Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Fundus фотография как удобный инструмент для изучения микрососудистых Ответы на сердечно-сосудистые заболевания Факторы риска в эпидемиологических исследованиях

Published: October 22, 2014 doi: 10.3791/51904
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 1,3, 2,4
1Environmental Risk and Health, Flemish Institute for Technological Research (VITO), 2Centre for Environmental Sciences, Hasselt University, 3Transportation Research Institute, Hasselt University, 4Department of Public Health, Occupational and Environmental Medicine, Leuven University

Summary

Сетчатки анализа изображений является ненавязчивым процедура для визуализации микроциркуляцию. Влияние сердечно-сосудистых факторов риска заболевания могут привести к изменениям сетчатки калибров сосудов. Процедуры приобрести глазного дна изображения и шаги для расчета судно калибров описаны.

Abstract

Микроциркуляции состоит из кровеносных сосудов с диаметром менее 150 мкм. Это составляет большую часть кровеносной системы и играет важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой. Сетчатка представляет собой ткань, что линии внутренних дел глаза и это единственный ткани, что позволяет неинвазивным анализа микрососудов. В настоящее время, глазного дна изображения высокого качества могут быть приобретены с использованием цифровых камер. Сетчатки изображения могут быть собраны в течение 5 мин или менее, даже без дилатации учеников. Это ненавязчивый и быстрая процедура для визуализации микроциркуляцию привлекателен применять в эпидемиологических исследованиях и следить сердечно-сосудистых заболеваний с раннего возраста до старости.

Системные заболевания, которые влияют на кровообращение может привести к прогрессивным морфологических изменений в сосудистой сети сетчатки. Например, изменения в сосуде калибров сетчатки артерий и вен были связаны с гипертензией, atheroсклероз, и повышенный риск инсульта и инфаркта миокарда. Ширина судна получены с использованием программного обеспечения для анализа изображений и ширину шести крупнейших артерий и вен сведены в Центральной сетчатки артериол Equivalent (Crae) и эквивалент Центральный сетчатки венулярного (CRVE). Последние характеристики были показаны полезно изучить воздействие изменяемой образа жизни и окружающей среды сердечно-сосудистых факторов риска заболевания.

Процедуры приобрести глазного дна изображения и шаги анализа для получения CRAE и CRVE описаны. Коэффициенты вариации повторных мер Crae и CRVE менее 2%, и в течение-оценщик надежность очень высока. Использование панельного исследования, быстрого реагирования сетчатки калибров сосудов к краткосрочным изменениям в области загрязнения воздуха, известным фактором риска для сердечно-сосудистой смертности и заболеваемости, сообщается. В заключение, сетчатки изображений предлагается в качестве удобного и инструментального средства для эпидемиологического Studieс изучать микрососудистых ответов на сердечно-сосудистые факторы риска заболевания.

Introduction

Микроциркуляция состоит из кровеносных сосудов диаметром менее 150 мкм и включает в себя мельчайшие артерии сопротивления, артериол, капилляров и венул. Эти суда составляют большую часть кровеносной системы и играют важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой. Диаметр сосуд 150 мкм является физиологическим и физическим пределом. Реологические свойства сосудов диаметром менее 150 мкм отличаются от крупных артерий. Кроме того, большинство авторегуляторных изменения сопротивления происходит ниже по потоку от 150 мкм сосудистого ложа, обладающих потока крови ауторегуляции 1. Микроциркуляция имеет две важные функции. Основная функция заключается в обеспечении клетки кислородом и метаболических субстратов для того, чтобы удовлетворить спрос тканей и для слива отходов и диоксид углерода. Изменения в количестве обменных сосудов и шаблонов микрососудистой потока уменьшает эффективную площадь теплообменной поверхности и может Leaд к недостаточному тканевой перфузии и невыполнения метаболических спроса 2. Кроме того, гидростатическое давление падает внутри сосудистого русла и микроциркуляции играет роль в регулировании общего периферического сопротивления 3.

Сетчатка представляет собой слоистую ткань внутреннего покрытия глаза. Его основная функция заключается в преобразовании поступающий свет в нейронной сигнала, который далее распространяется в зрительной коре для обработки визуальной информации. Функция сетчатки, чтобы увидеть внешний мир и все глазные структуры, участвующие в этом процессе являются оптически прозрачными. Это делает ткани сетчатки доступны для неинвазивного визуализации микрососудов 4. Изображения сетчатки используется для идентификации заболевания глаз. Например, современная форма макулярной дегенерации может привести к потере зрения, потому что аномального роста кровеносных сосудов в области желтого пятна. Эти кровеносные сосуды, как правило, более проницаемой и подлежат Bleedinг и утечка крови и белков в пределах или ниже сетчатки. Последние события отвечают за необратимому повреждению фоторецепторов. Развитие глаукомы коррелирует с повреждением клеток ганглиев и их аксонов. Эффект этого процесса приводит к кровопускание из оптического диска, который можно наблюдать в сетчатке глаза изображений 5. Диабетическая ретинопатия вызвано гипергликемии, что приводит к повреждению в сетчатки стенок сосудов. Это может привести к ишемии, рост новых кровеносных сосудов и изменения в сосудистой геометрической сети. Кроме того, кровь-сетчатки барьер может быть подвержен разрушению, вызывая утечку расширенных hyperpermeable капилляров и аневризм 6.

Сетчатки микрососудов показывает гомологию с микрососудистых кроватями найденных в сердце, легких и головного мозга 7. Установлено, что системные заболевания, которые влияют на микроциркуляцию мозга может вызвать параллельные изменения в сетчатке. Артериол паrrowing и усиливается артериол световой рефлекс сетчатки связана с аномалиями сосудов, повреждения белого вещества и белых пятен, которые вызваны заболеванием церебральным небольшой емкости 8. Значительная отношения было обнаружено между узкими сетчатки венул, измененной сетчатки сети микрососудов и возникновением болезни Альцгеймера. Предполагается, что мозг пациентов иметь измененную мозговую микроциркуляторного русла, что также наблюдается в сетчатке 9.

Доказательства также увеличивается о корреляции между сетчатки сосудистых изменений и коронарного 10,11 болезни сердца. Соотношение между диаметром артерий сетчатки и ретинальных вен (A / V), как было показано, чтобы быть чувствительной прокси, чтобы отразить гипертонии и атеросклероза 12. Сужение артерий и расширение вен, что приводит к снижению коэффициента / V, подтверждает риск инсульта и инфаркта миокарда 13. Гипертония может вызвать прямойишемия сетчатки и сетчатки инфаркты, которые становятся видны как ваты пятен и глубоких сетчатки белых пятен 14. Серра и Sasongko так определяет литературу и они пришли к выводу, что воздействие образа жизни и окружающей среды факторов риска (например, диета, физическая активность, курение и загрязнение воздуха) может вызвать морфологические изменения в сетчатке микроциркуляторного русла 15. Важно отметить, что такие изменения сетчатки были связаны с сердечно-сосудистыми факторами риска, еще до клинических проявлений заболеваний 16.

Значительный рост заболеваемости сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности, были отнесены к складам долгосрочного и краткосрочного воздействия твердыми примесями загрязнения воздуха 17,18. Исследования показывают, что твердые частицы (ТЧ), одну из основных фракций загрязнения воздуха, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний и вызывает сердечно-сосудистые события 19,20. Нарушение функциимикрососудов кровать, как полагают, играют определенную роль в наблюдаемых ассоциаций. В этом отношении, связь между воздействием загрязнения воздуха и сужение артериол в сетчатке была сообщает Адара и коллег 21. Сетчатки артериол калибра был уже и венулярного калибра был шире среди 4607 участников многонациональном изучению атеросклероза (MESA), что жили в районах с повышенной долгосрочного и краткосрочного воздействия PM 2.5 (твердых частиц ≤ 2,5 мкм в диаметр) 21. Системное воспаление вызвано хроническим воздействием загрязнения воздуха может привести к более широким диаметром 22 венулярного. Это подтверждает исследования, которые сообщают влияние курения на сетчатки микроциркуляторного русла 23. А недавние сообщения публикации на связи между кратковременного воздействия загрязнения воздуха и микрососудистых изменений в здоровых взрослых (22-63 лет), измеренных с сетчатки фотографии глазного дна 24. Increaсебе в PM 10 (частиц ≤ 10 мкм в диаметре) и БК (черный углерод, сгорания побочный продукт, который может быть использован в качестве прокси для трафика, связанных с выхлопными газами дизельных двигателей) было связано с уменьшением артериол калибра 24,25.

В этой научной протокола видео, процедуры описаны собрать глазного дна фотографии глаза, выполнять анализ изображения для получения артериол и венул сосудов калибров, а также рассчитать Центральный сетчатки артериол Equivalent (Crae) и Центральный сетчатки венулярного эквивалента (CRVE). Изображения сетчатки набирает повышенное внимание, потому что сетчатка является единственной тканью, что позволяет получить объемный анализ микрососудов и изображений могут быть собраны с раннего возраста до старости 26,27. CRAE и CRVE кажется, чувствительные параметры, отражающие влияние изменяемой образа жизни и окружающей среды сердечно-сосудистых факторов риска заболевания на микрососудов. В рукописи, повторяемостьанализа сосуда продемонстрирована. Кроме того, применимость сетчатки анализа микрососудов в эпидемиологических исследованиях показано, суммируя наши выводы, полученные в конструкции повторных измерений с акцентом на воздействии частиц воздействия загрязнения воздуха 24.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Этика Совет Хассельта университета и университетской больницы Антверпен утвердил исследования. Участники дали письменное согласие на участие.

