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Hornhaut (Cornea)

Die Hornhaut (Cornea) bildet mit der Lederhaut (Sklera) die äußere Tunica fibrosa um den Augapfel. Sie befindet sich an seiner Vorderseite und wird zum lichtbrechenden Anteil gezählt.

Im Vergleich zu den Augenkammern, der Linse und dem Glaskörper besitzt sie mit 43 Dioptrien die größte Brechkraft. Für ihre Funktionserhaltung ist die ständige Feuchthaltung durch die Tränenflüssigkeit wichtig.

Aufbau

Die Hornhaut ist eine elliptische Scheibe von durchschnittlich 11,5 mm Durchmesser. Sie ist zum Lichteinfall hin gekrümmt.

Hornhaut (Cornea) - cranial

Seitlich besteht eine Verbindung der Hornhaut mit der hinten über den Augapfel ziehenden Sklera. Am Übergang von Hornhaut zu Sklera liegt der Sulcus sclerae, welcher über die Unterschiede in der Krümmung der Häute entsteht. Dabei ist die Hornhaut stärker gekrümmt als die Sklera.

Am Sulcus sclerae gibt es einen Übergangsbereich (Limbus corneae), innerhalb dessen das Kollagen der Hornhaut seine Transparenz verliert und in das weiße Kollagen der Sclera übergeht. Weiterhin wird die Hornhaut am Rand von der Bindehaut (Conjunctiva bulbi) überlagert.

Lederhaut (Sklera) - cranial

Die zwischen 0,53 mm (in der Mitte) und 0,71 mm (am Rand) dicke Hornhaut ist fünfschichtig aufgebaut. Von außen nach innen lagern sich das Kornealepithel, die Membrana limitans anterior (Bowman-Membran), das Stroma corneae, die Membrana limitans posterior (Descemet-Membran) und das Endothel aneinander an.

Kornealepithel

Das Kornealepithel besteht aus vier bis sechs Schichten unverhornten Plattenepithel, die einer Basalmembran aufliegen.

Die äußeren zwei Epithelschichten weisen eine sehr glatte Oberfläche auf. Ihre Plasmamembran produziert eine Komponente des Tränenfilms, durch die die Tränenflüssigkeit direkt am Auge anhaftet. So wird die Hornhaut in der Ebenmäßigkeit der Oberfläche optimiert und das Scharfsehen sichergestellt. Außerdem trägt die Tränenflüssigkeit zur Ernährung der Hornhaut bei und wirkt keimabtötend.

Videoempfehlung: Augapfel
Aufbau des Auges aus der transversalen Ansicht.

Zwischen den Zellen dieser äußeren Schichten befinden sich außerdem so genannte Tight junctions, die verhindern, dass die Tränenflüssigkeit zwischen den Zellen ausgetauscht wird. Für den Transport und Austausch von Flüssigkeit und Nährstoffen in die Zellen und zwischen diesen dient stattdessen eine semipermeable Membran.

Nach den äußeren zwei Schichten folgt die mittlere Lage aus Flügelzellen. Diese Zellen besitzen flügel-ähnliche Fortsätze und sind nach außen gekrümmt, sodass sie den nachfolgenden Basalzellen perfekt aufliegen.

Die innerste Schicht des Kornealepithels besteht aus Basalzellen, die direkt der Basalmembran aufgelagert und mit ihr verbunden sind. Hier sind im Bereich des Limbus corneae Stammzellen angesiedelt, durch die sich die Hornhaut bei Verletzungen schnell regenerieren kann.

vorderes Hornhautepithel - Histologie

Dies ist insbesondere für die Keimabwehr von Bedeutung, da durch Defekte in der Epithelschicht leicht Keime in das Auge eindringen könnten. Um den notwendigen Schutz gewährleisten zu können, besitzen Kornealepithelzellen die Eigenschaft sich amöboid bewegen zu können, um Defekte schnell auszugleichen.

Die Basalmembran stellt eine feste Verbindung zur zweiten Schicht der Hornhaut, der Membrana limitans anterior, dar.

Membrana limitans anterior

Die zweite Schicht besteht aus verwobenen Kollagenfibrillen in einer Grundsubstanz aus Mucoprotein. Hierdurch wird sie sehr widerstandsfähig. Sie enthält keine Zellen, sodass sie sich nicht regenerieren kann und bei Verletzungen Narben entstehen.

Die Membrana limitans anterior ist von sensiblen Nervenfasern durchzogen und damit sehr schmerzempfindlich. Diese Nervenfasern dienen dem Schutz der Hornhaut, schon bei kleinsten Reizungen der Fasern wird der Lidschlussreflex ausgelöst. Kommt es trotz der hohen Widerstandsfähigkeit zu Verletzungen, reagiert das Auge mit stechenden Schmerzen, begleitet von starkem Tränenfluss und einem krampfhaftem Lidschluss.

Hornhaut - sagittal

Stroma corneae

Das Stroma corneae macht etwa 90% der Gesamtdicke der Hornhaut aus und ist, ähnlich wie die Membrana limitans anterior, aus Kollagenfibrillen und extrazellulärer Grundsubstanz aufgebaut. Außerdem sind in dieser Schicht Zellen vorhanden, die Keratozyten genannt werden.

Die Kollagenfasern sind teilweise mit denen der Membrana limitans anterior verwunden. Im Gegensatz zu den Fasern der Membrana limitans anterior sind sie im Stroma corneae jedoch gleichmäßig parallel angeordnet und bilden dadurch zur Hornhautoberfläche parallel verlaufende Lamellen. Dies trägt zur Transparenz der Hornhaut bei.

Die einzelnen Lamellen gliedern sich teilweise auch auf, wobei sich die einzelnen “Äste” überlagern. In der innersten Stromaschicht bilden die Fibrillen eine Kollagenschicht (Prä-Descemet-Membran), die zwischen Stroma corneae und Descemet-Membran liegt.

Zwischen und innerhalb der Lamellen befinden sich die Keratozyten, flache Zellen mit weitreichenden, sich verzweigenden Ausläufern, die miteinander in Verbindung stehen.

Sie produzieren das Kollagen und die extrazellulären Bestandteile für die Stromaschicht.

Weitere Zellen dieser Schicht sind u.a. Leukozyten, Makrophagen und Lymphozyten.

Hornhaut (Cornea) - Histologie

Die angesprochene Grundsubstanz befindet sich zwischen den Fibrillen, Lamellen und Zellen. Sie enthält verschiedene Makromoleküle, die unter anderem den Wassergehalt des Gewebes regulieren. Dieser liegt stetig bei 70% und wird durch die äußere abdichtende Epithelschicht und die innere Endothelschicht, welche Wasser abführen können, aufrecht erhalten. Voraussetzung für diese Eigenschaft ist die hohe Zelldichte der inneren Schicht. Damit in Verbindung stehen auch Glykosaminoglycane, die an den Fibrillen angelagert sind. Sie binden Wasser. Dies ist sehr wichtig für die Lichtbrechung.

Durch die fehlende Gefäße regeneriert sich die Stroma corneae nur schlecht, woraus jedoch immunologische Vorteile resultieren. Beispielsweise wird bei Hornhauttransplantationen Spendergewebe gut angenommen.

Descemet-Membran

Die Descemet-Membran ist eine derbe Basalmembran, die durch Endothelzellen der darunter liegenden Endothelmembran immer wieder neu gebildet werden kann. Durch diese ständige Zellneubildung wird die Membran im Laufe des Lebens dicker.

Die Membran besteht aus einer vorderen und einer hinteren Lamelle. Die vordere äußere Schicht besteht aus gitterartig angeordneten Kollagenfibrillen und erscheint dadurch gebändert. Die hintere innere Schicht erscheint hingegen sehr homogen. Die Membran ist elastisch. Sie enthält zwar keine elastische Fasern, allerdings sind die Kollagenfibrillen so angeordnet, dass sie die elastischen Eigenschaften erhält. Im Bereich des Limbus der Hornhaut weist die Membran eine ringförmige Struktur, die Schwalbe-Linie, auf.

Cornea-cranial

Endothel

An der Hinterseite der Hornhaut stellt das Endothel die Grenze zum anschließenden Kammerwasser der vorderen Augenkammer dar.

Die Schicht besteht nur aus einer Lage flacher vielseitiger Zellen. Sie sind sehr gleichmäßig  (mosaikartig) angeordnet. Deren basale Oberfläche ist an der Descemet-Membran angelagert, an ihrer Spitze (innen) befinden sich Mikrovilli.

Die Endothelzellen sind durch Tight junctions verbunden. Zwischen diesen gibt es allerdings durchlässige Stellen, sodass das Endothel einerseits eine Barriere darstellt, andererseits aber durchlässig für Nährstoffe (Glukose, Aminosäuren) aus dem Kammerwasser bleibt. Pumpen im Endothel sorgen dafür, dass nicht zu viel Wasser in der Hornhaut angesammelt wird.

Die zahlreich vorhandenen Endothelzellen können sich nicht teilen oder replizieren. Stattdessen werden Defekte durch Zellvergrößerungen und -wanderungen kompensiert. Dank der vielen Zellen, trägt es zur Transparenz und damit Lichtdurchlässigkeit der Hornhaut bei.

Endothelium corneae/ Hornhautendothel - Histologie

Die Endothelzellen der Hornhaut proliferieren im Erwachsenenalter kaum, stattdessen ist der Zellzyklus gestoppt. Mit dem Alter nimmt ihre Anzahl ab und damit auch die Barrierefunktion des Endothels.

Die äußerste und innerste Schicht der Hornhaut wirken aufgrund ihrer Eigenschaften wie eine Barriere und regulieren den Stoffaustausch zwischen dem Tränenfilm, dem Kammerwasser und der dazwischen liegenden Hornhaut.

Durch die fehlenden Gefäße und das glatte Oberflächenepithel wird die Hornhaut transparent (damit lichtdurchlässig). Gleichzeitig verursachen die insgesamt geringe Zellzahl, die fehlenden Gefäße sowie die Struktur jedoch einen langsamen Stoffwechsel.

Versorgung

Zweige des langen und des kurzen Ciliarnervs treten auf beiden Seiten am Rand des Stromas ein. Innerhalb der Hornhaut zweigen sich die Nerven weiter auf und bilden drei Netzwerke: eines im mittleren Stroma, eines im vorderen Stroma und eines in der Bowman-Membran. Die Nervenfasern des Netzwerkes aus der Bowman-Membran ziehen bis in die Epithelschicht ein, wo sie ein weiteres Netzwerk bilden.

Die von den Nerven wahrgenommenen Reize werden über den N. ophthalmicus (Ast des N. trigeminus) weitergeleitet.

In der Descemet Membran und dem Endothel enden hingegen keine Nervenfasern.

Die Hornhaut enthält keine Blutgefäße. Die notwendigen Nährstoffe erhält sie durch Diffusion aus der hinteren Augenkammer und den randständigen Gefäßnetzwerken.

N. ophthalmicus - lateral links

Physiologie

Die Hauptfunktionen der Hornhaut sind die Lichtbrechung und -weiterleitung.

Die Lichtbrechung wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst:

  • Wölbung der äußeren und inneren Oberfläche
  • Unterschiede in der Lichtbrechung zwischen Luft (bzw. Tränenfilm) und Hornhaut
  • Dicke der Hornhaut
  • Veränderte Lichtbrechung zwischen Hornhaut und Augenkammer.

Für eine optimale Lichtweiterleitung sollte die Streuung und Verzerrung der Strahlung möglichst gering sein. Dies wird durch die glatte Oberfläche und den ausgleichenden Tränenfilm erreicht.

Regeneration der Epithelschicht

Um die Oberflächeneigenschaften des Hornhautepithels zu erhalten, müssen die Zellen der äußeren Epithelschichten immer wieder erneuert werden. Dies geschieht durch Migration von Basalzellen, die aus den Stammzellen rund um die Basalzellschicht hervorgehen.

Die Basalzellen wandern nach und nach bis in die äußeren Zelllagen und nehmen dabei immer die Position der Vorgängerzellen ein. Dadurch wird die Barrierefunktion des Hornhautepithels aufrecht erhalten. An der äußersten Schicht werden die Zellen stetig abgeschert und über die Tränenflüssigkeit abtransportiert.

Durch die hohe Teilungsrate der Zellen in der Basalschicht, regeneriert sich die Hornhaut bei Verletzungen generell schnell.

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Arterien und Venen des Auges.

Regulation des Wasserhaushalts

Innerhalb des Stromas muss immer ein präziser Wassergehalt herrschen.

