Summary
Vi presenterar ett protokoll för att bestämma nivåerna av övergripande makulapigment, lutein och zeaxantin optisk densitet i de centrala och parafveal regionerna i näthinnan. Protokollet innehåller ett nytt justerbart spårsystem som används för att mäta makulapigmentoptisk densitet i fölalexcentriciteten.
Abstract
Den makulapigmentreflektor (MPR) mäter objektivt den totala makulapigmentoptisk densitet (MPOD) och ger ytterligare lutein optisk densitet (L-OD) och zeaxantin optisk densitet (Z-OD) i den centrala 1 graden av fovea. En ändring av tekniken har utvecklats för att utvärdera in vivo karotenoid densitet excentrisk till fovea. Ett justerbart spårsystem med röda LED-lampor placerades 6,1 m bort från deltagaren för att underlätta okulär fixering. Ljus var fördelade på lämpligt sätt för att skapa steg om 1 grad retinal skillnader under reflektomiska mätningar. Alla reflektrar mätningar erhölls med pupillary dilatation. Det genomsnittliga MPR-MPOD-värdet för den centrala mätningen var 0,593 (SD 0,161) med ett L-OD- och Z-OD-förhållande på 1:2,61. MPR-MPOD-värdet vid 1 grad var 0,248 och det genomsnittliga MPR-MPOD-värdet vid 2 grader i parafosalregionen var 0,143. L-OD till Z-OD förhållandet på 1 grad och 2 grader utanför centrum var 1,38:1.0 och 2.08:1.0, respektive. Resultaten visar att MPOD-mätningar som erhållits med hjälp av MPR minskar som en funktion av retinal excentricitet och att det finns en högre koncentration av zeaxantin centralt jämfört med lutein. L-OD till Z-OD förhållandet förändras med fveal excentricitet, med två gånger mer luta än zeaxantin på 2 grader utanför centrum. Vår teknik ger framgångsrikt en snabb in vivo metod för mätning av makulapigment optisk densitet vid olika fveal excentriciteter. Resultaten överens med tidigare publicerade in vivo och in vitro xanthophyll karotenoid densitet distribution mätningar.
Introduction
Åldersrelaterad makuladegeneration (AMD) är en ledande orsak till blindhet och står för 8,7% av blindhet över hela världen1. Riskfaktorer i samband med AMD inkluderar ökande ålder, kvinnligt kön, rökning, ljus iris färg, lipid obalans, livstid exponering för solljus och ultraviolett strålning, systemiskt lägre nivåer av antioxidanter, lägre makulapigment optisk densitet (MPOD), genetik, och ras2. Av dessa, modifierbara riskfaktorer är rökavvänjning, oral tillskott av antioxidanter, och karotenoider. Karotenoider är naturliga pigment som finns i växter och mikroorganismer, och är effektiva antioxidanter3. De produceras av fotosyntetiska organismer; människor får karotenoider från sin kost3,4. Makulapigment består av tre karotenoider: lutein, zeaxantin och meso-zeaxantin4. Xanthophylls lutein och zeaxantin5 finns i näthinnan, särskilt gula fläcken, och ge fovea dess gula färg6. Högre koncentrationer av xantofyllar observeras i axonerna av fotoreceptorerna och inre plexiformlager av näthinnan5,7. Intaget av karotenoider, som lutein och zeaxantin, ökar nivån av makulapigment. Lutein och zeaxantin erhålls från intag av kosten eller med näringstillskott, medan meso-zeaxantin är helt enkelt en biprodukt av metabolismen av lutein3,7,8. Lutein och zeaxantin koncentrationer skiljer sig åt i de olika regionerna av näthinnan. Centralt, i fovea, zeaxantin koncentration är större än lutein, med ett förhållande på 2.3:19,10. Koncentrationen av karotenoider minskar 100 gånger per mm i fostrets periferi, där lutein är vanligare än zeaxantin, med ett förhållande på 2,4:19,10.
Förekomsten av xanthophylls i näthinnan skyddar näthinnan kretsar, särskilt i fovea och gula fläcken, och är avgörande för central vision. Xanthophylls skyddar näthinnan med två möjliga mekanismer: 1) filtrering blått ljus och 2) minskaoxidativ stress5,11,12,13. Blått ljus sprider sig mest i näthinnan och högre nivåer av makulapigment absorberar centralt det spridda ljuset och förbättrar därmed synen. Dessutom består den blå delen av det synliga spektrumet av hög energi, korta våglängder som kan resultera i produktion av stora mängder reaktiva syrearter i näthinnan. Därför är det tänkt att karotenoider minska oxidativ börda på gula fläcken genom att fungera som antioxidanter i den inre näthinnan och fotoreceptor retinal pigment epitelial komplex genom att släcka dessa fria radikaler5,12,13,14.
