht mehr teilen oder neu bilden. Geht eine Endothelzelle verloren, wird sie nicht ersetzt, sondern die benachbarten Zellen vergrößern und verschieben sich, um die entstandene Lücke zu schließen.
Die medizinische Bezeichnung „Endothel“ leitet sich vom griechischen „endon“ (innen) und „thele“ (Warze oder Erhebung) ab und beschreibt treffend die Position dieser Zellschicht an der Innenseite der Hornhaut.
Aufbau und Lage im Auge
Die Hornhaut selbst besteht aus sechs verschiedenen Schichten, wobei die Endothelschicht die tiefste Position einnimmt. Von außen nach innen aufgebaut finden wir:
Das Epithel bildet die äußerste Schicht und steht in Kontakt mit der Tränenflüssigkeit. Darunter liegt die Bowman-Membran, gefolgt vom Stroma, das etwa 90 Prozent der Hornhautdicke ausmacht. Die Descemet-Membran fungiert als Basalmembran für die Endothelschicht und schützt diese vor mechanischen und chemischen Einflüssen.
Die Endothelzellen selbst weisen eine charakteristische Form auf. Sie sind flach, polygonal und idealerweise sechseckig (hexagonal) geformt. Diese gleichmäßige, wabenförmige Anordnung ist kein Zufall, sondern ermöglicht eine optimale Flächenabdeckung bei minimaler Zellzahl. Jede einzelne Zelle misst etwa 5 Mikrometer in der Dicke und 20 Mikrometer im Durchmesser.
An ihrer Oberfläche befinden sich feine Mikrovilli, die den Kontakt zum Kammerwasser herstellen. Die Verbindung zwischen den einzelnen Endothelzellen erfolgt durch sogenannte Tight Junctions, die zwar eine Barrierefunktion übernehmen, aber gleichzeitig durchlässig genug sind, um den Nährstofftransport aus dem Kammerwasser zu ermöglichen.
Funktion der Endothelzellen
Die Hauptaufgabe der Endothelzellen besteht in der aktiven Regulation des Wasserhaushalts der Hornhaut. Aus diesem Grund werden sie auch als „Pumpzellen“ bezeichnet. Diese Bezeichnung beschreibt präzise ihre lebensnotwendige Funktion für klares Sehen.
Die Hornhaut als Pumpensystem
Das Hornhautstroma, die mittlere und dickste Schicht der Hornhaut, besteht zu etwa 76 Prozent aus Wasser. Durch die Nähe zum wässrigen Kammerwasser besteht ständig die Tendenz, dass zusätzliches Wasser in die Hornhaut eindringt. Würde dieses Wasser nicht kontinuierlich abtransportiert werden, würde die Hornhaut aufquellen und ihre Transparenz verlieren.
Genau hier setzen die Endothelzellen an. Sie verfügen über spezielle Aquaporin-1-Kanäle und Ionenpumpen, die aktiv Wasser aus dem Hornhautstroma in das Kammerwasser zurückbefördern. Dieser Prozess findet unter Sauerstoffverbrauch statt und hält die Hornhaut in einem leicht dehydrierten Zustand, was ihre Klarheit gewährleistet.
Barrierefunktion und Nährstoffversorgung
Neben der Pumpfunktion übernimmt das Endothel eine wichtige Barrierefunktion. Die Tight Junctions zwischen den Zellen verhindern, dass größere Moleküle unkontrolliert aus dem Kammerwasser in die Hornhaut gelangen. Gleichzeitig ermöglichen sie den Transport wichtiger Nährstoffe wie Glukose und Aminosäuren, die die gefäßlose Hornhaut für ihren Stoffwechsel benötigt.
Dieser Balanceakt zwischen Abdichten und Durchlässigkeit ist entscheidend für die Gesundheit der gesamten Hornhaut. Eine funktionierende Endothelschicht sorgt dafür, dass die Hornhaut weder zu trocken noch zu feucht ist und alle notwendigen Nährstoffe erhält.
Endothelzellzahl im Lebensverlauf
Die Anzahl der Endothelzellen pro Quadratmillimeter ist ein wichtiger Indikator für die Gesundheit der Hornhaut und verändert sich charakteristisch im Laufe des Lebens.
Startkapital bei der Geburt
Bei der Geburt verfügt ein Mensch über etwa 3.000 bis 6.000 Endothelzellen pro Quadratmillimeter. Diese hohe Zelldichte stellt sicher, dass die Hornhaut auch bei natürlichem Zellverlust über Jahrzehnte hinweg ihre Funktion erfüllen kann. Verschiedene wissenschaftliche Studien zeigen leichte Variationen in den exakten Zahlen, wobei neuere Untersuchungen eine mittlere Zelldichte von etwa 2.957 Zellen pro Quadratmillimeter bei der Geburt ermittelt haben.
