Summary

Reactividad Vascular Retinal evaluada por Angiografía por Tomografía de Coherencia Óptica

Published: March 26, 2020
doi:

Summary

Este artículo describe un método para medir la reactividad de la vasculatura de la retina in vivo con sujetos humanos utilizando una técnica de provocación de respiración de gases para administrar estímulos vasoactivos mientras adquiere imágenes de la retina.

Abstract

Se ha demostrado que el suministro vascular a la retina se adapta dinámicamente a través de la vasoconstricción y la vasodilatación para adaptarse a las demandas metabólicas de la retina. Este proceso, conocido como reactividad vascular retiniana (RVR), está mediado por acoplamiento neurovascular, que se ve afectado muy temprano en enfermedades vasculares de la retina como la retinopatía diabética. Por lo tanto, un método clínicamente factible para evaluar la función vascular puede ser de interés significativo tanto en la investigación como en los entornos clínicos. Recientemente, la imagen in vivo de la vasculatura de la retina a nivel capilar ha sido posible gracias a la aprobación por la FDA de la angiografía por tomografía de coherencia óptica (OCTA), un método de angiografía no invasiva, de riesgo mínimo y sin colorante con resolución de nivel capilar. Al mismo tiempo, varios investigadores han mostrado cambios fisiológicos y patológicos en la RVR. El método que se muestra en este manuscrito está diseñado para investigar RVR utilizando OCTA sin necesidad de alteraciones en los procedimientos de diagnóstico por imágenes clínicas o dispositivo. Demuestra imágenes en tiempo real de la retina y la vasculatura de la retina durante la exposición a afecciones hipercapnicas o hiperoxicas. El examen se realiza fácilmente con dos personas en menos de 30 minutos con mínima sintenito o riesgo en el tema. Este método es adaptable a otros dispositivos de imágenes oftálmicas y las aplicaciones pueden variar en función de la composición de la mezcla de gas y la población del paciente. Una fuerza de este método es que permite una investigación de la función vascular retiniana a nivel capilar en sujetos humanos in vivo. Las limitaciones de este método son en gran medida las de OCTA y otros métodos de imágenes de retina, incluidos artefactos de imágenes y un rango dinámico restringido. Los resultados obtenidos del método son imágenes OCT y OCTA de la retina. Estas imágenes son susceptibles a cualquier análisis que sea posible en dispositivos OCT o OCTA disponibles comercialmente. El método general, sin embargo, se puede adaptar a cualquier forma de imagen oftálmica.

Introduction

La demanda metabólica de la retina depende de un suministro adecuado y constante de oxígeno proporcionado por un sistema bien regulado de arteriolas, capilares y venulas1. Varios estudios han demostrado que la función de los vasos de la retina humana de mayor calibre se puede evaluar in vivo con varios fisiológicos2,3,4,5 y farmacológicos6,7 estímulos. Además, la función anormal de este sistema vascular es común en enfermedades vasculares retinianas como la retinopatía diabética, donde se ha demostrado que la reactividad vascular de la retina (RVR) se atenúa incluso en sus primeras etapas8,,9 a través de ambos experimentos de provocación de gas9 y luz parpadeante5,,10,11. Los factores de riesgo vascular esretinia, como el tabaquismo, también se han correlacionado con la rVR12 deteriorada y el flujo sanguíneo de la retina13. Estos hallazgos son importantes ya que los síntomas clínicos de la enfermedad vascular de la retina ocurren relativamente tarde en el proceso de la enfermedad y los marcadores clínicos tempranos comprobados de la enfermedad carecen de14. Por lo tanto, la evaluación de la RVR puede proporcionar medidas útiles de integridad vascular para la evaluación temprana de anomalías que pueden iniciar o exacerbar enfermedades degenerativas de la retina.

Los experimentos anteriores de RVR generalmente se han basado en dispositivos como un caudalímetro sanguíneo láser9 o cámaras fundus equipadas con filtros especiales15 para la adquisición de imágenes de retina. Sin embargo, estas tecnologías están optimizadas para vasos de mayor diámetro como arterioles16 y ventrículos15,que no son donde se producen gases, micronutrientes y intercambio molecular. Un estudio más reciente fue capaz de cuantificar el RVR de los capilares utilizando la imagen óptica adaptativa17,pero a pesar de la resolución espacial mejorada, estas imágenes tienen un tamaño de campo más pequeño y no están aprobadas por la FDA para uso clínico18.

El reciente advenimiento de la angiografía por tomografía de coherencia óptica (OCTA) ha proporcionado un método angiográfico aprobado, no invasivo y sin colorante aprobado por la FDA para evaluar los cambios en el nivel capilar en pacientes humanos y sujetos invivo. LA OCTA es ampliamente aceptada en la práctica clínica como una herramienta eficaz para evaluar el deterioro de la perfusión capilar en enfermedades vasculares de la retina como la retinopatía diabética19,las oclusiones venosas retinianas20,vasculitis21 y muchas otras22. Por lo tanto, la OCTA ofrece una excelente oportunidad para la evaluación de los cambios en el nivel capilar, que pueden tener una heterogeneidad espacial y temporal significativa23, así como cambios patológicos, en un entorno clínico. Nuestro grupo demostró recientemente que la OCTA se puede utilizar para cuantificar la capacidad de respuesta de los vasos retinianos en el nivel capilar2 a los cambios fisiológicos en el oxígeno inspirado, que es un estímulo vasoconstrictivo de la retina16,,24,y dióxido de carbono, que es un estímulo vasodilatador de la retina3,5.

El objetivo de este artículo es describir un protocolo que permitirá al lector evaluar la reactividad vascular retiniana de las arterias más pequeñas y el lecho capilar utilizando OCTA. Los métodos se adaptan a los presentados en Lu et al.25 que describieron la medición de la reactividad cerebrovascular con imágenes por resonancia magnética. Aunque los métodos actuales fueron desarrollados y utilizados durante la imagen OCTA2, son aplicables a otros dispositivos de imágenes de retina con modificaciones relativamente simples y obvias.

Protocol

Este estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad del Sur de California y se adhirió a los principios de la Declaración de Helsinki. 1. Configuración de Aparatos de gas sin respiración Figura 1: Diagrama del aparato sin respiración. La configuración completa se ha dividido en tres unidades separ…

Representative Results

La salida de este experimento consiste en las lecturas manuales tomadas del oxímetro de pulso, el tiempo observado para la exposición a gas o escaneo OCTA y los datos de imágenes OCTA en bruto. Una imagen OCTA consiste en los pTU B-scans y la señal de decorrelación asociada con cada B-scan. Los parámetros de datos se indican según las especificaciones del dispositivo. Se utilizó una máquina OCTA de plataforma láser de origen barrido con una longitud de onda central de 1040–1060 nm. Las imágenes proporcionan …

Discussion

La metodología que acabamos de describir es el protocolo completo para un experimento de provocación de respiración de gas que permite la medición del RVR de un sujeto en un entorno controlado en momentos específicos sin modificaciones en el dispositivo de imágenes OCTA y mínima molestia o riesgo para el sujeto. Esta configuración se describe de una manera que permite modificaciones fáciles para adaptarse a las necesidades del investigador. Puede acomodar tubos adicionales para adaptarse a diferentes salas clín…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Research Grants de Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) y Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (New York, NY).

Materials

5% CO2 gas [5% CO2, 21% O2, 74% N2] (Compressed) Institution Dependent (Praxair)
Bacdown Disinfectant Detergent Decon Labs 8001 https://deconlabs.com/products/disinfectant-bdd/
Clean-Bor Tubes (35 mm Inner Diameter) Vacumed 1011-108 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&skuid=1197
Cuff adapter for Douglas bag filling Vacumed 22254 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343
Douglas bag (200-liter capacity) Harvard Apparatus 500942 https://www.harvardapparatus.com/douglas-bag.html
Elbow Joint (Inner Diameter 19mm/ Outer Diameter 22 mm), Modified in House
Fingertip Pulse Oximeter (Pro-Series) CMS CMS 500DL https://www.walmart.com/ip/Pro-Series-CMS-500DL-Fingertip-Pulse-Oximeter-Blood-Oxygen-Saturation-Monitor-with-silicon-cover-batteries-and-lanyard/479049154
Gas Delivery Tube (22 mm Inner Diameter) Modified in House
Gas filling tube (1/8" for compressed gas)
Hydrogen Peroxide Cleaner Disinfectant Wipes Clorox Healthcare 30824 https://www.cloroxpro.com/products/clorox-healthcare/hydrogen-peroxide-cleaner-disinfectants/?gclid=EAIaIQobChMIk-KG4vi15QIVcRh9Ch0NNwLPEAAYASAAEgJIa_D_BwE&gclsrc=aw.ds
Lubricant Eye Drops Refresh Refresh Plus https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-plus
Manual Directional Control Valves: Three-Way T-Shape Stopcock Type (Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2100C Series www.rudolphkc.com
Medical O2 (Compressed) Institution Dependent
Mouth piece (Silicone, Model #9061) Hans Rudolph 602076 www.rudolphkc.com
OCTA Imaging Device (PLEX Elite 9000) Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA, USA https://www.zeiss.com/meditec/int/product-portfolio/optical-coherence-tomography-devices/plex-elite-9000-swept-source-oct.html
Phenylephrine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2.5% Paragon Bioteck, Inc NDC 42702-102-15 https://paragonbioteck.com/products/diagnostics/phenylephrine-hydrochloride-ophthalmic-solution-usp-2-5/
Plastic Nose Clip Sterile Foam CS100 Sklar Sterile 96-2951 https://www.sklarcorp.com/disposables/plastic/plastic-nose-clip-sterile-foam-box-of-100.html
Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP .5% Bausch + Lomb NDC 24208-730-06 https://www.bausch.com/ecp/our-products/rx-pharmaceuticals/generics
Regulator (tank dependent- 5% CO2: Fisherbrand Mulitstage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575150 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575150?keyword=true
Regulator (tank dependent- Oxygen: Fisherbrand Multistage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575145 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575145?keyword=true
Rubber Tubing (Inner diameter 19 mm, Outer diameter 27 mm), Made in House
Sealing tape- Parafilm Wrap (2" Wide) Cole Parmer PM992 https://www.coleparmer.com/i/parafilm-pm992-wrap-2-wide-250-ft-roll/0672050?PubID=VV&persist=True&ip=no&gclid=EAIaIQobChMInY3vqomz5QIVfyCtBh1VSg64EAAYASAAEgJ9n_D_BwE
Sterile Alcohol Prep Pads Medline MDS090670 https://www.medline.com/product/Sterile-Alcohol-Prep-Pads/Swab-Pads/Z05-PF03816
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP 1% Akorn NDC 17478-102-12 http://www.akorn.com/prod_detail.php?ndc=17478-102-12
Tubing Adapter, Made in House
Two-way non-rebreathing valve (2600 Series- Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2600 Series, UM-112078 www.rudolphkc.com

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Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. J. Vis. Exp. (157), e60948, doi:10.3791/60948 (2020).

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