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Abstract
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신경과학

Reatividade Vascular da Retina avaliada pela Angiografia de Tomografia de Coerência Óptica

Published: March 26, 2020
doi:
10.3791/60948
, ,
1Department of Ophthalmology,USC Roski Eye Institute, 2USC Ginsberg Institute for Biomedical Therapeutics,Keck School of Medicine of the University of Southern California

Summary

Este artigo descreve um método para medir a reatividade da vasculatura da retina in vivo com indivíduos humanos usando uma técnica de provocação respiratória a gás para fornecer estímulos vasoativos ao adquirir imagens de retina.

Abstract

O fornecimento vascular para a retina tem se mostrado para se adaptar dinamicamente através de vasoconstrição e vasodilatação para acomodar as demandas metabólicas da retina. Esse processo, chamado de reatividade vascular da retina (RVR), é mediado pelo acoplamento neurovascular, que é prejudicado muito cedo em doenças vasculares da retina, como a retinopatia diabética. Portanto, um método clinicamente viável de avaliação da função vascular pode ser de interesse significativo tanto na pesquisa quanto nos cenários clínicos. Recentemente, a imagem in vivo da vasculatura da retina no nível capilar foi possível pela aprovação da FDA de angiografia de tomografia de coerência óptica (OCTA), um método de angiografia não invasiva, de risco mínimo e dyeless com resolução de nível capilar. Simultaneamente, mudanças fisiológicas e patológicas no RVR têm sido mostradas por vários pesquisadores. O método mostrado neste manuscrito foi projetado para investigar o RVR usando OCTA sem necessidade de alterações nos procedimentos clínicos de imagem ou dispositivo. Demonstra imagens em tempo real da vasculatura da retina e da retina durante a exposição a condições hipercapônicas ou hiperoxic. O exame é facilmente realizado com duas pessoas em menos de 30 min com mínimo desconforto ou risco. Este método é adaptável a outros dispositivos de imagem oftalmológicos e as aplicações podem variar de acordo com a composição da mistura de gás e da população do paciente. Um ponto forte desse método é que permite uma investigação da função vascular da retina no nível capilar em seres humanos in vivo. As limitações deste método são em grande parte as do OCTA e outros métodos de imagem da retina, incluindo artefatos de imagem e um alcance dinâmico restrito. Os resultados obtidos a partir do método são imagens OCT e OCTA da retina. Essas imagens são passíveis de qualquer análise possível em dispositivos OCT ou OCTA disponíveis comercialmente. O método geral, no entanto, pode ser adaptado a qualquer forma de imagem oftálmica.

Introduction

A demanda metabólica da retina depende de um fornecimento adequado e constante de oxigênio fornecido por um sistema bem regulado de arterioles, capilares e venulos1. Vários estudos têm demonstrado que a função de vasos de retina humana de maior calibre pode ser avaliada in vivo com vários estímulos fisiológicos22,3,4,5 e farmacológicos6,7. Além disso, a função anormal deste sistema vascular é comum em doenças vasculares da retina, como a retinopatia diabética, onde a reatividade vascular da retina (RVR) tem se mostrado atenuada mesmo em seus estágios iniciais8,9 através de provocação de gás9 e experimentos de luz cintilante5,10,11. Fatores de risco vascular da retina, como o tabagismo, também foram correlacionados com o RVR12 prejudicado e o fluxo sanguíneo da retina13. Esses achados são importantes, pois os sintomas clínicos da doença vascular da retina ocorrem relativamente tardios no processo da doença e os marcadores clínicos precoces comprovados da doença são carentes14. Assim, avaliar o RVR pode fornecer medidas úteis de integridade vascular para a avaliação precoce de anormalidades que podem iniciar ou exacerbar doenças degenerativas da retina.

Experimentos rvr anteriores geralmente se basearam em dispositivos como um medidor de fluxo sanguíneo laser9 ou câmeras fundus equipadas com filtros especiais15 para aquisição de imagens de retina. No entanto, essas tecnologias são otimizadas para vasos de maior diâmetro, como arterioles16 e venulos15, que não são onde ocorrem gás, micronutrientes e troca molecular. Um estudo mais recente foi capaz de quantificar o RVR de capilares utilizando imagens de óptica adaptativa17, mas apesar da melhor resolução espacial, essas imagens têm um tamanho de campo menor e não são aprovadas pela FDA para uso clínico18.

O recente advento da angiografia de tomografia de coerência óptica (OCTA) forneceu um método angiográfico aprovado pela FDA, não invasivo e dyeless para avaliar mudanças de nível capilar em pacientes humanos e sujeitos in vivo. O OCTA é amplamente aceito na prática clínica como uma ferramenta eficaz para avaliar o comprometimento da perfusão capilar em doenças vasculares da retina, como retinopatia diabética19, oclusões venosas da retina20, vasculite21 e muitas outras22. O OCTA oferece, portanto, uma excelente oportunidade para a avaliação de alterações de nível capilar, que podem ter heterogeneidade espacial e temporal significativa23, bem como alterações patológicas, em um ambiente clínico. Nosso grupo demonstrou recentemente que o OCTA pode ser usado para quantificar a capacidade de resposta dos vasos da retina no nível capilar2 para alterações fisionicais no oxigênio inspirado, que é um estímulo vasoconstritivo da retina16,24,e dióxido de carbono, que é um estímulo vasodilatório de retina3,5.

O objetivo deste artigo é descrever um protocolo que permitirá ao leitor avaliar a reatividade vascular da retina dos arterioles menores e leito capilar utilizando OCTA. Os métodos são adaptados daqueles apresentados em Lu et al.25 que descreveram a medição da reatividade cerebrovascular com ressonância magnética. Embora os métodos atuais tenham sido desenvolvidos e utilizados durante a imagem OCTA2,eles são aplicáveis a outros dispositivos de imagem de retina com modificações relativamente simples e óbvias.

Protocol

Este estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade do Sul da Califórnia e aderiu aos princípios da Declaração de Helsinque. 1. Configuração do aparelho de não resrespiração de gás Figura 1: Diagrama do aparelho que não rerespira. A configuração completa foi dividida em três unidades separada…

Representative Results

A saída deste experimento consiste nas leituras manuais retiradas do oxímetro de pulso, no tempo observado para a exposição ao gás ou na varredura octa e nos dados brutos de imagem OCTA. Uma imagem OCTA consiste nas varreduras B de OCT e no sinal de descorrelação associado a cada b-scan. Os parâmetros de dados são dados pelas especificações do dispositivo. Uma máquina octa de plataforma laser de origem varrida com um comprimento de onda central de 1040-1060 nm foi usada. As imagens fornecem uma resolução tr…

Discussion

A metodologia acaba de ser descrita é o protocolo completo para um experimento de provocação de respiração a gás que permite a medição do RVR de um sujeito em um ambiente controlado em pontos de tempo específicos sem modificações no dispositivo de imagem OCTA e mínimo desconforto ou risco para o sujeito. Essa configuração é descrita de forma a permitir modificações fáceis para atender às necessidades do pesquisador. Ele pode acomodar tubos adicionais para caber em diferentes salas clínicas e certos el…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado por NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Research Grants from Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) e Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (Nova York, NY).

Materials

5% CO2 gas [5% CO2, 21% O2, 74% N2] (Compressed) Institution Dependent (Praxair)
Bacdown Disinfectant Detergent Decon Labs 8001 https://deconlabs.com/products/disinfectant-bdd/
Clean-Bor Tubes (35 mm Inner Diameter) Vacumed 1011-108 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&skuid=1197
Cuff adapter for Douglas bag filling Vacumed 22254 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343
Douglas bag (200-liter capacity) Harvard Apparatus 500942 https://www.harvardapparatus.com/douglas-bag.html
Elbow Joint (Inner Diameter 19mm/ Outer Diameter 22 mm), Modified in House
Fingertip Pulse Oximeter (Pro-Series) CMS CMS 500DL https://www.walmart.com/ip/Pro-Series-CMS-500DL-Fingertip-Pulse-Oximeter-Blood-Oxygen-Saturation-Monitor-with-silicon-cover-batteries-and-lanyard/479049154
Gas Delivery Tube (22 mm Inner Diameter) Modified in House
Gas filling tube (1/8" for compressed gas)
Hydrogen Peroxide Cleaner Disinfectant Wipes Clorox Healthcare 30824 https://www.cloroxpro.com/products/clorox-healthcare/hydrogen-peroxide-cleaner-disinfectants/?gclid=EAIaIQobChMIk-KG4vi15QIVcRh9Ch0NNwLPEAAYASAAEgJIa_D_BwE&gclsrc=aw.ds
Lubricant Eye Drops Refresh Refresh Plus https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-plus
Manual Directional Control Valves: Three-Way T-Shape Stopcock Type (Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2100C Series www.rudolphkc.com
Medical O2 (Compressed) Institution Dependent
Mouth piece (Silicone, Model #9061) Hans Rudolph 602076 www.rudolphkc.com
OCTA Imaging Device (PLEX Elite 9000) Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA, USA https://www.zeiss.com/meditec/int/product-portfolio/optical-coherence-tomography-devices/plex-elite-9000-swept-source-oct.html
Phenylephrine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2.5% Paragon Bioteck, Inc NDC 42702-102-15 https://paragonbioteck.com/products/diagnostics/phenylephrine-hydrochloride-ophthalmic-solution-usp-2-5/
Plastic Nose Clip Sterile Foam CS100 Sklar Sterile 96-2951 https://www.sklarcorp.com/disposables/plastic/plastic-nose-clip-sterile-foam-box-of-100.html
Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP .5% Bausch + Lomb NDC 24208-730-06 https://www.bausch.com/ecp/our-products/rx-pharmaceuticals/generics
Regulator (tank dependent- 5% CO2: Fisherbrand Mulitstage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575150 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575150?keyword=true
Regulator (tank dependent- Oxygen: Fisherbrand Multistage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575145 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575145?keyword=true
Rubber Tubing (Inner diameter 19 mm, Outer diameter 27 mm), Made in House
Sealing tape- Parafilm Wrap (2" Wide) Cole Parmer PM992 https://www.coleparmer.com/i/parafilm-pm992-wrap-2-wide-250-ft-roll/0672050?PubID=VV&persist=True&ip=no&gclid=EAIaIQobChMInY3vqomz5QIVfyCtBh1VSg64EAAYASAAEgJ9n_D_BwE
Sterile Alcohol Prep Pads Medline MDS090670 https://www.medline.com/product/Sterile-Alcohol-Prep-Pads/Swab-Pads/Z05-PF03816
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP 1% Akorn NDC 17478-102-12 http://www.akorn.com/prod_detail.php?ndc=17478-102-12
Tubing Adapter, Made in House
Two-way non-rebreathing valve (2600 Series- Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2600 Series, UM-112078 www.rudolphkc.com
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Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. J. Vis. Exp. (157), e60948, doi:10.3791/60948 (2020).
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