1 Настройка прибора

  1. Удалите снаряды черные защиты от цифрового сетчатки камерой и основной блок устройства.
  2. Откройте батарейный отсек и поместить батарею в камере. Не отключайте провод, соединяющий аккумулятор и основной блок.
  3. Винт камеру на основном блоке и подключить два провода. Подключите основной блок к энергосистеме и к компьютеру с помощью прилагаемых кабелей USB.
  4. Запустите основной блок, переключая кнопку включения / выключения, чтобы "на". Включение камеры при переключении кнопку включения / выключения, чтобы "на".
  5. Запустите компьютер. Это предотвратит ошибки соединения между основным блоком и компьютером.

2 Захват фотографии

  1. Запустите сетчатки томографовнг управление компьютерами (и заполните требуемую пароль). Программное обеспечение является частью цифровой сетчатки камеры (см таблицу материалов для связи).
  2. Начните изучение, нажав на значок "Study" в верхней левой части экрана. Для нового пациента, заполнить все детали, такие как ID пациента, имя пациента, дата рождения и т.д. Если пациент уже находится в системе, заполнить поле "ID пациента" и использовать "Искать список истории". Дважды щелкните на имени пациента, чтобы начать исследование.
  3. Попросите пациента занять место перед камерой, разместить его / ее подбородок на подбородка и лба против лба отдыха и "заблокировать" голову сфотографировать.
  4. Попросите пациента, чтобы смотреть прямо в объектив камеры. Перемещение камеры в горизонтальной (XY) плоскости с правой или левой глаза.
  5. Используйте подбородка позиционировать роговицу пациента внутри двух кругов, которые появляются на дисплее камеры. Тонкая настройкас помощью колесика на джойстике.
  6. Перемещение камеры вперед, назад и в стороны в XY плоскости того, чтобы позиционировать зрачок пациента в кругах. Убедитесь, что ученик образует замкнутый круг. Поступая таким образом, что диафрагма пациента будут разделены на две части.
  7. Используйте "назад курок" на джойстике, чтобы перейти от роговицы к сетчатке. На этом этапе, пациент должен соблюдать зеленый свет. Попросите пациента, чтобы посмотреть на зеленый свет.
  8. Сфокусируйтесь, совместив две линии, которые появляются, когда колесо на базе джойстика включен. Поверните колесо до две линии не образуют непрерывную линию.
  9. Используйте зеленый свет, чтобы поместить глаз в оптимальном положении для фотографии. При необходимости, переместить свет помощью кнопок со стрелками на правой стороне камеры. Установите зеленый свет таким образом, что диск зрительного нерва центрирована на дисплее камеры.
  10. Поиск на 2 белых пятен, которые появились после switchiнг до сетчатки (на шаге 2.7). Чтобы найти пятна, перемещайте устройство в XY плоскости. Пятна видны как размытые пятна. Отодвиньте аппарат вперед или назад, пока размытые пятна не превратиться в ярких, белых пятен. Чем ярче и круглее пятен, тем лучше качество изображения является. Расположите пятна пока оба не могут видеть. Используйте немного колесо на джойстике, чтобы принести пятна к середине дисплея фотокамеры.
  11. Убедитесь, что две линии (со стадии 2.8) образуют непрерывную линию. Диск зрительного нерва сосредоточена на дисплее камеры и в окружении двух ярких, белых пятен. Возьмите сетчатки фотографию при стрельбе кнопку на верхней части джойстика.
  12. Сохраните фотографию, нажав на кнопку "получить полное" в нижнем правом углу экрана компьютера. Завершение исследования будет автоматически сохранять изображения в карте и закройте исследование.