Altersbedingter Zellverlust
Die Endothelzelldichte nimmt nicht gleichmäßig über die gesamte Lebensspanne ab. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass der Zellverlust in zwei Phasen verläuft. In den ersten drei Lebensdekaden, also bis etwa zum 35. Lebensjahr, nimmt die Zelldichte deutlich und kontinuierlich ab. Der jährliche Verlust liegt in dieser Phase bei etwa 7,6 Zellen pro Quadratmillimeter.
Im Alter von etwa 20 Jahren hat sich die Endothelzelldichte bereits auf circa 2.500 Zellen pro Quadratmillimeter reduziert. Nach dem 35. Lebensjahr verlangsamt sich der Zellverlust erheblich und beträgt im Durchschnitt nur noch etwa 0,6 Prozent pro Jahr.
Kompensationsmechanismen
Da die Endothelzellen sich nicht neu bilden können, hat die Natur zwei clevere Mechanismen entwickelt, um den Zellverlust zu kompensieren. Der erste Mechanismus wird als Polymegatismus bezeichnet und beschreibt die Vergrößerung der verbliebenen Zellen. Die zweiten Mechanismus, der Polymorphismus, bezieht sich auf die Veränderung der Zellform. Die idealerweise hexagonalen Zellen nehmen im Alter zunehmend unterschiedliche Formen an, um Lücken optimal zu schließen.
Diese beiden Anpassungsmechanismen ermöglichen es, dass die Hornhaut auch bei reduzierter Zellzahl ihre Funktion aufrechterhalten kann. Allerdings nimmt die Reservekapazität mit zunehmendem Alter ab.
Die kritische Grenze
Bis zu einer Endothelzelldichte von etwa 400 bis 700 Zellen pro Quadratmillimeter kann die Pumpfunktion des Endothels noch aufrechterhalten werden. Erst wenn weniger als 500 Zellen pro Quadratmillimeter vorhanden sind, droht ein Hornhautödem. In diesem Zustand sammelt sich Wasser in der Hornhaut an, sie schwillt auf, verliert ihre Transparenz und das Sehvermögen verschlechtert sich erheblich. Häufig treten zusätzlich starke Schmerzen auf.
Experten gehen davon aus, dass eine Endothelzelldichte von mindestens 2.000 Zellen pro Quadratmillimeter ausreichend ist, um die Hornhautfunktion für etwa 20 Jahre zu gewährleisten.
Wie werden Endothelzellen untersucht?
Die Untersuchung der Endothelschicht erfolgt mit hochspezialisierten Geräten, die eine präzise Beurteilung der Zellzahl, Form und Verteilung ermöglichen.
Endothelmikroskopie (Spiegelmikroskopie)
Das Standardverfahren zur Untersuchung der Endothelzellen ist die Endothelmikroskopie, auch als Spiegelmikroskopie bekannt. Bei dieser Methode wird ein Lichtstrahl in einem bestimmten Winkel auf die Hornhaut projiziert. Ein Teil des Lichts wird an der Grenzfläche zwischen Endothel und Kammerwasser reflektiert, ähnlich wie bei einem Spiegel. Diese Reflexion wird vom Mikroskop erfasst und stark vergrößert dargestellt.
Die Untersuchung ist vollkommen schmerzfrei, berührungslos und dauert nur wenige Sekunden. Der Patient muss lediglich mit weit geöffneten Augen einen Fixationspunkt anschauen, während Kinn und Stirn abgestützt werden. Eine Pupillenerweiterung ist nicht erforderlich, sodass das Sehvermögen nach der Untersuchung nicht beeinträchtigt ist.
Computergestützte Auswertung
Moderne Endothelmikroskope erstellen hochauflösende digitale Aufnahmen der Endothelschicht. Spezielle Software analysiert diese Bilder und ermittelt automatisch wichtige Parameter wie die Endothelzelldichte, die durchschnittliche Zellgröße, den Polymorphismus und den Anteil hexagonaler Zellen.
Forschungseinrichtungen arbeiten zunehmend mit künstlicher Intelligenz zur Bildauswertung. Studien zeigen, dass selbstlernende Software-Systeme die Endothelzellen in Sekundenschnelle auswerten können, wofür ein Mensch mehrere Minuten benötigen würde. Die Genauigkeit dieser KI-Systeme entspricht dabei der manuellen Auswertung durch erfahrene Augenärzte.
Wann ist eine Endothelzellmessung sinnvoll?
Eine Untersuchung der Endothelschicht wird in folgenden Situationen empfohlen:
Vor geplanten Augenoperationen, insbesondere vor Katarakt-Operationen oder refraktiven Eingriffen, sollte die Endothelzelldichte bestimmt werden. Dies ermöglicht eine bessere Risikobewertung und Planung des operativen Vorgehens.
