JoVE Journal Medicine

Medicine

Fundus fotografie als een handig hulpmiddel om microvasculaire Reacties op hart-en vaatziekten Risicofactoren in epidemiologische studies Studie

Published: October 22, 2014 doi: 10.3791/51904

Patrick De Boever^1,2, Tijs Louwies^1,2, Eline Provost^1,2, Luc Int Panis^1,3, Tim S. Nawrot^2,4

¹Environmental Risk and Health, Flemish Institute for Technological Research (VITO), ²Centre for Environmental Sciences, Hasselt University, ³Transportation Research Institute, Hasselt University, ⁴Department of Public Health, Occupational and Environmental Medicine, Leuven University

Summary

Retinale beeldanalyse is een onopvallende procedure voor het visualiseren van de microcirculatie. De gevolgen van hart-en vaatziekten risicofactoren kunnen leiden tot veranderingen van het netvlies kalibers vaartuig. De procedures voor fundus foto en stappen te nemen voor het berekenen van het vaartuig kalibers worden beschreven.

Abstract

De microcirculatie bestaat uit bloedvaten met een diameter kleiner dan 150 micrometer. Het maakt een groot deel van het vaatstelsel en speelt een belangrijke rol bij het handhaven van de cardiovasculaire gezondheid. De retina is een weefsel dat de binnenkant van het oog en is het enige weefsel dat zorgt voor een niet-invasieve analyse van de microvasculatuur. Tegenwoordig kan fundus beelden van hoge kwaliteit worden verkregen met behulp van digitale camera's. Retinale beelden kunnen verzameld in 5 minuten of minder, zelfs zonder dilatatie van de leerlingen. Deze onopvallende en snelle procedure voor het visualiseren van de microcirculatie is aantrekkelijk om toe te passen in epidemiologische studies en om de cardiovasculaire gezondheid te monitoren vanaf jonge leeftijd tot op hoge leeftijd.

Systemische ziekten die de circulatie beïnvloeden kan leiden tot progressieve morfologische veranderingen in de retinale vasculatuur. Zo zijn in tanks kalibers van retinale slagaders en aders geassocieerd met hypertensie, atherosclerosesclerose en verhoogd risico op beroerte en hartinfarct. De breedtes schip worden afgeleid met behulp van beeldanalyse-software en de breedte van de zes grootste slagaders en aders zijn samengevat in de centrale retinale arteriolen Equivalent (CRAE) en de Centrale retinale venulaire Equivalent (CRVE). Deze laatste functies zijn nuttig om de impact van de beïnvloedbare leefstijl en omgevingsfactoren hart-en vaatziekten risicofactoren te bestuderen getoond.

De procedures voor fundus foto en analysestappen verkrijgen CRAE en CRVE beschreven verwerven. Variatiecoëfficiënten van herhaalde metingen van CRAE en CRVE minder dan 2% en binnen-beoordelaarsbetrouwbaarheid is zeer hoog. Met behulp van een panel studie, de snelle reactie van de retinale kalibers schip op korte termijn veranderingen in fijn stof, een bekende risicofactor voor cardiovasculaire mortaliteit en morbiditeit, wordt gemeld. Tot slot wordt het netvlies beeldvorming voorgesteld als een handig en instrumenteel hulpmiddel voor epidemiologische Studies om microvasculaire reacties op hart-en vaatziekten risicofactoren te bestuderen.

Introduction

De microcirculatie bestaat uit bloedvaten met een diameter kleiner dan 150 micrometer en omvat kleinste weerstand slagaders, arteriolen, capillairen en venulen. Deze schepen vormen een groot deel van het vaatstelsel en spelen een belangrijke rol bij het handhaven cardiovasculaire gezondheid. Het vaartuig diameter van 150 urn is een fysiologisch en een fysieke limiet. De reologische eigenschappen van schepen met een diameter kleiner dan 150 micrometer verschillen van de grote slagaders. Bovendien hebben de meeste van de zelfregulerende weerstand verandert optreden stroomafwaarts van 150 urn in vaatbedden vertonen bloedstroom autoregulatie ^1. De microcirculatie heeft twee belangrijke functies. De primaire functie is om de cellen met zuurstof en metabole substraten bieden om aan de vraag weefsel te passen en om afvalstoffen en koolstofdioxide af te voeren. Veranderingen in het aantal uitwisseling schepen en de microvasculaire stromingspatronen reduceert het effectieve oppervlak uitwisseling gebied en kan u leidd tot suboptimale weefsel perfusie en een gebrek aan metabolische vraag ² te voldoen. Verder is de hydrostatische druk daalt binnen het vasculaire bed en de microcirculatie speelt een rol in het reguleren van de totale perifere weerstand ^3.

Het netvlies is een gelaagd weefsel langs de binnenkant van het oog. De belangrijkste functie is om het inkomende licht om in een neuraal signaal dat verder wordt doorgegeven aan de visuele cortex voor het verwerken van visuele informatie. De functie van het netvlies te zien de buitenwereld en alle oculaire structuren betrokken bij dit proces zijn optisch transparant. Dit maakt het retinale weefsel toegankelijk voor niet-invasieve beeldvorming van de microvasculatuur ^4. Retinale beeldvorming wordt gebruikt om ziekten van het oog te identificeren. Bijvoorbeeld, kan een geavanceerde vorm van maculaire degeneratie leiden tot gezichtsverlies vanwege abnormale groei van bloedvaten in de macula. Deze bloedvaten hebben de neiging meer doorlaatbaar en onder bloedde aan zijng en lekken van bloed en eiwitten in of onder het netvlies. De laatste gebeurtenissen zijn verantwoordelijk voor de onherstelbare schade aan de fotoreceptoren. Ontwikkeling van glaucoom correleert met een beschadiging van ganglioncellen en hun axonen. Het effect van dit proces leidt tot cupping van de optische schijf, die kan worden waargenomen in retinabeelden ^5. Diabetische retinopathie wordt veroorzaakt door hyperglycemie die leidt tot schade aan de retinale vaatwanden. Dit kan resulteren in ischemie, de groei van nieuwe bloedvaten en een verandering in de vasculaire geometrische netwerk. Bovendien kan de bloed-retina barrière onderworpen aan afbraak, waardoor lekkage van verwijde hyperpermeable capillairen en aneurysma ^6.

Retinale microvasculatuur toont homologie met de microvasculaire bedden aangetroffen in het hart, de longen en de hersenen ^7. Er is vastgesteld dat systemische ziekten die de microcirculatie van de hersenen beïnvloeden parallelle veranderingen in het netvlies kan veroorzaken. Arteriolair nvtrrowing en verbeterde arteriolaire licht reflex van het netvlies wordt geassocieerd met verblijf afwijkingen, wittestoflaesies en lacunes die worden veroorzaakt door cerebrale SVD ^8. Een significante relatie ontdekt tussen smaller retinale venulen, een veranderde retinale microvasculaire netwerk en het optreden van de ziekte van Alzheimer. Voorgesteld wordt hersenen van patiënten een veranderde cerebrale microvasculatuur die ook waarneembaar in de retina ^9.

Bewijs wordt ook steeds meer over de correlatie tussen retinale vasculaire veranderingen en coronaire hartziekten ^10,11. De verhouding tussen de diameter van retinale bloedvaten en retinale venen (A / V) is aangetoond dat een proxy gevoelig zijn voor hypertensie en atherosclerose ¹² weerspiegelen. Een vernauwing van de bloedvaten en verbreding van de bloedvaten, wat leidt tot een verminderde A / V verhouding, bevestigt risico op beroerte en myocardinfarct ^13. Hypertensie kan direct leiden totretinale ischemie en retinale infarcten die zichtbaar als watten plekken en diepe retinale witte vlekken ¹⁴ geworden. Serre en Sasongko kort samengevat de literatuur en zij geconcludeerd dat de blootstelling aan leefstijl en omgevingsfactoren risicofactoren (bijvoorbeeld voeding, lichamelijke activiteit, roken en luchtvervuiling) morfologische veranderingen in het retinale microvasculaire bed ¹⁵ kan induceren. Belangrijker zijn dergelijke retinale veranderingen in verband gebracht met cardiovasculaire risicofactoren, zelfs voordat klinische verschijnselen van ziekten ^16.

Significante toename in de incidentie van cardiovasculaire morbiditeit en mortaliteit zijn toegeschreven aan lange en korte-termijn blootstelling aan deeltjes materie luchtvervuiling ^17,18. Onderzoek toont aan dat deeltjes (PM), een belangrijke fractie van luchtverontreiniging bijdraagt tot de ontwikkeling van hart-en vaatziekten en induceert cardiovasculaire gebeurtenissen ^19,20. Een bijzondere waardevermindering van de functie vande microvasculaire bed wordt gedacht een rol speelt bij de waargenomen associaties spelen. In dit verband is een verband tussen de blootstelling aan luchtvervuiling en arteriolar vernauwing in het netvlies zijn gemeld door Adar en collega's ^21. De retinale arteriolen kaliber was smaller en venulaire kaliber was breder onder de 4607 deelnemers van de Multi-Etnische Studie van Atherosclerose (MESA) die in gebieden wonen werden met een verhoogde lange-en korte-termijn blootstelling aan PM _2,5 (fijnstof ≤ 2,5 micrometer diameter) ^21. Systemische ontsteking veroorzaakt door chronische blootstelling aan luchtvervuiling kan tot grotere venulaire diameters ^22. Dit bevestigt de studie dat het effect van roken op de retinale microvasculaire bed ²³ te melden. Een recente rapporten publicatie over de relatie tussen de korte-termijn blootstelling aan luchtverontreiniging en microvasculaire veranderingen bij gezonde volwassenen (22-63 jaar) gemeten met retinale fundusfotografie ^24. Een Increase in PM ₁₀ (deeltjes ≤ 10 micrometer in diameter) en BC (zwarte koolstof, een verbranding door-product dat kan worden gebruikt als een proxy voor verkeersgerelateerde dieseluitlaatgassen) werd in verband gebracht met een daling van arteriolair kaliber ^24,25.

In dit wetenschappelijke video-protocol, worden de procedures beschreven voor fundus foto's van het oog te verzamelen, op de foto om analyses uit te voeren om arterieel en venulaire vaartuig kalibers te verkrijgen, en naar het Centraal retinale arteriolen Equivalent (CRAE) en Centraal retinale venulaire Equivalent (CRVE) te berekenen. Retinale beeldvorming wordt steeds meer aandacht omdat het netvlies is het enige weefsel dat een onopvallende analyse van de microvasculatuur en afbeeldingen maakt kunnen worden afgehaald vanaf de vroege leeftijd tot op hoge leeftijd ^26,27. CRAE en CRVE lijken te zijn gevoelige parameters die de impact van de beïnvloedbare leefstijl en omgevingsfactoren hart-en vaatziekten risicofactoren op de microvasculatuur weerspiegelen. In het manuscript, de herhaalbaarheidvan de analyse vaartuig aangetoond. Bovendien is de toepasselijkheid van retinale microvasculatuur analyse in epidemiologische studies aangetoond met een samenvatting van onze bevindingen, verkregen in een ontwerp herhaalde-maatregelen met een focus op de impact van fijn blootstelling aan luchtvervuiling ^24.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De ethiek van Bestuur van de Universiteit Hasselt en het Universitair Ziekenhuis Antwerpen keurde de studies. De deelnemers gaven hun schriftelijke toestemming voor deelname.

1 Instrument-setup

Verwijder de zwarte bescherming schelpen uit de digitale retinale camera en de belangrijkste blok van het apparaat.
Open het batterijvak en plaats de batterij in de camera. Ontkoppel de kabel van de batterij en het apparaat aansluiten.
Schroef de camera op het apparaat en sluit de twee draden. Sluit het apparaat op het elektriciteitsnet en op de computer aan met de meegeleverde USB-kabels.
Start het apparaat door over te schakelen op de aan / uit-knop op "on". Start de camera door het inschakelen van de aan / uit-knop op "on".
Start de computer. Hiermee wordt voorkomen dat er communicatiefouten tussen de hoofdunit en de computer.