3 Анализ сетчатки Photograph

  1. Определить коэффициент масштабирования МЭСйти расстояние между центром желтого пятна (ямки) и центр диска зрительного нерва (слепое пятно). Анатомически это расстояние определяется как 4500 мкм или 2.5x диаметр диска зрительного нерва, причем последняя примерно 1800 мкм. Убедитесь, что расстояние измеряется в пикселях. Вычисляем коэффициент масштабирования путем деления 4500 на расстояние (в пикселях) между макулы и слепое пятно.
  2. Откройте программное обеспечение для анализа сетчатки сосудов "ИВАН".
    ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение создано в Университете Висконсина в Мэдисоне. Подробная информация по использованию Ивана берется из руководства.
  3. Заполните в соотношении масштаба и пройти через конфигурации.
  4. Убедитесь, что три желтые кольца появляются на сетчатке фотографии. Отношение шкала определяет радиус внутреннего круга и закрывает диск зрительного нерва. Убедитесь, что средняя точка внутреннего кольца находится на средней точке диска зрительного нерва. Если это не так, отрегулируйтерасположение круга с помощью клавиш управления курсором. Радиусы средних и внешних кругов 2x и 3x больше, чем радиус внутреннего круга, соответственно. Таким образом, зоны А и В будут созданы на фиксированном расстоянии от диска зрительного нерва.
  5. Убедитесь, что изображение сетчатки имеет оптический диск в центре фотографии. Это обеспечивает четкую фокусировку изображения в зоне В, и это будет способствовать процессу классификации (Рисунок 4а).
  6. Заметим, что программа автоматически обнаруживает кровеносные сосуды и присваивает эти суда как венул (Рисунок 4B).
  7. Различают сосуды между артериол и венул, основанных на физиологических различий. Артериолы будет указано в красный и венул в синей (фиг.4С). Используйте следующие рекомендации для идентификации каждого судна:
    1. Определите цвет сосудов. Артериолы имеют более светлый оранжево-красный цвет с сильным центральным отражения света. Вены имеют более темный фиолетовый-красный цвет с небольшим или без центрального света рефлекса.
    2. Определить курс судна. Артериолы, как правило, прямее и гладкой в ​​общих чертах; они более регулярны и в пути и наброски. Венул, как правило, более извилистой, и более нерегулярные в общих чертах и ​​диаметра. Венул шире в диаметре на краю диска, чем соответствующие артериол.
    3. Определить судно, глядя на аннотации к предыдущей судна. В принципе, артериол чередуются с венул. Таким образом, если отличие венулы измеряется, следующий сосуд, скорее всего, будет артериол.
    4. Определите шаблон пропуска. Как правило, артериолы не пересекают артериолы и венулы не пересекают венул. Если судно неизвестной идентичности пересекает венозный ветвей в или дистальной к зоне B, то неизвестно судно артериол. Если пересекает артериол ветвей в или дистальной к зоне B, то это венулы.
    5. Определить меньшие ветви, прослеживая их proximallу к их ветвления от родительского судна, личность которого может быть видно из первых двух принципов. Используйте углы между судами дифференцировать переходов и разветвлений.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Крестовина часто почти перпендикулярно (90 °) или, если два судна бегущую параллельно, угол пересечения может быть очень мелкой (менее 30 °). Разветвлений, как правило, несколько меньше, чем перпендикулярно (с углом между двумя ветвями от 30 ° до 45 °).
    6. Выберите по всей длине судна в классификации зоны. Убедитесь, что стандартное отклонение выбранного судна не превышает величину 10. Меньшие стандартных отклонений указывают хорошее измерение.
  8. Используйте программные средства, чтобы выбрать сосуды, которые не были выбраны самой программой. Те же правила действуют для этих судов, как для судов, автоматически подбирается с помощью программного обеспечения.
  9. Определите Центральный сетчатки Arteriolar и венулярного эквивалент (CRAEи CRVE) автоматически в ИВАН.
  10. Рассчитайте Crae и CRVE от их ветвление дочерних судов, использующих пересмотренные формулы Парр и Хаббардом 28.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Отношения между стволов и ветвей, с эмпирическим путем разветвления коэффициентов, дается в следующих двух формул для аппроксимации эквиваленты сосудов. ИВАН использует шесть крупнейших артериол и венул расчета Crae и CRVE. Формулы применяются в итерационной процедуры не на пары шести крупнейших артериол (или венулы), пока центральный артериол (или венулярного) судно эквивалент получается.
    Артериолы: Уравнение 1 (1)
    Венул: Уравнение 2 (2)
    где W 1, W 2, и W являются ширины узкой отрасли, более широкой отрасли, и родительского ствола, соответственно.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Предположим, тхат в сетчатки фотографии шесть крупнейших артериол широки 120, 110, 100, 90, 80, и 70 мкм. Поместите 120 и 70 в уравнение (1), а также 110 и 80, и 100 и 90 лет после первой итерации существуют три значения: 122,2, 120,0, и 118,4. Выполните следующую итерацию путем спаривания 122,2 и 118,4, уступая 149,8. Перенос среднего числа (120,0) до конечной итерации. Пара 149,8 и 120,0, получая 168,7 за Crae.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Повторяемость Crae и CRVE определения

Панель из 61 лиц между 22 до 56 лет и без клинически диагностированных сердечно-сосудистых заболеваний был завербован для изучения технической повторяемость и внутри-оценщик изменчивость Центральной сетчатки артериол Equivalent (Crae) и Центральный сетчатки венулярного эквивалента (CRVE) определений. Глазного дна правого глаза каждого человека была сфотографирована два раза в течение периода времени от 5 мин с использованием сетчатки камеру (фиг.1 и 2). Эта процедура была сделана на 4 последовательных дней, примерно в то же время суток. Средние коэффициенты вариации ± стандартное отклонение Crae и CRVE снимков, сделанных в 5-минутного периода были 1,76 ± 1,71 и 1,78 ± 1,51, соответственно. Средний ± стандартное отклонение Crae и CRVE ценностей были 151,31 ± 13,53 и 213,20 ± 18,44, соответственно. Нет существенных дифконференциях наблюдались Crae и значения CRVE получены на 4 дня подряд.