Bei langjährigem Tragen von Kontaktlinsen, besonders von luftundurchlässigen harten Kontaktlinsen, empfiehlt sich eine regelmäßige Kontrolle. Der Sauerstoffmangel unter den Linsen kann die Endothelzellen schädigen.
Nach Augenverletzungen oder -entzündungen sowie bei bekannten Hornhauterkrankungen dient die Endothelmikroskopie der Verlaufskontrolle.
Für Menschen über 50 Jahre oder bei familiärer Vorbelastung für Hornhauterkrankungen kann eine jährliche Kontrolluntersuchung sinnvoll sein.
Erkrankungen der Endothelschicht
Verschiedene Erkrankungen können die Endothelschicht schädigen und zu einer Beeinträchtigung der Hornhauttransparenz führen.
Fuchs-Endotheldystrophie
Die Fuchs-Endotheldystrophie ist eine der häufigsten Erkrankungen des Hornhautendothels. Bei dieser erblich bedingten Erkrankung sterben die Endothelzellen vorzeitig ab. Typischerweise beginnt die Erkrankung ab dem 40. Lebensjahr und betrifft Frauen häufiger als Männer.
Im Frühstadium verdickt sich die Descemet-Membran und es bilden sich kleine Ausstülpungen, sogenannte Guttae. Diese sind bei der Spaltlampenuntersuchung sichtbar. Mit fortschreitender Erkrankung nimmt die Endothelzelldichte ab, die Hornhaut quillt auf und trübt ein. Betroffene berichten zunächst über morgendliches Verschwommensehen, das im Tagesverlauf besser wird. Im fortgeschrittenen Stadium verschlechtert sich das Sehvermögen dauerhaft und es können schmerzhafte Hornhauterosionen auftreten.
Postoperative Endotheldekompensation
Nach Augenoperationen, insbesondere nach Katarakt-Operationen oder intraokularen Eingriffen, kann es zu einem verstärkten Verlust von Endothelzellen kommen. Mechanische Traumata während der Operation, längere Operationszeiten oder Komplikationen können die empfindlichen Endothelzellen schädigen.
Bei Patienten mit bereits reduzierter Endothelzelldichte vor der Operation kann dies zu einer akuten Dekompensation führen. Die Hornhaut trübt ein und das Sehvermögen verschlechtert sich. In solchen Fällen kann nur eine Hornhauttransplantation die Funktion wiederherstellen.
Weitere Endothelschädigungen
Hornhautverletzungen, chronische Entzündungen, langfristiger Kontaktlinsenmissbrauch, bestimmte Medikamente und toxische Substanzen können die Endothelzellen ebenfalls schädigen. Auch nach intraokularen Eingriffen wie der Implantation phaker Intraokularlinsen zur Korrektur hoher Fehlsichtigkeiten muss die Endothelzelldichte regelmäßig kontrolliert werden.
Bedeutung für Augenoperationen
Die Gesundheit der Endothelschicht spielt eine zentrale Rolle bei der Planung und Durchführung von Augenoperationen.
Präoperative Diagnostik
Vor jeder geplanten Augenoperation sollte eine Endothelmikroskopie durchgeführt werden. Studien zeigen, dass bei etwa 6 Prozent der Patienten mit spaltlampenmikroskopisch unauffällig erscheinender Hornhaut eine pathologisch verminderte Endothelzellzahl unter 1.800 Zellen pro Quadratmillimeter gefunden wird. Diese Patienten haben ein erhöhtes Risiko für eine postoperative Hornhautdekompensation.
Bei Patienten, die eine phake Intraokularlinse erhalten sollen, gelten strenge Kriterien. Die Endothelzelldichte muss über 2.500 Zellen pro Quadratmillimeter liegen. Nach der Implantation sind halbjährliche bis jährliche Kontrollen erforderlich. Nimmt die Zelldichte um mehr als 5 Prozent pro Jahr ab, kann eine Explantation der Linse notwendig werden.
Moderne Hornhauttransplantation
Bei schweren Endothelschädigungen ist eine Hornhauttransplantation oft die einzige Behandlungsoption. Die moderne Augenheilkunde ermöglicht heute selektive Transplantationsverfahren, bei denen nur die erkrankte Endothelschicht ersetzt wird.
Die DMEK (Descemet Membrane Endothelial Keratoplasty) und DSAEK (Descemet Stripping Automated Endothelial Keratoplasty) sind minimalinvasive Verfahren, bei denen nur die Descemet-Membran mit dem Endothel transplantiert wird. Der Vorteil gegenüber der kompletten Hornhauttransplantation liegt in der schnelleren Heilung, dem Verzicht auf Nähte und der geringeren Wahrscheinlichkeit für Hornhautverkrümmungen.
Spenderhornhäute und Qualitätskriterien
Für erfolgreiche Hornhauttransplantationen werden Spenderhornhäute mit ausreichender Endothelzelldichte benötigt. Als Minimum gilt eine Zelldichte von 2.000 Zellen pro Quadratmillimeter, die eine ausreichende Endothelkapazität für etwa 20 Jahre bereitstellen sollte.
Das Alter des Spenders spielt dabei eine untergeordnete Rolle. Wichtiger sind die Endothelzellqualität, die Morphologie und das Fehlen von Narben. Interessanterweise werden für die DMEK-Technik bevorzugt ältere Spender zwischen 65 und 80 Jahren verwendet, da deren Hornhäute aufgrund physiologischer Eigenschaften bessere Präparationseigenschaften aufweisen.
Häufig gestellte Fragen
Kann man die Endothelzellen sehen? Nein, die Endothelzellen sind mit bloßem Auge nicht sichtbar. Selbst bei der Untersuchung mit einer normalen Spaltlampe können einzelne Endothelzellen nicht dargestellt werden. Nur mit einem speziellen Endothelmikroskop, das mit hoher Vergrößerung und einer speziellen Beleuchtungstechnik arbeitet, können die Zellen sichtbar gemacht werden.
Können sich Endothelzellen regenerieren? Nein, die Endothelzellen des erwachsenen Menschen können sich nicht teilen oder neu bilden. Dies ist eine der besonderen Eigenschaften dieser Zellschicht. Während viele andere Gewebe des Körpers Regenerationsfähigkeit besitzen, ist diese beim Hornhautendothel nach der Geburt nicht mehr vorhanden.
Ab welcher Endothelzellzahl wird es gefährlich? Die kritische Grenze liegt bei etwa 500 Zellen pro Quadratmillimeter. Unterhalb dieses Werts kann die Pumpfunktion nicht mehr aufrechterhalten werden und es droht ein Hornhautödem mit Sehverschlechterung und Schmerzen. Zwischen 500 und 1.000 Zellen besteht bereits ein erhöhtes Risiko.
Können Kontaktlinsen die Endothelzellen schädigen? Ja, insbesondere luftundurchlässige Kontaktlinsen oder langjähriges übermäßiges Tragen von Kontaktlinsen kann zu einer Schädigung der Endothelzellen führen. Der Sauerstoffmangel unter den Linsen beeinträchtigt den Stoffwechsel der Hornhaut. Regelmäßige Kontrolluntersuchungen sind bei langjährigen Kontaktlinsenträgern daher wichtig.
Wie oft sollte eine Endothelmessung durchgeführt werden? Bei gesunden Augen ohne Risikofaktoren ist eine Baseline-Messung im mittleren Lebensalter sinnvoll. Bei Kontaktlinsenträgern, vor geplanten Augenoperationen oder bei bekannten Hornhauterkrankungen sollte die Messung jährlich erfolgen. Nach Augenoperationen oder bei progressiven Erkrankungen können engmaschigere Kontrollen notwendig sein.
Fazit
Die Endothelschicht der Hornhaut ist eine faszinierende und lebenswichtige Struktur für unser Sehvermögen. Obwohl sie nur aus einer einzigen Zelllage besteht und mit bloßem Auge unsichtbar ist, erfüllt sie unverzichtbare Funktionen für die Hornhauttransparenz. Die fehlende Regenerationsfähigkeit der Endothelzellen macht diese Schicht besonders wertvoll und verletzlich.
Moderne Untersuchungsverfahren ermöglichen heute eine präzise Beurteilung der Endothelzellgesundheit. Die frühzeitige Erkennung von Veränderungen kann schwerwiegende Sehprobleme verhindern und die optimale Planung von Augenoperationen ermöglichen. Bei fortgeschrittenen Endothelschäden stehen heute minimalinvasive Transplantationsverfahren zur Verfügung, die gezielt nur die geschädigte Schicht ersetzen.
Ein bewusster Umgang mit den Augen, regelmäßige Vorsorgeuntersuchungen und die Vermeidung von Risikofaktoren können dazu beitragen, die Gesundheit der Endothelschicht langfristig zu erhalten.
Medizinische Prüfung: Dieser Artikel wurde auf Basis aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse und fachärztlicher Expertise erstellt.
Quellen: Die Inhalte basieren auf aktuellen Veröffentlichungen in Fachzeitschriften für Ophthalmologie, Leitlinien der augenärztlichen Fachgesellschaften sowie Daten aus klinischen Studien zur Hornhautendothel-Forschung.