Summary
Vi præsenterer en protokol til bestemmelse af niveauet af samlede makulapigment, lutein, og zeaxanthin optisk tæthed i de centrale og parafoveal regioner nethin. Protokollen indeholder en roman justerbar spor system, der anvendes til at måle makulapigment optisk tæthed i føveal excentricitet.
Abstract
Den makulapigment reflekter (MPR) objektivt måler den samlede makulapigment optiske tæthed (MPOD) og yderligere giver lutein optisk tæthed (L-OD) og zeaxanthin optisk tæthed (Z-OD) i den centrale 1 grad af fovea. En ændring af teknikken blev udviklet til at evaluere in vivo carotenoide tæthed excentrisk til fovea. Et justerbart sporsystem med røde LED-lys blev placeret 6,1 m væk fra deltageren for at lette okulær fiksering. Lysene blev fordelt korrekt til at skabe intervaller på 1 graders retinal forskel under reflektimålmålingerne. Alle komlektonometrimålinger blev opnået med pupillary dilatation. Den gennemsnitlige MPR-MPOD-værdi for den centrale måling var 0,593 (SD 0,161) med et L-OD til Z-OD-forhold på 1:2.61. MPR-MPOD-værdien ved 1 grad var 0,248, og den gennemsnitlige MPR-MPOD-værdi ved 2 grader i parafovealregionen var 0,143. L-OD til Z-OD forholdet ved 1 grad og 2 grader off center var 1.38:1.0 og 2.08:1.0, hhv. Resultaterne viser, at MPOD-målinger opnået ved hjælp af MPR-reduktionen som en funktion af retinal excentricitet, og at der er en højere koncentration af zeaxanthin centralt sammenlignet med lutein. L-OD til Z-OD forholdet ændres med føveal excentricitet, med to gange mere lutein end zeaxanthin ved 2 grader off center. Vores teknik med succes giver en hurtig in vivo metode til måling af makulapigment optisk tæthed på forskellige føveal excentriciteter. Resultaterne er enige med tidligere offentliggjort in vivo og in vitro xanthophyll carotenoid tæthed distributionsmålinger.
Introduction
Aldersrelateret makuladegeneration (AMD) er en førende årsag til blindhed og tegner sig for 8,7% af blindhed på verdensplan1. Risikofaktorer forbundet med AMD omfatter stigende alder, kvindelige køn, rygning, lys iris farve, lipid ubalance, levetid eksponering for sollys og ultraviolet stråling, systemisk lavere niveauer af antioxidanter, lavere makulapigment optisk tæthed (MPOD), genetik, og race2. Af disse, modificerbare risikofaktorer er rygestop, oral tilskud af antioxidanter, og carotenoider. Carotenoider er naturlige pigmenter findes i planter og mikroorganismer, og er effektive antioxidanter3. De fremstilles af fotosyntetiske organismer; mennesker får carotenoider fra deres kost3,4. Makulapigmenter består af tre carotenoider: lutein, zeaxanthin og meso-zeaxanthin4. Den xanthophylls lutein og zeaxanthin5 findes i nethinden, specielt macula, og give fovea sin gule farve6. Højere koncentrationer af xanthophylls observeres i axoner af fotoreceptorer og indre plexiform lag af nethinden5,7. Indtagelsen af carotenoider, som lutein og zeaxanthin, øger niveauet af makulapigment. Lutein og zeaxanthin er fremstillet af kostindtag eller med næringsstof tilskud, mens meso-zeaxanthin er simpelthen et biprodukt af metabolismen af lutein3,7,8. Lutein og zeaxanthin koncentrationer adskiller sig i de forskellige regioner af nethinden. Centralt, i fovea, zeaxanthin koncentration er større end lutein, med et forhold på 2,3:19,10. Koncentrationen af carotenoider falder 100 gange pr. mm i fostrets periferi, hvor lutein er mere udbredt end zeaxanthin, med et forhold på 2,4:19,10.
Tilstedeværelsen af xanthophylls i nethinden beskytter retinal kredsløb, især i fovea og macula, og er afgørende for centrale vision. Xanthophylls beskytter nethinden med to mulige mekanismer: 1) filtrering af blåt lys og 2) faldende oxidativt stress5,11,12,13. Blåt lys spreder mest i nethinden og højere niveauer af makulapigment centralt absorbere rendlet og forbedrer dermed synet. Derudover er den blå del af det synlige spektrum består af høj energi, korte bølgelængder, der kan resultere i produktion af store mængder reaktive iltarter i nethinden. Derfor menes det, at carotenoider reducere oxidative byrde på macula ved at fungere som antioxidanter i den indre nethinden og fotoreceptor retinale pigment epitelkompleks ved at slukke disse frie radikaler5,12,13,14.
Måling af retinale carotenoider har større konsekvenser i systemisk sundhed. En nylig undersøgelse viste, at carotenoide behandling forbedrer retinal funktion hos diabetikere uden ændringer i blodsukkerniveauet15. Niveauet af carotenoide tæthed i nethinden er også stærkt korreleret med niveauerne i hjernen16. Carotenoide niveauer kan være afgørende i de udviklingsmæssige år17,18,og niveauer i hjernen falde med alderen19. MPOD niveauer er relateret til neurobeskyttelse og neurale effektivitet hos både børn og ældre20,21. Der er således behov for at måle MPOD og dens karakteristika klinisk. Dette vil spille en rolle i diagnose, ledelse og behandling af forskellige okulære og systemiske forhold7,15,16,17,18,19,20,21.
De nuværende kommercielt tilgængelige MPOD måleteknologier er heterokromatiske flimmer fotometre (HFP), som er baseret på psykofysiske test. Disse måler en 1 graders patch på fovea, hvilket svarer til en ~ 0,30 mm diameter cirkel22. Selv om disse typer af udstyr har vist sig at være pålidelige, er de begrænset af deres subjektive karakter, er tidskrævende at bruge, og er ude af stand til at skelne mellem de enkelte mængder af xanthophylls, der danner MPOD13,22,23,24. Mac-pigmentetrefometeret (se tabel over materialer),også kaldet et reflekteringsanlæg (se figur 1),tager fat på disse begrænsninger ved objektivt at måle MPOD og dets individuelle komponenter i lutein og zeaxanthin (xanthophylls)25. Reflektoren anvender en UV/IR filtreret og kollimeret kvartshalogenkilde til at sende en kontrolleret lysstråle til nethinden (se skemafigur 2), og de interne filtre absorberer det meste af den producerede stråling. Derfor er der ikke meget at ingen risiko for stråling for deltageren. De forskellige kromosoer og strukturer i det menneskelige øje og de tilsvarende absorptions - og refleksionsmønstre er godt beskrevet i litteraturen26,27,28. Analyse af det reflekterede lys, der behandles af det interne spektrometer, giver mulighed for kvantitativ isolering og måling af lutein og zeaxanthinoptiske tætheder (L-OD, Z-OD) sammen med den samlede MPOD. Den tredje retinale carotenoide meso-zeaxanthin er spectrally umulig at skelne fra zeaxanthin og dermed Z-OD repræsenterer en kombination af begge carotenoider29. Tidligere arbejde har vist, at det er pålideligt, når det drejer sig om måling af det centrale L-OD, Z-OD og MPOD25,29.
Formålet med den nuværende undersøgelse er at skabe en teknik, der kan anvendes til at producere in vivo skøn over zeaxanthin og lutein niveauer i føveal og parafoveal retinal regioner hos mennesker. Yderligere mål er at sammenligne resultaterne med tidligere offentliggjorte laboratorie - og histologiresultater14,29. Den tilgang, der er udviklet og beskrevet i dette manuskript og dets udnyttelse sammen med refleksionsprøve for at måle den perifoveal MPOD er ny. Denne teknik kan anvendes sammen med enhver eksisterende reflekterienhed uden større ændringer for at måle retinale niveauer af individuelle carotenoider, såsom L-OD og Z-OD, på forskellige føveal- og parafovealsteder.
Undersøgelsen, der præsenteres i dette manuskript, omfatter otte deltagere fra 22-29 år. Vores metoder omfatter først at gennemføre en rutinemæssig oftalmologisk undersøgelse for at sikre, at deltagerne i undersøgelsen opfylder inklusionskriterierne. Efter at have indhentet informeret samtykke gennemgik hver forsøgsdeltager følgende fire test: 1) en kommercielt tilgængelig heterokromatisk flimmerfotometerenhed blev udnyttet til at opnå en central MPOD-måling; 2) en reflekterenhed blev udnyttet til at opnå to centrale målinger; 3) ved hjælp af samme reflekteranordning i forbindelse med det perifere sporsystem var målinger af carotenoide niveauer ved en 1-graders excentricitet, dvs. 4) ved hjælp af samme set-up, carotenoide niveauer på en 2 graders excentricitet, en 0,30 mm diameter cirkel placeret på kanten af fovea (en parafoveal region), blev også målt.
MPR-målingerne blev udført efter at have udvidet hver deltagers elev med 1% tropicamid oftalmologiske dråber. Det er kendt, at pupillary dilatation ikke er nødvendig for at opnå MPOD værdier ved hjælp af reflektri, men det kan forbedre repeterbarheden af L-OD og Z-OD målinger25,29. Dette skyldes muligvis, at målinger fra nethinden ved hjælp af reflektoren havde bedre signal-støj-forhold, når eleverne blev udvidet. For de nøjagtige og stabile perifere refleksionsmålinger brugte deltagerne fikseringsmål, der blev placeret ved optisk uendelighed30,31.
Vi opnåede reflektermålinger for 30 s og kasserede de første 10 s data. Denne procedure har to fordele: 1) signalkilden er lys og giver øjnene mulighed for at tilpasse sig og tilpasse sig opgaven; og 2) vigtigst af alt, fotoreceptor pigment blegemidler i løbet af de første 10 s. Derfor giver eliminering af de første 10 s måling mulighed for et mere stabilt og præcist signal29. Vi udførte alle refleksionsprøver to gange i denne undersøgelse, hvorefter vi i gennemsnit viste målingerne for at opnå gennemsnitlige MPOD-, L-OD- og Z-OD-værdier og forholdet mellem Z-OD/ L-OD for hver deltager.
Protocol
Alle blev rekrutteret på et enkelt sted, Western University of Health Sciences. Undersøgelsen blev godkendt af den institutionelle review board på Western University of Health Sciences, Pomona, Californien, USA, og gennemført i overensstemmelse med grundsætninger i erklæringen fra Helsinki. Forud for deltagelse fik alle deltagere en detaljeret forklaring på undersøgelsen og underskrev et informeret samtykke, før der blev foretaget en standard oftalmotisk vurdering.
1. Rekruttering af deltagere
- Medtag deltagere, der er mindst 18 år og har en visuel skarphed på 20/40 eller bedre.
- Medtag deltagere med klinisk ubetydelige tilstande som grå stær, isoleret drusen, bageste glaslegeme, familiær drusen i periferien og perifere retinale tilstande, såsom gitterdegeneration eller retinale pigmentepitelser. Sørg for, at deltagerne har normal kikkert, og at de ikke har undertrykkelse32.
