Ögonbottenfotografering som ett praktiskt verktyg för att studera Mikrovaskulära Svaren till Cardiovascular Disease Risk Factors i epidemiologiska studier

Summary

Retinal bildanalys är en diskret procedur för att visualisera mikrocirkulationen. Effekterna av hjärt sjukdomsriskfaktorer kan resultera i förändringar av näthinnans kärl kalibrar. De förfaranden för att skaffa ögonbottenbilder och stegen för att beräkna fartygets kalibrar beskrivs.

Abstract

Den mikrocirkulationen består av blodkärl vars diameter understiger 150 nm. Det utgör en stor del av cirkulationssystemet och spelar en viktig roll för att upprätthålla kardiovaskulär hälsa. Näthinnan är en vävnad som linjer inre av ögat och det är den enda vävnad som tillåter en icke-invasiv analys av mikrovaskulaturen. Numera kan ögonbottenbilder högkvalitativa förvärvas med hjälp av digitalkameror. Retinal bilder kan samlas i fem minuter eller mindre, även utan dilatation av eleverna. Denna diskreta och snabbt förfarande för att visualisera mikrocirkulationen är attraktiv att gälla i epidemiologiska studier och övervaka kardiovaskulär hälsa från tidig ålder upp till ålderdomen.

Systemiska sjukdomar som påverkar cirkulationen kan medföra progressiva morfologiska förändringar i näthinnans kärl. Till exempel, har förändringar i kärl kalibrar av näthinnans artärer och vener associerats med hypertension, atheroskleros, och ökad risk för stroke och hjärtinfarkt. Fartyget bredder härleds med hjälp av bildanalys mjukvara och bredden på de sex största artärer och vener sammanfattas i centrala näthinnan arteriolär Equivalent (Crae) och Central Retinal Venular Equivalent (CRVE). De senare funktioner har visat sig vara användbart för att studera effekterna av modifierbara livsstil och miljö hjärt sjukdomsriskfaktorer.

De förfaranden för att skaffa ögonbottenbilder och analyssteg för att få Crae och CRVE beskrivs. Variationskoefficienter av upprepade mätningar av Crae och CRVE är mindre än 2% och inom-rater pålitlighet är mycket höga. Med hjälp av en panelstudie, den snabba insatser av de retinala kärl kalibrar till kortsiktiga förändringar i partikelluftföroreningar, en känd riskfaktor för kardiovaskulär mortalitet och morbiditet, rapporteras. Sammanfattningsvis är retinal avbildning föreslås som ett bekvämt och instrumentella verktyg för epidemiologisk studies för att studera mikrovaskulära svar på hjärt sjukdomsriskfaktorer.

Introduction

Den mikrocirkulationen består av blodkärl vars diameter understiger 150 nm och innehåller minsta motstånd artärer, arterioler, kapillärer och venoler. Dessa fartyg utgör en stor del av cirkulationssystemet och spelar en viktig roll för att upprätthålla kardiovaskulär hälsa. Kärlet diameter av 150 um är en fysiologisk och en fysisk gräns. De reologiska egenskaperna för fartyg med en diameter mindre än 150 nm skiljer sig från stora artärer. De flesta av de autoregulatoriska motstånds förändringar sker nedströms från 150 nm i kärlbäddar uppvisar blodflödet auto ^1. Den mikrocirkulationen har två viktiga funktioner. Den primära funktionen är att förse cellerna med syre och metaboliska substrat för att matcha efterfrågan vävnad och för att dränera slaggprodukter och koldioxid. Förändringar i antalet utbytesfartyg och mikrovaskulär strömningsmönster reducerar effektivt utbyte yta och kan Lead till suboptimal vävnadsperfusion samt en oförmåga att möta metaboliskt behov ^2. Vidare faller det hydrostatiska trycket inuti den vaskulära bädden och mikrocirkulationen spelar en roll i regleringen av den totala perifera motståndet ^3.

Näthinnan är en skiktad vävnad foder i det inre av ögat. Dess huvudsakliga funktion är att omvandla det inkommande ljuset till en neural signal som ytterligare fortplantas till syncentrum för bearbetning av visuell information. Funktionen av näthinnan är att se världen utanför och alla okulära strukturer som deltar i denna process är optiskt transparenta. Detta gör det näthinnevävnad åtkomlig för icke-invasiv avbildning av mikrovaskulaturen ^4. Retinal avbildning används för att identifiera sjukdomar i ögat. Till exempel kan en avancerad form av makuladegeneration leda till synförlust på grund av onormal tillväxt av blodkärl i makula. Dessa blodkärl har en tendens att vara mer permeabel och omfattas blöderg och läckage av blod och proteiner inom eller under näthinnan. De senare händelserna ansvarar för irreversibla skador på fotoreceptorer. Utveckling av glaukom korrelerar med en skada på ganglion celler och deras axoner. Effekten av denna process leder till koppning av det optiska skivan, vilket kan observeras i retinala bilderna ^5. Diabetisk retinopati är orsakad av hyperglykemi som leder till skador på de retinala kärlväggar. Detta kan leda till ischemi, tillväxten av nya blodkärl och en förändring i kärl geometriska nätet. Dessutom kan blod retinal barriär bli föremål för nedbrytning, vilket orsakar läckage av vidgade hyperpermeable kapillärer och aneurysm ^6.

Retinal mikrovaskulaturen visar homologi med de mikrovaskulära sängar som finns i hjärta, lungor och hjärna ^7. Det är fastställt att systemiska sjukdomar som påverkar mikrocirkulationen i hjärnan kan orsaka parallella förändringar i näthinnan. Arteriolär narrowing och förbättrad arteriolär ljus reflex av näthinnan är förknippad med fartygs avvikelser, vita substansen lesioner och lacunes som orsakas av cerebral liten kärlsjukdom ^8. Ett signifikant samband upptäcktes mellan smalare retinala venoler, en förändrad retinal mikrovaskulära nätverk och förekomsten av Alzheimers sjukdom. Det har föreslagits att hjärnan hos patienter ha en förändrad cerebral mikrovaskulatur som också är observerbar i näthinnan ^9.

Bevis ökar också om sambandet mellan näthinnans kärlförändringar och kranskärlssjukdom ^10,11. Förhållandet mellan diametern på näthinnans artärer och retinala vener (A / V) har visat sig vara en känslig proxy att reflektera högt blodtryck och åderförkalkning ^12. En förträngning av artärerna och breddning av venerna, vilket leder till en minskad A / V-förhållande, bekräftar risken för stroke och hjärtinfarkt ^13. Högt blodtryck kan orsaka direktretinal ischemi och retinala infarkter som blir synliga som bomullsexsudat och djupa retinala vita fläckar ^14. Serre och Sasongko nyligen sammanfattade litteraturen och de visar att exponeringen för livsstil och miljö riskfaktorer (t.ex. kost, fysisk aktivitet, rökning och luftföroreningar) kan inducera morfologiska förändringar i näthinnans mikrovaskulära bädden ^15. Viktigt har sådana retinala förändringar associerats med kardiovaskulära riskfaktorer, redan innan kliniska manifestationer av sjukdomar ^16.

Betydande ökning av incidensen av kardiovaskulär morbiditet och mortalitet har hänförts till långa och kortfristiga exponeringar till partikelformiga material luftföroreningar ^17,18. Forskning visar att partiklar (PM), en viktig del av luftföroreningar, bidrar till utvecklingen av hjärt-kärlsjukdom och inducerar kardiovaskulära händelser ^19,20. En nedskrivning av funktionen hosden mikrovaskulära bädden tros spela en roll i de observerade föreningar. I detta avseende har ett samband mellan exponering för luftföroreningar och arteriolär förträngning i näthinnan rapporterats av Adar och kollegor ^21. Den retinala arteriolär kaliber var smalare och venular kaliber var bredare bland de 4607 deltagarna i den multietniska Studie av åderförkalkning (MESA) som bodde i områden med ökad lång och kort sikt exponering för PM _2,5 (partiklar ≤ 2,5 mikrometer i diameter) ^21. Systemisk inflammation som orsakas av kronisk exponering av luftföroreningar kan leda till bredare venular diameter ^22. Detta bekräftar de studier som rapporterar effekterna av rökning på näthinnan mikrovaskulära bädden ^23. En nyligen publicerad rapporter om sambandet mellan kortvarig luftföroreningar exponering och mikrovaskulära förändringar i friska vuxna (22-63 år) mätt med retinal ögonbottenfotografering ^24. Ett ökat sjse inom PM ₁₀ (partiklar ≤ 10 nm i diameter) och BC (sot, en förbrännings biprodukt som kan användas som ett mått på trafikrelaterade dieselavgaser) associerades med en minskning av arteriell kaliber ^24,25.

I denna vetenskapliga video protokoll, är de förfaranden som beskrivs för att samla ögonbottenbilder i ögat, för att utföra bildanalys för att få arteriolära och venular fartygs kalibrar, och för att beräkna Central retinal arteriell Equivalent (Crae) och Central retinal Venular Equivalent (CRVE). Retinal avbildning är att få ökad uppmärksamhet eftersom näthinnan är den enda vävnad som gör att en diskret analys av mikrocirkulation och bilder kan hämtas från tidig ålder upp till ålderdomen ^26,27. Crae och CRVE verkar vara känsliga parametrar som speglar effekterna av modifierbara livsstil och miljö hjärt sjukdomsriskfaktorer på mikrocirkulation. I manuskriptet, repeterbarhetenav analysen kärlet demonstreras. Dessutom är tillämpningen av retinal mikrocirkulation analys i epidemiologiska studier visat genom att sammanfatta våra resultat som erhållits i en upprepad-åtgärder design med fokus på effekterna av partiklar luftföroreningar exponering ^24.

Protocol

Etikstyrelsen Hasselt University och University Hospital Antwerp godkänt studierna. Deltagarna gav sitt skriftliga informerade samtycke till att delta. 1 Instrumentinställningar Ta bort de svarta skyddsskal från den digitala retinal kamera och huvudblocket på enheten. Öppna batterifacket och sätt i batteriet i kameran. Koppla inte ur kabeln ansluter batteriet och huvudenheten. Skruva fast kameran på huvudenheten och anslut de två kablarna. Anslut huvude…

Representative Results

Reproducerbarhet av Crae och CRVE Bestämning En panel av 61 personer mellan 22-56 år gammal och fri från kliniskt diagnostiserade kardiovaskulära sjukdomar rekryterades för att studera teknisk repeterbarhet och inom-rater variabilitet Central retinal arteriell Equivalent (Crae) och Central retinal Venular motsvarande (CRVE) bestämningar. Fundus av höger öga hos varje individ fotograferades två gånger inom en tidsperiod av 5 min med användning av en retinal kamera (fig 1</stro…

Discussion

Retina bildanalys föreslås som ett praktiskt verktyg för att studera mikrovaskulära svar i epidemiologiska studier. När operatören är erfaren, det tar mindre än fem minuter för att ta en ögonbotten bild. Dessutom kan denna diskreta förfarande för visualisering mikrocirkulationen användas för deltagare från tidig ålder upp till hög ålder.

Litteratur ökar med avseende på samband mellan morfologiska förändringar i näthinnans kärl (till exempel förändringar i kär…

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