Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. 172, 188---196 (1967)

Versueh einer Rheoplethysmographie des menschliehen Auges*

I-I. B]~TTELI{EI1V[

II. Augenldinik (Vorstand: Prof. Dr. J. BSCK) der Universit~it Wien

Eingegangen am 6. November 1966

EhfigermaBen verlgl31iehe quantitative Angaben fiber die Durch- blutung des Sehorgans sind vor allem dureh ealorimetrisehe, aber aueh dutch plethysmographisehe Untersuehungen zu erlangen. Keine der bis- her angegebenen Methoden hat sieh jedoeh in der klinisehen Routine- arbeit durehgesetzt. Das ist um so bedauerlieher, als ja besonders die Messungen der W/~rmeleitfghigkeit, die I~OD~SgXUSSl~ dnrehgeffihrt hat, wichtige Informationen fiber die Zirkulationsverhgltnisse im Ciliark6rper und in der Aderhaut vermittelten. Dennoeh blieb sowohl diesem Ver- fahren wie auch der Dielektroplethysmographie SCHLEGELS die Breiten- wirkung versagt.

Fiir die Plethysmographie des mensehliehen Auges eignen sieh am besten amechanisehe tr/~gheitslose Methoden, insbesondere solehe, die pulsatorisehe Fiillungsschwankungen der Augengef/~Be mit tIi]fe elek- trischer Felder zu erfassen verm6gen. Diesen Bedingungen entsprieht die Rheographie, mit der pulssynehrone ~nderungen der elektrischen Leit- f/~higkeit gemessen werden k6nnen. Blut ist ein guter elektrischer Leiter. Im Rhythmus der Pulswelle wird der Ohmsehe Widerstand des zwisehen den Rheographieelektroden befindliehen MeBbereiehes ver/tndert. Die sieh hieraus ergebenden Anderungen der elektrisehen Leitf/~higkeit werden in elektrisehe Spannungssehwankungen transformiert und registriert, die entsprechende graphisehe Kurve wird als Rheogramm bezeichnet. Da die~nderungen der e]ektrischen Leitf/~higkeit den pulsatori- schen F/illungsschwankungen des Gef/~13e des MeBbezirkes ann/~hernd proportional sind, stellt das Rheogramm einen Volumenpul8 dar. Die Rheographie ist als plethysmographische Methode anzusehen.

Die vor ahem yon POLZER, SCItUttFI~ED und KAI~DL entwickelte Rheographie geh6rt heu~e zu den Standardmethoden der Kreislaufdiagnostik in der inneren und der physika]ischen Medizin sowie in tier Neurologie. KE~SO]tNE~ und JA~TSe~ waren die ersten, die das Prinzilo der yon ttOLZE~, POLZE~ und MAI~KO (1945) an- gegebenen Rheo~ardiographie anwendeten, um auch die Kreislaufperipherie zu untersuchen.

* Auszugsweise vorgetragen in der Silbzung der Oph~halmologisehen Gesellschaft in Wien am 14. November 1966.

Rheoplethysmographie des Auges 189

Die ersten rheographischen Messungen des okularen Kreislaufes hat CRISmINI durchgeffihrt. Er stellte vor allem experimentelle Untersuehungen fiber die optimale Elektrodenapplikation am Auge an und empiahl, das l~heogramm des Auges dutch die geschlossenen Lider hindurch abzunehmen. Eine Plethysmographie des Auges konnte sich daher aus C~STINIs Versuchen nicht ergeben.

SCm~'~IED hat die Rheographie au~ einen hohen teehnischen Stand gebracht. Der sog. Doppelrheograph (Abb. 1) ermSglieht ein exaktes Untersuehen der Hamo- dynamik peripherer Kreislaufabschnitte. Als Mel~anordnung wird eine modifizierte Wheatstonesche Briicke verwendet (Abb. 1). Ein Wechselstromgenerator speist die

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Abb. 1, D o p p e h ' h e o g r a p h n a c h }~. SOHUHFI~IED ~ s c h e m a t i s c h e r D a r s t e l l u n g d e r !~[eJ~anor4uung d e r R h e o g r a p h i e

MeBbriicke mit einem Wechselstrom yon mittlerer Frequenz (20000 30000 Hertz) und geringer StromstErke (10--20 mA). So wird jeder spfirbare MeBeffekt ver- mieden und der t)-bergangswiderstand zwischen den Elektroden und dem MeBbezirk auf kapazitativem Wege fiberbriickt. Der zu untersuchende GefEBabsehnitt des Patienten wird in den sog. MeBzweig der Briicke geschaltet. Ein zweiter Zweig der Briieke dient als Vergleiehszweig: mit seiner tIilfe k6nnen der Ohmsche Widerstand des MeBbezirkes sowie dessen KapazitEt naehgebildet werden. Der Verg]eichs- zweig enthElt daher einen variablen Widerstand und eine einstellbare KapazitEt. Bei Abnahme des Rheogrammes wird zuni~chst die MeBbrficke abgeglichen: bei niedergedrfiekter Abgleichtaste werden die Regelschalter ffir den Ohmschen Wider- stand und die Kapazit~t des )/[eBgebietes so reguliert, dab ein als Anzeiger dienendes magisches Auge einen mSgliehst groBen nicht leuehtenden Anteil aufweist. In