Crae и CRVE значения правого глаза были усреднены для одной Crae и CRVE стоимости в день. Впоследствии, повторяемость измерений была оценена с помощью внутригрупповой корреляции Коэффициент (МУС), безразмерной статистики ограниченной 0 и 1, описывающей воспроизводимость повторных измерений в популяции. Измерения проводились с помощью одного оценщик. Следовательно, с односторонним случайные эффекты модель позволила оценить в пределах-оценщик изменчивость 29. МУС был 0,919 (95% ДИ: 0,883, 0,946) и 0,898 (95% ДИ: 0,854, 0,932) для Crae и CRVE соответственно. Эти значения ICC значительно выше порога 0,6, который считается клинически значимым и оценок как осенью в рамках широкой категории как "почти идеально" в надежности 30.

Группа изучения по расследованию Влияние воздух частиц Pollution

Исследование было проведено в период с января 2012 года и мае 2012 и включены 84 лиц. Участники были 22 до 63 лет и без клинически диагностированных сердечно-сосудистых заболеваний до и во время периода исследования. На одной из фотографий глазного дна правого глаза был сделан с использованием сетчатки камеру на каждый из трех отдельных дней экспертизы. Мы отсылаем читателя к статье Louwies и сотрудников для получения подробной информации о том, как данные загрязнение воздуха было собрано 24. В ходе всего периода исследования, уровни окружающей PM 10 и BC были высокими в Бельгии в связи с западного направления атмосферного переноса загрязненного воздуха из Восточной Европы. Это визуализируется в промежуток времени видео (Дополнительную информацию). Концентрации загрязнения воздуха были назначены каждому участнику в течение 2, 4, и 6 часов предшествующего сетчатки экзамен. Уровень загрязнения воздуха не были рассчитаны на день клинического визита с полуночи до времени сетчатки экся. Уровень загрязнения воздуха были также распределены в течение предыдущего дня и за два дня до сетчатки экзамен. Эти концентрации можно резюмировать: lag2h, lag4h, lag6h, лаг 24h, и отставать 2d. Конкретных загрязнителей, проводили анализ экспозиция-реакция, используя смешанные модели. Детали этого анализа можно найти в первоначальной публикации 24. Был обратная связь между Crae и концентрации загрязнения воздуха (измеряется как ТЧ 10 и ВС концентрации) в часовых и суточных окон экспозиции до клинического обследования. Уменьшение Crae 0,93 мкм (95% ДИ: -1,42, -0,45, р = 0,0003) наблюдалось для каждого 10-мкг увеличения / м ³ в среднем PM 10 во время 24 часов предыдущего экзамена (Рисунок 3). Более короткие почасовые PM 10 окна воздействия и PM 10 концентрации усредненные за предыдущие 2 дня также показал значительное снижение значений Crae. Уменьшение Crae из 1,84 μм (95% ДИ: -3,18, -0,51, р = 0,008) было также найдено для каждого 1 мкг увеличения / м ³ в до н.э. 24 часов до экзамена. Никаких дополнительных существенных ассоциации наблюдались между Crae и других расчетных окон экспозиции до н.э.. Уменьшение CRVE из 0,86 мкм (95% ДИ: -1,42, -0,30, р = 0,004) наблюдалось для каждого 10-мкг увеличения / м ³ в ТЧ 10 в окне экспозиции 24 ч до сетчатки фотография была сделана. Более короткие окна воздействия, выявленные дополнительные существенные эффекты (Рисунок 3). Наблюдалось отрицательная связь между CRVE и воздействия до н.э. во время 24 часов до экзамена. Однако, эффект не достиг уровня статистической значимости (-1,18 мкм; 95% ДИ: -3,11, 0,75, р = 0,23).

Рисунок 1Рисунок 1 Retina фото и пример сетчатки камеры. Аннотированный сетчатки глазного дна картину правого глаза здорового добровольца (слева) и изображением не-мидриатического цифровой сетчатки камеры (справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенное рисунке.

Рисунок 2
Рисунок 2 Снимок экрана программного обеспечения ИВАН. Пример одного из снимков, обрабатывается с помощью программного обеспечения ИВАН. Программное обеспечение идентифицирует сосудистую и вычисляет диаметры. Оператор контролирует результаты и определяет артерии (показано красным) и венул (показаны синим цветом). CRAE и CRVE затем рассчитываются автоматически. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3 Ассоциация между загрязнением воздуха и сетчатки калибров сосудов. Расчетное изменение средней Crae и CRVE (95% ДИ) в сочетании с 10-мкг увеличения / м ³ в ТЧ 10 (слева) или 1 мкг увеличения / м ³ в до н.э. (справа) для различной экспозицией отстает. Данные были получены из панели 84 человек. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4.904 / 51904fig4highres.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Справочная видео. Временной интервал видео концентраций загрязнения воздуха во время исследования панели.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Retina анализ изображений предлагается как удобный инструмент для изучения микрососудистых ответы в эпидемиологических исследованиях. Когда оператор имеет опыт, он занимает меньше 5 минут, чтобы взять глазного дна картину. Кроме того, этот ненавязчивый процедура для визуализации микроциркуляцию может быть использован для участников из раннего возраста до старости.

