Vi præsenterer en protokol til bestemmelse af niveauet af samlede makulapigment, lutein, og zeaxanthin optisk tæthed i de centrale og parafoveal regioner nethin. Protokollen indeholder en roman justerbar spor system, der anvendes til at måle makulapigment optisk tæthed i føveal excentricitet.
Den makulapigment reflekter (MPR) objektivt måler den samlede makulapigment optiske tæthed (MPOD) og yderligere giver lutein optisk tæthed (L-OD) og zeaxanthin optisk tæthed (Z-OD) i den centrale 1 grad af fovea. En ændring af teknikken blev udviklet til at evaluere in vivo carotenoide tæthed excentrisk til fovea. Et justerbart sporsystem med røde LED-lys blev placeret 6,1 m væk fra deltageren for at lette okulær fiksering. Lysene blev fordelt korrekt til at skabe intervaller på 1 graders retinal forskel under reflektimålmålingerne. Alle komlektonometrimålinger blev opnået med pupillary dilatation. Den gennemsnitlige MPR-MPOD-værdi for den centrale måling var 0,593 (SD 0,161) med et L-OD til Z-OD-forhold på 1:2.61. MPR-MPOD-værdien ved 1 grad var 0,248, og den gennemsnitlige MPR-MPOD-værdi ved 2 grader i parafovealregionen var 0,143. L-OD til Z-OD forholdet ved 1 grad og 2 grader off center var 1.38:1.0 og 2.08:1.0, hhv. Resultaterne viser, at MPOD-målinger opnået ved hjælp af MPR-reduktionen som en funktion af retinal excentricitet, og at der er en højere koncentration af zeaxanthin centralt sammenlignet med lutein. L-OD til Z-OD forholdet ændres med føveal excentricitet, med to gange mere lutein end zeaxanthin ved 2 grader off center. Vores teknik med succes giver en hurtig in vivo metode til måling af makulapigment optisk tæthed på forskellige føveal excentriciteter. Resultaterne er enige med tidligere offentliggjort in vivo og in vitro xanthophyll carotenoid tæthed distributionsmålinger.
Aldersrelateret makuladegeneration (AMD) er en førende årsag til blindhed og tegner sig for 8,7% af blindhed på verdensplan1. Risikofaktorer forbundet med AMD omfatter stigende alder, kvindelige køn, rygning, lys iris farve, lipid ubalance, levetid eksponering for sollys og ultraviolet stråling, systemisk lavere niveauer af antioxidanter, lavere makulapigment optisk tæthed (MPOD), genetik, og race2. Af disse, modificerbare risikofaktorer er rygestop, oral tilskud af antioxidanter, og carotenoider. Carotenoider er naturlige pigmenter findes i planter og mikroorganismer, og er effektive antioxidanter3. De fremstilles af fotosyntetiske organismer; mennesker får carotenoider fra deres kost3,4. Makulapigmenter består af tre carotenoider: lutein, zeaxanthin og meso-zeaxanthin4. Den xanthophylls lutein og zeaxanthin5 findes i nethinden, specielt macula, og give fovea sin gule farve6. Højere koncentrationer af xanthophylls observeres i axoner af fotoreceptorer og indre plexiform lag af nethinden5,7. Indtagelsen af carotenoider, som lutein og zeaxanthin, øger niveauet af makulapigment. Lutein og zeaxanthin er fremstillet af kostindtag eller med næringsstof tilskud, mens meso-zeaxanthin er simpelthen et biprodukt af metabolismen af lutein3,7,8. Lutein og zeaxanthin koncentrationer adskiller sig i de forskellige regioner af nethinden. Centralt, i fovea, zeaxanthin koncentration er større end lutein, med et forhold på 2,3:19,10. Koncentrationen af carotenoider falder 100 gange pr. mm i fostrets periferi, hvor lutein er mere udbredt end zeaxanthin, med et forhold på 2,4:19,10.
Tilstedeværelsen af xanthophylls i nethinden beskytter retinal kredsløb, især i fovea og macula, og er afgørende for centrale vision. Xanthophylls beskytter nethinden med to mulige mekanismer: 1) filtrering af blåt lys og 2) faldende oxidativt stress5,11,12,13. Blåt lys spreder mest i nethinden og højere niveauer af makulapigment centralt absorbere rendlet og forbedrer dermed synet. Derudover er den blå del af det synlige spektrum består af høj energi, korte bølgelængder, der kan resultere i produktion af store mængder reaktive iltarter i nethinden. Derfor menes det, at carotenoider reducere oxidative byrde på macula ved at fungere som antioxidanter i den indre nethinden og fotoreceptor retinale pigment epitelkompleks ved at slukke disse frie radikaler5,12,13,14.
Måling af retinale carotenoider har større konsekvenser i systemisk sundhed. En nylig undersøgelse viste, at carotenoide behandling forbedrer retinal funktion hos diabetikere uden ændringer i blodsukkerniveauet15. Niveauet af carotenoide tæthed i nethinden er også stærkt korreleret med niveauerne i hjernen16. Carotenoide niveauer kan være afgørende i de udviklingsmæssige år17,18,og niveauer i hjernen falde med alderen19. MPOD niveauer er relateret til neurobeskyttelse og neurale effektivitet hos både børn og ældre20,21. Der er således behov for at måle MPOD og dens karakteristika klinisk. Dette vil spille en rolle i diagnose, ledelse og behandling af forskellige okulære og systemiske forhold7,15,16,17,18,19,20,21.
De nuværende kommercielt tilgængelige MPOD måleteknologier er heterokromatiske flimmer fotometre (HFP), som er baseret på psykofysiske test. Disse måler en 1 graders patch på fovea, hvilket svarer til en ~ 0,30 mm diameter cirkel22. Selv om disse typer af udstyr har vist sig at være pålidelige, er de begrænset af deres subjektive karakter, er tidskrævende at bruge, og er ude af stand til at skelne mellem de enkelte mængder af xanthophylls, der danner MPOD13,22,23,24. Mac-pigmentetrefometeret (se tabel over materialer),også kaldet et reflekteringsanlæg (se figur 1),tager fat på disse begrænsninger ved objektivt at måle MPOD og dets individuelle komponenter i lutein og zeaxanthin (xanthophylls)25. Reflektoren anvender en UV/IR filtreret og kollimeret kvartshalogenkilde til at sende en kontrolleret lysstråle til nethinden (se skemafigur 2), og de interne filtre absorberer det meste af den producerede stråling. Derfor er der ikke meget at ingen risiko for stråling for deltageren. De forskellige kromosoer og strukturer i det menneskelige øje og de tilsvarende absorptions – og refleksionsmønstre er godt beskrevet i litteraturen26,27,28. Analyse af det reflekterede lys, der behandles af det interne spektrometer, giver mulighed for kvantitativ isolering og måling af lutein og zeaxanthinoptiske tætheder (L-OD, Z-OD) sammen med den samlede MPOD. Den tredje retinale carotenoide meso-zeaxanthin er spectrally umulig at skelne fra zeaxanthin og dermed Z-OD repræsenterer en kombination af begge carotenoider29. Tidligere arbejde har vist, at det er pålideligt, når det drejer sig om måling af det centrale L-OD, Z-OD og MPOD25,29.
Formålet med den nuværende undersøgelse er at skabe en teknik, der kan anvendes til at producere in vivo skøn over zeaxanthin og lutein niveauer i føveal og parafoveal retinal regioner hos mennesker. Yderligere mål er at sammenligne resultaterne med tidligere offentliggjorte laboratorie – og histologiresultater14,29. Den tilgang, der er udviklet og beskrevet i dette manuskript og dets udnyttelse sammen med refleksionsprøve for at måle den perifoveal MPOD er ny. Denne teknik kan anvendes sammen med enhver eksisterende reflekterienhed uden større ændringer for at måle retinale niveauer af individuelle carotenoider, såsom L-OD og Z-OD, på forskellige føveal- og parafovealsteder.
Undersøgelsen, der præsenteres i dette manuskript, omfatter otte deltagere fra 22-29 år. Vores metoder omfatter først at gennemføre en rutinemæssig oftalmologisk undersøgelse for at sikre, at deltagerne i undersøgelsen opfylder inklusionskriterierne. Efter at have indhentet informeret samtykke gennemgik hver forsøgsdeltager følgende fire test: 1) en kommercielt tilgængelig heterokromatisk flimmerfotometerenhed blev udnyttet til at opnå en central MPOD-måling; 2) en reflekterenhed blev udnyttet til at opnå to centrale målinger; 3) ved hjælp af samme reflekteranordning i forbindelse med det perifere sporsystem var målinger af carotenoide niveauer ved en 1-graders excentricitet, dvs. 4) ved hjælp af samme set-up, carotenoide niveauer på en 2 graders excentricitet, en 0,30 mm diameter cirkel placeret på kanten af fovea (en parafoveal region), blev også målt.
MPR-målingerne blev udført efter at have udvidet hver deltagers elev med 1% tropicamid oftalmologiske dråber. Det er kendt, at pupillary dilatation ikke er nødvendig for at opnå MPOD værdier ved hjælp af reflektri, men det kan forbedre repeterbarheden af L-OD og Z-OD målinger25,29. Dette skyldes muligvis, at målinger fra nethinden ved hjælp af reflektoren havde bedre signal-støj-forhold, når eleverne blev udvidet. For de nøjagtige og stabile perifere refleksionsmålinger brugte deltagerne fikseringsmål, der blev placeret ved optisk uendelighed30,31.
Vi opnåede reflektermålinger for 30 s og kasserede de første 10 s data. Denne procedure har to fordele: 1) signalkilden er lys og giver øjnene mulighed for at tilpasse sig og tilpasse sig opgaven; og 2) vigtigst af alt, fotoreceptor pigment blegemidler i løbet af de første 10 s. Derfor giver eliminering af de første 10 s måling mulighed for et mere stabilt og præcist signal29. Vi udførte alle refleksionsprøver to gange i denne undersøgelse, hvorefter vi i gennemsnit viste målingerne for at opnå gennemsnitlige MPOD-, L-OD- og Z-OD-værdier og forholdet mellem Z-OD/ L-OD for hver deltager.
Vores undersøgelse illustrerer teknikken og metoden til at udføre in vivo MPOD målinger på forskellige føveal og parafoveal regioner ved hjælp af et reflekteret enhed. Vi udviklede og kalibrerede et perifert sporsystem for at opnå målinger ved 1 grad og 2 grader fra den centrale fiksering. Vores undersøgelsesresultater viser, at MPOD, L-OD og Z-OD kan måles i forskellige føveal- og parafovealområder ved hjælp af denne protokol ved optisk uendelighed. Protokollen kan tilpasses til kortere afstande, når lange rum ikke er tilgængelige på en klinik. I så fald vil det imidlertid være nødvendigt med en pupillarydilatation for at kontrollere aktiv indkvartering (se tabel 1).
Der er to kritiske trin, når du udfører dette eksperiment: 1) 0 graders kalibrering og 2) den sorte kalibrering. Når du bruger det perifere sporsystem til at måle MPOD og dets bestanddele uden for midten, er den eksterne fiksering til 0 graders kalibrering eller fvealmåling af allerstørste betydning. Hvis den deltager, hvis øje måles, ikke forstår denne procedure eller ikke kan udføre de nødvendige trin, vil målingerne blive kompromitteret og fejlagtige. Den sorte kalibrering er også kritisk, fordi den gør det muligt for MPR at etablere en baseline spektrometermåling, når der ikke er lys til stede, som enheden derefter sammenligner med alle værdier fra motivet. Derfor er den sorte kalibrering et must for hver deltager.
Vores undersøgelsesresultater viser , at de centrale MPOD-niveauer matcher data fra tidligere offentliggjorte eksperimentelle og histologiske undersøgelser7,10,14. Desuden fandt vi, at niveauet for MPOD falde med stigende retinal excentricitet, med MPOD værdier er større på føveal i forhold til parafoveal regionen. Lutein og zeaxanthin niveauer varierer også på forskellige retinale steder med lutein og zeaxanthin nøgletal skiftende som en funktion af excentricitet. Vi fandt centrale L-OD og Z-OD nøgletal 1:2.6, som ændrede sig til 2,08:1 ved 2 grader fra central fiksering. Dette er i overensstemmelse med rapporter fra tidligere undersøgelser10,29. Vi fandt, at lutein og zeaxanthin niveauer viste betydelige interindividual variation. Tidligere laboratorieforsøg i vivo har kun evalueret tre forsøgspersoner, og der er begrænset information på dette område29. Hvis den betydelige interindividuelle variation af niveauer af carotenoider er korrekt, så ville dette støtte behovet for at opnå baseline foranstaltninger af carotenoider og skræddersy individuelle kosttilskud. Yderligere forskning vil være nødvendig for at bekræfte denne konstatering af høj interindividuel variation af lutein og zeaxanthin niveauer hos raske personer. Tidligere publikationer og arbejde med denne MPR-enhed viser, at der kan opnås repeterbare målinger for MPOD under både uforstørrede og udvidede pupillaryforhold, selv om repeterbarheden af L-OD- og Z-OD-målinger blev forbedret, da eleverne blev udvidet25. I denne undersøgelse udførte vi alle MPR-målinger med udvidede elever. Da carotenoide niveauerne er lavere i fostrets periferi og parafovealregion, kan det være vigtigt at spile eleven for konsekvent signalstyrke og pålidelige perifere målinger.
Vi prøvede forskellige metoder, og i sidste ende udviklet og testet vores spor system. Det viste sig at være den mest effektive måde at opnå pålidelige resultater på. Systemet blev testet ved at undersøge tre deltagere flere gange for at se, om lignende resultater kunne opnås med hvert forsøg. Dette omfattede måling af deltagerne ved tre forskellige lejligheder over en periode på to måneder. Andre metoder forsøgt omfattede ændring af refleksionsbriller ved at skabe et dæksel med forskæring slidser på 0, 1 og 2 grader off center. Denne teknik viste sig ineffektiv, fordi slidserne var for tæt sammen for et emne, der kunne skelnes tilstrækkeligt.
Der er flere begrænsninger i denne undersøgelse. Undersøgelsen kræver, at forsøgspersonerne har normal kikkert. Dette sikrer, at motivet vil være i stand til at fiksere på målet, mens det andet øje måles. Forsøgspersoner, der ikke opfylder dette kriterium, vil ikke være i stand til at overholde instruktionerne, vil ikke fiksere ordentligt, mens de engagerer stimulusen, og kan ikke måles med succes ved hjælp af denne teknik. Sporsystemet var pålideligt, men dets begrænsninger kunne behandles i fremtidige undersøgelser. Protokollen kan forbedres ved at have indbyggede røde LED fikseringslamper med en del af et Badal optometersystem som en del af reflekteret. Dette ville gøre det muligt for deltageren at fiksere på den ønskede excentricitet med øjet måles med passende indkvartering af linsen.
På nuværende tidspunkt er der ingen alternative teknikker til at måle in vivo L-OD og Z-OD. Der findes dog alternative enheder, der måler MPOD. En sådan enhed er den heterokromatiske flimmer fotometer, der anvendes i denne undersøgelse. Den heterokromatiske flimmer fotometer anvender en psykofysisk metode til test og kan ikke bestemme individuelle lutein og zeaxanthin værdier. De centrale MPOD-målinger, der blev opnået ved hjælp af et heterokromatisk flimmerfotometer, var i gennemsnit 0,11 lavere end dem, der blev opnået ved MPR-enheden med en standardafvigelse på 0,16. MPOD-målingen, der blev opnået ved hjælp af begge teknikker, havde en fremragende korrelation som rapporteret tidligere25.
Selv om den nuværende undersøgelse har en lille stikprøvestørrelse, var formålet at bevise, at perifere målinger af zeaxanthin og luteinoptisk tæthed kan opnås ved hjælp af en reflektrienhed. Så vidt vi ved, har andre in vivo-undersøgelser haft betydeligt mindre stikprøvestørrelser end den prøve, der blev anvendt i denne undersøgelse. Derfor er vi overbeviste om, at vores resultater viser, at in vivo carotenoide tæthed kan måles ved foveola, foveal periferi, og parafoveal region ved hjælp af et reflektor. Vores undersøgelse kaster yderligere lys over, hvordan zeaxanthin og lutein niveauer er fordelt i de centrale og perifere makularegioner inden for den menneskelige nethinden. Fordi vi fandt en bemærkelsesværdig variation af værdierne blandt vores deltagere i undersøgelsen, er der behov for større undersøgelser både in vivo og in vitro for bedre at forstå lutein- og zeaxanthinfordeling, niveauer og nøgletal inden for den almindelige befolkning.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker WesternU College of Optometry og Master of Science in Medical Sciences program på WesternU for deres bistand og støtte. Vi takker også ZeaVision for deres generøse støtte og finansiering.
1-1/4-in x 36-in Silver Under Door Threshold | Frost King LLC | 77578013947 | Any adjustable strip that can be mounted on a wall will suffice. |
Black electrical tape | 3M Company | 054007-00053 | Used to adjust fixation light to create a 1cm by 1cm region. |
LED lights with remote control | Elfeland LLC | ELFELANDhoasupic1295 | Any small red fixation LED light with remote control that can be mounted to track will suffice. |
Macular Pigment Reflectometer | Zeavision LLC | N/A | Prototype not available for sale. |
Quantifeye Macular Pigment Spectromter 2 | Zeavision LLC | Catalog Number N/A | Only model available from Zeavision LLC. |
Ultra Gel Control 4g Super Glue | Henkel AG & Company | 1405419 | Used to fix LED lights to track, but any strong adhesive will suffice. |
Zeavision Proprietary Reflectometry Software, native to Macular Pigment Reflectometer | Zeavision LLC | N/A | The software and algorithm are proprietary to Zeavision LLC. |