Mätning av retinal karotenoider har större konsekvenser i systemisk hälsa. En nyligen genomförd studie visade att karotenoid terapi förbättrar retinal funktion hos diabetiker utan några ändringar i blodsockernivåerna15. Nivåerna av karotenoid densitet i näthinnan är också starkt korrelerade med nivåerna i hjärnan16. Karotenoid nivåer kan vara avgörande i utvecklingsåren17,18,och nivåer i hjärnan minska med ålder19. MPOD-nivåerna är relaterade till neuroprotektion och neural effektivitet hos både barn och äldre20,21. Således finns det ett behov av att mäta MPOD och dess egenskaper kliniskt. Detta kommer att spela en roll i diagnos, förvaltning och behandling av olika okulär och systemiska villkor7,15,16,17,18,19,20,21.
Den nuvarande kommersiellt tillgängliga MPOD mätteknik är heterkromatiska flimmer fotometrar (HFP), som är baserade på psykofysiska tester. Dessa mäter en 1 graders patch på fovea, vilket uppgår till en ~ 0,30 mm diameter cirkel22. Även om dessa typer av enheter har visat sig vara tillförlitliga, de begränsas av sin subjektiva karaktär, är tidskrävande att använda, och kan inte skilja de enskilda mängder xantophylls som bildar MPOD13,22,23,24. Den makulapigmentreflektor (se Materialtabell), även kallad reflektor (se figur 1), behandlar dessa begränsningar genom att objektivt mäta MPOD och dess enskilda komponenter av lutein och zeaxantin (xantophylls)25. Reflektorn använder en UV/IR-filtrerad och kolliderad kvartshalogenkälla för att skicka en kontrollerad ljusstråle till näthinnan (se schematisk figur 2) och de interna filtren absorberar det mesta av den strålning som produceras. Därför finns det liten eller ingen risk för strålningsexponering för deltagaren. De olika kromoforerna och strukturerna i det mänskliga ögat och motsvarande absorptions- och reflektansmönster beskrivs väl i litteraturen26,27,28. Analys av det reflekterade ljus som bearbetas av den interna spektrometern möjliggör kvantitativ isolering och mätning av lutein och zeaxantin optisktäthet (L-OD, Z-OD) tillsammans med den totala MPOD. Den tredje retinal karotenoid meso-zeaxanthin är spectrally oskiljaktiga från zeaxantin och därmed Z-OD representerar en kombination av både karotenoider29. Tidigare arbete har visat att reflektivitet är tillförlitligt vid mätning av centrala L-OD, Z-OD och MPOD25,29.
Syftet med den aktuella studien är att skapa en teknik som kan användas för att producera in vivo uppskattningar av zeaxantin och lutein nivåer i foveal och parafantial retinal regioner hos människor. Ytterligare mål är att jämföra resultaten med tidigare publicerade laboratorie- och histologiresultat14,29. Tillvägagångssättet utvecklades och beskrivs i detta manuskript och dess utnyttjande vid sidan av reflektör för att mäta den perifoveal MPOD är ny. Denna teknik kan användas med alla befintliga reflektorienhet utan större ändringar för att mäta retinal nivåer av enskilda karotenoider, såsom L-OD och Z-OD, på olika fveal och parafveal platser.
I studien som presenteras i detta manuskript ingår åtta deltagare från 22–29 år. Våra metoder inkluderar att först genomföra en rutinmässig oftalmisk undersökning för att säkerställa att deltagarna i studien uppfyller inkluderingskriterierna. Efter att ha fått informerat samtycke genomgick varje studiedeltagare följande fyra tester: 1) en kommersiellt tillgänglig heterkromatisk flimmer fotometer anordning utnyttjades för att få en central MPOD mätning; 2) en reflektor anordning användes för att få två centrala mätningar; 3) med samma reflektoranordning tillsammans med det perifera spårsystemet, mätningar av karotenoidnivåer vid en 1 grad excentricitet, som är en diametercirkel på 0,30 mm, var centrerad på 0,30 mm från den centrala fovea; 4) med samma uppställning, karotenoid nivåer på en 2 graders excentricitet, en 0,30 mm diameter cirkel placeras vid kanten av fovea (en parafoveal region), mättes också.
