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Photographie fond comme un outil pratique pour étudier les réponses microvasculaires à des facteurs de risque de maladie cardiovasculaire dans les études épidémiologiques

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

Analyse de l'image de la rétine est une procédure discrète pour visualiser la microcirculation. L'impact des facteurs de risque de maladies cardio-vasculaires peut entraîner des changements de calibres des vaisseaux rétiniens. Les procédures pour l'acquisition des images du fond d'œil et les étapes pour calculer le navire calibres sont décrits.

Abstract

La microcirculation est constitué de vaisseaux sanguins avec des diamètres inférieurs à 150 um. Il représente une grande partie du système circulatoire et joue un rôle important dans le maintien de la santé cardiovasculaire. La rétine est un tissu qui tapisse l'intérieur de l'oeil et il est le seul tissu qui permet une analyse non-invasive de la microvascularisation. Aujourd'hui, les images de fond d'œil de haute qualité peuvent être obtenues par des caméras numériques. Images rétiniennes peuvent être collectées en 5 min ou moins, même sans dilatation des pupilles. Cette procédure discrète et rapide pour la visualisation de la microcirculation est intéressant d'appliquer dans les études épidémiologiques et de surveiller la santé cardiovasculaire de jeune âge jusqu'à la vieillesse.

Les maladies systémiques qui affectent la circulation peuvent entraîner des changements morphologiques progressistes dans le système vasculaire rétinien. Par exemple, des changements dans les calibres des vaisseaux des artères et veines rétiniennes ont été associés à l'hypertension, l'athérosclérosesclérose en plaques, et un risque accru d'accident vasculaire cérébral et d'infarctus du myocarde. Les largeurs de navires sont calculés à l'aide du logiciel d'analyse d'image et la largeur des six plus grandes artères et les veines sont résumés dans la centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et l'équivalent centrale de la rétine des veinules (CRVE). Les dernières caractéristiques ont été montrés utiles pour étudier l'impact du mode de vie modifiables et les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires de l'environnement.

Les procédures pour l'acquisition des images du fond d'œil et les étapes de l'analyse pour obtenir CRAE et CRVE sont décrits. Les coefficients de variation des mesures répétées de la CRAE et CRVE sont moins de 2% et intra-évaluateur fiabilité est très élevé. En utilisant une étude de panel, la réponse rapide des calibres des vaisseaux de la rétine à l'évolution à court terme de la pollution atmosphérique particulaire, un facteur de risque connu pour la mortalité et la morbidité cardiovasculaire, est rapporté. En conclusion, l'imagerie de la rétine est proposé comme un outil pratique et instrumentale pour studie épidémiologiques pour étudier les réponses microvasculaires à des facteurs de risque de maladies cardio-vasculaires.

Introduction

La microcirculation est constitué de vaisseaux sanguins avec des diamètres inférieurs à 150 um et comprend plus petites artères de résistance, artérioles, veinules et capillaires. Ces récipients constituent une grande partie du système circulatoire et jouent un rôle important dans le maintien de la santé cardiovasculaire. Le diamètre de la cuve de 150 um est physiologique et une limite physique. Les propriétés rhéologiques des vaisseaux d'un diamètre inférieur à 150 pm diffèrent des grosses artères. En outre, la plupart des changements de résistance autorégulation se produisent en aval de 150 um dans les lits vasculaires présentant le débit sanguin autorégulation ^1. La microcirculation a deux fonctions importantes. La fonction principale est de fournir des cellules avec de l'oxygène et des substrats métaboliques pour répondre à la demande de tissus et de drainer les déchets et le dioxyde de carbone. Modifications dans le nombre de navires de change et les modèles de flux microvasculaire réduit la surface effective d'échange et peuvent Léad pour l'irrigation des tissus sous-optimale et une incapacité à répondre à la demande métabolique ^2. En outre, la pression hydrostatique à l'intérieur de la chambre diminue et la microcirculation vasculaire joue un rôle dans la régulation de la résistance périphérique global ^3.

La rétine est un tissu doublure stratifiée à l'intérieur de l'oeil. Sa principale fonction est de convertir la lumière incidente en un signal neuronal qui est encore propagée vers le cortex visuel de traitement d'information visuelle. La fonction de la rétine est de voir le monde extérieur et toutes les structures oculaires impliqués dans ce processus sont optiquement transparent. Cela rend le tissu rétinien accessible pour l'imagerie non-invasive de la microvascularisation ^4. Imagerie rétinienne est utilisé pour identifier les maladies de l'oeil. Par exemple, une forme avancée de la dégénérescence maculaire peut entraîner une perte de la vision due à la croissance de vaisseaux sanguins anormaux dans la macula. Ces vaisseaux sanguins ont tendance à être plus perméable et soumis à bleeding et une fuite de sang et de protéines à l'intérieur ou au-dessous de la rétine. Les derniers événements sont responsables des dommages irréversibles aux photorécepteurs. Développement de glaucome est en corrélation avec un endommagement des cellules ganglionnaires et de leurs axones. L'effet de ce processus conduit à ventouses de disque optique, qui peut être observée dans les images de la rétine ^5. La rétinopathie diabétique est causée par une hyperglycémie qui entraîne des dommages dans les parois des vaisseaux rétiniens. Ceci peut conduire à une ischémie, la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins et un changement dans le réseau géométrique vasculaire. En outre, la barrière hémato-rétinienne peut être soumis à une panne, provoquant la fuite des capillaires et des anévrismes ⁶ hyperpermeable dilatés.

Microvascularisation rétinienne montre une homologie avec les lits microvasculaires trouvés dans le cœur, les poumons et le cerveau ^7. Il est établi que les maladies systémiques qui affectent la microcirculation du cerveau peuvent causer des changements parallèles dans la rétine. Artériolaire narrowing et le renforcement de la lumière artériolaire réflexe de la rétine est associée à des anomalies des vaisseaux, des lésions de la substance blanche et Lacunes qui sont causées par la maladie des petits vaisseaux cérébraux ^8. Une relation significative a été découvert entre les veinules rétiniennes plus étroites, un réseau microvasculaire rétinienne altérée et l'apparition de la maladie d'Alzheimer. Il est suggéré que les cerveaux des patients ont une microvascularisation cérébrale altérée qui est également observable dans la rétine ^9.

Apparaît également de plus sur la corrélation entre les changements vasculaires rétiniennes et coronaire ^10,11 maladie cardiaque. Le rapport entre le diamètre des artères rétiniennes et des veines rétiniennes (A / V) a été établi pour être un proxy sensible pour refléter l'hypertension et l'athérosclérose ^12. Un rétrécissement des artères et l'élargissement des veines, menant à un ratio diminué A / V, corrobore le risque d'accident vasculaire cérébral et d'infarctus du myocarde ^13. L'hypertension peut causer directeischémie rétinienne et des infarctus rétiniens qui deviennent visibles sous forme de taches de laine de coton et des taches blanches rétiniennes profondes ^14. Serre et Sasongko récemment résumé la littérature et ils ont conclu que l'exposition à la vie et facteurs de risque environnementaux (par exemple, l'alimentation, l'activité physique, le tabagisme et la pollution de l'air) peut induire des changements morphologiques dans le lit microvasculaire rétinienne ^15. Surtout, de tels changements de la rétine ont été associés à des facteurs de risque cardiovasculaire, avant même que les manifestations cliniques des maladies ^16.

Augmentation significative de l'incidence de la morbidité et de la mortalité cardio-vasculaire ont été attribués à long terme et l'exposition à court terme à des particules de la pollution atmosphérique ^17,18. La recherche indique que les matières particulaires (PM), une fraction importante de la pollution de l'air, contribue au développement de maladies cardiovasculaires et induit des événements cardiovasculaires ^19,20. Une altération de la fonction dele lit microvasculaire semble jouer un rôle dans les associations observées. À cet égard, une association entre l'exposition à la pollution de l'air et des artérioles rétrécissement de la rétine a été rapporté par Adar et ses collègues ^21. Le calibre des artérioles de la rétine était plus étroite et le calibre des veinules était plus large parmi les 4607 participants de l'étude multi-ethnique de l'athérosclérose (MESA) qui vivaient dans les zones avec une augmentation à long et à court terme l'exposition aux PM _2,5 question (particules ≤ 2,5 um diamètre) ^21. L'inflammation systémique causée par l'exposition à la pollution atmosphérique chronique peut entraîner des diamètres plus larges de veinules ^22. Ceci corrobore les études qui rendent compte de l'impact du tabagisme sur le lit microvasculaire rétinienne ^23. Une récente publication fait état sur l'association entre exposition à court terme de la pollution de l'air et des changements microvasculaires chez les adultes en bonne santé (22-63 ans) mesurées avec fond de la rétine la photographie ^24. Un Increasoi dans PM (particules ≤ 10 m de diamètre) ₁₀ et la Colombie-Britannique (noir de carbone, un sous-produit de combustion qui peut être utilisé comme un proxy pour échappement diesel liée à la circulation) a été associée à une diminution des artérioles de calibre ^24,25.

Dans ce protocole vidéo scientifique, les procédures sont décrites pour recueillir fond d'œil images de l'œil, pour effectuer l'analyse d'image pour obtenir des artérioles et des vaisseaux veinulaire calibres, et de calculer centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et centrale de la rétine veinulaire équivalent (CRVE). Imagerie rétinienne gagne une attention accrue parce que la rétine est le seul tissu qui permet une analyse discrète de la microvascularisation et images peuvent être recueillies auprès de plus jeune âge jusqu'à l'âge de ^26,27 ans. CRAE et CRVE semblent être des paramètres sensibles qui reflètent l'impact du mode de vie modifiables et facteurs de risque cardiovasculaire de la maladie de l'environnement sur la microvascularisation. Dans le manuscrit, la répétabilitéde l'analyse de la cuve est démontrée. En outre, l'applicabilité de l'analyse des microvaisseaux de la rétine dans les études épidémiologiques est représenté en résumant nos résultats obtenus dans un design à mesures répétées avec un accent sur l'impact de la pollution particulaire de l'air exposition ^24.

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Protocol

Le Comité d'éthique de l'Université de Hasselt et de l'Hôpital universitaire d'Anvers a approuvé les études. Les participants ont donné leur consentement éclairé à participer.

1 Configuration de l'instrument

Retirer les coquilles de protection en noir de la caméra numérique de la rétine et le bloc principal de l'appareil.
Ouvrez le compartiment de la batterie et placer la batterie dans l'appareil photo. Ne pas débrancher le câble reliant la batterie et l'unité principale.
Vissez la caméra sur l'unité principale et connectez les deux fils. Connectez l'appareil principal pour le réseau électrique et à l'ordinateur avec le câble USB fourni.
Lancer l'unité principale en commutant le bouton marche / arrêt sur "on". Démarrer l'appareil photo en passant le bouton marche / arrêt sur "on".
Démarrez l'ordinateur. Cela permettra d'éviter les erreurs de connexion entre l'unité principale et l'ordinateur.

