Summary
Wir präsentieren ein Protokoll zur Bestimmung der Konzentrationen von Gesamtmakulapigment, Lutein und Zeaxanthin-optischer Dichte in den zentralen und parafovealen Regionen der Netzhaut. Das Protokoll enthält ein neuartiges einstellbares Tracksystem, das zur Messung der optischen Dichte von Makulapigmenten in der Fovealexzentrizität verwendet wird.
Abstract
Das Makulapigmentreflekometer (MPR) misst objektiv die optische Gesamtdichte des Makulapigments (MPOD) und liefert darüber hinaus die optische Luteindichte (L-OD) und die optische Zeaxanthindichte (Z-OD) im zentralen 1 Grad der Fovea. Eine Modifikation der Technik wurde entwickelt, um die in vivo-Carotinoiddichte exzentrisch zur Fovea zu bewerten. Ein verstellbares Gleissystem mit roten LED-Leuchten wurde 6,1 m vom Teilnehmer entfernt platziert, um die Okularfixierung zu erleichtern. Lichter wurden entsprechend verteilt, um bei den Reflexionsmessungen Erhöhungen von 1 Grad Netzhautdisparität zu erzeugen. Alle Reflektometriemessungen wurden mit Pupillendilatation durchgeführt. Der mittlere MPR-MPOD-Wert für die Zentralmessung betrug 0,593 (SD 0,161) mit einem Verhältnis von L-OD zu Z-OD von 1:2,61. Der MPR-MPOD-Wert bei 1 Grad betrug 0,248 und der mittlere MPR-MPOD-Wert bei 2 Grad im parafovealen Bereich 0,143. Das Verhältnis von L-OD zu Z-OD bei 1 Grad bzw. 2 Grad außerhalb der Mitte betrug 1,38:1,0 bzw. 2,08:1,0. Die Ergebnisse zeigen, dass MPOD-Messungen, die mit dem MPR erhalten wurden, in Abhängigkeit von der netzretinalen Exzentrizität abnehmen und dass es eine höhere Konzentration von Zeaxanthin zentral im Vergleich zu Lutein gibt. Das Verhältnis von L-OD zu Z-OD ändert sich mit fovealer Exzentrizität, wobei zweimal mehr Lutein als Zeaxanthin bei 2 Grad in der Mitte liegt. Unsere Technik bietet erfolgreich eine schnelle in vivo Methode zur Messung der optischen Dichte von Makulapigmenten bei verschiedenen fovealen Exzentrizitäten. Die Ergebnisse stimmen mit den zuvor veröffentlichten Messungen der Xanthophyll-Carotinoid-Dichte in vivo und in vitro überein.
Introduction
Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine der Hauptursachen für Erblindung und macht weltweit 8,7 % der Blindheit aus1. Risikofaktoren im Zusammenhang mit AMD sind zunehmendes Alter, weibliches Geschlecht, Rauchen, helle Iris Farbe, Lipid-Ungleichgewicht, lebenslange Exposition gegenüber Sonnenlicht und uvviolette Strahlungen, systemisch niedrigere Niveaus von Antioxidantien, niedrigere Makulapigment optische Dichte (MPOD), Genetik, und Rasse2. Von diesen, modifizierbare Risikofaktoren sind Raucherentwöhnung, orale Supplementierung von Antioxidantien, und Carotinoide. Carotinoide sind natürliche Pigmente, die in Pflanzen und Mikroorganismen vorkommen, und sind effiziente Antioxidantien3. Sie werden von photosynthetischen Organismen hergestellt; Menschen erhalten Carotinoide aus ihrer Ernährung3,4. Makulapigmente bestehen aus drei Carotinoiden: Lutein, Zeaxanthin und Meso-Zeaxanthin4. Die Xanthophylls lutein und zeaxanthin5 sind in der Netzhaut, speziell der Makula, zu finden und geben der Fovea ihre gelbe Farbe6. Höhere Konzentrationen von Xanthophyllen werden in den Axone der Photorezeptoren und inneren Plexiformschichten der Netzhautbeobachtet 5,7. Die Einnahme von Carotinoiden, wie Lutein und Zeaxanthin, erhöht das Niveau des Makulapigments. Lutein und Zeaxanthin werden aus Nahrungsaufnahme oder mit Nahrungsergänzung gewonnen, während Meso-Zeaxanthin ist einfach ein Nebenprodukt des Stoffwechsels von Lutein3,7,8. Lutein und Zeaxanthin Konzentrationen unterscheiden sich in den verschiedenen Regionen der Netzhaut. Zentral, in der Fovea, ist die Zeaxanthinkonzentration größer als die von Lutein, mit einem Verhältnis von 2.3:19,10. Die Konzentration von Carotinoiden nimmt in der fovealen Peripherie um das 100-fache pro mm ab, wo Lutein häufiger ist als Zeaxanthin, mit einem Verhältnis von 2,4:19,10.
Das Vorhandensein von Xanthophyllen in der Netzhaut schützt die Netzhautschaltung, insbesondere in der Fovea und Makula, und ist entscheidend für das zentrale Sehen. Die Xanthophylle schützen die Netzhaut durch zwei mögliche Mechanismen: 1) Filterung blaues Licht und 2) abnehmenden oxidativen Stress5,11,12,13. Blaues Licht streut am meisten in der Netzhaut und höhere Ebenen des Makulapigments absorbieren zentral das gestreute Licht und verbessern so das Sehen. Zusätzlich besteht der blaue Teil des sichtbaren Spektrums aus hoher Energie, kurzen Wellenlängen, die zur Produktion übermäßiger Mengen an reaktiven Sauerstoffspezies in der Netzhaut führen können. Daher wird angenommen, dass Carotinoide die oxidative Belastung der Makula reduzieren, indem sie als Antioxidantien in der inneren Netzhaut und Photorezeptor-Retinalpigment-Epithel-Komplex wirken, indem sie diese freien Radikale5,12,13,14abschrecken.
Die Messung von Netzhautcarotinoiden hat größere Auswirkungen auf die systemische Gesundheit. Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass die Carotinoid-Therapie die Netzhautfunktion bei Diabetikern ohne Änderungen des Blutzuckerspiegelsverbessert 15. Die Ebenen der Carotinoid-Dichte in der Netzhaut sind auch stark mit den Ebenen im Gehirn16korreliert. Carotinoide Ebenen können entscheidend in den Entwicklungsjahren17,18, und Ebenen im Gehirn Rückgang mit dem Altervon 19. Die MPOD-Spiegel beziehen sich auf Neuroprotektion und neuronale Effizienz bei Kindern und älteren20,21. Daher ist es notwendig, MPOD und seine Eigenschaften klinisch zu messen. Dies wird eine Rolle bei der Diagnose, Verwaltung und Behandlung von verschiedenen okulären und systemischen Bedingungen7,15,16,17,18,19,20,21.
Die derzeit kommerziell erhältlichen MPOD-Messtechnologien sind heterochromatische Flickerphotometer (HFP), die auf psychophysikalischen Tests basieren. Diese messen einen 1-Grad-Patch auf der Fovea, der einem Kreis mit einem Durchmesser von 0,30 mm22entspricht. Während sich diese Gerätetypen als zuverlässig erwiesen haben, sind sie durch ihre subjektive Natur begrenzt, zeitaufwändig zu bedienen und sind nicht in der Lage, die einzelnen Mengen von Xanthophyllen zu unterscheiden, die MPOD13,22,23,24bilden. Das Makulapigmentreflekometer (siehe Materialtabelle), auch als Reflektometer bezeichnet (siehe Abbildung 1), adressiert diese Einschränkungen, indem es den MPOD und seine einzelnen Bestandteile lutein und zeaxanthin (Xanthophylls) objektiv misst25. Das Reflektometer verwendet eine UV/IR-gefilterte und kollimierte Quarzhalogenquelle, um einen kontrollierten Lichtstrahl an die Netzhaut zu senden (siehe Schaltplan Abbildung 2) und die internen Filter absorbieren den größten Teil der erzeugten Strahlung. Daher besteht für den Teilnehmer wenig bis gar kein Risiko einer Strahlenexposition. Die verschiedenen Chromophore und Strukturen im menschlichen Auge und die entsprechenden Absorptions- und Reflexionsmuster sind in der Literatur gut beschrieben26,27,28. Die Analyse des reflektierten Lichts, das vom internen Spektrometer verarbeitet wird, ermöglicht die quantitative Isolierung und Messung von Lutein und Zeaxanthin-optischen Dichten (L-OD, Z-OD) zusammen mit dem gesamten MPOD. Das dritte Retinal-Carotinoide Meso-Zeaxanthin ist spektral nicht von Zeaxanthin zu unterscheiden und somit stellt das Z-OD eine Kombination der beiden Carotinoide29dar. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass die Reflektometrie bei der Messung von zentralen L-OD, Z-OD und MPOD25,29zuverlässig ist.
Der Zweck der aktuellen Studie ist es, eine Technik zu schaffen, die verwendet werden kann, um In-vivo-Schätzungen des Zeaxanthin- und Luteinspiegels in den fovealen und parafovealen Netzhautregionen beim Menschen zu erstellen. Weitere Ziele sind der Vergleich der Ergebnisse mit den zuvor veröffentlichten Labor- und Histologieergebnissen14,29. Der in diesem Manuskript entwickelte und beschriebene Ansatz und seine Verwendung neben der Reflektometrie zur Messung des perifovealen MPOD ist neu. Diese Technik kann mit jeder vorhandenen Reflektometrieeinheit ohne größere Modifikation verwendet werden, um die Netzhautspiegel einzelner Carotinoide wie L-OD und Z-OD an verschiedenen Foveal- und Parafovealstellen zu messen.
Die in diesem Manuskript vorgestellte Studie umfasst acht Teilnehmer im Alter von 22 bis 29 Jahren. Zu unseren Methoden gehört die Durchführung einer routinemäßigen ophthalmologischen Untersuchung, um sicherzustellen, dass die Studienteilnehmer die Aufnahmekriterien erfüllen. Nach Einholung der informierten Zustimmung unterzog sich jeder Studienteilnehmer den folgenden vier Tests: 1) ein kommerziell erhältliches heterochromatisches Flimmerphotometergerät wurde verwendet, um eine zentrale MPOD-Messung zu erhalten; 2) ein Reflektometergerät wurde verwendet, um zwei zentrale Messungen zu erhalten; 3) mit der gleichen Reflektorvorrichtung in Verbindung mit dem peripheren Gleissystem wurden Messungen der Carotinoide bei einer Exzentrizität von 1 Grad, d. h. einem Kreis mit einem Durchmesser von 0,30 mm, um 0,30 mm von der zentralen Fovea zentriert; 4) mit dem gleichen Aufbau wurden auch Carotinoid-Spiegel mit einer Exzentrizität von 2 Grad gemessen, ein Kreis mit einem Durchmesser von 0,30 mm am Rand der Fovea (ein parafovealer Bereich).
Die MPR-Messungen wurden durchgeführt, nachdem die Schüler jedes Teilnehmers mit 1% Tropicamid-Ophthalmika-Tropfen erweitert wurden. Es ist bekannt, dass die Pupillendilatation nicht benötigt wird, um MPOD-Werte mit Reflectometrie zu erhalten, aber es kann die Wiederholbarkeit von L-OD- und Z-OD-Messungen25,29verbessern. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass Messungen, die von der Netzhaut mit dem Reflektor erhalten wurden, ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis hatten, wenn die Pupillen erweitert wurden. Für die präzisen und stabilen peripheren Reflektometriemessungen verwendeten die Teilnehmer Fixationsziele, die bei optischer Unendlichkeit30,31platziert wurden.
Wir haben Reflektometermessungen für 30 s erhalten und die ersten 10 s Daten verworfen. Dieses Verfahren hat zwei Vorteile: 1) die Signalquelle ist hell und ermöglicht es den Augen, sich anzupassen und sich an die Aufgabe anzupassen; und 2) am wichtigsten ist, dass das Photorezeptorpigment in den ersten 10 s bleicht. Daher ermöglicht die Eliminierung der ersten 10 s der Messung ein stabileres und genaueres Signal29. Wir führten alle Reflektometrietests zweimal in der vorliegenden Studie durch, nach der wir die Messungen gemittelt haben, um mittlere MPOD-, L-OD- und Z-OD-Werte und das Verhältnis von Z-OD/ L-OD für jeden Teilnehmer zu erhalten.
Protocol
Alle Fächer wurden an einem einzigen Standort rekrutiert, der Western University of Health Sciences. Die Studie wurde vom institutionellen Review Board der Western University of Health Sciences, Pomona, Kalifornien, USA, genehmigt und in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Erklärung von Helsinki durchgeführt. Vor der Teilnahme erhielten alle Teilnehmer eine ausführliche Erläuterung der Studie und unterzeichneten ein Einverständnisformular in Kenntnis der Sachlage, bevor eine Standard-Ophthalmologische Bewertung durchgeführt wurde.
1. Teilnehmerrekrutierung
- Schließen Sie Teilnehmer ein, die mindestens 18 Jahre alt sind und eine Sehschärfe von 20/40 oder besser haben.
- Berücksichtigen Sie Teilnehmer mit klinisch unbedeutenden Erkrankungen wie Katarakt, isolierten Drusen, hintere Glaskörperablösung, familiäre Drusen in der Peripherie und periphere Netzhauterkrankungen wie Gitterdegeneration oder retinale Pigmentepitheldefekte. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer eine normale Ferngläser haben und keine Unterdrückung haben32.
- Erreichen Sie dies durch die Verwaltung eines Unterdrückungstests32. Dies ist ein entscheidender Schritt, da die Teilnehmer in Ermangelung einer normalen Binokularität das Fixierungsziel und die Messung der Lichtquelle nicht gleichzeitig erkennen und somit die geeignete Messposition in den Fovea- und Parafovealregionen bestätigen würden.
- Schließen Sie alle Teilnehmer unter 18 Jahren mit einer Sehschärfe von schlechter als 20/40 mit Netzhautschäden im Makulabereich (zentraler Teil der Netzhaut), Glaukom, diabetischer Retinopathie, Blutungen, schwerem Katarakt oder Glaskörpertrübungen, die ophthalmologische Bildgebung oder MPR-Messungen verhindern, aus.
- Schließen Sie Teilnehmer aus, die nicht in der Lage sind, die Messungen mit heterochromatischer Flimmerphotometrie oder Reflektometrie durchzuführen, diejenigen, für die die Geräte keine MPOD-Werte bereitstellen können, oder solche mit Augenunterdrückung.
2. Erstellen des peripheren Gleissystems (Abbildung 3)
- Erhalten Sie eine verschiebbare Schiene mit einer ca. 1 m langen Aluminiumschiene, die einen hohlen Einzug mit Platz für eine verschiebbare Strecke, wie z. B. einen Türwetterstreifen, enthält.
- Montieren Sie die Strecke 6,1 m (20 Fuß) von dem AmmPR sitzenden Motiv, damit die Reflexionsmessungen durchgeführt werden können. Stellen Sie sicher, dass die Strecke 1,5 m vom Boden entfernt ist und sich während der Reflektometriemessung auf der gleichen Höhe wie das Auge des Teilnehmers befindet.
- Montieren Sie drei 1 cm x 1 cm ferngesteuerte LED-Leuchten auf der verschiebbaren Spur, so dass die Mitten der Lichter 10,7 cm voneinander entfernt sind.
HINWEIS: Die 10,7 cm bedeuten jeden Grad und wurden bestimmt, da jede LED-Leuchte 6,1 m vom Teilnehmer entfernt ist. Der Abstand von 6,1 m ist der Mindestabstand, um eine echte optische Unendlichkeit zu erhalten, aber wenn ein Gleissystem in einem weiteren Abstand erstellt wird, würde sich der Abstand zwischen jedem LED-Licht ändern und ein neuer Abstand müsste trigonometrisch berechnet werden. (Siehe Tabelle 1). Wenn weniger als 6 m genutzt werden, ist eine Pupillendilatation ratsam, um die Augenunterkunft zu minimieren.
3. Messungen mit einem heterochromatischen Flimmerphotometer
HINWEIS: Dieser Schritt dient der zusätzlichen Datenerfassung und ist für periphere Messungen mit dem Reflektometer nicht unbedingt erforderlich.
- Inbeiden Augen künstliche Tränen einflößen, den Teilnehmer bitten, ein paar Mal zu blinken, und das Auge, das nicht getestet wird, zu flicken.
- Erläutern Sie dem Teilnehmer das Verfahren.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, das zentrale Fixierungsziel des durch das Okular sichtbaren heterochromatischen Flimmerphotometers zu betrachten und den Klicker jedes Mal zu drücken, wenn er das Ziel flackern sieht. Stellen Sie sicher, dass das Fixierungsziel insgesamt fünfmal flackert, um den Anfangsschwellenwert zu bestimmen.
- Zeigen Sie die Ergebnisse des Anfänglichen Schwellenwerts an, und erinnern Sie den Teilnehmer daran, jedes Mal auf die Schaltfläche zu klicken, wenn das zentrale Fixierungsziel flackert, während der Test für 45 s bis 1 min fortgesetzt wird.
- Auf dem Steuermonitor wird ein Diagramm und ein MPOD-Wert zusammen mit einem Zuverlässigkeitsindex angezeigt. Stellen Sie sicher, dass "akzeptabel" auf dem Zuverlässigkeitsindex angezeigt wird. Wiederholen Sie den Test, wenn die Ergebnisse auf "Grenzwert" oder "inakzeptabel" hinweisen, bis ein "akzeptabler" Zuverlässigkeitsindex ermittelt wird.
- Klicken Sie auf den nächsten grünen Pfeil, der auf dem Steuermonitor angezeigt wird, sobald der Teilnehmer den Test abgeschlossen hat, um die Ergebnisse zu speichern.
4. Zentrales Messverfahren mit dem Reflektor
HINWEIS: Die nachfolgenden Schritte führen zur Messung einzelner Carotinoide. Dies wird mit dem Reflektometer durchgeführt. Die zentralen Messungen müssen nicht durchgeführt werden, um periphere Messungen mit dem Reflektometer zu messen. Die zentralen Messungen sind jedoch wichtig für den klinischen Einsatz.
- Geben Sie die Teilnehmerinformationen in die Reflektometersoftware ein.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Augentest ausführen.
- Weißkalibrierung
HINWEIS: Dies ist ein entscheidender Schritt bei der Kalibrierung des Spektrometers innerhalb des Reflektometers auf weiße Spezitgeräte mit vollem Spektrum. Dies wird einmal täglich durchgeführt, wenn das Gerät vom Techniker eingeschaltet wird. Ein Teilnehmer wird für diesen Schritt nicht benötigt.- Klicken Sie auf die Schaltfläche Weiß neben Kalibrieren.
- Legen Sie das weiße Kalibrierrohr auf das Reflektometer, nachdem die Meldung, die den Benutzer anweist, das "weiße Kalibrierrohr" einzulegen, auf dem Bildschirm angezeigt wird.
- Klicken Sie auf OK, sobald das weiße Kalibrierrohr eingelegt wurde, um mit der Weißkalibrierung zu beginnen. Stellen Sie sicher, dass die Schaltfläche Schwarz neben Kalibrieren aktiviert wurde, nachdem die Meldung "White Calibration Successful" auf dem Bildschirm angezeigt wurde.
- Schwarzkalibrierung
- Indiegen sie einem Tropfen künstlicher Tränen in die Augen des Teilnehmers und lassen Sie sie ihr Kinn auf die Kinnauflage legen.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, den Blick in die Nähe des Augenbechers zu legen. Positionieren Sie das System mit dem Joystick vorsichtig so, dass der Augenbecher gegen die Augenhöhle des Teilnehmers drückt und das Raumlicht aus dem System blockiert.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche Schwarz, um Kalibrieren auszuwählen und das System an der Schülergruppe des Teilnehmers auszurichten. Die richtige Ausrichtung wird erreicht, wenn der Pupille im Kreis zentriert ist, der auf dem Touchscreen-Monitor angezeigt wird.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, den Drehknopf auf der Vorderseite des Systems einzustellen, um ein klares Ziel zu erhalten.
- Klicken Sie auf OK, sobald der Teilnehmer das System ordnungsgemäß an seine Vision angepasst hat. Das System führt automatisch eine schwarze Kalibrierungssequenz durch. Sobald die Schwarzkalibrierung erfolgreich abgeschlossen wurde, werden die Tasten "Linkes Auge" und "Rechtes Auge" aktiviert, und eine Meldung "Schwarzkalibrierung erfolgreich" wird auf dem Bildschirm angezeigt.
- Beginn der Messung
- Klicken Sie auf die Schaltfläche "Linkes auge" oder "Rechtes Auge" auf dem Bildschirm, je nachdem, welches Auge gemessen wird.
- Stellen Sie sicher, dass das System die Meldung System to Subject es Eye ausrichtenzeigt. Stellen Sie sicher, dass das System an den Schüler des Teilnehmers ausgerichtet ist. Verwenden Sie den Joystick, um fein justieren.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche OK auf dem Bildschirm, um die MPOD-Messung zu starten. Die Messzeit beträgt 30 s. Mindestens 10 s werden benötigt, um die Parameter/Ergebnisse zu erhalten. Oben auf dem Bildschirm wird ein Countdown-Timer angezeigt, der anzeigt, wie viel Zeit für die Messung verbleibt. Bitten Sie den Teilnehmer, sich das Fixierungslicht anzusehen und ihn zu ermutigen, nur bei Bedarf zu blinken.
- Verwenden Sie den Joystick während der Messung, um sicherzustellen, dass das System in Übereinstimmung mit dem Schüler des Teilnehmers bleibt.
- Stellen Sie sicher, dass das System nach Abschluss der Messung eine Meldung mit der Angabe "Messung erfolgreich" anzeigt.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche OK, um den Abschluss zu erhalten.
- Wiederholen Sie die Schritte 4.4–4.6.6, um bei Bedarf das andere Auge zu testen. Der gesamte Prozess dauert ca. 2-3 min.
HINWEIS: Um die Messung auf demselben Auge zu wiederholen, warten Sie mindestens 30 s und wiederholen Sie dann die Schritte 4.6–4.6.6.
5. Periphere Messtechnik mit Reflektometer (Abbildung 3)
HINWEIS: Das ungetestete Auge fixiert sich auf ein Ziel, das die Platzierung des Stimulus an verschiedenen Exzentrizitäten aus der Fovea des getesteten Auges ermöglicht. Diese Methode erfordert eine normale Binokularität, um eine korrekte Positionierung des Auges zu ermöglichen, in dem die optische Dichte des Makulapigments gemessen wird.
- Geben Sie Teilnehmerinformationen in die Reflektometriesoftware ein.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Augentest ausführen.
- Periphere Spurkalibrierung
- Nachdem die Weiß-Schwarz-Kalibrierung durchgeführt wurde, drücken Sie die Linke-Oder-Rechts-Augen-Taste auf dem Bildschirm, je nachdem, welches Auge gemessen werden soll.
- Das System zeigt eine Meldung "System ausrichten" an das Auge des Betreffsan. Stellen Sie sicher, dass das System an den Schüler des Teilnehmers ausgerichtet ist. Verwenden Sie den Joystick, um fein justieren.
- Schalten Sie das LED-Licht am Gleissystem ein, das am weitesten rechts vom Teilnehmer entfernt ist. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Teilnehmer sowohl das Licht aus dem Inneren des Reflektometers mit dem rechten Auge als auch das rote LED-Licht mit der linken Seite sehen können.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, den geschulten Beobachter anzuweisen, die periphere Spur so lange anzupassen, bis er beide Reize nach besten Kräften überlagern kann.
HINWEIS: Es kann Unterschiede zwischen den Teilnehmern geben, inwieweit ihr überlagerter "Kalibrierungspunkt" aufgrund anatomischer Unterschiede ist.
- Beginn der Messung
- Schalten Sie das LED-Licht aus und schalten Sie das nächste LED-Licht (links) ein, um die nächste 1 Grad exzentrische Messung durchzuführen. Erklären Sie dem Teilnehmer, dass er das neue rote LED-Licht während der gesamten Messung betrachten muss.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche OK auf dem Bildschirm, um die MPOD-Messung zu starten. Die Messzeit beträgt 30 s. Oben auf dem Bildschirm wird ein Countdown-Timer angezeigt, der anzeigt, wie viel Zeit für die Messung verbleibt. Bitten Sie den Teilnehmer, sich das entsprechende rote LED-Licht anzusehen und ihn zu ermutigen, nur bei Bedarf zu blinken.
- Verwenden Sie den Joystick während der Messung, um sicherzustellen, dass das System in Übereinstimmung mit dem Schüler des Teilnehmers bleibt.
- Stellen Sie sicher, dass das System nach Abschluss der Messung eine Meldung mit der Angabe "Messung erfolgreich" anzeigt.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche OK, um den Abschluss zu erhalten.
- Wiederholen Sie die Schritte 5.3.1–5.4.5, um eine Messung erneut durchzuführen.
HINWEIS: Der gesamte Prozess dauert ca. 2–3 min. Für jeden Grad werden zwei Messungen empfohlen, um den Vergleich zu ermöglichen. Um Messungen an einer anderen Netzhautexzentrizität zu wiederholen, ändern Sie die Gradtrennung in Schritt 4.8.
6. Analyse (Abbildung 4)
- Erstellen Sie eine Kopie der zu analysierenden Datei.
HINWEIS: Die analysierte Datei wurde in den Schritten 4.6.6 und 5.4.5 generiert. Dieser Schritt ist nicht unbedingt erforderlich, ermöglicht aber verschiedene Analysen, die durchgeführt werden, ohne die Originaldaten zu ändern. - Öffnen Sie die Reflektometriesoftware auf dem Desktop.
- Klicken Sie auf der linken Seite der Anwendung auf Importieren, und wählen Sie die kopierte Datei aus, die geöffnet werden soll.
- Klicken Sie unter der Registerkarte Betreffdatensatz auf Bearbeiten. Ein neues Fenster wird geöffnet. Dadurch können Daten aus dem gewünschten Zeitintervall abgeführt werden.
- Verschieben Sie die untere Schiebeleiste von 0 auf 10 nach oben, um die ersten 10 s der Messung zu eliminieren.
HINWEIS: Die Schiebeleiste sollte 10–30 lesen. Diese Schiebeleisten können nach oben oder unten verschoben werden, um das gewünschte Zu analysierende Zeitintervall auszuwählen. (siehe Abbildung 4). - Klicken Sie auf die Schaltfläche Beenden auf der linken Seite dieses Fensters. Ein Warnfenster wird angezeigt. Wählen Sie OK aus, um die Intervallschnitte zu bestätigen.
- Klicken Sie unten links im Programm auf Analyzer starten (siehe Materialtabelle). Ein neues Fenster wird geöffnet.
- Klicken Sie unten auf der Seite auf "Beste Anpassung". Dadurch werden die ersten Daten, einschließlich L-OD und Z-OD, aufgepopt.
- Zeichnen Sie die Daten auf.
- Klicken Sie auf Zurücksetzen, um eine andere Analyseoption auszuwählen.
- Wählen Sie Makulapigment unter den Optionen Rezeptormodell aus.
- Klicken Sie auf Beste Anpassung, um den zweiten Datensatz, einschließlich MPOD, aufzufüllen.
- Klicken Sie auf Lösung speichern, um dieses Intervall zu speichern.
Representative Results
An dieser Studie nahmen acht Teilnehmer im Alter von 22 bis 29 Jahren teil. Tabelle 1 beschreibt, wie der Abstand berechnet wird, um jeden Grad der Exzentrizität vom Zentrum der Makula zu erhalten. Tabelle 2 enthält die Demografie der Teilnehmer. Die Studienstichprobe umfasst eine gleiche Anzahl von Männern und Frauen mit einer Vielzahl von Ethno-Rassenvielfalt. Tabelle 3 zeigt die durchschnittlichen Ergebnisse von MPOD, die sowohl von den Geräten als auch von L-OD und Z-OD aller an der Studie beteiligten Teilnehmer an verschiedenen Exzentrizitäten erzielt wurden. Die mittlere MPOD- und Standardabweichung, die durch das heterochromatische Flickerphotometer und die Reflektometrietechnik erreicht wurde, betrug 0,480 (SD 0,14) bzw. 0,593 (SD 0,161). Es bestand eine ausgezeichnete Korrelation zwischen der MPOD-Messung, die mit den Techniken mit dem Personenkorrelationskoeffizienten r = 0,92 (p < 0,001) durchgeführt wurde. Der Z-OD war zentral größer als der im Fohlenbereich gemessene L-OD. Das Verhältnis von L-OD zu Z-OD betrug zentral 1:2,61. Der Z-OD verringerte sich als Funktion der Exzentrizität in der Mitte der Fovea. Bei 1 Grad aus der zentralen Fovea verringerte sich die Konzentration von Z-OD, gemessen durch Refdometrie, signifikant, mit einem Anstieg der L-OD. Das Verhältnis von L-OD zu Z-OD bei 1 Grad aus zentraler Fixierung betrug 1,38:1,0. Im parafovealen Bereich bei 2 Grad von der zentralen Fixierung wurde das Lutein zum vorherrschenden Carotinoiden und das Verhältnis von L-OD zu Z-OD war 2,08:1,0. Die Tabellen 4, 5und 6 zeigen die Daten aller acht Themen. Bei der Untersuchung der Tabellen ist es offensichtlich, dass es eine signifikante interindividuelle Variabilität der L-OD-, Z-OD- und MPOD-Werte gibt, was darauf hindeutet, dass die physiologischen Grenzen der Normalität groß sein können.
Abbildung 1: Makulapigmentreflektometer. Makulapigment Reflektometer in diesem Experiment verwendet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Makulapigmentreflektometer Betriebsschema. Diagramm der internen Betriebsschemata des MPR-Geräts. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Peripheres Messspursystem. (A) Das Makulapigmentreflekometer mit dem peripheren Gleissystem 6,1 m entfernt. (B) Das Gleissystem mit einem Forscher, der auf das 0-Grad-LED-Licht zeigt. (C) Das gesamte System, wie es bei der Prüfung des Teilnehmers der Reihe erscheint. (D) Das Gleissystem mit dem 1-Grad-LED-Licht eingeschaltet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Fenster mit Schiebeleisten, die zum Bearbeiten von Messungen auf die gewünschte Zeit verwendet werden. Die Schiebeleisten, die zum Bearbeiten des gewünschten Zeitrahmens verwendet werden. Das Bild zeigt, wie die ersten 10 s entfernt werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Testabstand [m] | 3 | 4 | 5 | 6.1 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Abstand zwischen den Lichtern [m] | 0.052 | 0.07 | 0.087 | 0.107 | 0.122 | 0.14 | 0.157 | 0.175 |
Tabelle 1: Trennung zwischen Fixierleuchten in verschiedenen Entfernungen vom Ziel. Der Abstand zwischen den Lichtern ist der Wert für x in dieser Gleichung:
wobei d der Testabstand ist.
| Betreff | Alter | Geschlecht | Ethnizität | Rennen |
| 3002 | 27 | F | Hispanischen | Kaukasier/Mehr als eine Rasse |
| 3003 | 28 | F | Hispanischen | nichts |
| 3004 | 26 | F | Nicht hispanisch | Afroamerikaner |
| 3005 | 24 | M | Hispanischen | Asiatisch/Mehr als ein Rennen |
| 3006 | 27 | M | Nicht hispanisch | Asiatisch |
| 3007 | 25 | F | Nicht hispanisch | Afroamerikaner |
| 3009 | 29 | M | Hispanischen | Kaukasier/Mehr als eine Rasse |
| 3010 | 22 | M | Nicht hispanisch | Asiatisch |
Tabelle 2: Demographie der Studienteilnehmer. Die Tabelle zeigt Alter, Geschlecht und ethnische Zugehörigkeit der getesteten Teilnehmer. Das Durchschnittsalter der Teilnehmer lag bei 26 Jahren. Es gab ein Verhältnis von 1:1 von Männern zu Frauen. Die selbstidentifizierte ethnische Zugehörigkeit der Teilnehmer umfasste 50% Hispanic und etwa 37,5% der asiatischen oder mehr als ein Rennen.
| Mittlere L-OD | Mittelwert Z-OD | Mittelreflektometrie MPOD | Mittleres Z-L-Verhältnis | Mittelflimmer-Photomettry MPOD | |
| Zentrale | 0.247 | 0.425 | 0.593 | 2.61:1 | 0.48 |
| Peripher 1 deg | 0.402 | 0.122 | 0.248 | 1:1.38 | Nicht verfügbar |
| Peripher 2 grad | 0.366 | 0.03 | 0.143 | 1:2.08 | Nicht verfügbar |
Tabelle 3: Mittelwerte von Carotinoiden bei verschiedenen Exzentrizitäten. Die Tabelle zeigt die durchschnittlichen Ergebnisse der acht Studienteilnehmer. SD für mittlere zentrale L-OD (0,188) und mittleres zentrales Z-OD (0,142). SD für Mean Central MPOD von MPR (0.161) und SD für Mean Central MPOD des Reflektometers (0.14). SD für mittlere L-OD bei peripheren 1 Grad (0,224) und mittleres Z-OD bei peripheren 1 Grad (0,122). SD für mittleren MPOD von MPR bei peripheren 1 Grad (0,248). SD für mittlere L-OD bei peripheren 2 Grad (0,366) und SD für mittlere Z-OD bei peripheren 2 Grad (0,030). SD für mittleren MPOD von MPR bei peripheren 2 Grad (0,143).
| Teilnehmer | L-OD | Z-OD | MPOD | Z-L Verhältnis | 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 |
Tabelle 4: Individuelle optische Dichtemessungen an der zentralen Fixierung. Die Tabelle zeigt die Messungen, die bei der zentralen Fixierung für alle acht Teilnehmer ermittelt wurden.
| Teilnehmer | L-OD | Z-OD | MPOD | Z-L Verhältnis |
| 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 |
Tabelle 5: Individuelle optische Dichtemessungen mit einer zentralen Fixierung von 1 Grad. Die Tabelle zeigt die Messungen, die bei 1 Grad aus der zentralen Fixierung für alle acht Teilnehmer gewonnen wurden.
| Teilnehmer | L-OD | Z-OD | MPOD | Z-L Verhältnis |
| 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 |
Tabelle 6: Individuelle Optische Dichtemessungen mit optischen Dichte bei 2 Grad aus zentraler Fixierung. Die Tabelle zeigt die Messungen, die bei 2 Grad aus der zentralen Fixierung für alle acht Teilnehmer ermittelt wurden.
Discussion
Unsere Studie veranschaulicht die Technik und Methodik zur Durchführung von In-vivo-MPOD-Messungen an verschiedenen Foveal- und Parafovealregionen mit einem Reflektometer. Wir haben ein peripheres Gleissystem entwickelt und kalibriert, um Messungen bei 1 Grad und 2 Grad aus der zentralen Fixierung zu erhalten. Unsere Studienergebnisse zeigen, dass MPOD, L-OD und Z-OD in verschiedenen Foveal- und Parafovealregionen mit diesem Protokoll bei optischer Unendlichkeit gemessen werden können. Das Protokoll könnte für kürzere Entfernungen angepasst werden, wenn längere Räume in einer Klinik nicht zur Verfügung stehen. In diesem Fall ist jedoch eine Pärsäulenerweiterung erforderlich, um die aktive Unterbringung zu kontrollieren (siehe Tabelle 1).
Es gibt zwei kritische Schritte bei der Durchführung dieses Experiments: 1) die 0-Grad-Kalibrierung und 2) die Schwarzkalibrierung. Bei verwendung des peripheren Gleissystems zur Messung des MPOD und seiner Bestandteile außerhalb der Mitte ist die externe Fixierung für die 0-Grad-Kalibrierung oder Fovealmessung von größter Bedeutung. Wenn der Teilnehmer, dessen Auge gemessen wird, dieses Verfahren nicht versteht oder nicht die erforderlichen Schritte ausführen kann, werden die Messungen kompromittiert und fehlerhaft. Die Schwarzkalibrierung ist auch deshalb von entscheidender Bedeutung, weil sie es dem MPR ermöglicht, eine Basisspektrometermessung zu erstellen, wenn kein Licht vorhanden ist, die das Gerät dann mit allen werten vergleicht, die vom Motiv erhalten werden. Daher ist die Schwarzkalibrierung ein Muss für jeden Teilnehmer.
Unsere Studienergebnisse zeigen, dass die zentralen MPOD-Werte mit Daten aus früheren veröffentlichten experimentellen und histologischen Studienübereinstimmen 7,10,14. Darüber hinaus stellten wir fest, dass die MPOD-Werte mit zunehmender Netzhautexzentrizität abnehmen, wobei die MPOD-Werte am Fohlen im Vergleich zur parafovealen Region höher sind. Die Lutein- und Zeaxanthinspiegel variieren auch an verschiedenen Netzhautstellen, wobei sich die Lutein- und Zeaxanthin-Verhältnisse in Abhängigkeit von Derexzentrizität ändern. Wir fanden zentrale L-OD- und Z-OD-Verhältnisse von 1:2,6, die sich von der zentralen Fixierung auf 2,08:1 änderten. Dies steht im Einklang mit Berichten aus früheren Studien10,29. Wir fanden heraus, dass die Lutein- und Zeaxanthin-Spiegel erhebliche interindividuelle Variationen aufwiesen. Vorherige in vivo Laborexperimente haben nur drei Probanden ausgewertet, und es gibt begrenzte Informationen in diesem Bereich29. Wenn die signifikante interindividuelle Variation der Carotinoide richtig ist, dann würde dies die Notwendigkeit unterstützen, Basismaße von Carotinoiden zu erhalten und individuelle Nahrungsergänzungsmittel anzupassen. Weitere Forschung wird notwendig sein, um diese Feststellung einer hohen interindividuellen Variabilität von Lutein und Zeaxanthinspiegel bei gesunden Personen zu bestätigen. Frühere Veröffentlichungen und die Arbeit mit diesem MPR-Gerät zeigen, dass wiederholbare Messungen für MPOD sowohl unter undilated und erweiterter Pupillenlage erhalten werden können, obwohl die Wiederholbarkeit von L-OD- und Z-OD-Messungen verbessert wurde, als die Pupillen erweitert wurden25. In der vorliegenden Studie führten wir alle MPR-Messungen mit erweiterten Schülern durch. Da die Carotinoidspiegel in der Foveal-Peripherie und im parafovealen Bereich niedriger sind, kann es wichtig sein, die Pupille für eine konsistente Signalstärke und zuverlässige periphere Messungen zu verdünnen.
Wir haben verschiedene Methoden ausprobiert und schließlich unser Gleissystem entwickelt und getestet. Es erwies sich als der effektivste Weg, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Das System wurde getestet, indem drei Teilnehmer mehrmals untersucht wurden, um zu sehen, ob bei jedem Versuch ähnliche Ergebnisse erzielt werden konnten. Dazu gehörte die Messung der Teilnehmer bei drei verschiedenen Gelegenheiten über einen Zeitraum von zwei Monaten. Andere Methoden versuchten, das reflektometrische Okular zu modifizieren, indem eine Abdeckung mit vorgeschnittenen Schlitzen in der Mitte von 0, 1 und 2 Grad erstellt wurde. Diese Technik erwies sich als unwirksam, da die Schlitze zu nah beieinander lagen, als dass ein Subjekt angemessen unterscheiden konnte.
Es gibt mehrere Einschränkungen in dieser Studie. Die Studie erfordert, dass die Probanden eine normale Binokularität haben. Dadurch wird sichergestellt, dass sich das Motiv auf das Ziel fixieren kann, während das andere Auge gemessen wird. Probanden, die dieses Kriterium nicht erfüllen, können die Anweisungen nicht einhalten, fixieren sich nicht richtig, während sie den Reiz einstecken, und können mit dieser Technik nicht erfolgreich gemessen werden. Das Gleissystem war zuverlässig, aber seine Grenzen konnten in zukünftigen Studien angegangen werden. Das Protokoll könnte verbessert werden, indem man eingebaute rote LED-Befestigungsleuchten mit einem Teil eines Badal Optometersystems als Teil des Reflektometers hat. Dies würde es dem Teilnehmer ermöglichen, sich auf die gewünschte Exzentrizität zu fixieren, wobei das Auge mit entsprechender Anpassung der Linse gemessen wird.
Derzeit gibt es keine alternativen Techniken zur Messung von In-vivo L-OD und Z-OD. Es gibt jedoch alternative Geräte, die MPOD messen. Ein solches Gerät ist das in dieser Studie verwendete heterochromatische Flimmerphotometer. Das heterochromatische Flimmerphotometer verwendet eine psychophysikalische Testmethode und kann keine individuellen Lutein- und Zeaxanthinwerte bestimmen. Die zentralen MPOD-Messungen, die mit einem heterochromatischen Flickerphotometer durchgeführt wurden, lagen im Durchschnitt um 0,11 niedriger als die des MPR-Geräts mit einer Standardabweichung von 0,16. Die MPOD-Messung, die mit beiden Techniken durchgeführt wurde, hatte eine ausgezeichnete Korrelation, wie zuvor berichtet25.
Obwohl die aktuelle Studie eine kleine Stichprobengröße hat, sollte sie das Konzept beweisen, dass periphere Messungen der optischen Dichte von Zeaxanthin und Lutein mit einem Reflektometriegerät erreicht werden können. Unserer Kenntnis nach hatten andere In-vivo-Studien deutlich geringere Stichprobengrößen als die in dieser Studie verwendete Probe. Daher sind wir zuversichtlich, dass unsere Ergebnisse zeigen, dass die In-vivo-Carotinoiddichte an der Foveola-, Foveal-Peripherie und der parafovealen Region mit einem Reflektometer gemessen werden kann. Unsere Studie beleuchtet weiter, wie zeaxanthin und lutein in den zentralen und peripheren Makularegionen innerhalb der menschlichen Netzhaut verteilt sind. Da wir eine bemerkenswerte Variation der Werte unter unseren Studienteilnehmern gefunden haben, sind größere Studien sowohl in vivo als auch in vitro erforderlich, um lutein und Zeaxanthinverteilung, Niveaus und Verhältnisse innerhalb der allgemeinen Bevölkerung besser zu verstehen.
Disclosures
Dr. Pinakin Davey ist Berater für ZeaVision und Dr. Dennis Gierhart ist Mitarbeiter, Chief Scientific Officer ZeaVision Hersteller von MPR-Geräten. Andere Autoren berichten von keinen Konflikten.
Acknowledgments
Wir danken dem WesternU College of Optometry und dem Master of Science in Medical Sciences Programm an der WesternU für ihre Unterstützung und Unterstützung. Wir danken ZeaVision auch für die großzügige Unterstützung und Finanzierung.
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
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