Mesure des caroténoïdes à Perifovea à l'aide du réflectomètre pigmentaire maculaire
Summary
Nous présentons un protocole pour déterminer les niveaux du pigment maculaire global, de la lutéine, et de la densité optique de zéaxanthine dans les régions centrales et parafoveals de la rétine. Le protocole comprend un nouveau système de voie réglable utilisé pour mesurer la densité optique des pigments maculaires dans l’excentricité foveineuse.
Abstract
Le réflectomètre de pigment maculaire (MPR) mesure objectivement la densité optique de pigment maculaire global (MPOD) et fournit en outre la densité optique de lutéine (L-OD) et la densité optique de zéaxanthine (Z-OD) dans le 1 degré central du fovea. Une modification de la technique a été développée pour évaluer la densité caroténoïde in vivo excentrique à la fovea. Un système de voie réglable avec des feux ROUGES de LED a été placé 6.1 m loin du participant pour faciliter la fixation oculaire. Les lumières ont été espacées convenablement pour créer des incréments de 1 degré de disparité rétinienne pendant les mesures de réflectométrie. Toutes les mesures de réflectométrie ont été obtenues avec la dilatation pupillaire. La valeur moyenne MPR-MPOD pour la mesure centrale était de 0,593 (SD 0,161) avec un rapport L-OD/Z-OD de 1:2.61. La valeur MPR-MPOD à 1 degré était de 0,248 et la valeur moyenne MPR-MPOD à 2 degrés dans la région parafoveal était de 0,143. Le rapport L-OD à Z-OD à 1 degré et 2 degrés au centre était de 1,38:1.0 et 2.08:1.0, respectivement. Les résultats démontrent que les mesures de MPOD obtenues en utilisant la diminution de MPR en fonction de l’excentricité rétinienne et qu’il y a une concentration plus élevée de zéaxanthine centralement comparée à la lutéine. Le rapport L-OD à Z-OD change avec l’excentricité foveineuse, avec deux fois plus de lutéine que de zéaxanthine à 2 degrés au centre. Notre technique fournit avec succès une méthode in vivo rapide pour la mesure de la densité optique de pigment maculaire à diverses excentricités foveineales. Les résultats concordent avec les mesures de distribution de la densité carotenoïde xanthophyll in vivo et in vitro publiées antérieurement.
Introduction
La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est l’une des principales causes de cécité et représente 8,7 % de la cécité dans le monde1. Les facteurs de risque associés à la DMLA comprennent l’augmentation de l’âge, le sexe féminin, le tabagisme, la couleur de l’iris clair, le déséquilibre lipidique, l’exposition à vie au soleil et aux rayons ultraviolets, des niveaux systémiquement inférieurs d’antioxydants, une densité optique de pigment maculaire inférieur (MPOD), la génétique et la race2. Parmi ceux-ci, les facteurs de risque modifiables sont le sevrage tabagique, la supplémentation orale des antioxydants et les caroténoïdes. Les caroténoïdes sont des pigments naturels présents dans les plantes et les micro-organismes, et sont des antioxydants efficaces3. Ils sont produits par des organismes photosynthétiques; les humains obtiennent des caroténoïdes de leur régime3,4. Les pigments maculaires sont composés de trois caroténoïdes : la lutéine, la zéaxanthine et la méso-zéaxanthine4. Les xanthophylls lutéine et zéaxanthine5 se trouvent dans la rétine, en particulier la macula, et donner à la fovea sa couleur jaune6. Des concentrations plus élevées de xanthophylls sont observées dans les axones des photorécepteurs et les couches plexiformes internes de la rétine5,7. La prise de caroténoïdes, comme la lutéine et la zéaxanthine, augmente le niveau de pigment maculaire. La lutéine et la zéaxanthine sont obtenues à partir de l’apport alimentaire ou avec la supplémentation en nutriments, tandis que la méso-zéaxanthine est tout simplement un sous-produit du métabolisme de la lutéine3,7,8. Les concentrations de lutéine et de zéaxanthine diffèrent dans les différentes régions de la rétine. Centralement, dans la fovea, la concentration de zéaxanthine est supérieure à celle de la lutéine, avec un rapport de 2,3:19,10. La concentration de caroténoïdes diminue de 100 fois par mm dans la périphérie foveineuse, où la lutéine est plus répandue que la zéaxanthine, avec un rapport de 2,4:19,10.
La présence de xanthophylls dans la rétine protège les circuits rétiniens, en particulier dans la fovea et la macula, et est critique pour la vision centrale. Les xanthophylls protègent la rétine par deux mécanismes possibles : 1) filtrant la lumière bleue et 2) diminuant le stress oxydatif5,11,12,13. La lumière bleue se disperse le plus dans la rétine et des niveaux plus élevés de pigment maculaire absorbent centralement la lumière dispersée, améliorant ainsi la vision. En outre, la partie bleue du spectre visible est composée de hautes énergies, de courtes longueurs d’onde qui peuvent entraîner la production de quantités excessives d’espèces réactives d’oxygène dans la rétine. Par conséquent, on pense que les caroténoïdes réduisent le fardeau oxydatif sur la macula en agissant comme antioxydants dans la rétine intérieure et le complexe épithélial de pigment rétinien de photorécepteur en étanchant ces radicaux libres5,12,13,14.
La mesure des caroténoïdes rétiniens a de plus grandes implications dans la santé systémique. Un essai récent a montré que la thérapie caroténoïde améliore la fonction rétinienne chez les diabétiques sans aucune altération des niveaux de glucose sanguin15. Les niveaux de densité caroténoïde dans la rétine sont également fortement corrélés avec les niveaux dans le cerveau16. Les niveaux de caroténoïde peuvent être cruciaux dans les années de développement17,18, et les niveaux dans le déclin du cerveau avec l’âge19. Les niveaux de MPOD sont liés à la neuroprotection et l’efficacité neuronale chez les enfants et les personnes âgées20,21. Il est donc nécessaire de mesurer le MPOD et ses caractéristiques cliniquement. Cela jouera un rôle dans le diagnostic, la gestion et le traitement de diverses affections oculaires et systémiques7,15,16,17,18,19,20,21.
Les technologies actuelles de mesure DU MPOD disponibles dans le commerce sont des photomètres hétérochromatiques (HFP), qui sont basés sur des tests psychophysiques. Ceux-ci mesurent un patch de 1 degré sur le fovea, qui s’élève à un cercle de diamètre de 0,30 mm22. Bien que ces types d’appareils se soient avérés fiables, ils sont limités par leur nature subjective, prennent du temps à utiliser et sont incapables de distinguer les quantités individuelles de xanthophylls qui forment le MPOD13,22,23,24. Le réflectomètre pigmentaire maculaire (voir Tableau des matériaux), également appelé réflectomètre (voir figure 1), aborde ces limitations en mesurant objectivement le MPOD et ses composants individuels de lutéine et de zéaxanthine (xanthophylls)25. Le réflectomètre utilise une source d’halogène de quartz filtrée ET collimated UV/IR pour envoyer un faisceau lumineux contrôlé à la rétine (voir la figureschématique 2 ) et les filtres internes absorbent la majeure partie du rayonnement produit. Par conséquent, il y a peu ou pas de risque d’exposition aux rayonnements pour le participant. Les différents chromophores et structures dans l’œil humain et les modèles d’absorption et de réflectance correspondants sont bien décrits dans la littérature26,27,28. L’analyse de la lumière réfléchie traitée par le spectromètre interne permet l’isolement quantitatif et la mesure des densités optiques de lutéine et de zéaxanthine (L-OD, Z-OD) avec le MPOD global. Le troisième méso-zéaxanthine caroténoïde rétinien est spectaltine indiscernable de la zéaxanthine et donc le Z-OD représente une combinaison des deux caroténoïdes29. Les travaux antérieurs ont montré que la réflectométrie était fiable lors de la mesure du L-OD central, de la Z-OD et du MPOD25,29.
Le but de la présente étude est de créer une technique qui peut être utilisée pour produire des estimations in vivo des niveaux de zéaxanthine et de lutéine dans les régions rétiniennes foveales et parafovealchez-elles chez l’homme. D’autres objectifs sont de comparer les résultats aux résultats de laboratoire et d’histologie précédemment publiés14,29. L’approche développée et décrite dans ce manuscrit et son utilisation aux côtés de la réfététométrie pour mesurer le MPOD perifoveal est nouvelle. Cette technique peut être utilisée avec n’importe quelle unité de réflectométrie existante sans modification majeure pour mesurer les niveaux rétiniens des caroténoïdes individuels, tels que L-OD et Z-OD, à divers endroits fovel et parafoveal.
