Universitätsklinikum Ulm
Klinik für Neurologie
Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. Albert C. Ludolph
Retinale Beteiligung bei amyotropher Lateralsklerose:
eine Studie mittels Optischer Kohärenztomographie
und Diffusionstensor-Bildgebung
Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin der Medizinischen Fakultät der
Universität Ulm
vorgelegt von
Kathrin Böhm
geboren in Kulmbach
Amtierender Dekan: Prof. Dr. rer. nat. Thomas Wirth
1. Berichterstatter: Prof. Dr. med. Elmar Pinkhardt
2. Berichterstatter: Prof. Dr. med. Carlos Schönfeldt-Lecuona
Tag der Promotion: 14.02.2019
Inhaltsverzeichnis
I
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis……………………………………………………………………………I
Abkürzungsverzeichnis……………………………………………………………………..II
1 Einleitung ....................................................................................................................... 1
1.1 Theoretische Grundlagen der amyotrophen Lateralsklerose .................................. 1
1.2 ALS – eine Multisystemerkrankung ....................................................................... 6
1.3 Theoretische Grundlagen zum Aufbau der Retina ............................................... 10
1.4 Fragestellung ......................................................................................................... 12
2 Material und Methoden ................................................................................................ 13
2.1 Probanden ............................................................................................................. 13
2.2 Methoden .............................................................................................................. 15
3 Ergebnisse .................................................................................................................... 27
3.1 Analyse der Retinaschichten ................................................................................. 27
3.2 Einfluss der klinischen Daten auf die Retinaschichtdicke .................................... 39
3.3 Analyse der DTI- und OCT-Daten ....................................................................... 44
4 Diskussion .................................................................................................................... 47
4.1 Retinaschichtdicke ................................................................................................ 47
4.2 Zusammenhang zwischen Retinaschichtdicke und klinischen Daten ................... 53
4.3 Vergleich mit anderen OCT Studien..................................................................... 58
4.4 Korrelation OCT und DTI .................................................................................... 62
4.5 Beurteilung der gesamten Arbeit .......................................................................... 64
5 Zusammenfassung ........................................................................................................ 67
6 Literaturverzeichnis ...................................................................................................... 69
Anhang ................................................................................................................................ 81
Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... 81
Tabellenverzeichnis ......................................................................................................... 82
Danksagung ..................................................................................................................... 83
Inhaltsverzeichnis
II
Lebenslauf ........................................................................................................................ 84
Abkürzungsverzeichnis
III
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzung Erläuterung
ALS Amyotrophe Lateralsklerose
ALSFRS ALS Functional Rating Scale
ALSFRS-R ALS Functional Rating Scale - revised ART Automatic real time
CST Kortikospinaler Trakt
DTI Diffusion Tensor Imaging
EMG Elektromyographie
FA Fraktionelle Anisotropie
fALS Familiäre ALS FDR False-dixcovery-rate
FTD Frontotemporale Demenz GABA Gamma-Aminobuttersäure
GCL Ganglion cell layer HEYEX Heidelberg Eye Explorer
INL Inner nuclear layer
IPL Inner plexiform layer
MN Motoneuron
MNI Montreal Neurological Institute
MRS Magnetresonanzspektroskopie
MRT Magnetresonanztomographie
NIV Nicht invasive Beatmung OCT Optische Kohärenztomographie
OD Oculus dexter
ONL Outer nuclear layer
OPL Outer plexiform layer
OS Oculus sinister
PBP Progressive Bulbärparalyse
PEG Perkutane endoskopische Gastrostomie
PLS Primäre Lateralsklerose
PMA Progressive Muskelatrophie
PR Photorezeptoren pTDP-43 Phosphorylated 43kDa TAR DNA-binding protein
RNFL Retinal nerve fiber layer
ROI Regio of interest
sALS Sporadische ALS
SEP Sensibel evoziertes Potential
SOCIA Semi-automatic Optic Coherence Image Analysis
TIFT Tensor imaging and fiber tracking
VEP Visuell evoziertes Potential
Einleitung
1
1 Einleitung
1.1 Theoretische Grundlagen der amyotrophen Lateralsklerose
1.1.1 Definition
Die amyotrophe Lateralsklerose gehört zur Gruppe der neurodegenerativen Erkrankungen
(Brooks 1996). Ende des 19. Jahrhunderts wurde die Krankheit durch den französischen
Neurologen Jean-Martin Charcot erstmals beschrieben und als amyotrophe Lateralsklerose
benannt (Charcot, Joffreoy 1869). Auch heute ist sie noch unter seinem Namen als „Char-
cot-Erkrankung“ vor allem in Frankreich bekannt (Walling 1999). Die ALS betrifft sowohl
das 1. Motoneuron, d.h. es kommt zu einer Degeneration der Pyramidenzellen im motori-
schen Kortex, als auch das 2. Motoneuron, d.h. es kommt zum Untergang der alpha-
Motoneuronen im Vorderhorn des Rückenmarks. Des Weiteren sind auch die alpha-
Motoneuronen im unteren Hirnstamm betroffen (Kiernan, Vucic et al. 2011). Die daraus
resultierende Symptomatik wird in Kapitel 1.1.4 besprochen.
1.1.2 Epidemiologie
Die Inzidenz der sporadischen Form der ALS (sALS) beträgt ja nach Quelle zwischen 1,5-
2,7 pro 100000 Einwohner pro Jahr in Europa und Nordamerika mit einer konstanten Ver-
teilung über die Länder hinweg. Die Prävalenz liegt bei 0,3/100000 und ist weltweit unge-
fähr konstant (Worms 2001, Logroscino, Traynor et al. 2010). Eine Ausnahme bilden die
Regionen des westlichen Pazifiks, denn dort ist die Prävalenz 50-100-fach höher. Als Ur-
sache hierfür werden Umweltfaktoren angeführt (Steele, McGeer 2008). Zur Geschlechter-
verteilung bei sALS findet man unterschiedliche Angaben. Einerseits beträgt das Verhält-
nis Mann zu Frau 1,5:1 (Logroscino, Traynor et al. 2010), andererseits wird eine ausgegli-
chene Geschlechterverteilung angegeben (Worms 2001, Zoccolella, Beghi et al. 2008). Das
Haupterkrankungsalter der sporadischen Form der ALS liegt zwischen 50-70 Jahren, wo-
bei das mittlere Erkrankungsalter bei 64 Jahren liegt. Bei nur 5% der Patienten tritt die
Erkrankung vor dem 30. Lebensjahr auf (Gouveia, de Carvalho 2007, Logroscino, Traynor
et al. 2010). Nach Symptombeginn beträgt die Überlebenszeit zwischen 2-5 Jahren, in
Ausnahmefällen leben Patienten auch länger als 10 Jahre. Die Mortalitätsrate liegt in den
ersten 3 Jahren bei 50% und in den ersten 6 Jahren bei 90% (Chio, Logroscino et al. 2009,
Rowland, Shneider 2001).
Einleitung
2
Bei der familiären Form der ALS (fALS) liegt der Erkrankungsgipfel bei ca. 46 Jahren
(Caroscio, Mulvihill et al. 1987). Das Geschlechterverhältnis ist ungefähr gleich. Jedoch ist
die Überlebenszeit der Patienten kürzer als bei der sALS (Wijesekera, Leigh 2009).
1.1.3 Ätiologie und Pathogenese
Die amyotrophe Lateralsklerose lässt sich in eine familiäre Form (10%) und eine sporadi-
sche Form (90%) unterteilen, die sich klinisch gleich präsentieren. Die fALS wird durch
verschiedene Mutationen hervorgerufen. Die am häufigsten betroffenen Gene sind
C9orf72, SOD1, TDP-43, FUS, TARDPB, OPTN und TBK1 (Kiernan, Vucic et al. 2011,
Renton, Chio et al. 2014). Am häufigsten, nämlich bei 20% der Fälle mit fALS und bei 5%
mit sALS, findet man eine SOD-1 Mutation auf Chromosom 21q. Hierbei handelt es sich
um eine „gain of function“ Mutation, die dazu führt, dass das mutierte Enzym selbst to-
xisch für Motoneurone ist. Der genaue Pathomechanismus muss noch vollständig geklärt
werden (Bosco, Morfini et al. 2010). Auch bei der sALS ist die genaue Pathogenese der
Erkrankung bis heute noch nicht vollständig erforscht. Man geht von einer multifaktoriel-
len Genese aus, bei der sowohl genetische als auch Umweltfaktoren eine Rolle spielen.
1.1.4 Klinik
Die klinische Symptomatik ist auf eine Schädigung des 1. und 2. Motoneurons zurückzu-
führen. Erst bei einer Degeneration von 30-50% der Neurone werden von den Patienten
erste Symptome bemerkt (Brooks 1996). Man unterscheidet eine spinale und eine bulbäre
Form der Erkrankung, abhängig davon, mit welchen Symptomen sich die Erkrankung ma-
nifestiert. Die Erkrankung manifestiert sich überwiegend mit der spinalen Verlaufsform.
Die Symptomatik beginnt normalerweise asymmetrisch. Die Patienten bemerken anfangs
häufig Faszikulationen und Krämpfe, vor allem im Bereich der Wanden- und Handmusku-
latur. Des Weiteren können die Patienten eine Muskelschwäche, eine Einschränkung der
Feinmotorik und eine Gangunsicherheit mit Sturzneigung aufweisen. Im Krankheitsverlauf
entwickeln die meisten Patienten auch typisch bulbäre Symptome. Bei nur 25% der ALS
Patienten steht zu Beginn der Erkrankung die bulbäre Symptomatik im Vordergrund. Es
kommt zu Beschwerden der Sprech-, Schluck-, Gesichts- oder Atemmuskulatur, die so-
wohl zu Malnutrition als auch zu respiratorischer Insuffizienz führen kann. Als Folgen
einer chronisch respiratorischen Insuffizienz sind Schlafstörungen, morgendliche Kopf-
schmerzen, Tagesmüdigkeit, Konzentrationsprobleme und Atemwegsinfekte zu nennen.
Einleitung
3
Die spinale Symptomatik tritt entweder gleichzeitig oder wie in den meisten Fällen 1-2
Jahre nach Krankheitsbeginn auf (Logroscino, Traynor et al. 2010, Kiernan, Vucic et al.
2011). Unabhängig von der Verlaufsform schreitet der Krankheitsprozess unaufhaltsam
voran, jedoch variiert der individuelle Verlauf sehr stark. In den allermeisten Fällen endet
die Erkrankung tödlich durch respiratorisches Versagen aufgrund pulmonaler Komplikati-
onen (Wijesekera, Leigh 2009). Bei Patienten, die durch ein Tracheostoma am Leben er-
halten werden, kommt es zur Lähmung aller Muskeln. Diesen Zustand bezeichnet man als
„totally locked in state“ (Hayashi, Kato 1989). Die klinische Symptomatik lässt sich durch
die Degeneration von Motoneuronen im primär motorischen Kortex, im kortikospinalen
und kortikobulbären Trakt und in den Vorderhörnern des Rückenmarks erklären (Krivickas
2003). Zentrale Paresen (erhöhter Muskeltonus), Spastik, gesteigerte Muskeleigenreflexe
und Pyramidenbahnzeichen (positiver Babinskireflex) sind Zeichen der Degeneration des
ersten Motoneurons im Motorkortex. Schlaffe Paresen, Faszikulationen und Muskelkrämp-
fe werden durch die Degeneration des zweiten Motoneurons, das sich im Vorderhorn des
Rückenmarks befindet, verursacht. Dysarthrie, Dysphagie, Dysphonie, Zungenfibrillatio-
nen/-atrophie/-paresen werden durch die Degeneration basaler motorischer Hinnervenen-
kerne (IX-XII) verursacht, die im Zusammenhang mit einer schlechteren Prognose stehen,
wenn sie zu Krankheitsbeginn im Vordergrund stehen (Chio, Logroscino et al. 2009).
Pseudobulbärsymptomatik wie pathologisches Lachen und Weinen wird durch Affektion
des Tractus kortikobulbaris verursacht (Wijesekera, Leigh 2009). Des Weiteren kann es im
Verlauf der Erkrankung noch zum Auftreten extra-motorischer Symptome kommen. Auf
diese wird ausführlich unter 1.2 eingegangen. Inwieweit die Patienten aufgrund ihrer Kli-
nik in ihrer Funktionsfähigkeit eingeschränkt sind kann man anhand des ALSFRS ein-
schätzen und diesen im Verlauf der Erkrankung nutzen, um die Progression zu dokumen-
tieren. Der Fragebogen besteht aus zehn verschieden Fragen, die sich auf bulbäre Sympto-
me, die Fein- und Grobmotorik sowie die Atmung beziehen. Die Fragen werden mit Null
bis vier Punkten bewertet. Null Punkte bedeutet, dass der Patient diese Funktionsfähigkeit
verloren hat, bei vier Punkten liegt eine normale Funktion vor. Bei der revidierten Version,
dem sogenannten ALSFRS-R kamen noch zwei zusätzliche Fragen in Bezug auf die At-
mung hinzu. Hier kann man eine maximale Punktzahl von 48 erreichen (Cedarbaum JM,
Stambler N et al. 1999).
Einleitung
4
1.1.5 Diagnosestellung
Die Diagnose amyotrophe Lateralsklerose begründet sich hauptsächlich auf der Anamnese
und der klinisch-neurologischen Untersuchung. Weitere mögliche Untersuchungen wie
Elektromyographie/-neurographie, Bildgebung, Muskelbiopsie und Labor-/ Liquordiagnos-
tik dienen hauptsächlich dazu Differentialdiagnosen auszuschließen (Hardiman, van den
Berg et al. 2011). Das EMG dient auch dazu, die diagnostische Sensitivität zu erhöhen,
denn man kann eine Beteiligung des 2. Motoneurons in klinisch betroffenen bzw. in kli-
nisch noch nicht betroffenen Regionen bestätigen. Durch bildgebende Verfahren kann man
auch eine Beteiligung des gesamten Gehirns und Rückenmarks darstellen. Genauere An-
gaben dazu findet man unter 1.2. Jedoch werden diese Verfahren noch nicht im klinischen
Alltag zur Routinediagnostik eingesetzt. Die World Federation of Neurology Research
Group on Motor Neuron Diseases hat 1994 die El Escorial Diagnosekriterien aufgestellt,
die bis heute immer wieder überarbeitet wurden. Eine Degeneration des zweiten Motoneu-
rons muss durch klinische, elektrophysiologische oder neuropathologische Untersuchungen
nachgewiesen werden. Außerdem muss durch die klinische Untersuchung eine Degenrati-
on des ersten Motoneurons erkennbar sein. Des Weiteren müssen sich die Symptome in-
nerhalb der Körperregion bzw. auf andere Regionen ausbreiten. Es dürfen außerdem keine
elektrophysiologischen, labordiagnostischen oder bildgebenden Befunde vorliegen, die
eine Degeneration des ersten bzw. des zweiten Motoneurons aufgrund einer anderen Ursa-
che erklären würden. Anhand der El Escorial Kriterien kann man die ALS in vier Katego-
rien, nämlich „sichere ALS“ (Zeichen 1.MN und Zeichen 2. MN in 3 verschiedenen Kör-
perregionen), „wahrscheinlich ALS“ (Zeichen 1. MN und Zeichen 2. MN in 2 Regionen),
„wahrscheinlich laborgestützte ALS“ (Zeichen 1. MN und Zeichen 2. MN in 1 Region +
Zeichen im EMG) und „mögliche ALS“ (Zeichen 1. MN und Zeichen 2. MN in 1 Region)
einteilen. Diese Klassifikation ist primär für internationale Studien wichtig, um eine Ver-
gleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, jedoch spielt sie im klinischen Alltag eine
untergeordnete Rolle (Brooks 1994, Brooks, Miller et al. 2000). Durch die Einführung der
Awaji-Kriterien wurden die El Escorial Kriterien nochmals vereinfacht, dadurch die diag-
nostische Sensitivität erhöht und eine frühzeitigere Diagnosestellung ermöglicht. Es wer-
den klinische Veränderungen mit Zeichen der Denervierung im EMG gleichgesetzt. Au-
ßerdem werden Faszikulationspotentiale gleichwertig wie positive Wellen und Fibrillati-
onspotentiale im EMG als Zeichen der Denervierung angesehen. Daraus resultiert, dass die
Diagnose „wahrscheinlich laborgestützte ALS“ überflüssig ist (de Carvalho, Dengler et al.
2008, Costa J, Swash M et al. 2012). Die El Escorial Kriterien wurden 2015 nochmals ver-
Einleitung
5
einfacht, um diese für den klinischen Alltag besser nutzen zu können. Hierzu muss für die
Diagnose ALS eine Klinik des 1. und 2. Motoneurons vorliegen. Als Alternative zur Kli-
nik, die durch Schädigung des 2. Motoneurons verursacht wird, kann man auch elektro-
physiologische Schädigungszeichen auf zwei Etagen nachweisen (Ludolph, Drory et al.
2015). Zur Bestätigung der Erkrankung und Überwachung der Progression wird in gewis-
sen Abständen die klinisch-neurologische Untersuchung wiederholt.
1.1.6 Therapie
Die Therapie der ALS ist äußerst komplex und erfordert eine multidisziplinäre Versor-
gung. Trotzdem gibt es bis heute keine Chance auf Heilung. Auf der einen Seite gibt es die
Möglichkeit der neuroprotektiven Therapie, die den Krankheitsverlauf verzögert, auf der
anderen Seite die symptomatisch-palliative Therapie, mit dem Ziel der Verbesserung der
Lebensqualität und dem Erhalt der Autonomie des Patienten. Das derzeit einzige zugelas-
sene neuroprotektive Medikament auf dem Markt ist der Glutamatantagonist Riluzol. Die-
ses Medikament interferiert mit NMDA Rezeptoren, stabilisiert Na-Kanäle, verhindert die
präsynaptische Glutamatfreisetzung und steigert die extrazelluläre Glutamataufnahme. Je
nach Studie verlängert Riluzol die Überlebenszeit zwischen 2-4 Monate (Lacomblez,
Bensimon et al. 1996, Miller, Mitchell et al. 2012). Wichtige Punkte der symptomatischen
Therapie sind eine dauerhafte Physiotherapie, Ergotherapie und Logopädie. Auch weitere
krankheitsassoziierte Symptome, wie Schmerzen, Krämpfe, Spastik, erhöhter Speichel-
fluss, Depressivität, Angst und Atemnot sollten frühzeitig einer symptomatisch, medika-
mentösen Therapie unterzogen werden. Des Weiteren ist es wichtig den Patienten frühzei-
tig über die Möglichkeit einer nichtinvasiven Beatmung (NIV) und einer perkutanen endo-
skopischen Gastrostomie (PEG) aufzuklären (Phukan, Hardiman 2009). Die frühzeitige
Information der Möglichkeit einer nicht invasiven Beatmung ist äußerst wichtig, da viele
Patienten schon zum Zeitpunkt der Diagnosestellung unter einer respiratorischen Insuffizi-
enz leiden. Dies zeigt sich dadurch, dass die Patienten schlecht schlafen, häufig an Tages-
müdigkeit und Konzentrationsschwäche leiden (Lyall, Donaldson et al. 2001). Durch eine
NIV wird eine Verbesserung oben genannter Symptome, eine Verbesserung der Lebens-
qualität und eine Verlängerung der Lebenserwartung erreicht (Piepers, van den Berg et al.
2006). Da viele Patienten unter Dysphagie leiden, wodurch die Gefahr der Aspiration er-
höht und der progrediente Gewichtsverlust verstärkt wird, muss die Nahrungskonsistenz,
die Häufigkeit der Mahlzeiten und die Kalorienmenge dem Krankheitszustand angepasst
Einleitung
6
werden. Des Weiteren sollte bei einem Gewichtsverlust über 10% eine zusätzliche parente-
rale Ernährung in Erwägung gezogen werden (Leigh, Abrahams et al. 2003).
1.1.7 Prognose
Eine schlechtere Prognose ist bei einem Erkrankungsalter über 65 Jahre, bei weiblichen
Patienten und bei einem bulbären Krankheitsbeginn zu erwarten (Chio, Logroscino et al.
2009). Ein kurzes Intervall zwischen Symptombeginn und Diagnose, Malnutrition, forcier-
te Vitalkapazität < 50%, exekutive Dysfunktion und frontotemporale Demenz sind negati-
ve Prognosefaktoren (Visser, van den Berg-Vos et al. 2007). Des Weiteren ist ein niedriges
kardiovaskuläres Risikoprofil (Sutedja, van der Schouw et al. 2011) und eine schnelle Ab-
nahme des ALSFRS ungünstig zu bewerten (Traynor, Zhang et al. 2004). Günstige Prog-
nosefaktoren sind ein Alter unter 50 Jahren bei Krankheitsbeginn und ein langes Intervall
zwischen Symptombeginn und Diagnosestellung (Hardiman, van den Berg et al. 2011). Ein
spinaler Beginn, v.a. an den unteren Extremitäten, eine optimale pharmakologische Thera-
pie, die Anlage einer PEG, die Nutzung einer NIV, psychologisches Wohlergehen und die
Betreuung in einem interdisziplinären Zentrum wirken sich positiv auf den Krankheitsver-
lauf aus (Chio, Logroscino et al. 2009, Van den Berg, Kalmijn et al. 2005).
1.2 ALS – eine Multisystemerkrankung
Über viele Jahre hinweg wurde die Meinung vertreten, dass die amyotrophe Lateralsklero-
se ausschließlich die Motoneuronen betrifft. Heute wird die ALS als eine Multisystemer-
krankung betrachtet, bei der neben klassisch motorischen auch extra-motorische Bereiche
involviert sind. Diese Beteiligung des gesamten Nervensystems und die klinisch offen-
sichtliche schrittweise progrediente Ausbreitung der Erkrankung konnte sowohl in vivo
mittels verschiedener bildgebender Verfahren als auch auf histologischer Ebenen nachge-
wiesen werden. Als Modell für die Ausbreitung auf histologischer Ebene dient die Arbeit
von Braak et al. 2013 (Braak, Brettschneider et al. 2013). In diese Studie wurden nur Pati-
enten mit einer genetischen Form der ALS, nämlich einer TDP-43 Pathologie, eingeschlos-
sen. Jedoch sollte dies die Grundlage weiterer Forschungen sein, dass diese regelhafte
Ausbreitung auch bei sporadischen Formen der ALS möglicherweise zutrifft. Kassubek et
al. konnte die histopathologischen Stadien von Braak analog in vivo durch DTI darstellen
(Kassubek, Muller et al. 2014).
Einleitung
7
Die Arbeitsgruppe von Braak et al. (Braak, Brettschneider et al. 2013) konnte erstmalig
eine sequentielle Beteiligung des gesamten Gehirns auf histopathologischer Ebene zeigen.
