Summary
Retinal bildeanalyse er en diskret prosedyre for å visualisere mikrosirkulasjonen. Virkningen av hjerte-og karsykdommer risikofaktorer kan føre til endringer av netthinnens fartøy kalibre. Prosedyrene for å skaffe fundus bilder og fremgangsmåten for beregning av fartøyets kalibre er beskrevet.
Abstract
Den mikrosirkulasjonen består av blodkar med diameter mindre enn 150 mikrometer. Det utgjør en stor del av sirkulasjonssystemet, og spiller en viktig rolle i å opprettholde kardiovaskulær helse. Netthinnen er et vev som linjer indre av øyet, og det er det eneste vevet som gjør det mulig for en ikke-invasiv analyse av mikrovaskulatur. I dag kan høykvalitets fundus bilder erverves ved hjelp av digitale kameraer. Retinal bilder kan samles i 5 min eller mindre, selv uten dilatasjon av elevene. Dette diskret og rask prosedyre for å visualisere mikrosirkulasjonen er attraktivt å søke i epidemiologiske studier og for å overvåke kardiovaskulær helse fra tidlig alder opp til alderdom.
Systemiske sykdommer som påvirker sirkulasjonen kan resultere i en progressiv morfologiske endringer i retinal vaskulatur. For eksempel har endringer i fartøyet kalibre av netthinnens arterier og vener vært forbundet med hypertensjon, atherosklerose, og økt risiko for hjerneslag og hjerteinfarkt. Fartøyet bredder er utledet ved hjelp av bildeanalyse programvare og bredden på de seks største arterier og vener er oppsummert i netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og netthinnens sentral Venular Equivalent (CRVE). De sistnevnte funksjoner har blitt vist nyttig å studere virkningen av modifiserbare livsstil og miljø kardiovaskulære sykdom risikofaktorer.
Prosedyrene for å skaffe fundus bilder og analyse skritt for å skaffe Crae og CRVE er beskrevet. Variasjonskoeffisient for gjentatte målinger av Crae og CRVE er mindre enn 2% og innen-rater reliabilitet er svært høy. Ved hjelp av en panelstudie, den raske responsen fra netthinnens fartøy kalibre til kortsiktige endringer i partikkel luftforurensning, en kjent risikofaktor for kardiovaskulær dødelighet og sykelighet, er rapportert. I konklusjonen, er retinal bildebehandling foreslått som en praktisk og instrumentell verktøy for epidemiologisk studies å studere mikrovaskulære svar på hjerte-og karsykdommer risikofaktorer.
Introduction
Mikrosirkulasjonen består av blodkar med diameter mindre enn 150 mikrometer og inkluderer minste motstand arterier, arterioler, kapillærer og venules. Disse fartøyene utgjør en stor del av sirkulasjonssystemet, og spiller en viktig rolle i å opprettholde kardiovaskulær helse. Fartøyet diameter på 150 mikrometer er en fysiologisk og en fysisk grense. De reologiske egenskaper for fartøy med en diameter mindre enn 150 mikrometer avvike fra store arterier. Videre er de fleste av de autoregulatory motstandsendringer forekommer nedstrøms fra 150 mikrometer i vaskulære senger som utviser blodstrøm autoregulation 1. Den mikrosirkulasjon har to viktige funksjoner. Den primære funksjon er å tilveiebringe celler med oksygen og metabolske substrater for å matche vev etterspørsel og for å drenere avfallsprodukter og karbondioksid. Endringer i antall utvekslingsfartøy og mikrovaskulær strømningsmønstre reduseres effektiv utveksling flateareal og kan lead til suboptimal vevsperfusjon og en unnlatelse av å møte metabolske etterspørsel to. Videre faller det hydrostatiske trykk i det vaskulære bed, og mikrosirkulasjonen spiller en rolle i regulering av den totale perifere motstanden 3.