190 tI. BETTEL]tEIIVl :

diesem Augenbliek ist die 2/Iel3briicke abgestimmt. Am Widerstandsregler kann der Ohmsehe Widerstand des Negbereiehes zwischen den Elektroden in Milliohm ab- gelesen werden. L~l]t man die Abgleichtaste los, so ist die Briicke verstimmt: am magisehen Auge sieht man dann einen grogen leuehtenden und einen kleineren nieht leuchtenden Anteil. Die nun an der MeBbriicke liegende Spannung ~4rd beim Eintreten der Pulswelle in den Megbereich modulierg. Nach Verst~rken und Gleich- riehten der Briickenspannung werden die Spannungsschwankungen mit einem EKG-Apparat direkt registriert. Eine Eicheinriehtung ermSglicht das Ausmessen der Amplitudenh6he des Rheogrammes, wodurch das exakte Auswerten der Er- gebnisse gew~hrleistet wird.

Eigene Untersuchungen U m die Rheograph i e zu einer b r a u c h b a r e n p l e thysmograph i schen

U n t e r s u c h u n g s m e t h o d e in der Augenhe i lkunde zu entwickeln , sol l ten verschiedene Bed ingungen erffil l t we rden :

1. Die MeBelekt roden mfissen d i r ek t a m Bulbus f ix ie r t werden und ihm unversch ieb l ich aufliegen. Dennoch da r f ke in nennenswer te r Druck auf d e m Augapfe l las ten , da m a n sonst ke inen re inen Volumenpuls erh~lt , sondern bes tenfa l l s e inen interpol ier~en Druck-Volumenpuls .

2. F f i l lungsschwankungen der ex t r aoeu la ren Gefi~Be (Bindehaut - gef/~Be, Gef/~Be der Episk le ra ) sol l ten m6gl ichs t n ich t ins MeBergebnis m i t eingehen.

3. Das zum Messen des Augenpulses ve rwende te e lektr ische F e l d soll te so gu t als m6gl ich def in ier t sein. Dazu i s t es unseres E r a c h t e n s erforder l ich, beide MeBelektroden wie bere i t s erw/~hnt, d i r ek t a m Bulbus , u n d zwar a m bes ten u n m i t t e l b a r a m L imbus anzubr ingen . BenfiCzt m a n nu r eine Augene lek t rode und eine groge indifference S t i rne lek t rode , so i s t das e lekt r i sche MeBfeld n ich t e x a k t festzulegen. SchlieBlich k a n n m a n das R h e o g r a m m auch mi t t e l s e iner ind i f fe ren ten Corneal- u n d einer k le ineren Ci l ia rk6rpere]ekt rode v o m Auge abnehmen . Der Ver lauf de r e lek t r i schen Fe ld l in i en i s t d a n n n i ch t ganz i ibers icht l ich, andererse i t s v e r m e i d e t m a n so eher den Einf lug der extraocul/~ren Gef/~Be auf das P l e t h y s m o g r a m m .

a) Eigene Versuchsanordnung Es wurde ein einfacher Elektrodentr~ger yon geringem Gewicht hergestellt

(Abb. 2). In einen Mert6schen l%ing (Durchmesser 14 ram) wurden zwei je 4 • 15ram gro~e Silberelektroden eingeklebt. Die obere Apertur des Ringes wurde durch eine Plexiglasplatte mit eingeschliffenem Plexiglasstopfen abgeschlossen. Mittels eines kleinen diesem Stopfen aufsitzenden Saughfitchens kann ein geringer Unterdruck erzeugt werden (maximal 10 mm Hg), wodurch es mSglich ist, die Elektroden unversehieblich am Bulbus zu fixieren. Sie liegen dann jeweils temporal und nasal yore Limbus. Diese Anordnung hat unter anderem den Vorteil, dab die Gef~Be der Bindehaut und der Episklera unterhMb der Elektroden komprimiert werden. Der Elektrodentr~ger wiegt saint Saughfitchen ann~hernd 4,5 g.

