Zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD) jest główną przyczyną ślepoty i odpowiada za 8,7% ślepoty na całym świecie1. Czynniki ryzyka związane z AMD obejmują rosnący wiek, płeć żeńską, palenie tytoniu, jasny kolor tęczówki, brak równowagi lipidowej, długotrwałą ekspozycję na światło słoneczne i promieniowanie ultrafioletowe, ogólnoustrojowo niższy poziom przeciwutleniaczy, niższą gęstość optyczną pigmentu plamki żółtej (MPOD), genetykę i rasę2. Spośród nich modyfikowalnymi czynnikami ryzyka są rzucenie palenia, doustna suplementacja przeciwutleniaczy i karotenoidów. Karotenoidy są naturalnymi pigmentami występującymi w roślinach i mikroorganizmach i są skutecznymi przeciwutleniaczami3. Są wytwarzane przez organizmy fotosyntetyzujące; Ludzie pozyskują karotenoidy ze swojej diety3,4. Pigmenty plamki żółtej składają się z trzech karotenoidów: luteiny, zeaksantyny i mezo-zeaksantyny4. Ksantofile luteina i zeaksantyna 5 znajdują się w siatkówce, a konkretnie w plamce żółtej, i nadają dołkowi żółty kolor6. Wyższe stężenia ksantofilów obserwuje się w aksonach fotoreceptorów i wewnętrznych warstwach splotowatych siatkówki5,7. Przyjmowanie karotenoidów, takich jak luteina i zeaksantyna, zwiększa poziom pigmentu plamki żółtej. Luteina i zeaksantyna są otrzymywane z diety lub z suplementacją składników odżywczych, podczas gdy mezo-zeaksantyna jest po prostu produktem ubocznym metabolizmu luteiny3,7,8. Stężenia luteiny i zeaksantyny różnią się w różnych obszarach siatkówki. Centralnie, w dołku centralnym, stężenie zeaksantyny jest większe niż luteiny, w stosunku 2,3:19,10. Stężenie karotenoidów zmniejsza się 100-krotnie na mm na obrzeżach dołka, gdzie luteina jest bardziej rozpowszechniona niż zeaksantyna, w stosunku 2,4:19,10.
Obecność ksantofili w siatkówce chroni obwody siatkówki, szczególnie w dołku centralnym i plamce żółtej, i jest krytyczna dla widzenia centralnego. Ksantofile chronią siatkówkę za pomocą dwóch możliwych mechanizmów: 1) filtrowania światła niebieskiego i 2) zmniejszania stresu oksydacyjnego5,11,12,13. Niebieskie światło rozprasza się najbardziej w siatkówce, a wyższe poziomy pigmentu plamki żółtej centralnie pochłaniają rozproszone światło, poprawiając w ten sposób widzenie. Dodatkowo niebieska część widma widzialnego składa się z wysokoenergetycznych, krótkich fal, które mogą powodować wytwarzanie nadmiernych ilości reaktywnych form tlenu w siatkówce. Dlatego uważa się, że karotenoidy zmniejszają obciążenie oksydacyjne plamki żółtej, działając jako przeciwutleniacze w wewnętrznej siatkówce i kompleksie nabłonkowym barwnika siatkówki fotoreceptora poprzez tłumienie tych wolnych rodników5,12,13,14.
Pomiar karotenoidów w siatkówce ma większe implikacje dla zdrowia ogólnoustrojowego. Niedawne badanie wykazało, że terapia karotenoidami poprawia funkcję siatkówki u diabetyków bez żadnych zmian w poziomie glukozy we krwi15. Poziomy gęstości karotenoidów w siatkówce są również silnie skorelowane z poziomami w brain16. Poziomy karotenoidów mogą być kluczowe w latach rozwojowych17,18, a poziomy w mózgu spadają wraz z wiekiem19. Poziomy MPOD są związane z neuroprotekcją i wydajnością neuronalną zarówno u dzieci, jak i osób starszych20,21. W związku z tym istnieje potrzeba klinicznego pomiaru MPOD i jego charakterystyki. Będzie to odgrywać rolę w diagnozowaniu, zarządzaniu i leczeniu różnych schorzeń oczu i układowych7,15,16,17,18,19,20,21.
Obecnie dostępne na rynku technologie pomiaru MPOD to heterochromatyczne fotometry migotania (HFP), które są oparte na testach psychofizycznych. Mierzą one obszar o średnicy 1 stopnia na dołku środkowym, co odpowiada średnicy koła o średnicy ~0,30 mm22. Chociaż wykazano, że tego typu urządzenia są niezawodne, są one ograniczone przez swój subiektywny charakter, są czasochłonne w użyciu i nie są w stanie rozróżnić poszczególnych ilości ksantofili, które tworzą MPOD13,22,23,24. Reflektometr pigmentowy plamki żółtej (patrz Tabela materiałów), określany również jako reflektometr (patrz Rysunek 1), rozwiązuje te ograniczenia, obiektywnie mierząc MPOD i jego poszczególne składniki luteiny i zeaksantyny (ksantofile)25. Reflektometr wykorzystuje filtrowane i skolimowane kwarcowe źródło halogenu z filtrem UV/IR do wysyłania kontrolowanej wiązki światła do siatkówki (patrz schemat Rysunek 2), a filtry wewnętrzne pochłaniają większość wytwarzanego promieniowania. W związku z tym ryzyko narażenia uczestnika na promieniowanie jest niewielkie lub żadne. Różne chromofory i struktury w ludzkim oku oraz odpowiadające im wzorce absorpcji i odbicia są dobrze opisane w literaturze26,27,28. Analiza światła odbitego przetworzonego przez wewnętrzny spektrometr pozwala na ilościową izolację i pomiar gęstości optycznych luteiny i zeaksantyny (L-OD, Z-OD) wraz z ogólnym MPZT. Trzeci karotenoid siatkówki mezo-zeaksantyna jest spektralnie nie do odróżnienia od zeaksantyny, a zatem Z-OD reprezentuje kombinację obu karotenoidów29. Wcześniejsze prace wykazały, że reflektometria jest niezawodna podczas pomiaru centralnego L-OD, Z-OD i MPOD25,29.
Celem obecnego badania jest stworzenie techniki, która może być wykorzystana do oszacowania in vivo poziomów zeaksantyny i luteiny w regionach siatkówki dołka i dołka u ludzi. Dodatkowym celem jest porównanie wyników z poprzednio opublikowanymi wynikami laboratoryjnymi i histologicznymi14,29. Podejście opracowane i opisane w tym manuskrypcie oraz jego zastosowanie wraz z reflektometrią do pomiaru MPOD perydołowego jest nowatorskie. Technika ta może być stosowana z dowolnym istniejącym urządzeniem reflektometrycznym bez większych modyfikacji do pomiaru poziomów poszczególnych karotenoidów w siatkówkach, takich jak L-OD i Z-OD, w różnych lokalizacjach dołka i dołka.
Badanie przedstawione w tym manuskrypcie obejmuje ośmiu uczestników w wieku od 22 do 29 lat. Nasze metody obejmują najpierw przeprowadzenie rutynowego badania okulistycznego, aby upewnić się, że uczestnicy badania spełniają kryteria włączenia. Po uzyskaniu świadomej zgody każdy uczestnik badania został poddany następującym czterem testom: 1) w celu uzyskania centralnego pomiaru MPOD wykorzystano dostępny na rynku heterochromatyczny fotometr migotania; 2) do wykonania dwóch pomiarów centralnych wykorzystano reflektometr; 3) przy użyciu tego samego reflektometru w połączeniu z obwodowym układem torowym, pomiary poziomów karotenoidów przy mimośrodzie 1 stopnia, tj. okręgu o średnicy 0,30 mm, wyśrodkowano w odległości 0,30 mm od dołka centralnego; 4) Używając tego samego zestawu, zmierzono również poziomy karotenoidów przy mimośrodzie 2 stopni, okręgu o średnicy 0,30 mm umieszczonego na krawędzi dołka środkowego (obszar przydołkowy).
Pomiary MPR zostały wykonane po rozszerzeniu źrenicy każdego uczestnika za pomocą 1% kropli okulistycznych tropikamidu. Wiadomo, że rozszerzenie źrenic nie jest potrzebne do uzyskania wartości MPOD za pomocą reflektometrii, ale może poprawić powtarzalność pomiarów L-OD i Z-OD25,29. Wynika to prawdopodobnie z faktu, że pomiary uzyskane z siatkówki za pomocą reflektometru miały lepszy stosunek sygnału do szumu, gdy źrenice były rozszerzone. Aby uzyskać dokładne i stabilne pomiary reflektometrii obwodowej, uczestnicy używali tarcz fiksacji, które zostały umieszczone w nieskończoności optycznej30,31.
Uzyskaliśmy pomiary reflektometryczne dla 30 s i odrzuciliśmy pierwsze 10 s danych. Ta procedura ma dwie zalety: 1) źródło sygnału jest jasne i pozwala oczom dostosować się i dostosować do zadania; i 2) co najważniejsze, pigment fotoreceptora blednie w ciągu pierwszych 10 sekund. W związku z tym wyeliminowanie pierwszych 10 s pomiaru pozwala na uzyskanie bardziej stabilnego i dokładnego sygnału29. W niniejszym badaniu przeprowadziliśmy wszystkie testy reflektometryczne dwukrotnie, po czym uśredniliśmy pomiary, aby uzyskać średnie wartości MPOD, L-OD i Z-OD oraz stosunek Z-OD/L-OD dla każdego uczestnika.