Fundusfotografi som et praktisk værktøj til at studere Mikrovaskulære Responses hjertekarsygdomme Risikofaktorer epidemiologiske undersøgelser

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Retinal billedanalyse er en diskret procedure til visualisering mikrocirkulationen. Virkningen af ​​hjertekarsygdomme risikofaktorer kan resultere i ændringer i nethindekar kalibre. Procedurerne for at erhverve fundus billeder og trin for beregningen af ​​fartøjets kalibre beskrives.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

De Boever, P., Louwies, T., Provost, E., Int Panis, L., Nawrot, T. S. Fundus Photography as a Convenient Tool to Study Microvascular Responses to Cardiovascular Disease Risk Factors in Epidemiological Studies. J. Vis. Exp. (92), e51904, doi:10.3791/51904 (2014).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Mikrocirkulationen består af blodkar med diametre under 150 um. Det udgør en stor del af kredsløbssygdomme og spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af ​​hjerte-kar-sundhed. Nethinden er et væv som indre af øjet, og det er det eneste væv, der giver mulighed for en ikke-invasiv analyse af mikrovaskulaturen. I dag kan i høj kvalitet fundus billeder kan erhverves ved hjælp af digitale kameraer. Nethindebilleder kan opsamles i 5 minutter eller mindre, selv uden dilatation af eleverne. Denne diskret og hurtig procedure til visualisering mikrocirkulationen er attraktivt at anvende i epidemiologiske undersøgelser og til at overvåge hjerte-kar-sundhed fra en tidlig alder op til alderdommen.

Systemiske sygdomme, der påvirker cirkulationen kan resultere i progressive morfologiske ændringer i det retinale vaskulatur. For eksempel har ændringer i skibet kalibre i nethindens arterier og vener været forbundet med hypertension, atherosklerose, og øget risiko for slagtilfælde og myokardieinfarkt. Bredden fartøj er udledt ved hjælp af billedanalyse software og bredden af ​​de seks største arterier og vener er opsummeret i det centrale retinal arteriolær Equivalent (CRAE) og den centrale retinal Venular Equivalent (CRVE). Sidstnævnte funktioner er blevet påvist at være nyttigt at undersøge virkningen af ​​modificerbare livsstil og miljømæssige hjertekarsygdomme risikofaktorer.

Procedurerne for at erhverve fundus billeder og analysen skridt til at opnå CRAE og CRVE beskrives. Variationskoefficienter af gentagne målinger af CRAE og CRVE er mindre end 2% og inden-Rater pålidelighed er meget høj. Ved hjælp af en panelundersøgelse, den hurtige respons nethindekar kalibre til kortsigtede ændringer i partikulær luftforurening, en kendt risikofaktor for kardiovaskulær mortalitet og morbiditet, er rapporteret. Afslutningsvis er retinal imaging foreslået som en praktisk og instrumentel værktøj til epidemiologisk studies at studere mikrovaskulære svar på hjertekarsygdomme risikofaktorer.

Introduction

Mikrocirkulationen består af blodkar med diametre under 150 um og omfatter mindste modstand arterier, arterioler, kapillærer og vener. Disse skibe udgør en stor del af kredsløbssygdomme og spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af ​​hjerte-kar-sundhed. Fartøjet diameter 150 um er en fysiologisk og en fysisk grænse. De reologiske egenskaber af fartøjer med en diameter på mindre end 150 um adskiller sig fra de store arterier. Desuden har de fleste af de autoregulatoriske modstand ændringer forekommer nedstrøms fra 150 um i kar, der udviser blodgennemstrømning autoregulering 1. Mikrocirkulationen har to vigtige funktioner. Den primære funktion er at give cellerne med oxygen og metaboliske substrater for at matche væv efterspørgsel og dræne affaldsstoffer og kuldioxid. Ændringer i antallet af udvekslingsprogrammer fartøjer og mikrovaskulær strømningsmønstre reducerer effektiv udveksling overfladeareal og kan LEAd til suboptimal vævsperfusion og en manglende evne til at opfylde metaboliske efterspørgsel 2. Endvidere hydrostatiske trykfald i det vaskulære seng og mikrocirkulationen spiller en rolle i reguleringen af den samlede perifere modstand 3.

Nethinden er en lagdelt væv foring det indre af øjet. Dets vigtigste funktion er at konvertere det indkommende lys i en neural signal, der formeres yderligere til den visuelle cortex til behandling af visuel information. Funktionen af ​​nethinden er at se verden udenfor og alle de okulære strukturer, der er involveret i denne proces er optisk transparente. Dette gør retinavæv tilgængelige for ikke-invasiv billeddannelse af mikrovaskulaturen 4. Retinal billeddannelse bliver brugt til at identificere sygdomme i øjet. For eksempel kan en avanceret form for maculadegeneration føre til synstab på grund af unormal vækst af blodkar ind i macula. Disse blodkar tendens til at være mere gennemtrængelige og underlagt bleeding, og lækage af blod og proteiner inden eller under nethinden. Sidstnævnte begivenheder er ansvarlige for uoprettelige skader på fotoreceptorer. Udvikling af glaukom korrelerer med en beskadigelse af ganglieceller og deres axoner. Effekten af denne proces fører til cupping af den optiske disk, der kan iagttages i nethindebilleder 5. Diabetisk retinopati er forårsaget af hyperglykæmi, der fører til skade på de retinale karvæggene. Dette kan resultere i iskæmi, væksten af ​​nye blodkar og en ændring i det vaskulære geometriske netværk. Endvidere kan blod-retina-barrieren være underlagt sammenbrud, der forårsager lækage af forstørrede hyperpermeable kapillærer og aneurismer 6.

Retinal mikrovaskulatur viser homologi med mikrovaskulære senge findes i hjerte, lunger og hjerne. 7 Det er fastslået, at systemiske sygdomme, der påvirker mikrocirkulationen i hjernen kan forårsage parallelle ændringer i nethinden. Arteriolær narrowing og forbedret arteriolær lys refleks af nethinden er forbundet med fartøjets abnormaliteter, hvid substans læsioner og lacunes der er forårsaget af cerebral lille karsygdom 8. En signifikant sammenhæng blev opdaget mellem smallere retinale vener, en ændret retinal mikrovaskulær netværk og forekomsten af ​​Alzheimers sygdom. Det foreslås, at hjernen hos patienter har en ændret cerebral mikrokar, der også iagttages i nethinden 9.

Evidens er også stigende om sammenhængen mellem retinale vaskulære ændringer og hjertesygdomme 10,11. Forholdet mellem diameteren af retinale arterier og retinale vener (A / V) har vist sig at være et følsomt at afspejle hypertension og aterosklerose 12. En forsnævring af arterierne og udvidelse af vener, hvilket fører til en nedsat A / V-forholdet, bekræfter risikoen for slagtilfælde og myokardieinfarkt 13. Hypertension kan forårsage direkteretinaiskæmi og retinale infarkter, der bliver synlige som uldtotter og dybe retinale hvide pletter 14. Serre og Sasongko nylig en oversigt over litteratur og de ​​konkluderede, at eksponeringen for livsstil og miljømæssige risikofaktorer (fx kost, fysisk aktivitet, rygning og luftforurening) kan fremkalde morfologiske ændringer i den retinale mikrovaskulære seng 15. Vigtigere er sådanne ændringer i nethinden været forbundet med kardiovaskulære risikofaktorer, selv før de kliniske manifestationer af sygdomme 16.

Signifikante stigninger i forekomsten af kardiovaskulær morbiditet og mortalitet er blevet tilskrevet til lang og kortfristede engagementer til partikler luftforurening 17,18. Forskning viser, at partikler (PM), en vigtig del af luftforurening, bidrager til udviklingen af hjerte-kar-sygdom og inducerer kardiovaskulære hændelser 19,20. En forringelse af funktionen afden mikrovaskulære sengen menes at spille en rolle i de observerede sammenslutninger. I denne henseende har en sammenhæng mellem udsættelse for luftforurening og arteriolær indsnævring i nethinden er blevet rapporteret af Adar og kolleger 21. Retinal arteriolære kaliber var smallere og venular kaliber var bredere blandt 4607 deltagere i den multietniske Undersøgelse af Åreforkalkning (MESA), der levede i områder med øget på kort og lang tids udsættelse for PM 2.5 (fine partikler ≤ 2,5 um i diameter) 21. Systemisk inflammation forårsaget af kronisk luftforurening eksponering kan resultere i bredere venular diametre 22. Dette bekræfter de undersøgelser, der rapporterer virkninger af rygning på den retinale mikrovaskulære seng 23. En nylig publikation rapporter om sammenhængen mellem kortvarig luftforurening eksponering og mikrovaskulære ændringer hos raske voksne (22-63 år), målt med retinal fundusfotografi 24. En increaSE i PM 10 (partikler ≤ 10 um i diameter) og BC (sort kulstof, en forbrænding biprodukt, der kan bruges som en proxy for trafik-relaterede dieseludstødning) blev associeret med et fald i arteriolær kaliber 24,25.

I denne videnskabelige video protokol, er de procedurer, der beskrives til at indsamle fundus billeder af øjet, der udføres billedstabilisering analyse for at få arteriolære og venular fartøj kalibre, og til at beregne centrale retinal arteriolær Equivalent (CRAE) og Central Retinal Venular Equivalent (CRVE). Retinal billeddannelse er at få øget opmærksomhed, fordi nethinden er det eneste væv, der tillader en diskret analyse af mikrovaskulaturen og billeder kan indsamles fra tidlig alder op til alderdommen 26,27. CRAE og CRVE synes at være følsomme parametre, som afspejler virkningen af ​​modificerbare livsstil og miljømæssige risikofaktorer for hjertekarsygdom faktorer på mikrovaskulaturen. I manuskriptet, repeterbarhedaf analysen fartøjet er påvist. Desuden er anvendeligheden af retinal mikrovaskulatur analyse i epidemiologiske undersøgelser vist ved at opsummere vores resultater er opnået i en gentagne forholdsregler design med fokus på virkningen af partikler luftforurening eksponering 24.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den etiske bestyrelse Hasselt Universitet og Universitetshospital Antwerpen godkendt undersøgelserne. Deltagerne gav deres skriftligt informeret samtykke til at deltage.

1. Instrumentopsætning

  1. Fjern den sorte skaller beskyttelse fra det digitale retinal kamera og den vigtigste blok af enheden.
  2. Åbn batterirummet og læg batteriet i kameraet. Afbryd ikke ledning tilslutning af batteriet og hovedenheden.
  3. Skru kameraet på hovedenheden og forbinde de to ledninger. Tilslut hovedenheden til elnettet og til computeren med det medfølgende USB-kabler.
  4. Start hovedenheden ved at trykke tænd / sluk-knap til "on". Start kameraet ved at trykke tænd / sluk-knap til "on".
  5. Start computeren. Dette vil forhindre forbindelses fejl mellem hovedenheden og computeren.

2. Optagelse Foto

  1. Start Retinal Imaging Control Software (og udfyld den nødvendige adgangskode). Softwaren er en del af det digitale retinal kameraet (se materialer tabel for link).
  2. Start undersøgelsen ved at klikke på "Undersøgelse" ikonet i øverste venstre del af skærmen. For en ny patient, udfylde alle detaljer såsom patient-ID, patientens navn, fødselsdato, etc. Hvis patienten allerede er i systemet, skal du udfylde "patient-ID" og bruge "Søg historie listen". Dobbeltklik på navnet på patienten at starte undersøgelsen.
  3. Bed patienten om at tage et sæde før kameraet, skal du placere hans / hendes hage på hagen hvile og panden mod panden hvile og "låse" hovedet for at tage et billede.
  4. Bed patienten om at se lige ind i linsen af ​​kameraet. Flyt kameraet i vandret (XY) flyet til højre eller venstre øje.
  5. Brug hagen hvile at positionere hornhinden af ​​patienten indenfor de to cirkler, der vises på kameraets display. Finjusterved hjælp af hjulet på joysticket.
  6. Flyt kameraet frem, tilbage, og sidelæns i XY-planet for at positionere eleven af ​​patienten inden for de kredse. Sørg for, at eleven danner en kontinuerlig cirkel. Ved at gøre dette, vil iris i patienten blive delt op i to stykker.
  7. Brug "tilbage trigger" på joysticket for at skifte fra hornhinden til nethinden. På dette stadium, bør patienten observere et grønt lys. Spørg patienten til at se på det grønne lys.
  8. Fokuser kameraet ved at justere de to linjer, der dukker op, når hjulet i bunden af ​​joysticket drejes. Drej på hjulet, indtil de to linjer danner en ubrudt linje.
  9. Brug grønt lys til at placere øjet i den optimale position for et fotografi. Hvis det er nødvendigt, skal du flytte lys ved hjælp af pileknapperne i højre side af kameraet. Placer det grønne lys på en sådan måde, at den optiske disk er centreret på kameraets display.
  10. Søgning efter 2 hvide pletter, som udkom efter switching til nethinden (i trin 2.7). For at finde pletter, flytte enheden i XY-planet. Pletterne er synlige som en sløret plet. Flyt enheden fremad eller tilbage, indtil slørede pletter forvandles til lyse, hvide pletter. Jo lysere og rundere pletter, jo bedre bliver kvaliteten af ​​billedet er. Placer pletter indtil begge er synlige. Brug det lille hjul på joysticket for at bringe pletterne til midten af ​​kameraets display.
  11. Bekræft, at de to linjer (fra trin 2.8) danner en ubrudt linje. Optikken disk er centreret på kameraets display og er flankeret af to lyse, hvide pletter. Tag den retinale fotografi ved at affyre knappen øverst på joysticket.
  12. Spar fotografiet ved at trykke på "Undersøgelse Complete" knappen i nederste højre hjørne af computerskærmen. Afslutning af undersøgelsen vil automatisk gemme billeder i en kort og lukke undersøgelsen.

3. Analyse af nethinden Foto

  1. Bestem skala ratio med measnder afstanden mellem midten af ​​macula (fovea) og centrum af den optiske disk (blinde plet). Anatomisk denne afstand er bestemt til 4.500 um eller 2.5X diameteren af ​​den optiske disk, idet sidstnævnte er omtrent 1.800 um. Sørg for, at afstanden er målt i pixels. Beregn skala forholdet ved at dividere 4500 med afstanden (i pixels) mellem den gule plet og blinde vinkel.
  2. Åbn nethindekar analyse software "IVAN".
    BEMÆRK: Softwaren er skabt ved University of Wisconsin i Madison. Detaljerede oplysninger om brugen af ​​Ivan er taget fra manualen.
  3. Udfyld skala ratio og fortsætte gennem konfigurationen.
  4. Kontroller, at tre gule ringe vises på retinale fotografi. Skalaen Billedformatet bestemmer radius af den indre cirkel og omslutter den optiske disk. Kontroller, at midtpunktet af den indre ring er på den midterste punkt af den optiske disk. Hvis dette ikke er tilfældet, skal du justereplacering af cirklen ved at bruge piletasterne. Radier i de midterste og yderste cirkler er 2x og 3x større end radius af den indre cirkel, hhv. På denne måde er zone A og B oprettet i en fast afstand fra den optiske disk.
  5. Kontroller, at den retinale billede har den optiske disk i midten af ​​fotografiet. Dette sikrer et skarpt fokus på billedet i zone B, og dette vil gøre det lettere at voteringen (figur 4A).
  6. Bemærk at softwaren automatisk registrerer blodkarrene og tildeler disse fartøjer som venuler (figur 4b).
  7. Skelne fartøjer mellem arterioler og vener er baseret på fysiologiske forskelle. Arterioler vil blive angivet i rødt og venuler i blå (figur 4C). Brug følgende retningslinjer til at identificere hvert fartøj:
    1. Bestem fartøjet farve. Arterioler har en lysere orange-rød farve med en stærk central lysreflektion. Vener har mørkere lilla-Red farve med ringe eller ingen centrale lys refleks.
    2. Bestem løbet af fartøjet. Arterioler tendens til at være mere lige og glattere i omrids; de er mere regelmæssig i både sti og omrids. Venuler er generelt mere indviklet, og mere uregelmæssig i omrids og diameter. Venuler er bredere i diameter ved disken margin end de tilsvarende arterioler.
    3. Identificer skibet ved at kigge på annotation af det foregående fartøj. I princippet, arterioler veksler med venuler. Derfor, hvis en særskilt venulen måles, det næste skib er mere tilbøjelige til at være en arteriole.
    4. Definer krydsmønster. Som en generel regel, behøver arterioler ikke krydse arterioler og vener ikke krydser vener. Hvis et fartøj af ukendt identitet krydser en venøs gren inden for eller distalt for zone B, så den ukendte fartøj er en arteriole. Hvis det krydser en arteriolær filial eller distalt for zone B, så er det en venulen.
    5. Identificer mindre filialer ved at spore dem proximally til deres forgrening fra en forælder fartøj, kan identitet som fremgå af de to første retningslinjer. Brug vinkler mellem fartøjer at differentiere overfarter og forgreninger.
      BEMÆRK: Crossings er ofte næsten vinkelret (90 °), eller, hvis de to skibe er coursing parallelt, kan vinklen på overfarten være meget lavvandet (mindre end 30 °). Forgreninger er sædvanligvis noget mindre end vinkelret (med vinklen mellem de to grene fra 30 ° til 45 °).
    6. Vælg den fulde længde af fartøjet i karaktergivningen zone. Sørg for, at standardafvigelsen for den valgte fartøj ikke overstiger værdien af ​​10. Mindre standardafvigelser indikerer en god måling.
  8. Brug software-værktøjer til at vælge fartøjer, der ikke blev udvalgt af selve softwaren. De samme regler gælder for disse fartøjer som for de fartøjer, automatisk udvalgt af softwaren.
  9. Bestem Central Retinal arteriolær og Venular Equivalent (CRAEog CRVE) automatisk i IVAN.
  10. Beregn CRAE og CRVE fra deres respektive forgrening datter fartøjer, der anvender reviderede formler af Parr og Hubbard 28.
    BEMÆRK: Forholdet mellem stammer og grene, med empirisk afledte forgrenede koefficienter er givet i følgende to formler til at tilnærme ækvivalenter fartøj. IVAN bruger de seks største arterioler og vener til beregning CRAE og CRVE. Formlerne anvendes i en iterativ procedure for at parre op de seks største arterioler (eller vener), indtil centrale arteriolar (eller venular) fartøj tilsvarende opnås.
    Arterioler: Ligning 1 (1)
    Små blodårer: Ligning 2 (2)
    hvor w 1, w 2, og W er bredderne af den smallere filial, den bredere filial, og moderselskabet stammen hhv.
    BEMÆRK: Antag THAt på en retina fotografi de seks største arterioler er 120, 110, 100, 90, 80, og 70 um bred. Sæt 120 og 70 i ligning (1), samt 110 og 80, og 100 og 90. Når den første iteration er der tre værdier: 122,2, 120,0 og 118,4. Udfør den næste gentagelse ved at parre 122,2 og 118,4, hvilket gav 149,8. Carry over midten nummer (120,0) til den endelige iteration. Par 149,8 og 120,0 til opnåelse af 168,7 til CRAE.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Repeterbarhed CRAE og CRVE Bestemmelse

Et panel af 61 personer mellem 22-56 år og fri for klinisk diagnosticerede hjertekarsygdomme blev rekrutteret til at studere teknisk repeterbarhed og intern Rater variabilitet Central retinal arteriolær Equivalent (CRAE) og Central Retinal Venular tilsvarende (CRVE) konstateringer. Fundus højre øje af hver enkelt blev fotograferet to gange inden for en periode på 5 minutter under anvendelse af en retinal kamera (figur 1 og 2). Denne procedure blev udført på 4 på hinanden følgende dage, på omtrent samme tidspunkt på dagen. De gennemsnitlige variationskoefficienter ± standardafvigelse CRAE og CRVE af billeder taget inden for 5-minutters periode var 1,76 ± 1,71 og 1,78 ± 1,51 hhv. Gennemsnit ± standardafvigelse for CRAE og CRVE værdier var 151,31 ± 13,53 og 213,20 ± 18,44 hhv. Ingen signifikant difskelle blev observeret for CRAE og CRVE værdier opnået på 4 dage i træk.

CRAE og CRVE værdier af det højre øje blev midlet til en CRAE og CRVE værdi pr dag. Efterfølgende blev repeterbarhed af målingerne vurderes ved hjælp af den Intraclass Korrelationskoefficient (ICC), en dimensionsløs statistik afgrænset af 0 og 1, der beskriver reproducerbarheden af ​​gentagne målinger i en population. Målingerne blev udført af en enkelt Rater. Derfor en envejs tilfældige effekter model lov til at estimere inden-rater variabilitet 29. ICC var 0,919 (95% CI: 0,883, 0,946) og 0,898 (95% CI: 0,854, 0,932) for CRAE og CRVE hhv. Disse ICC værdier er langt over grænsen på 0,6, hvilket anses for at være klinisk signifikant, og estimaterne både falder ind under den brede kategori som værende "næsten perfekt" i pålidelighed 30.

Panelstudie at undersøge effekten af ​​Particulate Air Pollution

Undersøgelsen blev gennemført fra januar 2012 og maj 2012 og omfattede 84 personer. Deltagerne var 22-63 år og fri for klinisk diagnosticerede hjertekarsygdomme før og under studieopholdet. Et fotografi af fundus af det højre øje blev taget med en retinal kamera på hver af tre separate eksamen dage. Læseren henvises til dokument af Louwies og samarbejdspartnere for at få detaljerede oplysninger om, hvordan luftforurening er indsamlet data 24. I løbet af undersøgelsen periode, de omgivende PM 10 og BC niveauer var høje i Belgien på grund af vestgående atmosfærisk transport af forurenet luft fra Østeuropa. Dette er visualiseret i en tidsforskydning video (supplerende oplysninger). Luftforurening koncentrationer blev tildelt hver deltager for 2, 4 og 6 timer forud for retinal eksamen. Luftforureningen er beregnet på dagen for den kliniske besøg fra midnat indtil tidspunktet for den retinale exam. Luftforureningen blev også tildelt for den foregående dag og to dage før retinal eksamen. Disse koncentrationer er opsummeret som: lag2h, lag4h, lag6h, LAG 24h, og halter 2d. Forureningsstofspecifik blev eksponering-respons analyse med blandede modeller udført. Nærmere oplysninger om disse analyser kan findes i den originale publikation 24. Der var en omvendt sammenhæng mellem CRAE og koncentrationer luftforurening (målt som PM 10 og BC-koncentrationer) i timeløn og daglige vinduer eksponering før den kliniske undersøgelse. Et fald i CRAE på 0,93 um (95% CI: -1.42, -0.45, p = 0,0003) blev observeret for hver 10-ug / m³ stigning i den gennemsnitlige PM 10 under 24 timer forud for undersøgelsen (Figur 3). Kortere timeløn PM 10 eksponering vinduer og PM 10 koncentrationer som gennemsnit over de foregående to dage viste også en signifikant fald i de CRAE værdier. Et fald i CRAE på 1,84 μm (95% CI: -3,18, -0,51, p = 0,008) blev også fundet for hver 1-pg / m³ stigning i BC 24 timer før eksamen. Der blev ikke observeret nogen yderligere signifikante sammenhænge mellem CRAE og de andre vinduer beregnede BC eksponering. Et fald i CRVE på 0,86 um (95% CI: -1.42, -0.30, p = 0,004) blev observeret for hver 10-ug / m³ stigning i PM 10 i 24 timers udsættelse vindue, før den retinale billedet blev taget. Kortere eksponering vinduer afsløret yderligere markante effekter (Figur 3). En negativ sammenhæng mellem CRVE og BC eksponering i løbet af 24 timer før undersøgelsen blev observeret. Men effekten ikke nå den grad af statistisk signifikans (-1.18 um, 95% CI: -3,11, 0,75, p = 0,23).

Figur 1
Figur 1. Retina billede og eksempel på en retina-kamera. kommenteret retinal fundus billede af højre øje af en rask frivillig (venstre) og et billede af en ikke-mydriatisk digitalt retinal kamera (højre). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. Skærmbillede af IVAN software. Eksempel på et billede, der er behandlet med IVAN softwaren. Softwaren identificerer vaskulaturen og beregner diametre. Operatøren overvåger resultaterne og identificerer arterier (vist i rødt) og vener (vist med blåt). CRAE og CRVE beregnes derefter automatisk. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. associering mellem luftforurening og nethindekar kalibre. Skønnet ændring i det gennemsnitlige CRAE og CRVE (95% CI) i forbindelse med en 10-ug / m³ stigning i PM 10 (venstre) eller en 1-pg / m³ stigning i BC (højre) for forskellige eksponering halter. Dataene blev indhentet fra et panel af 84 personer. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4.904 / 51904fig4highres.jpg "target =" _blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Supplerende video. Time lapse video af koncentrationer af luftforurening i panelet undersøgelsen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Foreslås Retina billede analyse som et praktisk værktøj til at studere mikrovaskulære reaktioner i epidemiologiske undersøgelser. Når operatøren er erfaren, det tager mindre end 5 minutter til at tage et fundus billede. Endvidere kan denne diskret fremgangsmåde til visualisering mikrocirkulationen bruges til deltagere fra tidlig alder op til alderdommen.

Litteratur er stigende med hensyn til sammenhængen mellem morfologiske ændringer i det retinale karsystem (for eksempel ændring i fartøj kaliber, geometrisk mønster, etc.) og modificerbare livsstil og risikofaktorer i miljøet 15,16. Eksperimentelle og epidemiologiske værker viser, at på kort sigt og lang sigt luftforurening eksponering er stærkt forbundet med kardiovaskulær morbiditet og mortalitet. Imidlertid har en bekvem teknik, såsom retinal fundusfotografi blevet brugt meget lidt til at studere mikrocirkulatoriske virkninger, der kan være forårsaget af luftforurening.

jove_content "> De forskellige trin, der er nødvendige for at opnå en høj kvalitet fundus billede er forklaret i denne video protokol. Efterfølgende metode gives for at opnå arteriolære og venular kaliber målinger og mere specifikt den centrale retinal arteriolær Equivalent (CRAE) og Central retinal Venular Equivalent (CRVE) 13,28. Resultaterne af analysen gentagne foranstaltninger viste, at de inden-Rater resultater for CRAE og CRVE er meget reproducerbare for billeder, der blev taget inden for en tidsramme på fire dage. Disse resultater er i overensstemmelse med de nylige observationer rapporteret af McCanna og kolleger. Sidstnævnte Forfatterne rapporterede, at CRAE og CRVE værdierne er stabile over en periode på en måned. De rapporterede korrelationer for par af studiebesøg for 0,9 og korrelationerne faldt en smule med en stigende længde af tidsinterval 31.

Efterfølgende er det vist i et panel studie med raske voksne at Fetinal mikrocirkulationen kan reagere hurtigt på partikler luftforurening. Mere specifikt er et fald i CRAE der vedrører en øget kortvarig eksponering for PM 10 og BC indberettet 24. Indsnævring af retinale arterioler er en proxy til at estimere risikoen for hjertekarsygdomme og kardiovaskulær mortalitet 32-35. Det forudses, at retinal mikrokar kan anvendes til at probe til kardiovaskulære virkninger af luftforurening. I denne henseende Adar og kolleger rapporterede for første gang om de kortsigtede effekter af luftforurening på den menneskelige nethinde mikrovaskulatur i en tværgående analyse af MESA kohorten 21. De mikrovaskulære ændringer, som indberettes af Louwies et al. (2013) supplerer dem, der findes ved Adar et al. (2010). Sidstnævnte Forfatterne rapporterede en 0,4 um-fald i CRAE (95% CI: -0.8, -0.04) pr 9-pg / m³ stigning i den gennemsnitlige PM 2,5 på den foregående dag. Baseret på gentagne målinger,. Louwies m.fl. (2013) rapporterede om et skøn på -1,2 um (95% CI: -1,61, -0,61), og det foreslås, at den større effekt størrelse kan skyldes større variation i PM og BC eksponering koncentrationer i dette panel undersøgelse 24.

Lungebetændelse og lav kvalitet, systemisk inflammation er blevet forbundet med udsættelse for luftforurening 36. Systemisk inflammation er også blevet forbundet med endotel dysfunktion 37,38. Denne proces kan påvirke reaktiviteten af retinale blodkar 39. Det antages, at inflammatoriske reaktioner medføre ændret endotel aktivitet, som kan afspejles i indsnævring af arteriolære kalibre. Resultaterne fra panelet undersøgelse tyder på, at dette kan ske inden for en tidsramme på mindre end 24 timer, fordi udsættelse for PM 10 omvendt var forbundet med CRAE under alle vinduer timeløn eksponering. Observationerne er i overensstemmelse med den kendte virkning af luft meningsmålingution på sundheden. Kortvarige dyreforsøg med eksponering for topniveauer af luftforurenende stoffer har afsløret, at mikrovaskulaturen kan påvirkes 40,41. Desuden har undersøgelser på mennesker i kontrolleret miljø vist, at endotelfunktion forringes ved udsættelse for diesel udstødning 42,43.

Sammenfattende eksisterer der mange udviklingsmæssige og anatomiske ligheder mellem retinale blodkar og mikrovaskulaturen af hjerte, lunger og hjerne 10. Derfor er retinale vaskulatur betragtes som en surrogat væv til systemisk mikrocirkulationen. En ændring i retinale blodkar kan være en værdifuld indikator for udvikling af hjerte-kar-sygdom. Den praktiske og diskret analyse af retinale billeder er nu betragtes som nyttige for populationsbaserede undersøgelser med fokus på hjerte-kar-epidemiologi. Denne protokol papir bør tilskynde flere forskergrupper at bruge fundusfotografi at studere mikrovaskulær efeffekter for miljø og livsstilsfaktorer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer de har ingen aktuelle eller potentielle konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Resultaterne om mikrovaskulære svar til partikulært luftforurening er gengivet med tilladelse fra Environmental Health Perspectives 24. De validerede meteorologiske og luftkvalitet data blev venligst stillet til rådighed af den belgiske kongelige meteorologiske institut og den flamske Miljøagentur. Retinal billedanalyse software blev opnået fra Dr. N. Ferrier (Madison School of Engineering og fundus Foto Reading Center, Institut for Oftalmologi og Visual Fakultet, University of Wisconsin-Madison). Tijs Louwies og Eline Provost er støttet med en VITO fællesskab. Eline Provost besidder en aspirant forskning fællesskab af den flamske Scientific fonden. Tim S. Nawrot er indehaver af et europæisk forskningsråd Starting Grant.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Canon CR-2 nonmydriatic retinal camera  Hospithera (Brussels, Belgium) http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2. Any other retinal camera with comparable resolution and specifications can be used for the analysis of the retinal microvasculature. Compatibility should  be checked before starting a study.
IVAN: Vessel Measurement Software This software can be used without charge for scientific purpose. It can be obtained by contacting Dr. Nicola Ferrier (Madison School of Engineering and the Fundus Photograph Reading
Center, Department of Ophthalmology and Visual Sciences, University of Wisconsin–Madison). http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola. Phone: (608) 265-8793,
Fax: (608) 265-2316 or e-mail: ferrier@engr.wisc.edu
 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Clough, G., Cracowski, J. L. Spotlight Issue: Microcirculation-From a Clinical Perspective. Microcirculation. 19, 1-4 (2012).
  2. Tsai, A. G., Johnson, P. C., Intaglietta, M. Oxygen gradients in the microcirculation. Physiological Reviews. 83, 933-963 (2003).
  3. Safar, M. E., Lacolley, P. Disturbance of macro- and microcirculation: relations with pulse pressure and cardiac organ damage. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 293, (2007).
  4. Abramoff, M. D., Garvin, M. K., Sonka, M. Retinal imaging and image analysis. IEEE reviews in biomedical engineering. 3, 169-208 (2010).
  5. Tielsch, J. M., et al. A population-based evaluation of glaucoma screening-the Baltimore eye survey. American Journal of Epidemiology. 134, 1102-1110 (1991).
  6. Ciulla, T. A., Amador, A. G., Zinman, B. Diabetic retinopathy and diabetic macular edema - Pathophysiology, screening, and novel therapies. Diabetes Care. 26, 2653-2664 (2003).
  7. De Silva, D. A., et al. Associations of retinal microvascular signs and intracranial large artery disease. Stroke. 42, 812-814 (2011).
  8. Liew, G., et al. Differing associations of white matter lesions and lacunar infarction with retinal microvascular signs. International journal of stroke : official journal of the International Stroke Society. (2012).
  9. Cheung, C. Y., et al. Microvascular network alterations in the retina of patients with Alzheimer's disease. Alzheimer's & dementia : the journal of the Alzheimer's Association. 10, 135-142 (2014).
  10. Liew, G., Wang, J. J., Mitchell, P., Wong, T. Y. Retinal Vascular Imaging A New Tool in Microvascular Disease Research. Circulation-Cardiovascular Imaging. 1, 156-161 (2008).
  11. McGeechan, K., Liew, G., Wong, T. Y. Are retinal examinations useful in assessing cardiovascular risk. Am J Hypertens. 21, 847 (2008).
  12. McClintic, B. R., McClintic, J. I., Bisognano, J. D., Block, R. C. The relationship between retinal microvascular abnormalities and coronary heart disease: a review. The American Journal of Medicine. 123, (2010).
  13. Hubbard, L. D., et al. Methods for evaluation of retinal microvascular abnormalities associated with hypertension/sclerosis in the atherosclerosis risk in communities study. Ophthalmology. 106, 2269-2280 (1999).
  14. Niemeijer, M., van Ginneken, B., Russell, S. R., Suttorp-Schulten, M. S. A., Abramoff, M. D. Automated detection and differentiation of drusen, exudates, and cotton-wool spots in digital color fundus photographs for diabetic retinopathy diagnosis. Investigative ophthalmology & visual science. 48, 2260-2267 (2007).
  15. Serre, K., Sasongko, M. B. Modifiable Lifestyle and Environmental Risk Factors Affecting the Retinal Microcirculation. Microcirculation. 19, 29-36 (2012).
  16. Sun, C., Wang, J. J., Mackey, D. A., Wong, T. Y. Retinal Vascular Caliber: Systemic, Environmental, and Genetic Associations. Survey of Ophthalmology. 54, 74-95 (2009).
  17. Nawrot, T. S., et al. Stronger associations between daily mortality and fine particulate air pollution in summer than in winter: evidence from a heavily polluted region in western Europe. Journal of Epidemiology and Community Health. 61, 146-149 (2007).
  18. Zanobetti, A., et al. The temporal pattern of respiratory and heart disease mortality in response to air pollution. Environmental Health Perspectives. 111, 1188-1193 (2003).
  19. Brook, R. D., et al. Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease An Update to the Scientific Statement From the American Heart Association. Circulation. 121, 2331-2378 (2010).
  20. Nawrot, T. S., Perez, L., Kunzli, N., Munters, E., Nemery, B. Public health importance of triggers of myocardial infarction: a comparative risk assessment. Lancet. 377, 732-740 (2011).
  21. Adar, S. D., et al. Air Pollution and the Microvasculature: A Cross-Sectional Assessment of In Vivo Retinal Images in the Population-Based Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis. Plos Medicine. Plos Medicine, M. E. S. A. ). 7, (2010).
  22. Klein, R., Klein, B. E., Knudtson, M. D., Wong, T. Y., Tsai, M. Y. Are inflammatory factors related to retinal vessel caliber? The Beaver Dam Eye Study. Archives of ophthalmology. 124, 87-94 (2006).
  23. Harris, B., et al. The association of systemic microvascular changes with lung function and lung density: a cross-sectional study. PloS one. 7, (2012).
  24. Louwies, T., Panis, L. I., Kicinski, M., De Boever, P., Nawrot, T. S. Retinal Microvascular Responses to Short-Term Changes in Particulate Air Pollution in Healthy Adults. Environmental Health Perspectives. 121, 1011-1016 (2013).
  25. Barrett, J. R. Particulate Matter and Cardiovascular Disease Researchers Turn an Eye toward Microvascular Changes. Environmental Health Perspectives. 121, (2013).
  26. Gopinath, B., et al. Is quality of diet associated with the microvasculature? An analysis of diet quality and retinal vascular calibre in older adults. The British journal of nutrition. 110, 739-746 (2013).
  27. Kandasamy, Y., Smith, R., Wright, I. M. Relationship between the retinal microvasculature and renal volume in low-birth-weight babies. American journal of perinatology. 30, 477-481 (2013).
  28. Knudtson, M. D., et al. Revised formulas for summarizing retinal vessel diameters. Current Eye Research. 27, 143-149 (2003).
  29. Shrout, P. E., Fleiss, J. L. Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability. Psychological bulletin. 86, 420-428 (1979).
  30. Landis, J. R., Koch, G. G. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics. 33, 159-174 (1977).
  31. McCanna, C. D., et al. Variability of measurement of retinal vessel diameters. Ophthalmic epidemiology. 20, 392-401 (2013).
  32. Cheung, N., et al. Arterial compliance and retinal vascular caliber in cerebrovascular disease. Annals of Neurology. 62, 618-624 (2007).
  33. Wong, T. Y., et al. Retinal microvascular abnormalities and incident stroke: the atherosclerosis risk in communities study. Lancet. 358, 1134-1140 (2001).
  34. Wong, T. Y., et al. Retinal arteriolar narrowing and risk of coronary heart disease in men and women - The atherosclerosis risk in communities study. Jama-Journal of the American Medical Association. 287, 1153-1159 (2002).
  35. Wong, T. Y., et al. The prevalence and risk factors of retinal microvascular abnormalities in older persons - The cardiovascular health study. Ophthalmology. 110, 658-666 (2003).
  36. Hoffmann, B., et al. Chronic Residential Exposure to Particulate Matter Air Pollution and Systemic Inflammatory Markers. Environmental Health Perspectives. 117, 1302-1308 (2009).
  37. Hingorani, A. D., et al. Acute systemic inflammation impairs endothelium-dependent dilatation in humans. Circulation. 102, 994-999 (2000).
  38. Huang, A. L., Vita, J. A. Effects of systemic inflammation on endothelium-dependent vasodilation. Trends in Cardiovascular Medicine. 16, 15-20 (2006).
  39. Nguyen, T. T., et al. Flicker light-induced retinal vasodilation in diabetes and diabetic retinopathy. Diabetes Care. 32, 2075-2080 (2009).
  40. Nurkiewicz, T. R., Porter, D. W., Barger, M., Castranova, V., Boegehold, M. A. Particulate matter exposure impairs systemic microvascular endothelium-dependent dilation. Environmental Health Perspectives. 112, 1299-1306 (2004).
  41. Nurkiewicz, T. R., et al. Systemic microvascular dysfunction and inflammation after pulmonary particulate matter exposure. Environmental Health Perspectives. 114, 412-419 (2006).
  42. Barath, S., et al. Impaired vascular function after exposure to diesel exhaust generated at urban transient running conditions. Particle and Fibre Toxicology. 7, (2010).
  43. Tornqvist, H., et al. Persistent endothelial dysfunction in humans after diesel exhaust inhalation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 176, 395-400 (2007).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics