Fundusfotografering som et praktisk verktøy for å studere mikrovaskulær Responses to Cardiovascular Disease Risk Factors i epidemiologiske studier

Summary

Retinal bildeanalyse er en diskret prosedyre for å visualisere mikrosirkulasjonen. Virkningen av hjerte-og karsykdommer risikofaktorer kan føre til endringer av netthinnens fartøy kalibre. Prosedyrene for å skaffe fundus bilder og fremgangsmåten for beregning av fartøyets kalibre er beskrevet.

Abstract

Den mikrosirkulasjonen består av blodkar med diameter mindre enn 150 mikrometer. Det utgjør en stor del av sirkulasjonssystemet, og spiller en viktig rolle i å opprettholde kardiovaskulær helse. Netthinnen er et vev som linjer indre av øyet, og det er det eneste vevet som gjør det mulig for en ikke-invasiv analyse av mikrovaskulatur. I dag kan høykvalitets fundus bilder erverves ved hjelp av digitale kameraer. Retinal bilder kan samles i 5 min eller mindre, selv uten dilatasjon av elevene. Dette diskret og rask prosedyre for å visualisere mikrosirkulasjonen er attraktivt å søke i epidemiologiske studier og for å overvåke kardiovaskulær helse fra tidlig alder opp til alderdom.

Systemiske sykdommer som påvirker sirkulasjonen kan resultere i en progressiv morfologiske endringer i retinal vaskulatur. For eksempel har endringer i fartøyet kalibre av netthinnens arterier og vener vært forbundet med hypertensjon, atherosklerose, og økt risiko for hjerneslag og hjerteinfarkt. Fartøyet bredder er utledet ved hjelp av bildeanalyse programvare og bredden på de seks største arterier og vener er oppsummert i netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og netthinnens sentral Venular Equivalent (CRVE). De sistnevnte funksjoner har blitt vist nyttig å studere virkningen av modifiserbare livsstil og miljø kardiovaskulære sykdom risikofaktorer.

Prosedyrene for å skaffe fundus bilder og analyse skritt for å skaffe Crae og CRVE er beskrevet. Variasjonskoeffisient for gjentatte målinger av Crae og CRVE er mindre enn 2% og innen-rater reliabilitet er svært høy. Ved hjelp av en panelstudie, den raske responsen fra netthinnens fartøy kalibre til kortsiktige endringer i partikkel luftforurensning, en kjent risikofaktor for kardiovaskulær dødelighet og sykelighet, er rapportert. I konklusjonen, er retinal bildebehandling foreslått som en praktisk og instrumentell verktøy for epidemiologisk studies å studere mikrovaskulære svar på hjerte-og karsykdommer risikofaktorer.

Introduction

Mikrosirkulasjonen består av blodkar med diameter mindre enn 150 mikrometer og inkluderer minste motstand arterier, arterioler, kapillærer og venules. Disse fartøyene utgjør en stor del av sirkulasjonssystemet, og spiller en viktig rolle i å opprettholde kardiovaskulær helse. Fartøyet diameter på 150 mikrometer er en fysiologisk og en fysisk grense. De reologiske egenskaper for fartøy med en diameter mindre enn 150 mikrometer avvike fra store arterier. Videre er de fleste av de autoregulatory motstandsendringer forekommer nedstrøms fra 150 mikrometer i vaskulære senger som utviser blodstrøm autoregulation ^1. Den mikrosirkulasjon har to viktige funksjoner. Den primære funksjon er å tilveiebringe celler med oksygen og metabolske substrater for å matche vev etterspørsel og for å drenere avfallsprodukter og karbondioksid. Endringer i antall utvekslingsfartøy og mikrovaskulær strømningsmønstre reduseres effektiv utveksling flateareal og kan lead til suboptimal vevsperfusjon og en unnlatelse av å møte metabolske etterspørsel ^to. Videre faller det hydrostatiske trykk i det vaskulære bed, og mikrosirkulasjonen spiller en rolle i regulering av den totale perifere motstanden ^3.

Netthinnen er en lagdelt vev lining innsiden av øyet. Dets viktigste funksjon er å omdanne den innkommende lys til et nevralt signal som forplanter seg videre til den visuelle cortex for behandling av visuell informasjon. Funksjonen av netthinnen er å se omverdenen og alle de okulare strukturer som er involvert i denne prosessen er optisk transparent. Dette gjør netthinnevev tilgjengelig for ikke-invasiv avbildning av microvasculature ^4. Retinal avbildning blir brukt for å identifisere sykdommer i øyet. For eksempel kan en avansert form av makuladegenerasjon føre til synstap på grunn av abnormal blodkarvekst inn i makula. Disse blodårene har en tendens til å være mer gjennomtrengelig og under bleeding og lekkasje av blod og proteiner innenfor eller under retina. De sistnevnte hendelser er ansvarlig for irreversibel skade på fotoreseptorer. Utvikling av glaukom korrelerer med en ødeleggende for ganglion-celler og deres axoner. Effekten av denne prosess fører til cupping av den optiske platen, noe som kan observeres i retinale bilder ^5. Diabetisk retinopati er forårsaket av hyperglykemi som fører til skade på de retinale karveggene. Dette kan føre til ischemi, veksten av nye blodkar og en forandring i vaskulær geometriske nettverk. Videre kan blod-retinal barrieren være gjenstand for sammenbrudd, forårsaker lekkasje av utvidede hyperpermekapillærene og aneurismer ^seks.

Netthinne microvasculature viser homologi med de mikrovaskulære senger som finnes i hjertet, lunger og hjerne ^7. Det er fastslått at systemiske sykdommer som påvirker mikrosirkulasjonen i hjernen kan forårsake parallelle endringer i netthinnen. Arteriolar narrowing og forbedret arteriolar lys refleks av netthinnen er forbundet med skips abnormiteter, hvit substans lesjoner og lacunes som er forårsaket av cerebral småkarssykdom ^åtte. En signifikant sammenheng ble oppdaget mellom smalere retinal venules, en endret retinal microvascular nettverk og forekomsten av Alzheimers sykdom. Det foreslås at hjernen til pasientene har en endret cerebral microvasculature som også er observerbare i netthinnen ^ni.

Bevis er også økende om sammenhengen mellom netthinnens vaskulære endringer og koronar hjertesykdom ^10,11. Forholdet mellom diameteren av retinale arterier og vener retinal (A / V) har vist seg å være en sensitiv proxy for å reflektere hypertensjon og aterosklerose ^12.. En innsnevring av arteriene og utvidelse av venene, som fører til en redusert A / V-forhold, bekrefter risikoen for hjerneslag og hjerteinfarkt ^13. Hypertensjon kan føre til direkteretinal iskemi og retinal infarkter som blir synlig som vatt flekker og dype retinal hvite flekker ^14. Serre og Sasongko nylig oppsummert litteraturen, og de ​​konkluderte med at eksponering for livsstil og miljømessige risikofaktorer (f.eks, kosthold, fysisk aktivitet, røyking og luftforurensning) kan indusere morfologiske endringer i retinal microvascular seng ^15. Viktigere, har slike retinal endringer blitt assosiert med kardiovaskulære risikofaktorer, selv før kliniske manifestasjoner av sykdommer ^16.

Betydelige økninger i forekomsten av kardiovaskulær morbiditet og mortalitet har blitt tilskrevet kort og lang tids eksponering av svevestøv luftforurensning ^17,18. Forskning indikerer at partikler (PM), en viktig fraksjon av luftforurensning, bidrar til utviklingen av kardiovaskulær sykdom og induserer kardiovaskulære hendelser ^19,20. En nedskrivning av funksjon avmicrovascular seng antas å spille en rolle i de observerte foreninger. I så måte har en sammenheng mellom eksponering for luftforurensning og arteriolar innsnevring i netthinnen blitt rapportert av Adar og kolleger ^21. Retinal arteriolar kaliber var smalere og venular kaliber var bredere blant de 4607 deltakerne i den multietniske Study av aterosklerose (MESA) som levde i områder med økt kort og lang tids eksponering for PM _2,5 (svevestøv ≤ 2,5 mikrometer i diameter) ^21. Systemisk inflammasjon forårsaket av kronisk eksponering luftforurensning kan resultere i større venular diametre ^22. Dette bekrefter de studiene som rapporterer effekten av røyking på retinal microvascular seng ^23. En fersk publikasjon rapporter om sammenhengen mellom kortsiktig luftforurensning eksponering og mikrovaskulære endringer hos friske voksne (22-63 år) målt med retinal fundusfotografering ^24. En Aksjekapitalforhøyelse i PM ₁₀ (partikler ≤ 10 pm i diameter) og BC (sot, et forbrenningsprodukt som kan brukes som en proxy for trafikkrelaterte diesel eksos) assosiert med en reduksjon i kaliber arteriolar ^24,25.

I denne vitenskapelige video-protokollen, må prosedyrene beskrevet å samle fundus bilder av øyet, for å utføre bildeanalyse for å få arteriolar og venular fartøy kaliber, og å beregne netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og netthinnens sentral Venular Equivalent (CRVE). Retinal bildebehandling er å få økt oppmerksomhet fordi netthinnen er den eneste vev som tillater en diskret analyse av microvasculature og bilder kan hentes fra tidlig alder opp til alderdom ^26,27. Crae og CRVE synes å være sensitive parametere som kan belyse konsekvenser av modifiserbare livsstil og miljø kardiovaskulære sykdom risikofaktorer på microvasculature. I manuskriptet, repeterbarhetav analysen fartøyet er vist. Videre er anvendelsen av retinal microvasculature analyse i epidemiologiske studier vist ved å oppsummere våre funn oppnådd i en gjentatt tiltak design med fokus på virkningen av partikkeleksponering luftforurensning ^24.

Protocol

Etikk Board of Hasselt University og University Hospital Antwerp godkjent studiene. Deltakerne ga sin skriftlig informert samtykke til å delta. 1. Instrumentoppsett Fjern de sorte beskyttelses skjell fra det digitale kameraet retinal og hovedblokk av enheten. Åpne batterirommet og plasser batteriet i kameraet. Ikke koble fra ledningen kobler batteriet og hovedenheten. Skru kameraet på hovedenheten og koble de to ledningene. Koble hovedenheten til strømnette…

Representative Results

Repeterbarhet av Crae og CRVE Bestemmelse Et panel av 61 personer mellom 22 til 56 år gammel og uten klinisk diagnostisert hjerte-og karsykdommer ble rekruttert for å studere teknisk repeterbarhet og innen-rater variabiliteten i netthinnens sentral arteriolar Equivalent (Crae) og netthinnens sentral Venular tilsvarende (CRVE) bestemmelser. Den fundus for høyre øye av hver enkelt ble fotografert to ganger i løpet av en tidsperiode på 5 min ved hjelp av en retinal kamera (figur 1</s…

Discussion

Retina bildeanalyse er foreslått som et praktisk verktøy for å studere mikrovaskulære responser i epidemiologiske studier. Når operatøren oppleves, det tar mindre enn 5 min å ta et fundus bilde. Videre kan dette diskret prosedyre for å visualisere mikrosirkulasjonen brukes for deltakere fra tidlig alder opp til alderdom.

Litteratur er økende med hensyn til assosiasjoner mellom morfologiske endringer i retinal blodkar (for eksempel endring i fartøy kaliber, geometrisk mønster…

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