Summary
Мы представляем протокол для определения уровней общей макулярной пигментной, лютеиновой и зеаксантиноптической оптической плотности в центральных и парафовеальных областях сетчатки. Протокол включает в себя новую регулируемую систему треков, используемую для измерения оптической плотности макулярного пигмента в эксцентриситете фовеала.
Abstract
Отражатель макулярного пигмента (MPR) объективно измеряет общую оптическую плотность макулярного пигмента (MPOD) и далее обеспечивает оптическую плотность лютеина (L-OD) и зеаксантин оптической плотности (З-ОД) в центральной 1 степени фовеи. Для оценки плотности инвиво каротиноидов была разработана модификация метода, эксцентричного для фовеи. Регулируемая система трека с красными светодиодными огнями была размещена на 6,1 м от участника для облегчения глазной фиксации. Свет был расставлен соответствующим образом для создания приращений 1 степени неравенства в основе ретины во время измерений отражательной отражательной. Все измерения отражательной тематики были получены с расширением зрачков. Среднее значение MPR-MPOD для центрального измерения составило 0,593 (SD 0.161) с соотношением L-OD к No-OD 1:2.61. Значение MPR-MPOD на 1 градус составило 0,248, а среднее значение MPR-MPOD на 2 градуса в парафовевском регионе составило 0,143. Соотношение L-OD к No-OD на 1 градус и 2 градуса от центра было 1.38:1.0 и 2.08:1.0, соответственно. Результаты показывают, что измерения MPOD, полученные с использованием mPR, уменьшаются как функция эксцентриситета сытной по линии и что концентрация зеаксантина в центре по сравнению с лютеином наблюдается более высокая концентрация зеаксантина. Соотношение L-OD к оДу меняется с эксцентриситетом фовеэля, с в два раза больше лютеина, чем зеаксантин на 2 градуса от центра. Наша техника успешно обеспечивает быстрый метод in vivo для измерения оптической плотности макулярного пигмента при различных эксцентриситетах фовеала. Результаты согласуются с ранее опубликованными in vivo и in vitro xanthophyll carotenoid измерениями распределения плотности.
Introduction
Возрастная макулярная дегенерация (AMD) является основной причиной слепоты и составляет 8,7% слепоты во всем мире1. Факторы риска, связанные с AMD включают увеличение возраста, женский пол, курение, свет радужной оболочки, липидный дисбаланс, пожизненное воздействие солнечного света и ультрафиолетовых излучений, системно более низкие уровни антиоксидантов, более низкая плотность макулярной пигмента оптической (MPOD), генетика, и расы2. Из них изменяемыми факторами риска являются прекращение курения, пероральные добавки антиоксидантов и каротиноиды. Каротиноиды являются натуральными пигментами, соотвественными в растениях и микроорганизмах, и являются эффективными антиоксидантами3. Они производятся фотосинтетическими организмами; люди получают каротиноиды из своего рациона3,4. Макулярные пигменты состоят из трех каротиноидов: лютеин, зеаксантин и мезо-зеаксантин4. Ксантофиллы лютеин и зеаксантин5 находятся в сетчатке, в частности, макулы, и придают фовеи его желтый цвет6. Более высокие концентрации ксантофиллов наблюдаются в аксонах фоторецепторов и внутренних плексиформных слоях сетчатки5,7. Потребление каротиноидов, как лютеин и зеаксантин, повышает уровень макулярного пигмента. Лютеин и зеаксантин получаются из диетического потребления или с питательными добавками, в то время как мезо-зеаксантин является просто побочным продуктом метаболизма лютеина3,7,8. Концентрации лютеина и зеаксантина различаются в различных областях сетчатки. В центральной степени, в фове, концентрация зеаксантина больше, чем у лютеина, с соотношением 2.3:19,10. Концентрация каротиноидов уменьшается в 100 раз на мм в фовеальной периферии, где лютеин более распространен, чем зеаксантин, с соотношением 2,4:19,10.
Присутствие ксантофиллов в сетчатке защищает схему сетчатки, особенно в фовеа и макулы, и имеет решающее значение для центрального зрения. Ксантофиллы защищают сетчатку двумя возможными механизмами: 1) фильтрация синегосвета и 2) снижение окислительного стресса5,11,12,13. Синий свет рассеивает больше всего в сетчатке и более высокие уровни макулярной пигмента централизованно поглощают рассеянный свет, тем самым улучшая зрение. Кроме того, синяя часть видимого спектра состоит из высокой энергии, коротких длин волн, что может привести к выработке чрезмерного количества реактивных видов кислорода в сетчатке. Таким образом, считается, что каротиноиды уменьшить окислительную нагрузку на макулу, действуя в качестве антиоксидантов во внутренней сетчатке и фоторецептора пигментного пигмента эпителиального комплекса путем утоления этих свободных радикалов5,12,13,14.
Измерение каротиноидов с тельца имеет более серьезные последствия для системного здоровья. Недавнее исследование показало, что каротиноидная терапия улучшает функцию ретинальной системы у диабетиков без каких-либо изменений уровня глюкозы в крови15. Уровни плотности каротиноидов в сетчатке также сильно коррелируют с уровнями в мозге16. Уровни каротиноидов могут иметь решающее значение в возрасте17,18лет,а уровень мозга снижается свозрастом 19. Уровни MPOD связаны с нейропротекторной и нервной эффективностью как удетей,так и у пожилыхлюдей 20,21. Таким образом, необходимо клинически измерять MPOD и его характеристики. Это будет играть определенную роль в диагностике, управлении и лечении различных глазных и системных состояний7,15,16,17,18,19,20,21.
В настоящее время коммерчески доступные технологии измерения MPOD являются гетерохромные фотометры мерцания (HFP), которые основаны на психофизическом тестировании. Эти измерения 1 градус патч на fovea, который составляет q0.30 мм диаметр круга22. Хотя эти типы устройств были показаны, чтобы бытьнадежными,они ограничены их субъективный характер, отнимают много времени, чтобы использовать, и не в состоянии различать отдельные количества xanthophylls, которые образуют MPOD13,22,23,24. Макулярный пигмент отражатель (см. Таблица материалов),также называемый отражатель (см. Рисунок 1), устраняет эти ограничения, объективно измеряя MPOD и его отдельные компоненты лютеина и зеаксантина (ксантофиллы)25. Reflectometer использует УФ / ИК фильтруется и коллимированный кварц галогенный источник для отправки контролируемого луча света на сетчатку (см. схематический рисунок 2) и внутренние фильтры поглощают большую часть излучения производится. Таким образом, существует практически никакой риск радиационного облучения для участника. Различные хромофоры и структуры в человеческом глазу и соответствующие модели поглощения и отражения хорошо описаны в литературе26,27,28. Анализ отраженного света, обрабатываемого внутренним спектрометром, позволяет обеспечить количественную изоляцию и измерение плотности лютеина и зеаксантина (L-OD, no-OD) наряду с общим MPOD. Третий каротиноид из корытиноида мезо-зеаксантин является спектрально неотличимым от зеаксантин и, таким образом, З-ОД представляет собой сочетание обоих каротиноидов29. Предыдущая работа показала, что отражательная работа является надежной при измерении центрального L-OD, No-OD и MPOD25,29.
Цельнынешнего исследования заключается в создании метода, который может быть использован для получения in vivo оценки уровня зеаксантин и лютеин в фовеальных и парафвеальных областях ретины у людей. Дополнительные цели состоит в том, чтобы сравнить выводы с ранее опубликованной лаборатории и гистологии результаты14,29. Подход, разработанный и описанный в этой рукописи и его использование наряду с отражательной для измерения перифовеальной MPOD является новым. Этот метод может быть использован с любым существующим блоком отражательной отражаи без серьезных изменений для измерения уровня ретинальной артерии отдельных каротиноидов, таких как L-OD и No-OD, в различных фовеальных и парафовых местах.
Исследование, представленное в данной рукописи, включает в себя восемь участников в возрасте от 22 до 29 лет. Наши методы включают в себя первое проведение рутинного офтальмологического обследования, чтобы убедиться, что участники исследования отвечают критериям включения. После получения информированного согласия каждый участник исследования прошел следующие четыре испытания: 1) для получения централизованного измерения MPOD использовалось коммерчески доступное гетерохромное фотометрное устройство; 2) рефлектометр устройство было использовано для получения двух центральных измерений; 3) с помощью того же отражательного устройства в сочетании с периферийной системой трека, измерения уровня каротиноидов при эксцентричности 1 градуса, то есть круг диаметром 0,30 мм, были сосредоточены на 0,30 мм от центральной фовеи; 4) используя тот же уровень настройки, уровень каротиноидов на 2 градуса эксцентриситета, круг диаметром 0,30 мм, расположенный на краю fovea (парафовеальной области), также были измерены.
Измерения MPR были выполнены после расширения ученика каждого участника с 1% tropicamide офтальмологических капель. Известно, что расширение зрачка не требуется для получения значений MPOD с помощью отражательной, но это может улучшить повторяемость L-OD и No-OD измерений25,29. Это, возможно, связано с тем, что измерения, полученные из сетчатки с использованием отражательного метра, имели лучшее соотношение сигнала к шуму, когда зрачки были расширены. Для точных и стабильных измерений периферического отражательного отражательного отражения участники использовали цели фиксации, которые были размещены на оптической бесконечности30,31.
Мы получили измерения отражательного метра на 30 с и отбросили первые 10 с данных. Эта процедура имеет два преимущества: 1) источник сигнала яркий и позволяет глазам адаптироваться и приспособиться к задаче; и 2) самое главное, фоторецептор пигмента открахвается в течение первых 10 с. Таким образом, устранение первых 10 с измерения позволяет более стабильный и точный сигнал29. Мы дважды проводили все тесты на отражательи в настоящем исследовании, после чего усреднели измерения для получения средних значений MPOD, L-OD и No-OD, а также соотношения значений З-ОД/L-OD для каждого участника.
Protocol
Все предметы были набраны на одном сайте, В Западном университете медицинских наук. Исследование было одобрено институциональным наблюдательным советом Западного университета медицинских наук, Помона, Калифорния, США, и проведено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Перед участием всем участникам было дано подробное объяснение исследования и подписано информированное согласие до проведения стандартной офтальмологический оценки.
1. Набор участников
- Включите участников, которые по крайней мере 18 лет и имеют остроту зрения 20/40 или лучше.
- Включите участников с клинически незначительными условиями, такими как катаракта, изолированные друзены, задней стекловидной отслоение, семейные друзены на периферии, и периферические условия для подстоянки, такие как дегенерация решетки, или дефекты эпителиального пигмента в релиму. Убедитесь, что участники имеют нормальную бинокль и что они не имеют подавления32.
- Выполнить это путем введения теста подавления32. Это важный шаг, поскольку при отсутствии нормальной биноклейности участники не смогут распознавать цель фиксации и измерения источника света одновременно и, таким образом, подтвердят надлежащее расположение измерения в фовеа и парафовых регионах.
- Исключить всех участников в возрасте до 18 лет, с остротой зрения хуже, чем 20/40, с повреждением сетчатки в области макулы (центральная часть сетчатки), глаукома, диабетическая ретинопатия, кровоизлияние, тяжелая катаракта, или стекловидного непрозрачности предотвращения офтальмологических изображений или измерений MPR.
- Исключите участников, которые не в состоянии выполнить измерения с помощью гетерохроматической фотометрии мерцания или отражательной метрики, тех, для кого устройства не могут предоставить значения MPOD, или тех, кто с глазной подавления.
2. Создание периферийной системы треков(рисунок 3)
- Получить скользячий трек с примерно 1 м (3,5 футов) длинный алюминиевый рельс, который содержит полый отступ с пространством для скользяшей дорожки, такие как полоса погоды двери.
- Установите трассу 6,1 м (20 футов) от объекта, сидящего в MPR, для проведения измерений отражательной тометрии. Убедитесь, что трасса находится на 1,5 м от земли, чтобы быть на той же высоте, что и глаз участника во время измерения отражательной отражаи.
- Установите три 1 см х 1 см дистанционно управляемых светодиодных фонарей на скользям трек, так что центры огней расположены 10,7 см друг от друга.
ПРИМЕЧАНИЕ: 10,7 см означают каждую степень и был определен, потому что каждый светодиодный свет 6,1 м от участника. Расстояние 6,1 м (20 футов) — это минимальное расстояние для получения истинной оптической бесконечности, но если система трека будет создана на более длительном расстоянии, расстояние между каждым светодиодным светом изменится, и новое расстояние должно быть рассчитано тригонометрически. (См. таблицу 1). Если используется менее 6 м, расширение зрачка рекомендуется свести к минимуму глазное размещение.
3. Измерения с использованием гетерохроматического фотометра мерцания
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг предназначен для дополнительного сбора данных и не является необходимым для периферических измерений с использованием отражаемого.
- Привить искусственные слезы на обоих глазах, попросите участника моргнуть несколько раз и залатать глаз, который не тестируется.
- Объясните процедуру участнику.
- Поручить участнику посмотреть на центральную цель фиксации гетерохроматического фотометра мерцания, видимого через окуляр, и нажать на кликер каждый раз, когда они наблюдают мерцание цели. Убедитесь, что цель фиксации мерцает в общей сложности пять раз, чтобы определить начальный порог.
- Просмотр результатов начального порога и напомнить участнику, чтобы нажать на кнопку каждый раз, когда центральная цель фиксации мерцает, как тест продолжается в течение 45 с до 1 мин.
- На мониторе управления появится значение графика и MPOD вместе с индексом надежности. Убедитесь, что "приемлемо" отображается в индексе надежности. Повторите тест, если результаты указывают на "границу" или "неприемлемую" до получения "приемлемого" индекса надежности.
- Нажмите на следующую зеленую стрелку, которая появляется на мониторе управления после того, как участник закончит тест, чтобы сохранить результаты.
4. Центральная процедура измерения с использованием отражаемого
ПРИМЕЧАНИЕ: Последующие шаги приведут к измерению отдельных каротиноидов. Это выполняется с помощью отражаемого метра. Центральные измерения не должны проводиться для измерения периферических измерений с помощью отражательного метра. Тем не менее, центральные измерения имеют важное значение для клинического использования.
- Ввеки информации участника в программное обеспечение отражаемого.
- Нажмите на вкладку Run Eye Test.
- Белая калибровка
ПРИМЕЧАНИЕ: Это ключевой шаг в калибровке спектрометра в отражающем устройстве до полного белого образца спектра. Это выполняется один раз в день, когда устройство включено техником. Участник не нужен для этого шага.- Нажмите белую кнопку рядом с калибровкой.
- Вставьте белую калибровообразную трубку на отражатель после того, как сообщение, предписывающее пользователю вставить на экране «белую калибровообразную трубку».
- Нажмите OK, как только белая калибровообразная трубка вставляется, чтобы начать белую калибровку. Убедитесь, что черная кнопка рядом с калибром была включена после того, как на экране появилось успешное сообщение White Calibration.
- Черная калибровка
- Привить каплю искусственных слез в глаза участника и поставить их подбородок на подбородок отдыха.
- Проинструктируйте участника поместить глаз близко к чашке глаза. Используя джойстик, аккуратно расположите систему, чтобы чашка глаза прижимается к глазной розетке участника и блокирует свет комнаты от системы.
- Нажмите черную кнопку, чтобы выбрать калибровку и привести систему в соответствие с учеником участника. Правильное выравнивание достигается, когда зрачок находится в круге, отображаемом на мониторе сенсорного экрана.
- Поручите участнику настроить вращающуюся ручку на передней панели, чтобы получить четкую цель.
- Нажмите OK, как только участник правильно адаптировал систему к своему видению. Система будет автоматически выполнять черную последовательность калибровки. После успешной завершения черной калибровки на экране будут включены кнопки «Левый глаз» и «Правый глаз», а на экране появится успешное сообщение «Черная калибровка».
- Начало измерения
- Нажмите кнопку «Левый глаз» или «Правый глаз» на экране в зависимости от того, какой глаз измеряется.
- Убедитесь, что система отображает систему выравнивания сообщений в Глаз субъекта. Убедитесь, что система приведена в соответствие с учеником участника. Используйте джойстик, чтобы сделать тонкие корректировки.
- Нажмите кнопку OK на экране, чтобы начать измерение MPOD. Время измерения составляет 30 с. Для получения параметров/результатов требуется не менее 10 с. Таймер отсчета появится в верхней части экрана, отображающий, сколько времени остается для измерения. Попросите участника посмотреть на свет фиксации и призвать его мигать только при необходимости.
- Используйте джойстик во время измерения, чтобы убедиться, что система остается в соответствии с учеником участника.
- Убедитесь, что система отображает сообщение о том, что измерение успешно после завершения измерения.
- Нажмите кнопку OK, чтобы закончить.
- Повторите шаги 4.4-4.6.6, чтобы проверить другой глаз, если это необходимо. Весь процесс занимает около 2-3 мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы повторить измерение на том же глазу ждать по крайней мере 30 с затем повторить шаги 4,6-4,6.6.
5. Методы измерения периферии с использованием отражательного метра(рисунок 3)
ПРИМЕЧАНИЕ: Непроверенный глаз зафиксируется на цель, позволяющую для размещения стимула на различных эксцентриситетов от fovea испытанного глаза. Эта методология требует нормальной биноклейности, чтобы обеспечить правильное позиционирование глаза, в котором измеряется оптическая плотность макулярного пигмента.
- Ввод информации участника в программное обеспечение отражательной информации.
- Нажмите на вкладку Run Eye Test.
- Калибровка периферийных треков
- После того, как будет выполнена калибровка белого и черного цвета, нажмите кнопку «Левый глаз» или «Правый глаз» на экране в зависимости от того, какой глаз должен быть измерен.
- Система будет отображать систему выравнивания сообщений в глаз субъекта. Убедитесь, что система приведена в соответствие с учеником участника. Используйте джойстик, чтобы сделать тонкие корректировки.
- Включите светодиодный свет на треке системы, которая является самым дальним право на участника. В это время участник должен иметь возможность видеть как свет изнутри отражательного метра правым глазом, так и красный светодиодный свет левым.
- Поручите участнику направить обученного наблюдателя на корректировку периферийного трека до тех пор, пока они не смогут наложить оба стимула в меру своих возможностей.
ПРИМЕЧАНИЕ: Между участниками может быть изменчивость того, насколько их наложенная «точка калибровки» обусловлена анатомическими различиями.
- Начало измерения
- Выключите светодиодный свет и включите следующий светодиодный свет (слева) для проведения следующих 1 степень эксцентричный измерения. Объясните участнику, что им нужно смотреть на новый красный светодиодный свет на протяжении всего измерения.
- Нажмите кнопку OK на экране, чтобы начать измерение MPOD. Время измерения составляет 30 с. Таймер отсчета появится в верхней части экрана, отображающий, сколько времени остается для измерения. Попросите участника посмотреть на соответствующий красный светодиодный свет и призвать его мигать только при необходимости.
- Используйте джойстик во время измерения, чтобы убедиться, что система остается в соответствии с учеником участника.
- Убедитесь, что система отображает сообщение о том, что измерение успешно после завершения измерения.
- Нажмите кнопку OK, чтобы закончить.
- Повторите шаги 5.3.1-5.4.5 для повторного измерения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Весь процесс занимает около 2-3 мин. Для каждого градуса рекомендуется провести два измерения для сравнения. Чтобы повторить измерения при другой эксцентриситете из полосы и стейни, измените разделение степени в шаге 4.8.
6. Анализ(рисунок 4)
- Сделайте копию файла для анализа.
ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ файла был сгенерирован в шагах 4.6.6 и 5.4.5. Этот шаг не является существенным, но позволяет проводить различные анализы без изменения исходных данных. - Откройте программное обеспечение отражательной работы на рабочем столе.
- Нажмите «Импорт» на левой стороне приложения и выберите открытый файл.
- Нажмите "Отожмите" под вкладкой "Запись предмета". Откроется новое окно. Это поможет получить данные с нужного интервала времени.
- Переместите нижнюю панель слайда с 0 до 10, чтобы исключить первые 10 с измерений.
ПРИМЕЧАНИЕ: Слайд-бар должен читать 10-30. Эти слайд-бары могут перемещаться вверх или вниз, чтобы выбрать нужный временной интервал для анализа. (см. Рисунок 4). - Нажмите кнопку Exit на левой стороне этого окна. Всплывет окно предупреждения. Выберите OK, чтобы подтвердить интервал сокращений.
- Нажмите Запуск Анализатор в левом нижнем углу программы (см. Таблица материалов). Откроется новое окно.
- Нажмите Best Fit в нижней части страницы. Это позволит заполнить первый набор данных, в том числе L-OD и No-OD.
- Запись данных.
- Нажмите Reset, чтобы выбрать другой вариант анализа.
- Выберите macular Pigment под опциями модели рецепторов.