Литература растет по отношению к ассоциации между морфологическими изменениями в сосудистой сети сетчатки (например изменение калибра сосудов, геометрическим рисунком и т.д.) и модифицируемые образа жизни и окружающей среды факторов риска 15,16. Экспериментальные и эпидемиологические работы показывают, что кратковременное и долгосрочное воздействие загрязнения воздуха в значительной степени связано с сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности. Тем не менее, это удобный метод, например, сетчатки фотографии глазного дна была использована очень мало, чтобы изучить микроциркуляции эффекты, которые могут быть вызваны загрязняющих веществ в атмосферу.

jove_content "> Различные этапы, необходимые для получения высококачественного глазного дна картину объясняются в этом видео протокола. Впоследствии, методология дается для получения артериол и измерения венулярного калибра, и более конкретно Центральный сетчатки артериол Equivalent (Crae) и Центральный сетчатки венулярного эквивалент (CRVE) 13,28. Результаты повторного анализа мер показал, что в пределах-оценщик Результаты Crae и CRVE являются высоковоспроизводимым для фотографий, которые были приняты в сроки от четырех дней. Эти данные находятся в соответствии с недавних наблюдений, представленных McCanna и коллег. Последние авторы сообщили, что Crae и CRVE значения стабильны в течение одного месяца. Они сообщили, корреляции для пар учебных визитов 0,9 и корреляции незначительно снизилась с увеличением длины интервала времени 31.

Впоследствии было показано, в исследовании панели с здоровых взрослых, что гetinal микроциркуляции может быстро реагировать на загрязнение твердыми частицами воздуха. Более конкретно, уменьшение Crae, что относится к повышенному кратковременном воздействии ТЧ 10 и ВС сообщается 24. Сужение сетчатки артериол является прокси для оценки риска сердечно-сосудистых заболеваний и сердечно-сосудистой смертности 32-35. Предполагается, что сетчатки микрососудов может быть использован для исследования сердечно-сосудистых эффектов загрязнения воздуха. В этом отношении, Адар и коллеги сообщили, впервые о краткосрочных последствий загрязнения воздуха на сетчатки микрососудов человека в поперечном разрезе анализа когорты MESA 21. Изменения микрососудов, представленные Louwies соавт. (2013) дополняют те, что по Адара и соавт. (2010). Последние авторы сообщили о 0,4 мкм-уменьшение Crae (95% ДИ: -0,8, -0,04) за 9 мкг увеличения / м ³ в среднем ТЧ 2,5 на предыдущий день. На основе повторных измерений,. Louwies др (2013) сообщили оценку -1,2 мкм (95% ДИ: -1,61, -0,61) и предполагается, что чем больше размер эффекта может быть связано с большим разбросом концентраций ТЧ и экспозиции до н.э. в этом панели исследования 24.

Легочная воспаление и низкосортная, системное воспаление, были связаны с воздействием загрязнения воздуха 36. Системное воспаление было также связано с эндотелиальной дисфункцией 37,38. Этот процесс может влиять на реакционную способность кровеносных сосудов сетчатки 39. Предполагается, что воспалительные реакции приводят к измененной эндотелиальной активности, которые могут быть отражены в сужению артериол калибров. Заключения от панельного исследования предполагают, что это может произойти в сроки менее 24 часов, потому что воздействие ТЧ 10 было обратно пропорционально связано с Crae во всех часовых окон экспозиции. Наблюдения в соответствии с известной воздействия опроса воздухаution на здоровье. Краткосрочные исследования на животных с воздействием пиковых уровней загрязнителей воздуха показали, что микрососудов могут быть затронуты 40,41. Кроме того, интервенционные исследования человека в контролируемой среде показали, что функция эндотелия нарушается под воздействием выхлопных газов дизельных двигателей 42,43.

В заключение, существует много развития и анатомические сходства между кровеносных сосудов сетчатки и микрососудов сердца, легких и мозга 10. Таким образом, сосудистая сеть сетчатки крови считается суррогатной ткани для системного микроциркуляции. Изменение кровеносных сосудов сетчатки может быть ценным прогностическим развития сердечно-сосудистых заболеваний. Удобное и ненавязчивый анализ сетчатки изображений в настоящее время считается полезным для популяционных исследований с акцентом на сердечно-сосудистой эпидемиологии. Этот протокол документ должен способствовать более исследовательские группы, чтобы использовать фотографии глазного дна для изучения микроциркуляции EFдефекты экологических и факторы образа жизни.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют, что они не имеют фактических или потенциальных конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Результаты о реакции микрососудов в области загрязнения воздуха воспроизводятся с разрешения экологической перспективы здравоохранения 24. Подтвержденный метеорологические и воздушные качественные данные были любезно предоставлены бельгийского Королевского метеорологического института и фламандского агентства по окружающей среде. Программное обеспечение для анализа изображений сетчатки были получены от доктора Н. Ферье (Мэдисон Инженерной школы и Fundus Photograph Чтение Center, отделения офтальмологии и визуальных наук, Университет Висконсин-Мэдисон). Tijs Louwies и Элин проректор поддерживаются с общения VITO. Элин проректор проводит аспирант исследовательский грант Научного фонда фламандской. Тим С. Nawrot является обладателем отправной гранта Европейского исследовательского совета.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Canon CR-2 nonmydriatic retinal camera  Hospithera (Brussels, Belgium) http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2. Any other retinal camera with comparable resolution and specifications can be used for the analysis of the retinal microvasculature. Compatibility should  be checked before starting a study.
IVAN: Vessel Measurement Software This software can be used without charge for scientific purpose. It can be obtained by contacting Dr. Nicola Ferrier (Madison School of Engineering and the Fundus Photograph Reading
Center, Department of Ophthalmology and Visual Sciences, University of Wisconsin–Madison). http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola. Phone: (608) 265-8793,
Fax: (608) 265-2316 or e-mail: ferrier@engr.wisc.edu
 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Clough, G., Cracowski, J. L. Spotlight Issue: Microcirculation-From a Clinical Perspective. Microcirculation. 19, 1-4 (2012).
  2. Tsai, A. G., Johnson, P. C., Intaglietta, M. Oxygen gradients in the microcirculation. Physiological Reviews. 83, 933-963 (2003).
  3. Safar, M. E., Lacolley, P. Disturbance of macro- and microcirculation: relations with pulse pressure and cardiac organ damage. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 293, (2007).
  4. Abramoff, M. D., Garvin, M. K., Sonka, M. Retinal imaging and image analysis. IEEE reviews in biomedical engineering. 3, 169-208 (2010).
  5. Tielsch, J. M., et al. A population-based evaluation of glaucoma screening-the Baltimore eye survey. American Journal of Epidemiology. 134, 1102-1110 (1991).
  6. Ciulla, T. A., Amador, A. G., Zinman, B. Diabetic retinopathy and diabetic macular edema - Pathophysiology, screening, and novel therapies. Diabetes Care. 26, 2653-2664 (2003).
  7. De Silva, D. A., et al. Associations of retinal microvascular signs and intracranial large artery disease. Stroke. 42, 812-814 (2011).
  8. Liew, G., et al. Differing associations of white matter lesions and lacunar infarction with retinal microvascular signs. International journal of stroke : official journal of the International Stroke Society. , (2012).
  9. Cheung, C. Y., et al. Microvascular network alterations in the retina of patients with Alzheimer's disease. Alzheimer's & dementia : the journal of the Alzheimer's Association. 10, 135-142 (2014).
  10. Liew, G., Wang, J. J., Mitchell, P., Wong, T. Y. Retinal Vascular Imaging A New Tool in Microvascular Disease Research. Circulation-Cardiovascular Imaging. 1, 156-161 (2008).
  11. McGeechan, K., Liew, G., Wong, T. Y. Are retinal examinations useful in assessing cardiovascular risk. Am J Hypertens. 21, 847 (2008).
  12. McClintic, B. R., McClintic, J. I., Bisognano, J. D., Block, R. C. The relationship between retinal microvascular abnormalities and coronary heart disease: a review. The American Journal of Medicine. 123, (2010).
  13. Hubbard, L. D., et al. Methods for evaluation of retinal microvascular abnormalities associated with hypertension/sclerosis in the atherosclerosis risk in communities study. Ophthalmology. 106, 2269-2280 (1999).
  14. Niemeijer, M., van Ginneken, B., Russell, S. R., Suttorp-Schulten, M. S. A., Abramoff, M. D. Automated detection and differentiation of drusen, exudates, and cotton-wool spots in digital color fundus photographs for diabetic retinopathy diagnosis. Investigative ophthalmology & visual science. 48, 2260-2267 (2007).
  15. Serre, K., Sasongko, M. B. Modifiable Lifestyle and Environmental Risk Factors Affecting the Retinal Microcirculation. Microcirculation. 19, 29-36 (2012).
  16. Sun, C., Wang, J. J., Mackey, D. A., Wong, T. Y. Retinal Vascular Caliber: Systemic, Environmental, and Genetic Associations. Survey of Ophthalmology. 54, 74-95 (2009).
  17. Nawrot, T. S., et al. Stronger associations between daily mortality and fine particulate air pollution in summer than in winter: evidence from a heavily polluted region in western Europe. Journal of Epidemiology and Community Health. 61, 146-149 (2007).
  18. Zanobetti, A., et al. The temporal pattern of respiratory and heart disease mortality in response to air pollution. Environmental Health Perspectives. 111, 1188-1193 (2003).
  19. Brook, R. D., et al. Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease An Update to the Scientific Statement From the American Heart Association. Circulation. 121, 2331-2378 (2010).
  20. Nawrot, T. S., Perez, L., Kunzli, N., Munters, E., Nemery, B. Public health importance of triggers of myocardial infarction: a comparative risk assessment. Lancet. 377, 732-740 (2011).
  21. Adar, S. D., et al. Air Pollution and the Microvasculature: A Cross-Sectional Assessment of In Vivo Retinal Images in the Population-Based Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis. Plos Medicine. Plos Medicine, M. E. S. A. ). 7, (2010).
  22. Klein, R., Klein, B. E., Knudtson, M. D., Wong, T. Y., Tsai, M. Y. Are inflammatory factors related to retinal vessel caliber? The Beaver Dam Eye Study. Archives of ophthalmology. 124, 87-94 (2006).
  23. Harris, B., et al. The association of systemic microvascular changes with lung function and lung density: a cross-sectional study. PloS one. 7, (2012).
  24. Louwies, T., Panis, L. I., Kicinski, M., De Boever, P., Nawrot, T. S. Retinal Microvascular Responses to Short-Term Changes in Particulate Air Pollution in Healthy Adults. Environmental Health Perspectives. 121, 1011-1016 (2013).
  25. Barrett, J. R. Particulate Matter and Cardiovascular Disease Researchers Turn an Eye toward Microvascular Changes. Environmental Health Perspectives. 121, (2013).
  26. Gopinath, B., et al. Is quality of diet associated with the microvasculature? An analysis of diet quality and retinal vascular calibre in older adults. The British journal of nutrition. 110, 739-746 (2013).
  27. Kandasamy, Y., Smith, R., Wright, I. M. Relationship between the retinal microvasculature and renal volume in low-birth-weight babies. American journal of perinatology. 30, 477-481 (2013).
  28. Knudtson, M. D., et al. Revised formulas for summarizing retinal vessel diameters. Current Eye Research. 27, 143-149 (2003).
  29. Shrout, P. E., Fleiss, J. L. Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability. Psychological bulletin. 86, 420-428 (1979).
  30. Landis, J. R., Koch, G. G. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics. 33, 159-174 (1977).
  31. McCanna, C. D., et al. Variability of measurement of retinal vessel diameters. Ophthalmic epidemiology. 20, 392-401 (2013).
  32. Cheung, N., et al. Arterial compliance and retinal vascular caliber in cerebrovascular disease. Annals of Neurology. 62, 618-624 (2007).
  33. Wong, T. Y., et al. Retinal microvascular abnormalities and incident stroke: the atherosclerosis risk in communities study. Lancet. 358, 1134-1140 (2001).
  34. Wong, T. Y., et al. Retinal arteriolar narrowing and risk of coronary heart disease in men and women - The atherosclerosis risk in communities study. Jama-Journal of the American Medical Association. 287, 1153-1159 (2002).
  35. Wong, T. Y., et al. The prevalence and risk factors of retinal microvascular abnormalities in older persons - The cardiovascular health study. Ophthalmology. 110, 658-666 (2003).
  36. Hoffmann, B., et al. Chronic Residential Exposure to Particulate Matter Air Pollution and Systemic Inflammatory Markers. Environmental Health Perspectives. 117, 1302-1308 (2009).
  37. Hingorani, A. D., et al. Acute systemic inflammation impairs endothelium-dependent dilatation in humans. Circulation. 102, 994-999 (2000).
  38. Huang, A. L., Vita, J. A. Effects of systemic inflammation on endothelium-dependent vasodilation. Trends in Cardiovascular Medicine. 16, 15-20 (2006).
  39. Nguyen, T. T., et al. Flicker light-induced retinal vasodilation in diabetes and diabetic retinopathy. Diabetes Care. 32, 2075-2080 (2009).
  40. Nurkiewicz, T. R., Porter, D. W., Barger, M., Castranova, V., Boegehold, M. A. Particulate matter exposure impairs systemic microvascular endothelium-dependent dilation. Environmental Health Perspectives. 112, 1299-1306 (2004).
  41. Nurkiewicz, T. R., et al. Systemic microvascular dysfunction and inflammation after pulmonary particulate matter exposure. Environmental Health Perspectives. 114, 412-419 (2006).
  42. Barath, S., et al. Impaired vascular function after exposure to diesel exhaust generated at urban transient running conditions. Particle and Fibre Toxicology. 7, (2010).
  43. Tornqvist, H., et al. Persistent endothelial dysfunction in humans after diesel exhaust inhalation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 176, 395-400 (2007).

Tags

Медицина выпуск 92 сетчатка микрососудов анализ изображений Центральный сетчатки Arteriolar эквивалент Центральный сетчатки венулярного эквивалент загрязнение воздуха твердых частиц черный углерод
Fundus фотография как удобный инструмент для изучения микрососудистых Ответы на сердечно-сосудистые заболевания Факторы риска в эпидемиологических исследованиях
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

De Boever, P., Louwies, T., Provost, … More

De Boever, P., Louwies, T., Provost, E., Int Panis, L., Nawrot, T. S. Fundus Photography as a Convenient Tool to Study Microvascular Responses to Cardiovascular Disease Risk Factors in Epidemiological Studies. J. Vis. Exp. (92), e51904, doi:10.3791/51904 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter