Summary
Vi presenterer en protokoll for å bestemme nivåene av generell makulapigment, lutein og zeaxanthin optisk tetthet i de sentrale og parafoveale områdene i netthinnen. Protokollen inneholder et nytt justerbart sporsystem som brukes til å måle okulær pigmentoptisk tetthet i foveal eksentrisitet.
Abstract
Det makulapigmentreflektor (MPR) måler objektivt den generelle makulapigmentoptisktetthet (MPOD) og gir videre luteinoptisk tetthet (L-OD) og zeaxanthin optisk tetthet (Z-OD) i den sentrale 1-graden av fovea. En modifikasjon av teknikken ble utviklet for å evaluere in vivo karotenoid tetthet eksentrisk til fovea. Et justerbart sporsystem med røde LED-lys ble plassert 6,1 m unna deltakeren for å lette okulær fiksering. Lysene ble plassert riktig for å skape intervaller av 1 grad retinal ulikhet under reflektormålinger. Alle reflektormålinger ble oppnådd med pupillary dilatasjon. Gjennomsnittlig MPR-MPOD-verdi for den sentrale målingen var 0,593 (SD 0,161) med et L-OD til Z-OD-forhold på 1:2,61. MPR-MPOD-verdien ved 1 grad var 0,248 og gjennomsnittlig MPR-MPOD-verdi ved 2 grader i parafovealregionen var 0,143. L-OD til Z-OD-forholdet ved 1 grad og 2 grader utenfor midten var henholdsvis 1,38:1,0 og 2,08:1,0. Resultatene viser at MPOD-målinger oppnådd ved hjelp av MPR-reduksjon som en funksjon av retinal eksentrisitet og at det er en høyere konsentrasjon av zeaxanthin sentralt sammenlignet med lutein. L-OD til Z-OD-forholdet endres med foveal eksentrisitet, med to ganger mer lutein enn zeaxanthin ved 2 grader utenfor midten. Vår teknikk gir en rask in vivo metode for måling av makulapigment optisk tetthet ved ulike foveal eksentrisiteter. Resultatene er enige med tidligere publisert in vivo og in vitro xanthophyll carotenoid tetthet distribusjonsmålinger.
Introduction
Aldersrelatert makuladegenerasjon (AMD) er en ledende årsak til blindhet og står for 8,7% av blindhet over hele verden1. Risikofaktorer forbundet med AMD inkluderer økende alder, kvinnelig kjønn, røyking, lys irisfarge, lipidubalanse, livstidseksponering for sollys og ultrafiolette strålinger, systematisk lavere nivåer av antioksidanter, lavere makulapigment optisk tetthet (MPOD), genetikk og rase2. Av disse er modifiserbare risikofaktorer røykeslutt, oral tilskudd av antioksidanter og karotenoider. Karotenoider er naturlige pigmenter som finnes i planter og mikroorganismer, og er effektive antioksidanter3. De er produsert av fotosyntetiske organismer; mennesker få karotenoider fra kostholdet3,4. Makulapigmenter består av tre karotenoider: lutein, zeaxanthin og meso-zeaxanthin4. Xanthophylls lutein og zeaxanthin5 finnes i netthinnen, spesielt makula, og gi fovea sin gule farge6. Høyere konsentrasjoner av xanthophylls observeres i aksoner av fotoreseptorene og indre plexiformlag av netthinnen5,7. Inntaket av karotenoider, som lutein og zeaxanthin, øker nivået av makulapigment. Lutein og zeaxanthin er hentet fra kosttilskudd eller med næringstilskudd, mens meso-zeaxanthin er rett og slett et biprodukt av metabolismen av lutein3,7,8. Lutein- og zeaxanthinkonsentrasjoner varierer i de ulike regionene av netthinnen. Sentralt, i fovea, zeaxanthin konsentrasjon er større enn lutein, med et forhold på 2,3:19,10. Konsentrasjonen av karotenoider reduserer 100 ganger per mm i fosterperiferien, hvor lutein er mer utbredt enn zeaxanthin, med et forhold på 2,4:19,10.
Tilstedeværelsen av xanthophylls i netthinnen beskytter retinal kretser, spesielt i fovea og makula, og er kritisk for sentral syn. Xanthophylls beskytte netthinnen ved to mulige mekanismer: 1) filtrering blått lys og 2) redusere oksidativt stress5,11,12,13. Blått lys sprer seg mest i netthinnen og høyere nivåer av makulapigment absorberer sentralt det spredte lyset, og forbedrer dermed synet. I tillegg består den blå delen av det synlige spekteret av høy energi, korte bølgelengder som kan resultere i produksjon av store mengder reaktive oksygenarter i netthinnen. Derfor er det antatt at karotenoider reduserer oksidativ byrde på makula ved å fungere som antioksidanter i indre netthinnen og fotoreseptor retinal pigment epitel kompleks ved å slukke disse frie radikaler5,12,13,14.
Måling av retinal karotenoider har større implikasjoner i systemisk helse. En fersk studie viste at karotenoid terapi forbedrer retinal funksjon hos diabetikere uten endringer i blodsukkernivået15. Nivåene av karotenoid tetthet i netthinnen er også sterkt korrelert med nivåene i hjernen16. Karotenoidnivåer kan være avgjørende i utviklingsårene17,18, og nivåene i hjernen avtar med19år . MPOD-nivåene er relatert til nevrobeskyttelse og nevrale effektivitet hos både barn og eldre20,21. Dermed er det behov for å måle MPOD og dens egenskaper klinisk. Dette vil spille en rolle i diagnose, ledelse og behandling av ulike okulære og systemiske forhold7,15,16,17,18,19,20,21.
De nåværende kommersielt tilgjengelige MPOD-måleteknologiene er heterochromatiske flimmerfotometer (HFP), som er basert på psykofysisk testing. Disse måler en 1 graders patch på fovea, som utgjør en ~ 0,30 mm diameter sirkel22. Mens disse typer enheter har vist seg å være pålitelige, er de begrenset av deres subjektive natur, er tidkrevende å bruke, og kan ikke skille de enkelte mengdene xanthophylls som danner MPOD13,22,23,24. Det makulapigmentreflektor (se Materialtabell),også referert til som et reflektor (se figur 1),adresserer disse begrensningene ved objektivt å måle MPOD og dens individuelle komponenter av lutein og zeaxanthin (xanthophylls)25. Reflektoren benytter en UV/IR filtrert og sammensparert kvartshalogenkilde for å sende en kontrollert lysstråle til netthinnen (se skjematisk figur 2)og de interne filtrene absorberer det meste av strålingen som produseres. Derfor er det liten eller ingen risiko for strålingseksponering for deltakeren. De ulike kromoforene og strukturene i det menneskelige øye og tilsvarende absorpsjons- og refleksjonsmønstre er godt beskrevet i litteraturen26,27,28. Analyse av det reflekterte lyset som behandles av det interne spektrometeret, gjør det mulig for kvantitativ isolasjon og måling av lutein- og zeaxanthinoptiske tettheter (L-OD, Z-OD) sammen med samlet MPOD. Den tredje retinal karotenoid meso-zeaxanthin er spektralig umulig å skille fra zeaxanthin og dermed Z-OD representerer en kombinasjon av begge karotenoider29. Tidligere arbeid har vist at reflektor en pålitelig ved måling av sentrale L-OD, Z-OD og MPOD25,29.
Formålet med den nåværende studien er å skape en teknikk som kan brukes til å produsere in vivo estimater av zeaxanthin og lutein nivåer i foveal og parafoveal retinal regioner hos mennesker. Ytterligere mål er å sammenligne funnene med tidligere publiserte laboratorie- og histologiresultater14,29. Tilnærmingen utviklet og beskrevet i dette manuskriptet og dens utnyttelse sammen med reflektor for å måle perifoveal MPOD er roman. Denne teknikken kan brukes med eksisterende reflektorenhet uten større modifikasjon for å måle retinal nivåer av individuelle karotenoider, som L-OD og Z-OD, på ulike foveale og parafoveale steder.
Studien som presenteres i dette manuskriptet omfatter åtte deltakere fra 22 til 29 år. Våre metoder inkluderer først å gjennomføre en rutinemessig oftalmisk undersøkelse for å sikre at studiedeltakerne oppfyller inkluderingskriteriene. Etter å ha fått informert samtykke, gjennomgikk hver studiedeltaker følgende fire tester: 1) en kommersielt tilgjengelig heterochromatisk flimring fotometer enhet ble benyttet for å få en sentral MPOD-måling; 2) en reflektor enhet ble benyttet for å få to sentrale målinger; 3) ved hjelp av samme reflektor enhet i forbindelse med perifert spor system, målinger av karotenoid nivåer på en 1 graders eksentrisitet, det vil si en 0,30 mm diameter sirkel, var sentrert på 0,30 mm fra den sentrale fovea; 4) ved hjelp av samme oppsett, karotenoid nivåer på en 2 graders eksentrisitet, en 0,30 mm diameter sirkel plassert på kanten av fovea (en parafoveal region), ble også målt.
