Trabekelværket Reaktion på tryk Elevation i Living menneskelige øje
Summary
Trabekelværket (TM) migration til Schlemm s kanal rum kan være fremkaldt af akut pres elevation ved ophthalmodynamometer og observeret af spektral domæne optisk kohærens tomografi. Målet med denne fremgangsmåde er at kvantificere morfometriske respons af den levende udstrømning tarmkanalen til akut pres elevation i levende væv in situ.
Abstract
De mekaniske karakteristika af trabekelværket (TM) er knyttet til udstrømning modstand og intraokulært tryk (IOP) regulering. Rationalet bag denne teknik er den direkte observation af den mekaniske reaktion af TM til akut IOP elevation. Før scanning, er IOP målt ved baseline og under IOP elevation. Limbus scannes ved spektral-domæne optisk kohærens tomografi ved baseline og under IOP elevation (ophthalmodynamometer (ODM) anvendt ved 30 g kraft). Scanninger behandles kan forbedre visualiseringen af den vandige humor udstrømningsvej hjælp ImageJ. Vaskulære vartegn bruges til at identificere tilsvarende steder i baseline og IOP elevation scan mængder. Schlemm-kanalen (SC) tværsnitsareal (SC-CSA) og SC længde fra anterior til posterior langs dens lange akse måles manuelt ved 10 steder inden for en 1 mm segment af SC. Mean indre til ydre væg afstand (kort akse længde) beregnes som arealet af SC divideret med denslange akse længde. For at undersøge bidrag tilstødende væv, således IOP stigninger, er målingerne gentages uden og med glat muskulatur afslapning med instillation af tropicamid. TM migration til SC er modstand fra TM stivhed, men forstærkes af støtte fra sin tilknytning til tilstødende glatte muskulatur i corpus ciliare. Denne teknik er den første til at måle levende menneske TM reaktion på tryk elevation in situ under fysiologiske betingelser inden det menneskelige øje.
Introduction
Glaukom er verdens næststørste årsag til irreversibel blindhed 1. Forhøjet intraokulært tryk (IOP) er en væsentlig kausal risikofaktor for tilstedeværelsen og progression af glaukom 2-7. IOP er reguleret af balance mellem dannelse og afgang af kammervæske 8. Placeringerne af størst udstrømning modstand er de juxtacanicular væv og indervæggen af Schlemm-kanalen (SC), grænsefladen mellem SC og trabekelværket (TM) 9-11. Mens TM stivhed kan bidrage til forebyggelse af SC sammenbrud i lyset af IOP elevation, Overby et al. 12 for nylig vist, at genekspression i glaukom ændres, hvilket resulterer i øget SC endotel afstivende, hæmmer dannelse af porer, hvilket fører til IOP forhøjelse i glaucomatøse øjne 13. TM morfologi og stivhed korrelerer med udstrømning facilitet 14,15, understreger tHan har brug for at måle dens biomekaniske egenskaber.
Atomic force mikroskopi målinger af TM viser forhøjet stivhed i øjnene doneret af glaukompatienter (81 kPa) sammenlignet med øjne fra donorer uden glaukom (4,0 kPa) 16, men disse målinger blev foretaget i dissekerede ex vivo væv. Den bageste TM er forankret i ciliærmusklen via forreste sener i langsgående muskelceller som indsætte i den ydre bladformede og cribiform TM 17. Ciliærmusklen (CM) aktivitet kan øge TM tautness, efterligner forhøjet TM stivhed 17. Evnen til at iagttage ændringer i modstanden mod SC kollaps induceret af forstyrrelser af glat muskulatur er blevet vist i en dyremodel 18. Vi har demonstreret evne til ikke-invasivt billede den primære vandige humor udstrømning systemet i levende menneskelige øjne distalt til og med SC hjælp spektrale domæne optisk kohærens tomografi (OCT) <sup> 19-21. Under anvendelse af denne teknik har vi demonstreret evne til at kvantificere morfometriske reaktion af TM og SC til akut IOP elevation 22.
Det overordnede mål med den her beskrevne metode var at kvantificere morfometriske respons den levende udstrømning tarmkanalen til akut IOP elevation i levende væv in situ. Denne teknik har den fordel, at undersøge TM under fysiologiske betingelser, som omfatter bidrag fra både kontraktile fibre aktivitet inden for TM og CM til TM stivhed sammenlignet med offentliggjorte målinger i dissekerede væv. Rationalet bag at anvende denne teknik til observation af den mekaniske TM svaret er, at det giver os ellers utilgængelige indsigt i den mekaniske opførsel af TM, som vi nu ved at være knyttet direkte til udstrømning modstand og IOP regel 13. At skelne bidrag kontraktile væv til den samlede stivhed, en lille cohort af forsøgspersoner blev undersøgt uden og med undertrykkelse af glatmuskel-aktivitet ved administration af tropicamid.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den foreliggende teknik udnytter ikke-invasiv overvågning af den mekaniske respons af blødt væv til at kvantificere SC kollaps. Det fremtidige arbejde under anvendelse af humane cadaver øjne er nødvendig for at kalibrere væv omlægninger faktiske væv stivhed efter dissektion. Men, vil sådanne undersøgelser lider de samme begrænsninger af tidligere udstrømning modeller; specifikt, at bidragene fra levende muskel til væv spændinger vil ikke være til stede. Yderligere kalibrering i et levende pattedyr øje mo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported in part by National Institute of Health contracts R01-EY13178, and P30-EY08098 (Bethesda, MD), the Eye and Ear Foundation (Pittsburgh, PA), and unrestricted grants from Research to Prevent Blindness (New York, NY).
Materials
| Spectral Domain OCT | Zeiss | Cirrus | |
| Imaging Workstation | Apple | iMac | |
| Ophthalmodynamometer | (Baillairt Matalene Ophthalmodynamometer, Surgical instruments CO., Inc. New York, NY) | ||
| Image Processing Program | rsb.info.nih.gov/ij | ImageJ, FIJI | |
References
- Quigley, H. A., Broman, A. T. The number of people with glaucoma worldwide 2010 and 2020. The British journal of ophthalmolog. 90, 262-267 (2006).
- Sommer, A., et al. Relationship between intraocular pressure and primary open angle glaucoma among white and black Americans. The Baltimore Eye Survey. Archives of ophthalmolog. 109, 1090-1095 (1991).
- Sommer, A., et al. Racial differences in the cause-specific prevalence of blindness in east Baltimore. The New England journal of medicin. 325, 1412-1417 (1991).
- Leske, M. C., Connell, A. M., Wu, S. Y., Hyman, L., Schachat, A. P. Distribution of intraocular pressure. The Barbados Eye Study. Archives of ophthalmolog. 115, 1051-1057 (1997).
- Leske, M. C., Wu, S. Y., Hennis, A., Honkanen, R., Nemesure, B. Risk factors for incident open-angle glaucoma: the Barbados Eye Studies. Ophthalmolog. 115, 85-93 (2008).
- Mitchell, P., Lee, A. J., Rochtchina, E., Wang, J. J. Open-angle glaucoma and systemic hypertension: the blue mountains eye study. Journal of glaucom. 13, 319-326 (2004).
- Mitchell, P., Smith, W., Attebo, K., Healey, P. R. Prevalence of open-angle glaucoma in Australia. The Blue Mountains Eye Study. Ophthalmolog. 103, 1661-1669 (1996).
- Gabelt, B., Kaufman, P., Kaufman, P. L. . Adler’s Physiology of the Ey. , 237-289 (2003).
- Grant, W. M. Experimental aqueous perfusion in enucleated human eyes). Archives of ophthalmolog. 69, 783-801 (1963).
- Jocson, V. L., Sears, M. L. Experimental aqueous perfusion in enucleated human eyes. Results after obstruction of Schlemm’s canal. Archives of ophthalmolog. 86, 65-71 (1971).
- Maepea, O., Bill, A. Pressures in the juxtacanalicular tissue and Schlemm’s canal in monkeys. Experimental eye researc. 54, 879-883 (1992).
- Johnstone, M. A., Grant, W. G. Pressure-dependent changes in structures of the aqueous outflow system of human and monkey eyes. American journal of ophthalmolog. 75, 365-383 (1973).
- Overby, D. R., et al. Altered mechanobiology of Schlemm’s canal endothelial cells in glaucoma. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of Americ. , (2014).
- Allingham, R. R., de Kater, A. W., Ethier, C. R. Schlemm’s canal and primary open angle glaucoma: correlation between Schlemm’s canal dimensions and outflow facility. Experimental eye researc. 62, 101-109 (1996).
- Camras, L. J., Stamer, W. D., Epstein, D., Gonzalez, P., Yuan, F. Differential effects of trabecular meshwork stiffness on outflow facility in normal human and porcine eyes. Investigative ophthalmolog., & visual scienc. 53, 5242-5250 (2012).
- Last, J. A., et al. Elastic modulus determination of normal and glaucomatous human trabecular meshwork. Investigative ophthalmolog., & visual. 52, 2147-2152 (2011).
- Lutjen-Drecoll, E. Functional morphology of the trabecular meshwork in primate eyes. Progress in retinal and eye researc. 18, 91-119 (1999).
- Li, G., et al. Pilocarpine-induced dilation of Schlemm’s canal and prevention of lumen collapse at elevated intraocular pressures in living mice visualized by OCT. Investigative ophthalmolog., & visual scienc. 55, 3737-3746 (2014).
- Francis, A. W., et al. Morphometric analysis of aqueous humor outflow structures with spectral-domain optical coherence tomography. Investigative ophthalmolog., & visual. 53, 5198-5207 (2012).
- Kagemann, L., et al. 3D visualization of aqueous humor outflow structures in-situ in humans. Experimental eye researc. 93, 308-315 (2011).
- Kagemann, L., et al. Identification and assessment of Schlemm’s canal by spectral-domain optical coherence tomography. Investigative ophthalmolog., & visual. 51, 4054-4059 (2010).
- Kagemann, L., et al. IOP Elevation Reduces Schlemm’s Canal Cross-sectional Area. Investigative ophthalmolog & visual scienc. , (2014).
