Vi presenterer en protokoll for å bestemme nivåene av generell makulapigment, lutein og zeaxanthin optisk tetthet i de sentrale og parafoveale områdene i netthinnen. Protokollen inneholder et nytt justerbart sporsystem som brukes til å måle okulær pigmentoptisk tetthet i foveal eksentrisitet.
Det makulapigmentreflektor (MPR) måler objektivt den generelle makulapigmentoptisktetthet (MPOD) og gir videre luteinoptisk tetthet (L-OD) og zeaxanthin optisk tetthet (Z-OD) i den sentrale 1-graden av fovea. En modifikasjon av teknikken ble utviklet for å evaluere in vivo karotenoid tetthet eksentrisk til fovea. Et justerbart sporsystem med røde LED-lys ble plassert 6,1 m unna deltakeren for å lette okulær fiksering. Lysene ble plassert riktig for å skape intervaller av 1 grad retinal ulikhet under reflektormålinger. Alle reflektormålinger ble oppnådd med pupillary dilatasjon. Gjennomsnittlig MPR-MPOD-verdi for den sentrale målingen var 0,593 (SD 0,161) med et L-OD til Z-OD-forhold på 1:2,61. MPR-MPOD-verdien ved 1 grad var 0,248 og gjennomsnittlig MPR-MPOD-verdi ved 2 grader i parafovealregionen var 0,143. L-OD til Z-OD-forholdet ved 1 grad og 2 grader utenfor midten var henholdsvis 1,38:1,0 og 2,08:1,0. Resultatene viser at MPOD-målinger oppnådd ved hjelp av MPR-reduksjon som en funksjon av retinal eksentrisitet og at det er en høyere konsentrasjon av zeaxanthin sentralt sammenlignet med lutein. L-OD til Z-OD-forholdet endres med foveal eksentrisitet, med to ganger mer lutein enn zeaxanthin ved 2 grader utenfor midten. Vår teknikk gir en rask in vivo metode for måling av makulapigment optisk tetthet ved ulike foveal eksentrisiteter. Resultatene er enige med tidligere publisert in vivo og in vitro xanthophyll carotenoid tetthet distribusjonsmålinger.
Aldersrelatert makuladegenerasjon (AMD) er en ledende årsak til blindhet og står for 8,7% av blindhet over hele verden1. Risikofaktorer forbundet med AMD inkluderer økende alder, kvinnelig kjønn, røyking, lys irisfarge, lipidubalanse, livstidseksponering for sollys og ultrafiolette strålinger, systematisk lavere nivåer av antioksidanter, lavere makulapigment optisk tetthet (MPOD), genetikk og rase2. Av disse er modifiserbare risikofaktorer røykeslutt, oral tilskudd av antioksidanter og karotenoider. Karotenoider er naturlige pigmenter som finnes i planter og mikroorganismer, og er effektive antioksidanter3. De er produsert av fotosyntetiske organismer; mennesker få karotenoider fra kostholdet3,4. Makulapigmenter består av tre karotenoider: lutein, zeaxanthin og meso-zeaxanthin4. Xanthophylls lutein og zeaxanthin5 finnes i netthinnen, spesielt makula, og gi fovea sin gule farge6. Høyere konsentrasjoner av xanthophylls observeres i aksoner av fotoreseptorene og indre plexiformlag av netthinnen5,7. Inntaket av karotenoider, som lutein og zeaxanthin, øker nivået av makulapigment. Lutein og zeaxanthin er hentet fra kosttilskudd eller med næringstilskudd, mens meso-zeaxanthin er rett og slett et biprodukt av metabolismen av lutein3,7,8. Lutein- og zeaxanthinkonsentrasjoner varierer i de ulike regionene av netthinnen. Sentralt, i fovea, zeaxanthin konsentrasjon er større enn lutein, med et forhold på 2,3:19,10. Konsentrasjonen av karotenoider reduserer 100 ganger per mm i fosterperiferien, hvor lutein er mer utbredt enn zeaxanthin, med et forhold på 2,4:19,10.
Tilstedeværelsen av xanthophylls i netthinnen beskytter retinal kretser, spesielt i fovea og makula, og er kritisk for sentral syn. Xanthophylls beskytte netthinnen ved to mulige mekanismer: 1) filtrering blått lys og 2) redusere oksidativt stress5,11,12,13. Blått lys sprer seg mest i netthinnen og høyere nivåer av makulapigment absorberer sentralt det spredte lyset, og forbedrer dermed synet. I tillegg består den blå delen av det synlige spekteret av høy energi, korte bølgelengder som kan resultere i produksjon av store mengder reaktive oksygenarter i netthinnen. Derfor er det antatt at karotenoider reduserer oksidativ byrde på makula ved å fungere som antioksidanter i indre netthinnen og fotoreseptor retinal pigment epitel kompleks ved å slukke disse frie radikaler5,12,13,14.
Måling av retinal karotenoider har større implikasjoner i systemisk helse. En fersk studie viste at karotenoid terapi forbedrer retinal funksjon hos diabetikere uten endringer i blodsukkernivået15. Nivåene av karotenoid tetthet i netthinnen er også sterkt korrelert med nivåene i hjernen16. Karotenoidnivåer kan være avgjørende i utviklingsårene17,18, og nivåene i hjernen avtar med19år . MPOD-nivåene er relatert til nevrobeskyttelse og nevrale effektivitet hos både barn og eldre20,21. Dermed er det behov for å måle MPOD og dens egenskaper klinisk. Dette vil spille en rolle i diagnose, ledelse og behandling av ulike okulære og systemiske forhold7,15,16,17,18,19,20,21.
De nåværende kommersielt tilgjengelige MPOD-måleteknologiene er heterochromatiske flimmerfotometer (HFP), som er basert på psykofysisk testing. Disse måler en 1 graders patch på fovea, som utgjør en ~ 0,30 mm diameter sirkel22. Mens disse typer enheter har vist seg å være pålitelige, er de begrenset av deres subjektive natur, er tidkrevende å bruke, og kan ikke skille de enkelte mengdene xanthophylls som danner MPOD13,22,23,24. Det makulapigmentreflektor (se Materialtabell),også referert til som et reflektor (se figur 1),adresserer disse begrensningene ved objektivt å måle MPOD og dens individuelle komponenter av lutein og zeaxanthin (xanthophylls)25. Reflektoren benytter en UV/IR filtrert og sammensparert kvartshalogenkilde for å sende en kontrollert lysstråle til netthinnen (se skjematisk figur 2)og de interne filtrene absorberer det meste av strålingen som produseres. Derfor er det liten eller ingen risiko for strålingseksponering for deltakeren. De ulike kromoforene og strukturene i det menneskelige øye og tilsvarende absorpsjons- og refleksjonsmønstre er godt beskrevet i litteraturen26,27,28. Analyse av det reflekterte lyset som behandles av det interne spektrometeret, gjør det mulig for kvantitativ isolasjon og måling av lutein- og zeaxanthinoptiske tettheter (L-OD, Z-OD) sammen med samlet MPOD. Den tredje retinal karotenoid meso-zeaxanthin er spektralig umulig å skille fra zeaxanthin og dermed Z-OD representerer en kombinasjon av begge karotenoider29. Tidligere arbeid har vist at reflektor en pålitelig ved måling av sentrale L-OD, Z-OD og MPOD25,29.
Formålet med den nåværende studien er å skape en teknikk som kan brukes til å produsere in vivo estimater av zeaxanthin og lutein nivåer i foveal og parafoveal retinal regioner hos mennesker. Ytterligere mål er å sammenligne funnene med tidligere publiserte laboratorie- og histologiresultater14,29. Tilnærmingen utviklet og beskrevet i dette manuskriptet og dens utnyttelse sammen med reflektor for å måle perifoveal MPOD er roman. Denne teknikken kan brukes med eksisterende reflektorenhet uten større modifikasjon for å måle retinal nivåer av individuelle karotenoider, som L-OD og Z-OD, på ulike foveale og parafoveale steder.
Studien som presenteres i dette manuskriptet omfatter åtte deltakere fra 22 til 29 år. Våre metoder inkluderer først å gjennomføre en rutinemessig oftalmisk undersøkelse for å sikre at studiedeltakerne oppfyller inkluderingskriteriene. Etter å ha fått informert samtykke, gjennomgikk hver studiedeltaker følgende fire tester: 1) en kommersielt tilgjengelig heterochromatisk flimring fotometer enhet ble benyttet for å få en sentral MPOD-måling; 2) en reflektor enhet ble benyttet for å få to sentrale målinger; 3) ved hjelp av samme reflektor enhet i forbindelse med perifert spor system, målinger av karotenoid nivåer på en 1 graders eksentrisitet, det vil si en 0,30 mm diameter sirkel, var sentrert på 0,30 mm fra den sentrale fovea; 4) ved hjelp av samme oppsett, karotenoid nivåer på en 2 graders eksentrisitet, en 0,30 mm diameter sirkel plassert på kanten av fovea (en parafoveal region), ble også målt.
MPR-målingene ble utført etter å ha fortynnet hver deltakers elev med 1% tropicamid oftalmiske dråper. Det er kjent at pupillary dilatasjon ikke er nødvendig for å få MPOD-verdier ved hjelp av reflektor, men det kan forbedre repeterbarheten til L-OD og Z-OD målinger25,29. Dette skyldes muligens det faktum at målinger hentet fra netthinnen ved hjelp av reflektoren hadde bedre signal-til-støy-forhold når elevene ble utvidet. For nøyaktige og stabile perifere reflektormålinger brukte deltakerne fikseringsmål som ble plassert ved optisk uendelighet30,31.
Vi oppnådde reflektormålinger for 30 s og kasserte de første 10 s data. Denne prosedyren har to fordeler: 1) signalkilden er lys og gjør det mulig for øynene å tilpasse seg og tilpasse seg oppgaven; og 2) viktigst, fotoreseptorpigmentbleker i løpet av de første 10 s. Derfor gir eliminering av de første 10 s av målingen et mer stabilt og nøyaktig signal29. Vi utførte alle reflektortester to ganger i den nåværende studien, hvoretter vi i gjennomsnitt hadde målinger for å oppnå gjennomsnittlige MPOD-, L-OD- og Z-OD-verdier og forholdet mellom Z-OD/ L-OD for hver deltaker.
Vår studie illustrerer teknikken og metodikken for å utføre in vivo MPOD-målinger i ulike foveale og parafoveale regioner ved hjelp av en reflektorenhet. Vi utviklet og kalibrert et perifert sporsystem for å oppnå målinger ved 1 grad og 2 grader fra den sentrale fikseringen. Våre studieresultater viser at MPOD, L-OD og Z-OD kan måles i ulike foveale og parafoveale regioner ved hjelp av denne protokollen ved optisk uendelighet. Protokollen kan tilpasses for kortere avstander når lange rom ikke er tilgjengelige på en klinikk. I så fall vil imidlertid pupillary dilatasjon være nødvendig for å kontrollere aktiv innkvartering (se tabell 1).
Det er to kritiske trinn når du utfører dette eksperimentet: 1) 0 graders kalibrering og 2) den svarte kalibreringen. Når du bruker det perifere sporsystemet til å måle MPOD og dets bestanddeler utenfor midten, er den eksterne fikseringen for 0-graders kalibrering eller fovealmåling av største betydning. Hvis deltakeren hvis øye måles ikke forstår denne prosedyren eller ikke kan utføre de nødvendige trinnene, vil målingene bli kompromittert og feilaktig. Den svarte kalibreringen er også kritisk fordi den gjør det mulig for MPR å etablere en baseline spektrometermåling når det ikke finnes lys, som enheten deretter sammenligner med alle verdier som er hentet fra emnet. Derfor er den svarte kalibreringen et must for hver deltaker.
Våre studieresultater indikerer at de sentrale MPOD-nivåene samsvarermed data fra tidligere publiserte eksperimentelle og histologiske studier7,10,14. Videre fant vi at nivåene for MPOD avtar med økende retinal eksentrisitet, med MPOD-verdier større på foveal sammenlignet med parafoveal regionen. Lutein- og zeaxanthin-nivåene varierer også på forskjellige retinal steder med lutein- og zeaxanthin-forhold som endres som en funksjon av eksentrisitet. Vi fant sentrale L-OD- og Z-OD-forhold på 1:2.6, som endret til 2,08:1 ved 2 grader fra sentral fiksering. Dette er i samsvar med rapporter fra tidligere studier10,29. Vi fant at lutein- og zeaxanthin-nivåene viste betydelig interindividuell variasjon. Tidligere in vivo laboratorieforsøk har evaluert bare tre forsøk og det er begrenset informasjon i dette området29. Hvis den betydelige interindividuelle variasjonen av nivåer av karotenoider er riktig, vil dette støtte behovet for å oppnå baseline tiltak av karotenoider og skreddersy individuelle kosttilskudd. Videre forskning vil være nødvendig for å bekrefte dette funnet av høy interindividual variasjon av lutein og zeaxanthin nivåer hos friske individer. Tidligere publikasjoner og arbeid med denne MPR-enheten viser at repeterbare målinger kan oppnås for MPOD i både uforsonlige og utvidede elevllære forhold, selv om repeterbarheten til L-OD- og Z-OD-målinger ble forbedret da elevene ble utvidet25. I den foreliggende studien utførte vi alle MPR-målinger med utvidede elever. Gitt at karotenoidnivåene er lavere i fosterperiferien og parafovealregionen, kan det være viktig å utvide eleven for konsekvent signalstyrke og pålitelige periferimålinger.
Vi prøvde ulike metoder, og til slutt utviklet og testet vårt sporsystem. Det viste seg å være den mest effektive måten å oppnå pålitelige resultater på. Systemet ble testet ved å undersøke tre deltakere flere ganger for å se om lignende resultater kunne oppnås med hvert forsøk. Dette inkluderte å måle deltakerne ved tre separate anledninger over en to måneders periode. Andre metoder som ble forsøkt inkluderte endring av reflektorokularet ved å lage et deksel med forhåndskuttede åpninger ved 0, 1 og 2 grader utenfor midten. Denne teknikken viste seg ineffektiv fordi slissene var for tett sammen for et emne for tilstrekkelig skille.
Det er flere begrensninger i denne studien. Studien krever at fagene har normal kikkert. Dette sikrer at motivet vil kunne fiksere på målet mens det andre øyet måles. Personer som ikke oppfyller dette kriteriet vil ikke være i stand til å overholde instruksjonene, vil ikke fiksere riktig mens du engasjerer stimulansen, og kan ikke måles med hell ved hjelp av denne teknikken. Sporsystemet var pålitelig, men begrensningene kunne løses i fremtidige studier. Protokollen kan forbedres ved å ha innebygde røde LED-fikseringslys med en del av et Badal-optometersystem som en del av reflektoren. Dette ville tillate deltakeren å fiksere på ønsket eksentrisitet med øyet blir målt med passende overnatting av linse.
For øyeblikket finnes det ingen alternative teknikker for å måle in vivo L-OD og Z-OD. Det finnes imidlertid alternative enheter som måler MPOD. En slik enhet er heterochromatic flimmer fotometer som brukes i denne studien. Det heterochromatiske flimmerfotometeret bruker en psykofysisk metode for testing og kan ikke bestemme individuelle lutein- og zeaxanthin-verdier. De sentrale MPOD-målingene som ble oppnådd ved hjelp av et heterochromatisk flimmerfotometer var i gjennomsnitt 0,11 lavere enn de som ble oppnådd av MPR-enheten med et standardavvik på 0,16. MPOD-målingen som ble oppnådd ved hjelp av begge teknikkene, hadde utmerket korrelasjon som rapportert tidligere25.
Selv om den nåværende studien har en liten utvalgsstørrelse, var formålet å bevise konseptet at perifere målinger av zeaxanthin og lutein optisk tetthet kan oppnås ved hjelp av en reflektorenhet. Så vidt vi har hatt andre in vivo-studier, har andre in vivo-studier hatt betydelig mindre utvalgsstørrelser enn prøven som benyttes i denne studien. Derfor er vi sikre på at våre resultater viser at in vivo karotenoid tetthet kan måles på foveola, foveal periferi og parafoveal region ved hjelp av et reflektor. Vår studie kaster ytterligere lys over hvordan zeaxanthin og lutein nivåer distribueres i de sentrale og perifere makulaområdene i den menneskelige netthinnen. Fordi vi fant en bemerkelsesverdig variasjon av verdiene blant våre studiedeltakere, er det behov for større studier både in vivo og in vitro for å bedre forstå lutein- og zeaxanthin-fordeling, nivåer og forhold i den generelle befolkningen.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker WesternU College of Optometry og Master of Science in Medical Sciences-programmet ved WesternU for deres hjelp og støtte. Vi takker også ZeaVision for deres sjenerøse 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. |