Netthinnen er en lagdelt vev lining innsiden av øyet. Dets viktigste funksjon er å omdanne den innkommende lys til et nevralt signal som forplanter seg videre til den visuelle cortex for behandling av visuell informasjon. Funksjonen av netthinnen er å se omverdenen og alle de okulare strukturer som er involvert i denne prosessen er optisk transparent. Dette gjør netthinnevev tilgjengelig for ikke-invasiv avbildning av microvasculature 4. Retinal avbildning blir brukt for å identifisere sykdommer i øyet. For eksempel kan en avansert form av makuladegenerasjon føre til synstap på grunn av abnormal blodkarvekst inn i makula. Disse blodårene har en tendens til å være mer gjennomtrengelig og under bleeding og lekkasje av blod og proteiner innenfor eller under retina. De sistnevnte hendelser er ansvarlig for irreversibel skade på fotoreseptorer. Utvikling av glaukom korrelerer med en ødeleggende for ganglion-celler og deres axoner. Effekten av denne prosess fører til cupping av den optiske platen, noe som kan observeres i retinale bilder 5. Diabetisk retinopati er forårsaket av hyperglykemi som fører til skade på de retinale karveggene. Dette kan føre til ischemi, veksten av nye blodkar og en forandring i vaskulær geometriske nettverk. Videre kan blod-retinal barrieren være gjenstand for sammenbrudd, forårsaker lekkasje av utvidede hyperpermekapillærene og aneurismer seks.
Netthinne microvasculature viser homologi med de mikrovaskulære senger som finnes i hjertet, lunger og hjerne 7. Det er fastslått at systemiske sykdommer som påvirker mikrosirkulasjonen i hjernen kan forårsake parallelle endringer i netthinnen. Arteriolar narrowing og forbedret arteriolar lys refleks av netthinnen er forbundet med skips abnormiteter, hvit substans lesjoner og lacunes som er forårsaket av cerebral småkarssykdom åtte. En signifikant sammenheng ble oppdaget mellom smalere retinal venules, en endret retinal microvascular nettverk og forekomsten av Alzheimers sykdom. Det foreslås at hjernen til pasientene har en endret cerebral microvasculature som også er observerbare i netthinnen ni.
Bevis er også økende om sammenhengen mellom netthinnens vaskulære endringer og koronar hjertesykdom 10,11. Forholdet mellom diameteren av retinale arterier og vener retinal (A / V) har vist seg å være en sensitiv proxy for å reflektere hypertensjon og aterosklerose 12.. En innsnevring av arteriene og utvidelse av venene, som fører til en redusert A / V-forhold, bekrefter risikoen for hjerneslag og hjerteinfarkt 13. Hypertensjon kan føre til direkteretinal iskemi og retinal infarkter som blir synlig som vatt flekker og dype retinal hvite flekker 14. Serre og Sasongko nylig oppsummert litteraturen, og de konkluderte med at eksponering for livsstil og miljømessige risikofaktorer (f.eks, kosthold, fysisk aktivitet, røyking og luftforurensning) kan indusere morfologiske endringer i retinal microvascular seng 15. Viktigere, har slike retinal endringer blitt assosiert med kardiovaskulære risikofaktorer, selv før kliniske manifestasjoner av sykdommer 16.
Betydelige økninger i forekomsten av kardiovaskulær morbiditet og mortalitet har blitt tilskrevet kort og lang tids eksponering av svevestøv luftforurensning 17,18. Forskning indikerer at partikler (PM), en viktig fraksjon av luftforurensning, bidrar til utviklingen av kardiovaskulær sykdom og induserer kardiovaskulære hendelser 19,20. En nedskrivning av funksjon avmicrovascular seng antas å spille en rolle i de observerte foreninger. I så måte har en sammenheng mellom eksponering for luftforurensning og arteriolar innsnevring i netthinnen blitt rapportert av Adar og kolleger 21. Retinal arteriolar kaliber var smalere og venular kaliber var bredere blant de 4607 deltakerne i den multietniske Study av aterosklerose (MESA) som levde i områder med økt kort og lang tids eksponering for PM 2,5 (svevestøv ≤ 2,5 mikrometer i diameter) 21. Systemisk inflammasjon forårsaket av kronisk eksponering luftforurensning kan resultere i større venular diametre 22. Dette bekrefter de studiene som rapporterer effekten av røyking på retinal microvascular seng 23. En fersk publikasjon rapporter om sammenhengen mellom kortsiktig luftforurensning eksponering og mikrovaskulære endringer hos friske voksne (22-63 år) målt med retinal fundusfotografering 24. En Aksjekapitalforhøyelse i PM 10 (partikler ≤ 10 pm i diameter) og BC (sot, et forbrenningsprodukt som kan brukes som en proxy for trafikkrelaterte diesel eksos) assosiert med en reduksjon i kaliber arteriolar 24,25.
