צילום קרקעית העין ככלי נוח ללמוד תגובות כלי הדם לגורמי סיכון קרדיווסקולריים מחלות באפידמיולוגיים לימודים
Summary
ניתוח תמונה ברשתית הוא הליך לא פולשני המאפשר הדמיה זרימת הדם. ההשפעה של גורמי סיכון למחל לב וכלי דם יכולה לגרום לשינויים של קליבר כלי רשתית. הנהלים לרכוש תמונות הפונדוס וצעדים לחישוב הכלי בקליבר מתוארים.
Abstract
זרימת הדם מורכבת מכלי דם בקטרים פחות 150 מיקרומטר מ. זה מפצה על חלק גדול של מערכת הדם וממלא תפקיד חשוב בשמירה על בריאות לב וכלי דם. הרשתית היא רקמה כי קווים הפנימיים של העין וזה הרקמה היחידה שמאפשרת ניתוח לא פולשני על נימי הדם הזעירה. כיום, ניתן לרכוש תמונות הפונדוס באיכות גבוהה תוך שימוש במצלמות דיגיטליות. ניתן לאסוף תמונות רשתית ב5 דקות או פחות, גם ללא הרחבה של התלמידים. הליך לא פולשני ומהיר זה לדמיין את זרימת הדם הוא אטרקטיבי ליישם במחקרים אפידמיולוגיים ולעקוב אחר בריאות לב וכלי דם מגיל מוקדם, עד לזקנה.
מחלות מערכתיות המשפיעות על זרימת הדם יכולה לגרום לשינויים מורפולוגיים מתקדמים בכלי הדם ברשתית. לדוגמא, שינויים בקליבר הכלי של עורקים וורידים ברשתית היו קשורים עם יתר לחץ דם, atheroטרשת, וסיכון מוגבר לשבץ ואוטם שריר לב. רוחב הכלי נגזרים באמצעות תוכנת ניתוח תמונה והרוחב של שישה עורקים הגדולים וורידים מסוכמים במרכז הרשתית arteriolar שווה הערך (Crae) ושווה הערך המרכזי רשתית Venular (CRVE). התכונות האחרונות הוכחו שימושיות ללמוד את ההשפעה של אורח חיים לשינוי וגורמי סיכון למחל לב וכלי דם סביבתיים.
הנהלים לרכוש תמונות הפונדוס וצעדים הניתוח כדי להשיג Crae וCRVE מתוארים. מקדמים שונים של מדידות חוזרות של Crae וCRVE הם פחות מ -2% ובתוך-מדרג האמינות היא גבוהה מאוד. באמצעות מחקר פנל, התגובה המהירה של קליבר כלי רשתית לשינויים קצר טווח בזיהום אוויר חלקיקים, גורם סיכון ידוע לתמותה ותחלואה לב וכלי דם, הוא דיווח. לסיכום, הדמיה רשתית מוצע ככלי נוח וסייע לstudie אפידמיולוגייםים ללמוד את תגובות כלי דם לגורמי סיכון למחל לב וכלי דם.
Introduction
זרימת הדם מורכב מכלי דם בקטרים פחות מ -150 מיקרומטר וכולל עורקים הקטנים ביותר התנגדות, arterioles, נימים, וvenules. כלים אלה מרכיבים את חלק גדול של מערכת הדם וממלא תפקיד חשוב בשמירה על בריאות לב וכלי דם. קוטר הכלי 150 מיקרומטר של הוא פיסיולוגי ומגבלה פיזית. מאפייני rheological של כלי עם קוטר פחות מ -150 מיקרומטר שונים מעורקים גדולים. יתר על כן, רוב שינויי התנגדות autoregulatory להתרחש במורד הזרם 150 מיקרומטר במיטות כלי דם מציגות זרימת autoregulation דם 1. יש זרימת הדם שני תפקידים חשובים. התפקיד העיקרי הוא לספק תאים עם חמצן ומצעים מטבולים כדי להתאים ביקוש רקמה ולנקז פסולת ופחמן דו חמצני. שינויים במספר כלי חליפין וזרימת כלי דם הדפוסים מקטינים את שטח פן חליפין האפקטיבי, ועלולים לאהד לזלוף רקמה תת האופטימלי ואי עמיד בדרישה המטבולית 2. יתר על כן, הלחץ ההידרוסטטי טיפות בתוך מיטת כלי הדם וזרימת הדם משחק תפקיד בויסות ההתנגדות ההיקפית הכוללת 3.
הרשתית היא רקמה שכבתית המצפה את הפנים של העין. הפונקציה העיקרית שלו היא להמיר את האור הנכנס לאות עצבי שמופץ בהמשך לקליפת המוח הראייתית לעיבוד מידע חזותי. הפונקציה של הרשתית היא לראות את העולם שבחוץ ואת כל המבנים עיני המעורבים בתהליך הזה הם שקופים אופטי. זה הופך את רקמת הרשתית נגישה עבור הדמיה בלתי פולשנית של נימי הדם הזעיר 4. הדמיה של רשתית נמצאת בשימוש כדי לזהות מחלות של העין. לדוגמא, צורה מתקדמת של ניוון מקולרי יכולה להוביל לאובדן ראייה בגלל צמיחת כלי דם לא תקינה למקולה. כלי דם אלה נוטים להיות יותר חדירים ובכפוף למחורבןg ודליפה של דם וחלבונים בתוך או מתחת לרשתית. האירועים האחרונים הם אחראים לנזק בלתי הפיך לקולטני האור. פיתוח של גלאוקומה בקורלציה עם מזיק של תאי הגנגליון והאקסונים שלהם. ההשפעה של תהליך זה מובילה לכוסות רוח של הדיסק האופטי, אשר ניתן לצפות בתמונות ברשתית 5. רטינופתיה סוכרתית נגרמת על ידי היפרגליקמיה שמובילה לניזק בדפנות כלי הרשתית. זה יכול לגרום לאיסכמיה, הצמיחה של כלי דם חדשים ושינוי ברשת הגיאומטרית של כלי הדם. יתר על כן, את מחסום הדם ברשתית עשוי להיות כפוף להתמוטטות, וגרם לדליפה של נימי hyperpermeable מורחבות ופרצות 6.
microvasculature רשתית מציגה הומולוגיה עם כלי דם המיטות שנמצאו בלב, הריאות, והמוח 7. הוא קבע כי מחלות מערכתיות המשפיעות על זרימת הדם במוח יכולות לגרום לשינויים מקבילים ברשתית. Arteriolar narrowing ורפלקס arteriolar אור המשופר של הרשתית קשור עם מומי כלי, נגעים בחומר לבנים וlacunes שנגרמים על ידי מחלת כלי קטנים מוחין 8. מערכת יחסים משמעותיות שגילו נעות בין venules הצר רשתית, רשת כלי דם ברשתית שינה ואת המופע של מחלת אלצהיימר. הוא הציע כי יש לי מוחם של חולי microvasculature מוחית שעברה שינוי שהוא גם נצפים ברשתית 9.
ראיות היא גם גדלו על המתאם בין שינויים בכלי הדם ברשתית ו10,11 מחלת לב כלילית. היחס בין הקוטר של עורקי רשתית וורידים ברשתית (A / V) הוכח להיות proxy רגיש כדי לשקף יתר לחץ דם וטרשת עורק 12. היצרות של העורקים וההתרחבות של הוורידים, שהובילה ליחס A / V ירד, מאששת סיכון לשבץ ולאוטם שריר לב 13. יתר לחץ דם יכול לגרום לישיראיסכמיה של רשתית ואוטמים ברשתית, אשר הופכים בולט כמו כתמי צמר גפן וכתמים לבנים ברשתית עמוקה 14. Serre וSasongko לאחרונה סיכמו את הספרות, והם הגיעו למסקנה כי חשיפה לגורמי אורח חיים וסיכון סביבתי (למשל, תזונה, פעילות גופנית, עישון, וזיהום אוויר) יכולה לגרום לשינויים מורפולוגיים במיטת כלי דם ברשתית 15. חשוב לציין, שינויים ברשתית כגון נקשרו עם גורמי סיכון למחל לב, עוד לפני ביטויים קליניים של מחלות 16.
עליות משמעותיות בהיארעות של תחלואה ותמותה קרדיווסקולרית יוחסו לזמן ארוכות וחשיפות לטווח קצר לחומר חלקיקי זיהום אוויר 17,18. מחקר מצביע על כך שחומר חלקיקים (PM), חלק חשוב של זיהום אוויר, תורם להתפתחות של מחלות לב וכלי דם וגורם לאירועי לב וכלי דם 19,20. ירידת ערך של הפונקציה שלהוא חשב מיטת כלי הדם לשחק תפקיד בעמותות שנצפו. מבחינה זו, קשר בין חשיפה לזיהום האוויר וarteriolar צמצום ברשתית כבר דווח על ידי אדר ועמיתים 21. קליבר arteriolar הרשתית היה צר וקליבר venular היה רחב יותר בקרב 4607 משתתפי המחקר רב האתני של טרשת עורקים (MESA) שמתגוררים באזורים עם חשיפה ארוכה גדלו וטווח קצר לעניין 2.5 (חלקיקים PM ≤ 2.5 מיקרומטר ב קוטר) 21. דלקת מערכתית הנגרמת על ידי חשיפה לזיהום אוויר כרוני עלולה לגרום לקטרי venular רחבים יותר 22. זה מאשש מחקרים בם דווחו ההשפעה של עישון על מיטת כלי הדם ברשתית 23. דיווחי פרסום אחרונים על הקשר בין חשיפה לזיהום אוויר לטווח הקצר ושינויי כלי דם במבוגרים בריאים (22-63 שנים) נמדדו עם צילום קרקעית רשתית 24. Increase ב( חומר חלקיקים ≤ 10 מיקרומטר קוטר) PM 10 ולפנה"ס (פחמן שחור, בעירת תוצר לוואי שיכול לשמש כמדד לפליטת דיזל הקשורות לתנועה) הייתה קשור עם ירידה ברמת arteriolar 24,25.
בסרטון פרוטוקול מדעי זו, הנהלים מתוארים לאסוף תמונות הפונדוס של העין, כדי לבצע ניתוח תמונה להשיג בקליבר arteriolar וכלי venular, וכדי לחשב מרכזי הרשתית arteriolar שווה ערך (Crae) ושווה ערך המרכזי רשתית Venular (CRVE). הדמיה רשתית היא צוברת תשומת לב מוגברת בגלל הרשתית היא הרקמה היחידה המאפשרת ניתוח לא פולשני על נימי הדם הזעיר ותמונות ניתן לאסוף מגיל הצעיר עד גיל ישן 26,27. מופיעים Crae וCRVE להיות פרמטרים רגישים המשקפים את ההשפעה של אורח חיים לשינוי וגורמי סיכון למחל לב וכלי דם סביבתיים על נימי הדם הזעיר. בכתב היד, הדירותניתוח הכלי בא לידי ביטוי. יתר על כן, תחולתו של ניתוח microvasculature רשתית במחקרים אפידמיולוגיים מוצגת על ידי המסכם את הממצאים שלנו שהושגו בעיצוב חוזר ונשנה-אמצעים עם דגש על ההשפעה של חשיפה לזיהום אוויר חלקיקים 24.
Protocol
Representative Results
Discussion
ניתוח תמונת רשתית מוצע ככלי נוח ללימוד תגובות כלי דם במחקרים אפידמיולוגיים. כאשר המפעיל הוא מנוסה, זה לוקח פחות מ 5 דקות כדי לצלם תמונה הפונדוס. יתר על כן, הליך לא פולשני זה לדמיין את זרימת הדם יכול לשמש למשתתפים מגיל מוקדם, עד לזקנה.
<p class="jove_content" style=";text-align:right;directi…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
התוצאות על תגובת כלי הדם לחלקיקי זיהום אוויר הן בתמונות באישור בריאות פרספקטיבות הסביבה 24. נתוני האיכות מטאורולוגיות ואוויר תוקף סופקו באדיבות על ידי הבלגי המלכותית המטאורולוגית המכון וסביבת סוכנות פלמית. תוכנת ניתוח תמונה ברשתית התקבלה מד"ר נ 'פרייר (בית הספר מדיסון להנדסה ולצילום קרקעית העין קריאת המרכז, מחלקת העיניים ומדעים חזותיים, אוניברסיטת ויסקונסין במדיסון). Tijs Louwies ואלין והמכללה נתמכות במלגת VITO. אלין ומכללה מחזיקה מענק מחקר שואף של סיינטיפיק קרן פלמית. טים ס Nawrot הוא בעל מענק התחלת מועצה אירופאית למחקר.
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 |
Riferimenti
- 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).