L’étude présentée dans ce manuscrit comprend huit participants âgés de 22 à 29 ans. Nos méthodes comprennent d’abord la réalisation d’un examen ophtalmique de routine pour s’assurer que les participants à l’étude répondent aux critères d’inclusion. Après avoir obtenu le consentement éclairé, chaque participant à l’étude a subi les quatre tests suivants : 1) un dispositif de photomètre à scintillement hétérocrose hétérocromatique disponible dans le commerce a été utilisé pour obtenir une mesure centrale du MPOD; 2) un dispositif de réflectomètre a été utilisé pour obtenir deux mesures centrales ; 3) utilisant le même dispositif de réflectomètre en conjonction avec le système périphérique de voie, mesures des niveaux de caroténoïde à une excentricité de 1 degré, qui est un cercle de 0.30 millimètres de diamètre, a été centrée à 0.30 millimètres du fovea central ; 4) utilisant le même configuration, des niveaux de caroténoïde à une excentricité de 2 degrés, un cercle de 0.30 millimètres de diamètre placé au bord de la fovea (une région parafoveal), ont été également mesurés.
Les mesures de MPR ont été exécutées après dilatation de l’élève de chaque participant avec des gouttes ophtalmiques de 1% de tropicamide. On sait que la dilatation pupillaire n’est pas nécessaire pour obtenir des valeurs MPOD en utilisant la réflectométrie, mais elle peut améliorer la répétabilité des mesures L-OD et Z-OD25,29. Cela est peut-être dû au fait que les mesures obtenues à partir de la rétine à l’aide du réflectomètre avaient un meilleur rapport signal-bruit lorsque les pupilles étaient dilatées. Pour les mesures de réflectométrie périphériques précises et stables, les participants ont utilisé des cibles de fixation qui ont été placées à l’infini optique30,31.
Nous avons obtenu des mesures de réflectomètre pour 30 s et jeté les 10 premiers s de données. Cette procédure présente deux avantages : 1) la source du signal est lumineuse et permet aux yeux de s’adapter et de s’adapter à la tâche; et 2) plus important encore, le pigment photorécepteur blanchit pendant les 10 premiers s. Par conséquent, l’élimination des 10 premiers s de mesure permet un signal plus stable et précis29. Nous avons effectué deux fois des tests de réfététométrie dans la présente étude, après quoi nous avons fait la moyenne des mesures pour obtenir des valeurs moyennes de MPOD, de L-OD et de Z-OD et le rapport z-OD/L-OD pour chaque participant.
Protocol
Representative Results
Discussion
Notre étude illustre la technique et la méthodologie pour effectuer des mesures in vivo de MPOD à diverses régions foveal et parafoveal utilisant un dispositif de réflectomètre. Nous avons développé et calibré un système périphérique de voie pour obtenir des mesures à 1 degré et 2 degrés de la fixation centrale. Les résultats de notre étude montrent que le MPOD, le L-OD et le Z-OD peuvent être mesurés dans diverses régions foveales et parafoveales à l’aide de ce protocole à l’infini optique. Le protocole pourrait être adapté pour des distances plus courtes lorsque de longues salles ne sont pas disponibles dans une clinique. Dans ce cas, cependant, la dilatation pupillaire sera nécessaire pour contrôler l’hébergement actif (voir le tableau 1).
Il y a deux étapes critiques lors de l’exécution de cette expérience : 1) l’étalonnage de 0 degré et 2) l’étalonnage noir. Lors de l’utilisation du système de voie périphérique pour mesurer le MPOD et ses constituants hors centre, la fixation externe pour l’étalonnage de 0 degré ou la mesure foveineuse est de la plus haute importance. Si le participant dont l’œil est mesuré ne comprend pas cette procédure ou ne peut pas effectuer les étapes nécessaires, les mesures seront compromises et erronées. L’étalonnage noir est également critique car il permet au MPR d’établir une mesure de base du spectromètre lorsqu’il n’y a pas de lumière, que l’appareil compare ensuite à toutes les valeurs obtenues à partir du sujet. Par conséquent, l’étalonnage noir est un must pour chaque participant.
Les résultats de notre étude indiquent que les niveaux centraux de MPOD correspondent aux données des études expérimentales et histologiques publiéesprécédentes 7,10,14. En outre, nous avons constaté que les niveaux pour le déclin de MPOD avec l’excentricité rétinienne croissante, avec des valeurs de MPOD étant plus grandes au foveal comparé à la région parafoveal. Les niveaux de lutéine et de zéaxanthine varient également à différents endroits rétiniens avec les rapports de lutéine et de zéaxanthine changeant en fonction de l’excentricité. Nous avons trouvé des ratios lïd et Z-OD centraux de 1:2.6, qui ont changé à 2.08:1 à 2 degrés de fixation centrale. Ceci est compatible avec les rapports des études précédentes10,29. Nous avons constaté que les niveaux de lutéine et de zéaxanthine ont montré la variation interindividuelle considérable. Les expériences antérieures en laboratoire in vivo n’ont évalué que trois sujets et il y a peu d’information dans ce domaine29. Si la variation interindividuelle significative des niveaux des caroténoïdes est correcte, alors ceci soutiendrait la nécessité d’obtenir des mesures de base des caroténoïdes et de adapter des suppléments individuels. D’autres recherches seront nécessaires pour confirmer cette constatation d’une variabilité interindividuelle élevée des niveaux de lutéine et de zéaxanthine chez les personnes en bonne santé. Des publications antérieures et des travaux avec ce dispositif MPR montrent que des mesures répétables peuvent être obtenues pour le MPOD dans des conditions pupilles non dilatés et dilatées, bien que la répétabilité des mesures L-OD et Z-OD ait été améliorée lorsque les élèves étaient dilatés25. Dans la présente étude, nous avons effectué toutes les mesures de MPR avec des pupilles dilatées. Étant donné que les niveaux de caroténoïdes sont plus faibles à la périphérie foveale et la région parafoveal, il peut être essentiel de dilater la pupille pour une résistance constante du signal et des mesures périphériques fiables.
Nous avons essayé différentes méthodes, et finalement développé et testé notre système de piste. Il s’est avéré être le moyen le plus efficace pour obtenir des résultats fiables. Le système a été mis à l’essai en examinant trois participants plusieurs fois pour voir si des résultats similaires pouvaient être atteints à chaque tentative. Il s’agissait notamment de mesurer les participants à trois reprises sur une période de deux mois. D’autres méthodes tentées ont inclus la modification de l’oculaire de réflectométrie en créant une couverture avec des fentes prédécoupées à 0, 1, et 2 degrés outre du centre. Cette technique s’est avérée inefficace parce que les fentes étaient trop proches l’une de l’autre pour qu’un sujet se distingue adéquatement.
Il y a plusieurs limites dans cette étude. L’étude exige que les sujets aient une jumelle normale. Cela garantit que le sujet sera en mesure de fixer sur la cible pendant que l’autre œil est mesuré. Les sujets qui ne satisfont pas à ce critère ne seront pas en mesure de se conformer aux instructions, ne fixeront pas correctement tout en engageant le stimulus, et ne peuvent pas être mesurés avec succès en utilisant cette technique. Le système de voie était fiable, mais ses limites pourraient être abordées dans de futures études. Le protocole pourrait être amélioré en ayant intégré des feux de fixation LED rouges avec une partie d’un système d’optomètre Badal dans le cadre du réflectomètre. Cela permettrait au participant de fixer à l’excentricité désirée avec l’œil étant mesuré avec l’accommodement approprié de la lentille.
À l’heure actuelle, il n’existe pas d’autres techniques pour mesurer in vivo L-OD et Z-OD. Cependant, d’autres dispositifs qui mesurent le MPOD existent. L’un de ces dispositifs est le photomètre hétérochromatique de scintillement utilisé dans cette étude. Le photomètre heterochromatic scintilleur utilise une méthode psychophysique de test et ne peut pas déterminer les valeurs individuelles de lutéine et de zéaxanthine. Les mesures centrales de MPOD obtenues à l’aide d’un photomètre hétérochromatique de scintillement étaient en moyenne 0,11 inférieures à celles obtenues par le dispositif MPR avec un écart standard de 0,16. La mesure DEPj obtenue à l’aide des deux techniques avait une excellente corrélation comme indiqué précédemment25.
Bien que l’étude actuelle ait une petite taille d’échantillon, son but était de prouver le concept que des mesures périphériques de la densité optique de zéaxanthine et de lutéine peuvent être obtenues à l’aide d’un dispositif de réfététométrie. À notre connaissance, d’autres études in vivo ont eu des tailles d’échantillon sensiblement plus petites que l’échantillon utilisé dans cette étude. Par conséquent, nous sommes confiants que nos résultats démontrent que la densité caroténoïde in vivo peut être mesurée à la foveola, à la périphérie foveineuse et à la région parafoveal à l’aide d’un réflectomètre. Notre étude jette davantage de lumière sur la façon dont les niveaux de zéaxanthine et de lutéine sont distribués dans les régions maculaires centrales et périphériques dans la rétine humaine. Parce que nous avons trouvé une variation remarquable des valeurs parmi nos participants à l’étude, de plus grandes études in vivo et in vitro sont nécessaires pour mieux comprendre la répartition de la lutéine et de la zéaxanthine, les niveaux et les ratios au sein de la population générale.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions le WesternU College of Optometry et le programme de maîtrise en sciences médicales de WesternU pour leur aide et leur soutien. Nous remercions également ZeaVision pour son généreux soutien et son financement.
Materials
| 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. |
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