- Opnå dette ved administration af en undertrykkelse test32. Dette er et afgørende skridt, fordi deltagerne i mangel af normal kikkert ikke vil være i stand til at genkende fikseringsmålet og målingen af lyskilden samtidigt og dermed bekræfte den passende placering af målingen i fovea- og parafovealområderne.
- Udelukke alle deltagere under 18 år, med synsstyrke værre end 20/40, med retinale skader i macula regionen (centrale del af nethinden), grøn stær, diabetisk retinopati, blødning, svær grå stær, eller glaslegeme opacitet er forhindre oftalmologiske billeddannelse eller MPR målinger.
- Ekskluder deltagere, der ikke er i stand til at udføre målingerne ved hjælp af heterokromatisk flimmer fotometri eller refleksionsrum, dem, for hvem enhederne ikke er i stand til at give MPOD værdier, eller dem med okulær undertrykkelse.
2. Oprettelse af det perifere sporsystem (Figur 3)
- Få en slidbar spor med en ca 1 m (3,5 fod) lang aluminium skinne, der indeholder en hul indrykning med plads til en slidbar spor, såsom en dør vejr strimmel.
- Tilslut sporet 6,1 m fra motivet siddende ved MPR, for at de reflekterimålinger, der skal udføres. Sørg for, at sporet er 1,5 m fra jorden for at være i samme højde som deltagerens øje under refleksionsmålingen.
- Monter tre 1 cm x 1 cm fjernstyrede LED-lys på det slidbare spor, så lysenes centrum er fordelt 10,7 cm fra hinanden.
BEMÆRK: De 10,7 cm betyder hver grad og blev bestemt, fordi hvert LED-lys er 6,1 m væk fra deltageren. Afstanden på 6,1 m (~ 20 fod) er den mindste afstand for at opnå en ægte optisk uendelighed, men hvis et spor system er skabt på en yderligere afstand, afstanden mellem hver LED-lys ville ændre sig, og en ny afstand skulle beregnes trigonometrically. (Se tabel 1). Hvis færre end 6 m udnyttes, pupillary dilatation er tilrådeligt at minimere okulær indkvartering.
3. Målinger ved hjælp af et heterokromatisk flimmerfotometer
BEMÆRK: Dette trin er til yderligere dataindsamling og er ikke afgørende for perifere målinger ved hjælp af reflektoren.
- Indgyde kunstige tårer i begge øjne, bede deltageren til at blinke et par gange, og lappe øjet, der ikke testes.
- Forklar proceduren til deltageren.
- Bed deltageren om at se på det centrale fikseringsmål for det heterokromatiske flimmerfotometer, der er synligt gennem okularet, og trykke på klikkeren, hver gang de observerer målet flimrende. Sørg for, at fikseringsmålet flimrer i alt fem gange for at bestemme den oprindelige tærskel.
- Få vist resultaterne af den oprindelige tærskel, og mind deltageren om at klikke på knappen, hver gang det centrale fikseringsmål flimrer, mens testen fortsætter i 45 s til 1 min.
- Der vises en graf- og MPOD-værdi på kontrolskærmen sammen med et pålidelighedsindeks. Sørg for, at "acceptabel" vises på pålidelighedsindekset. Testen gentages, hvis resultaterne indikerer "borderline" eller "uacceptabel", indtil der opnås et "acceptabelt" pålidelighedsindeks.
- Klik på den næste grønne pil, der vises på kontrolskærmen, når deltageren er færdig med testen for at gemme resultaterne.
4. Central måleprocedure ved hjælp af reflekteret
BEMÆRK: De efterfølgende trin vil føre til måling af individuelle carotenoider. Dette udføres ved hjælp af reflektometeret. De centrale målinger behøver ikke at blive udført for at måle perifere målinger med reflektoren. De centrale målinger er dog vigtige for klinisk brug.
- Indtast deltageroplysningerne i reflekteretsoftwaren.
- Klik på fanen Kør øjetest.
- Hvid kalibrering
BEMÆRK: Dette er et afgørende trin i kalibreringen af spektrometeret i reflektorenheden til hvid prøven i hele spektret. Dette udføres én gang dagligt, når teknikeren er tændt af teknikeren. Der er ikke brug for en deltager til dette trin.- Klik på knappen Hvid ud for at kalibrere.
- Sæt det hvide kalibreringsrør på reflektoren, efter at meddelelsen beder brugeren om at indsætte det "hvide kalibreringsrør" vises på skærmen.
- Klik på OK, når det hvide kalibreringsrør er indsat for at starte den hvide kalibrering. Sørg for, at den sorte knap ved siden af Kalibrering er aktiveret, efter at meddelelsen Hvid kalibrering lykkedes, når meddelelsen Hvid kalibrering lykkedes på skærmen.
- Sort kalibrering
- Indgyde en dråbe kunstige tårer ind i deltagerens øjne og få dem til at placere deres hage på hagen resten.
- Bed deltageren om at placere deres øje tæt på øjenkoppen. Brug joysticket, forsigtigt placere systemet, så øjet kop presser mod deltagerens øjenhulen og blokerer rummet lys fra systemet.
- Klik på knappen Sort for at vælge Kalibrer og juster systemet til deltagerens elev. Korrekt justering opnås, når eleven er centreret i den cirkel, der vises på berøringsskærmen.
- Bed deltageren om at justere den roterende knap på forsiden af systemet for at opnå et klart mål.
- Klik på OK, når deltageren har justeret systemet korrekt til deres vision. Systemet udfører automatisk en sort kalibreringssekvens. Når den sorte kalibrering er fuldført, aktiveres knapperne Venstre øje og Højre øje, og der vises en meddelelse om, at der er opnået sort kalibrering, på skærmen.
- Målingens start
- Klik på venstre øje eller højre øje-knappen på skærmen, afhængigt af hvilket øje der måles.
- Kontroller, at meddelelsen Juster system til emne øje. Sørg for, at systemet er tilpasset deltagerens elev. Brug joysticket til at foretage fine justeringer.
- Klik på knappen OK på skærmen for at starte MPOD-målingen. Måletiden er 30 s. Der er behov for mindst 10 s for at opnå parametrene/resultaterne. Der vises en nedtællingsur øverst på skærmen, der viser, hvor lang tid der er tilbage til målingen. Bed deltageren om at se på fikseringslyset og opfordre vedkommende til kun at blinke, når det er nødvendigt.
- Brug joysticket under målingen til at sikre, at systemet forbliver i overensstemmelse med deltagerens elev.
- Sørg for, at systemet viser en meddelelse med angivelse af Måling lykkedes, når målingen er afsluttet.
- Klik på knappen OK for at afslutte.
- Gentag trin 4.4-4.6.6 for at teste det andet øje, hvis det er nødvendigt. Hele processen tager omkring 2-3 min.
BEMÆRK: For at gentage målingen på samme øje skal du vente mindst 30 s og derefter gentage trin 4.6-4.6.6.
5. Perifer måleteknik ved hjælp af reflekteringsanordning (figur 3)
BEMÆRK: Det uprøvede øje vil fiksere på et mål, der giver mulighed for placering af stimulus på forskellige excentriciteter fra fovea af det testede øje. Denne metode kræver normal kikkert for at muliggøre korrekt placering af øjet, hvor makulapigmentoptisk tæthed måles.
- Input deltager oplysninger i refleksionssoftware.
- Klik på fanen Kør øjetest.
- Kalibrering af eksterne spor
- Når den hvide og sorte kalibrering er udført, skal du trykke på venstre øje eller højre øje-knappen på skærmen, afhængigt af hvilket øje der skal måles.
- Systemet viser en meddelelse Juster system til motivets øje. Sørg for, at systemet er tilpasset deltagerens elev. Brug joysticket til at foretage fine justeringer.
- Tænd LED-lampen på sporet system, der er længst til højre for deltageren. På dette tidspunkt bør deltageren være i stand til at se både lyset inde fra reflektoren med deres højre øje og det røde LED-lys med venstre.
- Bed deltageren om at instruere den uddannede observatør om at justere det perifere spor, indtil de kan overlejre begge stimuli efter bedste evne.
BEMÆRK: Der kan være variabilitet mellem deltagerne om, hvor langt deres overlejret "kalibreringspunkt" skyldes anatomiske forskelle.
- Målingens start
- Sluk LED-lampen, og tænd for det næste LED-lys (til venstre) for at udføre den næste 1 graders excentriske måling. Forklar deltageren, at de skal se på det nye røde LED-lys under hele målingen.
- Klik på knappen OK på skærmen for at starte MPOD-målingen. Måletiden er 30 s. Der vises en nedtællingsur øverst på skærmen, der viser, hvor lang tid der er tilbage til målingen. Bed deltageren om at se på det relevante røde LED-lys og opfordre vedkommende til kun at blinke, når det er nødvendigt.
- Brug joysticket under målingen til at sikre, at systemet forbliver i overensstemmelse med deltagerens elev.
- Sørg for, at systemet viser en meddelelse med angivelse af Måling lykkedes, når målingen er afsluttet.
- Klik på knappen OK for at afslutte.
- Gentag trin 5.3.1-5.4.5 for at tage en måling igen.
BEMÆRK: Hele processen tager ca. 2-3 min. To målinger anbefales for hver grad for at give mulighed for sammenligning. Hvis du vil gentage målinger ved en anden retinal excentricitet, skal du ændre gradadskillelsen i trin 4.8.
6. Analyse (figur 4)
- Opret en kopi af den fil, der skal analyseres.
BEMÆRK: Den analyserede fil blev genereret i trin 4.6.6 og 5.4.5. Dette trin er ikke afgørende, men giver mulighed for forskellige analyser, der udføres uden at ændre de oprindelige data. - Åbn refleksionssoftwaren på skrivebordet.
- Klik på Importér i venstre side af programmet, og vælg den kopierede fil, der skal åbnes.
- Klik på Rediger under fanen Emnepost. Et nyt vindue åbnes. Dette vil hjælpe med at få data fra det ønskede tidsinterval.
- Flyt den nederste glidebjælke op fra 0 til 10 for at eliminere de første 10 s måling.
BEMÆRK: Slidelinjen skal læses 10-30. Disse slidepaneler kan bevæge sig op eller ned for at vælge det ønskede tidsinterval, der skal analyseres. (se figur 4). - Klik på knappen Afslut i venstre side af dette vindue. Der vises et advarselsvindue. Vælg OK for at bekræfte intervalnedskæringerne.
- Klik på Start analyse nederst til venstre i programmet (se Tabel over materialer). Et nyt vindue åbnes.
- Klik på Tilpas i bunden af siden. Dette udfylder det første sæt data, herunder L-OD og Z-OD.
- Registrer dataene.
- Klik på Nulstil for at vælge en anden analyseindstilling.
- Vælg makulapigment under indstillingerne for Receptormodel.
- Klik på Tilpas til den bedste for at udfylde det andet sæt data, herunder MPOD.
- Klik på Gem løsning for at gemme dette interval.
Representative Results
Denne undersøgelse omfattede otte deltagere fra 22-29 år. Tabel 1 beskriver, hvordan du beregner afstanden for at opnå hver grad af excentricitet fra midten af macula. Tabel 2 indeholder deltagernes demografi. Undersøgelsen prøve omfatter et tilsvarende antal mænd og kvinder med en bred vifte af etno-race mangfoldighed. Tabel 3 viser de gennemsnitlige resultater af MPOD opnået ved både enheder og L-OD og Z-OD af alle deltagere, der er involveret i undersøgelsen på forskellige excentriciteter. Den gennemsnitlige MPOD og standardafvigelse opnået ved den heterokromatiske flimmer fotometer og reflekteri teknikken var 0,480 (SD 0,14) og 0,593 (SD 0,161) hhv. Der var en fremragende sammenhæng mellem MPOD-målingen, der blev opnået ved hjælp af teknikkerne med personkorrelationskoefficientr = 0,92 (p < 0,001). Z-OD var større centralt sammenlignet med L-OD målt i føvealregionen. L-OD til Z-OD forholdet centralt var 1:2.61. Z-OD faldt som en funktion af excentricitet i midten af fovea. Ved 1 grad fra den centrale fovea faldt koncentrationen af Z-OD målt ved reflektri signifikant med en stigning i L-OD. L-OD til Z-OD-forholdet ved 1 grad fra central fiksering var 1.38:1.0. I parafovealregionen ved 2 grader fra central fiksering blev lutein den fremherskende carotenoide, og L-OD til Z-OD-forholdet var 2.08:1.0. Tabel 4, 5og 6 viser data fra alle otte emner. Ved at undersøge tabellerne er det indlysende, at der er betydelige interindividuelle variabiliteter af L-OD-, Z-OD- og MPOD-værdier, hvilket indikerer, at de fysiologiske grænser for normalitet kan være store.
Figur 1: Makulapigmentreflektor. Makulapigmentreflektor, der anvendes i dette eksperiment. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Makulapigmentreflektor operationelle skematiske. Diagram over mpr-enhedens interne operationelle skemaer. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Perifert målesporsystem. (A) Makulapigmentrefometeret med det perifere sporsystem 6,1 m væk. (B) Sporsystemet med en forsker, der peger på 0-graders LED-lys. (C) Hele systemet, som det ser ud, når deltageren testes. (D) Sporet system med 1 graders LED lys på. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Vindue, der viser slidelinjer, der bruges til redigering af målinger til den ønskede tid. De slidelinjer, der bruges til at redigere den ønskede tidsramme. Billedet viser de første 10 s bliver fjernet. Klik her for at se en større version af denne figur.
| Testafstand [m] | 3 | 4 | 5 | 6.1 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Afstand mellem lys [m] | 0.052 | 0.07 | 0.087 | 0.107 | 0.122 | 0.14 | 0.157 | 0.175 |
Tabel 1: Adskillelse mellem fikseringslamper på forskellige afstande fra målet. Afstanden mellem lysene er værdien for x i denne ligning:
hvor d er prøveafstanden.
| Emne | Alder | Køn | Etnicitet | Race |
| 3002 | 27 | F | Spansktalende | Kaukasisk/Mere end ét løb |
| 3003 | 28 | F | Spansktalende | Ingen |
| 3004 | 26 | F | Ikke spansktalende | Afroamerikaner |
| 3005 | 24 | M | Spansktalende | Asiatiske/mere end ét løb |
| 3006 | 27 | M | Ikke spansktalende | Asiatiske |
| 3007 | 25 | F | Ikke spansktalende | Afroamerikaner |
| 3009 | 29 | M | Spansktalende | Kaukasisk/Mere end ét løb |
| 3010 | 22 | M | Ikke spansktalende | Asiatiske |
Tabel 2: Demografi en af deltagerne i undersøgelsen. Tabellen viser de testede deltageres alder, køn og etnicitet. Deltagernes gennemsnitsalder var 26 år. Der var en 1:1 forholdet mellem mænd og kvinder. Den selvidentificerede etnicitet af deltagerne omfattede 50% spansktalende og omkring 37,5% af enten asiatiske eller mere end én race.
| Gennemsnitlig L-OD | Gennemsnitlig Z-OD | Gennemsnitligt reflekti MPOD | Gennemsnitlig Z-L-forhold | Mean-Flicker fotometrisk MPOD | |
| Centrale | 0.247 | 0.425 | 0.593 | 2.61:1 | 0.48 |
| Perifer 1-deg | 0.402 | 0.122 | 0.248 | 1:1.38 | Ikke tilgængelig |
| Perifer 2-afg | 0.366 | 0.03 | 0.143 | 1:2.08 | Ikke tilgængelig |
Tabel 3: Gennemsnitlige værdier af carotenoider ved forskellige excentriciteter. Tabellen viser de gennemsnitlige resultater fra de otte deltagere i undersøgelsen. SD for gennemsnitlig central L-OD (0,188) og gennemsnitlige centrale Z-OD (0,142). SD for Gennemsnitlig Central MPOD af MPR (0,161) og SD for Mean Central MPOD af reflektor (0,14). SD for gennemsnitlig L-OD ved perifer 1 grad (0,224) og betyder Z-OD ved perifer 1 grad (0,122). SD for gennemsnitlig MPOD af MPR ved perifer 1 grad (0,248). SD for gennemsnitlig E-OD ved perifer 2 grader (0,366) og SD for gennemsnitlig Z-OD ved perifer 2 grader (0,030). SD for gennemsnitlig MPOD af MPR ved perifer 2 grader (0,143).
| Deltager | L-OD | Z-OD | MPOD (MPOD) | Z-L-forhold | Mps |
| 3002 | 0.525 | 0.409 | 0.669 | 0.778 | 0.58 |
| 3003 | 0.566 | 0.415 | 0.6525 | 0.733 | 0.48 |
| 3004 | 0.1615 | 0.291 | 0.437 | 1.793 | 0.437 |
| 3005 | 0.121 | 0.414 | 0.555 | 3.432 | 0.555 |
| 3006 | 0.148 | 0.724 | 0.888 | 4.892 | 0.888 |
| 3007 | 0.074 | 0.389 | 0.536 | 5.257 | 0.536 |
| 3009 | 0.197 | 0.26 | 0.361 | 1.32 | 0.361 |
| 3010 | 0.183 | 0.496 | 0.642 | 2.71 | 0.642 |
Tabel 4: Individuelle carotenoide optiske massefyldemålinger opnået ved central fiksering. Tabel viser de målinger, der er opnået ved central fiksering for alle otte deltagere.
| Deltager | L-OD | Z-OD | MPOD (MPOD) | Z-L-forhold |
| 3002 | 0.325 | 0 | 0.012 | 0 |
| 3003 | 0.385 | 0.08 | 0.166 | 0.208 |
| 3004 | 0.121 | 0.253 | 0.392 | 2.091 |
| 3005 | 0.7015 | 0 | 0.119 | 0 |
| 3006 | 0.362 | 0.286 | 0.45 | 0.79 |
| 3007 | 0.104 | 0.265 | 0.391 | 2.548 |
| 3009 | 0.589 | 0 | 0.183 | 0 |
| 3010 | 0.626 | 0.094 | 0.273 | 0.15 |
Tabel 5: Individuelle carotenoide optiske massefyldemålinger opnået ved 1 grad fra central fiksering. Tabel viser de målinger, der er opnået efter 1 grad fra central fiksering for alle otte deltagere.
| Deltager | L-OD | Z-OD | MPOD (MPOD) | Z-L-forhold |
| 3002 | 0.146 | 0 | 0.043 | 0 |
| 3003 | 0.351 | 0 | 0.066 | 0 |
| 3004 | 0.063 | 0.077 | 0.169 | 1.222 |
| 3005 | 0.189 | 0.017 | 0.067 | 0.09 |
| 3006 | 0.902 | 0 | 0.291 | 0 |
| 3007 | 0.04 | 0.099 | 0.201 | 2.475 |
| 3009 | 0.718 | 0.046 | 0.232 | 0.064 |
| 3010 | 0.518 | 0 | 0.076 | 0 |
Tabel 6: Individuelle carotenoide optiske massefyldemålinger opnået ved 2 grader fra central fiksering. Tabel viser de målinger, der er opnået ved 2 grader fra central fiksering for alle otte deltagere.
Discussion
Vores undersøgelse illustrerer teknikken og metoden til at udføre in vivo MPOD målinger på forskellige føveal og parafoveal regioner ved hjælp af et reflekteret enhed. Vi udviklede og kalibrerede et perifert sporsystem for at opnå målinger ved 1 grad og 2 grader fra den centrale fiksering. Vores undersøgelsesresultater viser, at MPOD, L-OD og Z-OD kan måles i forskellige føveal- og parafovealområder ved hjælp af denne protokol ved optisk uendelighed. Protokollen kan tilpasses til kortere afstande, når lange rum ikke er tilgængelige på en klinik. I så fald vil det imidlertid være nødvendigt med en pupillarydilatation for at kontrollere aktiv indkvartering (se tabel 1).
Der er to kritiske trin, når du udfører dette eksperiment: 1) 0 graders kalibrering og 2) den sorte kalibrering. Når du bruger det perifere sporsystem til at måle MPOD og dets bestanddele uden for midten, er den eksterne fiksering til 0 graders kalibrering eller fvealmåling af allerstørste betydning. Hvis den deltager, hvis øje måles, ikke forstår denne procedure eller ikke kan udføre de nødvendige trin, vil målingerne blive kompromitteret og fejlagtige. Den sorte kalibrering er også kritisk, fordi den gør det muligt for MPR at etablere en baseline spektrometermåling, når der ikke er lys til stede, som enheden derefter sammenligner med alle værdier fra motivet. Derfor er den sorte kalibrering et must for hver deltager.
Vores undersøgelsesresultater viser , at de centrale MPOD-niveauer matcher data fra tidligere offentliggjorte eksperimentelle og histologiske undersøgelser7,10,14. Desuden fandt vi, at niveauet for MPOD falde med stigende retinal excentricitet, med MPOD værdier er større på føveal i forhold til parafoveal regionen. Lutein og zeaxanthin niveauer varierer også på forskellige retinale steder med lutein og zeaxanthin nøgletal skiftende som en funktion af excentricitet. Vi fandt centrale L-OD og Z-OD nøgletal 1:2.6, som ændrede sig til 2,08:1 ved 2 grader fra central fiksering. Dette er i overensstemmelse med rapporter fra tidligere undersøgelser10,29. Vi fandt, at lutein og zeaxanthin niveauer viste betydelige interindividual variation. Tidligere laboratorieforsøg i vivo har kun evalueret tre forsøgspersoner, og der er begrænset information på dette område29. Hvis den betydelige interindividuelle variation af niveauer af carotenoider er korrekt, så ville dette støtte behovet for at opnå baseline foranstaltninger af carotenoider og skræddersy individuelle kosttilskud. Yderligere forskning vil være nødvendig for at bekræfte denne konstatering af høj interindividuel variation af lutein og zeaxanthin niveauer hos raske personer. Tidligere publikationer og arbejde med denne MPR-enhed viser, at der kan opnås repeterbare målinger for MPOD under både uforstørrede og udvidede pupillaryforhold, selv om repeterbarheden af L-OD- og Z-OD-målinger blev forbedret, da eleverne blev udvidet25. I denne undersøgelse udførte vi alle MPR-målinger med udvidede elever. Da carotenoide niveauerne er lavere i fostrets periferi og parafovealregion, kan det være vigtigt at spile eleven for konsekvent signalstyrke og pålidelige perifere målinger.
Vi prøvede forskellige metoder, og i sidste ende udviklet og testet vores spor system. Det viste sig at være den mest effektive måde at opnå pålidelige resultater på. Systemet blev testet ved at undersøge tre deltagere flere gange for at se, om lignende resultater kunne opnås med hvert forsøg. Dette omfattede måling af deltagerne ved tre forskellige lejligheder over en periode på to måneder. Andre metoder forsøgt omfattede ændring af refleksionsbriller ved at skabe et dæksel med forskæring slidser på 0, 1 og 2 grader off center. Denne teknik viste sig ineffektiv, fordi slidserne var for tæt sammen for et emne, der kunne skelnes tilstrækkeligt.
Der er flere begrænsninger i denne undersøgelse. Undersøgelsen kræver, at forsøgspersonerne har normal kikkert. Dette sikrer, at motivet vil være i stand til at fiksere på målet, mens det andet øje måles. Forsøgspersoner, der ikke opfylder dette kriterium, vil ikke være i stand til at overholde instruktionerne, vil ikke fiksere ordentligt, mens de engagerer stimulusen, og kan ikke måles med succes ved hjælp af denne teknik. Sporsystemet var pålideligt, men dets begrænsninger kunne behandles i fremtidige undersøgelser. Protokollen kan forbedres ved at have indbyggede røde LED fikseringslamper med en del af et Badal optometersystem som en del af reflekteret. Dette ville gøre det muligt for deltageren at fiksere på den ønskede excentricitet med øjet måles med passende indkvartering af linsen.
På nuværende tidspunkt er der ingen alternative teknikker til at måle in vivo L-OD og Z-OD. Der findes dog alternative enheder, der måler MPOD. En sådan enhed er den heterokromatiske flimmer fotometer, der anvendes i denne undersøgelse. Den heterokromatiske flimmer fotometer anvender en psykofysisk metode til test og kan ikke bestemme individuelle lutein og zeaxanthin værdier. De centrale MPOD-målinger, der blev opnået ved hjælp af et heterokromatisk flimmerfotometer, var i gennemsnit 0,11 lavere end dem, der blev opnået ved MPR-enheden med en standardafvigelse på 0,16. MPOD-målingen, der blev opnået ved hjælp af begge teknikker, havde en fremragende korrelation som rapporteret tidligere25.
Selv om den nuværende undersøgelse har en lille stikprøvestørrelse, var formålet at bevise, at perifere målinger af zeaxanthin og luteinoptisk tæthed kan opnås ved hjælp af en reflektrienhed. Så vidt vi ved, har andre in vivo-undersøgelser haft betydeligt mindre stikprøvestørrelser end den prøve, der blev anvendt i denne undersøgelse. Derfor er vi overbeviste om, at vores resultater viser, at in vivo carotenoide tæthed kan måles ved foveola, foveal periferi, og parafoveal region ved hjælp af et reflektor. Vores undersøgelse kaster yderligere lys over, hvordan zeaxanthin og lutein niveauer er fordelt i de centrale og perifere makularegioner inden for den menneskelige nethinden. Fordi vi fandt en bemærkelsesværdig variation af værdierne blandt vores deltagere i undersøgelsen, er der behov for større undersøgelser både in vivo og in vitro for bedre at forstå lutein- og zeaxanthinfordeling, niveauer og nøgletal inden for den almindelige befolkning.
Disclosures
Dr. Pinakin Davey er konsulent for ZeaVision og Dr. Dennis Gierhart er en medarbejder, Chief Scientific Officer ZeaVision producent af MPR enhed. Andre forfattere rapporterer ingen konflikter.
Acknowledgments
Vi takker WesternU College of Optometry og Master of Science in Medical Sciences program på WesternU for deres bistand og støtte. Vi takker også ZeaVision for deres generøse støtte og finansiering.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1-1/4-in x 36-in Silver Under Door Threshold | Frost King LLC | 77578013947 | Any adjustable strip that can be mounted on a wall will suffice. |
| Black electrical tape | 3M Company | 054007-00053 | Used to adjust fixation light to create a 1cm by 1cm region. |
| LED lights with remote control | Elfeland LLC | ELFELANDhoasupic1295 | Any small red fixation LED light with remote control that can be mounted to track will suffice. |
| Macular Pigment Reflectometer | Zeavision LLC | N/A | Prototype not available for sale. |
| Quantifeye Macular Pigment Spectromter 2 | Zeavision LLC | Catalog Number N/A | Only model available from Zeavision LLC. |
| Ultra Gel Control 4g Super Glue | Henkel AG & Company | 1405419 | Used to fix LED lights to track, but any strong adhesive will suffice. |
| Zeavision Proprietary Reflectometry Software, native to Macular Pigment Reflectometer | Zeavision LLC | N/A | The software and algorithm are proprietary to Zeavision LLC. |
References
- Handelman, G. J., Dratz, E. A., Reay, C. C., van Kuijk, F. Carotenoids in the human macula and whole retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 29 (6), 850-855 (1988).
- Milani, A., Basirnejad, M., Shahbazi, S., Bolhassani, A. Carotenoids: biochemistry, pharmacology and treatment. British Journal of Pharmacology. 174 (11), 1290-1324 (2017).
- Bhosale, P., Zhao, D. Y., Bernstein, P. S. HPLC measurement of ocular carotenoid levels in human donor eyes in the lutein supplementation era. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (2), 543-549 (2007).
- Zimmer, J. P., Hammond, B. R. Possible influence of lutein and zeaxanthin on the developing retina. Clinical Ophthalmology. 1 (1), 25-35 (2007).
- Friedman, D. S., et al. Prevalence of Age-Related Macular Degeneration in the United States. Archives of Ophthalmology. 122 (4), 564-572 (2004).
- Ambati, J., Fowler, B. J. Mechanisms of age-related macular degeneration. Neuron. 75 (1), 26-39 (2012).
- Bernstein, P. S., Delori, F. C., Richer, S., van Kuijk, F. J., Wenzel, A. J. The value of measurement of macular carotenoid pigment optical densities and distributions in age-related macular degeneration and other retinal disorders. Vision Research. 50 (7), 716-728 (2010).
- Bone, R. A., Landrump, J. T., Hime, G. W., Cains, A., Zamor, J. Stereochemistry of the Human Macular Carotenoids. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 34 (6), 2033-2040 (1993).
- Leung, I. Y. Macular pigment: New clinical methods of detection and the role of carotenoids in age-related macular degeneration. Optometry - Journal of the American Optometric Association. 79 (5), 266-272 (2008).
- Bone, R. A., et al. Distribution of Lutein and Zeaxanthin Stereoisomers in the Human Retina. Experimental Eye Research. 64 (2), 211-218 (1997).
- de Kinkelder, R., et al. Macular pigment optical density measurements: evaluation of a device using heterochromatic flicker photometry. Eye. 25 (1), 105-112 (2011).
- Snodderly, D. M., Auran, J. D., Delori, F. C. The macular pigment. II. Spatial distribution in primate retinas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (6), 674-685 (1984).
- Snodderly, D. M., Brown, P. K., Delori, F. C., Auran, J. D. The macular pigment. I. Absorbance spectra, localization, and discrimination from other yellow pigments in primate retinas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (6), 660-673 (1984).
- Bone, R. A., Landrum, J. T., Fernandez, L., Tarsis, S. L. Analysis of the Macular Pigment by HPLC: Retinal Distribution and Age Study. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 29 (6), 843-849 (1988).
- Chous, A. P., Richer, S. P., Gerson, J. D., Kowluru, R. A. The Diabetes Visual Function Supplement Study. British Journal of Ophthalmology. 100 (2), 227-234 (2016).
- Vishwanathan, R., Schalch, W., Johnson, E. J. Macular pigment carotenoids in the retina and occipital cortex are related in humans. Nutritional Neuroscience. 19 (3), 95-101 (2016).
- Barnett, S. M., et al. Macular pigment optical density is positively associated with academic performance among preadolescent children. Nutritional Neuroscience. 21 (9), 632-640 (2018).
- Saint, S. E., et al. The Macular Carotenoids are Associated with Cognitive Function in Preadolescent Children. Nutrients. 10 (2), 193 (2018).
- Johnson, E. J., et al. Relationship between Serum and Brain Carotenoids, α-Tocopherol, and Retinol Concentrations and Cognitive Performance in the Oldest Old from the Georgia Centenarian Study. Journal of Aging Research. 2013, 951786 (2013).
- Hammond, B. R., et al. Effects of Lutein/Zeaxanthin Supplementation on the Cognitive Function of Community Dwelling Older Adults: A Randomized, Double-Masked, Placebo-Controlled Trial Front. Aging Neuroscience. 3 (9), 254 (2017).
- Renzi-Hammond, L. M., et al. Effects of a Lutein and Zeaxanthin Intervention on Cognitive Function: A Randomized, Double-Masked, Placebo-Controlled Trial of Younger Healthy Adults. Nutrients. 9 (11), 1246 (2017).
- Wooten, B. R., Hammond, B. R. Spectral Absorbance and Spatial Distribution of Macular Pigment Using Heterochromatic Flicker Photometry. Optometry and Vision Science. 82 (5), 378-386 (2005).
- Putnam, C. M. Clinical imaging of macular pigment optical density and spatial distribution. Clinical and Experimental Optometry. 100 (4), 333-340 (2017).
- Davey, P. G., Alvarez, S. D., Lee, J. Y. Macular pigment optical density: repeatability, intereye correlation, and effect of ocular dominance. Clinical Ophthalmology. 10, 1671-1678 (2016).
- Davey, P. G., Ngo, A., Cross, J., Gierhart, D. L. Macular pigment reflectometry: development and evaluation of a novel clinical device for rapid objective assessment of the macular carotenoids. Proceedings of SPIE 10858, Ophthalmic Technologies XXIX. 1085828, (2019).
- Rapp, L. M., Maple, S. S., Choi, J. H. Lutein and Zeaxanthin Concentrations in Rod Outer Segment Membranes from Perifoveal and Peripheral Human Retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (5), 1200-1209 (2000).
- van de Kraats, J., Berendschot, T. T., Valen, S., van Norren, D. Fast assessment of the central macular pigment density with natural pupil using the macular pigment reflectometer. Journal of Biomedical Optics. 11 (6), 064031 (2006).
- Sommerburg, O., et al. Lutein and zeaxanthin are associated with photoreceptors in the human retina. Current Eye Research. 19 (6), 491-495 (1999).
- van de Kraats, J., Kanis, M. J., Genders, S. W., van Norren, D. Lutein and zeaxanthin measured separately in the living human retina with fundus reflectometry. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (12), 5568-5573 (2008).
- van der Veen, R. L. P., et al. A new desktop instrument for measuring macular pigment optical density based on a novel technique for setting flicker thresholds. Ophthalmic and Physiological Optics. 29 (2), 127-137 (2009).
- Howells, O., Eperjesi, F., Bartlett, H. Measuring macular pigment optical density in vivo: a review of techniques. Graefe's Archive for Clinical Experimental Ophthalmology. 249 (3), 315-347 (2011).
- Howells, O., Eperjesi, F., Bartlett, H. Improving the repeatability of heterochromatic flicker photometry for measurement of macular pigment optical density. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 251 (3), 871-880 (2013).