- Нажмите Best Fit, чтобы заполнить второй набор данных, включая MPOD.
- Нажмите Сохранить решение, чтобы сохранить этот интервал.
Representative Results
В этом исследовании приняли участие восемь человек в возрасте от 22 до 29 лет. В таблице 1 описывается, как рассчитать расстояние, чтобы получить каждую степень эксцентриситета из центра макулы. Таблица 2 обеспечивает демографическую ситуацию участников. В выборку исследования входит равное число мужчин и женщин с широким разнообразием этно-расового разнообразия. В таблице 3 показаны средние результаты MPOD, полученные как устройствами, так и L-OD и No-OD всех участников, участвующих в исследовании, в различных эксцентриситетах. Среднее MPOD и стандартное отклонение, полученное гетерохроматическим фотометром мерцания и методом отражательной техники, составили 0,480 (SD 0.14) и 0.593 (SD 0.161) соответственно. Существовала отличная корреляция между измерением MPOD, полученным с использованием методов с коэффициентом корреляции лица r 0.92 (p qlt; 0.001). В центре в цель ю-ОД был больше по сравнению с L-OD, измеренным в области фовеального фовеального промежутка. Соотношение L-OD к No-OD централизованно составило 1:2,61. В центре фовеи уменьшилась функция эксцентриситета. На 1 градус от центральной фовеи концентрация З-ОД, измеряемая отражательной томометрией, значительно снизилась, что увеличилось в L-OD. Соотношение L-OD к No-OD на 1 градус от центральной фиксации составило 1,38:1,0. В парафовеальной области при 2 градусах от центральной фиксации лютеин стал преобладающим каротиноидом, а соотношение L-OD к ОД составило 2,08:1,0. Таблицы 4, 5и 6 показывают данные, полученные по всем восьми предметам. Изучая таблицы, очевидно, что существует значительная межиндивидуальная изменчивость значений L-OD, No-OD и MPOD, что указывает на то, что физиологические пределы нормальности могут быть большими.
Рисунок 1: Отражайемый макулярный пигмент. В этом эксперименте используется макулярный отражатель пигмента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Маккулярный пигмент отражатель оперативной схемы. Диаграмма внутренней оперативной схемы устройства MPR. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Периферическая система измерительных дорожек. (A) Отражатель макулярного пигмента с периферийной системой трека 6,1 м. (B) Трек системы с исследователем указывая на 0 градусов светодиодного света. (C) Вся система, как это будет выглядеть при тестировании участника. (D) Трек овская система с 1 градус светодиодный свет. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Окно, показывающее слайд-бары, используемые для редактирования измерений к нужному времени. Полосы слайдов, используемые для отсеивания желаемого таймфрейма. На рисунке показаны первые 10 с удаления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
| Расстояние тестирования (м) | 3 | 4 | 5 | 6.1 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Расстояние между огнями | 0.052 | 0.07 | 0.087 | 0.107 | 0.122 | 0.14 | 0.157 | 0.175 |
Таблица 1: Разделение между огнями фиксации на различных расстояниях от цели. Расстояние между огнями является значением для x в этом уравнении:
где d является тестное расстояние.
| Тема | Возраст | Гендерного | Этнической принадлежности | Гонки |
| 3002 | 27 | F | Испаноязычных | Кавказская/Более одной расы |
| 3003 | 28 | F | Испаноязычных | Ни один |
| 3004 | 26 | F | Не испаноязычные | Афроамериканца |
| 3005 | 24 | М | Испаноязычных | Азиатская/Более одной расы |
| 3006 | 27 | М | Не испаноязычные | Азиатки |
| 3007 | 25 | F | Не испаноязычные | Афроамериканца |
| 3009 | 29 | М | Испаноязычных | Кавказская/Более одной расы |
| 3010 | 22 | М | Не испаноязычные | Азиатки |
Таблица 2: Демография участников исследования. Таблица показывает возраст, пол и этническую принадлежность участников, исследуемых. Средний возраст участников составил 26 лет. Соотношение мужчин и женщин было 1:1. Самоидентифицированная этническая принадлежность участников включала 50% испаноязычных и около 37,5% азиатских или более чем одной расы.
| Средний L-OD | Среднее -OD | Средне-отражающая MPOD | Среднее соотношение К-Л | Средне-фликер фотометтрия MPOD | |
| Центральной | 0.247 | 0.425 | 0.593 | 2.61:1 | 0.48 |
| Периферия 1 дег | 0.402 | 0.122 | 0.248 | 1:1.38 | Недоступно |
| Периферия 2 дег | 0.366 | 0.03 | 0.143 | 1:2.08 | Недоступно |
Таблица 3: Средние значения каротиноидов при различных эксцентриситетах. В таблице показаны средние результаты, полученные от восьми участников исследования. SD для среднего центрального L-OD (0.188) и среднего центрального Q-OD (0.142). SD для среднего центрального MPOD MPR (0.161) и SD для среднего центрального MPOD отражательного метра (0.14). SD для среднего L-OD на периферийной 1 степени (0,224) и среднего З-ОД на периферийной 1 градус (0,122). SD для среднего MPOD MPR на периферийной 1 степени (0.248). SD для среднего L-OD на периферийных 2 градусов (0,366) и SD для среднего З-ОД на периферийных 2 градусов (0,030). SD для среднего MPOD MPR на периферийной 2 степени (0.143).
| Участник | L-OD | З-ОД | MPOD | Коэффициент в один-л | Депутаты |
| 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 |
Таблица 4: Индивидуальные измерения оптической плотности каротиноидов, полученные при центральной фиксации. Таблица показывает измерения, полученные при централизованной фиксации для всех восьми участников.
| Участник | L-OD | З-ОД | MPOD | Коэффициент в один-л |
| 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 |
Таблица 5: Индивидуальные измерения оптической плотности каротиноидов, полученные на 1 градус от центральной фиксации. Таблица показывает измерения, полученные на 1 градус от центральной фиксации для всех восьми участников.
| Участник | L-OD | З-ОД | MPOD | Коэффициент в один-л |
| 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 |
Таблица 6: Индивидуальные измерения оптической плотности каротиноидов, полученные при 2 градусах от центральной фиксации. Таблица показывает измерения, полученные при 2 градусах от центральной фиксации для всех восьми участников.
Discussion
Наше исследование иллюстрирует технику и методологию для выполнения измерений in vivo MPOD в различных фовеальных и парафовеальных регионах с помощью отражательного устройства. Мы разработали и откалибровали периферийную систему треков для получения измерений на 1 градус и 2 градуса от центральной фиксации. Результаты нашего исследования показывают, что MPOD, L-OD и З-ОД могут быть измерены в различных фовеальных и парафовеальных регионах, используя этот протокол в оптической бесконечности. Протокол может быть адаптирован для более коротких расстояний, если в клинике нет длинных комнат. В этом случае, однако, расширение зрачка будет необходимо для контроля активного размещения (см. таблицу 1).
При выполнении этого эксперимента есть два важных шага: 1) калибровка 0 градусов и 2) черная калибровка. При использовании периферической системы трек для измерения MPOD и его составляющих вне центра, внешняя фиксация для калибровки 0 градусов или foveal измерения имеет первостепенное значение. Если участник, чей глаз измеряется не понимает эту процедуру или не может выполнить необходимые шаги, измерения будут скомпрометированы и ошибочны. Черная калибровка также имеет решающее значение, поскольку она позволяет MPR установить базовый спектрометр измерения, когда нет света, который устройство затем сравнивает со всеми значениями, полученными от субъекта. Таким образом, черная калибровка является обязательным для каждого участника.
Результаты нашего исследования показывают, что центральные уровни MPOD соответствуют данным предыдущих опубликованных экспериментальных и гистологических исследований7,10,14. Кроме того, мы обнаружили, что уровни для MPOD снижение с увеличением эксцентриситета женевки, с значениями MPOD быть больше на foveal по сравнению с парафовеальной области. Уровни лютеина и зеаксантина также различаются в разных местах для ретинса, а соотношения лютеина и зеаксантина изменяются как функция эксцентриситета. Мы обнаружили, что центральные соотношения L-OD и No-OD 1:2.6, которые изменились до 2,08:1 при 2 градусах от центральной фиксации. Это согласуется с отчетами из предыдущих исследований10,29. Мы обнаружили, что уровни лютеина и зеаксантина показали значительные межиндивидуальные различия. До in vivo лабораторные эксперименты оценивали только три предмета и есть ограниченная информация в этой области29. Если значительное межиндивидуальное изменение уровней каротиноидов является правильным, то это будет поддерживать необходимость получения базовых показателей каротиноидов и пошива отдельных добавок. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить этот вывод о высокой межиндивидуальной изменчивости уровня лютеина и зеаксантина у здоровых людей. Предыдущие публикации и работа с этим устройством MPR показывают, что повторяемые измерения могут быть получены для MPOD как в неразлядных, так и в расширенных условиях зрачка, хотя повторяемость измерений L-OD и q-OD была улучшена, когда зрачки были расширены25. В настоящем исследовании мы выполнили все измерения MPR с расширенными зрачками. Учитывая, что уровни каротиноидов ниже на фовеальной периферии и парафовеальной области, может быть необходимо, чтобы расползать зрачок для последовательной силы сигнала и надежных периферических измерений.
Мы попробовали различные методы, и в конечном итоге разработали и протестировали нашу систему трека. Это оказалось наиболее эффективным способом достижения надежных результатов. Система была протестирована путем изучения трех участников несколько раз, чтобы увидеть, если аналогичные результаты могут быть достигнуты с каждой попыткой. Это включало в себя измерение участников в трех отдельных случаях в течение двух месячного периода. Другие методы пытались включить изменение отражательной окуляр, создавая крышку с предрезанными прорезями на 0, 1 и 2 градуса от центра. Этот метод оказался неэффективным, потому что щели были слишком близко друг к другу для субъекта адекватно различать.
Есть несколько ограничений в этом исследовании. Исследование требует, чтобы испытуемые имели нормальную бинокулярность. Это гарантирует, что субъект сможет зафиксироваться на цели, в то время как другой глаз измеряется. Субъекты, которые не отвечают этому критерию, не смогут выполнить инструкции, не зафиксируют должным образом при привлечении стимула и не могут быть успешно измерены с помощью этой техники. Система треков является надежной, однако ее ограничения могут быть устранены в ходе будущих исследований. Протокол можно было бы улучшить, имея встроенные красные светодиодные светильники с частью опорной системы Badal как части отражательного метра. Это позволило бы участнику зациклиться на желаемой эксцентричности с измерением глаза с соответствующим размещением объектива.
В настоящее время нет альтернативных методов измерения in vivo L-OD и No-OD. Тем не менее, существуют альтернативные устройства, измеряющие MPOD. Одним из таких устройств является гетерохроматический фотометр мерцания, используемый в данном исследовании. Гетерохроматический фотометр мерцания использует психофизический метод тестирования и не может определить индивидуальные значения лютеина и зеаксантина. Измерения центрального MPOD, полученные с помощью гетерохроматического фотометра мерцания, были в среднем на 0,11 ниже, чем те, которые были получены устройством MPR со стандартным отклонением 0,16. Измерение MPOD, полученное с использованием обоих методов, имело отличную корреляцию, как сообщалось ранее25.
Хотя нынешнее исследование имеет небольшой размер выборки, его целью было доказать концепцию, что периферийные измерения зеаксантин и лютеин оптической плотности могут быть получены с помощью устройства отражательной отражаи. Насколько нам известно, другие исследования in vivo имели значительно меньшие размеры выборки, чем выборка, используемая в данном исследовании. Поэтому мы уверены, что наши результаты показывают, что плотность in vivo carotenoid может измеряться на фовеоле, фовеальной периферии и парафовеальной области с помощью отражателя. Наше исследование проливает дополнительный свет на то, как уровни зеаксантина и лютеина распределяются в центральных и периферических макулярных областях в сетчатке человека. Поскольку мы обнаружили замечательную вариацию значений среди наших участников исследования, более крупные исследования как in vivo, так и in vitro необходимы для лучшего понимания распределения лютеина и зеаксантина, уровней и соотношений населения в целом.
Disclosures
Д-р Pinakin Davey является консультантом для ЗеаВивент и д-р Деннис Gierhart является сотрудником, главный научный сотрудник EaVision производителя MPR устройства. Другие авторы не сообщают о каких-либо конфликтах.
Acknowledgments
Мы благодарим WesternU колледж оптометрии и магистра наук в области медицинских наук программы в WesternU за их помощь и поддержку. Мы также благодарим «ЗеаВийз» за их щедрую поддержку и финансирование.
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).
