Fundus фотография как удобный инструмент для изучения микрососудистых Ответы на сердечно-сосудистые заболевания Факторы риска в эпидемиологических исследованиях
Summary
Сетчатки анализа изображений является ненавязчивым процедура для визуализации микроциркуляцию. Влияние сердечно-сосудистых факторов риска заболевания могут привести к изменениям сетчатки калибров сосудов. Процедуры приобрести глазного дна изображения и шаги для расчета судно калибров описаны.
Abstract
Микроциркуляции состоит из кровеносных сосудов с диаметром менее 150 мкм. Это составляет большую часть кровеносной системы и играет важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой. Сетчатка представляет собой ткань, что линии внутренних дел глаза и это единственный ткани, что позволяет неинвазивным анализа микрососудов. В настоящее время, глазного дна изображения высокого качества могут быть приобретены с использованием цифровых камер. Сетчатки изображения могут быть собраны в течение 5 мин или менее, даже без дилатации учеников. Это ненавязчивый и быстрая процедура для визуализации микроциркуляцию привлекателен применять в эпидемиологических исследованиях и следить сердечно-сосудистых заболеваний с раннего возраста до старости.
Системные заболевания, которые влияют на кровообращение может привести к прогрессивным морфологических изменений в сосудистой сети сетчатки. Например, изменения в сосуде калибров сетчатки артерий и вен были связаны с гипертензией, atheroсклероз, и повышенный риск инсульта и инфаркта миокарда. Ширина судна получены с использованием программного обеспечения для анализа изображений и ширину шести крупнейших артерий и вен сведены в Центральной сетчатки артериол Equivalent (Crae) и эквивалент Центральный сетчатки венулярного (CRVE). Последние характеристики были показаны полезно изучить воздействие изменяемой образа жизни и окружающей среды сердечно-сосудистых факторов риска заболевания.
Процедуры приобрести глазного дна изображения и шаги анализа для получения CRAE и CRVE описаны. Коэффициенты вариации повторных мер Crae и CRVE менее 2%, и в течение-оценщик надежность очень высока. Использование панельного исследования, быстрого реагирования сетчатки калибров сосудов к краткосрочным изменениям в области загрязнения воздуха, известным фактором риска для сердечно-сосудистой смертности и заболеваемости, сообщается. В заключение, сетчатки изображений предлагается в качестве удобного и инструментального средства для эпидемиологического Studieс изучать микрососудистых ответов на сердечно-сосудистые факторы риска заболевания.
Introduction
Микроциркуляция состоит из кровеносных сосудов диаметром менее 150 мкм и включает в себя мельчайшие артерии сопротивления, артериол, капилляров и венул. Эти суда составляют большую часть кровеносной системы и играют важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой. Диаметр сосуд 150 мкм является физиологическим и физическим пределом. Реологические свойства сосудов диаметром менее 150 мкм отличаются от крупных артерий. Кроме того, большинство авторегуляторных изменения сопротивления происходит ниже по потоку от 150 мкм сосудистого ложа, обладающих потока крови ауторегуляции 1. Микроциркуляция имеет две важные функции. Основная функция заключается в обеспечении клетки кислородом и метаболических субстратов для того, чтобы удовлетворить спрос тканей и для слива отходов и диоксид углерода. Изменения в количестве обменных сосудов и шаблонов микрососудистой потока уменьшает эффективную площадь теплообменной поверхности и может Leaд к недостаточному тканевой перфузии и невыполнения метаболических спроса 2. Кроме того, гидростатическое давление падает внутри сосудистого русла и микроциркуляции играет роль в регулировании общего периферического сопротивления 3.
Сетчатка представляет собой слоистую ткань внутреннего покрытия глаза. Его основная функция заключается в преобразовании поступающий свет в нейронной сигнала, который далее распространяется в зрительной коре для обработки визуальной информации. Функция сетчатки, чтобы увидеть внешний мир и все глазные структуры, участвующие в этом процессе являются оптически прозрачными. Это делает ткани сетчатки доступны для неинвазивного визуализации микрососудов 4. Изображения сетчатки используется для идентификации заболевания глаз. Например, современная форма макулярной дегенерации может привести к потере зрения, потому что аномального роста кровеносных сосудов в области желтого пятна. Эти кровеносные сосуды, как правило, более проницаемой и подлежат Bleedinг и утечка крови и белков в пределах или ниже сетчатки. Последние события отвечают за необратимому повреждению фоторецепторов. Развитие глаукомы коррелирует с повреждением клеток ганглиев и их аксонов. Эффект этого процесса приводит к кровопускание из оптического диска, который можно наблюдать в сетчатке глаза изображений 5. Диабетическая ретинопатия вызвано гипергликемии, что приводит к повреждению в сетчатки стенок сосудов. Это может привести к ишемии, рост новых кровеносных сосудов и изменения в сосудистой геометрической сети. Кроме того, кровь-сетчатки барьер может быть подвержен разрушению, вызывая утечку расширенных hyperpermeable капилляров и аневризм 6.