Es wurden krankheitsspezifische Ablagerungen des Proteins pTDP-43, das hauptsächlich
im Zytoplasma von Neuronen lokalisiert ist, gefunden. Die kontinuierliche Ausbreitung
von pTDP-43, die sich an neuronalen Netzwerkstrukturen orientiert, wurde in vier ver-
schiedene Stadien eingeteilt. Der genau zelluläre Mechanismus ist jedoch noch nicht voll-
ständig geklärt. Die primäre Ablagerung von pTDP-43 Einschlüssen fand man in neokorti-
kalen Pyramidenzellen, die sich hauptsächlich im agranulären Motorkortex (Brodman Area
4 und 6) befinden. Über kortikofugalen axonalen Transport gelangt pTDP-43 in die spina-
len α-Motoneurone im ventralen Horn des Rückenmarks und zu den bulbären somatomoto-
rischen Kernen der Hirnnerven V, VII, X, XI, XII. Aufgrund der typischen klinischen
Symptomatik kann man Ablagerungen in diesen Bereichen klinisch nachvollziehen. Diese
Form der Ausbreitung von pTDP-43 entspricht Stadium 1 in der Klassifikation von Braak.
Im Stadium 2 schreitet die Ausbreitung nach frontal voran mit Beteiligung des Gyrus fron-
talis medialis. DesWeiteren kommt es zur Affektion der Formatio reticularis und der präze-
rebellären Kerne, denn diese erhalten direkten Input aus dem Neokortex. Durch die Projek-
tion vom Kortex über Nucleus ruber zur inferioren Olive findet man auch hier pTDP-43
Einschlüsse. Diese Bereiche sind mitunter an der Steuerung der Willkürmotorik und Koor-
dination von Bewegungen beteiligt. Im Stadium 3 finden sich pTDP-43 Ablagerungen im
gesamten präfrontalen agranulären Kortex (Gyrus rectus und Gyrus orbitales). Durch kor-
tikofugale Verbindungen zum Gyrus postcentralis findet man pTDP-43 Einschlüsse in den
sensorischen Arealen des Parietal.-, Temporal.- und Occipitallappens. Des Weiteren sind
im Stadium 3 die Basalganglien, der Nucleus caudatus und das Putamen betroffen. Jedoch
finden sich trotz dieser Beteiligung keine typischen Symptome wie Bradykinese oder pos-
turale Instabilität bei ALS Patienten. Auch findet man pTDP-43 Einschlüsse im Thalamus.
Im Stadium 4 breiten sich die pTDP-43 Ablagerungen über den temporalen Neokortex zur
entorhinalen Region und zum Hippocampus (Gyrus dentatus und Ammonshorn) aus
(Braak, Brettschneider et al. 2013).
Die Arbeitsgruppe von Kassubek et al (Kassubek, Muller et al. 2014) zeigte, dass sich die
histopathologischen Stadien von Braak analog in vivo durch DTI darstellen lassen. Im Sta-
dium 1 kommt es zu einer Beteiligung der Pyramidenbahn, im Stadium 2 zusätzlich zu
einer Affektion der kortikorubralen und kortikopontinen Fasern, im Stadium 3 zur Invol-
vierung der kortikostriatalen Fasern und im Stadium 4 ist auch der Tractus perforans be-
troffen. Im Stadium 1 bis 3 fand man signifikante Unterschiede zwischen Patienten und
Einleitung
8
Kontrollen, jedoch waren diese Unterschiede umso niedriger, je höher das Stadium war. Im
Stadium 4 waren keine signifikanten Unterschiede nachweisbar. Somit kann man dieses
bildgebende Verfahren nutzen, um Patienten in verschiedene Stadien einzuteilen und die
Krankheitsprogression in vivo zu verfolgen (Kassubek, Muller et al. 2014).
Auch weitere Studien, die die diffusionsgewichtete Bildgebung als Untersuchungsmethode
nutzten, zeigten, dass die Beteiligung der weißen Substanz nicht nur auf den CST be-
schränkt ist. Man fand unter anderem erniedrigte FA-Werte im Frontallappen, im Corpus
callosum, im Parietallappen, im Temporallappen, im Hippocampus, innerhalb der Inselre-
gion, im Kleinhirn und im Thalamus (Sage, Van Hecke et al. 2009, Keil, Prell et al. 2012,
Agosta, Pagani et al. 2007, Thivard, Pradat et al. 2007). Auch mit strukturellen MRT-
Untersuchungen konnte eine Beteiligung des gesamten Gehirns gezeigt werden. Eine kor-
tikale Atrophie konnte unter anderem innerhalb des Frontallappens, des Temporallappens,
des Hippocampus, des parietalen Kortex, der Inselregion, des Occipitallappens und im Ce-
rebellum gezeigt werden (Abdulla, Machts et al. 2014, Agosta, Valsasina et al. 2012, Thi-
vard, Pradat et al. 2007).
Da es sich bei der amyotrophen Lateralsklerose um eine Multisystemerkrankung handelt,
werden im Folgendem noch weitere extra-motorische Bereiche aufgeführt, die möglicher-
weise bei ALS betroffen sind.
Bei ALS Patienten kann eine Einschränkung kognitiver Funktionen vorliegen. Bei 15%
liegt eine FTD vor, bei über 1/3 der Patienten nur eine kognitive Beeinträchtigung, was
wiederum mit einer ungünstigeren Prognose vergesellschaftet ist (Elamin, Phukan et al.
2011, Phukan, Elamin et al. 2012). Die Beteiligung der präfrontalen Hirnareale wurde auch
durch pTDP-43 Einschlüsse gezeigt (Braak, Brettschneider et al. 2013). Des Weiteren fin-
den sich diskrete Unterschiede im Verhalten, der Emotionsverarbeitung, der Entschei-
dungsfindung und im Sozialverhalten (Meier, Charleston et al. 2010, Lule, Burkhardt et al.
2015).
Eine Beteiligung der Sensibilität kann auch bei ALS Patienten vorliegen. Man konnte his-
topathologisch in diesen Arealen des Gehirns pTDP-43 Einschlüsse nachweisen (Braak,
Brettschneider et al. 2013). Auch findet man ALS-Patienten, die über Dysästhesien,
Hypästhesien, Parästhesien und neuropathische Schmerzen berichten. Elektrophysiologi-
sche Untersuchungen, wie veränderte sensibel evozierte Potentiale (SEP) und pathologi-
sche Untersuchungen weisen auf einen Verlust sensibler Axone hin (Hammad, Silva et al.
2007, Weis, Katona et al. 2011). Pathologische SEPs und eine Schädigung aufsteigender
sensibler Fasern im Rückenmark mittels DTI fand man auch bei ALS Patienten, die kli-
Einleitung
9
nisch nicht über sensible Defizite klagten. Hierdurch wurde gezeigt, dass strukturelle Ver-
änderungen vor klinischen Defiziten auftreten (Iglesias, Sangari et al. 2015).
Mehrere Arbeiten zeigten, dass das autonome Nervensystem bei ALS Patienten mit betrof-
fen ist. Beispielsweise konnte eine Beeinflussung der Herzfrequenz aufgrund einer Affek-
tion des parasympathischen Nervensystems gezeigt werden (Merico, Cavinato 2011). Des
Weiteren kann bei ALS Patienten eine Dysfunktion der Blase und des Darmes vorliegen
(Baltadzhieva, Gurevich et al. 2005, Nubling, Mie et al. 2014).
Eine Beteiligung des visuellen Systems wurde in vielen Arbeiten gezeigt, jedoch gibt es
auch einige Studien, die dies widerlegten. Man findet einige Studien zum Thema okulomo-
torische Funktionsstörungen. Hierbei wurden unter anderem die Ophthalmoplegie, Augen-
folgebewegungen, Sakkaden, Nystagmus und das Bell Phänomen untersucht. In diesen
Arbeiten fanden sich Veränderungen der Okulomotorik (Burrell, Carpenter et al. 2013,
Donaghy, Thurtell et al. 2011, Proudfoot, Menke et al. 2015, Sharma, Hicks et al. 2011).
Somit lassen sich videookulographische Untersuchungen dafür nutzen, um eine Beteili-
gung des extramotorischen Systems im Gehirn darzustellen. Die okulomotorischen Defizi-
te sind vor allem auf Pathologien im Hirnstamm, die übergeordnete kortikale Regionen
beeinflussen, zurückzuführen (Sparks 2002). In der Arbeitsgruppe von Gorges et al. konnte
ein Zusammenhang zu den neuropathologischen Stadien von Braak gezeigt werden. (Gor-
ges, Muller et al. 2015). Mit Hilfe der optischen Kohärenztomographie (OCT) konnten die
überwiegenden Anzahl an Arbeiten eine Veränderung innerhalb der Retina nachweisen
(Ringelstein M, Albrecht P et al. 2014, Rosen D., Boeke A. et al. 2016., Volpe, Simonett et
al. 2015). Jedoch konnten diese Ergebnisse in anderen Studien nicht bestätigt werden
(Roth, Saidha et al. 2013, Cameron J., Pal S. et al. 2016). Bei der histopathologischen Be-
trachtung der Retina konnten innerhalb der inneren Körnerschicht zytoplasmatische Ein-
schlüsse in den Bipolarzellen nachgewiesen werden und eine Degeneration der Axone die-
ser Zellen (Fawzi A, Simonet J et al. 2014, Volpe, Simonett et al. 2015). Braak et al. konn-
te das visuelle System jedoch keinem der vier Stadien zuordnen (Braak, Brettschneider et
al. 2013). Eine Beteiligung des visuellen Systems konnte auch mithilfe der funktionellen
Magnetresonanztomographie gezeigt werden. Nach visueller Stimulation zeigte sich eine
verminderte Antwort innerhalb visueller Areale. Dies könnte möglicherweise auf
Demyelinisierung afferenter Nervenfasern zurückzuführen sein (Lule, Diekmann et al.
2010). Schon Ende des 20. Jahrhunderts wurde von Munte et al. erstmal der Hinweis auf
eine Beteiligung der vorderen Sehbahn geliefert. Die Arbeitsgruppe beschrieb reduzierte
visuell evozierte Potentiale (VEP) bei ALS Patienten (Munte, Troger et al. 1998). Mit ver-
Einleitung
10
schiedenen Tests wurde auch überprüft, ob eine subklinische Einschränkung des Sehver-
mögens besteht. Widersprüchliche Ergebnisse zeigten sich bei Testung der Sehschärfe,
einmal wies man eine signifikante Abnahme der Sehschärfe gegenüber Kontrollpersonen
nach, konnte dies jedoch nicht nochmal bestätigen (Moss, McCluskey et al. 2012, Moss,
Samelson et al. 2016). Des Weiteren wurden Tests zum Farbsehen und zur Kontrastemp-
findlichkeit durchgeführt. Hier zeigten sich keine signifikanten Unterschiede (Volpe, Si-
monett et al. 2015).
1.3 Theoretische Grundlagen zum Aufbau der Retina
Die Retina ist entwicklungsgeschichtlich ein Teil des Gehirns. Die sogenannten Augen-
bläschen, die sich einstülpen und zum Augenbecher werden, differenzieren sich aus dem
Diencephalon. Das äußere Blatt stellt das Pigmentepithel und das innere Blatt die weiteren
neun Schichten der Netzhaut dar. Die innere Grenzmembran (Membrana limitans interna),
die von den Fortsätzen der Müller-Zellen gebildet wird, stellt die Abgrenzung zum Glas-
körper dar. Die Nervenfaserschicht (retinal nerve fiber layer, RNFL) besteht aus unmyeli-
nisierten Axonen der Ganglienzellen, die an der Papille zusammenlaufen und als Nervus
opticus die Retinaverlassen. Die Ganglienzellschicht (ganglion cell layer, GCL) enthält die
Zellkerne der Ganglienzellen, die das 3. Neuron darstellen und deren Transmitter Glutamat
ist. Man unterscheidet zwischen Parvo-Zellen und Magno-Zellen. Parvo-Zellen liegen in
der Fovea centralis und projizieren auf parvozelluläre Schichten im Corpus geniculatum
laterale, womit sie für die Verarbeitung chromatischer Reize verantwortlich sind. Die
Magno-Zellen projizieren auf die magnozellulären Schichten im Corpus geniculatum late-
rale und sprechen auf Kontrast und Bewegung an. Zum Teil liegen hier auch Perikarya der
amakrinen Zellen. Die innere plexiforme Schicht (inner plexiform layer, IPL) beherbergt
die Synapsen zwischen den Axonen des 2. Neurons, den Dendriten des 3. Neurons und
Fortsätzen der amakrinen Zellen. In unserer Arbeit werden die zwei zuletzt genannten
Schichten als Einheit, nämlich als GCL+IPL, betrachtet. Die innere Körnerschicht (inner
nuclear layer, INL) enthält die Zellkerne der bipolaren Zellen (2. Neuron), der amakrinen
Zellen, der Horizontalzellen und der Müller-Zellen. Die Interneurone (Amakrin- und Ho-
rizontalzellen) sind für die Modifikation der visuellen Information zuständig und üben v.a.
einen hemmenden Einfluss aus. Die horizontalen Zellen geben erregende (Glutamat) und
inhibitroische (GABA) Transmitter ab, wohingegen die amakrinen Zellen nur hemmende
Transmitter, wie GABA und Glycin abgeben. Die äußere plexiforme Schicht (outer ple-
Einleitung
11
xiform layer, OPL) stellt die Synapsen zwischen den Axonen des 1. und den Dendriten des
2. Neurons dar. Des Weiteren sind die nach lateral orientierten Fortsätze der Horizontalzel-
len ein wichtiger Bestandteil der OPL. Diese werden von den Photorezeptoren durch Glu-
tamat erregt und hemmen diese wieder retrograd durch GABA. Dadurch vermitteln die
Horizontalzellen eine laterale Hemmung und dienen somit zur Kontrastverstärkung. Die
äußere Körnerschicht (outer nuclear layer, ONL) enthält die Zellkerne der Stäbchen und
Zapfen (1. Neuron). Die Zellkerne werden durch die äußere Grenzmembran (Membrana
limitans externa), die durch die Müllerzellen gebildet wird, vom übrigen Teil der Photore-
zeptoren (PR) abgetrennt. In unserer Arbeit werden die ONL und die Photorezeptoren als
eine Schicht betrachtet (ONL+PR). Anschließend folgt noch das retinale Pigmentepithel
und die Bruch-Membran, die die Retina von der Choroidea abgrenzt. In unserer Studie
stellt das retinale Pigmentepithel die äußere Grenze der zu untersuchenden Schichten dar.
Die Gliazellen, auch Müller-Zellen genannt, durchziehen senkrecht alle Schichten der Re-
tina von der Membrana limitans interna bis zur externa. Sie stellen nach den Ganglienzel-
len die zweithäufigste Menge an Zellen innerhalb der Retina dar. Sie verankern die Netz-
haut und haben eine entscheidende Stütz- und Füllfunktion, v.a. im Ganglienzellverbund.
Sie sind an der Ionenverteilung beteiligt, modifizieren und recyceln Transmitter und spie-
len eine Rolle im Energiestoffwechsel und in der Ernährung der Retina. Des Weiteren die-
nen die Müller-Zellen als Lichtleiter, d.h. sie leiten das Licht zu den Photorezeptoren, um
eine Streuung möglichst zu vermeiden und somit eine Verbesserung der Kontrastwahr-
nehmung zu ermöglichen. Auch für die Phagozytose von Zellmaterial und für die Entfer-
nung von Stoffwechselprodukten sind die Gliazellen zuständig.
In unserer Arbeit betrachteten wir den perifovealen Bereich, indem wir mithilfe des OCT
eine Aufnahme anfertigten, die einen 6mm Querschnitt durch die Fovea darstellt. Die Ma-
kula liegt 3-4 mm temporal der Papille und hat einen Durchmesser von 3-5mm und ist we-
gen der hohen Zapfendichte für das Tagsehen, das Auflösungsvermögen und das Farbse-
hen verantwortlich. Den Ort des schärfsten Sehens auf der Retina stellt die Fovea centralis
dar. Ihr Durchmesser beträgt ungefähr 1,5 mm. Innerhalb dieses Bereiches befinden sich
nur Zapfen, die eins zu eins auf Bipolarzellen und kleine Ganglienzellen verschaltet wer-
den. Außerdem sind hier die Perikarya der bipolaren und Ganglienzellen größtenteils nach
lateral verlagert (Welsch 2014, Wassle 2004, Nag, Wadhwa 2012).
Einleitung
12
1.4 Fragestellung
Aufgrund der Tatsache, dass man bei ALS generalisierte neurodegenerative Prozesse
nachweisen konnte, und dass die retinalen Schichten entwicklungsgeschichtlich Teil des
ZNS sind, stellen wir die Hypothese auf, dass bei ALS Patienten die Retina Veränderungen
aufweist. Histopathologische Auffälligkeiten innerhalb der Retina wurden von der Arbeits-
gruppe Fawzi et al. bereits beschrieben (Fawzi A, Simonet J et al. 2014). Wir suchten uns
mit der optischen Kohärenztomographie ein Verfahren, dass Veränderungen der Retina
nicht-invasiv darstellen kann.
Folgende Frage sollen mit dieser Arbeit geklärt werden:
1. Kann man mittels OCT eine Veränderung der Retina bei ALS nachweisen?
1.1 Bestehen Unterschiede zwischen dem rechten und linken Auge?
1.2 Gibt es abweichende Ergebnisse bei separater Betrachtung einzelner Schichten
oder bei Betrachtung verschiedenen Teilbereichen innerhalb einer Schicht?
1.3 Bestehen Unterschiede bei Unterteilung des Patientenkollektives in einen spina-
len und bulbären Verlaufstyp?
2. Falls eine retinale Beteiligung nachgewiesen werden kann, gibt es dann eine Korrelation
zwischen Veränderungen innerhalb der Retinaschichten und weiteren Parametern?
2.1 Korrelation mit klinischen Daten: Erkrankungsdauer, Alteroder ALSFRS-R?
2.2 Korrelation mit FA-Werten entlang des CST?
Material und Methoden
13
2 Material und Methoden
2.1 Probanden
Die Rekrutierung der Probanden fand in einem Zeitraum von April 2012 bis Februar 2014
an der neurologischen Klinik der Universität Ulm statt. Die OCT und MRT Aufnahme
wurde innerhalb eines Zeitraumes von zwei Wochen angefertigt. Sowohl für die OCT als
auch für die MRT Untersuchung wurden die ALS Patienten und die gesunden Kontrollper-
sonen umfassend aufgeklärt und stimmten anschließend schriftlich zur Teilnahme zu. Die
Studie wurde zuvor durch die Ethikkommission der Universität Ulm genehmigt (Antrag-
nummer 36/13) und in Übereinstimmung mit den ethischen Standards, die auf der Grund-
lage der Deklaration von Helsinki basieren, ausgeführt.
2.1.1 ALS Patienten
In die Studie wurden 71 Patienten mit der Diagnose „sichere“ oder „wahrscheinliche“ ALS
nach den El Escorial Kriterien eingeschlossen (Brooks, Miller et al. 2000). Eine Zusam-
menfassung der probandenrelevanten Daten findet sich in Tabelle 1. Als Ausschlusskrite-
rien galten ein Diabetes mellitus Typ I und II, eine Alkoholabhängigkeit, eine andere neu-
rodegenerative Erkrankung und autoimmun bedingte entzündliche Erkrankungen des zent-
ralen Nervensystems. Des Weiteren wurden Patienten mit Augenerkrankungen, wie einem
Katarakt, einem Glaukom, einer Retinopathie, einer starken Myopie und anderen Verände-
rungen und Verletzungen an der Retina, die man anamnestisch erfragte, ausgeschlossen.
Außerdem wurden ALS Subtypen (PLS, Flail arm /leg Syndrom, PMA, PBP) nicht mit in
die Studie aufgenommen. Das Patientenkollektiv umfasste 36 Frauen und 35 Männer. Die
genauen probandenbezogenen Daten sind in nachfolgender Tabelle 1 aufgeführt. Die Er-
krankungsdauer wurde definiert als zeitlicher Abstand zwischen Auftreten der ersten
Symptome und der Durchführung der OCT Messung. Der Zeitpunkt der Retinaaufnahme
lag zwischen zwei und 98 Monaten nach Erkrankungsbeginn, d.h. es dauerte durchschnitt-
lich 12 Monate, bis die OCT Untersuchung durchgeführt wurde. Im Rahmen des stationä-
ren Aufenthaltes oder bei einem ambulanten Kontrolltermin wurde bei den Patienten diese
Bildgebung veranlasst. Die weiteren patientenbezogenen Daten wurden den Krankenhaus-
akten entnommen. Hierzu zählt der ALSFRS-R, der bei diesem Patientenkollektiv zwi-
schen 16 und 48 Punkten lag. Der ALSFRS-R wurde durch erfahrene Neurologen erhoben.
Bei 2 Patienten fehlte dieser Wert in den Akten und konnte nachträglich nicht mehr eruiert
werden. Durchschnittlich liegt der ALSFRS-R bei 40 Punkten. Die Erhebung dieses Wer-
Material und Methoden
14
tes fiel in den Zeitraum, in dem auch die OCT Messung durchgeführt wurde. Bei 50 der 71
Patienten lag ein spinaler Beginn der Symptomatik und bei 21 ein bulbärer Erkrankungs-
beginn vor. 66 Patienten haben eine sporadische Form der ALS, bei fünf Patienten liegt
eine familiäre Form vor. Bei drei dieser Patienten konnte eine SOD1 Mutation, bei einem
eine Fus-Mutation und bei einem konnte keine bekannte Mutation nachgewiesen werden.
Aus diesem Patientenkollektiv leiden drei Patienten an einer frontotemporalen Demenz.
Die übrigen 68 Patienten waren zum Zeitpunkt der OCT Messung kognitiv unauffällig. Bei
diesen 71 Patienten wurde sowohl für das rechte als auch für das linke Auge ein OCT Bild
aufgenommen und anschließend ausgewertet.
Tabelle 1: Eigenschaften der Patienten und Kontrollpersonen (optische Kohärenztomographie)
Darstellung Median (Minimum und Maximum). ALSFRS-R: Skala zur Erfassung des funktionellen Status
der Patienten mit amyotropher Lateralsklerose (ALS). Maximaler Punktewert 48.
ALS
Patienten
ALS Patienten
mit
spinalem
Erkrankungsbeginn
ALS Patienten
mit
bulbärem
Erkrankungsbeginn
Kontroll-
personen
Anzahl 71 50 21 20
Geschlecht
[männlich:weiblich]
35:36 21:29 14:7 10:10
Alter [Jahre] 61 (28-84) 59 (30-84) 69 (28-73) 64 (53-80)
Erkrankungsdauer
[Monate]
12 (2-98) 12 (4-98) 11 (2-79)
Alter Krankheitsbeginn
[Jahre]
59 (22-83) 58 (29-83) 68 (22-72)
ALSFRS-R
[Punkte]
40 (16-48) 40 (16-48) 40 (32-46)
Eine MRT-Bildgebung, die anschließend auch zur Auswertung verwendet werden konnte,
gab es nur von 26 der 71 Patienten. Bei den übrigen Patienten war aus verschiedenen
Gründen eine MRT-Untersuchung nicht möglich, die Bildgebung qualitativ minderwertig
oder es war keine technisch auswertbare Bildgebung durchgeführt wurden. Eine Zusam-
menfassung über die Eigenschaften der Probanden findet sich in nachfolgender Tabelle 2.
Eine Bildgebung erhielten 10 Frauen und 16 Männer. Das durchschnittliche Alter der Pati-
entengruppe lag bei 62 Jahren und das durchschnittliche Alter bei Erkrankungsbeginn bei
61 Jahren. Die Erkrankungsdauer betrug hier im Mittel 13 Monate. Der ALSFRS-R lag
durchschnittlich bei 39 Punkten. Eine Unterteilung in spinalen und bulbären Erkrankungs-
beginn wurde hier aufgrund der geringen Größe des Patientenkollektives nicht vorgenom-
men.
Material und Methoden
15
Tabelle 2: Eigenschaften der Patienten und Kontrollpersonen (Diffusions-Tensor-Bildgebung)
Darstellung Median (Minimum und Maximum). ALSFRS-R: Skala zur Erfassung des funktionellen Status
der Patienten mit amyotropher Lateralsklerose (ALS). Maximaler Punktewert 48.
ALS
Patienten
Kontroll-
personen
Anzahl 26 18
Geschlecht
[männlich:weiblich]
16:10 10:8
Alter [Jahre] 62 (44-84) 66 (53-80)
Erkrankungsdauer [Monate] 13 (3-36)
Alter Krankheitsbeginn [Jahre] 61 (43-83)
ALSFRS-R [Punkte] 39 (16-48)
2.1.2 Gesunde Probanden
Die Kontrollgruppe umfasste 20 Personen. Die Rekrutierung dieser Probanden wurde ei-
nerseits während der Herbstakadiemie 2012 an Universität Ulm durchgeführt und anderer-
seits wurden die Mitglieder der CSU Ulm durch ihre Vorsitzende per Email kontaktiert.
Als Ausschlusskriterien galten dieselben Bedingungen wie für die ALS Patienten. Der Al-
tersdurchschnitt der Kontrollgruppe lag bei 64 Jahren, d.h. die Patienten waren im Durch-
schnitt 3 Jahre jünger. Das Geschlechterverhältnis war innerhalb des Kontrollkollektives
ausgeglichen. Somit hatte man eine alters- und geschlechtsspezifisch abgestimmte Kon-
trollgruppe.
Eine MRT-Bildgebung, die zur Auswertung geeignet war, konnte man bei 18 dieser 20
Probanden erhalten. Der Altersdurchschnitt lag hier bei 66 Jahren.
2.2 Methoden
2.2.1 Optische Kohärenztomographie
2.2.1.1 Grundlagen
Die optische Kohärenztomografie ist ein nicht invasives Verfahren, das v.a. in der Augen-
heilkunde einen hohen Stellenwert in der Routinediagnostik eingenommen hat, da unter
anderem eine präzise in vivo Darstellung der Retina möglich ist. Jedoch nimmt die OCT
Messung auch in anderen Fachbereichen wie der Kardiologie, der Dermatologie und auch
der Neurologie einen zunehmenden Stellenwert ein (Marschall, Sander et al. 2011). Das
Grundprinzip ist ähnlich dem des Ultraschalls. Vereinfacht dargestellt werden von einem
Sender Wellen im nahen Infrarotbereich emittiert, die auf die unterschiedlichen Strukturen
Material und Methoden
16
des Auges treffen. Anschließend wird die Reflexion von einem Detektor aufgenommen.
Hierbei macht man sich zu Nutze, dass unterschiedliche anatomische Strukturen der Retina
Licht unterschiedlich stark und mit unterschiedlicher Zeitverzögerung reflektieren. (Fer-
cher 2010, Eter 2004). Als positive Aspekte dieser Methode sind zu nennen, dass diese
Geräte weitgehend verfügbar sind, die Aufnahmen kostengünstig, schnell anzufertigen und
Untersucher unabhängig reproduzierbar sind. Außerdem werden hierbei keine Medikamen-
te verabreicht, keine Röntgen- oder andere ionisierende Strahlen appliziert und es sind kei-
ne Nebenwirkungen in der Literatur beschrieben. Des Weiteren besteht kein direkter Kon-
takt zwischen Auge und Gerät. Außerdem können Veränderungen der Retina im Mikrome-
terbereich detektiert werden (Marschall, Sander et al. 2011).
Für die Bildaufnahmen wurde das Spectralis HD OCT der Firma Heidelberg Engineering
verwendet (Heidelberg Engineering GmbH, Tiergartenstraße 15, 69121 Heidelberg, Ger-
many; Software version 5.1.1.6). Bei Spectralis handelt es sich um ein System, dass das
Schnittbildverfahren der Spektral-Domänen OCT Technologie (SD-OCT/Fourier-Domain
OCT) mit Fundusbildgebung mit einem konfokalen Scanning Laser Ophthalmoskop kom-
biniert. Hierbei wird als Lichtquelle ein Infrarot-Strahl einer Superlumineszenz-Diode
(Wellenlänge ca. 870nm) genutzt, der in zwei Strahlen aufgeteilt wird (simultanes Doppel-
strahl-System). Ein Laserstrahl tastet den Fundus ab und beobachtet dessen Bewegungen,
um den zweiten Strahl zur Aufnahme des OCT Schnittbildes präzise an die richtige Stelle
zu setzen, damit durch Augenbewegungen keine Bildartefakte verursacht werden. Diese
Funktion nennt man „Aktive Eye Tracker“. Der reflektierte Laserstrahl wird dann durch
eine Lochblende auf einen Sensor geleitet, damit der Einfluss von Streulicht minimiert und
somit eine Überstrahlung des Bildes verhindert wird. Dieser lichtempfindliche Detektor
misst dann die Intensität des reflektierten Lichts für jeden Punkt der Retina. Die so ent-
standenen Tiefenstreuprofile werden als A-Scans bezeichnet. Durch Aufnahme entlang
einer Linie kann durch mehrere benachbarte A-Scans ein optisches Querschnittsbild, ein
Tomogramm (B-Scan) durch die Retina erzeugt werden, dass mit einem histologischen
Schnitt vergleichbar ist. Aus diesem Grund kann man auch die OCT Bildgebung als in
vivo Histologie bezeichnen. Setzt man mehrere B-Scans zusammen, kann man anschlie-
ßend einen Volumendatensatz rekonstruieren. Durch das automatische Überlagern der
Aufnahmen in Echtzeit (ART, automatic real time) wird sogenanntes „Bildrauschen“ un-
terdrückt und man kann Artefakte von echten Pathologien differenzieren (Heidelberg Rau-
schunterdrückung). Dies führt zur Verbesserung der Bildschärfe und Aufnahme kontrast-
Material und Methoden
17
reicherer Bilder (Geitzenauer, Hitzenberger et al. 2011, Spectralis Hardware Bedienungs-
anleitung. 2009, Heidelberg Engineering).
2.2.1.2 Geräteaufbau und technische Daten
Das Spectralis HD OCT, das in Abbildung1 dargestellt ist, besteht aus einem Joystick mit
dem man die Kamera einstellen kann und die Bildaufnahme startet. Des Weiteren ist das
Gerät mit einer Spezialkopfstütze ausgestattet, die sowohl eine Kinn- als auch eine Stirn-
stütze aufweist, an der sich die Augenwinkelmarkierung befindet. Auf Seite des Untersu-
chers findet man noch den Kameragriff und den Fokus-Einstellknopf. Auf Seite des Pro-
banden befindet sich das Kameraobjektiv. Jeder OCT Scan stellt einen 6 mm Querschnitt
mit Zentrum in der Fovea dar und besteht aus 25 einzelnen A-Scans. Die axiale Bild-
schirmauflösung beträgt 3,9 µm, die transversale Auflösung 14 µm. Die Eindringtiefe be-
trägt 1,9 mm. Es können bis zu 40.000 A-Scans pro Sekunde angefertigt werden (Spectra-
lis OCT Kurzanleitung. 2009).
Abbildung1: OCT Gerät (optische Kohärenztomographie)
Material und Methoden
18
2.2.1.3 Durchführung der Bildgebung
Die Bildgebung dauert mit Vorbereitung und Positionierung des Patienten ca. 15 Minuten,
die eigentliche Aufnahme der Retina ist innerhalb weniger Sekunden abgeschlossen. In
nachfolgender Abbildung 2 ist die Untersuchung dargestellt. Zuerst wird die Software ge-
öffnet und man legt eine Patientenakte an. Nun wird der vor dem Gerät sitzende Proband
so an die Kopfstütze positioniert, sodass sich die Augen des Patienten auf Höhe der Au-
genwinkelmarkierung am Gerät befinden. Durch die exakte Kopfpositionierung werden
Bewegungsartefakte minimiert. Mit dem zu untersuchendem Auge muss der Patient einen
Punkt innerhalb des Gerätes fixieren. Mithilfe des Fokusdrehknopfes muss die Fokalebene
auf die Refraktion des untersuchenden Auges eingestellt werden. Nun wird die Kamera
positioniert, d.h. man stellt einen ca. 14 mm Abstand zwischen Kornea und Objektiv ein
und fixiert auf das Zentrum der Pupille, sodass Laserstrahlen in die Pupille eindringen
können und man den Augenhintergrund auf dem Bildschirm sieht. Somit erhält man auf
dem Bildschirm die Fundusaufnahme. Nun wird die Kamera solange in Richtung Patient
bewegt, bis ein Querschnitt der Retina (OCT-Bild) auf dem Bildschirm erscheint. Man
optimiert die Kameraposition solange, bis man eine optimale Bildqualität erreicht hat. Dies
bedeutet, dass sich das Bild in der oberen Hälfte des Bildaufnahmefensters befindet, hell
und gleichmäßig ausgeleuchtet ist und sich scharf darstellt. Anschließend wird der Knopf
auf dem Joystick gedrückt, um die OCT Aufnahme zu starten. In dieser Position nimmt das
Gerät mehrere Schnittbilder der Retina (B-Scans) auf und speichert diese Bilderserie. Mit-
hilfe der Geräteeigenen Software wird die gesamte Netzhautdicke und die Dicke der Ner-
venfaserschicht für jeden Quadranten der Retina, sowie ein 360° Durchschnittswert be-
stimmt. Anschließend wird dieser Vorgang mit dem anderen Auge durchgeführt. Die auf-
genommenen Scans werden in der HEYEX (Heidelberg Eye Explorer) Patientendatenbank
gespeichert (Spectralis OCT Kurzanleitung. 2009).
Material und Methoden
19
Abbildung 2: Untersuchung am OCT Gerät (optische Kohärenztomographie)
2.2.1.4 Auswertung der OCT-Bilder
Für jeden Patienten wurden die OCT Scans des linken und rechten Auges in der HEYEX-
Patientendatenbank gespeichert und zur weiteren Bearbeitung als E2E-Datei exportiert.
Anschließende wurde für jedes Auge die Bilderserie (B-Scans) betrachtet. Hierfür ist die
HEYEX Viewer-Software notwendig. Für die weitere Bearbeitung wurde für jedes Auge
ein B-Scan aus der Bilderserie herausgesucht, der die Retina als Querschnittsbild direkt
durch die Fovea darstellt und nicht durch Artefakte überlagert war. In der nachfolgenden
Abbildung 3 im oberen Bild wird dieser ideale B-Scan gezeigt.
Zur Auswertung wurde die SOCIA (Semi-automatic Optic Coherence Image Analysis)
Software genutzt, die auf dem Prinzip der Software „Tensor imaging and fibertracking“
(TIFT) basiert. Diese Software kann für die Auswertung aller OCT Bilder genutzt werden,
unabhängig von welchem Gerät die Bilder aufgenommen wurden. Durch einen semiauto-
matischen Algorithmus werden unterschiedliche Grauwerte erkannt, wodurch eine Separie-
rung der einzelnen Retinaschichten möglich ist (Muller, Unrath et al. 2007, Schneider,
Muller et al. 2014). Zuerst öffnet man mit dieser Software ein Retinabild, fixiert manuell
das Zentrum im Bereich der Fovea und richtet das Bild horizontal aus. Anschließend wer-
den die einzelnen Schichten anhand der unterschiedlichen Graustufen automatisch blau
Material und Methoden
20
unterlegt. Dies ist in Abbildung 3 in der Mitte und unten erkennbar. Anschließend kann
man die einzelnen Schichten manuell farbig nachzeichnen (Abbildung 4). Jeder Schicht
wurde eine andere Farbe zugeordnet. Wie in Abbildung 4 ersichtlich, entspricht die oberste
rosa und rote Schicht der retinalen Nervenfaserschicht (RFNL), die zweite grüne Schicht
der Ganglienzellschicht und der inneren plexiformen Schicht (GCL+IPL), die mittlere
dünne braune und blaue Schicht der inneren Körnerschicht (INL), die dunkelgrüne und
gelbe Schicht der äußeren plexiformen Schicht (OPL) und die unterste dicke blaue und lila
Schicht der äußern Körnerschicht und den Photorezeptoren (ONL+PR).
Abbildung 3: Querschnittsbilder der Retina mit semiautomatischer Grauwerterkennung
Blau angefärbt: retinale Nervenfaserschicht (RNFL), innere Körnerschicht (INL) und äußere Körnerschicht
(ONL)
Material und Methoden
21
Abbildung 4: Querschnittsbilder der Retina mit manuell angefärbten Schichten
Schichten von oben nach unten: rosa/rot: RNFL (retinale Nervenfaserschicht), grün/grün: GCL+IPL (Gangli-
enzellschicht + innere plexiforme Schicht), braun/blau: INL (innere Körnerschicht), dunkelgrün/gelb: OPL
(äußere plexiforme Schicht), blau/lila: ONL+PR (äußere Körnerschicht + Photoreszeptoren)
Material und Methoden
22
Die manuelle Bearbeitung wurde mit allen OCT Bildern der Patienten und Kontrollen
durchgeführt. Anschließend wurden alle Bilder erneut horizontal ausgerichtet und auf eine
Gesamtlänge von 4,5 mm zugeschnitten. Dies ist in Abbildung 5 dargestellt. Nun weist
jedes Querschnittsbild eine Länge von 4,5 mm auf, d.h. jeweils 2,25 mm in Richtung nasal
und temporal vom Zentrum ausgehend. Mithilfe der Software wurde nun für jede Schicht
die durchschnittliche Dicke berechnet. Einen zweiten Cut setzte man 1,5 mm temporal
bzw. nasal der Fovea. Für diesen Abstand entschied man sich auf Grundlage des Papers
von Shrier et.al. Diese Arbeitsgruppe fand heraus, dass im Bereich um die Fovea, der ei-
nem Radius kleiner 1,5 mm entspricht, keine signifikanten Ergebnisse bezüglich der Ma-
kuladicke zwischen Patienten und Kontrollen vorzuweisen waren (Shrier, Adam et al.
2012). Anschließend wurde auch für diesen kürzeren, parafovealen Bereich die durch-
schnittliche Dicke jeder einzelnen Retinaschicht berechnet. Die Retinadicke innerhalb der
lateralen Bereiche (Abschnitte A und D) wurden auf Grundlage dieser Ergebnisse mithilfe
von Excel berechnet. Zur weiteren Datenanalyse fasste man die Bereiche der Retina, die in
Abbildung 5 dargestellt werden, zusammen. Teil A und D wurde als eine Einheit betrachtet
und man nannte diesen Bereich „außen“. Des Weiteren fasste man die parafovealen Berei-
che B und C unter dem Begriff „Mitte“ zusammen. Auch wurde jede Schicht komplett, d.h.
Bereich A+B+C+D, analysiert. Außerdem berechnete man für die gesamte Retina die Di-
cke. Dies entspricht den Teilen A+B+C+D aller 5 Schichten.
Abbildung 5: Gliederung Retinaquerschnitt in verschiedene Bereiche
Material und Methoden
23
2.2.2 Kranielle Magnetresonanztomographie
2.2.2.1 Diffusion Tensor Imaging: Allgemein
Die diffusionsgewichtete Bildgebung (Diffusion Tensor Imaging, DTI) ist eine spezielle
Form der MRT Technik, bei der nicht invasiv und in vivo die dreidimensionale Bewegung
von Wassermolekülen in verschiedenen Geweben gemessen und dargestellt wird. Diese
Bildgebung findet unter anderem Anwendung bei der Darstellung von Nervenfasertrakte
innerhalb des Gehirns. Hierbei wird die Diffusion von Wassermolekülen erfasst, die jedoch
nicht in alle Richtungen gleichmäßig erfolgt, sondern aufgrund struktureller Begrenzun-
gen, wie Zellmembranen und Myelinisierung der Axone, gerichtet ist. Dies bezeichnet man
als anisotrope Diffusion. Ein Maß für die Gerichtetheit der Diffusion ist der Wert der frak-
tionellen Anisotropie (FA-Wert). Zur Berechnung dieses FA-Wertes und weiterer Kenn-
werte wird jeder Pixel durch einen Tensor charakterisiert. Mit Hilfe der Eigenvektoren und
Eigenwerten der 3x3 Matrix kann man die Diffusionsrichtungen darstellen. Ein FA-Wert
von Null stellt eine isotrope Diffusion dar, d.h. eine in alle drei Raumrichtungen gleich
verteilte thermische Bewegung. Bei einem Maximalwert von eins, der physiologisch im
menschlichen Gehirn nicht erreicht wird, findet eine Bewegung der Wassermoleküle in nur
eine Richtung statt. Anhand der FA-Karten ist eine Aussage über die Integrität der weißen
Substanz möglich, d.h. bei Reduktion des FA-Wertes kann man auf eine Schädigung von
Axonen schließen. Diese Reduktion des FA-Wertes findet man bei ALS Patienten in be-
stimmten Fasertrakten, da man hier mikrostrukturelle Veränderungen zum Beispiel der
Pyramidenbahn nachweisen konnte, wodurch eine Steigerung der Diffusion gewährleistet
ist. Somit stellt der FA-Wert einen Marker für die Faserintegrität dar (Le Bihan, Mangin et
al. 2001, Mori, Zhang 2006, Muller, Kassubek 2013).
2.2.2.2 Technische Daten/Erstellung der Bilder
Die MRT Bilder wurden mit einem 1,5 Tesla Gerät (Magnetom Symphony, Siemens Me-
dical, Erlangen, Deutschland) erstellt. Das DTI-Studienprotokoll für Patienten und Proban-
den umfasste 13 Volumes (64 axiale Schichten, Akquisitionsmatrix = 64 x 64, 3 mm
Schichtdicke, Pixelgröße 3,3 mm x 3,3 mm). Die Diffusion wurde entlang 2 x 31 nicht
kollinearer Richtungen erhoben und einschließlich zwei Scans wurden mit Gradient 0
(b=0) erhoben. Die „echo time“ betrug 28 ms, die „repetition time“ 3080 ms. Es wurden
fünf Signalmittelungen pro Schicht und Diffusionsgradientenrichtung erhoben. Das Proto-
koll folgte dem Standartschema der Firma Siemens mit einem b-Wert von 1000 s/mm2.
Material und Methoden
24
Zusätzlich wurde für jeden Probanden mittels einer 3D-MPRAGE Sequenz für anatomi-
sche Aufnahmen ein T1-gewichteter hochauflösender Datensatz gewonnen. Das MPRAGE
Protokoll umfasst folgende Daten: TR 9,7 ms, TE 3,93 ms, TI 880 ms, Anregungswinkel
15°, Matrixgröße 256 x 256 Pixel, FOV 250 mm, 192 axiale Schichten, Voxelgröße 0,96 x
0.96 x 0,96 mm3. Diese T1w-Datensätze wurden mit dem DTI-Protokoll koregistriert und
in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt (Normalisierung). Für die Aufnahme der
MRT-Bilder und für die Vorbereitung des Patienten wurden ca. 25 Minuten benötigt. Zu-
vor wurde der Proband nach nicht MRT gängigen elektrischen Geräten, z.B. Herzschritt-
macher und Medikamentenpumpen befragt und untersucht. Die gesamte Untersuchung
fand ohne Gabe von Kontrastmittel statt.
2.2.2.3 Analyse der DTI-Daten
Die Software „Tensor Imaging and Fiber Tracking“ (TIFT) wurde zur Datenprozessierung
und statistischen Analyse benutzt (Mueller, Unrath et al. 2007). Zuerst wurden die Dicom
Daten konvertiert. Anschließend folgte die Normalisierung der Daten. Diese diente dazu,
identische anatomische Strukturen verschiedener Probandengehirne aufeinander abzubil-
den und somit vergleichbar zu machen. Dies gelingt durch manuelles setzten von Land-
marken im Bereich des Corpus callosum. Für die Normalisierung nutzt man den Stan-
dartraum (MNI-Raum), der vom Montreal Neurological Institute (MNI) definiert wurde
und sich in der Wissenschaft als Standard etabliert hat. MNI definierte auf der Grundlage
vieler MRT Aufnahmen ein Standartgehirn. Erst durch die Normalisierung ist ein Grup-
penvergleich von Patienten und Kontrollpersonen möglich (Muller, Kassubek 2013).
Als Quantifizierungsparameter wird hier die Analyse der fraktionellen Anisotropie heran-
gezogen. Das heißt, dass jedem Voxel ein FA-Wert zugeordnet wird, sowohl bei den Pati-
enten als auch bei den Kontrollen. Wichtig dabei ist, dass FA-Werte kleiner 0,2 nicht mit-
berücksichtigt werden, denn diese repräsentieren Bereiche innerhalb der grauen Sub-
stanz(Kunimatsu, Aoki et al. 2004). Dies wird in der Analysesoftware mittels eines
Schwellenwertes reguliert. Anschließend werden die FA-Werte der Patienten mit den FA-
Werten der Kontrollen anhand eines t-Test verglichen. Dieser Vorgang wird für jedes Vo-
xel separat durchgeführt. Somit erhält man für jedes Voxel einen p-Wert. Man kann sich
nun nur noch die Voxel farblich darstellen lassen, die einen p-Wert kleiner 0,05 aufweisen.
Anschließend muss man eine Korrektur für multiple Vergleiche durchführen (Korrektur
Fehler 1. Ordnung), um Zufallskorrelationen zu minimieren. Hierfür nutzt man den FDR
(false-discovery-rate) Algorithmus (Genovese CR, Lazar NA et al. 2002). Mit der Funktion
Material und Methoden
25
des „witch-Buttons“ kann man sich farblich nur größere relevante Bereiche, sogenannte
Cluster, darstellen lassen, die bei ALS Patienten eine Reduktion der FA-Werte zeigen.
Durch das setzen einer minimalen Clustergröße von 512 Voxel werden Fehler I. und II.
Ordnung reduziert (Muller, Unrath et al. 2012).
Um die DTI Daten mit den OCT Daten korrelieren zu können, benötigt man für jeden Pati-
enten und jede Kontrollperson einen FA-Mittelwert. Man kann entweder den FA-
Mittelwerte aus verschiedenen signifikanten Clustern wählen oder man setzt eine ROI (re-
gio of interest) mit einem Radius von 5mm innerhalb eines signifikanten Clusters. Da die
automatisch ermittelten Cluster nicht symmetrisch waren und eine sehr extensive Form
aufwiesen und es somit zur Verfälschung des FA-Mittelwerts kommen könnte, entschied
man sich für die Methode der ROI. Da bei ALS Patienten v.a. signifikante Veränderungen
entlang des CST beschrieben wurden (Kassubek, Muller et al. 2014), wurden drei Bereiche
entlang dieses Traktes ausgewählt, wo man mindestens auf einer Seite signifikante Unter-
schiede sehen konnte (Abbildung 6). Man setzte insgesamt sechs ROIs, d.h. jeweils in der
linken und rechten Hemisphäre entlang des CST. Die Koordinaten der ROIs sind in Tabel-
le 3 zusammengefasst. Somit hat man für jeden Patienten und jede Kontrollperson einen
FA-Mittelwert innerhalb drei definierter Bereich entlang des CST erhalten. Diese Werte
wurden anschließend mit den OCT Parametern korreliert.
Tabelle 3: Koordinaten der ROI entlang des CST
ROI: regio of interest; CST: kortikospinale Trakt; MNI: Montreal Neurological Institute.
MNI Koordinaten
(x/y/z)
Linke Seite CST
MNI Koordinaten
(x/y/z)
Rechte Seite CST
Oberer Teil CST (up CST) -21 / -25 / 43 21 / -25 / 43
Mittlere Teil CST (mid CST) -22 / -16 / 20 22 / -16 / 20
Unterer Teil CST (low CST) -12 / -20 / -2 12 / -20 / -2
Material und Methoden
26
Abbildung 6: sagittale Schnitte des Gehirns mit orangen Cluster und ROI
Signifikantes Cluster ist orange dargestellt. Kreis mit Radius 5 mm stellt die ROI (regio of interest) dar. Lin-
kes Bild zeigt ROI im oberen Teil des CST (kortikospinale Trakt), mittleres Bild zeigt ROI im mittleren Teil
des CST, rechte Bild zeigt die ROI im unteren Teil des CST.
2.2.3 Statistische Auswertung
Alle probandenrelevanten Parameter und die Ergebnisse der OCT und DTI Untersuchung
wurden in einer Excel Tabelle zusammengefasst. Die statistische Auswertung der Daten
wurde mit SPSS Statistics 21 (IBM, New York, USA) und SAS Version 9.3 (SAS Institu-
te, Chicago, IL, USA) durchgeführt. Die beschreibende Statistik umfasste die absolute und
relative Häufigkeit, den Mittelwert mit Standartabweichung, den Median, Minimum und
Maximum. Falls in der ersten Analyse kein signifikanter Unterschied zwischen Oculus
dexter und sinister besteht, wie es auch schon vorherige Studien gezeigt haben, werden wir
für die weitere Auswertung bei jeder Person den Mittelwert beider Augen nutzten (Cubuk
M., Kasim B. et al. 2017, Wagner-Schuman, Dubis et al. 2011).
Zur Analyse der Retinaschichtdicke, der FA-Mittelwerte und der klinischen Daten wurde
ein gemischtes lineares Regressionsmodel gerechnet. Es wurde keine Korrektur für multip-
le Vergleiche durchgeführt. Für das Signifikanzniveau wurde ein p-Wert von 0,05 festge-
legt.
Ergebnisse
27
3 Ergebnisse
3.1 Analyse der Retinaschichten
3.1.1 Vergleich der Retinaschichtdicke zwischen rechtem und linkem Auge
Es gab keine signifikanten Unterschiede der Retinaschichtdicke beim Vergleich zwischen
Oculus dexter (OD) und Oculus sinister (OS). Dies wird nochmals in Abbildung 7 darge-
stellt. Durch die Berechnung der p-Werte, getrennt für Patienten- und Kontrollkollektiv,
wurden keine signifikanten Differenzen der Retinaschichtdicke innerhalb einer Schicht
oder innerhalb eines Bereiches einer Schicht gefunden. Aufgrund dieser Tatsache wurde
im folgendem keine separate Analyse für das rechte und linke Auge durchgeführt, sondern
für jeden Probanden der Mittelwert beider Augen herangezogen.
Abbildung 7: Vergleich der Schichtdickenmittelwerte
Vergleich der Schichtdickenmittelwerte jeder Schicht der Retina (RNFL [retinale Nervenfaserschicht], GCL
+ IPL [Ganglienzellschicht + innere plexiforme Schicht], INL [innere Körnerschicht], OPL [äußere ple-
xiforme Schicht], ONL + PR [äußere Körnerschicht + Photorezeptoren]), wobei eine getrennte Betrachtung
zwischen OD (Oculus dexter) und OS (Oculus sinister) stattfindet. Zusätzliche Darstellung der gesamten
Retinadicke (Retina_ges.), getrennt für das rechte (OD) und linke (OS) Auge.
3.1.2 Analyse der einzelnen Retinaschichten bei ALS-Patienten
Um Unterschiede in der Retinaschichtdicke zwischen ALS Patienten und Kontrollen fest-
zustellen, wurde ein gemischtes lineares Regressionsmodell gerechnet. Die Schichtdicke
stellte die zu erklärende-/ Y-Variable und die Probanden stellten jeweils die erklärende-/X-
Variable dar. Im Folgenden wird jede einzelne Retinaschicht separat betrachtet. Des Wei-
teren wurde für jede Retinaschicht sowohl der äußere als auch der mittlere Bereich separat
analysiert.
Ergebnisse
28
3.1.2.1 Retinale Nervenfaserschicht (RNFL): Patienten vs. Kontrollen
Die gesamte retinale Nervenfaserschicht und der äußere Teilbereich (entspricht A+D in
Abbildung 5) stellte sich signifikant dünner bei ALS Patienten im Vergleich zu gesunden
Kontrollpersonen dar. Die durchschnittliche Dicke der RNFL betrug bei ALS-Patienten
42,55 µm, die der Kontrollen 44,95 µm. Mit einem p-Wert von <0,01 ist somit die RNFL
bei den ALS Patienten signifikant dünner. Dies stellt sich graphisch in Abbildung 8 im
linken Bild dar. Bei separater Betrachtung des äußeren Bereichs der RNFL wurde gezeigt,
dass dieser Teil auch bei den Patienten signifikant dünner ist (p-Wert: <0,01) (Abbildung
8: Grafik rechts). Bei isolierter Betrachtung des mittleren Teils der RNFL zeigte sich kaum
ein Unterschied innerhalb der Schichtdicke (Kontrollen: 18,65 µm; Patienten: 18,66 µm).
Abbildung 8: RNFL (retinale Nervenfaserschicht) - Vergleich zwischen Patienten und Kontrollen
In der linken Abbildung Darstellung der Dicke der gesamten RNFL von Patienten mit amyotropher Late-
ralsklerose (rot; Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) und gesunden Kontrollen (blau). Vergleich, bei dem
nur der äußere Teilbereich der RNFL (RNFL_außen) betrachtet wurde (Abbildung rechts).
3.1.2.2 Ganglienzellschicht und innere plexiforme Schicht (GCL+IPL): Patienten vs.
Kontrollen
Bei dieser Schicht gab es keine signifikanten Ergebnisse beim Vergleich zwischen Patien-
ten und Kontrollen, auch nicht bei separater Betrachtung der einzelnen Abschnitte. Jedoch
zeigte sich auch hier, dass sowohl die gesamte GCL+IPL, als auch bei gesonderter Be-
trachtung des äußeren Abschnittes, diese Schicht bei den ALS-Patienten tendenziell dünner
ist als bei den Kontrollen. Eine Ausnahme stellte der mittlere Teil da. Hier betrug die
durchschnittliche Dicke der Kontrollen 77,40 µm und ist somit etwas dünner als die der
Patienten (78 µm). Jedoch war dieses Ergebnis nicht signifikant.
Ergebnisse
29
3.1.2.3 Innere Körnerschicht (INL): Patienten vs. Kontrollen
Die gesamte INL (Abbildung 9: Grafik links) und der mittlere Bereich (Abbildung 9: Gra-
fik rechts) war bei ALS-Patienten signifikant dünner als bei den Kontrollpersonen. Die
INL ist bei Patienten im Durschnitt 41,51 µm dick, bei den Kontrollpersonen 42,76 µm.
Mit einem p-Wert von 0,04 war dieses Ergebnis signifikant. Bei gesonderter Betrachtung
des mittleren Bereichs zeigte sich auch ein signifikanter p-Wert von 0,04. Der äußere Teil
der INL war bei den ALS Patienten durchschnittlich 1,1 µm dünner als der äußere Ab-
schnitt der Kontrollen. Diese Differenz ist jedoch nicht signifikant gewesen.
Abbildung 9: INL (innere Körnerschicht) - Vergleich zwischen Patienten und Kontrollen
Abbildung links: Vergleich der Dicke der gesamten INL zwischen Patienten mit amyotropher Lateralsklerose
(rot; Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) und Kontrollen (blau). Vergleich, bei dem nur der mittlere Teil
der INL (INL_Mitte) betrachtet wurde (Abbildung rechts).
3.1.2.4 Äußere plexiforme Schicht (OPL): Patienten vs. Kontrollen
Bei Betrachtung der gesamten OPL, des mittleren und des äußeren Teils ist die Schichtdi-
cke hier bei den Patienten im Durchschnitt dicker als bei den Kontrollen gewesen. Die ge-
samte OPL war bei der Kontrollgruppe um 0,74 µm, der mittlere Bereich um 0,76 µm und
der äußere Teil um 0,73 µm dünner als bei dem Patientenkollektiv. Jedoch ist keines dieser
Ergebnisse signifikant gewesen.
3.1.2.5 Äußere Körnerschicht und Schicht der Photorezeptoren (ONL+PR): Patien-
ten vs. Kontrollen
Bei der ONL+PR fanden sich keine signifikanten Ergebnisse im Vergleich zwischen Pati-
enten und Kontrollen. Die gesamte ONL+PR ist um 1,5 µm, der mittlere Bereich um 1,7
µm und der äußere Teil um 1,4 µm dünner gewesen im Vergleich zum Kontrollkollektiv.
Ergebnisse
30
3.1.2.6 Gesamte Retinadicke: Patienten vs. Kontrollen
Fasste man alle Schichten zusammen und betrachtete auch hier den mittleren und den äu-
ßeren Bereich separat, ist jeder Abschnitt und auch die gesamte Retina dünner im Ver-
gleich zu den Kontrollen gewesen. Die gesamte Retina wies eine durchschnittliche Dicke
von 335,71 µm auf und ist somit 5,44 µm dünner als die der Kontrollen. Jedoch ist dieses
Ergebnis nicht signifikant gewesen. Auch bei separater Betrachtung des mittleren Teils lag
hier kein signifikantes Ergebnis vor. Mit einem p-Wert von <0,05 war der äußere Bereich
der gesamten Retina bei ALS-Patienten signifikant dünner als bei den Kontrollen.
3.1.2.7 Zusammenfassung der Retinaschichtdicke und der statistischen Auswertung
Die nachfolgende Tabelle 4 fasst die p-Werte und die durchschnittliche Schichtdicke der
einzelnen Schichten in Mikrometer mit Standartabweichung zusammen. Zusammenfassend
konnte gezeigt werden, dass die gesamte RNFL, der äußere Teil der RNFL, die gesamte
INL, der mittlere Bereich der INL und der äußere Abschnitt der gesamten Retina signifi-
kant dünner gewesen ist im Vergleich zum Kontrollkollektiv. In den anderen Schichten
und Teilbereichen zeigte sich tendenziell, dass die Retina bei ALS Patienten dünner ist im
Vergleich zu gesunden Kontrollen. Eine Ausnahme hierzu stellten der Mittlere Bereich der
RNFL, alle Teile der OPL und der Mittelbereich der GCL+IPL dar. Diese Schichten waren
im Mittel bei den Kontrollen dünner als bei den ALS Patienten und werden rot in Tabelle 4
hervorgehoben. Zur besseren Übersicht sind signifikante p-Werte fett dargestellt.
Ergebnisse
31
Tabelle 4: Ergebnisse der OCT Analyse
Retinadickenmessung mithilfe der optischen Kohärenztomographie (OCT) bei Patienten mit amyotropher
Lateralsklerose (ALS; Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) und gesunden Kontrollen. Einheit: µm; Mittel-
wert ± Standartabweichung. Gemischtes lineares Regressionsmodell zum Vergleich der Mittelwerte von ALS
Patienten gegenüber gesunden Kontrollen. * p <0,05; ** p <0,005. Fett hervorgehoben sind signifikante p-
Werte, rot hervorgehoben sind die Schichten, bei denen die Schichten der Patienten dicker sind, als die der
Kontrollen. Separate Betrachtung für jede Schicht: RNFL (retinale Nervenfaserschicht), GCL + IPL (Gangli-
enzellschicht + innere plexiforme Schicht), INL (innere Körnerschicht), OPL (äußere plexiforme Schicht),
ONL + PR (äußere Körnerschicht + Photorezeptoren). Unterteilung jeder Schicht in einen mittleren (Mitte)
und äußeren Bereich (außen).
p-Wert
(Patienten vs.
Kontrollen)
Schichtdicke
[µm]
Patienten
Schichtdicke
[µm]
Kontrollen
RNFL: <0,01** 42,55 ± 4,78 44,95 ± 4,13
Mitte 1,00 18,66 ± 2,93 18,65 ± 2,38
außen <0,01** 54,48 ± 6,39 58,10 ± 5,69
GCL+IPL: 0,53 92,87 ± 9,23 93,90 ± 8,57
Mitte 0,76 78,00 ± 11,58 77,40 ± 8,35
außen 0,33 100,30 ± 10,36 102,15 ± 11,01
INL: 0,04* 41,51 ± 3,62 42,76 ± 2,58
Mitte 0,04* 36,79 ± 4,31 38,33 ± 3,40
außen 0,12 43,88 ± 4,08 44,97 ± 3,34
OPL: 0,26 44,25 ± 3,74 43,51 ± 3,36
Mitte 0,43 36,16 ± 5,59 35,40 ± 4,55
außen 0,29 48,30 ± 3,86 47,57 ± 3,99
ONL+PR 0,39 114,53 ± 9,70 116,03 ± 9,68
Mitte 0,41 135,45 ± 11,34 137,15 ± 12,07
außen 0,42 104,07 ± 9,84 105,47 ± 9,53
gesamte Retina 0,10 335,71 ± 19,23 341,15 ± 13,46
Mitte 0,62 305,06 ± 22,62 306,93 ± 14,64
außen <0,05* 351,04 ± 20,47 358,26 ± 18,50
Ergebnisse
32
Die nachfolgende Abbildung 10 stellt die Mittelwerte der einzelnen Schichten bei ALS
Patienten den Mittelwerten der Kontrollen gegenüber. Die GCL+IPL und die ONL+PR
wurden zur besseren Übersichtlichkeit in einer separaten Grafik aufgeführt, da diese
Schichten dicker sind als die anderen drei Schichten (Abbildung 10: Grafik rechts). Deut-
lich zu erkennen ist, dass sowohl bei den Patienten als auch bei den Kontrollen die
ONL+PR am dicksten ist, gefolgt von der GCL+IPL (Abbildung 10: Graphik rechts). Im
Gegensatz dazu sind die RNFL, die INL und die OPL bei beiden Gruppen relativ dünn
(Abbildung 10: Graphik links). Wie auch schon durch den p-Wert gezeigt, fand man signi-
fikante Unterschiede bezüglich der Retinaschichtdicke zwischen Patienten und Kontrollen
innerhalb der RNFL und der INL. Dieser Unterschied wird auch anhand der Abbildung 10
deutlich. Sowohl graphisch erkennbar, als auch aus der Tabelle ersichtlich ist, dass die
OPL bei den Patienten dicker ist, als bei den Kontrollen.
Abbildung 10: Mittelwertvergleich der einzelnen Schichten zwischen Patienten und Kontrollen
Die linke Graphik stellt die Schichtdickenmittelwerte der RNFL (retinale Nervenfaserschicht), der INL (inne-
re Körnerschicht) und der OPL (äußere Körnerschicht) dar. Die rechte Graphik stellt die Schichtdickenmit-
telwerte der GCL + IPL (Ganglienzellschicht + innere plexiforme Schicht) und der OPL + PR (äußere ple-
xiforme Schicht + Photorezeptoren) dar. Es findet ein Mittelwertvergleich der einzelnen Schichten zwischen
Patienten (Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) und gesunden Kontrollen statt.
Ergebnisse
33
3.1.3 Analyse der einzelnen Retinaschichten bei spinalen/bulbären Verlaufstyp
Nach Analyse des gesamten Patientenkollektives wurde noch eine Differenzierung dieser
Gruppe vorgenommen, nämlich in einen spinalen Verlaufstyp, bei der zu Erkrankungsbe-
ginn v.a. spinale Symptome im Vordergrund standen und in einen bulbären Verlaufstyp,
wobei die Erkrankung mit bulbärer Symptomatik begann. Auch hier wurde ein gemischtes
lineares Regressionsmodell gerechnet. Die Retinaschichtdicke stellte die abhängige-/Y-
Variable dar und wurde durch die unabhängigen-/X-Variablen, nämlich den spinalen Ver-
laufstyp, den bulbären Verlaufstyp und die Kontrollen in unterschiedlichem Ausmaß be-
einflusst. Auch hier wurde zuerst die gesamte Retinadicke einer Schicht betrachtet, an-
schließend dann diese Schicht nochmals in einen äußeren und mittleren Bereich aufgeteilt
und separat analysiert.
3.1.3.1 Retinale Nervenfaserschicht (RNFL): spinaler/bulbärer Verlaufstyp vs. Kon-
trollen
Die gesamte RNFL, der mittlere und äußere Teilbereich separat betrachtet, war bei den
Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn am dünnsten, gefolgt von Patienten mit bulbä-
ren Krankheitsbild. Am Dicksten ist diese Schicht bei den Kontrollen gewesen. Eine Aus-
nahme stellte der mittlere Bereich bei den bulbären Patienten dar. Dieser war um 0,96 µm
dicker als bei den Kontrollen. Die gesamte RNFL (p-Wert <0,01) und der äußere Teil der
RNFL (p-Wert <0,01) ist bei Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn im Vergleich zu
den Kontrollen signifikant dünner gewesen. Beim Vergleich der bulbären Patienten gegen-
über dem Kontrollkollektiv war nur der äußere Bereich der RNFL, mit einem p-Wert von
<0,05 knapp signifikant. Dies wird graphisch in der nachfolgenden Abbildung 11 darge-
stellt.
Ergebnisse
34
Abbildung 11: RNFL (retinale Nervenfaserschicht) - ein Vergleich zwischen spinalem, bulbärem Krank-
heitsbeginn und gesunden Kontrollen
Die linke Graphik stellt die Schichtdicke der gesamten RNFL dar und vergleicht die Schichtdicke zwischen
Patienten (Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) mit spinalem Erkrankungsbeginn (gelb), bulbären Erkran-
kungsbeginn (orange) und der gesunden Kontrollen (blau). Die rechte Graphik stellt nur den äußeren Teilbe-
reich der RNFL im Vergleich dar (RNFL_außen).
3.1.3.2 Ganglienzellschicht und innere plexiforme Schicht (GCL+IPL): spina-
ler/bulbärer Verlaufstyp vs. Kontrollen
Innerhalb dieser Schicht gab es keine signifikanten Ergebnisse beim Gruppenvergleich.
Sowohl die gesamte GCL+IPL als auch der äußere Abschnitt ist bei den bulbären Patienten
dünner gewesen als bei denen mit spinalem Erkrankungsbeginn. Die Schicht der Kontrol-
len war am dicksten. Der mittlere Bereich ist am dicksten bei Patienten mit bulbären Er-
krankungsbeginn, gefolgt von Patienten mit spinalem Krankheitsverlauf. Das Kontrollkol-
lektiv hatte hier die durchschnittlich dünnste Schichtdicke.
3.1.3.3 Innere Körnerschicht (INL): spinaler/bulbärer Verlaufstyp vs. Kontrollen
Alle Teile der INL waren bei Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn am dünnsten. Im
Vergleich zum Kontrollkollektiv stellte sich die gesamte INL und der mittlere Teilbereich
bei Patienten mit bulbären Krankheitsbeginn etwas dünner als bei den Kontrollen dar. Bei
separater Anschauung des äußeren Teils der INL war dieser Bereich bei den Kontrollen
dünner als bei den Patienten mit bulbären Beginn. Signifikante Ergebnisse bezüglich der
Schichtdicke fand man nur zwischen Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn und Kon-
trollen. Bei der gesamten INL ist der p-Wert <0,01 gewesen, beim mittleren Bereich 0,02
Ergebnisse
35
und beim äußeren Abschnitt 0,02. Diese Ergebnisse werden nochmals in der unten aufge-
führten Abbildung 12 dargestellt.
Abbildung 12: INL (innere Körnerschicht) - ein Vergleich zwischen Patienten mit spinalen Erkrankungsbe-
ginn und gesunden Kontrollen
Die linke Graphik stellt die Schichtdicke der gesamten INL zwischen Patienten (Universitätsklinikum Ulm
2012-2014) mit spinalem Erkrankungsbeginn (gelb) und gesunden Kontrollen (blau) dar, die mittlere Gra-
phik betrachtet nur die Dicke der INL im mittleren Bereich (INL Mitte) und die rechte Graphik stellt nur den
äußeren Teilbereich der INL dar (INL außen).
3.1.3.4 Äußere plexiforme Schicht (OPL): spinaler/bulbärer Verlaufstyp vs. Kon-
trollen
Die OPL zeigte innerhalb keines Bereiches signifikante Ergebnisse. Jedoch ist hier auffäl-
lig gewesen, dass die durchschnittliche Schichtdicke in allen Bereichen bei Patienten mit
spinalem Erkrankungsbeginn am dicksten ist. Bei der gesamten OPL und dem mittleren
Abschnitt zeigt sich die dünnste Schichtdicke bei Patienten mit bulbären Krankheitsbeginn.
Im äußeren Teil ist die OPL bei bulbären Krankheitsbeginn geringfügig dicker, als im Ver-
gleich zum Kontrollkollektiv.
3.1.3.5 Äußere Körnerschicht und Schicht der Photorezeptoren (ONL+PR): spina-
ler/bulbärer Verlaufstyp vs. Kontrollen
Auch bei der ONL+PR ergaben sich innerhalb des Gruppenvergleichs keine signifikanten
Ergebnisse. Die gesamte ONL+PR ist bei den spinalen Patienten durchschnittlich am
dünnsten und bei den Kontrollen am dicksten gewesen. Bei isolierter Betrachtung des mitt-
leren Teils war auch diese Schicht am dünnsten bei den spinalen Patienten, jedoch hier am
Dicksten bei den bulbären Patienten. Wenn man sich den äußeren Abschnitt separat be-
Ergebnisse
36
trachtet, haben die bulbären Patienten die dünnste ONL+PR gehabt. Die größte Schichtdi-
cke wiesen in diesem Bereich die Kontrollen auf.
3.1.3.6 Gesamte Retinadicke: spinaler/bulbärer Verlaufstyp vs. Kontrollen
Bei Betrachtung aller Retinaschichten, auch separat für den mittleren und äußeren Bereich,
ergaben sich keine signifikanten Zusammenhänge zwischen den Gruppen. Die gesamte
Retina ist bei Patienten mit spinalem Beginn am dünnsten gewesen. Die dickste gesamte
Retina wies das Kontrollkollektiv auf. Der dickste mittlere Bereich zeigte sich bei Patien-
ten mit bulbären Erkrankungsbeginn, am dünsten war hier die Schicht bei den Patienten
mit spinalem Beginn. Beim äußeren Teil der gesamten Retina wiesen die Patienten mit
spinalen Verlaufstyp eine größere Dicke auf, als diejenigen vom bulbären Verlaufstyp.
3.1.3.7 Zusammenfassung der Retinaschichtdicke und der statistischen Auswertung
bei spinalen/bulbären Verlaufstyp
Beim Vergleich zwischen Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn und Kontrollen fand
man signifikante Ergebnisse in der gesamten RNFL und im äußeren Teil der RNFL. Inner-
halb der gesamten INL und den einzelnen Abschnitten ließen sich signifikante Ergebnisse
nachweisen. Beim separaten Vergleich zwischen Patienten mit bulbären Verlaufstyp und
Kontrollen wies einzig der äußere Bereich der RNFL ein knapp signifikantes Ergebnis auf.
Die signifikanten Ergebnisse wurden in Tabelle 5 fett hervorgehoben.
Die durchschnittliche Schichtdicke ist bei erkrankten Patienten durchschnittlich dünner als
bei gesunden Kontrollen. Eine Ausnahme hiervon stellt der mittlere Bereich der GCL+IPL
und alle Teile der OPL bei Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn dar. Patienten mit
bulbären Verlaufstyp sind im mittleren Bereich der RNFL, der GCL+IPL, der ONL+PR
und der gesamten Retina dicker als die zu vergleichenden Kontrollen gewesen. Dies traf
auch für die äußeren Teile der INL und der OPL zu. Wenn die Schicht bei Patienten dicker
ist als bei den Kontrollen, wird dies in Tabelle 5 rot hervorgehoben.
Ergebnisse
37
Tabelle 5: Ergebnisse der OCT Analyse für spinalen und bulbären Verlaufstyp
Retinadickenmessung mithilfe der optischen Kohärenztomographie (OCT) bei Patienten mit amyotropher
Lateralsklerose (ALS; Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) getrennt betrachtet für den spinalen und bulbä-
ren Beginn der Erkrankung und gesunden Kontrollen. Einheit: µm; Mittelwert ± Standartabweichung. Ge-
mischtes lineares Regressionsmodell zum Vergleich der Mittelwerte von ALS Patienten mit spinalem Ver-
laufstyp gegenüber Kontrollen und von ALS Patienten mit bulbären Verlaufstyp gegenüber Kontrollen. * p
<0,05; ** p <0,005. Fett hervorgehoben sind signifikante p-Werte, rot hervorgehoben sind die Schichten, bei
denen die Schichten der Patienten dicker sind, als die der Kontrollen. Einzelnen Schichten: RNFL (retinale
Nervenfaserschicht), GCL + IPL (Ganglienzellschicht + innere plexiforme Schicht), INL (innere Körner-
schicht), OPL (äußere Körnerschicht), ONL + PR (äußere Körnerschicht + Photorezeptoren). Unterteilung
jeder Schicht in einen mittleren (Mitte) und äußeren Bereich (außen).
p-Wert
(Patienten
mit spinalen
Verlaufstyp
vs.
Kontrollen)
Schichtdicke
[µm]
spinaler
Verlaufstyp
p-Wert
(Patienten
mit bulbä-
ren Ver-
laufstyp vs.
Kontrollen)
Schichtdicke
[µm]
bulbärer
Verlaufstyp
Schichtdicke
[µm]
Kontrollen
RNFL <0,01** 42,18 ± 4,27 0,14 43,43 ± 5,78 44,95 ± 4,13
Mitte 0,45 18,26 ± 2,49 0,12 19,61 ± 3,65 18,65 ± 2,38
außen <0,01** 54,14 ± 5,85 <0,05* 55,35 ± 7,53 58,10 ± 5,69
GCL+IPL 0,71 93,26 ± 9,88 0,33 91,92 ± 7,51 93,90 ± 8,57
Mitte 0,81 77,89 ± 11,66 0,72 78,27 ± 11,50 77,40 ± 8,35
außen 0,54 100,95 ± 11,05 0,14 98,75 ± 8,42 102,15±11,01
INL 0,01* 41,01 ± 3,26 0,95 42,71 ± 4,16 42,76 ± 2,58
Mitte 0,02* 36,57 ± 4,27 0,28 37,33 ± 4,40 38,33 ± 3,40
außen 0,02* 43,23 ± 3,76 0,61 45,40 ± 4,43 44,97 ± 3,34
OPL 0,09 44,66 ± 3,89 0,77 43,28 ± 3,18 43,51 ± 3,36
Mitte 0,15 36,83 ± 5,84 0,47 34,54 ± 4,62 35,40 ± 4,55
außen 0,17 48,57 ± 3,97 0,92 47,65 ± 0,011 47,57 ± 3,99
ONL+PR 0,33 114,25 ± 10,46 0,70 115,20 ± 7,67 116,03 ± 9,68
Mitte 0,20 134,39 ± 11,86 0,74 137,98 ± 9,67 137,15±12,07
außen 0,48 104,18 ± 10,66 0,44 103,81 ± 7,66 105,47 ± 9,53
GesamteRetina 0,09 335,36 ± 20,45 0,25 336,55 ± 16,14 341,15±13,46
Mitte 0,45 303,93 ± 23,18 0,86 307,74 ± 21,56 306,93±14,64
außen 0,06 351,08 ± 21,95 0,10 350,96 ± 16,67 358,26±18,50
Ergebnisse
38
Die Mittelwerte der einzelnen Retinaschichten getrennt dargestellt für Patienten mit spina-
lem und bulbären Beginn der Erkrankung und für das Kontrollkollektiv wird in der nach-
folgenden Abbildung 13 dargestellt. Die GCL+IPL und die ONL+PR (Abbildung 13: Gra-
fik rechts) wurden zur besseren Übersichtlichkeit in einer separaten Grafik aufgeführt, da
diese Schichten dicker sind als die anderen drei Schichten (Abbildung 13: Grafik links). Im
Durchschnitt ist die RNFL, die INL und die ONL+PR bei Patienten mit spinalem Beginn
am dünnsten, gefolgt von Patienten mit bulbären Beginn. Den dicksten Schichtmittelwert
weist hier das Kontrollkollektiv auf. Wie auch grafisch ersichtlich ist die GCL+IPL bei den
bulbären Patienten am dünnsten und bei den Kontrollen am dicksten. Bei der OPL zeigt
sich der dünnste Mittelwert bei den Patienten mit bulbären Beginn, gefolgt von den Kon-
trollen. Die Patienten mit spinalem Beginn weisen hier den dicksten Schichtmittelwert auf.
Abbildung 13: Mittelwertvergleich der einzelnen Schichten zwischen spinalen/bulbären Verlaufstyp und
Kontrollen
Die linke Graphik stellt die Schichtdickenmittelwerte der RNFL (retinale Nervenfaserschicht), der INL (inne-
re Körnerschicht) und der OPL (äußere Körnerschicht), jeweils separat betrachtet für einen spinalen, bulbä-
ren Erkrankungsbeginn (Patienten: Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) und gesunden Kontrollen, dar. Die
rechte Graphik stellt die Schichtdickenmittelwerte der GCL + IPL (Ganglienzellschicht + innere plexiforme
Schicht) und der OPL + PR (äußere plexiforme Schicht + Photorezeptoren) dar.
Ergebnisse
39
3.2 Einfluss der klinischen Daten auf die Retinaschichtdicke
3.2.1 Korrelation ALSFRS-R vs. Retinaschichtdicke
Die Berechnung des gemischten linearen Regressionsmodells ergab keine signifikanten
Ergebnisse zwischen ALSFRS-R und Retinaschichtdicke, auch nicht bei separater Betrach-
tung des äußeren und mittleren Bereichs jeder Schicht. Tendenziell zeigte sich, dass inner-
halb der RNFL, der GCL+IPL, der ONL+PR und der gesamten Retina eine positive Korre-
lation zwischen ALSFRS-R und Schichtdicke bestand, d.h. je dicker die Schicht ist, desto
höher ist der Wert des ALSFRS-R. Innerhalb der INL und OPL konnte eine negative Kor-
relation beobachtet werden. Dies bedeutet, dass je dicker die Schicht ist, umso niedriger ist
der ALSFRS-R.
3.2.2 Korrelation Alter vs. Retinaschichtdicke
Tabelle 6 stellt den Zusammenhang zwischen dem Alter bei der OCT Untersuchung und
der Retinaschichtdicke, sowohl für Patienten als auch für Kontrollen, dar. Auch hier wur-
den die Retinaschichten noch zusätzlich in einen äußeren und mittleren Bereich aufgeteilt.
Bei dieser Korrelation fand man bei Analyse des Kontrollkollektivs in allen Schichten,
ausgenommen der INL, signifikante Ergebnisse, entweder in einem Teilbereich dieser
Schicht oder in der kompletten Retinaschicht. Innerhalb aller Bereiche der RNFL und der
GCL+IPL zeigte sich in Bezug auf das Alter eine negative Korrelation, d.h. es kommt zu
einer Abnahme der Schichtdicke mit zunehmendem Alter. Jedoch ist dieser Zusammen-
hang nur für die gesamte Schicht und für den äußeren Bereich signifikant gewesen. Signi-
fikante Ergebnisse wurden fett hervorgehoben. Handelt es sich um eine negative Korrelati-
on wurden die Zahlen rot geschrieben. Alle Abschnitte der INL zeigten eine nicht signifi-
kante positive Korrelation. Die gesamte OPL und der äußere Bereich wiesen eine nicht
signifikante negative Korrelation auf. Der mittlere Bereich der OPL stellte eine signifikan-
te positive Korrelation dar. Auch alle Bereiche der ONL+PR zeigten einen positiven signi-
fikanten Zusammenhang. Bei Betrachtung der gesamten Retina und dem mittleren Bereich
der kompletten Retina fand man eine positive Korrelation, die jedoch nur in der Mitte sig-
nifikant gewesen ist. Der äußere Bereich wies eine nicht signifikante negative Korrelation
auf.
Bei Analyse des Patientenkollektives wurden signifikante Zusammenhänge zwischen dem
Alter und dem Mittelwert der Retinaschichtdicke nur innerhalb der GCL+IPL und teils bei
der gesamten Retina gefunden. Eine negative Korrelation zwischen dem Alter der Patien-
Ergebnisse
40
ten bei OCT Untersuchung und Schichtdicke konnte man in allen Schichten feststellen,
ausgenommen innerhalb aller Teile der RNFL und den mittleren Bereichen sowohl der
INL als auch der ONL+PR. Signifikant waren diese Ergebnisse jedoch nur in allen Berei-
chen der GCL+IPL, innerhalb der gesamten Retina und im äußeren Bereich der gesamten
Retina. Abbildung 14 stellt nochmal exemplarisch einen signifikanten negativen Zusam-
menhang zwischen Alter bei OCT Untersuchung und Retinaschichtdicke dar. Aus dieser
Grafik lässt sich erkennen, dass je älter die Patienten sind, desto dünner wird die Schicht-
dicke.
Abbildung 14: Negative Korrelation zwischen Alter der Patienten und Schichtdicke
Die Graphik zeigt eine negative Korrelation zwischen Alter der Patienten mit amyotropher Lateralsklerose
(ALS; Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) zum Zeitpunkt der optischen Kohärenztomographie (OCT) und
Dicke der Ganglienzell.- und inneren plexiformen Schicht (GCL+IPL) der Retina, d.h je älter die Patienten
sind, desto dünner ist die Schichtdicke aus GCL+IPL.
Ergebnisse
41
Tabelle 6: Korrelation zwischen Alter und Retinaschichtdicke
Gemischtes lineares Regressionsmodell zum Vergleich der Mittelwerte der Retinaschichtdicke gegenüber
dem Alter. Getrennte Darstellung für gesunde Kontrollen und Patienten mit amyotropher Lateralsklerose
(ALS; Universitätsklinikum Ulm 2012-2014). * p <0,05; ** p <0,005, negative Korrelation: rote Zahlen,
positive Korrelation: schwarze Zahlen. Fett sind signifikante p-Werte hervorgehoben. Einzelne Schichten:
RNFL (retinale Nervenfaserschicht), GCL + IPL (Ganglienzellschicht + innere plexiforme Schicht), INL
(innere Körnerschicht), OPL (äußere Körnerschicht), ONL + PR (äußere Körnerschicht + Photorezeptoren).
Unterteilung jeder Schicht in einen mittleren (Mitte) und äußeren Bereich (außen).
p-Wert
(Alter Kontrollen
bei OCT vs. Schichtdicke)
p-Wert
(Alter Patienten
bei OCT vs. Schichtdicke)
RNFL 0,02* 0,64
Mitte 0,93 0,18
außen 0,01* 0,82
GCL+IPL 0,04* <0,01**
Mitte 0,40 <0,01**
außen 0,04* <0,01**
INL 0,49 0,64
Mitte 0,54 0,94
außen 0,55 0,51
OPL 0,95 0,13
Mitte 0,04* 0,10
außen 0,19 0,29
ONL+PR <0,01** 0,55
Mitte <0,01** 0,79
außen <0,01** 0,29
Gesamte
Retina
0,49 0,02*
Mitte 0,01* 0,14
außen 0,79 0,01*
Ergebnisse
42
3.2.3 Korrelation Erkrankungsdauer vs. Retinaschichtdicke
Die nachfolgende Tabelle 7 stellt den Zusammenhang zwischen Erkrankungsdauer und
Veränderung der retinalen Schichtdicke, bezogen auf die gesamte Schicht und Einteilung
in mittleren und äußeren Bereich, dar. Nur innerhalb der gesamten ONL+PR und dem äu-
ßeren Bereich ließ sich eine signifikante positive Korrelation nachweisen. Das bedeutet,
dass es mit zunehmender Erkrankungsdauer zu einer Verdickung dieser Schicht kommt.
Negative, nicht signifikante Zusammenhänge stellten sich innerhalb des mittleren Bereichs
der RNFL, innerhalb der gesamten und innerhalb des äußeren Teils sowohl bei der GCL+
IPL als auch bei der OPL und innerhalb aller Abschnitte der INL dar. Diese Schichten stel-
len sich also umso dünner dar, je länger die Erkrankung dauert. Die noch nicht genannten
Schichten wiesen eine positive, nicht signifikante Korrelation auf. In Tabelle 7 wurden
signifikante p-Werte fett und negative Korrelationen rot hervorgehoben.
Ergebnisse
43
Tabelle 7: Korrelation zwischen Erkrankungsdauer und Retinaschichtdicke
Gemischtes lineares Regressionsmodell zum Vergleich der Mittelwerte der Retinaschichtdicke gegenüber der
Erkrankungsdauer. * p <0,05; ** p <0,005, negative Korrelation: rote Zahlen, positive Korrelation: schwarze
Zahlen. Fett sind signifikante p-Werte hervorgehoben. Einzelnen Schichten: RNFL (retinale Nervenfaser-
schicht), GCL + IPL (Ganglienzellschicht + innere plexiforme Schicht), INL (innere Körnerschicht), OPL
(äußere Körnerschicht), ONL + PR (äußere Körnerschicht + Photorezeptoren). Unterteilung jeder Schicht in
einen mittleren (Mitte) und äußeren Bereich (außen).
p-Wert
(Erkrankungsdauer vs. Schichtdicke)
RNFL 0,44
Mitte 0,78
außen 0,35
GCL+IPL 0,31
Mitte 0,50
außen 0,08
INL 0,37
Mitte 0,56
außen 0,37
OPL 0,78
Mitte 0,33
außen 0,27
ONL+PR 0,04*
Mitte 0,41
außen 0,01*
Gesamte Retina 0,59
Mitte 0,40
außen 0,78
Ergebnisse
44
3.3 Analyse der DTI- und OCT-Daten
3.3.1 FA-Mittelwerte des kortikospinalen Trakts
Die nachfolgende Abbildung 15 zeigt einen Vergleich der FA-Mittelwerte entlang des CST
zwischen Patienten und Kontrollen für drei ausgewählte Bereiche. Es kam bei ALS Patien-
ten innerhalb des CST zu einer Abnahme der FA-Mittelwerte im Vergleich zum Kontroll-
kollektiv. Innerhalb des Patientenkollektivs waren die FA-Mittelwerte am niedrigsten im
unteren Bereich des CST (low CST), gefolgt von einem Bereich in der Mitte des CST (mid
CST). Die höchsten FA-Mittelwerte fand man im oberen Bereich des CST (up CST). Diese
FA-Wert Abnahme zeigte sich genauso innerhalb des Kontrollkollektives.
Abbildung 15: FA-Mittelwertvergleich zwischen Patienten und Kontrollen für 3 Bereiche entlang des CST
Zunahme der Mittelwerte der Fraktionellen Anisotropie (FA) entlang des kortikospinalen Trakts sowohl bei
Patienten (Universitätsklinikum Ulm 2012-2014) als auch bei gesunden Kontrollen.
Ergebnisse
45
3.3.2 Korrelation FA-Werte vs. Retinaschichtdicke
In Tabelle 8 wird die Korrelation zwischen FA-Mittelwerten entlang des CST und der Re-
tinaschichtdicke dargestellt. Signifikante p-Werte wurden fett, eine negative Korrelation in
rot hervorgehoben. Innerhalb des Kontrollkollektives gab es kaum signifikante Zusam-
menhänge. Eine positiv signifikante Korrelation fand man zwischen dem mittleren Bereich
der RNFL und des low CST; zwischen dem mittleren Teil der GCL+IPL und dem up CST;
innerhalb aller Abschnitte der ONL+PR und des up CST und zwischen allen Bereichen der
gesamten Retina und des up CST. Weitere positive, jedoch nicht signifikante Zusammen-
hänge zeigten sich hauptsächlich zwischen mid oder up CST und den verschiedenen Reti-
naschichten. Negativ, nicht signifikante Korrelationen bestanden überwiegend zwischen
den Retinaschichten und den FA-Werten des low CST.
Beim Vergleich der FA-Werte und der Retinaschichtdicke bei Patienten fand man zwi-
schen den Retinaschichten und dem low CST nur positive Korrelationen. Signifikante
Werte wiesen alle Bereiche der GCL+IPL und der gesamten Retina auf. Des Weiteren fand
man signifikante Werte bei der Korrelation mit der gesamten RNFL, dem äußeren Bereich
der RNFL, dem äußeren Teil der INL, dem gesamten und mittleren Teil der ONL+PR. Bei
der Korrelation zwischen mid CST und den verschiedenen Retinaschichten zeigten sich
gleichermaßen negative und positive Korrelationen. Ein signifikant negativer Zusammen-
hang mit den FA-Werten des mid CST bestand mit dem mittleren Teil der RNFL, der ge-
samten INL und dem äußeren Bereich der INL. Eine signifikant positive Korrelation be-
steht mit dem äußeren Teil der GCl+IPL. Bei der Korrelation der FA-Werte des up CST
und der Retinaschichtdicke fand man hauptsächlich negative Zusammenhänge, jedoch wa-
ren diese nur in der gesamten GCL+IPL, im mittleren Bereich der OPL und im mittleren
Teil der gesamten Retina signifikant.
Ergebnisse
46
Tabelle 8: Korrelation zwischen FA-Mittelwerten und Retinaschichtdicke
Gemischtes lineares Regressionsmodell zum Vergleich der Mittelwerte der Retinaschichtdicke gegenüber
den FA-Mittelwerten (fraktionelle Anisotropie) bei drei Bereichen des kortikospinalen Trakts (CST). * p
<0,05; ** p <0,005, negative Korrelation: rote Zahlen, positive Korrelation: schwarze Zahlen. Fett sind signi-
fikante p-Werte hervorgehoben. Einzelnen Schichten: RNFL (retinale Nervenfaserschicht), GCL + IPL
(Ganglienzellschicht + innere plexiforme Schicht), INL (innere Körnerschicht), OPL (äußere Körnerschicht),
ONL + PR (äußere Körnerschicht + Photorezeptoren). Unterteilung jeder Schicht in einen mittleren (Mitte)
und äußeren Bereich (außen).
p-Wert
(Kontrollen:
lowCST)
p-Wert
(Kontrollen:
midCST)
p-Wert
(Kontrollen:
upCST)
p-Wert
(Patienten:
lowCST)
p-Wert
(Patienten:
midCST)
p-Wert
(Patienten:
upCST)
RNFL 0,52 0,33 0,29 0,01* 0,86 0,80
Mitte 0,04* 0,47 0,41 0,66 <0,01** 0,87
außen 0,83 0,40 0,36 <0,01** 0,57 0,73
GCL+IPL 0,07 0,58 0,07 <0,01** 0,10 0,03*
Mitte 0,60 0,50 0,01* 0,02* 0,65 0,07
außen 0,05 0,70 0,24 <0,01** <0,05* 0,06
INL 0,48 0,46 0,65 0,05 0,01* 0,70
Mitte 0,67 0,97 0,98 0,26 0,05 0,39
außen 0,28 0,40 0,60 0,04* 0,02* 0,97
OPL 0,13 0,93 0,76 0,51 0,90 0,11
Mitte 0,08 0,19 0,48 0,88 0,75 0,01*
außen 0,44 0,42 1,00 0,35 0,72 0,55
ONL 0,90 0,61 <0,01** 0,02* 0,33 0,23
Mitte 1,00 0,44 <0,01** <0,01** 0,48 0,17
außen 0,85 0,81 0,01* 0,06 0,28 0,31
Gesamte
Retina
0,18 0,30 <0,01** <0,01** 0,53 0,06
Mitte 0,9123 0,4529 0,0001 0,0074 0,8898 0,0261
außen 0,157 0,3808 0,0421 0,0001 0,3047 0,1472
Diskussion
47
4 Diskussion
Die amyotrophe Lateralsklerose wird mittlerweile als Multisystemerkrankung verstanden,
da sich über die Pathologie der ersten und zweiten Motoneurone hinaus eine Beteiligung
mehrere extra-motorischer Bereiche herausstellte. Eine Beteiligung des gesamten Gehirns,
wobei eine stadienhafte Ausbreitung der Erkrankung stattfindet, wurde sowohl histopatho-
logisch als auch mithilfe diffusionsgewichteter Bildgebung in vivo dargestellt (Braak,
Brettschneider et al. 2013, Kassubek, Muller et al. 2014). Zur Frage nach einer retinalen
Beteiligung bei ALS Patienten gibt es bisher eine kontroverse Datenlage. In der überwie-
genden Anzahl der Arbeiten zeigte sich eine Abnahme der Dicke einzelner Schichten der
Retina (Ringelstein M, Albrecht P et al. 2014, Rosen D., Boeke A. et al. 2016., Simonett,
Huang et al. 2016, Volpe, Simonett et al. 2015). Wir initiierten deshalb diese Studie, die
eines der größten Patientenkollektive umfasst.
Ausgehend von unserer Fragestellung fanden wir mithilfe der OCT Messungen eine Aus-
dünnung retinaler Schichten innerhalb der RNFL und der INL. Bei Korrelation der klini-
schen Daten, wie ALSFRS-R und Erkrankungsdauer mit den Retinaschichten, bei denen es
zu einer Veränderung kam, konnten wir keine signifikanten Ergebnisse nachweisen. Ein
Zusammenhang zwischen der Dicke einzelner Retinaschichten und dem Alter konnte teil-
weise festgestellt werden. Aufgrund dieser Tatsache verwendeten wir ein im Alter ver-
gleichbares Kontrollkollektiv in unserer Arbeit. Ein Alleinstellungsmerkmal unserer Studie
ist es, dass wir die OCT Parameter mit FA-Werten entlang des kortikospinalen Trakts kor-
relierten. Auch hier fanden sich signifikante Zusammenhänge.
4.1 Retinaschichtdicke
4.1.1 Vergleich der einzelnen Retinaschichten
Bei Betrachtung der retinalen Nervenfaserschicht im Vergleich zum Kontrollkollektiv
wurde sowohl für die Dicke der gesamten RNFL als auch bei isolierter Analyse des äuße-
ren Teils eine signifikante Abnahme im Vergleich zum Kontrollkollektiv nachgewiesen (p
< 0,01). Nach Unterteilung des Patientenkollektives in spinalen und bulbären Verlaufstyp
zeigte sich für die RNFL der Patienten mit spinalem Beginn das gleiche signifikante Er-
gebnis wie bei Betrachtung aller Patienten (p < 0,01). Bei Patienten mit bulbären Beginn
ergab sich nur für den äußeren Teil der RNFL ein signifikantes Resultat (p < 0,05). Eine
Beteiligung der RNFL konnte auch durch die histopathologische Untersuchung eines
Diskussion
48
menschlichen Auges bestätigt werden. Hier konnte eine Atrophie von Axonen der Gangli-
enzellen nachgewiesen werden (Volpe, Simonett et al. 2015).
Die gesamte INL und der mittlere Bereich zeigte eine signifikante Degeneration im Ver-
gleich zum Kontrollkollektiv (p < 0,05). Bei Patienten mit spinalem Erkrankungsbeginn
wurden signifikante Ergebnisse für die gesamte INL (p < 0,01), für den mittleren (p <
0,05) und für den äußeren Bereich (p < 0,05) nachgewiesen. Bei Patienten mit bulbären
Beginn wurden keine signifikanten Resultate erreicht. In einer histologischen Untersu-
chung konnte auch eine Beteiligung der INL dargestellt werden. Hierzu wurden die Augen
von zwei Patienten mit einer familiären Form der ALS, nämlich einer C9orf72 Mutation
untersucht. Innerhalb der inneren Körnerschicht konnte durch Färbung mit verschiedenen
Antikörpern p62 positive zytoplasmatische Einschlüsse nachgewiesen werden. Diese fan-
den sich zum Großteil in den Zapfen Bipolarzellen und zu geringem Maße auch in amkri-
nen Zellen und Horizontalzellen. Histologisch ergab sich keine signifikante Verschmäle-
rung dieser Schicht, jedoch war die INL bei ALS Patienten geringfügig schmäler (Fawzi
A, Simonet J et al. 2014). Aufgrund der Datenlage lässt sich die Hypothese aufstellen, dass
diese Einschlüsse einen Einfluss auf die Integrität der Zellen ausüben könnten und es im
Verlauf möglicherweise zum Zelluntergang und somit zu einer Verschmälerung dieser
Schicht kommen könnte. Da hier Patienten mit einer familiären Form (C9orf72 Mutation)
der ALS betrachtet wurden und unserer Arbeit vor allem Patienten mit sALS beinhaltete,
kann man die Vermutung aufstellen, dass bei der sporadischen Form die Degeneration der
INL bereits in früheren Krankheitsstadien einsetzt als bei der familiären Form. Da man
sich bei der Messung der Schichtdicke im Mikrometerbereich aufhält, ist es möglich, dass
eine geringfügige Verschmälerung der Schicht nur schwer detektierbar ist und man erst
durch Auswertung eines größeren Kollektives signifikante Ergebnisse erhält.
Die Dicke der gesamten Retina im Bereich der Makula ist nur im äußeren Teil signifikant
dünner (p < 0,05). Bei separater Betrachtung der Gruppen mit unterschiedlichem Erkran-
kungsbeginn fanden sich für die gesamte Retinadicke keine signifikanten Ergebnisse.
4.1.1.1 Veränderung der RNFL – mögliche Ursachen
Die Ausdünnung der RNFL wurde mittels OCT gezeigt. Da diese Schicht hauptsächlich
aus unmyelinisierten Axonen der Ganglienzellen besteht, spricht eine Verschmälerung für
eine Degeneration von Axonen. Allgemein kann ein gestörter axonaler Transport, eine
Pathologie der Mitochondrien und eine Veränderung von Ionenkonzentrationen zu einer
axonalen Degeneration führen (Coleman 2005). Bei Mitochondrien kann es unter anderem
Diskussion
49
zu einer Veränderung der Morphologie, der Funktion und der Verteilung, wie einer Akku-
mulation im proximalen Axon und im Zellkörper, kommen (Sasaki, Iwata 2007, De Vos,
Chapman et al. 2007). Wendet man diese These auf die Retina an, kann man die Hypothese
aufstellen, dass es durch die Umverteilung der Mitochondrien zur Ausdünnung der RNFL
kommt. Des Weiteren kann auch ein Defekt von Mitochondrien zu einer Degeneration von
Axonen führen (Fischer-Hayes, Brotherton et al. 2013). Bezieht man dieses Ergebnis auf
die Retina, kann ein Mitochondriendefekt zu einer Verschmälerung der retinalen Nerven-
faserschicht führen. Aufgrund genetischer Mutationen kann es zur Dysfunktion von Ionen-
kanälen innerhalb der Axone kommen mit der Folge eines erhöhten Natrium und reduzier-
ten Kalium Stromes. Dies führt zu einer axonalen Übererregbarkeit und in der Folge zu
einer Degeneration der Neurone. Ein weiterer wichtiger Punkt der zu einer axonalen Dege-
neration führt, ist ein Anstieg der Calciumkonzentration. Durch Aktivierung calciumab-
häniger Enzyme kann es dadurch zur Neurodegeneration kommen (Geevasinga, Menon et
al. 2015). In der Retina führt diese unterschiedliche Ionenkonzentration möglicherweise
auch zum Untergang von Nervenzellen. Da die retinale Nervenfaserschicht die Axone der
Ganglienzellen darstellt, ist die Vermutung naheliegend, dass es bei einem Untergang der
Axone auch zu einem Zelltod der Ganglienzellkörper kommen müsste und somit auch zu
einer Verschmälerung der GCL. Jedoch wurde gezeigt, dass Axone vulnerabler als Zell-
körper sind, und dass Prozesse nicht immer die gesamte Zelle betreffen müssen, sondern
dass Veränderungen unabhängig voneinander entweder im Axon oder im Zellkörper ablau-
fen können. Auch im Tiermodell konnte gezeigt werden, dass die Pathogenese der Erkran-
kung eher auf axonale Prozesse zurückzuführen ist und nicht auf den Untergang kompletter
Zellen (Fischer-Hayes, Brotherton et al. 2013). Somit lässt sich möglicherweise eine Ver-
änderung der RNFL unabhängig von einer Veränderung der GCL erklären. Aufgrund der
Annahme, dass vor allem Axone betroffen sind, müsste man in der logischen Konsequenz
auch eine Verschmälerung sowohl der IPL, die die Axone der Bipolarzellen enthält, als
auch der OPL, die die Axone der Photorezeptoren beinhaltet, finden. Dies ist jedoch weder
in unserer Arbeit noch in weiteren Studien belegt wurden. Als Grundlage hierfür könnte
man einen neuropathologischen Mechanismus anführen, der bei Mäusen aufgezeigt wurde.
Tallon et al. konnte zeigen, dass die Degeneration zuerst bei langen Axonen einsetzte und
es erst in fortgeschrittenen Krankheitsstadien zu einer Beteiligung kürzerer Axone kam
(Tallon, Russell et al. 2016). Somit lässt sich erklären, dass zuerst die Axone der Ganglien-
zellen betroffen sind, denn diese Stellen die längsten Axone in der Retina dar. Möglicher-
weise könnte es in stark fortgeschrittenen Krankheitsstadien auch zu einer Degeneration
Diskussion
50
der IPL und OPL kommen. Dies ist jedoch in unserer Studie nicht der Fall, da die Erkran-
kungsdauer mit durchschnittlich 12 Monaten noch relativ kurz war. Diese Arbeit über
Mäuse zeigte des Weiteren, dass die axonale Degeneration den klinischen Symptomen
vorrausgeht. Somit lässt sich auch erklären, dass die Patienten subjektiv keine visuellen
Einschränkungen haben. Eine weitere Erklärung zur Ausdünnung der RNFL ist mit der
Hypothese der Autophagozytose vereinbar. Durch die Mutation von Optineurin kommt es
bei ALS zur Überaktivität von NF-κB und somit zur Überexpression und damit zur Induk-
tion des Zelltodes retinaler Ganglienzellen (Maruyama, Morino et al. 2010, Sirohi, Cha-
lasani et al. 2013). Möglicherweise kommt es zuerst zur Autophagozytose im Bereich der
Axone und somit zuerst zu einer Verschmälerung der RNFL und in Fortgeschrittenen Sta-
dien erst zu Veränderungen der GCL. Man könnte es auch so erklären, dass nur die RNFL
und nicht die GCL nachweislich dünner wird, weil bei der retinalen Nervenfaserschicht die
Degeneration stärker ins Gewicht fällt, da diese sehr dünn ist und bei der Ganglienzell-
schicht fällt dies nicht sofort auf, da diese nach der ONL+PR die dickste Schicht darstellt.
Eine weitere Möglichkeit wäre auch, dass es innerhalb der GCL zu reaktiven Prozessen der
Gliazellen kommt und somit zu einer Kompensation des Zellverlustes. Diese Vergrößerung
von Gliazellen ist bei Aktivierung von Astrozyten und Mikrogliazellen nach Untergang
von Motoneuronen belegt (Philips, Rothstein 2014).
Auffällig in unserer Arbeit ist jedoch, wenn man von einer allgemeinen Beteiligung der
Axone ausgeht, warum bei isolierter Betrachtung des mittleren Bereiches kein signifikan-
tes Ergebnis erreicht wird. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass es technisch schwierig
ist, die Schichtdicke in diesem Bereich zu bestimmen. Dies wurde auch in der Arbeit von
Shrier et al. angemerkt (Shrier, Adam et al. 2012). Auch wäre es möglich, da die retinale
Nervenfaserschicht von sich aus sehr dünn ist, dass man tatsächlich eine Verschmälerung
hat, da aber die Auswertung manuell stattfindet und man diese dünnen Bereiche gar nicht
mehr korrekterweise darstellen kann und somit führt der Fehler zu dieser falschen Mes-
sung. Des Weiteren müsste man in histologischen Studien klären, ob eine axonalen Dege-
neration zuerst eher in äußeren Bereichen der Makula beginnt und erst bei stark fortge-
schrittenen Krankheitsstadien die Foveola betrifft. Bei isolierter Betrachtung der Patienten
mit bulbären Krankheitsbeginn lässt sich auch für die gesamte RNFL keine Verschmäle-
rung darstellen. Dies könnte man wiederrum auf eine Fehlmessung im mittleren Bereich
zurückführen, da sich hier bei den Patienten eine dickere RNFL in diesem Teilstück ge-
zeigt hat als bei den Kontrollen. Diese Verdickung des mittleren Teils wirkt sich natürlich
dann auf die Dicke der gesamten RNFL aus. Ein weiterer Grund hierfür wäre auch, dass
Diskussion
51
ein Patientenkollektiv von nur 20 Personen zu gering ist, um aussagekräftige Ergebnisse zu
erzielen.
4.1.1.2 Veränderung der INL – mögliche Ursachen
Die INL, die auch eine Verschmälerung im Vergleich zum Kontrollkollektiv aufgewiesen
hat, enthält die Zellkörper der Bipolarzellen und die Somata der Amakrin- und Horizon-
talzellen. Die zwei letztgenannten Zelltypen stellen Interneurone dar und sind für die Mo-
difikation der visuellen Information verantwortlich. Dies geschieht vor allem durch die
hemmenden Einflüsse über die Transmitter GABA und Glycin (MacNeil, Masland 1998,
Wassle 2004, Fawzi A, Simonet J et al. 2014). Die Degeneration dieser Schicht kann also
nur durch den Verlust oder die Veränderung einer oder mehrere dieser Zellkörper erklärt
werden. Eine entscheidende Rolle hierfür spielt die Dysbalance zwischen exzitatorischen
und inhibitorischen Neurotransmittern. Seit langen ist bekannt, dass ALS eine neurodege-
nerative Erkrankung der Motoneurone ist, bei der es zu einer kortikalen Übererregbarkeit
kommt. Dieses Phänomen wird als „Interneuronopathy“ bezeichnet, d.h. eine inhibitori-
sche Dysfunktion führt zur Exzitotoxizität. Dieser Begriff beschreibt, dass es durch exzes-
sive Stimulation durch den Neurotransmitter Glutamat zur Schädigung, beziehungsweise
zum Untergang von Nervenzellen kommt (Foerster, Pomper et al. 2013). Diese Imbalance
der Neurotransmitter wird vor allem durch den Verlust inhibitorischer Neurone verursacht
(Turner, Kiernan 2012). In mehreren histologischen Studien konnte eine Pathologie der
kortikalen Interneurone gezeigt werden. Es kommt zum Verlust essentieller Proteine in
GABAergen Interneuronen (Maekawa, Al-Sarraj et al. 2004) oder zu einer Reduktion der
GABA-Rezeptor Untereinheiten im Motorkortex oder frontotemporal (Petri, Kollewe et al.
2006, Petri, Krampfl et al. 2003). Auch bei spinalen Interneurone konnte histologisch ein
Verlust gezeigt werden (Stephens, Guiloff et al. 2006). Durch elektrophysiologische Un-
tersuchungen, wie zum Beispiel der transkraniellen Magnetstimulation, konnte gezeigt
werden, dass es zu einer Übererregung kommt, die vor allem durch die Dysfunktion hem-
mender Prozesse verursacht wird (Eisen, Weber 2000, Vucic, Cheah et al. 2009, Vucic,
Kiernan 2006). Des Weiteren konnte durch bildgebende Verfahren eine ausgeprägte korti-
kale Aktivität bei reduzierten inhibitorischen Einflüssen veranschaulicht werden (Foerster,
Pomper et al. 2013, Turner, Kiernan 2012). Wenn man nun diese Ergebnisse auf die Retina
überträgt, kann es durch den Verlust oder die Dysfunktion von inhibitorischen Zellen,
nämlich den Amakrin- und Horizontalzellen, zu einem Mangel an GABA kommen und
dies würde dann in einer Erhöhung des Transmitters Glutamat resultieren. Diese erhöhte
Diskussion
52
Menge Glutamat wäre potentiell schädlich für die Bipolarzellen und würde in logischer
Konsequenz zum Untergang dieser führen. Somit würde sich eine Verschmälerung der INL
gut erklären lassen.
Nun stellt sich in unserer Arbeit die Frage, warum bei Betrachtung aller ALS Patienten der
äußere Teil der INL nicht signifikant dünner ist, obwohl ein signifikantes Ergebnis bei der
kompletten inneren Körnerschicht und bei separater Analyse des mittleren Teils vorliegt.
Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass man bei separater Betrachtung der Patienten
mit bulbären Beginn eine Verdickung dieser Schicht im äußeren Abschnitt vorfand und
somit dieses Resultat einen Einfluss auf die Analyse der Dicke der kompletten INL hat.
Außerdem könnte die Möglichkeit bestehen, dass der innere Bereich der Makula sensibler
auf Exzitotoxizität reagiert und es erst in weiter fortgeschrittenen Krankheitsstadien zur
Schädigung des äußeren Teiles kommt. Eine mögliche Erklärung, warum man bei ALS
Patienten mit spinalen Erkrankungsbeginn in allen Teilbereichen signifikante Ergebnisse
fand, dies jedoch nicht bei bulbären Beginn der Fall gewesen ist, wäre, dass das Patienten-
kollektiv „bulbär“ mit 20 Personen zu gering ist oder dass erst in stark fortgeschrittenen
Krankheitsstadien es zu einer Beteiligung der inneren Körnerschicht kommt. Eine weitere
Möglichkeit wäre auch, dass es nie zu einer Affektion der INL bei dieser Subgruppe
kommt.
4.1.1.3 Weitere mögliche Ursachen - Einfluss von Gliazellen
Es ist bekannt, dass eine Aktivierung der Gliazellen bei ALS zur Schädigung und zum Tod
von Motoneuronen führt. Normalerweise besitzen Gliazellen eine protektive Funktion, da
sie unter anderem die Konzentration von Glutamat beeinflussen. Bei ALS kommt es zur
Aktivierung von Gliazellen. Aktivierte Gliazellen setzten unter anderem inflammatorische
Zytokine frei und können weniger Glutamat aufnehmen. Dadurch wird die Exzitotoxizität
von Glutamat verstärkt (Philips, Rothstein 2014, Lee, Hyeon et al. 2016, Brettschneider,
Toledo et al. 2012). Da auch die gesamte Retina von Gliazellen, den sogenannten Müller-
Zellen durchzogen wird, könnte die Möglichkeit bestehen, dass es hier zu einer Aktivie-
rung der Gliazellen kommt und infolge dessen zu einer Schädigung bestimmter Zellen und
somit zur Verschmälerung einer spezifischen Retinaschicht. In einer MRT Studie konnte
gezeigt werden, dass eine Abnahme der FA-Werte, die für eine strukturelle Veränderung
im CST spricht, mit einer zunehmenden Aufnahme eines Markers verbunden ist, der Glia-
zellen markiert. Hieraus kann man schließen, dass es durch eine Schädigung von Nerven-
gewebe zur Aktivierung von Gliazellen kommt oder, dass eine Aktivierung von Gliazellen
Diskussion
53
zu einer Freisetzung proinflammatorischer Mediatoren führt, die dann Nervengewebe
schädigen. Hiervon sind vor allem Axone betroffen (Alshikho, Zurcher et al. 2016, Lull,
Block 2010). Da innerhalb der Retina Gliazellen vor allem in der RNFL und GCL präsent
sind, kann dieser Mechanismus die Degeneration der RNFL, die hauptsächlich aus Axonen
besteht, möglicherweise erklären. Appel et al. stellt in seiner Studie dar, dass es durch die
Schädigung von Motoneuronen zur Aktivierung von Mikroglia gekommen ist. Die
Mikroglia wiederum setzte neurotoxische Substanzen frei und somit kam es zur weiteren
Schädigung von Neuronen (Appel, Zhao et al. 2011). Diesen sich selbst verstärkenden
Prozess könnte man auch auf die Retina übertragen. Durch den Untergang von Bipolarzel-
len durch Exzitotoxizität kommt es zur Aktivierung von Mikroglia, die wiederum weitere
toxische Substanzen freisetzt und somit zum Untergang weitere Zellen führt. Daraus könn-
te resultieren, dass es im weiteren Krankheitsverlauf durch toxische Substanzen zum Un-
tergang weiterer Zellen kommt und somit neben der INL zur Ausdünnung weiterer retina-
ler Schichten. Bei der altersbedingten Makuladegeneration wurde dies bereits gezeigt. Die
Migration von Mikroglia in die ONL führt hier zum Zelltod von Zapfen (Nag, Wadhwa
2012).
4.2 Zusammenhang zwischen Retinaschichtdicke und klinischen Daten
In dieser Arbeit wurden verschiedene Einflussfaktoren auf die Retinadicke bei ALS Patien-
ten untersucht. Neben der Auswirkung der Erkrankungsdauer und der Schwere der Erkran-
kung, wurde der Einflussfaktor Alter untersucht.
4.2.1 Einflussfaktor ALSFRS-R
Bei ALS Patienten kann die Schwere der Erkrankung anhand des ALSFRS-R festgestellt
und der Verlauf dokumentiert werden. Bei der Korrelation zwischen Retinaschichtdicke
und der Höhe des ALSFRS-R wurde sowohl in unserer Arbeit als auch in anderen Studien
keine Korrelation gefunden (Simonett, Huang et al. 2016, Ringelstein M, Albrecht P et al.
2014). Eine mögliche Ursache hierfür ist, dass in unserer Arbeit alle Patienten einen relativ
hohen durchschnittlichen ALSFRS-R hatten. Es könnte sein, dass es erst bei schwereren
Formen der Erkrankung zu einer Korrelation kommt. Außerdem kann man möglicherweise
keine Korrelation feststellen, da das Patientenkollektiv zu heterogen ist. Es wurde keine
Auswertung getrennt für den spinalen und bulbären Erkrankungsbeginn durchgeführt. Des
Diskussion
54
Weiteren konnten die genetischen Formen nicht separat analysiert werden, da in dieser
Arbeit bei nur einem Bruchteil der Patienten eine genetische Ursache nachgewiesen wurde.
4.2.2 Einflussfaktor Alter
In der Literatur zeigt sich vor allem bei OCT Untersuchungen und histologischen Studien
die Tendenz, dass das Alter einen Einfluss auf die Retinadicke hat. Deshalb wurde in die-
ser Arbeit zuerst untersucht, in wieweit das Alter einen Einfluss auf die Retinadicke bei
gesunden Personen hat, um anschließend diese Ergebnisse mit denen von ALS Patienten
zu vergleichen.
4.2.2.1 Einflussfaktor Alter - gesunde Probanden
Bei gesunden Personen zeigte sich eine signifikante Abnahme der Retinaschichtdicke mit
steigendem Alter, sowohl bei Betrachtung der Dicke der gesamten RNFL und der gesam-
ten GCL+IPL, als auch bei separater Analyse des äußeren Bereichsdieser Schichten. Eine
gesonderte Betrachtung des mittleren Bereichs zeigte dieselbe Tendenz, jedoch war dieses
Ergebnis nicht signifikant. Diese Resultate sind identisch zu weiteren Arbeiten (De-
mirkaya, van Dijk et al. 2013, Koh, Tham et al. 2012, Ueda, Kanamori et al. 2016). Diese
Versschmälerung lässt sich dadurch erklären, dass es mit zunehmendem Alter zu einer
Abnahme sowohl von Ganglienzellen und deren Axonen, als auch von Gliazellen kommt,
die v.a. in der RNFL und der GCL präsent sind (Nag, Wadhwa 2012). Weitere signifikante
Ergebnisse ergaben sich in der ONL+PR. Hier wurde eine signifikante positive Korrelation
nachgewiesen, d.h. dass bei steigendem Alter die Schichtdicke zunimmt. Eine mögliche
Erklärung hierfür ist, dass mit steigendem Alter es zu einer Ablagerung von Lipo-
fuscingranula kommt und somit zu einer Dickenzunahme (Nag, Wadhwa 2012). Bei Be-
trachtung der gesamten Retinadicke konnte in dieser Arbeit keine altersabhängige Korrela-
tion nachgewiesen werden. Bei separater Betrachtung des mittleren Teiles der gesamten
Retina zeigte sich eine signifikante positive Korrelation. Im äußeren Bereich zeigte sich
nur die Tendenz, dass die gesamte Retina mit zunehmendem Alter dünner wird. Bei Be-
trachtung der gesamten Retina gibt es eine kontroverse Datenlage. Dies ist möglicherweise
darauf zurückzuführen, dass unterschiedliche OCT-Geräte genutzt wurden, und dass die
Retinadicke über unterschiedlichen Bereichen gemessen wurde. Beispielsweise wurde in
der Arbeit von Bafiq et al. und bei Song et al. der Bereich der Fovea, mit 1 mm Durchmes-
ser definiert, ausgeschlossen. Anschließend wurde eine separate Korrelation bezüglich
Diskussion
55
Retinadicke innerhalb der Fovea und Alter durchgeführt, die wiederum zu keinem signifi-
kanten Ergebnis führte. Für den Retinabereich außerhalb der Fovea konnte jedoch eine
alterskorrelierte Abnahme der Retinadicke gezeigt werden (Bafiq, Mathew et al. 2015,
Song, Lee et al. 2010). Diese Abnahme wurde in der Arbeitsgruppe von Bafiq et al. mit
einer durchschnittlichen Degeneration von 0,5 bis 0,76 µm pro Jahr angegeben (Bafiq,
Mathew et al. 2015). Auch weitere Arbeiten bestätigten eine Abnahme der gesamten Reti-
nadicke mit steigendem Alter (Choovuthayakorn, Watanachai et al. 2012, Gupta, Sidhartha
et al. 2013, Rao, Kumar et al. 2011, Song, Lee et al. 2010). Die Arbeitsgruppe von Oto et
al. konnte dieses Ergebnis nur bei männlichen Probanden zeigen. Im Gegensatz dazu zeigte
sich in der Frauengruppe keine signifikante Abnahme der Retinadicke mit dem Alter
(Ooto, Hangai et al. 2010). Eine nicht vorhandene Korrelation, unabhängig vom Ge-
schlecht, zwischen Alter und Makuladicke wird auch in einigen Studien belegt
(Adhi, Aziz et al. 2012, Cubuk M., Kasim B. et al. 2017, Grover, Murthy et al. 2009, Var-
ma, Bazzaz et al. 2003, Wexler, Sand et al. 2010).
Neben einer Vielzahl an Arbeiten zum Thema altersabhängige Retinadegeneration mithilfe
von OCT, gibt es auch histologische Untersuchungen, die versuchen, die Veränderungen
auf molekularer Ebene zu erklären. Es konnte eine Verschmälerung der GCL und auch
eine Abnahme der Dicke der gesamten Retina gezeigt werden. (Cavallotti, Artico et al.
2004, Gao, Hollyfield 1992).
4.2.2.2 Einflussfaktor Alter - ALS Patienten
Innerhalb der RNFL konnte keine signifikante altersabhängige Korrelation nachgewiesen
werden, obwohl dies innerhalb des Kontrollkollektives gezeigt wurde. Dies ist möglicher-
weise darauf zurückzuführen, dass bei ALS Patienten es krankheitsbedingt zu Veränderun-
gen in dieser Schicht kommt und somit das Alter keinen relevanten Einfluss auf die
Schichtdicke mehr ausübt. Eine weitere Ursache hierfür könnte sein, dass es zu fehlerhaf-
ten Messungen kam, da die genaue Schichtdicke manuell nachbearbeitet wird und dies bei
der RNFL aufgrund der geringen Dicke schwierig durchzuführen ist. Des Weiteren ist zu
beachten, dass die Altersspanne bei ALS Patienten zwischen 28-84 Jahren liegt und die
jungen Patienten hier die Statistik stark beeinflussen könnten. Denn auch Cubuc et al. zeig-
te, dass man bei Patienten unter 50 Jahren keine Abnahme der Retinadicke mit steigendem
Alter findet (Cubuk M., Kasim B. et al. 2017). Des Weiteren könnte die Erkrankungsdauer
und Schwere der Erkrankung ein beeinflussender Störfaktor sein, auch wenn man keine
signifikante Korrelation zwischen diesen Faktoren und der Retinadicke herstellen konnte.
Diskussion
56
Man könnte die Hypothese aufstellen, dass bei junge Patienten mit einer schmalen RNFL,
aufgrund der Schwere der Erkrankung oder da es zu einer stärkeren Abnahme der RNFL
aufgrund des höheren Ausgangswertes kommt, im Verlauf der Faktor Alter keine aus-
schlaggebende Rolle mehr spielt. Bei Analyse der gesamten CGL+IPL zeigte sich bei ALS
Patienten eine signifikante negative Korrelation. Dies zeigte sich auch bei separater Be-
trachtung des mittleren und des äußeren Teilbereiches. Dasselbe Resultat zeigte sich inner-
halb des gesunden Kontrollkollektivs, mit Ausnahme des mittleren Bereiches der
CGL+IPL. Dieses Ergebnis lässt sich dadurch erklären, da die Erkrankung selbst, auf Basis
unserer Studie, keinen Einfluss auf diese Schicht hat. Bei Betrachtung der ONL+PR konnte
bei ALS Patienten keine Korrelation mit dem Alter hergestellt werden, wie dies jedoch bei
gesunden Kontrollpersonen der Fall war. Dieser Unterschied lässt sich möglicherweise
dadurch erklären, dass die Veränderungen, die innerhalb der Retina bei ALS stattfinden
einen Einfluss auf kompensatorische Vorgänge, wie die Ablagerung von Lipofuscingranu-
la, haben und es somit zu keiner Verdickung der ONL+PR kommen kann. Im Unterschied
zum Kontrollkollektiv konnte bei ALS-Patienten eine Abnahme der gesamten Retinadicke
mit steigendem Alter gezeigt werden. Signifikant waren diese Ergebnisse bei Betrachtung
der gesamten Retina und bei separater Analyse des äußeren Bereiches. Bei isolierter Ana-
lyse des mittleren Bereiches zeigte sich nur eine Tendenz. Dieses Ergebnis stimmt mit den
meisten bekannten Arbeiten überein (Choovuthayakorn, Watanachai et al. 2012, Gupta,
Sidhartha et al. 2013, Rao, Kumar et al. 2011, Song, Lee et al. 2010). Die Erkrankung an
sich hat also keinen so starken Einfluss auf die gesamte Retinadicke, sodass die altersab-
hängige Abnahme der Retinadicke nicht demaskiert wird.
4.2.2.3 Einflussfaktor Alter - Fazit
Da zum Thema Alter und Retinadegeneration die Ergebnisse sehr stark divergieren müsste
man alle Faktoren, die möglicherweise eine Veränderung der Retina verursachen im Studi-
enmodell berücksichtigen, um festzustellen, ob das Alter an sich auch bei Erkrankten zu
einer Abnahme der Retinadicke führt. Die Analyse müsste getrennt für Männer und Frauen
durchgeführt werden, da mehrere Studien gezeigt haben, dass das Geschlecht einen Ein-
fluss auf die Retinadicke hat (Bafiq, Mathew et al. 2015, Gupta, Sidhartha et al. 2013,
Ooto, Hangai et al. 2010, Alasil, Wang et al. 2013). Als weiterer Einflussfaktor ist die eth-
nische Herkunft zu nennen (Bafiq, Mathew et al. 2015, Wagner-Schuman, Dubis et al.
2011). Aufgrund dieser Tatsache könnten die oben genannten Ergebnisse so stark divergie-
ren, da die verschiedenen Arbeiten aus unterschiedlichen Ländern stammten. Um mög-
Diskussion
57
lichst viele Einflussfaktoren in Zukunft auszuschließen, müsste man für weitere Studien
ein Kontrollkolletiv wählen, dass möglichst groß ist und man müsste jedem ALS Patienten
eine identisch alte und gleichgeschlechtliche Person zuordnen. Des Weiteren sollte eine
Einteilung in verschiedene Altersklassen vorgenommen werden. Um zu unterscheiden, ob
die Schwere der Erkrankung oder das Alter eine bestimmte Retinadegeneration verursacht,
müsste man bei jeder Altersklasse noch eine Unterteilung in geringen, mittleren und hohen
ALSFRS-R vornehmen. Damit die Erkrankungsdauer keinen Einfluss hat, sollten alle Pati-
enten ungefähr ähnlich lang die Symptome aufweisen. Außerdem sollte eine Unterteilung
in spinalen und bulbären Verlaufstyp und in unterschiedliche genetische Formen stattfin-
den. Allgemein ist auch zu berücksichtigen, dass sich alle Studienteilnehmer vorher einer
augenärztlichen Untersuchung unterziehen. Optimal wäre natürlich eine Längsschnittstu-
die, um den Faktor Alter genau beurteilen zu können und um interindividuellen Unter-
schiede vermeiden zu können.
4.2.3 Einflussfaktor Erkrankungsdauer
Bisher wurde in mehreren Studien der Zusammenhang zwischen der Erkrankungsdauer
und der Dicke der Retina untersucht. Hierbei zeigte sich jedoch in den meisten Studien
keine Korrelation (Simonett, Huang et al. 2016, Ringelstein M, Albrecht P et al. 2014).
Volpe et al. konnte einen signifikant negativen Zusammenhang nachweisen. Die Arbeits-
gruppe stellte fest, dass es bei Zunahme der Erkrankungsdauer zu einer Verschmälerung
der gesamten Makula kommt. Dieses Ergebnis war bei einer Erkrankungsdauer über 40,5
Monate stärker ausgeprägt als darunter (Volpe, Simonett et al. 2015). Daraus kann man die
Hypothese formulieren, dass erst bei einer längeren Krankheitsdauer es zu einer signifikan-
ten Korrelation kommt. Somit ließ es sich erklären, dass in unserer Arbeit sich keine Kor-
relation zeigte, da die Patienten im Durchschnitt nur 12 Monate erkrankt waren. Jedoch
steht dazu die Arbeit von Simonettet al. im Wiederspruch. Hier betrug die Erkrankungs-
dauer durchschnittlich 43 Monate und trotzdem wurde keine Korrelation festgestellt (Si-
monett, Huang et al. 2016). Deshalb müssen noch weitere Faktoren eine Rolle spielen. Es
wäre möglich, dass bei einer bestimmten Patientengruppe eine Retinabeteiligung schon
nach kurzer Dauer auftritt, bei anderen Subtypen erst nach jahrelanger Erkrankung. Man
müsste also das Patientenkollektiv nach weiteren Eigenschaften, wie genetische Variation
oder Verlaufstyp unterteilen. Des Weiteren ist es schwierig die genaue Erkrankungsdauer
zu definieren. Häufig ist es den Patienten gar nicht bewusst, wann genau sie erste Symp-
tome hatten, denn die Beschwerden treten schleichend auf und können auch fehlinterpre-
Diskussion
58
tiert werden. Außerdem ist es möglich, dass sich der Patient einfach nicht mehr an den
genauen Zeitpunkt erinnert. Hinzukommend ist es schwierig verschiedene Arbeiten zu
diesem Thema zu vergleichen, denn es gibt keine einheitliche Definition der Erkrankungs-
dauer.
4.3 Vergleich mit anderen OCT Studien
Es gibt nur wenige Studien, die sich bisher mit der Untersuchung der Retina mittels OCT
befasst haben. Hierbei finden sich divergente Ergebnisse. Jedoch überwiegt die Anzahl
derer, die eine Beteiligung der Retina nachgewiesen haben (Rosen D., Boeke A. et al.
2016., Ringelstein M, Albrecht P et al. 2014, Simonett, Huang et al. 2016, Volpe, Simonett
et al. 2015).
Unsere Arbeit umfasst das bisher größte Patientenkollektiv von ALS Patienten mit dieser
Untersuchungstechnik, bei dem eine Retinabeteiligung gezeigt werden konnte. Jedoch wies
die Arbeitsgruppe von Roth et al. (Roth, Saidha et al. 2013), die ein ähnlich großes Patien-
tenkollektiv umfasste, keine Veränderung der Retina nach. Eine mögliche Begründung
hierfür ist, dass für die Analyse unter anderem zwei verschiedene Geräte genutzt wurden.
Wir arbeiteten mit dem Heidelberg Spectralis HD-OCT, dass auch eine höhere Auflösung
hat. Im Gegensatz dazu nutzte Roth et al. ein Cirrus HD-OCT (Version 5.0; Carl Zeiss
Meditec, Dublin, USA) mit geringerer Auflösung. Es konnte auch gezeigt werden, dass
verschiedene Geräte unterschiedliche Ergebnisse erzielten (Pierro, Giatsidis et al. 2010).
Des Weiteren fand bei uns eine semiautomatische Einteilung der Schichten statt, d.h. zu-
erst wurden die Schichten durch eine automatische Grauwerterkennung unterteilt und im
Anschluss manuell korrigiert und bearbeitet. Die Schichteinteilung bei Roth et al. fand
ausschließlich automatisch statt. Deshalb kann es dabei, möglicherweise durch Artefakte
verursacht, zu Ungenauigkeiten gekommen sein. Als weiterer wichtiger Punkt ist zu nen-
nen, dass in der Arbeitsgruppe von Roth et al. der zu analysierende Bereich größer war. Es
wurde ein Teil der Makula mit einem Durchmesser von 6 mm, zentriert um die Fovea, ana-
lysiert. In unserer Arbeit wurde nur ein Durchmesser von 4,5 mm betrachtet, da weiter
lateral die Schichtdifferenzierung schlechter zu erkennen war und man somit Fehler durch
die manuelle Auswertung vermeiden wollte. Die Zusammenfassung einzelner Retina-
schichten stimmte auch bei diesen beiden Arbeiten nicht überein. Roth et al. betrachtete die
INL und die OPL als eine Einheit. Hieraus könnte man vermuten, dass somit eine Verände-
rung der INL, die unsere Arbeit gezeigt hat, durch die OPL maskiert wird. Beim Vergleich
Diskussion
59
dieser zwei Studien zeigten sich auch Unterschiede im Patientenkollektiv. Unsere Arbeit
schloss nur Patienten ein, die nach den El Escorial Kriterien als „wahrscheinliche“ oder
„sichere“ ALS klassifiziert wurden. Bei Roth et al. wurden 26% der Patienten nur der Ka-
tegorie „mögliche ALS“ zugeordnet. Diese Patienten könnten dazu beitragen, dass die
Veränderungen der Retina, die sich durch die Patienten mit „wahrscheinlicher“ und „siche-
rer ALS“ ergeben das Gesamtkollektiv nicht mehr ausschlaggebend beeinflussen. Bei der
Arbeit von Roth et al. wurden alle Patienten mit fALS ausgeschlossen, dies war bei unserer
Arbeit nicht der Fall. Jedoch wird diese Tatsache kaum einen Einfluss auf die unterschied-
lichen Ergebnisse nehmen, denn in unserer Studie hatten nur fünf Patienten eine familiäre
Form der Erkrankung. Des Weiteren könnten in jedem Patientenkollektiv noch mehr Pro-
banden eine genetische Form der Erkrankung aufweisen, die man bisher noch nicht kennt
oder die routinemäßig nicht nachgewiesen werden konnte. Als weiterer wichtiger Punkt ist
zu nennen, dass in unserer Studie noch einmal eine Differenzierung in einen spinalen und
bulbären Beginn der Erkrankung vorgenommen wurde, wobei die spinale Form 70% des
gesamten Patientenkollektives umfasste. Roth et al. macht dazu keine Angaben, wie viel
Prozent der Patienten zu welchem Erkrankungstyp gehörten. Diese Tatsache ist jedoch
wichtig, da nur Patienten mit spinalen Beginn in unserer Arbeit eine Veränderung der INL
aufwiesen. Auch bei Betrachtung der gesamten Dicke der RNFL zeigte sich nur bei der
spinalen Form signifikante Ergebnisse. Somit könnte man die nicht Beteiligung der RNFL
und INL dadurch erklären, dass das Patientenkollektiv überwiegend aus Patienten mit bul-
bären Erkrankungsbeginn bestand und somit sehr stark das Gesamtkollektiv beeinflusste.
Das Durchschnittsalter war bei Roth et al. um fünf Jahre jünger als in unserer Arbeit. Je-
doch sollte dies die Arbeit nicht unbedingt beeinflussen, da das Kontrollkollektiv jeder
Studie alters-angepasst war. In unserer Studie wurde auch darauf geachtet, dass die Ge-
schlechterverteilung innerhalb der Patientengruppe und innerhalb des Kontrollkollektives
ausgeglichen war. Bei Roth et al. zeigte die Kontrollgruppe ungefähr eine einheitliche Ge-
schlechterverteilung, bei den Patienten jedoch waren ca. 66% männlich. Ein geschlechts-
spezifisch abgestimmtes Kontrollkollektiv ist jedoch wichtig, weil Unterschiede in der
Retinadicke zwischen Männern und Frauen bestehen (Wexler, Sand et al. 2010). Außer-
dem besteht auch eine Divergenz in der Erkrankungsdauer und im ALSFRS-R zwischen
diesen zwei Arbeiten. Zwar haben mehrere Studien gezeigt, dass diese beiden Faktoren
keinen signifikanten Einfluss auf die Retinadicke haben (Ringelstein M, Albrecht P et al.
2014, Simonett, Huang et al. 2016), jedoch könnten diese Faktoren trotzdem die Retinadi-
cke in einem gewissen Maß beeinflussen. In unserer Arbeit wurden auch Patienten ausge-
Diskussion
60
schlossen, die eine andere neurodegenerative Erkrankung oder eine entzündliche Erkran-
kung des zentralen Nervensystems aufwiesen. Bei Roth et al. wurden nur Patienten mit
progressiver Muskelatrophie nicht mit eingeschlossen. In beiden Studien wurden Personen
mit Pathologien am Auge ausgeschlossen. Jedoch wurde dies in keiner Studie augenärzt-
lich nachgeprüft, sodass es möglich wäre, dass in einem Kollektiv mehr Leute mit Verän-
derungen an der Retina aufgrund anderer Erkrankungen eingeschlossen wurden und es
somit zu einer Verzerrung der Ergebnisse kam (Roth, Saidha et al. 2013).
Neben der Studie von Roth et al. konnte auch in der Arbeitsgruppe von Cameron et. al kei-
ne Beteiligung der Retina nachgewiesen werden. Hier wurde jedoch nur die RNFL und die
GCL untersucht. Außerdem handelt es sich hierbei um ein kleines Patientenkollektiv
(Cameron J., Pal S. et al. 2016).
Eine Beteiligung der Retina konnte auch bei Ringelstein et al. und Simonett et al. nachge-
wiesen werden (Ringelstein M, Albrecht P et al. 2014, Simonett, Huang et al. 2016). In
allen drei Arbeiten konnte eine Abnahme der Dicke der RNFL nachgewiesen werden. Zu
beachten ist jedoch, dass die Dicke der RNFL bei Ringelstein et al. peripapillär und nicht
wie bei den anderen beiden Arbeiten im Bereich der Makula gemessen wurde. Eine Aus-
dünnung der INL konnte nur in unserer Arbeit und der von Ringelstein et al. gezeigt wer-
den. Eine Verschmälerung der gesamten Makuladicke wurde nur bei Ringelstein et al.
nachgewiesen. Diese ähnlichen Ergebnisse lassen sich darauf zurückführen, dass alle Ar-
beiten das gleiche Gerät, nämlich ein Spectralis HD-OCT der Firma Heidelberg verwende-
ten. Außerdem wurde überall semiautomatisch gearbeitet, d.h. es wurde eine automatische
Schichteinteilung genutzt, um jedoch darauf basierende Fehler zu minimieren, fand noch
eine Kontrolle und manuelle Nachbearbeitung statt. Aufgrund der sehr ähnlichen Eintei-
lung der Retinaschichten lassen sich diese Studien gut miteinander vergleichen. In unserer
Arbeit und bei Ringelstein et al. ist die Gliederung der Schichten identisch, bei Simonett et
al. wurde die OPL und ONL als eine Schicht zusammengefasst. Ausschlusskriterien sind
auch für alle drei Arbeiten sehr ähnlich. Aufgrund einiger Unterschiede im Patientenkol-
lektiv sind möglicherweise die unterschiedlichen Ergebnisse, bezogen auf die INL und
gesamte Makuladicke, zu erklären. In der Arbeit von Simonett et al. wurden nur Patienten,
die nach den El Eskorial Kriterien eine „sichere ALS“ aufwiesen eingeschlossen. Bei den
anderen beiden Studien auch ALS Patienten mit der Diagnose „wahrscheinliche ALS“. Bei
unserer Arbeit und bei Ringelstein et al. ist die Geschlechterverteilung und das Alter der
Patienten auf das der Kontrollen abgestimmt. Bei Simonett et al. wurde nur das Alter be-
Diskussion
61
rücksichtig, jedoch überwiegen im Patientenkollektiv die Männer, demgegenüber sind in
der Kontrollgruppe die Frauen überrepräsentiert, obwohl bekannt ist, dass das Geschlecht
einen Einfluss auf die Retinadicke hat (Wexler, Sand et al. 2010). Die Verlaufsform der
Erkrankung, nämlich ob sie spinal oder bulbär beginnt, könnte möglicherweise Auswir-
kungen haben. In unserer Studie ist der Anteil mit bulbären Beginn mit 30% am höchsten,
gefolgt von 14% bei Simonett et al. Keine Angaben hierzu fand man bei Ringelstein et al.
Auch könnte das Alter eine Rolle spielen, da die Patienten durchschnittlich 6 Jahre jünger
sind bei Simonett et al. als in den anderen beiden Arbeiten. Bei der Erkrankungsdauer gibt
es auch erhebliche Unterschiede. Bei Simonett et al. betrug diese 43, bei Ringelstein 22
und bei unserer Arbeit nur 12 Monate. Des Weiteren könnte die Schwere der Erkrankung
eine Rolle spielen. Bei Simonett et al. sind die Patienten stärker betroffen, hier liegt der
durchschnittliche ALSFRS-R bei 28 Punkten, dem gegenüber beträgt der Score in unserer
Studie 40 Punkte. Bei Ringelstein et al. fehlt hierzu eine genaue Angabe. Da natürlich auch
genetische Faktoren eine Rolle spielen, aber man bisher noch nicht bekannt ist in welchem
Maße, wird es immer wieder zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen kommen, bis man
diesen Faktor genauer untersuchen kann und die Gruppen anhand der Genetik einteilen
kann. Des Weiteren muss berücksichtigt werden, dass der Durchmesser des zu untersu-
chenden Retinabereiches bei Simonett et al. und Ringelstein et al. 6 mm betrug und in un-
serer Arbeit jede Schicht nur bis zu einem Abstand von 2,25 mm von der Fovea aus nach
temporal und nasal analysiert wurde. Unsere Arbeit hebt sich von den bisherigen Untersu-
chungen dadurch ab, dass mit Ausnahme von Roth et al., alle nur ein Patientenkollektiv
von ungefähr 20 Personen untersucht haben (Ringelstein M, Albrecht P et al. 2014, Simo-
nett, Huang et al. 2016). Hinzukommend hat unsere Studie als einzige eine Unterteilung
innerhalb einer Retinaschicht vorgenommen, nämlich eine Separierung in einen mittleren
und äußeren Bereich. Auch die getrennte Analyse zwischen Patienten mit spinalen und
bulbären Erkrankungsbeginn ist ein Alleinstellungsmerkmal dieser Arbeit. Eine Abhängig-
keit des Alter auf die Retinadicke wurde bei Gesunden mittels OCT bereits untersucht.
Jedoch eine Korrelation zwischen dem Alter bei ALS Patienten und der Retinadicke unter-
suchte bisher noch keine Studie. Ein weiteres besonderes Merkmal dieser Arbeit ist es,
dass die Dicke der einzelnen Retinaschichten mit FA-Werten entlang des CST korreliert
wurde.
Diskussion
62
4.4 Korrelation OCT und DTI
Im Rahmen dieser Arbeit wurde auch untersucht, inwieweit eine Korrelation zwischen der
Dicke einzelner Retinaschichten und den FA-Werten entlang des kortikospinalen Traks
besteht. Dies wurde bisher in noch keiner Studie analysiert. Eine Korrelation der FA-Werte
des CST mit der Schwere der Erkrankung und der Progression wurde in mehreren Arbeiten
schon gezeigt. Es kommt zu einer Abnahme der FA-Werte mit zunehmender Schwere der
Erkrankung. Auch eine zunehmende Dauer der Erkrankung spiegelt sich in erniedrigten
FA-Werten wieder (Grolez, Moreau et al. 2016, Chio A, Pagani M et al. 2014, Kassubek,
Muller et al. 2014). Wir entschieden uns als bildgebendes Verfahren für die diffusionsge-
wichtete Bildgebung, da dies eines der sensitivsten und ein sehr vielversprechendes Ver-
fahren ist, um mikrostrukturelle Veränderung der Faserverläufe der weisen Substanz zu
detektieren (Sarica, Cerasa et al. 2014). In mehreren Arbeiten wurde hervorgehoben, dass
DTI das Potential eines Biomarkers hat, um in vivo frühzeitig eine Diagnose zu stellen,
den Krankheitsverlauf zu überwachen und den Nutzen einer Therapie zu zeigen (Turner,
Modo 2010, Chio A, Pagani M et al. 2014). Bisher war es nur möglich, eine sichere Betei-
ligung des zweiten Motoneurons mithilfe von EMG nachzuweisen, jedoch konnte hiermit
keine Aussage zum Verlauf der Erkrankung und dem Effekt einer Therapie gemacht wer-
den (Liu, Jiang et al. 2015). Durch die diffusionsgewichtete Bildgebung eröffnet sich die
Möglichkeit, eine Affektion des ersten Motoneurons durch eine Reduktion der FA-Werte
zu zeigen, auch wenn die Patienten noch keine passende Klinik hierfür zeigten (Graham,
Papadakis et al. 2004). Jedoch reicht die diagnostische Genauigkeit von DTI alleine zur
Diagnosestellung nicht aus und somit wäre eine Kombination mehrere bildgebender Ver-
fahren wünschenswert (Foerster, Dwamena et al. 2013, Grolez, Moreau et al. 2016). Bei-
spielsweise konnte die diagnostische Wertigkeit durch die Verbindung von MRS und DTI
erhöht werden (Foerster, Carlos et al. 2014). Somit könnte man auch die Kombination aus
OCT und DTI zur Diagnostik nutzen.
4.4.1 FA-Werte entlang des CST
Es ist bekannt, dass es bei ALS Patienten vor allem im Bereich des CST zu einer Abnahme
der FA-Werte kommt (Chio A, Pagani M et al. 2014, Grolez, Moreau et al. 2016). Da vor
allem dieser Bereich betroffen ist, entschied man sich, drei Bereiche entlang des korti-
kospinalen Trakts herauszugreifen und diese Werte mit Daten der Retina zu korrelieren.
Hierbei zeigte sich eine Abnahme der FA-Mittelwerte innerhalb der verschiedenen ROI
Diskussion
63
von kranial nach kaudal. Analog zu der Arbeit von Iwata et al. zeigte sich die Stärkste Ab-
nahme der FA-Werte in den weiter distal gelegenen Anteilen des CST (Iwata, Aoki et al.
2008). Bei Betrachtung verschiedener Bereiche entlang des kortikospinalen Traks stellt
man fest, dass subkortikal die durchschnittlichen FA-Werte am niedrigsten sind, die höchs-
ten Werte werden im Bereich der Capsula interna erreicht und anschließend kommt es zu
einer kontinuierlichen Abnahme im Verlauf nach distal (Sage, Peeters et al. 2007).
4.4.2 Korrelation FA-Werte - Retinaschichtdicke
Eine positive Korrelation fand man zwischen der RNFL, der GCL+IPL, der INL (nur äuße-
rer Teilbereich), der ONL+PR und der gesamten Retina mit FA-Mittelwerten im Bereich
des low CST. Einzig bei der OPL fand man keinen Zusammenhang mit FA-Mittelwerten
im unteren Teil des kortikospinalen Traks. Daraus kann man die Schlussfolgerung ziehen,
dass die Retinadegeneration als Teil einer generalisierten Neurodegeneration verstanden
werden kann. Sowohl im mittleren als auch im oberen Bereich des CST konnte man nur
willkürliche, überwiegend signifikant negative Zusammenhänge einzelner Teilbereiche
feststellen. Dies ist am wahrscheinlichsten auf eine Zufallskorrelation zurückzuführen, da
keine Korrektur für multiple Vergleiche durchgeführt wurde. Das sich im unteren Bereich
des kortikospinalen Traks signifikante Zusammenhänge ergaben, ist möglicherweise
dadurch zu erklären, dass hier die Reduktion der FA-Werte am stärksten ausgeprägt ist.
Auch andere Arbeiten zeigten, dass diejenigen Bereiche des CST am Vulnerabelsten sind,
bei denen die Erniedrigung der FA-Werte am stärksten ist (Zhang, Schuff et al. 2011, Sage,
Peeters et al. 2007, Graham, Papadakis et al. 2004). Eine mögliche Ursache dafür, dass
man bei Betrachtung der OPL in Zusammenhang mit den FA-Werten keine Korrelation
herstellen konnte, kann dadurch begründet werden, dass die äußere plexiforme Schicht bei
ALS Patienten dicker ist als bei den Kontrollpersonen und es nicht wie bei allen anderen
Schichten zu einer Verschmälerung kommt. Bei Betrachtung der Korrelation der gesamten
inneren Körnerschicht mit FA-Werten, zeigt sich ein p-Wert von 0,05. Dies könnte mög-
licherweise daran liegen, dass die MRT Untersuchung bei nur 26 von 71 ALS Patienten
durchgeführt wurde und somit „Ausreiser“ das Gesamtkollektiv stärker beeinflussen und es
somit zu diesem knapp nicht signifikanten Ergebnis kam.
Diskussion
64
4.5 Beurteilung der gesamten Arbeit
4.5.1 Schwachpunkte
Der größte Schwachpunkt dieser Studie ist, dass die Pathomechanismen zur Degeneration
bestimmter Retinaschichten äußerst spekulativ sind. Diese Tatsache ist daraus geschuldet,
dass es kaum histologische Untersuchungen der Retina bei ALS Patienten gibt und wir
auch von unserem Patientenkollektiv keine histologischen Untersuchungen post mortem
durchgeführt haben, da es sich bei dieser Arbeit um eine Querschnittstudie handelte. Als
weiterer Kritikpunkt ist anzumerken, dass die Studienteilnehmer nicht augenärztlich unter-
sucht wurden und Pathologien nur anamnestisch ausgeschlossen wurden. Des Weiteren
wurden keine standardisierten Tests zur Überprüfung der visuellen Funktion durchgeführt,
um subklinische Auffälligkeiten zu erfassen. Auch wurden die Probanden vorher nicht
komplett internistisch untersucht, um Erkrankungen, wie z.B. Diabetes mellitus, die eine
Pathologie der Retina verursachen können, sicher auszuschließen. Auch diese Ausschluss-
kriterien wurden nur anamnestisch erfragt. Als weitere Schwäche ist das heterogene Pati-
entenkollektiv zu nennen. Bei der OCT Untersuchung wurde zwar eine getrennte Analyse
für den bulbären und den spinalen Verlaufstyp durchgeführt, dies war bei der Erhebung der
MRT Daten jedoch nicht der Fall. Außerdem war die Verteilung des Verlauftyps im Ge-
samtkollektiv nicht ausgeglichen. Des Weiteren fand keine Aufteilung in eine sporadische
und eine familiäre Form statt, beziehungsweise eine Unterteilung verschiedener geneti-
scher Subtypen. Darüber hinaus bestand das Patientenkollektiv nur aus Personen mit rela-
tiv hohem ALSFRS-R und die durchschnittliche Erkrankungsdauer betrug nur einige Mo-
nate, d.h. es wurden hauptsächlich Personen untersucht, die noch am Beginn der Erkran-
kung standen. Hinzukommen ist anzumerken, dass die Größe des Kontrollkollektives rela-
tiv gering ist. Auch die Anzahl der Patienten, bei denen zusätzlich eine MRT Untersu-
chung durchgeführt wurde, ist mit 26 Patienten sehr klein und das männliche Geschlecht
überwiegt innerhalb dieser Gruppe. Des Weiteren könnte man beanstanden, dass man die
Dicke der einzelnen Schichten nur Richtung temporal und nasal betrachtete und nicht supe-
riore und inferiore Anteile, wie es in mehreren Studien durch die Einteilung anhand der
ETDRS-Sektoren vollzogen wurde (Ooto, Hangai et al. 2010). Außerdem wurden die äu-
ßeren temporalen und nasalen Anteile als ein Außenbereich zusammengefasst, obwohl
Arbeiten bei gesunden Personen hier Unterschiede zeigten (Ooto, Hangai et al. 2015). Kri-
tisch betrachten muss man auch, dass die einzelnen Schichten manuell nachbearbeitet wur-
de und da vor allem die retinale Nervenfaserschicht sehr dünn ist, könnten sich hier Fehler
eingeschlichen haben oder im Bereich der Fovea, weil man nicht genau erkennt, wieweit
Diskussion
65
die INL hier nach lateral verlagert ist. Als ein Kritikpunkt bei der Bearbeitung der MRT
Bilder könnte das manuelle Setzten der ROI innerhalb bestimmter Cluster erwähnt werden.
Eine manuelle Bestimmung von ROIs bringt stets eine Unsicherheit, bzw. einen Fehler mit
sich. Durch das Setzen des Schwellenwertes von 0,2 bei der FA Analyse werden jedoch
Bereiche außerhalb des CST weitestgehend ausgeschlossen, sodass eine mögliche Variati-
on in der ROI lediglich entlang des CST verbleibt. Durch die Wahl dreier ROIs entlang des
CST wurde diese Fehlerquelle jedoch weitestgehend minimiert.
4.5.2 Fazit
Diese Arbeit zeigt auf, dass bei ALS Patienten eine Beteiligung der Retina vorliegt. Mit
Hilfe der optischen Kohärenztomographie ist es uns gelungen Veränderungen einzelner
retinaler Schichten in vivo aufzuzeigen. Die Verschmälerung bestimmter retinaler Schich-
ten könnte einen Biomarker für ALS darstellen und lässt sich einfach mittels OCT messen,
da dies eine kostengünstiges, einfach anzuwendendes, größtenteils verfügbares, nicht-
invasives Verfahren darstellt. Die Kombination aus OCT und DTI könnte als Hilfsmittel
bei der Diagnosestellung genutzt werden und um die Schwere und die Progression der Er-
krankung zu Quantifizieren und im Verlauf zu Überwachen.
4.5.3 Ausblick für zukünftige Studien
Aufbauend auf unserer Arbeit könnte man weitere Studien generieren, um das Thema Re-
tinabeteiligung bei ALS noch besser zu verstehen und weitere patientenrelevante Ergebnis-
se zu erzielen. Eine Längsschnittstudie wäre optimal dazu, um herauszufinden, inwieweit
die Veränderungen der einzelnen Retinaschichten im Zusammenhang mit der Erkran-
kungsdauer und der Schwere der Erkrankung stehen und innerhalb welcher Reihenfolge
eine Degeneration der einzelnen Schichten stattfindet. Im Anschluss an den Tod der Pati-
enten sollte dann die Retina histologisch untersucht werden, um genau zu beurteilen, wel-
che Schichten und welche Zellen in welchem Krankheitsstadium betroffen sind. Außerdem
würden histologische Untersuchungen dazu beitragen, dass man ein besseres Verständnis
des Pathomechanismus erlangt. Um Patienten mit Pathologien an den Augen und relevan-
ten internistischen Erkrankungen auszuschließen, sollte eine standardisierte Untersuchung
durch einen jeweiligen Facharzt durchgeführt werden. Auch müssten im Verlauf immer
wieder Tests durchgeführt werden, um subklinische visuelle Defizite zu erfassen. Da die
amyotrophe Lateralsklerose ein ausgeprägt heterogenes Patientenkollektiv umfasst, müss-
Diskussion
66
ten bei zukünftigen Arbeiten detailliertere Unterteilungen, als nur in bulbären und spinalen
Verlaufstyp, erfolgen. Es sollte eine Differenzierung zwischen verschiedenen Schweregra-
den der Erkrankung erfolgen und eine Unterscheidung zwischen der sporadischen und der
familiären Form der ALS stattfinden. Da bei der fALS verschiedene Mutationen bekannt
sind, sollten unterschiedliche Mutationsträger auch separat analysiert werden. Auch
asymptomatische Genträger sollten mit in die Untersuchung einbezogen werden, um zu
beurteilen, inwieweit ein Zusammenhang zwischen Retinadegeneration und Klinik besteht.
Weil momentan noch viele Fragen bezüglich Genetik offen sind und es noch viele unbe-
kannte Mutationen gibt, könnte man die Patienten auch anhand der El Escorial Kriterien in
Gruppen unterteilen. Einen weiteren Einfluss auf die Degeneration der Retina besitzt das
Alter. Deshalb sollte man die Patienten in unterschiedliche Alterskohorten einteilen. Eine
Verbesserung der OCT Technik und der Analysesoftware wäre natürlich für die Zukunft
wünschenswert. Um die Kombination aus OCT und DTI routinemäßig nutzen zu können,
müssen zentrumsübergreifend die MRT Aufnahmen und die Auswertung automatisch und
standardisiert durchgeführt werden. Zusätzlich müssen exakt definierte Bereiche entlang
des CST festgelegt werden, die man mit den OCT Parametern korreliert. Des Weiteren
muss ausgeschlossen werden, dass es bei Erkrankungen, die der ALS sehr ähnlich sind, zu
einer Korrelation kommt. Wenn man bei zukünftigen Studien dies unter anderem beachtet,
könnte die Kombination von DTI und OCT eine gute Möglichkeit für einen Biomarker bei
ALS darstellen. Natürlich wäre eine weitere Verknüpfung von noch mehr relevanten Pa-
rametern, wie z.B. Biomarkern im Liquor und Plasma erstrebenswert, um die Diagnose-
stellung zu vereinfachen und die Schwere und Progression der Erkrankung zu überwachen.
Zusammenfassung
67
5 Zusammenfassung
Die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) gehört zu Gruppe der Motoneuronenerkrankungen.
Die typische klinische Symptomatik kommt durch eine Schädigung des 1. und 2. Motoneu-
rons zustande. Mittlerweile jedoch wird die ALS als Multisystemerkrankung angesehen, da
auch extra-motorische Bereiche, wie das kognitive System, die Sensibilität, das autonome
Nervensystem und das visuelle System betroffen sein können. Auch innerhalb des Gehirns
sind nicht nur die motorischen Areale geschädigt, sondern es findet eine stadienhafte Aus-
breitung der Erkrankung über verschiedene Gehirnregionen statt. Dies wurde sowohl durch
bildgebende Verfahren als auch histopathologisch bestätigt.
Mit unserer Arbeit sollte mithilfe der Optischen Kohärenztomographie (OCT) die Frage
geklärt werden, ob es bei ALS Patienten zu einer Beteiligung der Retina kommt und wel-
che Schichten / Teilbereiche einzelner Schichten betroffen sind. Des Weiteren wurde in
dieser Arbeit die Frage gestellt, ob es eine Korrelation zwischen klinischen Daten, wie dem
Verlaufstyp der Erkrankung, der Schwere der Erkrankung, dem Alter, der Erkrankungs-
dauer und einer retinalen Veränderung gibt. Ein Alleinstellungsmerkmal unserer Arbeit ist
die Korrelation der OCT Parameter mit Werten der fraktionellen Anisotropie (FA-Werten)
entlang des kortikospinalen Trakts (CST).
Zur Untersuchung unseres Probandenkollektives, das 71 ALS Patienten und 20 Kontroll-
personen umfasste, nutzten wir die optische Kohärenztomographie. Mit diesem Verfahren
stellten wird die einzelnen Retinaschichten im Bereich der Makula, mit einer Länge von
4,5 mm, dar. Anschließend wurden die Daten ausgewertet und wir analysierten die retinale
Nervenfaserschicht (RNFL), die Ganglienzellschicht, die innere plexiforme Schicht
(GCL+IPL), die innere Körnerschicht (INL), die äußere plexiforme Schicht (OPL), die
äußere Körnerschicht und die Schicht der Photorezeptoren (ONL+PR). Hierbei fand eine
Differenzierung in einen mittleren Bereich, mit einem Radius von 1,5 mm um die Fovea
und einen äußeren Bereich statt. Die diffusionsgewichtete Bildgebung (DTI), die bei 26
Patienten und 18 Kontrollen durchgeführt wurde, nutzte man, um eine Schädigung des
kortikospinalen Trakts anhand erniedrigter FA-Werte darzustellen und um diese anschlie-
ßend mit den OCT Daten zu korrelieren.
Mithilfe der OCT Untersuchung konnte eine signifikante Verschmälerung der RNFL, des
äußeren Teils der RNFL, der INL, des mittleren Bereiches der INL und des äußeren Teil-
stückes der gesamten Retina gezeigt werden. Bei getrennter Betrachtung des spinalen und
bulbären Verlaufstyps konnte innerhalb der RNFL, des äußeren Teils der RNFL und inner-
halb aller Teilebereiche der INL bei Patienten mit spinalen Erkrankungsbeginn eine signi-
Zusammenfassung
68
fikante Abnahme der Dicke nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte kein Zusammen-
hang zwischen der Schwere der Erkrankung und der Erkrankungsdauer mit signifikanten
OCT Parametern dargestellt werden. Bei gesunden Probanden zeigte sich innerhalb der
RNFL und der GCL+IPL eine Abnahme der Schichtdicke mit dem Alter, innerhalb der
ONL+PR hingegen eine Verdickung. Bei ALS Patienten fand man diese negative Korrela-
tion nur innerhalb der GCL+IPL und bei Betrachtung der gesamten Retinadicke. Wenn
man die FA-Werte im unteren Teilbereich des CST mit den OCT Parametern in Verbin-
dung setzte, fand man innerhalb aller Schichten, ausgenommen der OPL, eine signifikante
positive Korrelation.
Eine Beteiligung der Retina bei ALS kann aufgrund des aktuellen Forschungsstandes nicht
sicher bestätigt werden, denn die wenigen Arbeiten hierzu lieferten kontroverse Ergebnis-
se. Jedoch überwiegt die Zahl der Studien, die eine Retinabeteiligung zeigten. Zu betonen
ist, dass unser Arbeit als erstes eine Unterscheidung zwischen spinalen und bulbären Ver-
lauf der Erkrankung machte. In Übereinstimmung mit unserer Studie zeigten die meisten
Arbeiten keinen Zusammenhang zwischen Erkrankungsdauer und ALSFRS-R mit den
OCT Parametern. Bezüglich der Korrelation mit dem Alter ist bekannt, dass es zu einer
Verdünnung der Retinaschicht mit steigendem Alter kommt, jedoch wurde dies bisher in
noch keiner Arbeit bei ALS Patienten untersucht. Die DTI Untersuchung zeigte, wie auch
viele vorherige Studien, eine Reduktion der FA-Werte entlang des CST. Die Korrelation
der FA-Werte mit OCT Parametern ist erstmalig in unserer Studie durchgeführt wurden.
Aufgrund dieser positiven Korrelation kann man schlussfolgern, dass die Veränderung
innerhalb der Retina als Teil des neurodegenerativen Prozesses bei ALS angesehen werden
muss. Limitierend bei dieser Arbeit ist, dass die Ursachen der Retinabeteiligung nur sehr
spekulativ sind, denn es liegen kaum histologische Untersuchungen vor. Außerdem wurden
die Probanden nicht augenärztlich untersucht, sodass die retinalen Veränderungen auch
durch andere Ursachen zustande hätte kommen können. Als weitere Schwäche ist zu nen-
ne, dass nur 26 von 71 Patienten einer MRT Untersuchung unterzogen wurden.
Thema zukünftiger Arbeiten muss es sein, Längsschnittstudien zu generieren, um den Ver-
lauf der Retinaveränderungen genauer beurteilen zu können. Auch histologisch Studien
müssen generiert werden, um die Retinabeteiligung zu bestätigen und um zu zeigen, wel-
che Zellen genau betroffen sind. Außerdem muss erforscht werden, inwieweit OCT alleine
oder in Kombination mit DTI als Biomarker genutzt werden kann, um frühzeitig eine Di-
agnose zu stellen, die Progression der Erkrankung zu überwachen und den Erfolg von neu-
en Therapieverfahren darzustellen.
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Anhang
81
Anhang
Abbildungsverzeichnis
Abbildung1: OCT Gerät (optische Kohärenztomographie) ................................................ 17
Abbildung 2: Untersuchung am OCT Gerät (optische Kohärenztomographie) .................. 19
Abbildung 3: Querschnittsbilder der Retina mit semiautomatischer Grauwerterkennung.. 20
Abbildung 4: Querschnittsbilder der Retina mit manuell angefärbten Schichten ............... 21
Abbildung 5: Gliederung Retinaquerschnitt in verschiedene Bereiche............................... 22
Abbildung 6: sagittale Schnitte des Gehirns mit orangen Cluster und ROI ........................ 26
Abbildung 7: Vergleich der Schichtdickenmittelwerte ....................................................... 27
Abbildung 8: RNFL (retinale Nervenfaserschicht) - Vergleich zwischen Patienten und
Kontrollen ............................................................................................................................ 28
Abbildung 9: INL (innere Körnerschicht) - Vergleich zwischen Patienten und Kontrollen29
Abbildung 10: Mittelwertvergleich der einzelnen Schichten zwischen Patienten und
Kontrollen ............................................................................................................................ 32
Abbildung 11: RNFL (retinale Nervenfaserschicht) - ein Vergleich zwischen spinalem,
bulbärem Krankheitsbeginn und gesunden Kontrollen ....................................................... 34
Abbildung 12: INL (innere Körnerschicht) - ein Vergleich zwischen Patienten mit spinalen
Erkrankungsbeginn und gesunden Kontrollen .................................................................... 35
Abbildung 13: Mittelwertvergleich der einzelnen Schichten zwischen spinalen/bulbären
Verlaufstyp und Kontrollen ................................................................................................. 38
Abbildung 14: Negative Korrelation zwischen Alter der Patienten und Schichtdicke ....... 40
Abbildung 15: FA-Mittelwertvergleich zwischen Patienten und Kontrollen für 3 Bereiche
entlang des CST ................................................................................................................... 44
Anhang
82
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Eigenschaften der Patienten und Kontrollpersonen (optische
Kohärenztomographie) ........................................................................................................ 14
Tabelle 2: Eigenschaften der Patienten und Kontrollpersonen (Diffusions-Tensor-
Bildgebung) ......................................................................................................................... 15
Tabelle 3: Koordinaten der ROI entlang des CST ............................................................... 25
Tabelle 4: Ergebnisse der OCT Analyse ............................................................................. 31
Tabelle 5: Ergebnisse der OCT Analyse für spinalen und bulbären Verlaufstyp ............... 37
Tabelle 6: Korrelation zwischen Alter und Retinaschichtdicke .......................................... 41
Tabelle 7: Korrelation zwischen Erkrankungsdauer und Retinaschichtdicke ..................... 43
Tabelle 8: Korrelation zwischen FA-Mittelwerten und Retinaschichtdicke ....................... 46
Anhang
83
Danksagung
Danksagung aus Gründen des Datenschutzes entfernt
Anhang
84
Lebenslauf
Lebenslauf aus Gründen des Datenschutzes entfernt
Anhang
85
Lebenslauf aus Gründen des Datenschutzes entfernt
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