I denne vitenskapelige video-protokollen, må prosedyrene beskrevet å samle fundus bilder av øyet, for å utføre bildeanalyse for å få arteriolar og venular fartøy kaliber, og å beregne netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og netthinnens sentral Venular Equivalent (CRVE). Retinal bildebehandling er å få økt oppmerksomhet fordi netthinnen er den eneste vev som tillater en diskret analyse av microvasculature og bilder kan hentes fra tidlig alder opp til alderdom 26,27. Crae og CRVE synes å være sensitive parametere som kan belyse konsekvenser av modifiserbare livsstil og miljø kardiovaskulære sykdom risikofaktorer på microvasculature. I manuskriptet, repeterbarhetav analysen fartøyet er vist. Videre er anvendelsen av retinal microvasculature analyse i epidemiologiske studier vist ved å oppsummere våre funn oppnådd i en gjentatt tiltak design med fokus på virkningen av partikkeleksponering luftforurensning 24.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etikk Board of Hasselt University og University Hospital Antwerp godkjent studiene. Deltakerne ga sin skriftlig informert samtykke til å delta.
1. Instrumentoppsett
- Fjern de sorte beskyttelses skjell fra det digitale kameraet retinal og hovedblokk av enheten.
- Åpne batterirommet og plasser batteriet i kameraet. Ikke koble fra ledningen kobler batteriet og hovedenheten.
- Skru kameraet på hovedenheten og koble de to ledningene. Koble hovedenheten til strømnettet og til datamaskinen med den medfølgende USB-kabler.
- Start hovedenheten ved å slå av / på-knappen til "på". Starte kameraet ved å slå av / på-knappen til "på".
- Start maskinen. Dette vil hindre tilkoblingsfeil mellom hovedenheten og datamaskinen.
2. Fange Foto
- Start Retinal Imaging Control Software (og fylle ut de nødvendige passord). Programvaren er en del av den digitale retinal kameraet (se materialer tabell for kobling).
- Start undersøkelsen ved å klikke på "Study"-ikonet i øvre venstre del av skjermen. For en ny pasient, fylle ut alle detaljer som pasient ID, pasientens navn, fødselsdato, etc. Hvis pasienten allerede er i systemet, fyll i "pasient-ID" og bruke "Søk historien listen". Dobbeltklikk på navnet på pasienten for å starte undersøkelsen.
- Be pasienten om å ta plass før kameraet, plasserer hans / hennes haken på haken hvile og pannen mot pannen hvile og "låse" hodet for å ta et fotografi.
- Be pasienten om å se rett inn i linsen på kameraet. Flytt kameraet horisontalt (XY) flyet til høyre eller venstre øye.
- Bruk haken resten å posisjonere hornhinnen av pasienten inne de to sirklene som vises på kameraets skjerm. Finjustereved hjelp av hjulet på styrespaken.
- Flytt kameraet forover, bakover og sidelengs i XY-planet for å posisjonere eleven av pasienten innenfor sirkler. Sørg for at eleven danner en kontinuerlig sirkel. Ved å gjøre dette, vil iris i pasienten bli delt opp i to deler.
- Bruk "tilbake trigger" på joysticken for å bytte fra hornhinnen til netthinnen. På dette stadiet, bør pasienten observere et grønt lys. Be pasienten om å se på grønt lys.
- Fokuser kameraet ved å samkjøre de to linjene som dukker opp når hjulet i bunnen av joysticken er slått. Drei rattet til de to linjene danner en sammenhengende linje.
- Bruk grønt lys til å plassere øyet i optimal posisjon for et fotografi. Om nødvendig, flytt lys ved hjelp av piltastene på høyre side av kameraet. Plasser det grønne lyset på en slik måte at den optiske plate er sentrert på kameravisning.
- Søk etter to hvite flekker som dukket opp etter switching til netthinnen (i trinn 2.7). For å finne de stedene, flytt enheten i XY-planet. Flekkene er synlig som et uskarpt flekken. Flytt enheten fremover eller bakover til uklare flekker slå inn lyse, hvite flekker. Den lysere og rundere flekker, er den bedre kvaliteten på bildet. Plasser flekker før begge er synlige. Bruk lite hjul på joysticken for å bringe de plassene til midten av kameraskjerm.
- Kontroller at de to linjer (fra trinn 2.8) danner en kontinuerlig linje. Papillen er sentrert på kameradisplayet, og er flankert av to lyse, hvite flekker. Ta retinal fotografi ved å skyte på knappen på toppen av joysticken.
- Lagre fotografiet ved å trykke på "Study Complete"-knappen i nedre høyre hjørne av skjermen. Gjennomfører studiet vil automatisk lagre bildene i et kart og lukke studien.
3. Analyse av Netthinne Foto
- Bestem skala forholdet ved måleuring avstanden mellom sentrum av makula (fovea) og sentrum av den optiske plate (blind spot). Anatomisk denne avstand er bestemt til å være 4,500 um eller 2,5 ganger diameteren av den optiske plate, med det sistnevnte er omtrent 1800 mikrometer. Sørg for at avstanden blir målt i piksler. Beregn skalaen prosent ved å dividere 4500 av avstanden (i piksler) mellom makula og blindsonen.
- Åpne retinal fartøy analyse programvare "IVAN".
MERK: Programvaren er opprettet ved University of Wisconsin i Madison. Detaljert informasjon om bruken av IVAN er hentet fra håndboken. - Fyll skalaen forholdet og gå gjennom konfigurasjonen.
- Kontroller at tre gule ringer vises på retinal fotografi. Skalaen forholdet bestemmer radien av den indre sirkel og omslutter den optiske plate. Kontroller at midtpunktet av den indre ring er på midten punktet av den optiske plate. Hvis dette ikke er tilfelle, justeresplassering av sirkelen ved å bruke piltastene. Radiene av de midtre og ytre sirkler er 2x 3x og større enn radien til den indre sirkel, respektivt. På denne måten blir sonene A og B laget i en fast avstand fra den optiske platen.
- Kontroller at retinal bildet har den optiske plate i sentrum av bildet. Dette sikrer et skarpt fokus på bildet i sone B, og dette vil lette sensureringen (Figur 4A).
- Observer at programvaren oppdager automatisk blodårene og tildeler disse fartøyene som venules (Figur 4B).
- Skille fartøyene mellom arterioler og venules basert på fysiologiske forskjeller. Arterioles vil bli indikert i rødt og venules i blått (figur 4C). Bruk følgende retningslinjer for å identifisere hvert fartøy:
- Bestem fartøyet farge. Arterioler har en lysere orange-rød farge med en sterk sentral lysrefleksjon. Vener har mørkere lilla-Rød farge med liten eller ingen sentrale lys refleks.
- Bestem løpet av fartøyet. Arterioles pleier å være rettere og jevnere i omriss; de er mer vanlig i både bane og disposisjon. Venules er generelt mer kronglete, og mer uregelmessig i omriss og diameter. Venules er bredere i diameter på marginen plate enn de tilsvarende arterioler.
- Identifiser fartøyet ved å se på annotering av den forutgående fartøy. I prinsippet arterioler veksler med venules. Derfor, hvis en distinkt venule er målt, er det neste fartøyet mer sannsynlig å være en arteriole.
- Definer kryssmønster. Som en generell regel, arterioler ikke krysse arterioler og venules ikke krysse venules. Hvis et fartøy av ukjent identitet krysser en venøs gren innenfor eller distal til sone B, da den ukjente fartøy er en arteriole. Hvis den krysser en arteriolar gren innenfor eller distal til sone B, så er det en venule.
- Identifiser mindre grener ved å spore dem proximally til deres forgrening fra et moderfartøy, kan identiteten som fremgår av de to første føringer. Bruk vinkler mellom fartøy å skille kryssinger og forgreninger.
MERK: Crossings er ofte nesten perpendikulær (90 °) eller, dersom de to fartøyene er løpe parallelt, kan vinkelen på kryssing være svært grunt (mindre enn 30 °). Forgreninger er vanligvis noe mindre enn vinkelrett (med vinkelen mellom de to grenene fra 30 ° til 45 °). - Velg hele lengden av fartøyet i gradering sonen. Sørg for at standardavviket til den valgte skipet ikke overstiger verdien av 10. Mindre standardavvik indikerer en god måling.
