Waiting
Login processing...

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

Medicine

Fotografía del fondo como una herramienta conveniente para estudiar las respuestas microvasculares a factores de riesgo cardiovascular en los estudios epidemiológicos

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

Análisis de imágenes de retina es un procedimiento discreto para la visualización de la microcirculación. El impacto de los factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares puede resultar en cambios de calibres de los vasos de la retina. Los procedimientos para adquirir imágenes de fondo de ojo y los pasos para el cálculo de la embarcación calibres se describen.

Abstract

La microcirculación se compone de vasos sanguíneos con un diámetro inferior a 150 micras. Se hace que una gran parte del sistema circulatorio y juega un papel importante en el mantenimiento de la salud cardiovascular. La retina es un tejido que recubre el interior del ojo y es el único tejido que permite un análisis no invasivo de la microvasculatura. Hoy en día, las imágenes de fondo de ojo de alta calidad pueden ser adquiridos usando cámaras digitales. Imágenes retinianas se pueden recoger en 5 min o menos, incluso sin la dilatación de las pupilas. Este procedimiento discreto y rápido para la visualización de la microcirculación es atractiva para aplicar en los estudios epidemiológicos y para controlar la salud cardiovascular desde la edad temprana hasta la vejez.

Las enfermedades sistémicas que afectan a la circulación pueden dar como resultado cambios morfológicos progresivos en la vasculatura de la retina. Por ejemplo, los cambios en los calibres de los vasos de la retina de las arterias y venas se han asociado con la hipertensión, la ateroesclerosisesclerosis, y un mayor riesgo de accidente cerebrovascular e infarto de miocardio. Las anchuras de los vasos se obtienen utilizando software de análisis de imagen y la anchura de las seis arterias y las venas más grandes se resumen en la Central de la Retina arteriolar Equivalente (CRAE) y el equivalente Central de la Retina Venulares (CRVE). Estas últimas características se han mostrado útiles para estudiar el impacto del estilo de vida modificables y factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares ambientales.

Los procedimientos para adquirir imágenes de fondo de ojo y los pasos de análisis para la obtención de CRAE y CRVE se describen. Los coeficientes de variación de las medidas repetidas de CRAE y CRVE están a menos de 2% y dentro de calificadores fiabilidad es muy alta. El uso de un estudio de panel, la rápida respuesta de los calibres de los vasos de la retina a los cambios a corto plazo en la contaminación del aire por partículas, se reportó un factor de riesgo conocido de la mortalidad y morbilidad cardiovascular. En conclusión, las imágenes de la retina se propone como una herramienta conveniente e instrumental para studie epidemiológicas para estudiar respuestas microvasculares a factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares.

Introduction

La microcirculación se compone de vasos sanguíneos con un diámetro inferior a 150 micras e incluye arterias más pequeñas de resistencia, arteriolas, capilares y vénulas. Estos vasos forman una gran parte del sistema circulatorio y juegan un papel importante en el mantenimiento de la salud cardiovascular. El diámetro de los vasos de 150 micras es un fisiológico y un límite físico. Las propiedades reológicas de los vasos con un diámetro inferior a 150 micras difieren de las grandes arterias. Además, la mayoría de los cambios de resistencia autorreguladores se producen aguas abajo de 150 micras de lechos vasculares que exhiben autorregulación del flujo de sangre 1. La microcirculación tiene dos funciones importantes. La función principal es proporcionar células con oxígeno y sustratos metabólicos con el fin de satisfacer la demanda de tejidos y para drenar productos de desecho y el dióxido de carbono. Las alteraciones en el número de buques de cambio y los patrones de flujo microvascular reduce el área efectiva de superficie de intercambio y pueden LEAd para la perfusión tisular subóptima y un fracaso para satisfacer la demanda metabólica 2. Además, la presión hidrostática cae dentro del lecho vascular y la microcirculación desempeña un papel en la regulación de la resistencia periférica general 3.

La retina es un tejido estratificado que recubre el interior del ojo. Su función principal es la de convertir la luz entrante en una señal neuronal que se propaga más a la corteza visual para el procesamiento de la información visual. La función de la retina es ver el mundo exterior y todas las estructuras oculares que intervienen en este proceso son ópticamente transparentes. Esto hace que el tejido de la retina accesible para formación de imágenes no invasiva de la microvasculatura 4. Imágenes de la retina está siendo utilizado para identificar enfermedades de los ojos. Por ejemplo, una forma avanzada de la degeneración macular puede conducir a la pérdida de la visión debido al crecimiento anormal de vasos sanguíneos en la mácula. Estos vasos sanguíneos tienden a ser más permeable y sujeto a bleeding y fuga de sangre y las proteínas dentro o debajo de la retina. Los últimos acontecimientos son responsables por los daños irreversibles a los fotorreceptores. Desarrollo del glaucoma se correlaciona con una perjudicial de las células ganglionares y sus axones. El efecto de este proceso conduce a ahuecamiento del disco óptico, que se puede observar en las imágenes de la retina 5. La retinopatía diabética es causada por la hiperglucemia que lleva a daño en las paredes de los vasos retinianos. Esto puede resultar en isquemia, el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos y un cambio en la red geométrica vascular. Además, la barrera sangre-retina puede estar sujeto a la descomposición, provocando fugas de los capilares y aneurismas 6 hiperpermeables dilatados.

Microvasculatura de la retina muestra homología con las camas microvasculares que se encuentran en el corazón, los pulmones, y el cerebro 7. Se establece que las enfermedades sistémicas que afectan a la microcirculación del cerebro pueden causar cambios paralelos en la retina. Arteriolar narrowing y mayor reflejo de la luz de las arteriolas de la retina se asocia con alteraciones de los vasos, lesiones de sustancia blanca y lacunes que son causados ​​por la enfermedad de pequeños vasos cerebrales 8. Una relación significativa fue descubierto entre vénulas retinianas estrechas, una red microvascular de la retina alterada y la aparición de la enfermedad de Alzheimer. Se sugiere que los cerebros de los pacientes tienen una microvasculatura cerebral alterado que también es observable en la retina 9.

La evidencia también está aumentando sobre la correlación entre los cambios vasculares de la retina y 10,11 coronaria enfermedades del corazón. La relación entre el diámetro de las arterias de la retina y las venas de la retina (A / V) ha demostrado ser un proxy sensible para reflejar la hipertensión y la aterosclerosis 12. Un estrechamiento de las arterias y ensanchamiento de las venas, lo que lleva a una relación de A / V disminuido, corrobora el riesgo de accidente cerebrovascular y el infarto de miocardio 13. La hipertensión puede causar directaisquemia retiniana y los infartos retinianos que se hacen visibles como manchas algodonosas y profundas manchas blancas de la retina 14. Serre y Sasongko resumir recientemente la literatura y llegaron a la conclusión de que la exposición a factores de estilo de vida y de riesgos ambientales (por ejemplo, la dieta, la actividad física, el tabaquismo y la contaminación del aire) puede inducir cambios morfológicos en el lecho microvascular de la retina 15. Es importante destacar que estos cambios en la retina se han asociado con factores de riesgo cardiovascular, incluso antes de que las manifestaciones clínicas de las enfermedades 16.

Los aumentos significativos en la incidencia de la morbilidad y mortalidad cardiovascular se han atribuido a largo como a las exposiciones a corto plazo con las partículas, la contaminación del aire 17,18. La investigación indica que la materia particulada (PM), una fracción importante de la contaminación del aire, contribuye al desarrollo de la enfermedad cardiovascular e induce eventos cardiovasculares 19,20. Un deterioro de la función deel lecho microvascular se cree que desempeñan un papel en las asociaciones observadas. En este sentido, una asociación entre la exposición a la contaminación del aire y el estrechamiento de las arteriolas de la retina ha sido reportado por Adar y sus colegas 21. El calibre de las arteriolas de la retina era más estrecho y el calibre venular era más amplia entre los 4.607 participantes del Estudio Multiétnico de Aterosclerosis (MESA) que vivían en zonas con exposición aumento a largo y corto plazo para PM cuestión 2.5 (partículas ≤ 2,5 micras de diámetro) 21. La inflamación sistémica causada por la exposición crónica de la contaminación del aire puede resultar en diámetros venulares más amplios 22. Esto corrobora los estudios que reportan el impacto del tabaquismo en la cama microvascular de la retina 23. Una reciente publicación informa sobre la asociación entre la exposición a la contaminación del aire a corto plazo y los cambios microvasculares en adultos sanos (22-63 años de edad) medidos con fondo de la retina la fotografía 24. Un aumense en PM (partículas ≤ 10 m de diámetro) 10 y BC (negro de carbono, un subproducto de la combustión que puede ser utilizado como un proxy para el diesel de escape relacionada con el tráfico) se asoció con una disminución de calibre arteriolar 24,25.

En este protocolo de video científico, los procedimientos se describen para recoger las imágenes del fondo del ojo del ojo, para realizar el análisis de imagen para obtener arteriolas y vasos venular calibres, y para calcular Central de la Retina Arteriolar Equivalente (CRAE) y Central de la Retina Venulares Equivalente (CRVE). Imágenes de la retina está ganando cada vez más atención debido a que la retina es el único tejido que permite un análisis discreto de la microvasculatura y las imágenes pueden ser recogidos desde temprana edad hasta edad 26,27 años. CRAE y CRVE parecen ser parámetros sensibles que reflejan el impacto del estilo de vida modificables y factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares ambientales sobre la microvasculatura. En el manuscrito, la repetibilidaddel recipiente de análisis se demuestra. Por otra parte, la aplicabilidad del análisis microvasculatura de la retina en los estudios epidemiológicos se muestra con un resumen de los hallazgos obtenidos en un diseño de medidas repetidas con un enfoque en el impacto de la exposición a la contaminación de partículas de aire 24.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

La Junta de Ética de la Universidad de Hasselt y Hospital Universitario de Amberes aprobados los estudios. Los participantes dieron su consentimiento informado por escrito para participar.

1. Configuración del instrumento

  1. Retire las cáscaras de protección negro de la cámara de retina digital y el bloque principal de la unidad.
  2. Abra el compartimiento de la batería y coloque la batería en la cámara. No desconecte el cable de conexión de la batería y la unidad principal.
  3. Tornillo de la cámara en la unidad principal y conecte los dos cables. Conecte la unidad principal a la red eléctrica y al ordenador con el cable USB suministrado.
  4. Inicie la unidad principal al cambiar el botón de encendido / apagado en "on". Inicie la cámara al cambiar el botón de encendido / apagado en "on".
  5. Inicie el equipo. Esto evitará errores de conexión entre la unidad principal y el ordenador.

2. Captura de fotografía

  1. Inicie la Retina ImagiSoftware de Control ng (y rellenar la contraseña necesaria). El software es una parte de la cámara de retina digital (véase la tabla materiales para el enlace).
  2. Iniciar el estudio haciendo clic en el icono de "Estudio" en la parte superior izquierda de la pantalla. Para un paciente nuevo, complete todos los detalles tales como identificación del paciente, nombre del paciente, fecha de nacimiento, etc Si el paciente ya está en el sistema, complete la "identificación del paciente" y utilizar el "Buscar lista de la historia". Haga doble clic sobre el nombre del paciente para iniciar el estudio.
  3. Pida al paciente a tomar asiento ante la cámara, coloque su / la barbilla en la mentonera y la frente contra el resto frente y "bloquear" la cabeza para tomar una fotografía.
  4. Pida al paciente que mire directamente a la lente de la cámara. Mueva la cámara en el (XY) plano horizontal para el ojo derecho o izquierdo.
  5. Utilice la mentonera para posicionar la córnea del paciente dentro de los dos círculos que aparecen en la pantalla de la cámara. Afinamediante el uso de la rueda en el joystick.
  6. Mueva la cámara hacia adelante, hacia atrás y hacia los lados en el plano XY con el fin de posicionar la pupila del paciente dentro de los círculos. Asegúrese de que el alumno se forma un círculo continuo. Al hacerlo, el iris del paciente se dividirán en dos partes.
  7. Utilice el "gatillo" en el mando para cambiar de la córnea a la retina. En esta etapa, el paciente debe observar una luz verde. Pida al paciente que mire la luz verde.
  8. Enfoque la cámara mediante la alineación de las dos líneas que aparecen cuando la rueda en la base de la palanca de mando se enciende. Gire la rueda hasta que las dos líneas forman una línea continua.
  9. Utilice la luz verde para poner el ojo en la posición óptima para una fotografía. Si es necesario, mover la luz utilizando los botones de flecha en la parte derecha de la cámara. Coloque la luz verde de una manera que el disco óptico se centra en la pantalla de la cámara.
  10. Buscar 2 puntos blancos que aparecieron después switching a la retina (en el paso 2.7). Para encontrar los puntos, mover la unidad en el plano XY. Las manchas son visibles como una mancha borrosa. Mueva la unidad hacia adelante o hacia atrás hasta que las manchas borrosas se convierten en puntos brillantes, blanco. El más brillante y más redonda los puntos, mejor será la calidad de la imagen es. Coloque los puntos hasta que ambos son visibles. Utilice la pequeña rueda en el joystick para traer los puntos a la mitad de la pantalla de la cámara.
  11. Confirme que las dos líneas (desde el paso 2.8) forman una línea continua. El disco óptico se centra en la pantalla de la cámara y está flanqueado por dos puntos brillantes, blanco. Tomar la fotografía de la retina por el disparo en el botón en la parte superior de la palanca de mando.
  12. Guarde la fotografía pulsando el botón "Estudio Completo" en la esquina inferior derecha de la pantalla del ordenador. Completar el estudio guardará automáticamente las fotos en un mapa y cerrar el estudio.

3. Análisis de fotografía de la retina

  1. Determinar la relación de escala por measurante la distancia entre el centro de la mácula (fóvea) y el centro del disco óptico (punto ciego). Anatómicamente esta distancia se determina que es 4,500 micras o 2,5 veces el diámetro del disco óptico, siendo este último aproximadamente 1800 micras. Asegúrese de que la distancia se mide en píxeles. Calcular la relación de escala dividiendo 4500 por la distancia (en píxeles) entre la mácula y punto ciego.
  2. Abra el software de análisis de vasos retinianos "IVAN".
    NOTA: El software es creado en la Universidad de Wisconsin en Madison. La información detallada sobre el uso de IVAN se toma del manual.
  3. Rellene la relación de escala y proceder a través de la configuración.
  4. Verifique que tres anillos amarillos aparecen en la fotografía de la retina. La relación de escala determina el radio del círculo interior y encierra el disco óptico. Compruebe que el punto medio del anillo interior está en el punto medio del disco óptico. Si este no es el caso, ajuste elubicación del círculo usando las teclas del cursor. Los radios de los círculos media y exterior son 2x y 3x mayor que el radio del círculo interior, respectivamente. De esta manera, las zonas A y B se crean a una distancia fija desde el disco óptico.
  5. Compruebe que la imagen de la retina tiene el disco óptico en el centro de la fotografía. Esto garantiza un enfoque nítido de la imagen en la zona B y esto facilitará el proceso de clasificación (Figura 4A).
  6. Observe que el software detecta automáticamente los vasos sanguíneos y asigna estos vasos como vénulas (Figura 4B).
  7. Distinguir los vasos entre las arteriolas y vénulas basadas en las diferencias fisiológicas. Las arteriolas se indicarán en rojo y en azul vénulas (Figura 4C). Utilice las siguientes pautas para identificar a cada buque:
    1. Determinar el color del vaso. Las arteriolas tienen un color naranja-rojo más ligero con una fuerte reflexión de luz central. Las venas tienen más oscuro púrpura-red de color con poco o ningún reflejo de luz central.
    2. Determinar el curso de la embarcación. Las arteriolas tienden a ser más recto y más suave en su contorno; son más regular tanto en ruta y el contorno. Vénulas son generalmente más tortuoso, y más irregulares en su contorno y diámetro. Vénulas son más amplios de diámetro en el margen de disco de las arteriolas correspondientes.
    3. Identificar el recipiente al ver la anotación del buque anterior. En principio, las arteriolas se alternan con las vénulas. Por lo tanto, si se mide una vénula distinta, el siguiente recipiente es más probable que sea una arteriola.
    4. Definir el patrón de cruce. Como regla general, las arteriolas no cruzan las arteriolas y vénulas no cruzan las vénulas. Si un buque de identidad desconocida cruza una rama venosa dentro o distal a la Zona B, entonces el barco desconocido es una arteriola. Si se cruza una rama arteriolar dentro o distal a la Zona B, entonces es una vénula.
    5. Identificar las ramas más pequeñas, trazando ellos proximallY a su ramificación de un vaso principal, la identidad de los cuales puede ser evidente a partir de las dos primeras directrices. Utilice los ángulos entre los buques para diferenciar los cruces y bifurcaciones.
      NOTA: Los cruces son con frecuencia casi perpendicular (90 °) o, si los dos recipientes se Coursing en paralelo, el ángulo del paso puede ser muy poco profunda (menos de 30 °). Ramificaciones son generalmente algo menos que perpendicular (con el ángulo entre las dos ramas de 30 ° a 45 °).
    6. Seleccione la longitud total del buque en la zona de clasificación. Asegúrese de que la desviación estándar de la embarcación seleccionada no supere el valor de 10. desviaciones estándar menores indican una buena medición.
  8. Utilice las herramientas de software para seleccionar los buques que no fueron seleccionadas por el propio software. Las mismas reglas se aplican a estos barcos de los buques seleccionados automáticamente por el software.
  9. Determinar Central de la Retina Arteriolar y Venulares Equivalente (CRAEy CRVE) automáticamente en IVAN.
  10. Calcular el CRAE y CRVE de sus respectivos buques hija ramificación usando fórmulas revisadas de Parr y Hubbard 28.
    NOTA: La relación entre troncos y ramas, con coeficientes de ramificación derivados empíricamente, se da en la siguiente dos fórmulas para aproximar equivalentes de buques. IVAN utiliza los seis arteriolas y vénulas más grandes para el cálculo de CRAE y CRVE. Las fórmulas se aplican en un procedimiento iterativo para emparejar los seis arteriolas más grandes (o vénulas) hasta que se obtenga el buque arteriolar central (o venular) equivalente.
    Las arteriolas: Ecuación 1 (1)
    Vénulas: Ecuación 2 (2)
    donde w 1, w 2, y W son las anchuras de la rama más estrecho, la rama más amplia, y el tronco principal, respectivamente.
    NOTA: Suponga That en una fotografía de la retina los seis arteriolas más grandes son 120, 110, 100, 90, 80, y 70 micras de ancho. Ponga 120 y 70 en la ecuación (1), así como 110 y 80, y 100 y 90 Después de la primera iteración hay tres valores: 122.2, 120.0, y 118.4. Realice la siguiente iteración por el emparejamiento de 122,2 y 118,4, produciendo 149.8. Llevar el número de en medio (120.0) para la iteración final. Par 149,8 y 120,0 para producir 168,7 para CRAE.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Repetibilidad de CRAE y CRVE Determinación

Un panel de 61 individuos de entre 22 a 56 años y libres de enfermedades cardiovasculares clínicamente diagnosticados fue reclutado para el estudio de repetibilidad técnico y dentro de calificadores variabilidad de Central de la Retina Arteriolar Equivalente (CRAE) y Central de la Retina Venulares equivalentes (CRVE) determinaciones. El fondo del ojo derecho de cada individuo fue fotografiado dos veces dentro de un período de tiempo de 5 min utilizando una cámara de retina (Figuras 1 y 2). Este procedimiento se realizó en 4 días consecutivos, aproximadamente a la misma hora del día. Los coeficientes de variación promedio ± desviación estándar de la CRAE y CRVE de fotografías tomadas dentro del período de 5 min fueron 1,76 ± 1,71 y 1,78 ± 1,51, respectivamente. Media ± desviación estándar de los valores de CRAE y CRVE fueron 151.31 ± 13.53 y 213.20 ± 18.44, respectivamente. No dif significativaferencias se observaron para CRAE y los valores CRVE obtuvo en 4 días consecutivos.

Valores CRAE y CRVE del ojo derecho se promediaron para un valor de CRAE y CRVE por día. Posteriormente, la repetibilidad de las mediciones se evaluó mediante el coeficiente de correlación intraclase (ICC), una estadística sin dimensión limitada por 0 y 1 que describe la reproducibilidad de medidas repetidas en una población. Las mediciones fueron realizadas por un único evaluador. Por lo tanto, un modelo de efectos aleatorios unidireccional permitió estimar la variabilidad dentro de 29 evaluadores. La Corte Penal Internacional (IC del 95%: 0.883, 0.946) 0.919 y (IC del 95%: 0,854, 0,932) 0,898 para CRAE y CRVE, respectivamente. Estos valores de CCI están muy por encima del umbral de 0,6, que se considera clínicamente significativa y las estimaciones se encuentran dentro de la categoría amplia como "casi perfecto" en la fiabilidad 30.

Estudio de Panel para investigar el efecto de partículas de aire de Prado

El estudio se realizó entre enero de 2012 y mayo de 2012 y incluyó 84 individuos. Los participantes fueron de 22 a 63 años de edad y libres de enfermedades cardiovasculares clínicamente diagnosticados antes y durante el período de estudio. Una fotografía del fondo de ojo derecho fue tomada usando una cámara de retina en cada uno de los tres días de exámenes separados. El lector puede consultar el documento de Louwies y colaboradores para obtener información detallada sobre cómo se recogieron los datos de contaminación de aire 24. Durante el transcurso del período de estudio, las PM 10 y BC niveles ambientales eran altas en Bélgica, debido al transporte atmosférico hacia el oeste de aire contaminado de Europa del Este. Esto se visualiza en un video de lapso de tiempo (información complementaria). Concentraciones de contaminación del aire fueron asignados a cada participante para 2, 4, y 6 hr anterior al examen de la retina. Los niveles de contaminación del aire se calcularon en el día de la visita clínica desde la medianoche hasta el momento de la ex retinaam. Los niveles de contaminación de aire también fueron asignados para el día anterior y dos días antes de que el examen de la retina. Estas concentraciones se resumen en: lag2h, lag4h, lag6h, lag 24h, y se quedan 2d. , Se realizó el análisis de la exposición-respuesta utilizando modelos mixtos-contaminante específico. Los detalles de estos análisis se pueden encontrar en la publicación original 24. Se observó una asociación inversa entre las concentraciones de contaminación del aire y el CRAE (medido como PM 10 y BC concentraciones) en las ventanas de exposición por horas y días antes de que el examen clínico. Se observó por cada 10 mg aumento / m³ en el promedio de PM 10 durante las 24 horas anteriores al examen (Figura 3);: Una disminución en el CRAE de 0,93 m (p = 0,0003 -1,42, -0,45 IC del 95%). Shorter PM 10 ventanas de exposición por hora y concentraciones de PM 10 como promedio de los 2 días anteriores también revelaron una disminución significativa de los valores CRAE. Una disminución en CRAE de 1,84 μm (IC del 95%: -3,18 a -0,51; p = 0,008) también se encontró para cada 1 mg aumento / m³ en BC 24 horas antes del examen. No se observaron asociaciones significativas adicionales entre CRAE y las otras ventanas de exposición BC calculados. Se observó por cada aumento / m³ 10 mg en 10 PM en la ventana de exposición de 24 horas antes de tomar la imagen de la retina;: Una disminución en CRVE de 0,86 m (p = 0,004 -1,42, -0,30 IC del 95%). Ventanas de exposición más cortos reveló efectos significativos adicionales (Figura 3). Se observó una asociación negativa entre CRVE y la exposición antes de Cristo durante la 24 horas antes del examen. Sin embargo, el efecto no alcanzó el nivel de significación estadística (-1.18 m; IC del 95%: -3,11, 0,75, p = 0,23).

Figura 1
Figura 1 foto Retina y el ejemplo de una cámara de retina. anotado imagen fondo de la retina del ojo derecho de un voluntario sano (izquierda) y una imagen de una cámara digital de la retina no midriática (Derecha). Por favor, haga clic aquí para ver la una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2 Captura de pantalla del software de IVAN. Ejemplo de una imagen que se procesa con el software de IVAN. El software identifica la vasculatura y calcula diámetros. El operador supervisa los resultados e identifica las arterias (que se muestran en rojo) y vénulas (mostrados en azul). CRAE y CRVE se calculan automáticamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3
Figura 3. Asociación entre la contaminación atmosférica y los calibres de los vasos de la retina. Variación prevista en la media CRAE y CRVE (IC del 95%) en asociación con un aumento / m³ 10 mg de PM 10 (izquierda) o un aumento / m³ 1-g en BC (Derecha) para diferentes exposiciones rezagos. Los datos se obtuvieron a partir de un panel de 84 personas. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4.904 / 51904fig4highres.jpg "target =" _blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Vídeo Suplementario. Time lapse vídeo de las concentraciones de contaminación del aire durante el estudio de panel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Análisis de imágenes de la retina se propone como una herramienta conveniente para el estudio de las respuestas microvasculares en los estudios epidemiológicos. Cuando se experimenta el operador, se tarda menos de 5 minutos para tomar una imagen de fondo de ojo. Además, este procedimiento discreto para la visualización de la microcirculación se puede utilizar para participantes de edad temprana hasta la vejez.

Literatura está aumentando con respecto a las asociaciones entre los cambios morfológicos en la vasculatura de la retina (por ejemplo cambio de calibre del vaso, modelo geométrico, etc) y estilo de vida modificables y factores de riesgo ambientales 15,16. Trabajos experimentales y epidemiológicos muestran que a corto plazo y la exposición a la contaminación del aire a largo plazo está fuertemente asociado con la morbilidad y mortalidad cardiovascular. Sin embargo, una técnica conveniente, tal como la retina fotografía del fondo se ha utilizado muy poco para estudiar los efectos de la microcirculación que pueden ser inducidas por contaminantes del aire.

jove_content "> Los diferentes pasos que son necesarios para la obtención de una imagen de fondo de ojo de alta calidad se explican en este protocolo de vídeo. Posteriormente, la metodología se da para la obtención de las arteriolas y las mediciones del calibre venulares, y más específicamente la Central de la Retina Arteriolar Equivalente (CRAE) y el equivalente Central de la Retina Venulares (CRVE) 13,28. Los resultados del análisis de medidas repetidas mostró que los resultados dentro de los calificadores para CRAE y CRVE son altamente reproducibles para las fotos que fueron tomadas en un plazo de cuatro días. Estos resultados están en línea con las observaciones recientes reportados por McCanna y colegas. Estos últimos autores informaron que los valores CRAE y CRVE son estables durante un período de un mes. Se informó de correlaciones para los pares de las visitas de estudio de 0,9 y las correlaciones disminuyeron ligeramente con una longitud creciente de intervalo de tiempo 31.

Posteriormente, se demuestra en un estudio de panel con los adultos sanos que la rmicrocirculación etinal puede responder con rapidez a la contaminación atmosférica de partículas. Más específicamente, una disminución de la CRAE que se refiere a un aumento de la exposición a corto plazo a 10 PM y BC se informa 24. El estrechamiento de las arteriolas retinianas es un proxy para estimar el riesgo de enfermedad cardiovascular y mortalidad cardiovascular 32-35. Se prevé que la microvasculatura de la retina se puede utilizar para investigar los efectos cardiovasculares de la contaminación del aire. En este sentido, Adar y sus colegas informaron por primera vez sobre los efectos a corto plazo de la contaminación atmosférica sobre la microvasculatura de la retina humana en un análisis transversal de la cohorte MESA 21. Los cambios microvasculares reportados por Louwies et al. (2013) complementan las que se encuentran por Adar et al. (2010). Estos últimos autores informaron de un 0,4 micras-disminución de la CRAE (IC del 95%: -0,8 a -0,04) por 9-g incremento / m³ en el promedio de PM 2,5 en el día anterior. Sobre la base de mediciones repetidas,. Louwies et al (2013) informó de una estimación de -1,2 m (IC del 95%: -1,61, -0,61) y se sugiere que el tamaño del efecto más grande puede ser debido a una mayor variación en el PM y de exposición BC concentraciones en este estudio de panel 24.

La inflamación pulmonar y de bajo grado, la inflamación sistémica se han asociado con la exposición a la contaminación del aire 36. La inflamación sistémica también se ha relacionado con la disfunción endotelial 37,38. Este proceso puede afectar a la reactividad de los vasos sanguíneos de la retina 39. Se asume que las respuestas inflamatorias conducen a la actividad endotelial alterada, que puede reflejarse en el estrechamiento de los calibres arteriolares. Los hallazgos del estudio de panel sugieren que esto podría ocurrir en un plazo de menos de 24 horas debido a la exposición a PM 10 se asoció inversamente con CRAE durante todas las ventanas de exposición por horas. Las observaciones están en consonancia con el impacto conocido del sondeo del airelución sobre la salud. Estudios en animales a corto plazo con la exposición a los niveles máximos de contaminantes atmosféricos han revelado que la microvasculatura puede verse afectada 40,41. Además, estudios de intervención humana en el medio ambiente controlados han demostrado que la función endotelial está alterada tras la exposición a las emisiones de diesel 42,43.

En conclusión, existen muchas similitudes en el desarrollo y anatómicas entre vasos de la retina de la sangre y la microvasculatura del corazón, los pulmones, y el cerebro 10. Por lo tanto, la vasculatura arterial de la retina se considera un tejido sustituto de la microcirculación sistémica. Un cambio en los vasos sanguíneos de la retina puede ser un predictor valiosa para el desarrollo de la enfermedad cardiovascular. El análisis conveniente y discreta de imágenes retinianas ahora se considera útil para los estudios basados ​​en la población con un enfoque en la epidemiología cardiovascular. Este papel protocolo debería animar a más grupos de investigación para utilizar fotografía del fondo para estudiar ef microvasculardefectos de los factores ambientales y de estilo de vida.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia actuales o potenciales.

Acknowledgments

Los resultados sobre la respuesta microvascular de contaminación de partículas en el aire se reproducen con permiso de Environmental Health Perspectives 24. Los datos meteorológicos y de calidad de aire validados fueron amablemente proporcionados por el Instituto Meteorológico de Bélgica Real y de la Agencia de Medio Ambiente de Flandes. El software de análisis de imagen retiniana se obtuvo del Dr. N. Ferrier (Escuela Madison de Ingeniería y la fotografía del fondo de ojo Reading Center, Departamento de Oftalmología y Ciencias Visuales de la Universidad de Wisconsin-Madison). Tijs Louwies y Eline Provost son compatibles con una beca de VITO. Eline Provost tiene una beca de investigación aspirante del Fondo Científico flamenca. Tim S. Nawrot es titular de una concesión de partida del Consejo Europeo de Investigación.

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

Medicina Número 92 la retina la microvasculatura análisis de imágenes Central de la Retina Arteriolar Equivalente Central de la Retina Venulares Equivalente la contaminación del aire las partículas el carbono negro
Fotografía del fondo como una herramienta conveniente para estudiar las respuestas microvasculares a factores de riesgo cardiovascular en los estudios epidemiológicos
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