2 Capture Photo

Lancer la rétine ImagiLogiciel de contrôle ng (et remplir le mot de passe requis). Le logiciel est une partie de l'appareil photo numérique de la rétine (voir le tableau des matériaux pour le lien).
Lancer l'étude en cliquant sur l'icône «étude» dans la partie supérieure gauche de l'écran. Pour un nouveau patient, remplir tous les détails tels que l'ID du patient, le nom du patient, la date de naissance, etc Si le patient est déjà dans le système, remplir le "identification du patient» et utiliser la fonction "Rechercher la liste de l'histoire». Double-cliquez sur le nom du patient de commencer l'étude.
Demandez au patient de prendre un siège devant la caméra, placer son / son menton sur la mentonnière et le front contre le front de repos et de "verrouiller" la tête pour prendre une photo.
Demandez au patient de regarder droit dans l'objectif de la caméra. Déplacez la caméra dans le (XY) plan horizontal à l'œil droit ou gauche.
Utilisez la mentonnière pour positionner la cornée du patient à l'intérieur des deux cercles qui apparaissent sur l'écran de la caméra. Peaufinezen utilisant la molette sur le joystick.
Déplacez la caméra avant, en arrière, et latéralement dans le plan XY pour positionner la pupille du patient dans les cercles. Assurez-vous que l'élève forme un cercle continu. Ce faisant, l'iris du patient seront divisés en deux morceaux.
Utilisez le «déclencheur de retour" sur la manette pour passer de la cornée à la rétine. A ce stade, le patient doit observer une lumière verte. Demandez au patient de regarder le feu vert.
Effectuez la mise en alignant les deux lignes qui apparaissent lorsque la roue à la base de la manette est activée. Tournez la molette jusqu'à ce que les deux lignes forment une ligne continue.
Utilisez le feu vert pour mettre l'œil dans la position optimale pour une photo. Si nécessaire, déplacer la lumière à l'aide des touches fléchées sur le côté droit de l'appareil. Positionner la lumière verte de façon à ce que le disque optique est centré sur l'écran de la caméra.
Recherche pour 2 taches blanches qui sont apparues après SWITCHing à la rétine (étape 2.7). Pour trouver les points, déplacer l'unité dans le plan XY. Les taches sont visibles comme une tache floue. Déplacez l'appareil vers l'avant ou vers l'arrière jusqu'à ce que les taches floues se transforment en clair, des taches blanches. Le plus brillant et plus rond taches, meilleure est la qualité de l'image est. Placez les points jusqu'à ce que les deux sont visibles. Utiliser la petite roue sur la manette de commande pour amener les points au milieu de l'écran de la caméra.
Confirmer que les deux lignes (2,8) de l'étape forment une ligne continue. Le disque optique est centré sur l'écran de la caméra et est flanqué de deux taches blanches, brillantes. Prendre la photo de la rétine en tirant sur le bouton sur le dessus de la manette.
Enregistrez la photo en appuyant sur le bouton «Étude complète" dans le coin inférieur droit de l'écran de l'ordinateur. Fin de l'étude enregistre automatiquement les images dans une carte et fermer l'étude.

3 Analyse de la photographie de la rétine

Déterminer le rapport d'échelle par AMEu cours de la distance entre le centre de la macula (fovéa) et le centre du disque optique (tache aveugle). Anatomiquement, cette distance est déterminée comme étant de 4500 um ou 2,5 fois le diamètre du disque optique, cette dernière étant d'environ 1 800 um. S'assurer que la distance est mesurée en pixels. Calculer le rapport d'échelle en divisant 4500 par la distance (en pixels) entre la macula et la tache aveugle.
Ouvrez le logiciel d'analyse de vaisseaux rétiniens «IVAN».
REMARQUE: Le logiciel est créé à l'Université du Wisconsin à Madison. Des informations détaillées sur l'utilisation de IVAN est prise dans le manuel.
Remplissez le rapport d'échelle et de passer par la configuration.
Vérifiez que trois anneaux jaunes apparaissent sur la photo de la rétine. Le rapport d'échelle détermine le rayon du cercle interne et entoure le disque optique. Vérifiez que le point milieu de la bague intérieure est sur le point milieu du disque optique. Si ce n'est pas le cas, ajustez laemplacement du cercle en utilisant les touches de curseur. Les rayons des cercles intermédiaire et extérieur sont 2X et 3X plus grand que le rayon du cercle interne, respectivement. De cette manière, les zones A et B sont créées à une distance fixe à partir du disque optique.
Assurez-vous que l'image rétinienne a le disque optique dans le centre de la photo. Cela assure une mise au point nette de l'image dans la zone B, ce qui facilitera le processus de classement (figure 4A).
Notez que le logiciel détecte automatiquement les vaisseaux sanguins et attribue ces navires comme des veinules (figure 4B).
Distinguer les navires entre artérioles et veinules fondées sur des différences physiologiques. Artérioles seront indiquées en rouge et en bleu veinules (figure 4C). Utilisez les directives suivantes pour identifier chaque navire:
1. Déterminer la couleur de la cuve. Artérioles ont une couleur rouge-orange plus léger avec une forte réflexion de la lumière centrale. Les veines ont plus sombre violetcouleur -red avec peu ou pas de réflexe de lumière central.
2. Déterminer la route du navire. Artérioles ont tendance à être plus droit et plus lisse dans ses grandes lignes; ils sont plus réguliers à la fois le chemin et le contour. Veinules sont généralement plus tortueux, et plus un contour irrégulier et diamètre. Veinules sont plus larges de diamètre à la marge de disque que les artérioles correspondant.
3. Identifier le récipient en regardant l'annotation de la cuve précédente. En principe, les artérioles alternent avec des veinules. Par conséquent, si une veinule distinct est mesurée, suivant le récipient est plus susceptible d'être une artériole.
4. Définir le motif de passage. En règle générale, les artérioles ne traversent pas les artérioles et veinules ne traversent pas les veinules. Si un navire de l'identité est inconnue traverse une branche veineuse à l'intérieur ou en aval de la zone B, le navire inconnu est une artériole. Si elle traverse une branche des artérioles à l'intérieur ou en aval de la zone B, alors c'est une veinule.
5. Identifier les petites branches en les traçant proximally à leur ramification d'un vaisseau-mère, dont l'identité peut être évident à partir des deux premières lignes directrices. Utilisez angles entre les navires de différencier les passages et les ramifications.
  REMARQUE: les passages sont souvent presque perpendiculaire (90 °) ou, si les deux navires sont coursé en parallèle, l'angle du passage à niveau peut être très faible (moins de 30 °). Ramifications sont généralement un peu moins que perpendiculaire (à l'angle entre les deux branches de 30 ° à 45 °).
6. Sélectionnez la longueur du navire dans la zone de classement. Assurez-vous que l'écart-type du navire sélectionné ne dépasse pas la valeur de 10 écarts-types plus petites indiquent une bonne mesure.
Utilisez les outils logiciels pour sélectionner les navires qui n'ont pas été sélectionnés par le logiciel lui-même. Les mêmes règles s'appliquent pour ces navires que pour les navires sélectionnés automatiquement par le logiciel.
Déterminer centrale des artérioles rétiniennes et des veinules équivalent (CRAEet CRVE) automatiquement IVAN.
Calculer le CRAE et CRVE de leurs navires ramification filles respectives en utilisant des formules révisées de Parr et Hubbard ^28.
NOTE: La relation entre les troncs et les branches, avec des coefficients de branchement de manière empirique, est donnée dans la suite de deux formules de rapprocher les équivalents de navires. IVAN utilise les six plus grandes artérioles et veinules de calcul CRAE et CRVE. Les formules sont appliquées dans une procédure itérative de jumeler les six plus grandes artérioles (ou veinules) jusqu'à l'obtention d'artériolaire central (ou veinules) équivalent de la cuve.
Artérioles: (1)
Veinules: (2)
où w _1, w _2, et W sont les largeurs de la branche étroite, la branche plus large, et le tronc mère, respectivement.
REMARQUE: Supposons that dans une photographie de la rétine les six plus grandes artérioles sont 120, 110, 100, 90, 80, et 70 m de large. Mettre 120 et 70 dans l'équation (1), ainsi que 110 et 80, 100 et 90 et après la première itération, il existe trois valeurs: 122,2, 120,0, et 118,4. Effectuer la prochaine itération en associant 122,2 et 118,4, ce qui donne 149,8. Report du nombre du milieu (120.0) à la dernière itération. Paire 149,8 et 120,0 pour donner 168,7 pour CRAE.

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Representative Results

Répétabilité de CRAE et CRVE Détermination

Un panel de 61 personnes entre 22 et 56 ans et exempts de maladies cardiovasculaires cliniquement diagnostiqués a été recruté pour l'étude de la répétabilité technique et de la variabilité intra-évaluateur de centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et centrale de la rétine veinulaire équivalents (CRVE) déterminations. Le fond de l'oeil droit de chaque individu a été photographié deux fois dans un laps de temps de 5 min à l'aide d'une caméra de la rétine (figures 1 et 2). Cette procédure a été réalisée sur 4 jours consécutifs, à peu près au même moment de la journée. Les coefficients de variation moyenne ± écart-type de la CRAE et CRVE de photos prises dans le délai de 5 minutes étaient de 1,76 ± 1,71 et 1,78 ± 1,51, respectivement. Moyenne ± écart-type des valeurs CRAE et CRVE étaient 151,31 ± 13,53 et 213,20 ± 18,44, respectivement. Aucune dif importanteconférences ont été observés pour CRAE et les valeurs de CRVE obtenu pendant 4 jours consécutifs.

Valeurs CRAE et CRVE de l'œil droit a été calculée pour un CRAE et CRVE valeur par jour. Par la suite, la répétition des mesures a été évaluée au moyen du coefficient de corrélation intraclasse (ICC), d'une statistique dimension délimitée par 0 et 1, qui décrit la reproductibilité des mesures répétées dans une population. Les mesures ont été effectuées par un seul évaluateur. Ainsi, un aller-simple modèle à effets aléatoires a permis d'estimer la variabilité intra-évaluateur ^29. La CPI était de 0,919 (IC à 95%: 0,883, 0,946) et 0,898 (IC à 95%: 0,854, 0,932) pour CRAE et CRVE, respectivement. Ces valeurs de la CPI sont bien au-dessus du seuil de 0,6, qui est considérée comme cliniquement significative et les estimations à la fois entrent dans la catégorie large comme étant «presque parfait» en matière de fiabilité ^30.

Panel Study pour étudier l'effet des particules de l'air Pollution

L'étude a été menée entre Janvier 2012 et mai 2012; inclus 84 personnes. Les participants étaient de 22 à 63 ans et exempt de maladies cardiovasculaires cliniquement diagnostiqués avant et pendant la période d'étude. Une photographie du fond de l'œil droit a été prise avec une caméra rétinienne sur chacun des trois jours d'examen distincts. Le lecteur est renvoyé au document de Louwies et collaborateurs pour des informations détaillées sur la façon dont les données de pollution de l'air ont été recueillis ^24. Au cours de la période d'étude, les PM ₁₀ et la Colombie-Britannique niveaux ambiants sont élevés en Belgique en raison d'un transport atmosphérique vers l'ouest de l'air pollué en provenance d'Europe de l'Est. Ceci est visualisé dans une vidéo laps de temps (de l'information supplémentaire). Les concentrations de polluants atmosphériques ont été assignés à chaque participant pour 2, 4 et 6 heures précédant l'examen de la rétine. Les niveaux de pollution de l'air ont été calculés sur la journée de la visite clinique à partir de minuit jusqu'à l'époque de l'ex rétiniennesuis. Les niveaux de pollution de l'air ont également été attribués pour la journée précédente et deux jours avant l'examen de la rétine. Ces concentrations sont résumées comme suit: lag2h, lag4h, lag6h, décalage 24h, et accusent 2d. Par polluant, analyse exposition-réponse à l'aide des modèles mixtes a été réalisée. Les détails de ces analyses peuvent être trouvés dans la publication originale ^24. Il y avait une association inverse entre la CRAE et les concentrations de pollution atmosphérique (mesuré en _PM10 et en Colombie-Britannique concentrations) dans les fenêtres d'exposition horaires et quotidiennes avant l'examen clinique. Une diminution de la CRAE de 0,93 um (IC à 95%: -1,42, -0,45, p = 0,0003) a été observée pour chaque augmentation / m³ 10 mg en moyenne ₁₀ heures pendant 24 heures précédant l'examen (Figure 3). Courts horaires _de PM ₁₀ fenêtres d'exposition et concentrations _de PM ₁₀ en moyenne au cours des deux jours précédents ont également révélé une diminution significative des valeurs CRAE. Une diminution de la CRAE de 1,84 μm (IC à 95%: -3,18, -0,51, p = 0,008) a également été trouvée pour chaque augmentation / m³ 1 mg en Colombie-Britannique 24 h avant l'examen. Aucune association significative n'a été observée entre autres CRAE et les autres fenêtres d'exposition de la Colombie-Britannique calculées. Une diminution de 0,86 um CRVE (IC à 95%: -1,42, -0,30, p = 0,004) a été observée pour chaque augmentation / m³ 10 mg à ₁₀ h dans la fenêtre d'exposition de 24 heures avant que la photo a été prise de la rétine. Courtes fenêtres d'exposition révélé des effets significatifs supplémentaires (figure 3). Une association négative entre CRVE et l'exposition au cours de la Colombie-Britannique 24 h avant l'examen a été observée. Cependant, l'effet n'a pas atteint le niveau de signification statistique (-1,18 pm; IC à 95%: -3,11, 0,75, p = 0,23).

Figure 1: image de la rétine et l'exemple d'une caméra rétinienne. annoté de la rétine l'image de fond de l'œil droit d'un volontaire sain (à gauche) et une image d'une caméra rétinienne numérique non mydriatique (à droite). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2: Capture d'écran de logiciels IVAN. Exemple d'une image qui est traitée avec le logiciel IVAN. Le logiciel identifie le système vasculaire et de calculer les diamètres. L'opérateur surveille les résultats et identifie les artères (en rouge) et les veinules (en bleu). CRAE et CRVE sont alors calculées automatiquement. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3 association entre la pollution de l'air et les calibres des vaisseaux rétiniens. Changement estimée à moyen CRAE et CRVE (IC à 95%) en association avec une augmentation / m³ 10 mg en PM ₁₀ (gauche) ou une augmentation / m³ 1 mg en Colombie-Britannique (à droite) pour une exposition différente retards. Les données ont été obtenues à partir d'un panel de 84 personnes. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4.904 / 51904fig4highres.jpg "target =" _blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Vidéo supplémentaire. Vidéo laps de temps de concentration de pollution de l'air au cours de l'étude de panel.

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Discussion

Analyse d'image Retina est proposé comme un outil pratique pour étudier les réponses microvasculaires dans les études épidémiologiques. Lorsque l'opérateur est expérimenté, il prend moins de 5 minutes pour prendre une photo de fond. En outre, cette procédure discrète pour la visualisation de la microcirculation peut être utilisé pour les participants de jeune âge jusqu'à la vieillesse.

La littérature est en augmentation par rapport aux associations entre les changements morphologiques dans le système vasculaire rétinien (par exemple changement de navire calibre, motif géométrique, etc) et le mode de vie modifiables et facteurs de risque environnementaux ^15,16. Des travaux expérimentaux et épidémiologiques montrent que de courte durée et exposition à la pollution de l'air à long terme est fortement associée à la morbidité et la mortalité cardio-vasculaire. Cependant, une technique convenable tel que la rétine fond la photographie a été très peu utilisée pour étudier les effets de la microcirculation qui peuvent être induites par les polluants atmosphériques.

jove_content "> Les différentes étapes qui sont nécessaires pour l'obtention d'une image de fond de haute qualité sont expliqués dans ce protocole vidéo. Ensuite, la méthode est donnée pour obtenir des artérioles et des mesures de calibre veinules, et plus spécifiquement la centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et l'équivalent centrale de la rétine des veinules (CRVE) ^13,28. Les résultats de l'analyse des mesures répétées a montré que les résultats dans les évaluateurs pour CRAE et CRVE sont hautement reproductibles pour les photos qui ont été prises dans un délai de quatre jours. Ces résultats sont en ligne avec les observations récentes rapportées par McCanna et collègues. Ces derniers auteurs ont signalé que les valeurs CRAE et CRVE sont stables sur une période d'un mois. Ils ont rapporté des corrélations pour des paires de visites d'étude de 0,9 et les corrélations ont légèrement diminué avec une augmentation de la longueur de l'intervalle de temps ^31.

Par la suite, il est montré dans une étude par panel avec des adultes en bonne santé que la rmicrocirculation etinal peut répondre rapidement à la pollution atmosphérique par les particules. Plus précisément, une diminution de la CRAE qui se rapporte à une exposition accrue à court terme aux PM ₁₀ et BC est rapporté ^24. Rétrécissement des artérioles rétiniennes est un proxy pour estimer le risque de maladies cardiovasculaires et de la mortalité cardiovasculaire ^32-35. Il est envisagé que la microvascularisation rétinienne peut être utilisé pour sonder des effets cardiovasculaires de la pollution de l'air. À cet égard, Adar et ses collègues ont rapporté pour la première fois sur les effets à court terme de la pollution atmosphérique sur la microvascularisation rétinienne humaine dans une analyse transversale de la cohorte MESA ^21. Les changements microvasculaires signalés par Louwies et al. (2013) complètent ceux trouvés par Adar et al. (2010). Ces derniers auteurs ont rapporté une hausse de 0,4 um-diminution de la CRAE (IC 95%: -0,8, -0,04) par augmentation / m³ à 9 mg en moyenne _2,5 heures sur la journée précédente. Basé sur des mesures répétées,. Louwies et al (2013) fait état d'une estimation de -1,2 um (IC à 95%: -1,61, -0,61) et il est suggéré que la taille de l'effet plus important peut être dû à une plus grande variation dans les concentrations de particules et d'exposition de la Colombie-Britannique dans cette étude de panel ^24.

L'inflammation pulmonaire et de bas grade, inflammation systémique ont été associés à l'exposition à la pollution de l'air ^36. L'inflammation systémique a également été liée à une dysfonction endothéliale ^37,38. Ce processus peut affecter la réactivité des vaisseaux sanguins de la rétine ^39. On suppose que les réactions inflammatoires conduisent à une activité endothéliale altérée, ce qui pourrait se traduire par le rétrécissement des calibres artériolaires. Les résultats de l'étude de panel suggèrent que cela pourrait se produire dans un délai de moins de 24 heures parce que l'exposition aux PM ₁₀ a été inversement associée à la CRAE au cours de toutes les fenêtres d'exposition horaires. Les observations sont en accord avec l'incidence connue de sondage de l'airution sur la santé. Études animales à court terme avec l'exposition à des niveaux de polluants atmosphériques de pointe ont révélé que le système microvasculaire peut être affectée ^40,41. En outre, des études d'intervention humaine dans un environnement contrôlé ont montré que la fonction endothéliale est altérée lors de l'exposition aux émissions de diesel ^42,43.

En conclusion, de nombreuses similitudes anatomiques et de développement existent entre les vaisseaux sanguins de la rétine et le système microvasculaire du cœur, les poumons, le cerveau et ^10. Par conséquent, le système vasculaire sanguin rétinien est considéré comme un tissu de remplacement pour la micro-circulation systémique. Un changement dans les vaisseaux sanguins de la rétine peut être un prédicteur de valeur pour le développement de maladies cardio-vasculaires. L'analyse pratique et discret d'images rétiniennes est maintenant considéré comme utile pour les études basées sur la population en mettant l'accent sur l'épidémiologie cardiovasculaire. Ce document de protocole devrait encourager davantage de groupes de recherche à utiliser la photographie de fundus d'étudier ef microvasculairefets de facteurs environnementaux et de mode de vie.

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Disclosures

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier réels ou potentiels concurrents.

Acknowledgments

Les résultats concernant la réponse microvasculaire aux particules de la pollution atmosphérique sont reproduites avec la permission de Environmental Health Perspectives ^24. Les données sur la qualité de météorologie et de l'air validées ont été aimablement fournies par l'Institut météorologique royal belge et l'Agence flamande de l'environnement. Le logiciel d'analyse de l'image rétinienne a été obtenu auprès du Dr. N. Ferrier (Madison School of Engineering et le fond Photo Reading Center, Département d'ophtalmologie et des sciences visuelles, Université de Wisconsin-Madison). Tijs Louwies et Eline Provost sont pris en charge grâce à une bourse VITO. Eline Provost est titulaire d'une bourse de recherche de l'aspirant du Fonds scientifique flamand. Tim S. Nawrot est titulaire d'un départ subvention du Conseil européen de la recherche.

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

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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).

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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).

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