2 Capturing Foto

Start de retinale Imaging Control Software (en in het vereiste wachtwoord invullen). De software is een deel van de digitale retinale camera (zie materialen tabel link).
Start de studie door te klikken op het pictogram "Study" in de linkerbovenhoek van het scherm. Voor een nieuwe patiënt, vul alle details, zoals patiënt-ID, naam van de patiënt, geboortedatum, etc. Als de patiënt al in het systeem, in de "patiënt-ID" invullen en gebruik maken van de "Search geschiedenis lijst". Dubbelklik op de naam van de patiënt aan de studie beginnen.
Vraag de patiënt om plaats te nemen vóór de camera, zet zijn / haar kin op de kinsteun en het voorhoofd tegen het voorhoofd rust en "lock" het hoofd om een foto te maken.
Vraag de patiënt om te kijken recht in de lens van de camera. Beweeg de camera in de horizontale (XY) vlak naar rechts of links oog.
Gebruik de kin rust aan het hoornvlies van de patiënt in de twee cirkels die op de display van de camera verschijnen positioneren. Fine-tunenmet behulp van het wiel op de joystick.
Beweeg de camera voorwaarts, achterwaarts, zijwaarts en in het XY vlak om de pupil van de patiënt in kringen positioneren. Zorg ervoor dat de leerling vormt een ononderbroken cirkel. Hierdoor wordt de iris van de patiënt worden opgesplitst in twee delen.
Gebruik de 'back trigger "op de joystick om te schakelen van het hoornvlies tot het netvlies. In dit stadium moet de patiënt een groen licht waarnemen. Vraag de patiënt om te kijken naar het groene licht.
Stel scherp door uitlijnen van de twee lijnen die opduiken wanneer het wiel aan de basis van de joystick wordt gedraaid. Draai het wiel totdat de twee lijnen vormen een doorlopende lijn.
Gebruik het groene licht voor het oog te plaatsen in de optimale positie voor een foto. Indien nodig, verplaatst het licht met behulp van de pijltjestoetsen aan de rechterkant van de camera. Plaats het groene licht zodanig dat de optische schijf gecentreerd op weergavescherm.
Zoeken naar 2 witte vlekken die verscheen na switching tot de retina (in stap 2.7). Om de plekken te vinden, verplaatst u de eenheid in het XY-vlak. De vlekken zijn zichtbaar als een wazige vlek. Verplaats het apparaat naar voren of naar achteren tot wazige vlekken te zetten in heldere, witte vlekken. Hoe helderder en ronder de vlekken, hoe beter de kwaliteit van het beeld is. Plaats de plekken totdat beide zichtbaar zijn. Gebruik het kleine wiel op de joystick om de vlekken in het midden van het scherm van de camera te brengen.
Controleer of de twee lijnen (van stap 2.8) een doorlopende lijn. De optische schijf is gecentreerd op weergavescherm en wordt geflankeerd door twee heldere, witte vlekken. Neem de retinale foto door het afvuren van de knop op de bovenzijde van de joystick.
Sla de foto door op de "Studie Complete" knop op de rechterbenedenhoek van het computerscherm. Het voltooien van de studie zal automatisch op te slaan de foto's in een map en sluit het onderzoek.

3 Analyse van het netvlies Foto

Bepaal de schaal verhouding van MMO'sijdens de afstand tussen het centrum van de macula (fovea) en het centrum van de optische schijf (dode hoek). Anatomisch deze afstand wordt bepaald op 4500 urn en 2,5 x zoveel diameter van de optische schijf, waarbij de laatste ongeveer 1.800 urn. Zorg ervoor dat de afstand wordt gemeten in pixels. Bereken de schaalverhouding door deling 4500 door de afstand (in pixels) tussen de macula en blinde vlek.
Open de retinale vaartuig analysesoftware "IVAN".
OPMERKING: De software wordt gemaakt aan de Universiteit van Wisconsin in Madison. Gedetailleerde informatie over het gebruik van IVAN is overgenomen uit de handleiding.
Vul de schaal verhouding en ga verder door de configuratie.
Controleer of drie gele ringen op het netvlies foto. De schaalverhouding bepaalt de straal van de binnenste cirkel en omsluit de optische schijf. Controleer of het middelpunt van de binnenste ring op het middelpunt van de optische schijf. Indien dit niet het geval is, passen delocatie van de cirkel met behulp van de cursortoetsen. De stralen van de middelste en buitenste cirkels 2x en 3x groter zijn dan de straal van de binnenste cirkel, respectievelijk. Zo zones A en B worden gemaakt op een vaste afstand van de optische schijf.
Controleer dat de retinale beeld heeft de optische schijf in het midden van de foto. Dit zorgt voor een scherpe focus van het beeld in zone B en dit zal de inschaling proces (Figuur 4A) te vergemakkelijken.
Merk op dat de software detecteert automatisch de bloedvaten en kent deze schepen als venulen (Figuur 4B).
De schepen tussen arteriolen en venulen gebaseerd op fysiologische verschillen te onderscheiden. Arteriolen zal in rood worden aangegeven en venulen in blauw (Figuur 4C). Gebruik de volgende richtlijnen om elk vaartuig te identificeren:
1. Bepaal de kleur schip. Arteriolen hebben een lichtere oranje-rode kleur met een sterke centrale lichtreflectie. Aderen hebben donkerder paars-red kleur met weinig of geen centrale licht reflex.
2. Bepaal de vaarrichting van het vaartuig. Arteriolen neiging om rechtere en gladder in outline zijn; ze regelmatiger zowel pad en omtrek. Venulen zijn over het algemeen meer kronkelig, en meer onregelmatig van omtrek en diameter. Venulen zijn breder in diameter aan de schijf marge dan de overeenkomstige arteriolen.
3. Identificeer het schip door te kijken naar de annotatie van het voorgaande vaartuig. In principe arteriolen afgewisseld met venulen. Daarom, als een afzonderlijke venule gemeten, de volgende schip is waarschijnlijk een arteriole zijn.
4. Definieer de kruising patroon. Als algemene regel geldt dat arteriolen niet arteriolen steken en venulen niet venules oversteken. Als een schip van onbekende identiteit kruist een veneuze tak binnen of distale zone B, dan is het onbekende schip is een arteriole. Als het kruist een arterieel tak binnen of distale zone B, dan is het een venule.
5. Identificeer kleinere takken door het traceren van hen proximally hun vertakking van een hoofdvat, kan de identiteit van die blijken uit de eerste twee richtlijnen. Gebruik hoeken tussen schepen om kruisingen en vertakkingen differentiëren.
  OPMERKING: Kruisingen zijn vaak bijna loodrecht (90 °) of, als de twee schepen zijn coursing in parallel, de hoek van de kruising kan zeer ondiep zijn (minder dan 30 °). Vertakkingen zijn meestal iets minder dan loodrecht (met de hoek tussen de twee takken van 30 ° tot 45 °).
6. Selecteer de volledige lengte van het vaartuig in de indeling zone. Zorg ervoor dat de standaarddeviatie van de geselecteerde vaartuig niet meer dan de waarde van 10 Kleinere standaarddeviaties wijzen op een goede meting.
Gebruik de software om schepen die niet door de software zelf werden geselecteerd. Dezelfde regels gelden voor deze schepen als voor de schepen automatisch door de software gekozen.
Bepaal Centrale retinale arteriolen en venulaire Equivalent (CRAEen CRVE) automatisch in IVAN.
Bereken de CRAE en CRVE van hun respectieve vertakking dochter vaartuigen die gebruik maken herziene formules van Parr en Hubbard ^28.
OPMERKING: De relatie tussen de stammen en takken, met empirisch afgeleide vertakking coëfficiënten, wordt gegeven in de volgende twee formules om vat equivalenten benaderen. IVAN maakt gebruik van de zes grootste arteriolen en venulen voor de berekening CRAE en CRVE. De formules worden toegepast in een iteratieve procedure te koppelen tot de zes grootste arteriolen (of venulen) tot het equivalent centrale arterieel (of venulaire) vaartuig wordt verkregen.
Arteriolen: (1)
Venulen: (2)
waarbij w _1, w _2, en W zijn de breedtes van de smallere tak, de bredere tak, en de ouder stam, respectievelijk.
OPMERKING: Neem aan that in een retinale foto van de zes grootste arteriolen zijn 120, 110, 100, 90, 80, en 70 micrometer breed. Put 120 en 70 in vergelijking (1), alsmede 110 en 80 en 100 en 90 na de eerste iteratie er drie waarden: 122.2, 120.0 en 118.4. Voer de volgende iteratie door het koppelen van 122,2 en 118,4, waardoor 149,8. Carry over het middelste getal (120,0) naar de laatste herhaling. Paar 149,8 en 120,0 tot 168,7 opleveren voor CRAE.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Herhaalbaarheid van CRAE en CRVE Bepaling