Der Wassereinstrom hängt ab von:

  • einer intakten Barrierefunktion von Epi-und Endothel
  • den wasserbindenden Ionen innerhalb des Stromas
  • dem Wasser- und Nährstofftransport durch Epi-und Endothel

Über das Endothel strömt ständig Wasser in die Hornhaut nach. Durch Ionenschleusen der inneren und äußeren Schicht und den damit beeinflussbaren Konzentrationsgrad der Ionen wird der Wasserabtransport über das Epithel in den Tränenfilm und über das Endothel in die Augenkammer unterstützt.

Die Oberflächenzellen des Epithels sind durch Tight junctions in einer Art Barriere verbunden, sodass Tränenflüssigkeit nicht eindringen kann. Moleküle, die z.B. zur Ernährung aufgenommen werden sollen, müssen durch die Zellen transportiert werden.

Ernährung

Die Hornhaut besitzt keine Gefäße. Stattdessen wird sie durch ein Randschlingennetz conjunctivaler, skleraler und episkleraler Gefäße ernährt. Auch das sehr gleichmäßig aufgebaute Oberflächenepithel trägt zur Ernährung bei. Es entzieht der umgebenden Luft und dem Tränenfilm Sauerstoff und Salz. Durch die innenliegende Endothelschicht werden außerdem Nährstoffe aus dem Kammerwasser zugeführt.

Klinik

Die Hornhaut kann von verschiedenen degenerativen Veränderungen betroffen sein. Ein Beispiel ist der Keratoconus, eine Dystrophie der Hornhaut, die sich zunächst mit Störungen in der Basalmembran und der Bowman-Membran bemerkbar macht.

Als Ursache kommen metabolische Missverhältnisse und eine Nährstoff-Fehlversorgung in Frage, die apoptotische Mechanismen im Gewebe auslösen. Dabei sorgen enzymatische Fehlfunktionen und geschwächte Verbindungen zwischen den Fibrillen für ein Verrutschen der Lamellen und damit zu einer Lockerung des betroffenen Gewebes. Dies beginnt meist im Zentrum der Hornhaut. Das betroffene Gebiet verändert seine Form von einer kugelartigen Krümmung hin zu einer konischen Form (Munson-Zeichen). Es treten Falten im hinteren Stroma und der Descemet-Membran auf.

Um die nun fehlerhafte Lichtbrechung auszugleichen, kann zunächst eine Brille hilfreich sein. Je stärker die Formveränderung wird, umso eher sind jedoch Kontaktlinsen das Mittel der Wahl, da sie besser auf die fehlerhafte Krümmung eingehen können. Letztlich kann eine Operation mit Einsatz einer Spender-Hornhaut notwendig sein.

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Quellen anzeigen

Quellen:

  • L. Remington: Clinical Anatomy and Physiology of the Visual System, 3. Auflage, Elsevier Butterworth Heinemann (2012), S. 10-28
  • G. Lang: Augenheilkunde, 5. Auflage, Georg Thieme Verlag (2014), S. 90-91
  • W. Graumann, D. Sasse: CompactLehrbuch Anatomie Band 4, Schattauer (2005), S. 21-23
  • H. Dua, L. Faraj, D. Said et al.: Human Corneal Anatomy Redefined- A Novel Pre-Descemet’s-Layer (Dua’s Layer). American Academy of Ophthalmology (2013), Band 120, Auflage 9, Seite 1778-1785

Text, Review, Layout:

  • Nicole Gonzalez
  • Stefanie Bauer
  • Marie Hohensee

Illustration:

  • Hornhaut (Cornea) - cranial - Paul Kim
  • Lederhaut (Sklera)  - cranial - Paul Kim
  • vorderes Hornhautepithel - Histologie

  • Hornhaut - sagittal - Paul Kim
  • Endothelium corneae/ Hornhautendothel - Histologie
  • Cornea - cranial - Paul Kim
  • Nervus ophthalmicus - lateral links - Paul Kim
© Sofern nicht anders angegeben, sind alle Inhalte, inklusive der Illustrationen, ausschließliches Eigentum der kenHub GmbH. Sie sind durch deutsches und internationales Urheberrecht geschützt. Alle Rechte vorbehalten.

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