Fundus fotografie als een handig hulpmiddel om microvasculaire Reacties op hart-en vaatziekten Risicofactoren in epidemiologische studies Studie
Summary
Retinale beeldanalyse is een onopvallende procedure voor het visualiseren van de microcirculatie. De gevolgen van hart-en vaatziekten risicofactoren kunnen leiden tot veranderingen van het netvlies kalibers vaartuig. De procedures voor fundus foto en stappen te nemen voor het berekenen van het vaartuig kalibers worden beschreven.
Abstract
De microcirculatie bestaat uit bloedvaten met een diameter kleiner dan 150 micrometer. Het maakt een groot deel van het vaatstelsel en speelt een belangrijke rol bij het handhaven van de cardiovasculaire gezondheid. De retina is een weefsel dat de binnenkant van het oog en is het enige weefsel dat zorgt voor een niet-invasieve analyse van de microvasculatuur. Tegenwoordig kan fundus beelden van hoge kwaliteit worden verkregen met behulp van digitale camera's. Retinale beelden kunnen verzameld in 5 minuten of minder, zelfs zonder dilatatie van de leerlingen. Deze onopvallende en snelle procedure voor het visualiseren van de microcirculatie is aantrekkelijk om toe te passen in epidemiologische studies en om de cardiovasculaire gezondheid te monitoren vanaf jonge leeftijd tot op hoge leeftijd.
Systemische ziekten die de circulatie beïnvloeden kan leiden tot progressieve morfologische veranderingen in de retinale vasculatuur. Zo zijn in tanks kalibers van retinale slagaders en aders geassocieerd met hypertensie, atherosclerosesclerose en verhoogd risico op beroerte en hartinfarct. De breedtes schip worden afgeleid met behulp van beeldanalyse-software en de breedte van de zes grootste slagaders en aders zijn samengevat in de centrale retinale arteriolen Equivalent (CRAE) en de Centrale retinale venulaire Equivalent (CRVE). Deze laatste functies zijn nuttig om de impact van de beïnvloedbare leefstijl en omgevingsfactoren hart-en vaatziekten risicofactoren te bestuderen getoond.
De procedures voor fundus foto en analysestappen verkrijgen CRAE en CRVE beschreven verwerven. Variatiecoëfficiënten van herhaalde metingen van CRAE en CRVE minder dan 2% en binnen-beoordelaarsbetrouwbaarheid is zeer hoog. Met behulp van een panel studie, de snelle reactie van de retinale kalibers schip op korte termijn veranderingen in fijn stof, een bekende risicofactor voor cardiovasculaire mortaliteit en morbiditeit, wordt gemeld. Tot slot wordt het netvlies beeldvorming voorgesteld als een handig en instrumenteel hulpmiddel voor epidemiologische Studies om microvasculaire reacties op hart-en vaatziekten risicofactoren te bestuderen.
Introduction
De microcirculatie bestaat uit bloedvaten met een diameter kleiner dan 150 micrometer en omvat kleinste weerstand slagaders, arteriolen, capillairen en venulen. Deze schepen vormen een groot deel van het vaatstelsel en spelen een belangrijke rol bij het handhaven cardiovasculaire gezondheid. Het vaartuig diameter van 150 urn is een fysiologisch en een fysieke limiet. De reologische eigenschappen van schepen met een diameter kleiner dan 150 micrometer verschillen van de grote slagaders. Bovendien hebben de meeste van de zelfregulerende weerstand verandert optreden stroomafwaarts van 150 urn in vaatbedden vertonen bloedstroom autoregulatie 1. De microcirculatie heeft twee belangrijke functies. De primaire functie is om de cellen met zuurstof en metabole substraten bieden om aan de vraag weefsel te passen en om afvalstoffen en koolstofdioxide af te voeren. Veranderingen in het aantal uitwisseling schepen en de microvasculaire stromingspatronen reduceert het effectieve oppervlak uitwisseling gebied en kan u leidd tot suboptimale weefsel perfusie en een gebrek aan metabolische vraag 2 te voldoen. Verder is de hydrostatische druk daalt binnen het vasculaire bed en de microcirculatie speelt een rol in het reguleren van de totale perifere weerstand 3.
Het netvlies is een gelaagd weefsel langs de binnenkant van het oog. De belangrijkste functie is om het inkomende licht om in een neuraal signaal dat verder wordt doorgegeven aan de visuele cortex voor het verwerken van visuele informatie. De functie van het netvlies te zien de buitenwereld en alle oculaire structuren betrokken bij dit proces zijn optisch transparant. Dit maakt het retinale weefsel toegankelijk voor niet-invasieve beeldvorming van de microvasculatuur 4. Retinale beeldvorming wordt gebruikt om ziekten van het oog te identificeren. Bijvoorbeeld, kan een geavanceerde vorm van maculaire degeneratie leiden tot gezichtsverlies vanwege abnormale groei van bloedvaten in de macula. Deze bloedvaten hebben de neiging meer doorlaatbaar en onder bloedde aan zijng en lekken van bloed en eiwitten in of onder het netvlies. De laatste gebeurtenissen zijn verantwoordelijk voor de onherstelbare schade aan de fotoreceptoren. Ontwikkeling van glaucoom correleert met een beschadiging van ganglioncellen en hun axonen. Het effect van dit proces leidt tot cupping van de optische schijf, die kan worden waargenomen in retinabeelden 5. Diabetische retinopathie wordt veroorzaakt door hyperglycemie die leidt tot schade aan de retinale vaatwanden. Dit kan resulteren in ischemie, de groei van nieuwe bloedvaten en een verandering in de vasculaire geometrische netwerk. Bovendien kan de bloed-retina barrière onderworpen aan afbraak, waardoor lekkage van verwijde hyperpermeable capillairen en aneurysma 6.
Retinale microvasculatuur toont homologie met de microvasculaire bedden aangetroffen in het hart, de longen en de hersenen 7. Er is vastgesteld dat systemische ziekten die de microcirculatie van de hersenen beïnvloeden parallelle veranderingen in het netvlies kan veroorzaken. Arteriolair nvtrrowing en verbeterde arteriolaire licht reflex van het netvlies wordt geassocieerd met verblijf afwijkingen, wittestoflaesies en lacunes die worden veroorzaakt door cerebrale SVD 8. Een significante relatie ontdekt tussen smaller retinale venulen, een veranderde retinale microvasculaire netwerk en het optreden van de ziekte van Alzheimer. Voorgesteld wordt hersenen van patiënten een veranderde cerebrale microvasculatuur die ook waarneembaar in de retina 9.
Bewijs wordt ook steeds meer over de correlatie tussen retinale vasculaire veranderingen en coronaire hartziekten 10,11. De verhouding tussen de diameter van retinale bloedvaten en retinale venen (A / V) is aangetoond dat een proxy gevoelig zijn voor hypertensie en atherosclerose 12 weerspiegelen. Een vernauwing van de bloedvaten en verbreding van de bloedvaten, wat leidt tot een verminderde A / V verhouding, bevestigt risico op beroerte en myocardinfarct 13. Hypertensie kan direct leiden totretinale ischemie en retinale infarcten die zichtbaar als watten plekken en diepe retinale witte vlekken 14 geworden. Serre en Sasongko kort samengevat de literatuur en zij geconcludeerd dat de blootstelling aan leefstijl en omgevingsfactoren risicofactoren (bijvoorbeeld voeding, lichamelijke activiteit, roken en luchtvervuiling) morfologische veranderingen in het retinale microvasculaire bed 15 kan induceren. Belangrijker zijn dergelijke retinale veranderingen in verband gebracht met cardiovasculaire risicofactoren, zelfs voordat klinische verschijnselen van ziekten 16.
Significante toename in de incidentie van cardiovasculaire morbiditeit en mortaliteit zijn toegeschreven aan lange en korte-termijn blootstelling aan deeltjes materie luchtvervuiling 17,18. Onderzoek toont aan dat deeltjes (PM), een belangrijke fractie van luchtverontreiniging bijdraagt tot de ontwikkeling van hart-en vaatziekten en induceert cardiovasculaire gebeurtenissen 19,20. Een bijzondere waardevermindering van de functie vande microvasculaire bed wordt gedacht een rol speelt bij de waargenomen associaties spelen. In dit verband is een verband tussen de blootstelling aan luchtvervuiling en arteriolar vernauwing in het netvlies zijn gemeld door Adar en collega's 21. De retinale arteriolen kaliber was smaller en venulaire kaliber was breder onder de 4607 deelnemers van de Multi-Etnische Studie van Atherosclerose (MESA) die in gebieden wonen werden met een verhoogde lange-en korte-termijn blootstelling aan PM 2,5 (fijnstof ≤ 2,5 micrometer diameter) 21. Systemische ontsteking veroorzaakt door chronische blootstelling aan luchtvervuiling kan tot grotere venulaire diameters 22. Dit bevestigt de studie dat het effect van roken op de retinale microvasculaire bed 23 te melden. Een recente rapporten publicatie over de relatie tussen de korte-termijn blootstelling aan luchtverontreiniging en microvasculaire veranderingen bij gezonde volwassenen (22-63 jaar) gemeten met retinale fundusfotografie 24. Een Increase in PM 10 (deeltjes ≤ 10 micrometer in diameter) en BC (zwarte koolstof, een verbranding door-product dat kan worden gebruikt als een proxy voor verkeersgerelateerde dieseluitlaatgassen) werd in verband gebracht met een daling van arteriolair kaliber 24,25.
In dit wetenschappelijke video-protocol, worden de procedures beschreven voor fundus foto's van het oog te verzamelen, op de foto om analyses uit te voeren om arterieel en venulaire vaartuig kalibers te verkrijgen, en naar het Centraal retinale arteriolen Equivalent (CRAE) en Centraal retinale venulaire Equivalent (CRVE) te berekenen. Retinale beeldvorming wordt steeds meer aandacht omdat het netvlies is het enige weefsel dat een onopvallende analyse van de microvasculatuur en afbeeldingen maakt kunnen worden afgehaald vanaf de vroege leeftijd tot op hoge leeftijd 26,27. CRAE en CRVE lijken te zijn gevoelige parameters die de impact van de beïnvloedbare leefstijl en omgevingsfactoren hart-en vaatziekten risicofactoren op de microvasculatuur weerspiegelen. In het manuscript, de herhaalbaarheidvan de analyse vaartuig aangetoond. Bovendien is de toepasselijkheid van retinale microvasculatuur analyse in epidemiologische studies aangetoond met een samenvatting van onze bevindingen, verkregen in een ontwerp herhaalde-maatregelen met een focus op de impact van fijn blootstelling aan luchtvervuiling 24.
Protocol
Representative Results
Discussion
Retina beeldanalyse wordt voorgesteld als een handig hulpmiddel voor het bestuderen van microvasculaire reacties in epidemiologische studies. Wanneer de operator wordt ervaren, het duurt minder dan 5 minuten naar een fundus foto te maken. Bovendien kan deze onopvallend procedure voor het visualiseren van de microcirculatie worden voor deelnemers uit jonge leeftijd tot leeftijd.
Literatuur toeneemt ten opzichte van de associatie tussen morfologische veranderingen in de retinale vasculat…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De resultaten over de microvasculaire reactie aan fijne stofdeeltjes worden overgenomen met toestemming van Environmental Health Perspectives 24. De gevalideerde meteorologische en luchtkwaliteit gegevens werden welwillend ter beschikking gesteld door het Belgische Koninklijk Meteorologisch Instituut en de Vlaamse Milieumaatschappij. De retinale beeldanalysesoftware werd verkregen van Dr N. Ferrier (Madison School of Engineering en de fundus Foto Reading Center, afdeling Oogheelkunde en Visual Sciences, University of Wisconsin-Madison). Tijs LOUWIES en Eline Provost worden ondersteund met een VITO fellowship. Eline Provost heeft een aspirant research fellowship van het Vlaams Fonds voor Wetenschappelijk. Tim S. Nawrot is houder van een European Research Council Starting Grant.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 |
Referenzen
- Clough, G., Cracowski, J. L. Spotlight Issue: Microcirculation-From a Clinical Perspective. Microcirculation. 19, 1-4 (2012).
- Tsai, A. G., Johnson, P. C., Intaglietta, M. Oxygen gradients in the microcirculation. Physiological Reviews. 83, 933-963 (2003).
- 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).
- Abramoff, M. D., Garvin, M. K., Sonka, M. Retinal imaging and image analysis. IEEE reviews in biomedical engineering. 3, 169-208 (2010).
- Tielsch, J. M., et al. A population-based evaluation of glaucoma screening-the Baltimore eye survey. American Journal of Epidemiology. 134, 1102-1110 (1991).
- 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).
- De Silva, D. A., et al. Associations of retinal microvascular signs and intracranial large artery disease. Stroke. 42, 812-814 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- McGeechan, K., Liew, G., Wong, T. Y. Are retinal examinations useful in assessing cardiovascular risk. Am J Hypertens. 21, 847 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- Serre, K., Sasongko, M. B. Modifiable Lifestyle and Environmental Risk Factors Affecting the Retinal Microcirculation. Microcirculation. 19, 29-36 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Adar, S. D., Plos Medicine, M. E. S. A. ). .., 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. 7, (2010).
- 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).
- Harris, B., et al. The association of systemic microvascular changes with lung function and lung density: a cross-sectional study. PloS one. 7, (2012).
- 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).
- Barrett, J. R. Particulate Matter and Cardiovascular Disease Researchers Turn an Eye toward Microvascular Changes. Environmental Health Perspectives. 121, (2013).
- 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).
- 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).
- Knudtson, M. D., et al. Revised formulas for summarizing retinal vessel diameters. Current Eye Research. 27, 143-149 (2003).
- Shrout, P. E., Fleiss, J. L. Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability. Psychological bulletin. 86, 420-428 (1979).
- Landis, J. R., Koch, G. G. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics. 33, 159-174 (1977).
- McCanna, C. D., et al. Variability of measurement of retinal vessel diameters. Ophthalmic epidemiology. 20, 392-401 (2013).
- Cheung, N., et al. Arterial compliance and retinal vascular caliber in cerebrovascular disease. Annals of Neurology. 62, 618-624 (2007).
- Wong, T. Y., et al. Retinal microvascular abnormalities and incident stroke: the atherosclerosis risk in communities study. Lancet. 358, 1134-1140 (2001).
- 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).
- 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).
- Hoffmann, B., et al. Chronic Residential Exposure to Particulate Matter Air Pollution and Systemic Inflammatory Markers. Environmental Health Perspectives. 117, 1302-1308 (2009).
- Hingorani, A. D., et al. Acute systemic inflammation impairs endothelium-dependent dilatation in humans. Circulation. 102, 994-999 (2000).
- Huang, A. L., Vita, J. A. Effects of systemic inflammation on endothelium-dependent vasodilation. Trends in Cardiovascular Medicine. 16, 15-20 (2006).
- Nguyen, T. T., et al. Flicker light-induced retinal vasodilation in diabetes and diabetic retinopathy. Diabetes Care. 32, 2075-2080 (2009).
- 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).
- Nurkiewicz, T. R., et al. Systemic microvascular dysfunction and inflammation after pulmonary particulate matter exposure. Environmental Health Perspectives. 114, 412-419 (2006).
- Barath, S., et al. Impaired vascular function after exposure to diesel exhaust generated at urban transient running conditions. Particle and Fibre Toxicology. 7, (2010).
- 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).