MPR mätningar utfördes efter dilating varje deltagares elev med 1% tropicamide ophthalmic droppar. Det är känt att pupillary dilatation inte behövs för att få MPOD-värden med reflektivitet, men det kan förbättra repeterbarheten av L-OD och Z-OD mätningar25,29. Detta beror möjligen på att mätningar som erhållits från näthinnan med reftometern hade bättre signal-brus-förhållande när eleverna vidgades. För de exakta och stabila perifera reflektometrimätningarna använde deltagarna fixeringsmål som placerades vid optisk oändlighet30,31.
Vi fick reflektormätningar för 30 s och kasserade de första 10 s data. Detta förfarande har två fördelar: 1) signalkällan är ljus och gör det möjligt för ögonen att anpassa sig och anpassa sig till uppgiften; och 2) viktigast av allt, ljusreceptorpigmentet bleker under de första 10 s. Eliminera därför de första 10 s mätningen möjliggör en mer stabil och korrekt signal29. Vi utförde alla reflekttester två gånger i den aktuella studien, varefter vi snittade mätningarna för att få genomsnittliga MPOD, L-OD och Z-OD-värden och förhållandet mellan Z-OD/ L-OD för varje deltagare.
Protocol
Alla ämnen rekryterades på en enda plats, Western University of Health Sciences. Studien godkändes av den institutionella granskningsnämnden vid Western University of Health Sciences, Pomona, Kalifornien, USA, och genomfördes i enlighet med grundsatserna i Helsingforsdeklarationen. Före deltagandefick alla deltagare en detaljerad förklaring av studien och undertecknade ett informerat samtyckesformulär innan någon standardiserad oftalmisk utvärdering genomfördes.
1. Deltagare rekrytering
- Inkludera deltagare som är minst 18 år och har en synskärpa på 20/40 eller bättre.
- Inkludera deltagare med kliniskt obetydliga tillstånd som grå starr, isolerade drusen, bakre glaskropp avlossning, familjär drusen i perifera och perifera retinal villkor, såsom galler degeneration, eller retinal pigment epitelial defekter. Se till att deltagarna har normal kikare och att de inte har undertryckande32.
- Åstadkomma detta genom administrering av ett undertryckande test32. Detta är ett avgörande steg eftersom deltagarna i avsaknad av normal kikare inte kommer att kunna känna igen fixeringsmålet och mätningen av ljuskällan samtidigt och därmed bekräfta lämplig placering av mätning i fovea- och parafovealregionerna.
- Exkludera alla deltagare yngre än 18 år, med synskärpa värre än 20/40, med retinal skador i makularegionen (centrala delen av näthinnan), glaukom, diabetesretinopati, blödning, svår katarakt eller glaskropp opacitetförhindra oftalmisk avbildning eller MPR mätningar.
- Uteslut deltagare som inte kan utföra mätningarna med hjälp av heterkromatisk flimmerfotometri eller reflektiv, de för vilka enheterna inte kan tillhandahålla MPOD-värden eller de med okulär undertryckande.
2. Skapande av det perifera spårsystemet (figur 3)
- Få ett skjutbart spår med en ca 1 m (3,5 fot) lång aluminiumskena som innehåller ett ihåligt drag med plats för ett skjutbart spår, till exempel en dörrväderremsa.
- Montera spåret 6,1 m (20 fot) från motivet sitter vid MPR för de reflektrikmätningar som ska utföras. Se till att spåret är 1,5 m från marken för att vara på samma höjd som deltagarens öga under reflektivmätningen.
- Montera tre 1 cm x 1 cm fjärrstyrda LED-lampor på det skjutbara spåret så att ljusens centrum är fördelade 10,7 cm från varandra.
OBS: 10,7 cm innebär varje grad och fastställdes eftersom varje LED-lampa är 6,1 m från deltagaren. Avståndet på 6,1 m (~ 20 fot) är det minsta avståndet för att få en sann optisk oändlighet, men om ett spårsystem skapas på ett ytterligare avstånd, skulle avståndet mellan varje LED-ljus förändras och ett nytt avstånd skulle behöva beräknas trigonometriskt. (Se tabell 1). Om färre än 6 m utnyttjas är pupillary dilation lämpligt att minimera okulär boende.
3. Mätningar med en heterkromatisk flimmer fotometer
Obs! Detta steg är för ytterligare datainsamling och är inte nödvändigt för perifera mätningar med reflektorn.
- Ingjuta konstgjorda tårar i båda ögonen, be deltagaren att blinka några gånger, och lappa ögat som inte testas.
- Förklara proceduren för deltagaren.
- Instruera deltagaren att titta på det centrala fixeringsmålet för den heterkromatiska flimmerfotometern synlig genom okularoch att trycka på klickern varje gång de observerar målet flimmer. Kontrollera att fixeringsmålet flimrar totalt fem gånger för att fastställa det ursprungliga tröskelvärdet.
- Visa resultatet av det ursprungliga tröskelvärdet och påminn deltagaren att klicka på knappen varje gång det centrala fixeringsmålet flimrar när testet fortsätter i 45 s till 1 min.
- Ett diagram och MPOD-värde visas på kontrollskärmen tillsammans med ett tillförlitlighetsindex. Kontrollera att "acceptabelt" visas på tillförlitlighetsindexet. Upprepa testet om resultaten indikerar "gränsfall" eller "oacceptabel" tills ett "godtagbart" tillförlitlighetsindex har erhållits.
- Klicka på nästa gröna pil som visas på kontrollskärmen när deltagaren har avslutat testet för att spara resultaten.
4. Centralt mätförfarande med reflektorn
OBS: De efterföljande stegen kommer att leda till mätning av enskilda karotenoider. Detta utförs med reflektorn. De centrala mätningarna behöver inte utföras för att mäta perifera mätningar med reflektorn. De centrala mätningarna är dock viktiga för klinisk användning.
- Mata in deltagarinformationen i reflektorprogramvaran.
- Klicka på fliken Kör ögontest.
- Vit kalibrering
OBS: Detta är ett avgörande steg i kalibreringen av spektrometern inom reflektorenheten till helspektrumvitt prov. Detta utförs en gång om dagen när enheten slås på av teknikern. En deltagare behövs inte för det här steget.- Klicka på knappen Vit bredvid Kalibrera.
- Sätt i det vita kalibreringsröret på reflektorn när meddelandet instruerar användaren att sätta in det "vita kalibreringsröret" visas på skärmen.
- Klicka på OK när det vita kalibreringsröret har satts in för att påbörja den vita kalibreringen. Kontrollera att knappen Svart bredvid Kalibrera har aktiverats när meddelandet Vit kalibrering har visats på skärmen.
- Svart kalibrering
- Ingjuta en droppe konstgjorda tårar i deltagarens ögon och få dem att placera hakan på hakan resten.
- Instruera deltagaren att placera blicken nära ögonkoppen. Använd joysticken, placera försiktigt systemet så att ögonkoppen pressar mot deltagarens ögonhåla och blockerar rumslampan från systemet.
- Klicka på knappen Svart för att välja Kalibrera och justera systemet till deltagarens elev. Korrekt inriktning uppnås när eleven är centrerad i cirkeln som visas på pekskärmen.
- Instruera deltagaren att justera vridknappen på systemets framsida för att få ett tydligt mål.
- Klicka på OK när deltagaren har anpassat systemet på rätt sätt till sin vision. Systemet kommer automatiskt att genomföra en svart kalibreringssekvens. När svart kalibrering har slutförts aktiveras knapparna Vänster öga och Höger öga och ett lyckat meddelande om svart kalibrering visas på skärmen.
- Mätningens början
- Klicka på vänster öga eller höger öga knappen på skärmen beroende på vilket öga som mäts.
- Kontrollera att meddelandet Anpassa systemet till Ämnets öga. Se till att systemet är anpassat till deltagarens elev. Använd joysticken för att göra fina justeringar.
- Klicka på OK knappen på skärmen för att starta MPOD-mätningen. Mättiden är 30 s. Minst 10 s behövs för att få parametrarna/resultaten. En nedräkningstimer visas högst upp på skärmen som visar hur mycket tid som återstår för mätningen. Be deltagaren att titta på fixeringslampan och uppmuntra dem att bara blinka när det behövs.
- Använd joysticken under mätningen för att säkerställa att systemet håller sig i linje med deltagarens elev.
- Kontrollera att systemet visar ett meddelande som anger mätningen lyckades när mätningen är klar.
- Klicka på OK knappen för att avsluta.
- Upprepa steg 4.4–4.6.6 för att testa det andra ögat om det behövs. Hela processen tar ca 2-3 min.
OBS: För att upprepa mätningen på samma öga vänta minst 30 s sedan upprepa steg 4.6–4.6.6.
5. Perifer mätteknik med reflektor (figur 3)
OBS: Det oprövade ögat kommer att fixera på ett mål som möjliggör placering av stimulans på olika excentriciteter från fovea av det testade ögat. Denna metod kräver normal kikare för att möjliggöra korrekt placering av ögat där den macular pigment optisk densitet mäts.
- Information om inmatningsdeltagare i reflektivprogramvara.
- Klicka på fliken Kör ögontest.
- Kalibrering av kringutrustning
- När den vita och svarta kalibreringen har utförts trycker du på vänster öga- eller högeröga på skärmen beroende på vilket öga som ska mätas.
- Systemet visar ett meddelande Justera systemet till Motivets öga. Se till att systemet är anpassat till deltagarens elev. Använd joysticken för att göra fina justeringar.
- Slå på LED-lampan på spårsystemet som ligger längst till höger till deltagaren. Vid denna tid bör deltagaren kunna se både ljuset inifrån reflektorn med höger öga och det röda LED-ljuset med vänster.
- Instruera deltagaren att rikta den utbildade observatören att justera det perifera spåret tills de kan överlagra båda stimuli efter bästa förmåga.
OBS: Det kan finnas variation mellan deltagarna på hur långt deras överlagrade "kalibreringspunkt" beror på anatomiska skillnader.
- Mätningens början
- Stäng av LED-lampan och slå på nästa LED-lampa (till vänster) för att utföra nästa 1 graders excentriska mätning. Förklara för deltagaren att de behöver titta på det nya röda LED-ljuset under hela mätningen.
- Klicka på OK knappen på skärmen för att starta MPOD-mätningen. Mättiden är 30 s. En nedräkningstimer visas högst upp på skärmen som visar hur mycket tid som återstår för mätningen. Be deltagaren att titta på lämpligt rött LED-ljus och uppmuntra dem att bara blinka när det behövs.
- Använd joysticken under mätningen för att säkerställa att systemet håller sig i linje med deltagarens elev.
- Kontrollera att systemet visar ett meddelande som anger mätningen lyckades när mätningen är klar.
- Klicka på OK knappen för att avsluta.
- Upprepa steg 5.3.1–5.4.5 för att göra om en mätning.
OBS: Hela processen tar ca 2-3 min. Två mätningar rekommenderas för varje grad för att möjliggöra jämförelse. För att upprepa mätningar vid en annan retinal excentricitet, ändra gradens separation i steg 4.8.
6. Analys (figur 4)
- Gör en kopia av filen som ska analyseras.
Filen som analyserades skapades i steg 4.6.6 och 5.4.5. Detta steg är inte nödvändigt men möjliggör olika analyser som utförs utan att ändra de ursprungliga uppgifterna. - Öppna reflektivprogramvaran på skrivbordet.
- Klicka på Importera till vänster i programmet och välj den kopierade filen som ska öppnas.
- Klicka på Redigera under fliken Ämnespost. Ett nytt fönster öppnas. Detta hjälper dig att hämta data från önskat tidsintervall.
- Flytta det nedre skjutfältet uppåt från 0 till 10 för att eliminera de första 10 s måttet.
Bildfältet ska läsas 10–30. Dessa bildstaplar kan flytta uppåt eller nedåt för att välja önskat tidsintervall att analysera. (se figur 4). - Klicka på knappen Avsluta till vänster i fönstret. Ett varningsfönster dyker upp. Välj OK för att bekräfta intervallnedskärningarna.
- Klicka på Starta analysator längst ned till vänster i programmet (se Materialförteckning). Ett nytt fönster öppnas.
- Klicka på Bästa passform längst ned på sidan. Detta kommer att fylla i den första uppsättningen data, inklusive L-OD och Z-OD.
- Registrera data.
- Klicka på Återställ för att välja ett annat analysalternativ.
- Välj Macular Pigment under receptormodellalternativen.
- Klicka på Bästa passform för att fylla i den andra uppsättningen data, inklusive MPOD.
- Klicka på Spara lösning för att spara det här intervallet.
Representative Results
I studien ingick åtta deltagare mellan 22 och 29 år. I tabell 1 beskrivs hur man beräknar avståndet för att uppnå varje grad av excentricitet från mitten av gula fläcken. Tabell 2 ger deltagarnas demografi. Studieprovet omfattar lika många män och kvinnor med en mängd olika etnorasmångfald. Tabell 3 visar medelvärdena av MPOD som erhållits genom både enheter och L-OD och Z-OD av alla deltagare som deltar i studien vid olika excentriciteter. Den genomsnittliga MPOD och standardavvikelsen som erhölls av den heterkromatiska flimmerfotometern och reflektörstekniken var 0,480 (SD 0,14) respektive 0,593 (SD 0,161). Det fanns utmärkt korrelation mellan MPOD mätning erhålls med hjälp av tekniker med Person korrelationskoefficient r = 0,92 (p < 0,001). Z-OD var större centralt jämfört med L-OD mätt i fvealregionen. L-OD till Z-OD förhållandet centralt var 1:2,61. Z-OD minskade som en funktion av excentricitet i mitten av fovea. Vid 1 grad från den centrala fovea koncentrationen av Z-OD mätt med refometry minskade avsevärt, med en ökning av L-OD. L-OD till Z-OD förhållandet på 1 grad från central fixering var 1.38:1.0. I parafveal regionen vid 2 grader från central fixering lutein blev den dominerande karotenoid och L-OD till Z-OD förhållandet var 2.08:1.0. Tabellerna 4, 5och 6 visar de uppgifter som erhållits från alla åtta ämnena. Undersöka tabellerna är det uppenbart att det finns betydande interindividuella variationer av L-OD, Z-OD och MPOD värden, vilket tyder på att de fysiologiska gränserna för normalitet kan vara stora.
Figur 1: Makulapigmentreflektor. Makulapigmentreflektor som används i detta experiment. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Macular pigment reflektor operativa schematic. Diagram över MPR-enhetens interna operativa scheman. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Perifert mätspårssystem. (A)Den makulapigmentreflektor med det perifera spårsystemet 6,1 m bort. (B) Spårsystemet med en forskare som pekar på 0 graders LED-ljus. (C) Hela systemet som det verkar när deltagaren testas. (D) Spårsystemet med den 1 graders LED-lampan tänd. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Fönster som visar bildfält som används för att redigera mått till önskad tid. De bildstaplar som används för att redigera önskad tidsram. Bilden visar de första 10 s tas bort. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Testavstånd [m] | 3 | 4 | 5 | 6.1 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Avstånd mellan ljus [m] | 0.052 | 0.07 | 0.087 | 0.107 | 0.122 | 0.14 | 0.157 | 0.175 |
Tabell 1: Separation mellan fixeringsljus på olika avstånd från målet. Avståndet mellan lamporna är värdet för x i den här ekvationen:
där d är provningsavståndet.
| Ämne | Ålder | Kön | Etnicitet | Ras |
| 3002 | 27 | F | Spansktalande | Kaukasiska/Mer än ett lopp |
| 3003 | 28 | F | Spansktalande | Ingen |
| 3004 | 26 | F | Inte spansktalande | Afroamerikanska |
| 3005 | 24 | M | Spansktalande | Asiatiska/Mer än ett lopp |
| 3006 | 27 | M | Inte spansktalande | Asiatiska |
| 3007 | 25 | F | Inte spansktalande | Afroamerikanska |
| 3009 | 29 | M | Spansktalande | Kaukasiska/Mer än ett lopp |
| 3010 | 22 | M | Inte spansktalande | Asiatiska |
Tabell 2: Demografi hos deltagarna i studien. Tabellen visar de testade deltagarnas ålder, kön och etnicitet. Deltagarnas medelålder var 26 år. Det fanns en 1:1 förhållande av män och kvinnor. Den självidentifierade etnicitet deltagarna ingår 50% spansktalande och cirka 37,5% av antingen asiatiska eller mer än en ras.
| Genomsnittlig L-OD | Medelvärde Z-OD | Genomsnittlig reflektometri MPOD | Genomsnittlig Z-L-förhållande | Mean-Flicker fotomettry MPOD | |
| Centrala | 0.247 | 0.425 | 0.593 | 2.61:1 | 0.48 |
| Perifert 1 deg | 0.402 | 0.122 | 0.248 | 1:1.38 | Ej tillgängligt |
| Perifera 2 deg | 0.366 | 0.03 | 0.143 | 1:2.08 | Ej tillgängligt |
Tabell 3: Medelvärden för karotenoider vid olika excentriciteter. Tabellen visar medelvärdena från de åtta deltagarna i studien. SD för genomsnittlig central L-OD (0,188) och medelvärdet för centrala Z-OD (0,142). SD för genomsnittlig central mpod av MPR (0,161) och SD för Mean Central MPOD av reflektorn (0,14). SD för genomsnittlig L-OD vid perifer 1 grad (0,224) och genomsnittlig Z-OD vid perifer 1 grad (0,122). SD för genomsnittlig MPOD av MPR vid perifer 1 grad (0,248). SD för genomsnittlig L-OD vid perifer 2 grader (0,366) och SD för genomsnittlig Z-OD vid perifer 2 grader (0,030). SD för genomsnittlig MPOD av MPR vid perifer 2 grad (0,143).
| Deltagare | L-OD (l-OD) | Z-OD (ö-od) | MPOD (mpod) | Z-L-förhållande | Parlamentsledamöter |
| 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 |
Tabell 4: Individuella karotenoidoptiskdensitetsmätningar som erhålls vid central fixering. Tabellen visar de mätningar som erhållits vid central fixering för alla åtta deltagarna.
| Deltagare | L-OD (l-OD) | Z-OD (ö-od) | MPOD (mpod) | Z-L-förhållande |
| 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 |
Tabell 5: Individuella karotenoidoptiskdensitetsmätningar som erhålls på 1 grad från central fixering. Tabellen visar de mätningar som erhållits på 1 grad från central fixering för alla åtta deltagarna.
| Deltagare | L-OD (l-OD) | Z-OD (ö-od) | MPOD (mpod) | Z-L-förhållande |
| 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 |
Tabell 6: Individuella karotenoidoptiskdensitetsmätningar som erhålls vid 2 grader från central fixering. Tabellen visar de mätningar som erhållits vid 2 grader från central fixering för alla åtta deltagarna.
Discussion
Vår studie illustrerar tekniken och metoden för att utföra in vivo MPOD mätningar i olika fveal och parafveal regioner med hjälp av en reflektor enhet. Vi utvecklade och kalibrerade ett perifert spårsystem för att få mätningar på 1 grad och 2 grader från den centrala fixeringen. Våra studieresultat visar att MPOD, L-OD och Z-OD kan mätas i olika fveal och parafoveal regioner med hjälp av detta protokoll vid optisk oändlighet. Protokollet skulle kunna anpassas för kortare avstånd när långa rum inte finns på en klinik. I så fall kommer det dock att krävas pupeldilatation för att kontrollera ett aktivt inkvartering (se tabell 1).
Det finns två kritiska steg när du utför detta experiment: 1) 0 graders kalibrering och 2) den svarta kalibreringen. När du använder det perifera spårsystemet för att mäta MPOD och dess beståndsdelar utanför centrum är den externa fixeringen för kalibrering eller fölmätning av 0 grader av yttersta vikt. Om deltagaren vars öga mäts inte förstår detta förfarande eller inte kan utföra de nödvändiga stegen, kommer mätningarna att äventyras och vara felaktiga. Den svarta kalibreringen är också kritisk eftersom den gör det möjligt för MPR att fastställa en referensspektrometermätning när inget ljus finns, som enheten sedan jämför med alla värden som erhållits från motivet. Därför är den svarta kalibreringen ett måste för varje deltagare.
Våra studieresultat visar att de centrala MPOD-nivåerna matchar data från tidigare publicerade experimentella och histologiska studier7,10,14. Dessutom fann vi att nivåerna för MPOD minskar med ökande retinal excentricitet, med MPOD värden är större på fveal jämfört med parafosal regionen. Lutein och zeaxantin nivåer varierar också på olika retinal platser med lutein och zeaxantin nyckeltal förändras som en funktion av excentricitet. Vi hittade centrala L-OD och Z-OD nyckeltal på 1:2.6, som ändrats till 2,08:1 vid 2 grader från central fixering. Detta är förenligt med rapporter från tidigare studier10,29. Vi fann att lutein och zeaxantin nivåer visade betydande interindividual variation. Tidigare laboratorieexperiment i vivo har endast utvärderat tre patienter och det finns begränsad information på detta område29. Om den betydande interindividuella variationen av nivåerna av karotenoider är korrekt, då detta skulle stödja behovet av att få baslinje åtgärder av karotenoider och skräddarsy enskilda kosttillskott. Ytterligare forskning kommer att behövas för att bekräfta detta konstaterande av hög interindividuell variabilitet av lutein och zeaxantin nivåer hos friska individer. Tidigare publikationer och arbete med denna MPR-enhet visar att repeterbara mätningar kan erhållas för MPOD i både oskalade och vidgade pupillary villkor, även om upprepning av L-OD och Z-OD mätningar förbättrades när eleverna vidgades25. I den aktuella studien utförde vi alla MPR-mätningar med dilaterade elever. Med tanke på att karotenoidnivåerna är lägre vid foveal periphery och parafosal regionen, kan det vara viktigt att vidga eleven för konsekvent signalstyrka och tillförlitliga perifera mätningar.
Vi försökte olika metoder, och slutligen utvecklat och testat vårt spårsystem. Det visade sig vara det mest effektiva sättet att uppnå tillförlitliga resultat. Systemet testades genom att undersöka tre deltagare flera gånger för att se om liknande resultat kunde uppnås med varje försök. Detta inkluderade att mäta deltagarna vid tre olika tillfällen under en tvåmånadersperiod. Andra metoder försökte ingår att ändra reflektivt okular genom att skapa ett lock med förskurna slitsar på 0, 1 och 2 grader utanför centrum. Denna teknik visade sig vara ineffektiv eftersom slitsarna var för nära varandra för att ett ämne att på lämpligt sätt skilja.
Det finns flera begränsningar i denna studie. Studien kräver att försökspersonerna har normal kikare. Detta säkerställer att ämnet kommer att kunna fixera på målet medan det andra ögat mäts. Ämnen som inte uppfyller detta kriterium kommer inte att kunna följa instruktionerna, kommer inte att fixera ordentligt när du aktiverar stimulans, och kan inte mätas med hjälp av denna teknik. Spårsystemet var tillförlitligt, men dess begränsningar kunde åtgärdas i framtida studier. Protokollet kan förbättras genom att ha inbyggda röda LED fixeringsljus med en del av en Badal optometer system som en del av reflektorn. Detta skulle göra det möjligt för deltagaren att fixera vid önskad excentricitet med ögat mäts med lämplig inkvartering av lins.
För närvarande finns det inga alternativa tekniker för att mäta in vivo L-OD och Z-OD. Alternativa enheter som mäter MPOD finns dock. En sådan enhet är den heterkromatiska flimmer fotometer som används i denna studie. Den heterkromatiska flimmer fotometer n använder en psykofysisk metod för testning och kan inte bestämma enskilda lutein och zeaxantin värden. De centrala MPOD-mätningar som erhölls med en heterkromatisk flimmerfotometer var i genomsnitt 0,11 lägre än de som mpr-enheten erhöll med en standardavvikelse på 0,16. MPOD-mätningen som erhölls med båda teknikerna hade utmärkt korrelation som tidigarerapporterats 25.
Även om den aktuella studien har en liten urvalsstorlek, var dess syfte att bevisa konceptet att perifera mätningar av zeaxantin och lutein optisk densitet kan erhållas med hjälp av en reflektringsanordning. Vår kännedom om andra in vivo-studier har haft betydligt mindre urvalsstorlekar än det prov som används i denna studie. Därför är vi övertygade om att våra resultat visar att in vivo karotenoid densitet kan mätas vid foveola, foveal periferi och parafenal region med hjälp av en reflektor. Vår studie belyser ytterligare hur zeaxantin och lutein nivåer distribueras i centrala och perifera makularegioner inom den mänskliga näthinnan. Eftersom vi fann en anmärkningsvärd variation av värdena bland våra studiedeltagare, större studier både in vivo och in vitro behövs för att bättre förstå lutein och zeaxantin distribution, nivåer och nyckeltal inom den allmänna befolkningen.
Disclosures
Dr Pinakin Davey är konsult för ZeaVision och Dr Dennis Gierhart är en anställd, Chief Scientific Officer ZeaVision tillverkare av MPR-enhet. Andra författare rapporterar inga konflikter.
Acknowledgments
Vi tackar WesternU College of Optometry och Master of Science in Medical Sciences program på WesternU för deras hjälp och stöd. Vi tackar också ZeaVision för deras generösa stöd och 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).
