Trabekelverket svar på tryck Elevation i vardags mänskliga ögat
Summary
Trabekelverket (TM) migration till Schlemms kanal utrymme kan induceras av akut tryckhöjning av ophthalmodynamometer, och observerades av spektral domän optisk koherens tomografi. Målet med denna metod är att kvantifiera den morfometriska svaret hos levande utflöde till akut tryck förhöjning av levande vävnader in situ.
Abstract
De mekaniska egenskaperna hos det trabekulära nätverket (TM) är kopplade till utflödesmotstånd och det intraokulära trycket (lOP) reglering. Den logiska grunden bakom denna teknik är den direkta observationen av det mekaniska svaret hos TM till akut lOP höjd. Före skanning, är IOP mäts vid baslinjen och under IOP höjd. Limbus skannas av spektral-domän optisk koherens tomografi vid baslinjen och under IOP höjd (ophthalmodynamometer (ODM) appliceras vid 30 g kraft). Avsökningar bearbetas för att förbättra visualiseringen av kammarvattnet utflödesvägen med ImageJ. Kärllandmärken används för att identifiera motsvarande placeringarna i baslinjen och lOP elevationsavsökningsvolymer. Schlemms kanal (SC) tvärsnittsarea (SC-CSA) och SC längd från främre till bakre längs dess långa axel mäts manuellt vid 10 platser inom ett 1 mm segment av SC. Medelvärde inre till yttre väggavstånd (kort axellängd) beräknas som arean för SC dividerat med desslång axellängd. För att undersöka bidrag angränsande vävnader som innebär IOP höjder, är mätningar upprepas utan och med glatt muskulatur med instillation av tropikamid. TM migration till SC motstånd från TM styvhet, men förstärks av stödet för dess fastsättning på intilliggande glatta muskulaturen i ciliarkroppen. Denna teknik är den första att mäta den levande humana TM-reaktion på tryck förhöjning in situ under fysiologiska betingelser inom det mänskliga ögat.
Introduction
Glaukom är världens näst vanligaste orsaken till irreversibel blindhet 1. Förhöjt intraokulärt tryck (lOP) är en stor kausal riskfaktor för förekomsten och framskridandet av glaukom 2-7. LOP regleras av balans mellan bildandet och utflödet av kammarvatten 8. Platserna för störst utflödesmotstånd är juxtacanicular vävnad och den inre väggen av Schlemms kanal (SC), kontaktytan mellan SC och det trabekulära nätverket (TM) 9-11. Medan TM styvhet kan bidra till att förebygga för SC kollaps i ansiktet av lOP höjd, Overby et al., 12 nyligen visat att genexpression i glaukom ändras, vilket resulterar i ökad SC endotelial förstyvning, vilket hindrar bildning av porer, vilket leder till lOP förhöjning av glaukomatösa ögon 13. TM morfologi och styvhet korrelerar med utflöde anläggning 14,15, med betoning på than behöver för att mäta sina biomekaniska egenskaper.
Atomkraftsmikroskopi mätningar av TM visar förhöjda stelhet i ögonen som donerats av glaukompatienter (81 kPa) jämfört med ögonen från donatorer utan glaukom (4,0 kPa) 16, men dessa mätningar gjordes i dissekerades ex vivo vävnader. Den bakre TM är förankrad i ciliarmuskeln via främre senor av de längsgående muskelcellerna som sätter in i den yttre skivade och cribiform TM 17. Ciliarmuskeln (CM) aktivitet kan öka TM stramhet, härma förhöjda TM styvhet 17. Förmågan att observera förändringar i resistans till SC kollaps inducerad av störningar i glatt muskulatur har visats i en djurmodell 18. Vi har visat förmåga att icke-invasivt bild primärvatten humor utflöde systemet i levande mänskliga ögon distalt till och med SC använder spektral domän optisk koherens tomografi (OCT) <sup> 19-21. Med hjälp av denna teknik, har vi visat förmåga att kvantifiera morfometriska svaret från TM och SC till akut IOP höjd 22.
Det övergripande målet för den metod som beskrivs här var att kvantifiera morfometriska svar levande utflöde akut IOP höjd i levande vävnad in situ. Denna teknik har fördelen att undersöka TM under fysiologiska förhållanden, vilket inkluderar bidrag från både kontraktila fiberaktivitet inom TM och CM till TM-styvhet, jämfört med publicerade mätningar gjorda i dissekerade vävnader. Logiken bakom tillämpningen av denna teknik för att observation av den mekaniska TM svaret är att det ger oss annars otillgängliga insikter i mekaniska beteendet hos TM, som vi nu vet att länkas direkt till utflödesmotstånd och IOP regel 13. Att urskilja bidraget av kontraktila vävnader till den totala styvheten, en liten cohort ämnen undersöktes utan och med undertryckande av glatt muskelaktivitet genom administrering av tropikamid.
Protocol
Representative Results
Discussion
Föreliggande teknik utnyttjar icke-invasiv observation av det mekaniska svaret hos mjuk vävnad för att kvantifiera SC kollaps. Framtida arbete med människolik ögon behövs för att kalibrera vävnads böjningar själva vävnaden styvhet efter dissektion. Men, kommer sådana studier drabbas av samma begränsningar tidigare utflöde modeller; specifikt, att bidrag levande muskler till vävnad spänning inte kommer att vara närvarande. Ytterligare kalibrering i en levande däggdjursögonmodell kan tillåta kalibrerin…
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).