Een panel van 61 personen tussen de 22-56 jaar oud en vrij van klinisch gediagnosticeerde hart-en vaatziekten werd aangeworven voor het bestuderen van de technische reproduceerbaarheid en binnen-rater variabiliteit van Centrale retinale arteriolen Equivalent (CRAE) en Centrale retinale venulaire Equivalent (CRVE) vaststellingen. De fundus van het rechteroog van elk individu werd tweemaal binnen een tijdsperiode van 5 minuten met een retinale camera (figuren 1 en 2) gefotografeerd. Deze procedure werd uitgevoerd op 4 opeenvolgende dagen, ongeveer op hetzelfde tijdstip van de dag. De gemiddelde variatiecoëfficiënten ± standaardafwijking van het CRAE en CRVE foto genomen binnen de 5-min periode waren 1,76 ± 1,71 en 1,78 ± 1,51, respectievelijk. Gemiddelde ± standaarddeviatie van CRAE en CRVE waarden waren 151,31 ± 13,53 en 213,20 ± 18,44, respectievelijk. Geen significante difschillen werden waargenomen voor CRAE en CRVE waarden verkregen op 4 opeenvolgende dagen.

CRAE en CRVE waarden van het rechter oog werden gemiddeld om een CRAE en CRVE waarde per dag. Vervolgens herhaalbaarheid van de metingen werd geëvalueerd door middel van de Intraclass Correlatiecoëfficiënt (ICC), een dimensieloos getal begrensd door 0 en 1, dat de reproduceerbaarheid van herhaalde metingen in een populatie beschreven. De metingen werden gedaan door een enkele beoordelaar. Vandaar dat een one-way random effects model mag schatten de binnen-rater variabiliteit ^29. Het ICC was 0,919 (95% BI: 0,883, 0,946) en 0,898 (95% BI: 0,854, 0,932) voor CRAE en CRVE, respectievelijk. Deze ICC waarden liggen ruim boven de drempel van 0,6, die wordt beschouwd als klinisch significant te zijn en de schattingen zowel vallen binnen de brede categorie als "bijna perfect" in de betrouwbaarheid ^30.

Panel Studie naar het effect van Particulate Air P Onderzoekollution

De studie werd uitgevoerd tussen januari 2012 en mei 2012 en omvatte 84 personen. Deelnemers waren 22-63 jaar en zonder klinisch gediagnosticeerde cardiovasculaire aandoeningen voor en tijdens de onderzoeksperiode. Een foto van de fundus van het rechteroog is genomen met een retinale camera over elk van de drie dagen behandeling. De lezer wordt verwezen naar de papieren van LOUWIES en medewerkers voor gedetailleerde informatie over hoe gegevens luchtvervuiling werd verzameld ^24. In de loop van de onderzoeksperiode, de ambient PM ₁₀ en BC niveaus waren hoog in België als gevolg van het westen atmosferisch transport van vervuilde lucht uit Oost-Europa. Dit wordt gevisualiseerd in een time lapse video (Aanvullende informatie). Concentraties in de lucht vervuiling werden toegewezen aan elke deelnemer voor 2, 4, en 6 uur voorafgaand aan het netvlies examen. Air vervuiling berekend op de dag van de klinische bezoek van middernacht tot het tijdstip van de retinale exben. Ook werden de lucht vervuilingsgraad toegewezen voor de vorige dag en twee dagen voor het netvlies examen. Deze concentraties worden samengevat als: lag2h, lag4h, lag6h, lag 24u, en lag 2d. Verontreinigende stof, de blootstelling-respons analyse met behulp van gemengde modellen werd uitgevoerd. Details van deze analyses zijn te vinden in de oorspronkelijke publicatie ^24. Er was een inverse associatie tussen CRAE en concentraties luchtvervuiling (gemeten als PM ₁₀ en BC-concentraties) in het uur en per dag blootstelling ramen vóór het klinisch onderzoek. Een afname in CRAE van 0,93 urn (95% CI: -1,42, -0,45, p = 0,0003) werd waargenomen voor elk 10-ug / m³ stijging van de gemiddelde PM ₁₀ gedurende 24 uur voorafgaande aan de behandeling (figuur 3). Kortere hourly PM ₁₀ belichtingsvensters en PM _{10-concentraties} gemiddeld over de afgelopen 2 dagen bleek ook een significante daling van de CRAE waarden. Een daling van de CRAE van 1,84 μm (95% CI: -3.18, -0.51, p = 0,008) werd ook vastgesteld voor elke 1-ug / m³ stijging in BC 24 uur vóór het onderzoek. Geen aanvullende significante associaties werden waargenomen tussen CRAE en de andere berekende blootstelling BC ramen. Een daling van de CRVE van 0,86 micrometer (95% CI: -1.42, -0.30, p = 0,004) werd waargenomen voor elke 10-ug / m³ stijging PM ₁₀ in de 24 uur venster blootstelling vóór het netvlies foto is genomen. Kortere blootstelling ramen onthuld bijkomende significante effecten (Figuur 3). Een negatieve associatie tussen CRVE en BC blootstelling tijdens de 24 uur vóór het onderzoek werd waargenomen. Echter, het effect niet het niveau van statistische significantie te bereiken (-1.18 micrometer; 95% CI: -3,11, 0,75, p = 0,23).