Сетчатки микрососудов показывает гомологию с микрососудистых кроватями найденных в сердце, легких и головного мозга 7. Установлено, что системные заболевания, которые влияют на микроциркуляцию мозга может вызвать параллельные изменения в сетчатке. Артериол паrrowing и усиливается артериол световой рефлекс сетчатки связана с аномалиями сосудов, повреждения белого вещества и белых пятен, которые вызваны заболеванием церебральным небольшой емкости 8. Значительная отношения было обнаружено между узкими сетчатки венул, измененной сетчатки сети микрососудов и возникновением болезни Альцгеймера. Предполагается, что мозг пациентов иметь измененную мозговую микроциркуляторного русла, что также наблюдается в сетчатке 9.
Доказательства также увеличивается о корреляции между сетчатки сосудистых изменений и коронарного 10,11 болезни сердца. Соотношение между диаметром артерий сетчатки и ретинальных вен (A / V), как было показано, чтобы быть чувствительной прокси, чтобы отразить гипертонии и атеросклероза 12. Сужение артерий и расширение вен, что приводит к снижению коэффициента / V, подтверждает риск инсульта и инфаркта миокарда 13. Гипертония может вызвать прямойишемия сетчатки и сетчатки инфаркты, которые становятся видны как ваты пятен и глубоких сетчатки белых пятен 14. Серра и Sasongko так определяет литературу и они пришли к выводу, что воздействие образа жизни и окружающей среды факторов риска (например, диета, физическая активность, курение и загрязнение воздуха) может вызвать морфологические изменения в сетчатке микроциркуляторного русла 15. Важно отметить, что такие изменения сетчатки были связаны с сердечно-сосудистыми факторами риска, еще до клинических проявлений заболеваний 16.
Значительный рост заболеваемости сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности, были отнесены к складам долгосрочного и краткосрочного воздействия твердыми примесями загрязнения воздуха 17,18. Исследования показывают, что твердые частицы (ТЧ), одну из основных фракций загрязнения воздуха, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний и вызывает сердечно-сосудистые события 19,20. Нарушение функциимикрососудов кровать, как полагают, играют определенную роль в наблюдаемых ассоциаций. В этом отношении, связь между воздействием загрязнения воздуха и сужение артериол в сетчатке была сообщает Адара и коллег 21. Сетчатки артериол калибра был уже и венулярного калибра был шире среди 4607 участников многонациональном изучению атеросклероза (MESA), что жили в районах с повышенной долгосрочного и краткосрочного воздействия PM 2.5 (твердых частиц ≤ 2,5 мкм в диаметр) 21. Системное воспаление вызвано хроническим воздействием загрязнения воздуха может привести к более широким диаметром 22 венулярного. Это подтверждает исследования, которые сообщают влияние курения на сетчатки микроциркуляторного русла 23. А недавние сообщения публикации на связи между кратковременного воздействия загрязнения воздуха и микрососудистых изменений в здоровых взрослых (22-63 лет), измеренных с сетчатки фотографии глазного дна 24. Increaсебе в PM 10 (частиц ≤ 10 мкм в диаметре) и БК (черный углерод, сгорания побочный продукт, который может быть использован в качестве прокси для трафика, связанных с выхлопными газами дизельных двигателей) было связано с уменьшением артериол калибра 24,25.
В этой научной протокола видео, процедуры описаны собрать глазного дна фотографии глаза, выполнять анализ изображения для получения артериол и венул сосудов калибров, а также рассчитать Центральный сетчатки артериол Equivalent (Crae) и Центральный сетчатки венулярного эквивалента (CRVE). Изображения сетчатки набирает повышенное внимание, потому что сетчатка является единственной тканью, что позволяет получить объемный анализ микрососудов и изображений могут быть собраны с раннего возраста до старости 26,27. CRAE и CRVE кажется, чувствительные параметры, отражающие влияние изменяемой образа жизни и окружающей среды сердечно-сосудистых факторов риска заболевания на микрососудов. В рукописи, повторяемостьанализа сосуда продемонстрирована. Кроме того, применимость сетчатки анализа микрососудов в эпидемиологических исследованиях показано, суммируя наши выводы, полученные в конструкции повторных измерений с акцентом на воздействии частиц воздействия загрязнения воздуха 24.
Protocol
Representative Results
Discussion
Retina анализ изображений предлагается как удобный инструмент для изучения микрососудистых ответы в эпидемиологических исследованиях. Когда оператор имеет опыт, он занимает меньше 5 минут, чтобы взять глазного дна картину. Кроме того, этот ненавязчивый процедура для визуализации мик…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Результаты о реакции микрососудов в области загрязнения воздуха воспроизводятся с разрешения экологической перспективы здравоохранения 24. Подтвержденный метеорологические и воздушные качественные данные были любезно предоставлены бельгийского Королевского метеорологического института и фламандского агентства по окружающей среде. Программное обеспечение для анализа изображений сетчатки были получены от доктора Н. Ферье (Мэдисон Инженерной школы и Fundus Photograph Чтение Center, отделения офтальмологии и визуальных наук, Университет Висконсин-Мэдисон). Tijs Louwies и Элин проректор поддерживаются с общения VITO. Элин проректор проводит аспирант исследовательский грант Научного фонда фламандской. Тим С. Nawrot является обладателем отправной гранта Европейского исследовательского совета.
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 |
Referências
- 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).