MPR-målingene ble utført etter å ha fortynnet hver deltakers elev med 1% tropicamid oftalmiske dråper. Det er kjent at pupillary dilatasjon ikke er nødvendig for å få MPOD-verdier ved hjelp av reflektor, men det kan forbedre repeterbarheten til L-OD og Z-OD målinger25,29. Dette skyldes muligens det faktum at målinger hentet fra netthinnen ved hjelp av reflektoren hadde bedre signal-til-støy-forhold når elevene ble utvidet. For nøyaktige og stabile perifere reflektormålinger brukte deltakerne fikseringsmål som ble plassert ved optisk uendelighet30,31.
Vi oppnådde reflektormålinger for 30 s og kasserte de første 10 s data. Denne prosedyren har to fordeler: 1) signalkilden er lys og gjør det mulig for øynene å tilpasse seg og tilpasse seg oppgaven; og 2) viktigst, fotoreseptorpigmentbleker i løpet av de første 10 s. Derfor gir eliminering av de første 10 s av målingen et mer stabilt og nøyaktig signal29. Vi utførte alle reflektortester to ganger i den nåværende studien, hvoretter vi i gjennomsnitt hadde målinger for å oppnå gjennomsnittlige MPOD-, L-OD- og Z-OD-verdier og forholdet mellom Z-OD/ L-OD for hver deltaker.
Protocol
Alle fagene ble rekruttert på ett sted, Western University of Health Sciences. Studien ble godkjent av den institusjonelle gjennomgangstyret ved Western University of Health Sciences, Pomona, California, USA, og gjennomført i samsvar med tendensene i Erklæringen av Helsinki. Før deltakelse fikk alle deltakerne en detaljert forklaring av studien og signerte et informert samtykkeskjema før noen standard oftalmisk evaluering ble utført.
1. Rekruttering av deltakere
- Inkluder deltakere som er minst 18 år og har en synsskarphet på 20/40 eller bedre.
- Inkluder deltakere med klinisk ubetydelige forhold som grå stær, isolert drusen, bakre glasslegeme avløsning, familiær drusen i periferi, og perifere retinal forhold, som gitterdegenerasjon, eller retinal pigment epitel epitel defekter. Sørg for at deltakerne har normal kikkert og at de ikke har undertrykkelse32.
- Oppnå dette ved administrering av en undertrykkelsestest32. Dette er et avgjørende skritt fordi i fravær av normal kikkert, deltakerne vil ikke være i stand til å gjenkjenne fiksering mål og måling av lyskilde samtidig og dermed ville bekrefte riktig plassering av måling i fovea og parafoveal regioner.
- Ekskluder alle deltakere under 18 år, med synsskarphet verre enn 20/40, med retinal skade i makularegionen (sentral del av netthinnen), glaukom, diabetisk retinopati, blødning, alvorlig katarakt, eller glasslegeme ugjennomsiktighet som hindrer oftalmisk avbildning eller MPR-målinger.
- Ekskluder deltakere som ikke kan utføre målingene ved hjelp av heterochromatisk fotometri eller reflektor, de som enhetene ikke kan gi MPOD-verdier for, eller de med okulær undertrykkelse.
2. Opprette det perifere sporsystemet (Figur 3)
- Få et skledre spor med en ca. 1 m lang aluminiumsskinne som inneholder et hul innrykk med plass til et skleder, for eksempel en dørværsstripe.
- Monter sporet 6,1 m (20 fot) fra motivet som sitter ved MPR for at reflektormålingene skal utføres. Sørg for at sporet er 1,5 m av bakken for å være i samme høyde som deltakerens øye under refleksjonsmålingen.
- Monter tre 1 cm x 1 cm fjernstyrte LED-lys på det slidable sporet slik at lysenes sentre er plassert 10,7 cm fra hverandre.
MERK: 10,7 cm betyr hver grad og ble bestemt fordi hvert LED-lys er 6,1 m unna deltakeren. Avstanden på 6,1 m (~ 20 fot) er minimumsavstanden for å oppnå en ekte optisk uendelighet, men hvis et sporsystem opprettes i en lengre avstand, vil avstanden mellom hvert LED-lys endres og en ny avstand må beregnes trigonometrisk. (Se tabell 1). Hvis færre enn 6 m benyttes, er pupillary dilatasjon tilrådelig å minimere okulær innkvartering.