- Bruk programvareverktøy for å velge skip som ikke ble valgt av selve programvaren. De samme regler gjelder for disse fartøyene som for skipene automatisk valgt av programvaren.
- Bestem netthinnens sentral arteriolar og Venular Equivalent (Craeog CRVE) automatisk i IVAN.
- Beregn Crae og CRVE fra sine respektive forgrening datter tanker med reviderte formler av Parr og Hubbard 28.
MERK: Forholdet mellom stammer og greiner, med empirisk avledet forgrening koeffisienter, er gitt i følgende to formler for å tilnærme fartøy ekvivalenter. IVAN bruker de seks største arterioler og venules for beregning Crae og CRVE. Formlene er brukt i en iterativ prosedyre for å koble opp de seks største arterioler (eller venules) til den sentrale arteriolar (eller venular) fartøy tilsvarende er oppnådd.
Arterioler:
(1)
Venules:
(2)
der w 1, w 2, og W er bredden på den smalere gren, bredere gren, og den overordnede bagasjerommet, henholdsvis.
MERK: Anta that i en retinal fotografi de seks største arterioles er 120, 110, 100, 90, 80, og 70 mikrometer brede. Sett 120 og 70 inn i ligning (1), så vel som 110 og 80, og 100 og 90. Etter at den første iterasjon er det tre verdier: 122,2, 120,0, 118,4 og. Utfør neste iterasjon ved sammenkobling 122,2 og 118,4, noe som gir 149,8. Bære over midten nummer (120.0) til den endelige iterasjon. Pair 149,8 og 120,0 for å gi 168,7 for Crae.
(1) 
(2) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Repeterbarhet av Crae og CRVE Bestemmelse
Et panel av 61 personer mellom 22 til 56 år gammel og uten klinisk diagnostisert hjerte-og karsykdommer ble rekruttert for å studere teknisk repeterbarhet og innen-rater variabiliteten i netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og netthinnens sentral Venular tilsvarende (CRVE) bestemmelser. Den fundus for høyre øye av hver enkelt ble fotografert to ganger i løpet av en tidsperiode på 5 min ved hjelp av en retinal kamera (figur 1 og 2). Denne prosedyren ble utført på fire påfølgende dager, omtrent på samme tid av dagen. De gjennomsnittlige variasjonskoeffisienter ± standardavvik for Crae og CRVE av bilder tatt i løpet av den fem-minutters periode var 1,76 ± 1,71 og 1,78 ± 1,51, henholdsvis. Gjennomsnittlig ± standardavvik for Crae og CRVE verdier var 151,31 ± 13,53 og 213,20 ± 18.44 henholdsvis. Ingen signifikant difskjeller ble observert for Crae og CRVE verdier oppnådd på 4 påfølgende dager.
Crae og CRVE verdier av det høyre øyet ble midlet til en Crae og CRVE verdi per dag. Deretter repeterbarhet av målingene ble evaluert ved hjelp av intra Korrelasjonskoeffisient (ICC), en dimensjonsløs statistikken avgrenset av 0 og 1 som beskriver reproduserbarheten av gjentatte målinger i en populasjon. Målingene ble gjort av en enkelt rater. Derfor, en enveis tilfeldige effekter modell lov til å estimere innen-rater variabilitet 29. ICC var 0,919 (95% KI: 0,883, 0,946) og 0,898 (95% KI: 0.854, 0.932) for Crae og CRVE, henholdsvis. Disse ICC verdiene er godt over sperregrensen på 0,6, som er ansett for å være klinisk signifikant og estimatene både faller innenfor bred kategori som "nesten perfekt" i pålitelighet 30.
