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Neuroscience

Reactividad Vascular Retinal evaluada por Angiografía por Tomografía de Coherencia Óptica

Published: March 26, 2020 doi: 10.3791/60948

Summary

Este artículo describe un método para medir la reactividad de la vasculatura de la retina in vivo con sujetos humanos utilizando una técnica de provocación de respiración de gases para administrar estímulos vasoactivos mientras adquiere imágenes de la retina.

Abstract

Se ha demostrado que el suministro vascular a la retina se adapta dinámicamente a través de la vasoconstricción y la vasodilatación para adaptarse a las demandas metabólicas de la retina. Este proceso, conocido como reactividad vascular retiniana (RVR), está mediado por acoplamiento neurovascular, que se ve afectado muy temprano en enfermedades vasculares de la retina como la retinopatía diabética. Por lo tanto, un método clínicamente factible para evaluar la función vascular puede ser de interés significativo tanto en la investigación como en los entornos clínicos. Recientemente, la imagen in vivo de la vasculatura de la retina a nivel capilar ha sido posible gracias a la aprobación por la FDA de la angiografía por tomografía de coherencia óptica (OCTA), un método de angiografía no invasiva, de riesgo mínimo y sin colorante con resolución de nivel capilar. Al mismo tiempo, varios investigadores han mostrado cambios fisiológicos y patológicos en la RVR. El método que se muestra en este manuscrito está diseñado para investigar RVR utilizando OCTA sin necesidad de alteraciones en los procedimientos de diagnóstico por imágenes clínicas o dispositivo. Demuestra imágenes en tiempo real de la retina y la vasculatura de la retina durante la exposición a afecciones hipercapnicas o hiperoxicas. El examen se realiza fácilmente con dos personas en menos de 30 minutos con mínima sintenito o riesgo en el tema. Este método es adaptable a otros dispositivos de imágenes oftálmicas y las aplicaciones pueden variar en función de la composición de la mezcla de gas y la población del paciente. Una fuerza de este método es que permite una investigación de la función vascular retiniana a nivel capilar en sujetos humanos in vivo. Las limitaciones de este método son en gran medida las de OCTA y otros métodos de imágenes de retina, incluidos artefactos de imágenes y un rango dinámico restringido. Los resultados obtenidos del método son imágenes OCT y OCTA de la retina. Estas imágenes son susceptibles a cualquier análisis que sea posible en dispositivos OCT o OCTA disponibles comercialmente. El método general, sin embargo, se puede adaptar a cualquier forma de imagen oftálmica.

Introduction

La demanda metabólica de la retina depende de un suministro adecuado y constante de oxígeno proporcionado por un sistema bien regulado de arteriolas, capilares y venulas1. Varios estudios han demostrado que la función de los vasos de la retina humana de mayor calibre se puede evaluar in vivo con varios fisiológicos2,3,4,5 y farmacológicos6,7 estímulos. Además, la función anormal de este sistema vascular es común en enfermedades vasculares retinianas como la retinopatía diabética, donde se ha demostrado que la reactividad vascular de la retina (RVR) se atenúa incluso en sus primeras etapas8,,9 a través de ambos experimentos de provocación de gas9 y luz parpadeante5,,10,11. Los factores de riesgo vascular esretinia, como el tabaquismo, también se han correlacionado con la rVR12 deteriorada y el flujo sanguíneo de la retina13. Estos hallazgos son importantes ya que los síntomas clínicos de la enfermedad vascular de la retina ocurren relativamente tarde en el proceso de la enfermedad y los marcadores clínicos tempranos comprobados de la enfermedad carecen de14. Por lo tanto, la evaluación de la RVR puede proporcionar medidas útiles de integridad vascular para la evaluación temprana de anomalías que pueden iniciar o exacerbar enfermedades degenerativas de la retina.

Los experimentos anteriores de RVR generalmente se han basado en dispositivos como un caudalímetro sanguíneo láser9 o cámaras fundus equipadas con filtros especiales15 para la adquisición de imágenes de retina. Sin embargo, estas tecnologías están optimizadas para vasos de mayor diámetro como arterioles16 y ventrículos15,que no son donde se producen gases, micronutrientes y intercambio molecular. Un estudio más reciente fue capaz de cuantificar el RVR de los capilares utilizando la imagen óptica adaptativa17,pero a pesar de la resolución espacial mejorada, estas imágenes tienen un tamaño de campo más pequeño y no están aprobadas por la FDA para uso clínico18.

El reciente advenimiento de la angiografía por tomografía de coherencia óptica (OCTA) ha proporcionado un método angiográfico aprobado, no invasivo y sin colorante aprobado por la FDA para evaluar los cambios en el nivel capilar en pacientes humanos y sujetos invivo. LA OCTA es ampliamente aceptada en la práctica clínica como una herramienta eficaz para evaluar el deterioro de la perfusión capilar en enfermedades vasculares de la retina como la retinopatía diabética19,las oclusiones venosas retinianas20,vasculitis21 y muchas otras22. Por lo tanto, la OCTA ofrece una excelente oportunidad para la evaluación de los cambios en el nivel capilar, que pueden tener una heterogeneidad espacial y temporal significativa23, así como cambios patológicos, en un entorno clínico. Nuestro grupo demostró recientemente que la OCTA se puede utilizar para cuantificar la capacidad de respuesta de los vasos retinianos en el nivel capilar2 a los cambios fisiológicos en el oxígeno inspirado, que es un estímulo vasoconstrictivo de la retina16,,24,y dióxido de carbono, que es un estímulo vasodilatador de la retina3,5.

El objetivo de este artículo es describir un protocolo que permitirá al lector evaluar la reactividad vascular retiniana de las arterias más pequeñas y el lecho capilar utilizando OCTA. Los métodos se adaptan a los presentados en Lu et al.25 que describieron la medición de la reactividad cerebrovascular con imágenes por resonancia magnética. Aunque los métodos actuales fueron desarrollados y utilizados durante la imagen OCTA2, son aplicables a otros dispositivos de imágenes de retina con modificaciones relativamente simples y obvias.

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Protocol

Este estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad del Sur de California y se adhirió a los principios de la Declaración de Helsinki.

1. Configuración de Aparatos de gas sin respiración

Figure 1
Figura 1: Diagrama del aparato sin respiración. La configuración completa se ha dividido en tres unidades separadas según su función y la frecuencia con la que se tratan de forma independiente. Estos incluyen: la Unidad de Control de Aire, la Unidad sin respiración y la Unidad de Dispositivo de Sujeto/Imagen Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Montaje del aparato
    1. Conecte la bolsa Douglas(Figura 1, #1) a la válvula de tres vías (#3) en un puerto de entrada selectiva a través del tubo de diámetro interior de 35 mm (#2; véase Tabla de materiales)con adaptador (#2*). Esta combinación se llamará la "Unidad de Control del Aire" como se muestra en la Figura 1.
    2. Conecte la válvula bidireccional sin respiración (#6) al conector de junta de codo (#7) en el puerto de la boca de la válvula sin respiración. Forme la conexión utilizando un tubo de goma (#5) equipado con un adaptador (#4).
    3. Conecte la articulación del codo al tubo de entrega de gas (#8). Esta configuración, incluida la válvula de no respiración (#6), el tubo interno (#5), los adaptadores (#4), la articulación del codo (#7) y el tubo de entrega de gas (#8) se denominarán la "unidad sin respiración".
      NOTA: Minimice la cantidad de espacio muerto entre la boca del sujeto y el diafragma de la válvula bidireccional sin respiración (#6).
    4. Conecte la unidad de control de aire en el puerto de salida de la válvula de tres vías (#3) a la unidad sin respiración en el puerto de entrada de la válvula bidireccional sin respiración (#6). Realice la conexión utilizando tubos de goma adicionales (#5) y adaptadores (#4) como los descritos anteriormente que permiten insertar las piezas entre sí.
    5. Selle todas las conexiones sueltas envolviendo las juntas con cinta de sellado para asegurar un ajuste hermético.
    6. Conecte el tubo de entrega de gas (#8) en su extremo abierto a una boquilla (#9) como se muestra en la unidad de dispositivo de sujeción/imagen de la figura 1.
      NOTA: Este paso (1.1.6) se puede aplazar hasta que la prueba del sujeto esté lista para comenzar (Paso 3.5).
  2. Preparación de la Unidad de Control Aéreo para la no respiración de gas
    1. Aísle la unidad de control de aire desconectándola de cualquier tubo interno (#5) o adaptadores (#4) si aún no está separada.
    2. Asegúrese de que la bolsa Douglas (#1) esté vacía o vacía la bolsa Douglas (#1) de cualquier aire enrollando sistemáticamente la bolsa desde el extremo distal hacia el puerto de entrada de la bolsa con la válvula de tres vías (#3) establecida en la configuración 1 como se muestra en la Figura 1.
    3. Llene la bolsa Douglas (#1) con la mezcla de gas adecuada.
      1. Si solo se pretende que el aire de la habitación no se respire, ajuste la válvula de tres vías a la configuración 2 (que se muestra en la figura 1)y no llene la bolsa Douglas (#1). De lo contrario, continúe con los pasos que componen el paso 1.2.3.
      2. Conecte la unidad de control de aire (que se muestra en la figura 1) en el puerto de salida de la válvula de tres vías (#3) a un cilindro de gas (que contiene la mezcla de aire deseada) utilizando los adaptadores y tubos adecuados. Utilice un adaptador de manguito para montar un tubo de llenado de gas de 1/8" en el diámetro exterior de la válvula de tres vías (#3).
      3. Establezca el conjunto de válvulas de tres vías en Configuración 1 (como se muestra en la Figura 1)para permitir que el gas previsto fluya desde el cilindro de almacenamiento a la bolsa Douglas (#1). Abra el cilindro de gas.
      4. Una vez que la bolsa Douglas (#1) se llene al volumen previsto (generalmente medio lleno), cierre la salida del cilindro de gas y ajuste la válvula de tres vías a la configuración 2, que aísla el gas dentro de la bolsa Douglas (#1). Desconecte la unidad de control de aire de cualquier tubo utilizado para llenar la bolsa Douglas (#1).

2. Preparación del sujeto para la toma de imágenes

  1. Después de que el sujeto consienta participar en el estudio, siente el sujeto detrás del dispositivo de imágenes OCTA. Explicar los procedimientos de prueba al sujeto.
  2. Confirmar la historia clínica del sujeto para asegurarse de que el sujeto no tiene condiciones médicas existentes que aumenten el riesgo de participar en el estudio.
    NOTA: Las enfermedades cardiovasculares o pulmonares preexistentes son factores de riesgo para los que los sujetos pueden ser excluidos de la participación. Es esencial que el sujeto entienda que puede detener el procedimiento en cualquier momento por cualquier motivo, como sentirse aturdido o alguna molestia inesperada adicional.
  3. Determinar el ojo que se evaluará según el protocolo de prueba. Solo se puede crear una imagen de un ojo para limitar el tiempo de prueba y minimizar las posibles molestias derivadas de la falta de respiración del gas.
  4. Considere la dilatación ocular si el sujeto tiene un tamaño de pupila de aproximadamente 2,5 mm o menos. Aunque la dilatación no es obligatoria, aumenta las posibilidades de adquirir imágenes de buena calidad. Para dilatar, inculque una gota cada una de solución oftálmica de clorhidrato de proparacaína al 0,5%, una solución oftálmica de trópico al 1% y una solución oftálmica de clorhidrato de fenilerina al 2,5%. La dilatación completa debe ocurrir dentro de 10–15 min.

3. Experimento de Provocación de Gas y Adquisición de Imagen

  1. Cree un perfil para el paciente en la máquina OCTA.
  2. Use guantes.
  3. Limpie la cabeza y el reposamenta de OCTA con un hisopo de alcohol para desinfectar la configuración.
  4. Libere la boquilla (#9) de su embalaje estéril.
    NOTA: Abstenerse de tocar la boquilla tanto como sea posible, ya que este componente hace contacto directo con el revestimiento de moco de la boca del sujeto
  5. Conecte la boquilla (#9) al tubo de entrega de gas (#8)
  6. Coloque un oxímetro de pulso en el dedo de los sujetos y comience a monitorear los niveles de saturación de oxígeno y el pulso.
    NOTA: Una vez que el sujeto comienza a respirar la mezcla de aire deseada, el oxímetro de pulso debe ser monitoreado continuamente por el examinador. Si la saturación de oxígeno del sujeto cae por debajo del 94%, el experimento debe detenerse, como medida de seguridad, y el sujeto observado hasta que vuelvan a la línea de base.
  7. Ajuste la altura de la configuración OCTA para que el sujeto pueda apoyar fácilmente su barbilla en el reposabarros (#11) sin sobreextender o flexionar el cuello.
  8. Coloque el tubo de entrega de gas (#8) con la boquilla (#9) a través de la cabeza y el reposamenta con la boquilla (#9) frente al paciente. Haga que el tubo pase por la máquina oppposite el lado del ojo que el sujeto está teniendo imágenes.
  9. Inserte la boquilla en la boca del paciente. Anime al sujeto a practicar la respiración a través de la configuración sin respiración para crear familiaridad con el aparato. Asegúrese de que el sujeto respira profundamente para facilitar el intercambio de gas.
  10. Coloque el clip nasal (#10) sobre el sujeto para asegurarse de que respiran a través de la boquilla.
  11. Mantenga la válvula de tres vías en la configuración 2 o cámbiela a la configuración 1 dependiendo de si se están adquiriendo imágenes para la exposición al aire de la habitación o a una mezcla de gas específica, respectivamente. Para futuras referencias, tenga en cuenta el tiempo como el inicio de la inhalación de gas.
  12. Pida al sujeto que coloque su barbilla en la sección derecha o izquierda del reposabarros (#11) de acuerdo con el ojo seleccionado para la toma de imágenes.
  13. Asegúrese de que muevan la cabeza hacia adelante hasta que su frente esté en contacto firme con el reposacabezas (#11).
  14. Capture el análisis de interés OCTA según lo determinado por el protocolo de prueba. En este estudio, tres imágenes de 3 mm x 3 mm centradas en la fóvea fueron capturadas después de 1 min de respiración gaseosa.
    1. Pida al sujeto que mantenga la cabeza mirando hacia adelante y quieto mientras se fija en el objetivo en el centro de su vista
    2. En la imagen en vivo que se ve en la vista de iris, centra el escaneo.
    3. Enfoque el iris moviendo el reposabarros hacia adentro o hacia afuera usando las flechas izquierda-derecha.
    4. Asegúrese de que la inmersión foveal esté centrada en el análisis DEC, que debe producirse de forma predeterminada.
    5. Toma una imagen. El escaneo generalmente durará varios segundos en una máquina OCTA.
    6. Vea la imagen OCTA después de la finalización del escaneo y asegúrese de que es de calidad adecuada. La intensidad de la señal debe ser de 7 o mejor en una escala de 10 puntos proporcionada por el fabricante de OCTA.
    7. Seleccione Guardar o volver a escanear el ojo.
    8. Repita los pasos 3.14.1–3.14.7 para el mayor número de escaneos que desee.
    9. Deje que el sujeto se sente de la máquina. Retire el clip nasal (#10) y la boquilla (#9) cuando no se necesiten más escaneos del ojo con esta mezcla de gas.
  15. Permita a los sujetos una pausa de 2 minutos antes de iniciar los experimentos de provocación de gas CO2.
  16. Llene la bolsa Douglas con la primera mezcla de aire deseada (compuesta por 5% co2,21% de oxígeno y 74% de nitrógeno) como se especifica en el paso 1.2. La válvula de tres vías estará en la configuración 2 después de este paso.
  17. Configure el aparato de respires de gas completo conectando la unidad de control de aire a la unidad sin respiración, como se muestra en la Figura 1 y se describe en el paso 1.1.4. Asegúrese de que todas las juntas estén herméticas con cinta de sellado.
  18. Repita los pasos 3.9–3.14, pero ahora establezca la válvula de tres vías en Configuración 1 cuando se dirija en el paso 3.11.
  19. Dar a los sujetos una pausa de 10 minutos después de la provocación de gas CO2 para permitir un retorno a la línea de base.
  20. Mientras el sujeto está de descanso, llene la bolsa Douglas con 100% O2 según el paso 1.2.
  21. Repita los pasos 3.17–3.18 para realizar el experimento en condiciones de provocación de gas 100% O2.

4. Limpieza experimental

  1. Deseche los elementos desechables de la configuración: boquilla del sujeto (#9) y clip de nariz (#10).
  2. Limpie la cabeza y el reposamenta (#11) con un hisopo de alcohol. Limpie la silla sujeta, la mesa OCTA y las asas OCTA con una toallita desinfectante para eliminar cualquier saliva errante.
  3. Desconecte la configuración en sus componentes base (la unidad de control de aire y la unidad sin respiración) en la válvula de tres vías (#3).
  4. Como ningún aire exhalado del sujeto debería haber llegado a los elementos de la Unidad de Control Aéreo, vacíe la bolsa Douglas de acuerdo con el paso 1.2.2 y colóquela en un lugar para su futura recuperación. Desconecte el tubo de limpieza (#2) con adaptador (#2*) y válvula de tres vías (#3) de la bolsa Douglas si lo desea para facilitar el almacenamiento. Esto completa la limpieza de la unidad de control de aire.
  5. Retire el tubo de suministro de gas (#8) de la unidad sin respiración desconectándolo de la articulación del codo (#7). Desconecte el tubo de goma (#5) y los adaptadores de tubo (#4) de la válvula bidireccional de no respiración (#6). A continuación, haga lo mismo de la articulación del codo (#7) quitando la cinta de sellado y desenganchando las piezas destirándolas.
    NOTA: La limpieza más extensa de la válvula bidireccional sin respiración puede facilitarse desmontarla para extraer los diafragmas internos para un cuidado adicional.
  6. Preparar un baño desinfectante para la limpieza de los componentes reutilizables
    1. Llene un recipiente lo suficientemente grande como para sumergir el tubo de suministro de gas (#8) con un desinfectante de detergente adecuadamente diluido y bien mezclado. En este caso, diluir el detergente con agua a una proporción de 1:6425.
  7. Remoje el tubo de suministro de gas (#8), la válvula bidireccional sin respiración (#6), la articulación del codo (#7), el tubo de goma interno (#5) y los adaptadores de tubo (#4) en el baño desinfectante preparado durante al menos 10 minutos.
  8. Retire todas las partes después de que el baño haya terminado y enjuáguelas bien con agua.
  9. Colóquelos en una toalla de papel en una encimera limpia para secarlos al aire.
  10. Una vez completado el secado al aire, deseche la toalla de papel y coloque todos los componentes para su almacenamiento.

5. Exportación y análisis de datos de la OCTA

  1. Exportación de datos OCTA
    1. Exporte los datos de OCTA insertando un dispositivo de medios extraíbles de su elección en el equipo OCTA. Encuentre el tema y el escaneo de interés.
    2. Seleccione Exportar para crear una carpeta zip que contenga los datos del sujeto de interés en un formato .bmp en el dispositivo de medios extraíbles.
  2. Análisis de datos OCTA
    1. Organice los datos de OCTA en un ordenador de laboratorio con la capacidad de realizar análisis y procesamiento de imágenes adicionales.
    2. Utilice un script personalizado para suprimir el ruido con una técnica de umbral global y realizar una extracción de características adicional. Binarize y esqueletizar las imágenes OCTA.
    3. En las imágenes post-procesadas, calcule la densidad del esqueleto del recipiente (VSD)19,26, una medida sin dimensiones de la longitud lineal total de los vasos en una imagen calculada por la siguiente ecuación realizada en una imagen esqueletizada binarizizada de la OCTA:
      Equation 1
      donde i y j se refieren a la coordenada de píxel (i,j), L(i,j) se refiere a píxeles blancos que representan decorrelación, X(i,j) se refiere a todos los píxeles, y n se refiere a las dimensiones de la matriz de píxeles, que se puede suponer que son n x n píxeles19,26. El denominador de esta ecuación representa el número total de píxeles que se calcula como escrito a partir de la imagen esqueletizada, pero se puede considerar que representa el área física de toda la imagen.

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Representative Results

La salida de este experimento consiste en las lecturas manuales tomadas del oxímetro de pulso, el tiempo observado para la exposición a gas o escaneo OCTA y los datos de imágenes OCTA en bruto. Una imagen OCTA consiste en los pTU B-scans y la señal de decorrelación asociada con cada B-scan. Los parámetros de datos se indican según las especificaciones del dispositivo. Se utilizó una máquina OCTA de plataforma láser de origen barrido con una longitud de onda central de 1040–1060 nm. Las imágenes proporcionan una resolución transversal de 20 m y una resolución axial óptica de 6,3 m. Muy a menudo, los datos OCTA se presentan en un formato de encara 2D como se ha mostrado en la figura representativa 2. Existen muchas métricas para cuantificar estos datos de una manera que permite comparaciones entre sujetos y entre diferentes condiciones. En la Figura 2se muestra una métrica representativa de la densidad del esqueleto de los vasos (VSD) junto con las angiografías retinianas completas. Como los capilares vasoconstricto y vasodilado en respuesta a la exposición al gas, la densidad capilar también cambia. Se espera que las condiciones hiperépnicas den lugar a un aumento de la SDV y de las condiciones hiperoxicas que resulten en una disminución de la SDV en comparación con las condiciones del aire ambiente.

Figure 2
Figura 2: Resultados representativos de la densidad esquelética del vaso (VSD) en condiciones hiperoxigenas, de aire de la habitación e hipercapnicas. Este gráfico muestra los angiogramas OCTA de 3 mm x 3 mm y los hallazgos de densidad de los vasos de un sujeto femenino de 76 años. La fila 1 muestra un único pTU B-scan horizontal representativo a través de la fóvea con señal de descorrelación por encima del epitelio pigmentario de la retina representado por rojo para cada una de las condiciones de provocación de respiración de gas: 100% O2, aire de la habitación y 5% CO2 respectivamente. La fila 2 consiste en una sola imagen de enfado OCTA construida a partir de 256 escaneos B OCTA, uno de los cuales se muestra en la fila 1. La fila 3 consiste en esas mismas imágenes OCTA en la fila 2 después del postprocesamiento en la que los vasos fueron binarizados y esqueletizados. La fila 4 consiste en un mapa de calor que muestra VSD calculado localmente a partir de las imágenes de la fila 3. Tenga en cuenta que el VSD total y el número relativo de puntos calientes de VSD locales aumenta a medida que uno progresa en las columnas de izquierda a derecha. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

La metodología que acabamos de describir es el protocolo completo para un experimento de provocación de respiración de gas que permite la medición del RVR de un sujeto en un entorno controlado en momentos específicos sin modificaciones en el dispositivo de imágenes OCTA y mínima molestia o riesgo para el sujeto. Esta configuración se describe de una manera que permite modificaciones fáciles para adaptarse a las necesidades del investigador. Puede acomodar tubos adicionales para adaptarse a diferentes salas clínicas y ciertos elementos como el tubo interno o la articulación del codo pueden ser omitidos o sustituidos por otros componentes. La Figura 1 muestra cómo las partes clave de la configuración (la unidad de control de aire, la unidad sin respiración y la unidad de dispositivo de sujeción/imágenes) interactúan entre sí en una conexión simple. Las mezclas de gas se pueden controlar fácilmente utilizando la bolsa Douglas como depósito. Además, se pueden añadir monitores suplementarios en varios puntos de la configuración. Por ejemplo, la articulación del codo contiene un puerto de muestreo opcional que se puede utilizar para medir los gases en la exhalación del sujeto, como el CO2 de marea final para una caracterización más precisa del estado de la respiración del sujeto. La fuerza de este aparato sin respiración está en su adaptabilidad tanto a las condiciones clínicas como a los requisitos del investigador. Aunque se utilizan imágenes OCTA, otras modalidades de diagnóstico por imágenes podrían implementarse con esta configuración de gas.

El orden de exposición a los gases durante el ensayo puede ser importante para no sesgar las medidas de reactividad. Los estudios de Tayyari et al.24 han sugerido que un estado vasoconstrictivo de los vasos retinianos persistió después de la conclusión de un desafío de gas hiperoxico y puede afectar la evaluación de rVR hipercapnic. Sin embargo, otros han demostrado oxigenación del vaso de la retina27 y diámetro del vaso de la retina16, ambos regresan al nivel basal dentro de 2,5 min después del cese de la respiración hiperoxicótica. La duración de la provocación de gas también es importante. Los trabajos anteriores han demostrado que la vasoconstricción es medible después de 1 min de exposición hiperoxicática y que casi toda la vasoconstricción se ha producido después de 4-5 min de inicio. Los diámetros de los recipientes se mantendrán estables con la exposición al oxígeno durante al menos 20 min28. En el caso de la provocación de gas hiperplénico, se observaron efectos máximos en los diámetros arteriales y venosos de la retina después de 3 minutos de exposición a condiciones de dióxido de carbono del 5%4. El método propuesto es que este estudio comienza a tomar imágenes después de 1 min de gas sin respiración porque se ha demostrado que el efecto de la hipercapnia sobre la reactividad vascular cerebral es equivalente a 1 y 4 min, reduciendo así el tiempo necesario para la toma de imágenes y el malestar del paciente significativamente29.

Mediante el uso de una boquilla con un clip de nariz, esta configuración puede mejorar en esos experimentos utilizando una máscara de gas. Estudios previos que inducen condiciones hiperoxicias utilizando una boquilla notaron un aumento medio en la concentración de oxígeno en sangre de arterioles de la retina de 2%15 en comparación con un aumento del 5%30 cuando se utiliza una máscara. Sin embargo, al agregar un clip nasal, este método debe reducir la posibilidad de que los sujetos inspiren cualquier cantidad de aire a través de su nariz como puede haber ocurrido en este estudio anterior. El potencial de error en la configuración debe ser equilibrado con la comodidad del paciente y las complicaciones adicionales de usar una máscara facial mientras se utiliza un sistema OCTA sin modificar. Estos incluyen hacer espacio para la máscara en la OCTA31 y el potencial de intercambio de gas y mezcla en el gran espacio ocupado por la propia máscara32. Una preocupación con respecto a la configuración de la boquilla es el potencial de efectos vasoconstrictivos compuestos en el RVR debido a los cambios en la presión parcial de CO2 (PCO2) durante la inducción de hiperoxia33. El aparato respiratorio puede modificarse para controlar este efecto de confunción manteniendo una presión parcial de marea final constante de dióxido de carbono con un circuito de respiración secuencial33,,34.

Durante las pruebas, los pacientes pueden sentir dificultad para respirar al respirar a través del circuito del tubo, aunque estén oxigenando bien. Esta sensación se debe potencialmente a la mayor resistencia al flujo de gas al respirar a través de la tubería. Se pueden tomar varias medidas para garantizar que el sujeto no se desconcerte o se alarme. En primer lugar, es importante minimizar la longitud de espacio muerto entre la boca del sujeto y la válvula bidireccional sin respiración para minimizar la respiración del gas. Incluso con un segmento muy corto, los sujetos todavía pueden "sentir" como si la respiración es más difícil. Por lo tanto, es importante que el sujeto respire a través del aparato de no respiración de gas antes del inicio de cualquier recopilación de datos para familiarizar al sujeto con la configuración. El examinador debe recordar al sujeto que respire lenta y profundamente, vigilar de cerca las lecturas de la oximetría de pulso e informar al sujeto de sus hallazgos para tranquilizarlos. Además, asegúrese de que el sujeto pueda sentarse cómodamente y apoyar la cabeza fácilmente sobre el reposacabezas OCTA mientras se inserta la boquilla. Esto implica dirigir el tubo de la boquilla a través y alrededor del reposachines OCTA para que el sujeto no tenga que morder con fuerza para mantenerlo en su boca. Recuérdele al sujeto que mantenga la mirada en el objetivo de fijación y limite las acciones que resulten en movimiento de los ojos o la cabeza, incluyendo el habla, ya que estos pueden introducir artefactos de movimiento en los escaneos OCTA. Se debe alentar al sujeto a retirarse del experimento si el malestar de participar en el estudio va más allá del mínimo.

No se espera que la hipercapnia y la hiperoxia tengan un efecto significativo sobre la presión arterial media a la magnitud y duración de la variación de gas que se observa en este estudio, especialmente en sujetos hemodinámicamente normales35,,36. Sin embargo, la medición de la presión arterial durante las provocaciones de respiración de gases puede ser útil si el procedimiento de medición en sí no confunde el estudio o aumenta la ansiedad del sujeto durante las pruebas. Si los estímulos preferidos para evaluar el RVR es aumentar la presión arterial media, se pueden considerar métodos alternativos como la prueba de agarre manual37,38,39 o la prueba de prensador en frío40,que puede aumentar más directa y eficazmente la presión arterial de un sujeto.

LA OCTA permite una buena reproducibilidad intravisit e intervisit tanto en pacientes sanos como en aquellos con retinopatía con la mayoría de los coeficientes de variación para la densidad del vaso inferior al 6%41,42. En una población de pacientes de interés, como la de los pacientes diabéticos, el coeficiente de variabilidad entre sesiones para la densidad de los vasos se mantuvo por debajo del 6% incluso en un intervalo de un mes43. Por lo tanto, este método podría utilizarse para seguir los cambios longitudinales en RVR. Durante los seguimientos longitudinales, sin embargo, será importante realizar un seguimiento de los posibles fundadores a la evaluación de la reactividad vascular de la retina, como la ingesta de café44. También puede ser necesario ser sensible a la variación diurna que puede afectar la reactividad dependiendo de la condición y la capa de retina que se está estudiando45,46,47.

A pesar de la amplia aplicabilidad del método, algunos factores deben ser considerados durante el reclutamiento del paciente. Aunque este procedimiento de no respiración no utiliza una mezcla de gas hipoxico, el aumento de la resistencia a la respiración a través del tubo podría suponer riesgos adicionales para aquellos que ya tienen enfermedades pulmonares obstructivas, incluyendo asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Para los sujetos, incluyendo aquellos con afecciones cardíacas, en los que la dificultad para respirar ya es una preocupación, su participación en el estudio debe recibir un escrutinio adicional. En el caso de enfermedades vasculares más comunes, como la hipertensión y la diabetes, se han realizado pruebas de reto gaseosas con composiciones de gases similares en estas poblaciones de pacientes en varios estudios8,9,48, y más recientemente con el método descrito2, y no ha habido informes de eventos adversos en estos documentos.

Además, aunque las imágenes OCTA contienen información significativa sobre la función de la retina y se pueden calcular muchos parámetros para cuantificar la morfología del lecho capilar49,,50,al igual que con muchas otras tecnologías de imagen, existen limitaciones en la interpretación de los escaneos OCTA. Los defectos de imagen, incluidos los artefactos de desplazamiento, los artefactos de movimiento y los artefactos de proyección50, pueden afectar la calidad de las imágenes. OCTA se basa en el flujo para detectar la señal sin visualizar el endotelio o la pared vascular. Como resultado, las métricas OCTA implican índices que son representativos de las propiedades vasculares intrínsecas, pero pueden no ser representaciones perfectas de la microvasculatura. Las comparaciones con la histología han demostrado que la densidad real de la vasculatura retiniana puede ser mayor que la evaluada con OCTA51. Además, los cambios temporales en el flujo dentro de los microrecipientes de menos de 10-15 m pueden causar variación en la intensidad de la imagen OCTA entre los escaneos23. Se sospecha que esto se debe a caudales por debajo de una velocidad mínima detectable.

Para concluir, la comodidad de la configuración del intercambio de gas, el bajo costo de los materiales y la capacidad de aplicar el método a una amplia variedad de dispositivos de imágenes oftálmicas significan que seguirá siendo relevante para la toma de imágenes de la retina, especialmente con los sistemas OCTA. Al estimular una respuesta RVR positiva y negativa, esta configuración también se puede utilizar para sondear la fisiología de la enfermedad vascular de la retina, así como los límites de los propios sistemas OCTA mediante la visualización de aquellos vasos que evaden la detección utilizando la tecnología actual, pero son evidentes con estimulación adicional.

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Disclosures

Carl Zeiss Meditec ha proporcionado fondos de subvenciones, equipos y apoyo financiero a AHK relacionados con el tema de este artículo.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Research Grants de Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) y Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (New York, NY).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
5% CO2 gas [5% CO2, 21% O2, 74% N2] (Compressed) Institution Dependent (Praxair)
Bacdown Disinfectant Detergent Decon Labs 8001 https://deconlabs.com/products/disinfectant-bdd/
Clean-Bor Tubes (35 mm Inner Diameter) Vacumed 1011-108 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&skuid=1197
Cuff adapter for Douglas bag filling Vacumed 22254 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343
Douglas bag (200 L capacity) Harvard Apparatus 500942 https://www.harvardapparatus.com/douglas-bag.html
Elbow Joint (Inner Diameter 19 mm/Outer Diameter 22 mm), Modified in House
Fingertip Pulse Oximeter (Pro-Series) CMS CMS 500DL https://www.walmart.com/ip/Pro-Series-CMS-500DL-Fingertip-Pulse-Oximeter-Blood-Oxygen-Saturation-Monitor-with-silicon-cover-batteries-and-lanyard/479049154
Gas Delivery Tube (22 mm Inner Diameter) Modified in House
Gas filling tube (1/8" for compressed gas)
Hydrogen Peroxide Cleaner Disinfectant Wipes Clorox Healthcare 30824 https://www.cloroxpro.com/products/clorox-healthcare/hydrogen-peroxide-cleaner-disinfectants/?gclid=EAIaIQobChMIk-KG4vi15QIVcRh9Ch0NNwLPEAAYASAAEgJIa_D_BwE&gclsrc=aw.ds
Lubricant Eye Drops Refresh Refresh Plus https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-plus
Manual Directional Control Valves: Three-Way T-Shape Stopcock Type (Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2100C Series www.rudolphkc.com
Medical O2 (Compressed) Institution Dependent
Mouth piece (Silicone, Model #9061) Hans Rudolph 602076 www.rudolphkc.com
OCTA Imaging Device (PLEX Elite 9000) Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA, USA https://www.zeiss.com/meditec/int/product-portfolio/optical-coherence-tomography-devices/plex-elite-9000-swept-source-oct.html
Phenylephrine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2.5% Paragon Bioteck, Inc NDC 42702-102-15 https://paragonbioteck.com/products/diagnostics/phenylephrine-hydrochloride-ophthalmic-solution-usp-2-5/
Plastic Nose Clip Sterile Foam CS100 Sklar Sterile 96-2951 https://www.sklarcorp.com/disposables/plastic/plastic-nose-clip-sterile-foam-box-of-100.html
Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP .5% Bausch + Lomb NDC 24208-730-06 https://www.bausch.com/ecp/our-products/rx-pharmaceuticals/generics
Regulator (tank dependent- 5% CO2: Fisherbrand Mulitstage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575150 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575150?keyword=true
Regulator (tank dependent- Oxygen: Fisherbrand Multistage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575145 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575145?keyword=true
Rubber Tubing (Inner diameter 19 mm, Outer diameter 27 mm), Made in House
Sealing tape- Parafilm Wrap (2" Wide) Cole Parmer PM992 https://www.coleparmer.com/i/parafilm-pm992-wrap-2-wide-250-ft-roll/0672050?PubID=VV&persist=True&ip=no&gclid=EAIaIQobChMInY3vqomz5QIVfyCtBh1VSg64EAAYASAAEgJ9n_D_BwE
Sterile Alcohol Prep Pads Medline MDS090670 https://www.medline.com/product/Sterile-Alcohol-Prep-Pads/Swab-Pads/Z05-PF03816
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP 1% Akorn NDC 17478-102-12 http://www.akorn.com/prod_detail.php?ndc=17478-102-12
Tubing Adapter, Made in House
Two-way non-rebreathing valve (2600 Series- Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2600 Series, UM-112078 www.rudolphkc.com

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Neurociencia Número 157 OCTA Reactividad Vascular Retina Hipercapnia Hiperoxia Humanos Vasos Deretinales/patología Tomografía Coherencia óptica
Reactividad Vascular Retinal evaluada por Angiografía por Tomografía de Coherencia Óptica
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Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B.More

Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. J. Vis. Exp. (157), e60948, doi:10.3791/60948 (2020).

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