3. Målinger ved hjelp av et heterochromatisk flimmerfotometer
MERK: Dette trinnet er for ytterligere datainnsamling og er ikke avgjørende for perifere målinger ved hjelp av reflektoren.
- Innpode kunstige tårer i begge øynene, be deltakeren om å blinke et par ganger, og øyet som ikke blir testet.
- Forklar prosedyren til deltakeren.
- Be deltakeren se på det sentrale fikseringsmålet for det heterochromatiske flimringfotometeret som er synlig gjennom okularet og trykke på klikkeren hver gang de observerer målet flimring. Kontroller at fikseringsmålet flimrer totalt fem ganger for å bestemme den første terskelen.
- Vis resultatene av den første terskelen og minn deltakeren på å klikke på knappen hver gang det sentrale fikseringsmålet flimrer etter hvert som testen fortsetter i 45 s til 1 min.
- En graf og MPOD-verdi vises på kontrollskjermen sammen med en pålitelighetsindeks. Kontroller at "akseptabelt" vises på pålitelighetsindeksen. Gjenta testen hvis resultatene indikerer "borderline" eller "uakseptabelt" til en "akseptabel" pålitelighetsindeks er oppnådd.
- Klikk på den neste grønne pilen som vises på kontrollskjermen når deltakeren er ferdig med testen for å lagre resultatene.
4. Sentral måleprosedyre ved hjelp av reflektoren
MERK: De påfølgende trinnene vil føre til måling av individuelle karotenoider. Dette utføres ved hjelp av reflektoren. De sentrale målingene må ikke utføres for å måle perifere målinger med reflektoren. De sentrale målingene er imidlertid viktige for klinisk bruk.
- Skriv inn deltakerinformasjonen i reflektorprogramvaren.
- Klikk kategorien Kjør øyetest.
- Hvit kalibrering
MERK: Dette er et avgjørende skritt i kalibreringen av spektrometeret i reflektorenheten til fullspektret hvit prøve. Dette utføres én gang om dagen når enheten er slått på av teknikeren. En deltaker er ikke nødvendig for dette trinnet.- Klikk hvit-knappen ved siden av Kalibrer.
- Sett inn det hvite kalibreringsrøret på reflektoren etter at meldingen som instruerer brukeren om å sette inn "hvitt kalibreringsrør" vises på skjermen.
- Klikk OK når det hvite kalibreringsrøret er satt inn for å starte den hvite kalibreringen. Kontroller at Den svarte knappen ved siden av Kalibrer er aktivert etter at meldingen Hvit kalibrering vellykket har dukket opp på skjermen.
- Svart kalibrering
- Innpode en dråpe kunstige tårer inn i deltakerens øyne og få dem til å plassere haken på haken.
- Be deltakeren om å plassere øyet nær øyekoppen. Bruk styrespaken til å plassere systemet forsiktig slik at øyekoppen presser mot deltakerens øyekontakt og blokkerer romlyset fra systemet.
- Klikk på Svart-knappen for å velge Kalibrer og juster systemet til deltakerens elev. Riktig justering oppnås når eleven er sentrert i sirkelen som vises på berøringsskjermen.
- Be deltakeren om å justere den roterende knappen foran på systemet for å få et klart mål.
- Klikk OK når deltakeren har riktig justert systemet til deres visjon. Systemet vil automatisk utføre en svart kalibreringssekvens. Når svart kalibrering er fullført, vil venstre øye og høyre øye-knappene bli aktivert, og en svart kalibrering vellykket melding vises på skjermen.
- Målingsstart
- Klikk venstre øye eller høyre øye-knappen på skjermen, avhengig av hvilket øye som måles.
- Kontroller at systemet viser meldingen Juster systemet etter motivets øye. Sørg for at systemet er justert til deltakerens elev. Bruk styrespaken til å gjøre fine justeringer.
- Klikk på OK-knappen på skjermen for å starte MPOD-målingen. Måletiden er 30 s. Minimum 10 s er nødvendig for å få parametere/resultater. En nedtellingstidtaker vises øverst på skjermen som viser hvor mye tid som er igjen for målingen. Be deltakeren se på fikseringslyset og oppmuntre dem til å bare blunke når det er nødvendig.
- Bruk styrespaken under målingen for å sikre at systemet holder seg i samsvar med deltakerens elev.
- Kontroller at systemet viser en melding om måling som er vellykket når målingen er fullført.
- Klikk ok-knappen for å fullføre.
- Gjenta trinn 4.4–4.6.6 for å teste det andre øyet om nødvendig. Hele prosessen tar ca 2-3 min.
MERK: Hvis du vil gjenta målingen på samme øye, må du vente minst 30 s og gjenta trinn 4,6–4,6,6.
5. Perifer måleteknikk ved hjelp av reflektor (figur 3)
MERK: Det uprøvde øyet vil fiksere på et mål som åpner for plassering av stimulansen ved ulike eksentrisiteter fra fovea av det testede øyet. Denne metodikken krever normal kikkert for å tillate korrekt posisjonering av øyet der makulapigmentoptisk tetthet måles.
- Skriv inn deltakerinformasjon i reflektorprogramvaren.
- Klikk kategorien Kjør øyetest.
- Kalibrering av perifert spor
- Når den hvite og svarte kalibreringen er utført, trykker du på Venstre øye- eller Høyre Øye-knappen på skjermen, avhengig av hvilket øye som skal måles.
- Systemet viser en melding Juster systemet til motivets øye. Sørg for at systemet er justert til deltakerens elev. Bruk styrespaken til å gjøre fine justeringer.
- Slå på LED-lyset på sporsystemet som er lengst til høyre for deltakeren. På dette tidspunktet bør deltakeren kunne se både lyset fra innsiden av reflektoren med høyre øye og det røde LED-lyset med venstre.
- Instruer deltakeren om å lede den trente observatøren til å justere det perifere sporet til de kan legge begge stimuli etter beste evne.
MERK: Det kan være variasjon mellom deltakerne på hvor langt deres overliggende "kalibreringspunkt" skyldes anatomiske forskjeller.
- Målingsstart
- Slå av LED-lyset og slå på neste LED-lys (til venstre) for å utføre den neste 1 graders eksentriske målingen. Forklar deltakeren at de må se på det nye røde LED-lyset gjennom hele målingen.
- Klikk på OK-knappen på skjermen for å starte MPOD-målingen. Måletiden er 30 s. En nedtellingstidtaker vises øverst på skjermen som viser hvor mye tid som er igjen for målingen. Be deltakeren se på riktig rødt LED-lys og oppmuntre dem til å bare blunke når det er nødvendig.
- Bruk styrespaken under målingen for å sikre at systemet holder seg i samsvar med deltakerens elev.
- Kontroller at systemet viser en melding om måling som er vellykket når målingen er fullført.
- Klikk ok-knappen for å fullføre.
- Gjenta trinn 5.3.1–5.4.5 for å ta en måling på nytt.
MERK: Hele prosessen tar ca 2–3 min. To målinger anbefales for hver grad for å tillate sammenligning. Hvis du vil gjenta målinger ved en annen retinal eksentrisitet, endrer du gradseparasjonen i trinn 4,8.
6. Analyse (Figur 4)
- Lag en kopi av filen som skal analyseres.
MERK: Filen som ble analysert ble generert i trinn 4.6.6 og 5.4.5. Dette trinnet er ikke viktig, men gjør det mulig for ulike analyser utført uten å endre de opprinnelige dataene. - Åpne reflektorprogramvaren på skrivebordet.
- Klikk Importer til venstre i programmet, og velg den kopierte filen som skal åpnes.
- Klikk Rediger under Emneoppføring-fanen. Et nytt vindu åpnes. Dette vil bidra til å hente data fra ønsket tidsintervall.
- Flytt den nederste glidelinjen opp fra 0 til 10 for å eliminere de første 10 s av målingen.
MERK: Glidefeltet skal lese 10–30. Disse glidefeltene kan bevege seg opp eller ned for å velge ønsket tidsintervall for å analysere. (se figur 4). - Klikk på Avslutt-knappen til venstre i dette vinduet. Et advarselsvindu vil dukke opp. Velg OK for å bekrefte intervallkuttene.
- Klikk Start Analysator nederst til venstre i programmet (se Tabell over materialer). Et nytt vindu åpnes.
- Klikk Best tilpassing nederst på siden. Dette vil fylle det første settet med data, inkludert L-OD og Z-OD.
- Registrere dataene.
- Klikk Tilbakestill for å velge et annet analysealternativ.
- Velg Macular Pigment under reseptormodellalternativene.
- Klikk Best tilpassing for å fylle ut det andre settet med data, inkludert MPOD.
- Klikk Lagre løsning for å lagre dette intervallet.
Representative Results
Denne studien inkluderte åtte deltakere fra 22 til 29 år. Tabell 1 beskriver hvordan du beregner avstanden for å oppnå hver grad av eksentrisitet fra midten av makula. Tabell 2 inneholder demografien til deltakerne. Studieutvalget inneholder like mange menn og kvinner med et bredt utvalg av etno-rasemangfold. Tabell 3 viser de gjennomsnittlige resultatene av MPOD oppnådd av både enhetene og L-OD og Z-OD av alle deltakerne som er involvert i studien ved ulike eksentrisiteter. Gjennomsnittlig MPOD og standardavvik oppnådd av heterochromatisk flimmer fotometer og reflektorteknikken var henholdsvis 0,480 (SD 0,14) og 0,593 (SD 0,161). Det var utmerket korrelasjon mellom MPOD-målingen som ble oppnådd ved hjelp av teknikkene med personkorrelasjonskoeffisienten r = 0,92 (p < 0,001). Z-OD var større sentralt sammenlignet med L-OD målt i fovealregionen. L-OD til Z-OD-forholdet var sentralt 1:2,61. Z-OD ble redusert som en funksjon av eksentrisitet i midten av fovea. Ved 1 grad fra det sentrale fovea reduserte konsentrasjonen av Z-OD målt ved reflektor betydelig, med en økning i L-OD. L-OD til Z-OD-forholdet ved 1 grad fra sentral fiksering var 1,38:1,0. I parafoveal regionen ved 2 grader fra sentral fiksering lutein ble den dominerende karotenoid og L-OD til Z-OD forholdet var 2,08:1.0. Tabell 4, 5og 6 viser dataene som er hentet fra alle de åtte forsøkspersonene. Undersøke tabellene, er det åpenbart at det er betydelig interindividual variasjon av L-OD, Z-OD, og MPOD verdier, noe som indikerer at de fysiologiske grensene for normalitet kan være store.
Figur 1: Makulær pigmentreflektor. Makulapigment reflektor brukes i dette eksperimentet. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Makulær pigmentreflektor operasjonsskjema. Diagram over de interne driftsskjemaene til MPR-enheten. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Perifert målesporsystem. (A) Det makulapigmentets reflektor med det perifere sporsystemet 6,1 m unna. (B) Sporsystemet med en forsker som peker på 0 graders LED-lys. (C) Hele systemet slik det ser ut når deltakeren testes. (D) Sporsystemet med 1 graders LED-lys på. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Vindu som viser lysbildelinjer som brukes til å redigere målinger til ønsket tid. Lysbildestolpene som brukes til å redigere ønsket tidsramme. Bildet viser de første 10 s blir fjernet. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
| Testavstand [m] | 3 | 4 | 5 | 6.1 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Avstand mellom lys [m] | 0.052 | 0.07 | 0.087 | 0.107 | 0.122 | 0.14 | 0.157 | 0.175 |
Tabell 1: Separasjon mellom fikseringslys på ulike avstander fra målet. Avstanden mellom lysene er verdien for x i denne ligningen:
hvor d er testavstanden.
| Emnet | Alder | Kjønn | Etnisitet | Rase |
| 3002 | 27 | F | Hispanic | Kaukasisk/Mer enn ett løp |
| 3003 | 28 | F | Hispanic | Ingen |
| 3004 | 26 | F | Ikke spansk | Afroamerikansk |
| 3005 | 24 | M | Hispanic | Asiatisk/mer enn ett løp |
| 3006 | 27 | M | Ikke spansk | Asiatiske |
| 3007 | 25 | F | Ikke spansk | Afroamerikansk |
| 3009 | 29 | M | Hispanic | Kaukasisk/Mer enn ett løp |
| 3010 | 22 | M | Ikke spansk | Asiatiske |
Tabell 2: Demografi av deltakerne i studien. Tabellen viser alder, kjønn og etnisitet av de testede deltakerne. Gjennomsnittsalderen for deltakerne var 26 år. Det var et forhold på 1:1 mellom menn og kvinner. Deltakernes selvidentifiserte etnisitet inkluderte 50 % latinamerikansk og om lag 37,5 % av enten asiatisk eller mer enn ett løp.
| Gjennomsnittlig L-OD | Gjennomsnittlig Z-OD | Gjennomsnittlig reflekterende MPOD | Gjennomsnittlig Z-L-forhold | 3-flimmer fotomettri MPOD | |
| Sentrale | 0.247 | 0.425 | 0.593 | 2.61:1 | 0.48 |
| Perifer ei perifer 1 grader | 0.402 | 0.122 | 0.248 | 1:1.38 | Ikke tilgjengelig |
| Perifere 2 grader | 0.366 | 0.03 | 0.143 | 1:2.08 | Ikke tilgjengelig |
Tabell 3: Gjennomsnittsverdier av karotenoider ved ulike eksentrisiteter. Tabellen viser de gjennomsnittlige resultatene fra de åtte deltakerne i studien. SD for gjennomsnittlig sentral L-OD (0,188) og gjennomsnittlig sentral Z-OD (0,142). SD for Mean Central MPOD av MPR (0,161) og SD for Mean Central MPOD av reflektoren (0,14). SD for gjennomsnittlig L-OD ved perifer 1 grad (0,224) og gjennomsnittlig Z-OD ved perifer 1 grad (0,122). SD for gjennomsnittlig MPOD av MPR ved perifer 1 grad (0,248). SD for gjennomsnittlig L-OD ved perifer 2 grad (0,366) og SD for gjennomsnittlig Z-OD ved perifer 2 grad (0,030). SD for gjennomsnittlig MPOD av MPR ved perifer 2 grad (0,143).
| Deltaker | L-OD (andre) | Z-OD (andre) | MPOD (andre) | 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 |
Tabell 4: Individuelle carotenoidoptiske tetthetsmålinger oppnådd ved sentral fiksering. Tabellen viser målingene som er oppnådd ved sentral fiksering for alle åtte deltakerne.
| Deltaker | L-OD (andre) | Z-OD (andre) | MPOD (andre) | 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 |
Tabell 5: Individuelle carotenoidoptiske tetthetsmålinger oppnådd ved 1 grad fra sentral fiksering. Tabellen viser målingene som er oppnådd ved 1 grad fra sentral fiksering for alle åtte deltakerne.
| Deltaker | L-OD (andre) | Z-OD (andre) | MPOD (andre) | 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 |
Tabell 6: Individuelle carotenoidoptiske tetthetsmålinger oppnådd ved 2 grader fra sentral fiksering. Tabellen viser målingene som er oppnådd ved 2 grader fra sentral fiksering for alle åtte deltakerne.
Discussion
Vår studie illustrerer teknikken og metodikken for å utføre in vivo MPOD-målinger i ulike foveale og parafoveale regioner ved hjelp av en reflektorenhet. Vi utviklet og kalibrert et perifert sporsystem for å oppnå målinger ved 1 grad og 2 grader fra den sentrale fikseringen. Våre studieresultater viser at MPOD, L-OD og Z-OD kan måles i ulike foveale og parafoveale regioner ved hjelp av denne protokollen ved optisk uendelighet. Protokollen kan tilpasses for kortere avstander når lange rom ikke er tilgjengelige på en klinikk. I så fall vil imidlertid pupillary dilatasjon være nødvendig for å kontrollere aktiv innkvartering (se tabell 1).
Det er to kritiske trinn når du utfører dette eksperimentet: 1) 0 graders kalibrering og 2) den svarte kalibreringen. Når du bruker det perifere sporsystemet til å måle MPOD og dets bestanddeler utenfor midten, er den eksterne fikseringen for 0-graders kalibrering eller fovealmåling av største betydning. Hvis deltakeren hvis øye måles ikke forstår denne prosedyren eller ikke kan utføre de nødvendige trinnene, vil målingene bli kompromittert og feilaktig. Den svarte kalibreringen er også kritisk fordi den gjør det mulig for MPR å etablere en baseline spektrometermåling når det ikke finnes lys, som enheten deretter sammenligner med alle verdier som er hentet fra emnet. Derfor er den svarte kalibreringen et must for hver deltaker.
Våre studieresultater indikerer at de sentrale MPOD-nivåene samsvarermed data fra tidligere publiserte eksperimentelle og histologiske studier7,10,14. Videre fant vi at nivåene for MPOD avtar med økende retinal eksentrisitet, med MPOD-verdier større på foveal sammenlignet med parafoveal regionen. Lutein- og zeaxanthin-nivåene varierer også på forskjellige retinal steder med lutein- og zeaxanthin-forhold som endres som en funksjon av eksentrisitet. Vi fant sentrale L-OD- og Z-OD-forhold på 1:2.6, som endret til 2,08:1 ved 2 grader fra sentral fiksering. Dette er i samsvar med rapporter fra tidligere studier10,29. Vi fant at lutein- og zeaxanthin-nivåene viste betydelig interindividuell variasjon. Tidligere in vivo laboratorieforsøk har evaluert bare tre forsøk og det er begrenset informasjon i dette området29. Hvis den betydelige interindividuelle variasjonen av nivåer av karotenoider er riktig, vil dette støtte behovet for å oppnå baseline tiltak av karotenoider og skreddersy individuelle kosttilskudd. Videre forskning vil være nødvendig for å bekrefte dette funnet av høy interindividual variasjon av lutein og zeaxanthin nivåer hos friske individer. Tidligere publikasjoner og arbeid med denne MPR-enheten viser at repeterbare målinger kan oppnås for MPOD i både uforsonlige og utvidede elevllære forhold, selv om repeterbarheten til L-OD- og Z-OD-målinger ble forbedret da elevene ble utvidet25. I den foreliggende studien utførte vi alle MPR-målinger med utvidede elever. Gitt at karotenoidnivåene er lavere i fosterperiferien og parafovealregionen, kan det være viktig å utvide eleven for konsekvent signalstyrke og pålitelige periferimålinger.
Vi prøvde ulike metoder, og til slutt utviklet og testet vårt sporsystem. Det viste seg å være den mest effektive måten å oppnå pålitelige resultater på. Systemet ble testet ved å undersøke tre deltakere flere ganger for å se om lignende resultater kunne oppnås med hvert forsøk. Dette inkluderte å måle deltakerne ved tre separate anledninger over en to måneders periode. Andre metoder som ble forsøkt inkluderte endring av reflektorokularet ved å lage et deksel med forhåndskuttede åpninger ved 0, 1 og 2 grader utenfor midten. Denne teknikken viste seg ineffektiv fordi slissene var for tett sammen for et emne for tilstrekkelig skille.
Det er flere begrensninger i denne studien. Studien krever at fagene har normal kikkert. Dette sikrer at motivet vil kunne fiksere på målet mens det andre øyet måles. Personer som ikke oppfyller dette kriteriet vil ikke være i stand til å overholde instruksjonene, vil ikke fiksere riktig mens du engasjerer stimulansen, og kan ikke måles med hell ved hjelp av denne teknikken. Sporsystemet var pålitelig, men begrensningene kunne løses i fremtidige studier. Protokollen kan forbedres ved å ha innebygde røde LED-fikseringslys med en del av et Badal-optometersystem som en del av reflektoren. Dette ville tillate deltakeren å fiksere på ønsket eksentrisitet med øyet blir målt med passende overnatting av linse.
For øyeblikket finnes det ingen alternative teknikker for å måle in vivo L-OD og Z-OD. Det finnes imidlertid alternative enheter som måler MPOD. En slik enhet er heterochromatic flimmer fotometer som brukes i denne studien. Det heterochromatiske flimmerfotometeret bruker en psykofysisk metode for testing og kan ikke bestemme individuelle lutein- og zeaxanthin-verdier. De sentrale MPOD-målingene som ble oppnådd ved hjelp av et heterochromatisk flimmerfotometer var i gjennomsnitt 0,11 lavere enn de som ble oppnådd av MPR-enheten med et standardavvik på 0,16. MPOD-målingen som ble oppnådd ved hjelp av begge teknikkene, hadde utmerket korrelasjon som rapportert tidligere25.
Selv om den nåværende studien har en liten utvalgsstørrelse, var formålet å bevise konseptet at perifere målinger av zeaxanthin og lutein optisk tetthet kan oppnås ved hjelp av en reflektorenhet. Så vidt vi har hatt andre in vivo-studier, har andre in vivo-studier hatt betydelig mindre utvalgsstørrelser enn prøven som benyttes i denne studien. Derfor er vi sikre på at våre resultater viser at in vivo karotenoid tetthet kan måles på foveola, foveal periferi og parafoveal region ved hjelp av et reflektor. Vår studie kaster ytterligere lys over hvordan zeaxanthin og lutein nivåer distribueres i de sentrale og perifere makulaområdene i den menneskelige netthinnen. Fordi vi fant en bemerkelsesverdig variasjon av verdiene blant våre studiedeltakere, er det behov for større studier både in vivo og in vitro for å bedre forstå lutein- og zeaxanthin-fordeling, nivåer og forhold i den generelle befolkningen.
Disclosures
Dr. Pinakin Davey er konsulent for ZeaVision og Dr. Dennis Gierhart er en ansatt, Chief Scientific Officer ZeaVision produsent av MPR-enhet. Andre forfattere rapporterer ingen konflikter.
Acknowledgments
Vi takker WesternU College of Optometry og Master of Science in Medical Sciences-programmet ved WesternU for deres hjelp og støtte. Vi takker også ZeaVision for deres sjenerøse 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).