Figuur 1 Retina beeld en voorbeeld van een retinale camera. Geannoteerde netvlies fundus beeld van het rechteroog van een gezonde vrijwilliger (links) en een foto van een niet-mydriatische digitale netvliescamera (Rechts). Klik hier om te bekijken een grotere versie van deze figuur.

Figuur 2 Screen shot van IVAN software. Voorbeeld van een beeld dat wordt verwerkt met het IVAN software. De software identificeert de vasculatuur en berekent diameters. De exploitant houdt toezicht op de resultaten en identificeert slagaders (aangegeven in rood) en venulen (in blauw weergegeven). CRAE en CRVE worden dan automatisch berekend. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3 Verband tussen luchtvervuiling en het netvlies kalibers schip. Geraamde verandering in gemiddelde CRAE en CRVE (95% CI) in associatie met een 10-ug / m³ toename van PM ₁₀ (links) of een 1-ug / m³ stijging in BC (Rechts) voor verschillende belichting blijft. De gegevens werden verkregen uit een panel van 84 personen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 4.904 / 51904fig4highres.jpg "target =" _blank "> Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Aanvullende video. Time lapse video van de concentraties luchtverontreiniging tijdens de studie panel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Retina beeldanalyse wordt voorgesteld als een handig hulpmiddel voor het bestuderen van microvasculaire reacties in epidemiologische studies. Wanneer de operator wordt ervaren, het duurt minder dan 5 minuten naar een fundus foto te maken. Bovendien kan deze onopvallend procedure voor het visualiseren van de microcirculatie worden voor deelnemers uit jonge leeftijd tot leeftijd.

Literatuur toeneemt ten opzichte van de associatie tussen morfologische veranderingen in de retinale vasculatuur (bijvoorbeeld veranderingen in vat kaliber, geometrisch patroon, etc.) en gewijzigd leefstijl en omgevingsfactoren risicofactoren ^15,16. Experimentele en epidemiologische werken tonen aan dat op korte termijn en lange termijn blootstelling luchtvervuiling sterk wordt geassocieerd met cardiovasculaire morbiditeit en mortaliteit. Echter, een geschikte techniek zoals retinale fundusfotografie is zeer weinig gebruikt microcirculatie effecten die kunnen worden veroorzaakt door luchtvervuiling bestuderen.

jove_content "> De verschillende stappen die nodig zijn voor het verkrijgen van een hoge kwaliteit fundus beeld worden in deze video protocol. Vervolgens wordt de methode gegeven voor het verkrijgen arteriolaire en venulaire kaliber metingen, en meer bepaald de centrale retinale arterie Equivalent (CRAE) en de Centrale retinale venulaire Equivalent (CRVE) ^13,28. De resultaten van de herhaalde metingen analyse toonde aan dat de binnen-rater resultaten voor CRAE en CRVE zijn zeer reproduceerbaar voor de foto's die werden genomen binnen een tijdsbestek van vier dagen. Deze bevindingen zijn in lijn met de recente waarnemingen gerapporteerd door McCanna en collega's. Laatstgenoemde auteurs gemeld dat CRAE en CRVE stabiel is gebleven over een periode van een maand. Zij meldden correlaties voor paren van studiebezoeken van 0,9 en de correlaties daalden licht met een toenemende lengte van de tijd interval ^31.