Panel Study å undersøke effekten av partikkel Air Pollution
Studien ble gjennomført mellom januar 2012 og mai 2012 og inkluderte 84 individer. Deltakerne var 22-63 år gammel og uten klinisk diagnostisert hjerte-og karsykdommer før og under studieperioden. Et fotografi av fundus for høyre øye ble tatt ved hjelp av en retinal kamera på hver av tre separate undersøkelsesdager. Leseren henvises til papiret av Louwies og samarbeidspartnere for detaljert informasjon om hvordan luftforurensning data ble samlet inn 24. I løpet av studieperioden, omgivelses PM 10 og BC nivåene var høy i Belgia på grunn av vestgående atmosfærisk transport av forurenset luft fra Øst-Europa. Dette er visualisert i en time lapse video (Tilleggsopplysninger). Luftkonsentrasjoner forurensning ble tildelt hver deltaker for 2, 4, og 6 timer forut for retinal eksamen. Luftforurensning nivåer ble beregnet på dagen for den kliniske besøk fra midnatt til den tiden av retinal exer. Luftforurensning nivåer ble også tildelt for gårsdagen og to dager før retinal eksamen. Disse konsentrasjonene er oppsummert som: lag2h, lag4h, lag6h, lag 24t, og følge 2d. Forurensende spesifikke, ble eksponering-responsanalyse ved hjelp av blandede modeller utført. Detaljer av disse analysene kan finnes i den originale publikasjon 24. Det var en invers sammenheng mellom Crae og konsentrasjoner luftforurensning (målt som PM 10 og BC konsentrasjoner) i time og daglig eksponering vinduer før den kliniske undersøkelsen. En reduksjon i Crae på 0,93 mikrometer (95% CI: -1,42, -0,45, p = 0,0003) ble observert for hver 10-ug / m³ økning i gjennomsnittlig PM 10 i løpet av 24 timer før undersøkelsen (Figur 3). Kortere time PM 10 eksponerings vinduer og PM 10 konsentrasjoner i gjennomsnitt over de siste 2 dager avslørte også en betydelig reduksjon av de Crae verdier. En reduksjon i Crae på 1,84 μm (95% KI: -3,18, -0,51, p = 0,008) ble også funnet for hver en-mikrogram / m³ økning i BC 24 timer før eksamen. Ingen flere signifikante sammenhenger ble observert mellom Crae og de andre beregnede BC eksponerings vinduer. En reduksjon i CRVE av 0,86 mikrometer (95% KI: -1,42, -0,30, p = 0,004) ble observert for hver 10-mikrogram / m³ økning i PM 10 i 24-timers eksponering vinduet før retinal bildet ble tatt. Kortere eksponering vinduer avslørt flere betydelige virkninger (figur 3). En negativ sammenheng mellom CRVE og BC eksponering under 24 timer før eksamen ble observert. Men effekten ikke nå nivået av statistisk signifikans (-1,18 mikrometer, 95% KI: -3,11, 0,75, p = 0,23).
Figur 1. Retina bilde og eksempel på en retinal kamera. Annotated retinal fundus bilde av høyre øye av en sunn frivillig (Venstre) og et bilde av en ikke-mydriatic digitalt netthinnekamera (Høyre). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Skjermbilde av IVAN programvare. Eksempel på et bilde som er behandlet med IVAN programvare. Programvaren identifiserer blodkar og beregner diameter. Operatøren fører tilsyn resultatene og identifiserer arterier (vist i rødt) og venules (markert med blått). Crae og CRVE blir deretter beregnet automatisk. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Sammenhengen mellom luftforurensning og retinal fartøy kalibre. Estimert endring i gjennomsnittlig Crae og CRVE (95% CI) i forbindelse med en 10-mikrogram / m³ økning i PM 10 (Venstre) eller en 1-mikrogram / m³ økning i BC (Høyre) for ulik eksponering etterslep. Dataene ble hentet fra et panel av 84 personer. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4.904 / 51904fig4highres.jpg "target =" _blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Supplerende video. Time lapse video av konsentrasjoner luftforurensning under panelstudie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Retina bildeanalyse er foreslått som et praktisk verktøy for å studere mikrovaskulære responser i epidemiologiske studier. Når operatøren oppleves, det tar mindre enn 5 min å ta et fundus bilde. Videre kan dette diskret prosedyre for å visualisere mikrosirkulasjonen brukes for deltakere fra tidlig alder opp til alderdom.
Litteratur er økende med hensyn til assosiasjoner mellom morfologiske endringer i retinal blodkar (for eksempel endring i fartøy kaliber, geometrisk mønster, etc.) og modifiserbare livsstil og miljømessige risikofaktorer 15,16. Eksperimentelle og epidemiologiske verker viser at kortsiktig og langsiktig eksponering luftforurensning er sterkt assosiert med kardiovaskulær morbiditet og mortalitet. Imidlertid har en praktisk teknikk som retinal fundusfotografering blitt brukt svært lite å studere microcirculatory effekter som kan være forårsaket av luftforurensning.
jove_content "> De ulike trinnene som er nødvendig for å oppnå en høy kvalitet fundus bildet er forklart i denne videoen protokollen. Deretter blir metodikken gitt for å skaffe arteriolar og venular kaliber målinger, og mer spesifikt i netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og Sentral Retinal Venular Equivalent (CRVE) 13,28. Resultatene av den gjentatte tiltak analyse viste at de innen-rater resultater for Crae og CRVE er svært reproduserbare for bilder som ble tatt innenfor en tidsramme på fire dager. Disse funnene er i tråd med de siste observasjonene rapportert av McCanna og kolleger. rapportert Sistnevnte forfattere som Crae og CRVE verdier er stabile over en periode på én måned. De rapporterte korrelasjoner for par av studiebesøk av 0,9 og sammenhengene sank svakt med økende lengde på tidsintervallet 31.Deretter vises den i en panelstudie med friske voksne som retinal mikrosirkulasjonen kan reagere raskt på svevestøv luftforurensning. Mer spesifikt, er en reduksjon i Crae som er relatert til en økt kortvarig eksponering for PM 10 og BC 24 rapportert. Innsnevring av netthinnens arterioler er en proxy for å anslå risikoen for kardiovaskulær sykdom og kardiovaskulær dødelighet 32-35. Det er tenkt at retinal microvasculature kan brukes til å probe for kardiovaskulære effekter av luftforurensning. I denne forbindelse, Adar og kolleger rapporterte for første gang om de kortsiktige effektene av luftforurensning på menneske retinal microvasculature i en tverrsnittsanalyse av MESA kohorten 21. De mikrovaskulære endringer rapportert av Louwies et al. (2013) utfyller de som finnes av Adar et al. (2010). De sistnevnte forfattere rapporterte en 0,4 mikrometer-nedgang i Crae (95% KI: -0,8, -0,04) per 9-mikrogram / m³ økning i gjennomsnittlig PM 2,5 på gårsdagen. Basert på gjentatte målinger,. Louwies et al (2013) rapporterte et estimat på -1,2 mikrometer (95% KI: -1,61, -0,61), og det er foreslått at jo større effektstørrelse kan skyldes større variasjon i PM og BC eksponeringskonsentrasjoner i denne panelstudie 24.
Lungebetennelse og lav grad av systemisk inflammasjon har vært forbundet med eksponering for luftforurensning 36. Systemisk inflammasjon har også blitt koblet med endotelial dysfunksjon 37,38. Denne prosessen kan påvirke reaktiviteten av retinale blodkar 39. Det antas at inflammatoriske responser føre til endret endotelial aktivitet, som kan bli reflektert i innsnevring av arteriolar kalibre. Funnene fra panelundersøkelsen tyder på at dette kan skje i en tidsramme på mindre enn 24 timer fordi eksponering for PM 10 ble omvendt assosiert med Crae under alle timeeksponerings vinduer. Observasjonene er i tråd med den kjente effekten av luft meningsmålingution på helsen. Kortsiktige dyrestudier med eksponering for rekordhøye verdier av luftforurensende stoffer har avdekket at microvasculature kan påvirkes 40,41. I tillegg har menneskelige intervensjonsstudier i kontrollerte miljø vist at endotelfunksjon er svekket ved eksponering for dieseleksos 42,43.
I konklusjonen, mange utviklings-og anatomiske likheter eksisterer mellom netthinnens blodkar og microvasculature av hjertet, lungene og hjernen 10. Derfor er retinal blod blodkar betraktet som en surrogat vev for systemisk mikrosirkulasjonen. En endring i netthinnens blodkar kan være en verdifull prediktor for kardiovaskulær sykdom utvikling. Den praktiske og lite påtrengende analyse av netthinnens bilder er nå ansett som nyttig for populasjonsbaserte studier med fokus på kardiovaskulær epidemiologi. Denne protokollen papir bør oppmuntre flere forskningsmiljøer til å bruke fundusfotografering å studere mikrovaskulær effects av miljø-og livsstilsfaktorer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer de har ingen faktiske eller potensielle konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Resultatene om mikrovaskulær respons på partikkelforurensningen er gjengitt med tillatelse fra Environmental Health Perspectives 24. De validerte meteorologiske og luftkvalitet data var velvillig gitt av Den belgiske konge Meteorologisk institutt og flamsk Environmental Agency. Retinal bildeanalyse programvare ble hentet fra Dr. N. Ferrier (Madison School of Engineering og Fundus Foto Reading Center, Department of Ophthalmology and Visual Sciences, University of Wisconsin-Madison). Tijs Louwies og Eline Provost støttes med en VITO fellesskap. Eline Provost har en aspirant stipendiatstilling av den flamske Scientific Fund. Tim S. Nawrot er innehaver av et European Research Council startstipend.
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 |
References
- Clough, G., Cracowski, J. L. Spotlight Issue: Microcirculation-From a Clinical Perspective. Microcirculation. 19, 1-4 (2012).
- Tsai, A. G., Johnson, P. C., Intaglietta, M. Oxygen gradients in the microcirculation. Physiological Reviews. 83, 933-963 (2003).
- 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).
- Abramoff, M. D., Garvin, M. K., Sonka, M. Retinal imaging and image analysis. IEEE reviews in biomedical engineering. 3, 169-208 (2010).
- Tielsch, J. M., et al. A population-based evaluation of glaucoma screening-the Baltimore eye survey. American Journal of Epidemiology. 134, 1102-1110 (1991).
- 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).
- De Silva, D. A., et al. Associations of retinal microvascular signs and intracranial large artery disease. Stroke. 42, 812-814 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- McGeechan, K., Liew, G., Wong, T. Y. Are retinal examinations useful in assessing cardiovascular risk. Am J Hypertens. 21, 847 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- Serre, K., Sasongko, M. B. Modifiable Lifestyle and Environmental Risk Factors Affecting the Retinal Microcirculation. Microcirculation. 19, 29-36 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Harris, B., et al. The association of systemic microvascular changes with lung function and lung density: a cross-sectional study. PloS one. 7, (2012).
- 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).
- Barrett, J. R. Particulate Matter and Cardiovascular Disease Researchers Turn an Eye toward Microvascular Changes. Environmental Health Perspectives. 121, (2013).
- 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).
- 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).
- Knudtson, M. D., et al. Revised formulas for summarizing retinal vessel diameters. Current Eye Research. 27, 143-149 (2003).
- Shrout, P. E., Fleiss, J. L. Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability. Psychological bulletin. 86, 420-428 (1979).
- Landis, J. R., Koch, G. G. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics. 33, 159-174 (1977).
- McCanna, C. D., et al. Variability of measurement of retinal vessel diameters. Ophthalmic epidemiology. 20, 392-401 (2013).
- Cheung, N., et al. Arterial compliance and retinal vascular caliber in cerebrovascular disease. Annals of Neurology. 62, 618-624 (2007).
- Wong, T. Y., et al. Retinal microvascular abnormalities and incident stroke: the atherosclerosis risk in communities study. Lancet. 358, 1134-1140 (2001).
- 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).
- 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).
- Hoffmann, B., et al. Chronic Residential Exposure to Particulate Matter Air Pollution and Systemic Inflammatory Markers. Environmental Health Perspectives. 117, 1302-1308 (2009).
- Hingorani, A. D., et al. Acute systemic inflammation impairs endothelium-dependent dilatation in humans. Circulation. 102, 994-999 (2000).
- Huang, A. L., Vita, J. A. Effects of systemic inflammation on endothelium-dependent vasodilation. Trends in Cardiovascular Medicine. 16, 15-20 (2006).
- Nguyen, T. T., et al. Flicker light-induced retinal vasodilation in diabetes and diabetic retinopathy. Diabetes Care. 32, 2075-2080 (2009).
- 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).
- Nurkiewicz, T. R., et al. Systemic microvascular dysfunction and inflammation after pulmonary particulate matter exposure. Environmental Health Perspectives. 114, 412-419 (2006).
- Barath, S., et al. Impaired vascular function after exposure to diesel exhaust generated at urban transient running conditions. Particle and Fibre Toxicology. 7, (2010).
- 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).