Rheoplethysmogr~phie des Auges 191

Die beschriebene Anordnung der Elektroden hatte aussehliel~lich experimen- tellen Char~kter. Sie sollte zun~chst nur dazu dienen, das Registrieren rheographi- seher Kurven der Augengef~Be zu ermSgliehen. Durch das relativ hohe Gewicht (4,5 g) des E]ek~rodentrEgers dfirfte jedoeh die Isometrie gest6rt sein. In einer weiteren, noch nieht abgeschlossenen Versuehsreihe wird nun eine nur 700 mg schwere Saughaftsch~le verwendet (Abb. 3), in deren peripheren, fiber den limbus- nahen Skler~anteilen liegenden Abschnitt symmetrisch zwei je 3 • ram grebe Aluminiumelektroden eingeklebt wurden. Der fiir die Fixation erforderliehe

kbb. 2 kbb. 3

Abb. 2. Yersuchsweise Anordnung der )/[e2elektroden ftir die l~heoplethysmographie des mensclflichen Auges

Abb. 3. Elektrodenhaftschale flu" die Rheoplethysmographie des Auges

Unterdruck betragt 8 mm Hg. Beide Elektrodentrager wurden auf unsere Anregung hin und nach unseren Angaben yon Herrn Universitgtsoptiker W. KRAST in freundlicher Weise hergestellt.

b) Ergebnisse Mit der zuerst besehriebenen Anordnu ng der Elekt roden wurden die

Augen zahlreieher P r o b a n d e n rheographisch untersucht . Abb. 4 zeigt das vom Auge eines jungen gesunden Mannes aufgezeiehnete Rheo- gramm. Dis F o r m des Volumenpulses u n d die des zum Vergleich regi- s t r ier ten Bulbus-Orbi ta-Druekpulses (Ophtha lmodynamogramm) stim- men gut mi te inander tiberein. Das Aussehen des Oculorheogrammes entspr icht aber auch dem Kurvenb i ld , welches SCHLEG~Ls Dielektro- p le thysmogramme kennzeichnet . Hier wie dort s ind Wellen 1. Ordnung (pulssynehrone Ff i l lungssehwankungen) u n d Wellen 2. Ordnung (a tmungssynchrone F/ i l lungsschwankungen) zu unterseheiden. Gegen-

192 H. BETTEnlIEIM:

fiber einer yon einem einzelnen grSgeren Gefal3 registrierten Druek- pulskurve ist der vom Auge gewonnene Volumenpuls wenig profiliert. Das Fehlen der sekund~ren Elevationen im abfallenden Schenkel der Kurve hat SCHLEGE~ bei der Diskussion seiner eigenen Ergebnisse und der ersten Augenpulskurven WESSELYs erw~hnt.

Abb. 5 demonstriert das Oeulorheogramm und das Ophthalmo- dynamogramm einer Patientin mit schwerer allgemeiner Arteriosklerose, Abb. 6 den Volumen- und den Druekpuls des Auges einer Kranken mit

b

Abb. 4. a Oculorheogramm eines jungen M~nues mit gesunden Kreislauforganen. b Bulbus-Orbita- Oszillogramm desselben Probanden

Aortenbogensyndrom. Aus Abb. 7 sind die entspreehenden Augenpuls- kurven einer Kranken mit Arterfitis eranialis, die aueh die oeul/iren Gef~l~e affiziert hat, zu ersehen.

Abb. 8 zeigt schlieBlieh ein Oeulorheogramm, das mit der neuen Elekfrodenanordnung (Saughaffschale) yore Auge einer jungen Frau mit arterJeller Hypotonie registrierf wurde.

l%heoplethysmographie des Auges 193

Bei allen Versuchen wurde ein Doppelrheograph nach F. Sc~u~- F~IED, ein Infratonophthalmodynamograph nach HAOle-OTTo sowie ein Schwarzer-4-Kanal-EKG-Apparat verwendet.

c) KritiIc der Versuchsanordnung Prinzipiell. Wie HEss darlegte, besteht nur bei normalen Kreislauf-

verhi~ltnissen, i.e. bei gesunden Kreislauforganen, eine lineare Be- ziehung zwischen der Amplitude des Volumenpulses und der tats~ch- lichen Durchblutungsgr61~e.

Einen bindenden RfickschluB auf die effektive Blutstromsti~rke erlaubt wohl nut die Venenstauplethysmographie (HEss, BAI~Ct~OFT, zit.

5a 5b

6a 6b 7a

Abb. 5. a Oculorheogramm einer Patientin mit schwerer tmiverseller Ar teriosklerose, b Bulbus- Orbita-Oszillogramm derselben Patientin,

$ Eichpuls

Abb. 6. a Oculorheogramm einer Kranken mit Aortenbogensyndrom. ~ ]~ichpuls. b Bulbus-

Orbita-Oszi]logramm derselben Kranken

7b

Abb. 7. a Oculorheogramm einer Patientin mit ocul~ixer Form derAxteriit~is cl'anialis. ~ :Eichpuls. b Bulbus-Orbita-Oszi]logl'ammderselbenPatientin

Abb. 8. 0culorheogramm einer jungen Patientin mit arterieller ttyootension (abgenommen mit Elektrodenhaftschale). $ Eichpuls

bei SCHL~GEL). Dieses Verfahren ist jedoch nur an den Extremit~ten, hingegen kaum am Auge anwendbar. Es beruht ni~mlich darauf, den venSsen Abflul~ aus dem zu untersuchenden Organ wi~hrend einiger Pulse zu unterbinden und die Zunahme des Volumens zu messen. SCHLEGEL hat versucht, durch Kombinat ion seiner Dielektroplethysmographie mit

194 H. BETTEL~EIM:

dem Jugulariskompressionstest eineArtVenenstauplethysmographie des Cfliark6rpers zu erzielen. Er trachtete danach, so ein MaB ffir die Blut- stromsti~rke im Ciliark6rperbereich zu erhalten.

LECHNER und GEYE~ konnten experimentell nachweisen, dab die rheographische Kurve nicht ausschlieBlich auf plethysmographischen Effekten beruht, sondern auch auf dem sog. rheographisehen Leitwert: bei der Bewegung in einem elektrischen Feld wird der spezifisehe Wider- stand des strSmenden Blutes vers Der rheographisehe Leitwert h~ngt yon der Str6mungsgesehwindigkeit und der Zahl der Erythrocyten pro Volumeneinheit ab.

Methodisch. Wie bereits erw~hnt, ist der Elektrodentr~ger der ersten Versuehsanordnung relativ schwer, was die Isometrie beeintr~chtigt. Diese Fehlerquelle konnte inzwisehen durch Anwenden einer sehr leichten Elektrodenhaftschale beseitigt werden. In welcher Form der ffir die Fixation ben6tigte geringe Unterdruck das Megergebnis beeinflugt, ist noch zu prtifen. Applanationstonometrische Untersuehungen vor und naeh der I~heographie ergaben keine Untersehiede der I-I6he des intraoeularen Druckes. Wie aber DECKER vermutete und t~ODE~- J~Xuss,~ zeigte, kann die Durehblutung der Aderhaut sieh sehon allein durch das Aufsetzen eines Tonometers auf das Auge /~ndern. Schlieg- lieh ist bei der besehriebenen Versuehsanordnung die Rolle der extraoeularen GefgBe noeh unklar. Dutch den leiehten Druek der Elek- trodentr/iger werden die Gef~Be der Bindehaut und der Episklera wohl komprimiert; aueh die naeh Belasten des Bulbus mit dem Ophthalmo- dynamometer nachweisbare Abnahme der rheographisehen Amplituden sprieht dafiir, dab die Kurven vorwiegend dureh Ftillungssehwankungen der intraoeularen Gef~Be entstehen.

d) Schlufijolgerungen Exakte quantitative Angaben fiber die Durchblutung des Auges sind

mittels der beschriebenen Versuchsanordnung noeh nicht zu erhalten. Immerhin aber gestattet die Rheographie das Registrieren yon Volumen- pulsen auch vom menschlichen Auge. Dariiber hinaus bietet sie dank ihrer Eieheinriehtung die M6glichkeit, die MeBergebnisse exakt zu ver- gleichen und die Amplituden auch auszuwerten. Es muB noch geprfift werden, ob die yon JANTSCn fiir das Rheogramm anderer peripherer Kreislaufabschnitte entwiekel~e Formel ffir das relative Pulsvolumen auch in der augeni~rztliehen Kreislaufdiagnostik brauchbar ist.

Trotz der oben angeffihrten Einschr~nkungen dfirfte es gelingen, die Rheographie des Auges zu einer auch fiir die klinisehe Routinearbeit nfitzlichen plethysmographischen Methode zu entwiekeln. Es sollte

Rheoplethysmographie des Auges 195

mSglich sein, den cinen oder anderen Beitrag in der Glaukomforschung oder auch in der Diagnose cerebrovascul~rer Liisionen zu leisten.

Zusammenfassung Es wird eine Versuchseinr lchtung beschrieben, mi t dcr ein Rheo-

p l e thysmogramm des menschlichen Auges abgenommcn werden kann.

Die Pr inzipien der Rheographie wcrden dargestcl l t , die eigene Mcl~- anordnung demons t r ie r t und krit isicrt .

Summary An experimental arrangement for a plethsmography o~ the human

eye by means of rheography is presented. The basic principles of rheo- graphy are described, the experimental arrangement is discussed and eritizised.

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