Vervolgens wordt aangetoond in een studie paneel met gezonde volwassenen die de retinal microcirculatie kunnen snel reageren op deeltjes luchtvervuiling. Meer in het bijzonder, wordt een daling van de CRAE dat betrekking heeft op een verhoogde blootstelling op korte termijn tot PM ₁₀ en BC gemeld ^24. Vernauwing van retinale arteriolen is een proxy voor het inschatten van het risico van hart-en vaatziekten en cardiovasculaire mortaliteit ^32-35. Beoogd wordt dat retinale microvasculatuur kunnen worden gebruikt om te ontdekken of cardiovasculaire effecten van luchtverontreiniging. In dit opzicht, Adar en collega's gemeld voor de eerste keer over de korte termijn effecten van luchtverontreiniging op het menselijk netvlies microvasculatuur in een cross-sectionele analyse van het MESA cohort ^21. De microvasculaire veranderingen gerapporteerd door LOUWIES et al. (2013) aan te vullen die gevonden door Adar et al. (2010). De laatste auteurs rapporteerde een 0,4 micrometer-afname in CRAE (95% CI: -0,8, -0,04) per 9-ug / m³ stijging van de gemiddelde PM _2,5 op de vorige dag. Gebaseerd op herhaalde metingen. LOUWIES et al (2013) rapporteerde een raming van -1,2 urn (95% CI: -1.61, -0.61) en voorgesteld wordt dat het grotere effect grootte zijn door een grotere variatie in PM en blootstelling BC concentraties in dit panel studie ^24.

Longontsteking en low-grade, systemische ontsteking zijn geassocieerd met de blootstelling aan luchtverontreiniging ^36. Systemische ontsteking is ook in verband met endotheeldisfunctie ^37,38. Dit proces kan de reactiviteit van retinale bloedvaten ³⁹ beïnvloeden. Aangenomen wordt dat ontstekingsreacties leiden tot veranderde endotheliale activiteit, die kan worden weerspiegeld in de vernauwing van de arteriolaire kalibers. De resultaten van de studie suggereren dat dit panel kunnen voordoen in een tijdsbestek van minder dan 24 uur, omdat blootstelling aan PM ₁₀ omgekeerd geassocieerd met CRAE tijdens de uurlijkse belichtingsvensters. De observaties zijn in lijn met de bekende gevolgen van de lucht pollution op de gezondheid. Korte-termijn dierstudies met blootstelling aan piekniveaus van luchtverontreinigende stoffen is gebleken dat de microvasculatuur kan worden beïnvloed ^40,41. Bovendien, menselijk ingrijpen studies in gecontroleerde omgeving hebben aangetoond dat de endotheelfunctie gestoord is bij blootstelling aan dieseluitlaatgassen ^42,43.

Concluderend vele ontwikkelings-en anatomische gelijkenissen bestaan tussen retinale bloedvaten en de microvasculatuur van het hart, longen en hersenen ^10. Daarom wordt de retinale bloed vaatstelsel beschouwd als een surrogaat weefsel voor de systemische microcirculatie. Een verandering in het netvlies bloedvaten kan een waardevolle voorspeller voor hart-en vaatziekten te ontwikkelen. De handige en onopvallende analyse van retinale beelden wordt nu beschouwd als nuttig voor de bevolking op basis van studies met een focus op de cardiovasculaire epidemiologie. Dit protocol papier moet meer onderzoek groepen stimuleren om fundusfotografie gebruiken om microvasculaire ef studerenfecten van de milieu-en leefstijlfactoren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat ze geen daadwerkelijke of potentiële concurrerende financiële belangen.

Acknowledgments

De resultaten over de microvasculaire reactie aan fijne stofdeeltjes worden overgenomen met toestemming van Environmental Health Perspectives ^24. De gevalideerde meteorologische en luchtkwaliteit gegevens werden welwillend ter beschikking gesteld door het Belgische Koninklijk Meteorologisch Instituut en de Vlaamse Milieumaatschappij. De retinale beeldanalysesoftware werd verkregen van Dr N. Ferrier (Madison School of Engineering en de fundus Foto Reading Center, afdeling Oogheelkunde en Visual Sciences, University of Wisconsin-Madison). Tijs LOUWIES en Eline Provost worden ondersteund met een VITO fellowship. Eline Provost heeft een aspirant research fellowship van het Vlaams Fonds voor Wetenschappelijk. Tim S. Nawrot is houder van een European Research Council Starting Grant.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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., 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. Plos Medicine, M. E. S. A. ). 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).

Cite this Article

De Boever, P., Louwies, T., Provost, … More

De Boever, P., Louwies, T., Provost, E., Int Panis, L., Nawrot, T. S. Fundus Photography as a Convenient Tool to Study Microvascular Responses to Cardiovascular Disease Risk Factors in Epidemiological Studies. J. Vis. Exp. (92), e51904, doi:10.3791/51904 (2014).

Less

Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions