Fundusfotografie als geeignetes Mittel, um mikrovaskuläre Antworten zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen Risikofaktoren in epidemiologischen Studien Studieren

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

Netzhautbildanalyse ist eine unauffällige Verfahren zur Visualisierung der Mikrozirkulation. Die Auswirkungen der Herz-Kreislauf-Erkrankungen Risikofaktoren können zu Veränderungen der Netzhautgefäßkaliber führen. Die Verfahren, die Fundusbilder und die Schritte für die Berechnung der Gefäßkaliber beschrieben zu erwerben.

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

Die Mikrozirkulation aus Blutgefäßen mit Durchmessern von weniger als 150 um. Es macht einen großen Teil des Kreislaufsystems und spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der kardiovaskulären Gesundheit. Die Retina ist ein Gewebe, das das Innere des Auges, und es ist das einzige Gewebe, das für eine nicht-invasive Analyse von Mikrogefäß ermöglicht. Heutzutage können hochwertige Fundusbilder mit digitalen Kameras aufgenommen werden. Netzhautbilder kann in 5 min oder weniger gesammelt werden, auch ohne Erweiterung der Pupillen. Diese unauffällige und schnelle Verfahren zur Visualisierung der Mikrozirkulation ist attraktiv für in epidemiologischen Studien anzuwenden und die kardiovaskuläre Gesundheit von jungen Jahren bis ins hohe Alter zu überwachen.

Systemerkrankungen, die den Kreislauf beeinflussen können, in progressive morphologischen Veränderungen in der Netzhautgefäßsystem führen. Zum Beispiel sind Veränderungen der Gefäß Kaliber von retinalen Arterien und Venen mit Hypertonie assoziiert Athero-Sklerose und einem erhöhten Risiko für Schlaganfall und Myokardinfarkt. Die Gefäßbreiten werden mit Hilfe von Bildanalyse-Software und die Breite der sechs größten Arterien und Venen abgeleitet werden in der zentralen Netzhaut Arteriolen Equivalent (CRAE) und der zentralen Netzhaut venulären Equivalent (CRVE) zusammengefasst. Die letztgenannten Merkmale sind nützlich, um die Auswirkungen der veränderbaren Lebensstil und Umwelt Herz-Kreislauf-Erkrankungen Risikofaktoren zu untersuchen gezeigt worden.

Die Verfahren, die Fundusbilder und die Analyseschritte zu erhalten und CRAE CRVE beschrieben zu erwerben. Variationskoeffizienten von wiederholten Messungen von CRAE und CRVE sind weniger als 2% und innerhalb-Reliabilität ist sehr hoch. Mit Hilfe eines Panel-Studie, die schnelle Reaktion der Netzhautgefäßkaliber auf kurzfristige Änderungen in der Feinstaubbelastung, ein bekannter Risikofaktor für die kardiovaskuläre Mortalität und Morbidität, wird berichtet. Abschließend wird Netzhaut-Imaging als eine bequeme und Instrumental Werkzeug für epidemiologische Studie vorgeschlagens zu mikrovaskulären Reaktionen auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen Risikofaktoren zu untersuchen.

Introduction

Die Mikrozirkulation aus Blutgefäßen mit Durchmessern von weniger als 150 um und umfaßt kleinsten Widerstand Arterien, Arteriolen, Kapillaren und Venolen. Diese Schiffe machen einen großen Teil des Kreislaufsystems und spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der kardiovaskulären Gesundheit. Der Gefäßdurchmesser von 150 um ist eine physiologische und physikalische Grenze. Die rheologischen Eigenschaften von Gefäßen mit einem Durchmesser von weniger als 150 um unterscheiden sich von großen Arterien. Außerdem sind die meisten autoregulatorische Widerstandsänderungen auftreten abwärts von 150 um in vaskulären Betten Blutfluß Autoregulation 1 aufweist. Die Mikrozirkulation hat zwei wichtige Funktionen. Die primäre Funktion ist es, Zellen mit Sauerstoff und Stoffwechselsubstrate, um Gewebe Nachfrage anzupassen und Abfallprodukten und Kohlendioxid Drain bereitzustellen. Veränderungen in der Anzahl der Austauschbehälter und die mikrovaskuläre Strömungsmuster verringert die wirksame Austauschfläche und kann Lead zu suboptimalen Gewebedurchblutung und Stoffwechselbedarf eines Ausfalls 2 zu treffen. Ferner sinkt der hydrostatische Druck innerhalb des Gefäßbett und das Mikrozirkulation spielt eine Rolle bei der Regulierung der gesamten peripheren Widerstand 3.

Die Netzhaut ist ein in das Innere des Auges Futter Schichtgewebe. Seine Hauptfunktion ist es, das ankommende Licht in ein neuronales Signal, das auf die visuellen Kortex für die Verarbeitung visueller Information ausbreitet konvertieren. Die Funktion der Netzhaut ist zu sehen, der Außenwelt und alle Augenstrukturen in diesen Prozess einbezogen sind optisch transparent. Dies macht die Netzhautgewebe zugänglich für nicht-invasive Abbildung von Mikrogefäß 4. Retinal-Bildgebung verwendet werden, um Erkrankungen des Auges zu ermitteln. So kann beispielsweise eine fortgeschrittene Form der Makuladegeneration zu Sehverlust wegen abnormaler Blutgefäßwachstum in der Makula führen. Diese Blutgefäße sind eher durchlässig und unterliegen bleeding und Austreten von Blut und Proteine ​​innerhalb oder unterhalb der Netzhaut. Letztere Ereignisse zur irreversiblen Schädigung der Photorezeptoren verantwortlich sind. Entwicklung von Glaukom korreliert mit einer Schädigung der Ganglienzellen und ihre Axone. Die Wirkung dieses Prozesses führt zu Schröpfen der Papille, die Netzhautbilder 5 beobachtet werden kann. Diabetische Retinopathie ist durch Hyperglykämie, die in den Netzhautgefäßwand beschädigt führt verursacht. Dies kann zu Ischämie, dem Wachstum von neuen Blutgefäßen und einer Änderung im Gefäß geometrischen Netzwerk führen. Darüber hinaus kann die Blut-Retina-Schranke störanfällig sein, was Auslaufen von erweiterten Kapillaren und hyperpermeable Aneurysmen 6.

Retinal Mikrovaskulatur zeigt Homologie mit den mikrovaskulären Betten in Herz, Lunge, Gehirn und 7 gefunden. Es wird festgestellt, dass die systemische Krankheiten, die die Mikrozirkulation des Gehirns beeinflussen können parallel Änderungen in der Netzhaut verursachen. Arteriolen narrowing Arteriolen und verbesserte Lichtreflex der Netzhaut mit Gefäßanomalien, Läsionen der weißen Substanz und Lakunen, die durch zerebrale Mikroangiopathie 8 verursacht werden verbunden. Eine signifikante Beziehung zwischen schmaler retinalen Venolen einer veränderten retinalen mikrovaskulären Netzwerk und dem Auftreten der Alzheimer-Krankheit gefunden. Es wird vorgeschlagen, dass Gehirnen von Patienten eine veränderte zerebrale Mikrozirkulation, die ebenfalls beobachtet in der Netzhaut 9 ist.

Beweise steigt auch über die Korrelation zwischen der Netzhaut Gefäßveränderungen und koronaren Herzerkrankungen 10,11. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der retinalen Arterien und Venen der Netzhaut (A / V) wurde gezeigt, dass ein empfindlicher Proxy sein, Bluthochdruck und Atherosklerose 12 zu reflektieren. Eine Verengung der Arterien und Erweiterung der Venen, was zu einer verringerten A / V-Verhältnis, bestätigt Risiko für Schlaganfall und Myokardinfarkt 13. Bluthochdruck kann direkte UrsacheNetzhautischämie und Netzhautinfarkte, die als Watte Flecken und tiefe Netzhaut weißen Flecken 14 sichtbar werden. Serre und Sasongko kurzem fasste die Literatur und sie zu dem Schluss, dass die Exposition zu Lebensstil und Umweltrisikofaktoren (zB Ernährung, körperliche Aktivität, Rauchen und Luftverschmutzung) können morphologische Veränderungen in der Netzhaut-Mikrogefäßbett 15 zu induzieren. Wichtig ist, dass solche Veränderungen der Netzhaut mit kardiovaskulären Risikofaktoren assoziiert sind, noch bevor klinische Symptome von Krankheiten, 16.

Signifikanten Anstieg der Inzidenz von kardiovaskulären Morbidität und Mortalität zugeschrieben wurden, um lang-und kurzfristige Forderungen in Partikeln Luftverschmutzung 17,18. Forschung zeigt, dass die Partikel (PM), ein wichtiger Anteil der Luftverschmutzung, trägt zur Entwicklung von kardiovaskulären Erkrankungen und kardiovaskulären Ereignissen induziert 19,20. Eine Beeinträchtigung der Funktion desdie mikrovaskuläre Bett wird gedacht, um eine Rolle in der beobachteten Assoziationen zu spielen. In dieser Hinsicht hat sich ein Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und Arteriolen verengt in der Netzhaut von Adar und Kollegen 21 berichtet. Die Netzhaut Arteriolen Kaliber war schmaler und breiter war venulären Kaliber unter den 4607 Teilnehmern des Multikulturelle Studium der Atherosklerose (MESA), die in Gebieten leben mit einem erhöhten langfristigen und kurzfristigen Exposition gegenüber PM 2,5 (Feinstaub ≤ 2,5 um Durchmesser) 21. Systemischen Entzündung, die durch chronische Luftverschmutzung Exposition verursacht in größeren Durchmessern 22 venulären führen. Dies bestätigt die Studien, die den Einfluss des Rauchens auf die Netzhaut-Mikrogefäßbett 23 zu melden. Eine aktuelle Veröffentlichung der Berichte über die Assoziation zwischen kurzfristigen Luftverschmutzung Belichtung und mikrovaskulären Veränderungen bei gesunden Erwachsenen (22-63 Jahre) mit Netzhautfundusfotografie 24 gemessen. Ein Increase in PM 10 (Feinstaub ≤ 10 um im Durchmesser) und BC (black carbon, ein Verbrennungsnebenprodukt, das als Proxy für verkehrsbedingte Dieselabgasen verwendet werden kann), wurde mit einem Rückgang der Arteriolen Kaliber 24,25 verbunden.

In dieser wissenschaftlichen Video-Protokoll werden die Verfahren beschrieben, um Bilder Fundus des Auges zu sammeln, Bildanalyse durchführen, um Arteriolen und venulären Schiff Kaliber zu erhalten, und zu berechnen zentralen Netzhaut Arteriolen Equivalent (CRAE) und zentralen Netzhaut venulären Equivalent (CRVE). Netzhaut-Imaging gewinnt erhöhte Aufmerksamkeit, weil die Netzhaut ist das einzige Gewebe, das eine unaufdringliche Analyse der Mikrogefäß und Bilder können aus frühen Alter bis ins hohe Alter 26,27 gesammelt werden. CRAE und CRVE scheint ein empfindlicher Parameter, die die Auswirkungen der veränderbaren Lebensstil und Umwelt Herz-Kreislauf-Erkrankungen Risikofaktoren auf der Mikrogefäß reflektieren. In der Handschrift, die Wiederholbarkeitder Gefäßanalyse nachgewiesen wird. Darüber hinaus wird die Anwendbarkeit der Netzhautmikrogefäßanalyse in epidemiologischen Studien mit einer Zusammenfassung unserer Ergebnisse in einer wiederholten Maßnahmen Design mit einem Fokus auf die Auswirkungen der Feinstaubbelastung Exposition 24 erhaltenen gezeigt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Der Ethikrat der Universität Hasselt und Antwerpen Universitätsklinikum hat den Studien. Die Teilnehmer gaben ihr schriftliches Einverständnis zur Teilnahme.

1. Geräteeinstellung

  1. Entfernen Sie die schwarzen Schutzschalen aus der digitalen Netzhautkamera und dem Hauptblock der Anlage.
  2. Öffnen Sie das Batteriefach und legen Sie den Akku in der Kamera. Nicht trennen die Kabelverbindung zwischen der Batterie und der Haupteinheit.
  3. Schrauben Sie die Kamera auf der Haupteinheit und verbinden die beiden Drähte. Schließen Sie das Gerät an das Stromnetz und an den Computer mit dem mitgelieferten USB-Kabel.
  4. Starten Sie das Gerät, indem Sie den Ein / Aus-Taste, um "on". Starten Sie die Kamera, indem Sie den Ein / Aus-Taste, um "on".
  5. Starten Sie den Computer neu. Dies wird Verbindungsfehler zwischen dem Hauptgerät und dem Computer zu verhindern.

2. Capturing-Fotografie

  1. Starten Sie die Netzhaut Imaging Control Software (und die erforderliche Passwort zu füllen). Die Software ist ein Teil der digitalen Netzhautkamera (siehe Materialtabelle für Link).
  2. Starten Sie die Studie, indem Sie auf das Symbol "Studie" in der oberen linken Teil des Bildschirms. Für einen neuen Patienten, füllen Sie die Details wie Patienten ID, Name, Geburtsdatum, etc. Wenn der Patient bereits im System, füllen Sie das "Patienten-ID" und verwenden Sie den "Suchverlauf Liste". Doppelklicken Sie auf den Namen des Patienten, um die Studie zu beginnen.
  3. Fragen Sie den Patienten, einen Sitz vor der Kamera aufzunehmen, setzen Sie seine / ihre Kinn auf die Kinnstütze und die Stirn gegen die Stirn Ruhe und "sperren" den Kopf, um eine Aufnahme zu machen.
  4. Bitten Sie den Patienten direkt in die Linse der Kamera zu schauen. Bewegen der Kamera in der horizontalen (XY)-Ebene auf der rechten oder linken Auge.
  5. Verwenden der Kinnstütze um die Hornhaut des Patienten in den beiden Kreisen, die auf dem Display der Kamera angezeigt positionieren. Feinabstimmungmithilfe des Rades auf dem Joystick.
  6. Bewegen Sie die Kamera vorwärts, rückwärts, seitwärts und in der XY-Ebene, um die Pupille des Patienten in den Kreisen zu positionieren. Sicherstellen, dass die Schüler eine kontinuierliche Kreis. Dadurch wird die Iris des Patienten in zwei Teile gespalten werden.
  7. Verwenden Sie die "Zurück-Trigger" auf dem Joystick, um von der Hornhaut bis zur Netzhaut zu wechseln. In dieser Phase sollte der Patient ein grünes Licht zu beobachten. Fragen Sie den Patienten auf das grüne Licht zu suchen.
  8. Fokussieren Sie die Kamera, indem Sie die beiden Linien, die auftauchen, wenn das Rad an der Basis des Joysticks eingeschaltet. Drehen Sie das Rad, bis die beiden Linien bilden eine durchgehende Linie.
  9. Verwenden Sie das grüne Licht, um das Auge in der optimalen Position für ein Foto zu platzieren. Falls erforderlich, verschieben Sie das Licht mit den Pfeiltasten auf der rechten Seite der Kamera. Positionieren Sie das grüne Licht in einer Weise, dass die Papille wird auf dem Display der Kamera zentriert.
  10. Suche nach 2-weiße Flecken, die nach switchi erschienenng der Netzhaut (Schritt 2.7). Um die Flecken zu finden, das Gerät in der XY-Ebene. Die Spots sind als verschwommene Flecken sichtbar. Stellen Sie das Gerät nach vorne oder nach hinten, bis verschwommene Flecken verwandeln sich in hellen, weißen Flecken. Je heller und runder die Flecken, desto besser ist die Qualität des Bildes. Positionieren Sie die Flecken, bis beide sichtbar sind. Verwenden Sie das Rädchen auf dem Joystick auf die Flecken in der Mitte der Kamera-Display zu bringen.
  11. Zu bestätigen, dass die beiden Leitungen (aus Schritt 2.8) eine durchgehende Linie. Die Papille wird auf dem Display der Kamera zentriert und wird durch zwei helle, weiße Flecken flankiert. Nehmen Sie die Netzhautfotografie durch Brennen der Taste oben auf dem Joystick.
  12. Speichern Sie das Foto mit der "Study Complete"-Taste auf der rechten unteren Ecke des Bildschirms. Abschluss der Studie werden die Bilder automatisch in einer Karte speichern und schließen Sie die Studie.

3. Analyse der Netzhaut Fotografie

  1. Bestimmen Sie die Skalenverhältnis von Messährend der Abstand zwischen der Mitte der Makula (Fovea) und das Zentrum der Papille (blinder Fleck). Anatomisch dieser Abstand bestimmt wird, um 4,500 oder 2,5-mal den Durchmesser der optischen Platte, wobei letztere etwa 1.800 um. Stellen Sie sicher, der Abstand wird in Pixel gemessen. Berechnen Sie die Skalenverhältnis durch Division 4500 durch den Abstand (in Pixeln) zwischen der Makula und blinden Fleck.
  2. Öffnen Sie die Netzhautgefäßanalyse-Software "Ivan".
    Hinweis: Die Software wird an der Universität von Wisconsin in Madison erstellt. Detaillierte Informationen über die Verwendung von Ivan aus dem Handbuch zu erstellen.
  3. Füllen Sie das Maßstabsverhältnis und fahren durch die Konfiguration.
  4. Stellen Sie sicher, dass drei gelbe Ringe erscheinen auf der Netzhaut fotografieren. Die Skala Verhältnis bestimmt den Radius des inneren Kreises und umschließt die Papille. Stellen Sie sicher, dass der Mittelpunkt des inneren Rings ist auf dem mittleren Punkt der Papille. Wenn dies nicht der Fall ist, stellen dieLage des Kreises mit den Cursor-Tasten. Die Radien der mittleren und äußeren Kreise 2x und 3x größer als der Radius des inneren Kreises sind. Auf diese Weise Zonen A und B sind in einem festen Abstand von der optischen Platte erzeugt.
  5. Überprüfen Sie, ob das Netzhautbild hat die Papille in der Mitte des Fotos. Dies sorgt für eine scharfe Fokussierung des Bildes in der Zone B und das wird die Sortierprozess (4A) zu ermöglichen.
  6. Beachten Sie, dass die Software erkennt automatisch die Blutgefäße und ordnet diese Gefäße als Venen (4B).
  7. Unterscheiden Sie die Schiffe zwischen Arteriolen und Venolen basierend auf physiologischen Unterschiede. Arteriolen werden rot angezeigt und Venolen in blau (4C). Verwenden Sie die folgenden Richtlinien, um jedes Schiff zu identifizieren:
    1. Bestimmen Sie den Behälter Farbe. Arteriolen haben ein Feuerzeug orange-rote Farbe mit einer starken zentralen Lichtreflexion. Venen dunkler lila-red Farbe mit wenig oder gar keiner zentralen Lichtreflex.
    2. Bestimmen den Kurs des Schiffes. Arteriolen neigen gerader und glatter in Umrissen zu sein; sie sind regelmäßig sowohl Pfad und Kontur. Venen sind in der Regel gewunden, und unregelmäßiger im Umriß und Durchmesser. Venolen breiter sind im Durchmesser an der Scheibenrand als die entsprechenden Arteriolen.
    3. Identifizieren Sie den Behälter, indem man die Annotation des vorangehenden Schiffes. Im Prinzip, Arteriolen abwechseln Venolen. Wenn daher eine deutliche venule gemessen wird, ist der nächste Behälter eher zu einer Arteriole sein.
    4. Definieren Sie die Kreuzmuster. Als allgemeine Regel gilt, weiß nicht Arteriolen Arteriolen und Venolen kreuzen nicht Venolen überqueren. Wenn ein Schiff unbekannter Identität kreuzt einen venösen Zweig innerhalb oder distal Zone B, dann der unbekannte Schiff ist eine Arteriole. Wenn sie über eine Zweigniederlassung in Arteriolen oder distalen Zone B, dann ist es ein venule.
    5. Identifizieren kleinere Äste durch Verfolgen sie proximally ihrer Verzweigung von einem Mutterbehälter kann die Identität von denen sich aus den ersten beiden Richtlinien entsprechen. Verwenden Winkel zwischen Schiffen auf Kreuzungen und Verzweigungen zu unterscheiden.
      HINWEIS: Gänge werden häufig nahezu senkrecht (90 °) oder, falls die beiden Gefäße parallel coursing kann der Winkel des Übergangs sehr flach sein (weniger als 30 °). Verzweigungen sind in der Regel etwas geringer als die senkrecht (mit dem Winkel zwischen den beiden Schenkeln zwischen 30 ° und 45 °).
    6. Wählen Sie die volle Länge des Schiffes in der Grading-Zone. Stellen Sie sicher, dass die Standardabweichung des ausgewählten Schiffes den Wert von 10. Kleinere Standardabweichungen nicht überschreiten zeigen eine gute Messung.
  8. Mit den Software-Tools für Schiffe, die nicht von der Software selbst ausgewählt wurden, auswählen. Die gleichen Regeln gelten für diese Schiffe wie für die Schiffe von der Software automatisch ausgewählt.
  9. Bestimmen zentralen Netzhaut Arteriolen und venulären Equivalent (CRAEund CRVE) automatisch in IVAN.
  10. Berechnen Sie die CRAE und CRVE von ihren jeweiligen Verzweigung Tochter Schiffe, die mit überarbeiteten Formeln der Parr und Hubbard 28.
    HINWEIS: Die Beziehung zwischen Stämmen und Ästen, mit empirisch abgeleiteten Verzweigungskoeffizienten wird in folgenden zwei Formeln, um Gefäßäquivalente annähernd gegeben. IVAN verwendet die sechs größten Arteriolen und Venolen für die Berechnung CRAE und CRVE. Die Formeln werden in einem iterativen Verfahren zu paaren die sechs größten Arteriolen (oder Venen), bis die zentrale Arteriolen (oder venulären) Gefäßäquivalent erzielt aufgetragen.
    Arteriolen: Gleichung 1 (1)
    Venolen: Gleichung 2 (2)
    wobei W 1, W 2 und W die Breite des schmaleren Zweig der weiteren Verzweigung und der Mutterstamm sind.
    HINWEIS: Nehmen that in einer Netzhaut fotografieren die sechs größten Arteriolen sind 120, 110, 100, 90, 80 und 70 um breit. Setz 120 und 70 in die Gleichung (1), sowie 110 und 80, 100 und 90 nach der ersten Iteration gibt es drei Werte: 122,2, 120,0, und 118,4. Führen Sie die nächste Iteration durch Paarung 122,2 und 118,4, was 149,8. Tragen über der mittleren Zahl (120,0) auf die endgültige Iteration. Paar 149,8 und 120,0 zu 168,7 ergeben für CRAE.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Wiederholbarkeit der CRAE und CRVE Bestimmung

Eine Gruppe von 61 Personen zwischen 22 und 56 Jahre alt und frei von klinisch diagnostizierten Herzkreislauferkrankungen wurde für die Untersuchung technischer Reproduzierbarkeit und in-Rater Variabilität der zentralen Netzhaut Arteriolen Equivalent (CRAE) und zentralen Netzhaut venulären Equivalent (CRVE) Bestimmungen rekrutiert. Der Fundus des rechten Auges des einzelnen wurde zweimal in einem Zeitraum von 5 min unter Verwendung einer Retinal-Kamera (1 und 2) fotografiert. Dieses Verfahren wurde an 4 aufeinanderfolgenden Tagen etwa zur gleichen Zeit des Tages durchgeführt. Die durchschnittlichen Variationskoeffizienten ± Standardabweichung der CRAE und CRVE der Bilder innerhalb der 5-Minuten-Zeitraum aufgenommen wurden 1,76 ± 1,71 und 1,78 ± 1,51 auf. Durchschnitt ± Standardabweichung von CRAE und CRVE Werte waren 151.31 ± 13.53 und 213.20 ± 18.44 auf. Keine signifikante DIFKonferenzen wurden für CRAE beobachtet und CRVE Werte an 4 aufeinanderfolgenden Tagen erhalten.

CRAE und CRVE Werte des rechten Auges wurden zu einem CRAE und CRVE Wert pro Tag gemittelt. Anschließend wurde die Wiederholbarkeit der Messungen durch die Intrakorrelationskoeffizient (ICC), eine dimensionslose Statistik von 0 und 1 begrenzt ist, die die Reproduzierbarkeit der wiederholten Messungen in einer Population beschrieben ausgewertet. Die Messungen wurden durch eine einzige Beurteiler durchgeführt. Daher erlaubt ein Ein-Wege-Modell mit zufälligen Effekten, die innerhalb von 29-Rater-Variabilität zu schätzen. Das ICC war 0,919 (95% CI: 0,883, 0,946) und 0.898 (95% CI: 0,854, 0,932) für CRAE und CRVE sind. Diese ICC-Werte liegen deutlich über dem Schwellenwert von 0,6, was als klinisch signifikant angesehen wird und den Schätzungen sowohl fallen in die breite Kategorie als "fast perfekt" in 30 Zuverlässigkeit.

Panel-Studie, um die Wirkung von Particulate Air P Untersuchenollution

Die Studie wurde zwischen Januar 2012 und dem Juni 2012 durchgeführt und umfasste 84 Personen. Teilnehmer waren 22 bis 63 Jahre alt und frei von klinisch diagnostizierten Herzkreislauferkrankungen vor und während der Studiendauer. Eine Fotografie des Augenhintergrundes von dem rechten Auge wurde unter Verwendung einer Retinal-Kamera auf jede der drei separaten Prüfung Tage. Der Leser wird auf das Papier der Louwies und Mitarbeiter für detaillierte Informationen, wie Luftverschmutzung Daten stammen 24 bezeichnet. Im Verlauf des Untersuchungszeitraumes waren die Umgebungs PM 10 und BC-Spiegel hoch in Belgien wegen Richtung Westen atmosphärischen Transport von verschmutzter Luft aus Osteuropa. Dies wird in einem Zeitraffer-Video (Ergänzende Angaben) visualisiert. Luftschadstoffkonzentrationen wurden für jeden Teilnehmer für 2, 4 und 6 Stunden vor der Untersuchung der Netzhaut zugeordnet. Luftverschmutzung wurden am Tag der klinischen Besuch von Mitternacht berechnet, bis zum Zeitpunkt der Netzhaut exbin. Luftverschmutzung wurden ebenfalls für den vorherigen Tag zugeordnet und zwei Tage vor der Untersuchung der Netzhaut. Diese Konzentrationen sind wie folgt zusammengefasst: lag2h, lag4h, lag6h, lag 24h, und Lag-2d. Schadstoff-spezifisch, wurde Expositions-Wirkungsanalyse mit gemischten Modellen durchgeführt. Details dieser Analysen können in der Originalpublikation 24 gefunden werden. Es war eine inverse Assoziation zwischen CRAE und Luftverschmutzung Konzentrationen (gemessen als PM 10 und BC-Konzentrationen) in den stündlichen und täglichen Belichtungsfenster vor der klinischen Prüfung. Eine Abnahme der CRAE von 0,93 um (95% CI: -1.42, -0.45, p = 0,0003) wurde für jede 10-g / m³ Anstieg der durchschnittlichen PM 10 während 24 Stunden vor der Prüfung (Abbildung 3) beobachtet. Kürzere Stunden PM 10 und PM Belichtungsfenster 10-Konzentrationen in den vergangenen 2 Tage gemittelt zeigte auch eine signifikante Abnahme der CRAE Werte. Eine Abnahme von 1,84 μ CRAEm (95% CI: -3.18, -0.51, p = 0,008) wurde ebenfalls für jeweils 1-g / m³ Zunahme der BC 24 Stunden vor der Untersuchung gefunden. Keine zusätzlichen signifikanten Assoziationen wurden zwischen CRAE und den anderen berechneten BC Belichtungsfenster beobachtet. Eine Abnahme der CRVE von 0,86 um (95% CI: -1.42, -0.30, p = 0,004) wurde für alle 10-g / m³ Zunahme der PM 10 in der 24-Stunden-Belichtungsfenster beobachtet, bevor der Netzhaut Bild aufgenommen wurde. Kürzere Belichtungsfenster enthüllt weitere signifikante Effekte (Abbildung 3). Ein negativer Zusammenhang zwischen CRVE und BC Exposition während der 24 Stunden vor der Untersuchung beobachtet. Allerdings hat der Effekt nicht das Niveau der statistischen Signifikanz (-1.18 um, 95% CI: -3,11, 0,75, p = 0,23).

Figur 1
Abbildung 1. Retina Bild und Beispiel für eine Netzhautkamera. Kommentierte Netzhautfundusbild des rechten Auges eines gesunden Freiwilligen (links) und einem Bild von einem nicht-mydriatischen digitale Netzhautkamera (rechts). Bitte klicken Sie hier zur Ansicht eine größere Version dieser Figur.

Figur 2
Abbildung 2. Screenshot IVAN Software. Beispiel für ein Bild, das mit dem IVAN Software verarbeitet wird. Die Software erkennt den Gefäßdurchmesser und berechnet. Der Bediener überwacht die Ergebnisse und identifiziert Arterien (rot) und Venen (blau dargestellt). CRAE und CRVE werden dann automatisch berechnet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Abbildung 3. Assoziation zwischen Luftverschmutzung und Netzhautgefäßkaliber. Geschätzte Veränderung der mittleren CRAE und CRVE (95% CI) in Verbindung mit einem 10-g / m³ Zunahme der PM 10 (links) oder einer 1-g / m³ Zunahme in BC (rechts) für verschiedene Belichtungs hinkt. Die Daten wurden von einer Jury aus 84 Personen erhalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 4
Figur 4.904 / 51904fig4highres.jpg "target =" _blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Zusatz Video. Zeitraffer-Video von Luftschadstoffkonzentrationen in der Panel-Studie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Netzhaut Bildanalyse wird als komfortables Werkzeug für die Untersuchung der mikrovaskulären Reaktionen in epidemiologischen Studien vorgeschlagen. Wenn der Betreiber erfahren, dauert es weniger als 5 Minuten, um einen Fundus Bild aufzunehmen. Darüber hinaus kann dieses Verfahren für die unauffällige Visualisierung der Mikrozirkulation für Teilnehmer von früh bis ins hohe Alter eingesetzt werden.

Literatur nimmt in Bezug auf die Zusammenhänge zwischen morphologischen Veränderungen in der Netzhautgefäßsystem (zum Beispiel Änderung der Gefäßkaliber, geometrische Muster, etc.) und modifizierbare Lebensstil und Umweltrisikofaktoren 15,16. Experimentelle und epidemiologische Arbeiten zeigen, dass die kurzfristigen und langfristige Luftverschmutzung Exposition ist stark mit der kardiovaskulären Morbidität und Mortalität verbunden. Jedoch hat eine herkömmliche Technik wie Retina Fundusphotographie wurde sehr wenig verwendet, um Effekte, die Mikrozirkulation durch Luftverunreinigungen hervorgerufen werden können studieren.

jove_content "> Die verschiedenen Schritte, die für den Erhalt einer qualitativ hochwertigen Fundus Bild werden in diesem Video-Protokoll erklärt erforderlich sind. Anschließend wird die Methodik für den Erhalt von Arteriolen und Venolen Kaliber Messungen und insbesondere die zentralen Netzhaut Arteriolen Equivalent (CRAE) gegeben und der zentralen Netzhaut venulären Equivalent (CRVE) 13,28. Die Ergebnisse der wiederholten Messungen Analyse zeigte, dass die in-Rater Ergebnisse für CRAE und CRVE sind sehr gut reproduzierbar für Bilder, die in einem Zeitrahmen von vier Tagen aufgenommen wurden. Diese Ergebnisse sind im Einklang mit den jüngsten Beobachtungen von McCanna und Kollegen berichteten. Letztere Autoren berichteten, dass CRAE und CRVE Werte über einen Zeitraum von einem Monat stabil sind. Sie berichteten Korrelationen für Paare von Studienbesuchen von 0,9 und die Zusammenhänge leicht rückläufig mit zunehmender Länge des Zeitintervalls 31.

Anschließend wird es in einem Panel-Studie mit gesunden Erwachsenen, dass der R gezeigtetinal Mikrozirkulation schnell auf Feinstaub Luftverschmutzung reagieren. Genauer gesagt, ein Rückgang in CRAE, die zu einer erhöhten kurzfristigen Forderung bezieht sich auf die PM 10 und BC 24 wird berichtet. Verengung der retinalen Arteriolen ist eine Grundlage für die Abschätzung des Risikos von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Herz-Kreislauf Mortalität 32-35. Es ist vorgesehen, dass Netzhaut Mikrovaskulatur kann verwendet werden, um Herz-Kreislauf Auswirkungen der Luftverschmutzung zu sondieren. In dieser Hinsicht, Adar und Kollegen berichtet zum ersten Mal über die kurzfristigen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die menschliche Netzhaut-Mikrogefäß in einer Querschnittsanalyse der MESA-Kohorte 21. Die mikrovaskulären Veränderungen durch Louwies et al. (2013) ergänzen die von Adar et al. (2010). Die letzteren Autoren berichteten über eine 0,4 um Abnahme CRAE (95% CI: -0,8, -0,04) je 9-ug / m³ Anstieg der durchschnittlichen PM 2.5 am Vortag. Basierend auf wiederholte Messungen,. Louwies et al (2013) berichteten von einer Schätzung von -1,2 um (95% CI: -1.61, -0.61) und es wird vorgeschlagen, dass die größere Effektstärke kann aufgrund der größeren Variation in PM und BC Expositionskonzentrationen in diesem Panel-Studie sein 24.

Lungenentzündung und Low-Grade, systemische Entzündung haben mit Luftverschmutzung 36 in Verbindung gebracht. Systemische Entzündung hat auch mit endothelialer Dysfunktion 37,38 verbunden. Dieser Prozess kann die Reaktivität der Netzhautblutgefäße 39 beeinflussen. Es wird angenommen, dass Entzündungsreaktionen führen zu veränderten Endothelzellen-Aktivität, die in der Verengung der arteriolar Kaliber reflektiert werden kann. Die Erkenntnisse aus der Panel-Studie deuten darauf hin, dass dies in einem Zeitraum von weniger als 24 Stunden auftreten, weil gegenüber PM 10 wurde umgekehrt mit CRAE während all der Stunden Belichtungsfenster verbunden. Die Beobachtungen stehen im Einklang mit der bekannten Auswirkungen des Luft Umfrageution auf die Gesundheit. Kurzzeit-Tierversuchen mit der Exposition gegenSpitzenWerte von Luftschadstoffen haben gezeigt, dass die Mikrogefäß kann beeinträchtigt werden, 40,41. Darüber hinaus Interventionsstudien am Menschen in kontrollierten Umgebung haben gezeigt, dass die endotheliale Funktion wird bei der Einwirkung von Dieselabgasen 42,43 beeinträchtigt.

Im Ergebnis gibt es viele Entwicklungs und anatomischen Ähnlichkeiten zwischen retinalen Blutgefäßen und der Mikrovaskulatur des Herzens, der Lunge und Gehirn 10. Daher wird der retinalen Blutgefäßsystem als Ersatz für die systemische Gewebemikrozirkulation. Eine Änderung in der Netzhautblutgefäße können eine wertvolle Prädiktor für kardiovaskuläre Erkrankungen Entwicklung sein. Die bequeme und unauffällige Analyse der Netzhautbilder ist jetzt als nützlich für die bevölkerungsbezogene Studien mit Fokus auf Herz-Kreislauf-Epidemiologie. Dieses Protokoll Papier sollte mehr Forschungsgruppen ermutigen, Fundusfotografie verwenden, um mikrovaskuläre ef studierenkungen von Umweltfaktoren und Lebensstil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Die Autoren erklären, sie haben keine tatsächlichen oder potenziellen Wettbewerb finanziellen Interessen.

Acknowledgments

Die Ergebnisse über die mikrovaskulären Reaktion auf die Luftverschmutzung Partikel werden mit Erlaubnis von Environmental Health Perspectives 24 wiedergegeben. Die validierten meteorologischen und Luftqualitätsdaten wurden freundlicherweise von der belgischen Königlichen Meteorologischen Institut und die Flämische Umweltagentur zur Verfügung gestellt. Die Netzhautbildanalyse-Software wurde von Dr. N. Ferrier (Madison School of Engineering und dem Fundus Photograph Reading Center, Department für Augenheilkunde und Visual Sciences, University of Wisconsin-Madison) erhalten. Tijs Louwies und Eline Provost sind mit einem VITO Gemeinschaft unterstützt. Eline Provost hält einen Aspiranten Forschungsstipendium der flämischen Wissenschaftsförderung. Tim S. Nawrot ist Inhaber eines Start European Research Council 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