JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Médecine

Misurazione dei carotenoidi in Perifovea utilizzando il Riflessometro pigmento maculare

Published: January 29, 2020
doi:
10.3791/60429
, , , ,
1College of Optometry,Western University of Health Sciences, 2ZeaVision LLC

Summary

Vi presentiamo un protocollo per determinare i livelli di pigmento maculare complessivo, luteina, e densità ottica zeaxanthin nelle regioni centrali e parafoveali della retina. Il protocollo include un nuovo sistema di binari regolabili utilizzato per misurare la densità ottica del pigmento maculare nell’eccentricità foveale.

Abstract

Il riflettometro del pigmento maculare (MPR) misura oggettivamente la densità ottica del pigmento maculare (MPOD) e fornisce ulteriormente la densità ottica della luteina (L-OD) e la densità ottica zeaxanthin (o-OD) nel grado centrale della fovea. È stata sviluppata una modifica della tecnica per valutare la densità dei carotenoidi in vivo eccentrica nella fovea. Un sistema di binari regolabile con luci LED rosse è stato posizionato a 6,1 m di distanza dal partecipante per facilitare la fissazione oculare. Le luci sono state distanziate in modo appropriato per creare incrementi di disparità retinica di 1 grado durante le misurazioni della rifleometria. Tutte le misurazioni della riflettometria sono state ottenute con dilatazione pupillare. Il valore medio MPR-MPOD per la misurazione centrale era 0,593 (SD 0,161) con un rapporto L-OD a zod pari a 1:2.61. Il valore MPR-MPOD a 1 grado era 0,248 e il valore medio di MPR-MPOD a 2 gradi nella regione parafovale era 0,143. Il rapporto L-OD a OD a 1 grado e 2 gradi fuori centro era rispettivamente 1.38:1.0 e 2.08:1.0. I risultati dimostrano che le misurazioni MPOD ottenute utilizzando la diminuzione MPR in funzione dell’eccentricità retinica e che c’è una maggiore concentrazione di zeaxanthin centralmente rispetto alla luteina. Con eccentricità foveal cambia il rapporto Da L-OD a z-OD, con due volte più di liuto che zeaxanthin a 2 gradi al centro. La nostra tecnica fornisce con successo un metodo rapido in vivo per la misurazione della densità ottica del pigmento maculare a varie eccentricità foveal. I risultati concordano con le misurazioni della distribuzione della densità dei carotenoidi in vivo e in vitro xantofilla.

Introduction

La degenerazione maculare legata all’età (AMD) è una delle principali cause di cecità e rappresenta l’8,7% della cecità in tutto il mondo1. I fattori di rischio associati all’AMD includono l’aumento dell’età, il sesso femminile, il fumo, il colore dell’iride leggera, lo squilibrio dei lipidi, l’esposizione a una vita alla luce solare e alle radiazioni ultraviolette, i livelli sistemicamente più bassi di antiossidanti, la minore densità ottica del pigmento maculare (MPOD), la genetica e la gara2. Di questi, fattori di rischio modificabili sono la cessazione del fumo, il completamento orale di antiossidanti e carotenoidi. I carotenoidi sono pigmenti naturali presenti nelle piante e nei microrganismi e sono efficienti antiossidanti3. Sono prodotti da organismi fotosintetici; gli esseri umani ottengono carotenoidi dalla loro dieta3,4. I pigmenti maculari sono composti da tre carotenoidi: luteina, zeaxanthin e meso-zeaxanthin4. La litudina xanofili e zeaxanthin5 si trovano nella retina, in particolare la macula, e danno alla fovea il suo colore giallo6. Concentrazioni più elevate di xantofille sono osservate negli assoni dei fotorecettori e strati plexiformi interni della retina5,7. L’assunzione di carotenoidi, come la luteina e la zeaxanthin, aumenta il livello di pigmento maculare. Luteina e zeaxanthin sono ottenuti dall’assunzione dietetica o con il completamento dei nutrienti, mentre la meso-zeaxanthin è semplicemente un sottoprodotto del metabolismo della luteina3,7,8. Le concentrazioni di luteina e zeaxanthin differiscono nelle varie regioni della retina. Centralmente, nella fovea, la concentrazione di zeaxanthin è maggiore di quella della luteina, con un rapporto di 2,3:19,10. La concentrazione di carotenoidi diminuisce di 100 volte per mm nella periferia fovea, dove la luteina è più diffusa della zeaxanthin, con un rapporto di 2,4:19,10.

La presenza di xantofille nella retina protegge i circuiti retinici, in particolare nella fovea e nella macula, ed è fondamentale per la visione centrale. Le xantofille proteggono la retina da due possibili meccanismi: 1) filtrando la luce blu e 2) diminuendo lo stress ossidativo5,11,12,13. La luce blu si disperde maggiormente nella retina e i livelli più elevati di pigmento maculare assorbono centralmente la luce diffusa, migliorando così la visione. Inoltre, la parte blu dello spettro visibile è composta da lunghezze d’onda ad alta energia e corte che possono provocare la produzione di quantità eccessive di specie reattive dell’ossigeno nella retina. Pertanto, si pensa che i carotenoidi riducano il carico ossidativo sulla macula agendo come antiossidanti nella retina interna e nel complesso epiteliale del pigmento retilerecettore fotorecettore staccando questi radicali liberi5,12,13,14.

La misurazione dei carotenoidi reticinei ha implicazioni maggiori nella salute sistemica. Uno studio recente ha dimostrato che la terapia carotenoide migliora la funzione della retina nei diabetici senza alterazioni ai livelli di glucosio nel sangue15. I livelli di densità carotenoide nella retina sono anche fortemente correlati con i livelli nel cervello16. I livelli di carotenoidi possono essere cruciali negli anni di sviluppo17,18, e livelli nel cervello diminuiscono con l’età19. I livelli di MPOD sono legati alla neuroprotezione e all’efficienza neurale sia nei bambini che negli anziani20,21. Pertanto, è necessario misurare clinicamente l’MPOD e le sue caratteristiche. Questo svolgerà un ruolo nella diagnosi, nella gestione e nel trattamento di varie condizioni oculari e sistemiche7,15,16,17,18,19,20,21.

Le attuali tecnologie di misura MPOD disponibili in commercio sono fotometri di sfarfallio eterocromatico (HFP), che si basano su test psicofisici. Misurano una macchia di 1 grado sulla fovea, che equivale a un cerchio di diametro di 0,30 mm22. Mentre questi tipi di dispositivi hanno dimostrato di essere affidabili, sono limitati dalla loro natura soggettiva, richiedono tempo per l’uso e non sono in grado di distinguere le singole quantità di xanthophyll che formano MPOD13,22,23,24. Il reflectometro del pigmento maculare (vedere Tabella dei materiali), noto anche come riflettore (vedere la figura 1), affronta queste limitazioni misurando oggettivamente l’MPOD e i suoi singoli componenti di luteina e zeaxanthin (xanthophyll)25. Il riflettore utilizza una fonte di alogena al quarzo filtrata e collimata UV/IR per inviare un fascio di luce controllato alla retina (vedi figura schematica 2)e i filtri interni assorbono la maggior parte delle radiazioni prodotte. Pertanto, c’è poco o nessun rischio di esposizione alle radiazioni per il partecipante. I vari cromofori e le strutture nell’occhio umano e i corrispondenti modelli di assorbimento e riflettanza sono ben descritti nella letteratura26,27,28. L’analisi della luce riflessa elaborata dallo spettrometro interno consente l’isolamento quantitativo e la misurazione delle densità ottiche di luteina e zeaxanthin (L-OD, zo-OD) insieme all’MPOD complessivo. Il terzo carotenoide reticolare meso-zeaxanthin è spettrale indistinguibile dalla zeaxanthin e quindi lo zo-OD rappresenta una combinazione di entrambi i carotenoidi29. Il lavoro precedente ha dimostrato che la riflettometria è affidabile quando si misura la misurazione di L-OD centrale, z-OD e MPOD25,29.

Lo scopo dello studio attuale è quello di creare una tecnica che può essere utilizzata per produrre stime in vivo dei livelli di zeaxanthin e luteina nelle regioni retiniali foveali e parafove negli esseri umani. Ulteriori obiettivi sono di confrontare i risultati con i risultati di laboratorio e istoologia pubblicati in precedenza14,29. L’approccio sviluppato e descritto in questo manoscritto e il suo utilizzo insieme alla riflestia per misurare l’MPOD perifoveal è nuovo. Questa tecnica può essere utilizzata con qualsiasi unità di riflestia esistente senza grandi modifiche per misurare i livelli retinici dei singoli carotenoidi, come l’OD e lo z-OD, in varie posizioni foveali e parafove.

Lo studio presentato in questo manoscritto comprende otto partecipanti di età compresa tra i 22 e i 29 anni. I nostri metodi includono prima di condurre un esame oftalmico di routine per garantire che i partecipanti allo studio soddisfino i criteri di inclusione. Dopo aver ottenuto il consenso informato, ogni partecipante allo studio è stato sottoposto ai seguenti quattro test: 1) è stato utilizzato un dispositivo fotometro a sfarfallio eterocromatico disponibile in commercio per ottenere una misurazione centrale dell’MPOD; 2) è stato utilizzato un dispositivo riflettentemetro per ottenere due misurazioni centrali; 3) utilizzando lo stesso dispositivo riflettente metro in combinazione con il sistema di binari periferici, le misurazioni dei livelli di carotenoidi ad un’eccentricità di 1 grado, cioè un cerchio di diametro di 0,30 mm, è stato centrato a 0,30 mm dalla fovea centrale; 4) utilizzando gli stessi livelli di carotenoidi a 2 gradi di eccentricità, è stato misurato anche un cerchio di diametro di 0,30 mm posto sul bordo della fovea (una regione parafoveal).

Le misurazioni MPR sono state eseguite dopo aver dilatato l’alunno di ciascun partecipante con gocce oftalmiche dell’1%. È noto che la dilatazione pupillare non è necessaria per ottenere valori MPOD utilizzando la reflectometry, ma può migliorare la ripetibilità delle misure L-OD e zo-OD25,29. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che le misurazioni ottenute dalla retina utilizzando il riflettore avevano un migliore rapporto segnale-rumore quando le pupille erano dilatate. Per le misurazioni accurate e stabili della rifleometria periferica, i partecipanti hanno utilizzato obiettivi di fissazione posizionati posizionati a30,31ottici.

Abbiamo ottenuto misurazioni riflettore per 30 s e scartato i primi 10 s di dati. Questa procedura ha due vantaggi: 1) la sorgente del segnale è luminosa e permette agli occhi di adattarsi e adattarsi al compito; e 2) soprattutto, il pigmento fotorecettore sbianca durante i primi 10 s. Pertanto, l’eliminazione dei primi 10 s di misura consente un segnale più stabile e preciso29. Abbiamo eseguito tutti i test di rifleometria due volte nel presente studio, dopo di che abbiamo fatto una media delle misurazioni per ottenere i valori medi di MPOD, L-OD e zo-OD e il rapporto di valori di OD/ L-OD per ogni partecipante.

Protocol

Tutte le materie sono state reclutate in un unico sito, la Western University of Health Sciences. Lo studio è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale presso la Western University of Health Sciences, Pomona, California, USA, e condotto in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki. Prima della partecipazione, tutti i partecipanti hanno fornito una spiegazione dettagliata dello studio e hanno firmato un modulo di consenso informato prima di qualsiasi valutazione oftalmica standard. 1. Assunzione dei partecipanti Includere i partecipanti che hanno almeno 18 anni di età e hanno un’acuità visiva di 20/40 o superiore. Includere partecipanti con condizioni clinicamente insignificanti come cataratta, drusen isolato, distacco vitreo posteriore posteriore, drusena familiare in periferia e condizioni retiniche periferiche, come la degenerazione reticolare o difetti epiteliali pigmentali retini. Assicurarsi che i partecipanti abbiano una normale binocolanza e che non abbiano soppressione32. A tale scopo, l’amministrazione di un test di soppressione32 . Si tratta di un passo cruciale perché, in assenza di binocolanza normale, i partecipanti non saranno in grado di riconoscere contemporaneamente l’obiettivo di fissazione e la misurazione della sorgente luminosa e quindi confermerebbero la posizione appropriata di misurazione nelle regioni fovea e parafove. Escludere tutti i partecipanti di età inferiore ai 18 anni, con acuità visiva peggiore di 20/40, con danni alla retina nella regione della macula (parte centrale della retina), glaucoma, retinopatia diabetica, emorragia, grave cataratta o opacità vitree che impediscono l’imaging oftalmico o le misurazioni MPR. Escludere i partecipanti che non sono in grado di eseguire le misurazioni utilizzando la fotometria eterocromatica dello sfarfallio o la riflessione, quelli per i quali i dispositivi non sono in grado di fornire valori MPOD o quelli con soppressione oculare. 2. Creazione del sistema di binari periferici (Figura 3) Ottenere una pista scivolable con un binario di alluminio lungo circa 1 m (3,5 piedi) che contiene un rientro cavo con spazio per una pista scivole, come una striscia meteorologica della porta. Montare la pista a 6,1 m (20 piedi) dal soggetto seduto al MPR per eseguire le misurazioni della riflessometria. Assicurarsi che la pista sia a 1,5 m da terra per essere alla stessa altezza dell’occhio del partecipante durante la misurazione della rifleometria. Montare tre luci LED telecomandata da 1 cm x 1 cm sulla pista scivole in modo che i centri delle luci siano distanziati a 10,7 cm di distanza l’uno dall’altro.NOTA: I 10,7 cm indicano ogni grado ed è stato determinato perché ogni luce LED è a 6,1 m di distanza dal partecipante. La distanza di 6,1 m (20 piedi) è la distanza minima per ottenere un vero e proprio infinito ottico, ma se un sistema di binari viene creato ad una distanza maggiore, la distanza tra ogni luce LED cambierebbe e una nuova distanza dovrebbe essere calcolata trigonometricamente. (Vedere tabella 1). Se vengono utilizzati meno di 6 m, si consiglia di dilatazione pupillare per ridurre al minimo l’alloggio oculare. 3. Misure con un fotometro a sfarfallio etecromatico NOTA: questo passaggio è per la raccolta di dati aggiuntivi e non è essenziale per le misurazioni periferiche utilizzando il riflettometro. Instillare lacrime artificiali in entrambi gli occhi, chiedere al partecipante di lampeggiare un paio di volte, e patch l’occhio che non è in fase di test. Spiegare la procedura al partecipante. Istruire il partecipante a guardare il bersaglio di fissaggio centrale del fotometro dello sfarfallio eterocromatico visibile attraverso l’oculare e di premere il clicker ogni volta che osserva lo sfarfallio del bersaglio. Assicurarsi che l’obiettivo di fissaggio sfarfallii per un totale di cinque volte per determinare la soglia iniziale. Visualizzare i risultati della soglia iniziale e ricordare al partecipante di fare clic sul pulsante ogni volta che la destinazione di fissaggio centrale sfarfalla mentre il test continua per 45 s a 1 min. Un grafico e un valore MPOD appariranno sul monitor di controllo insieme a un indice di affidabilità. Assicurarsi che “accettabile” venga visualizzato nell’indice di affidabilità. Ripetere il test se i risultati indicano “borderline” o “inaccettabile” fino a quando non viene ottenuto un indice di affidabilità “accettabile”. Fare clic sulla freccia verde successiva visualizzata sul monitor di controllo una volta che il partecipante ha terminato il test per salvare i risultati. 4. Procedura di misurazione centrale mediante il riflettore NOTA: I passaggi successivi porteranno alla misurazione dei singoli carotenoidi. Questa operazione viene eseguita utilizzando il riflettore. Le misurazioni centrali non devono essere eseguite per misurare le misurazioni periferiche con il riflettore. Tuttavia, le misurazioni centrali sono importanti per l’uso clinico. Inserire le informazioni del partecipante nel software di riflessometro. Fare clic sulla scheda Esegui test dell’occhio. Calibrazione BiancaNOTA: Questo è un passo fondamentale nella calibrazione dello spettrometro all’interno del dispositivo riflettentemetro al campione bianco a spettro completo. Questa operazione viene eseguita una volta al giorno quando il dispositivo viene acceso dal tecnico. Per questo passaggio non è necessario un partecipante. Fare clic sul pulsante Bianco accanto a Calibra . Inserire il tubo di calibrazione bianco sul riflettore dopo che il messaggio che indica all’utente di inserire il “tubo di calibrazione bianco” viene visualizzato sullo schermo. Fare clic su OK una volta inserito il tubo di calibrazione bianco per iniziare la calibrazione bianca. Assicurarsi che il pulsante Nero accanto a Calibrato sia stato abilitato dopo la visualizzazione del messaggio Calibrazione bianca riuscita sullo schermo. Calibrazione nera Instillare una goccia di lacrime artificiali negli occhi del partecipante e farli posizionare il mento sul mento poggia. Indicare al partecipante di posizionare l’occhio vicino alla coppa degli occhi. Utilizzando il joystick, posizionare delicatamente il sistema in modo che la coppa dell’occhio prema contro la presa dell’occhio del partecipante e blocca la luce della stanza dal sistema. Fare clic sul pulsante Nero per selezionare Calibra e allineare il sistema alla pupilla del partecipante. L’allineamento corretto si ottiene quando la pupilla è centrata nel cerchio visualizzato sul monitor touch screen. Indicare al partecipante di regolare la manopola rotante sulla parte anteriore del sistema per ottenere un obiettivo chiaro. Fare clic su OK una volta che il partecipante ha correttamente adattato il sistema alla sua visione. Il sistema eseguirà automaticamente una sequenza di calibrazione nera. Una volta che la calibrazione nera è stata completata con successo, i pulsanti Occhio sinistro e Occhio destro saranno abilitati e apparirà un messaggio Di calibrazione nera riuscita sullo schermo. Inizio della misurazione Fare clic sul pulsante Occhio sinistro o Occhio destro sullo schermo a seconda dell’occhio misurato. Assicurarsi che il sistema visualizzi il messaggio Allinea sistema all’occhio del soggetto. Assicurarsi che il sistema sia allineato all’alunno del partecipante. Utilizzare il joystick per effettuare regolazioni fini. Fare clic sul pulsante OK sullo schermo per avviare la misurazione MPOD. Il tempo di misurazione è di 30 s. Un minimo di 10 s è necessario per ottenere i parametri / risultati. Nella parte superiore dello schermo verrà visualizzato un timer di conto alla rovescia che mostra quanto tempo rimane per la misurazione. Chiedi al partecipante di guardare la spia di fissaggio e incoraggialo a lampeggiare solo quando necessario. Utilizzare il joystick durante la misurazione per garantire che il sistema rimanga allineato con l’allievo del partecipante. Assicurarsi che il sistema visualizzi un messaggio che indica che la misurazione ha esito positivo una volta completata la misurazione. Fare clic sul pulsante OK per terminare. Ripetere i passaggi da 4.4–4.6.6 per testare l’altro occhio, se necessario. L’intero processo richiede circa 2-3 min.NOTA: Per ripetere la misurazione sullo stesso occhio attendere almeno 30 s quindi ripetere i passaggi 4.6–4.6.6. 5. Tecnica di misurazione periferica con riflessometro (Figura 3) NOTA: L’occhio non testato si fisserà su un bersaglio permettendo il posizionamento dello stimolo in varie eccentricità dalla fovea dell’occhio testato. Questa metodologia richiede una normale binocolanza per consentire il corretto posizionamento dell’occhio in cui viene misurata la densità ottica del pigmento maculare. Inserire le informazioni sui partecipanti nel software di riflessione. Fare clic sulla scheda Esegui test dell’occhio. Calibrazione della pista periferica Dopo aver eseguito la calibrazione del bianco e del nero, premere il pulsante Occhio sinistro o Occhio destro sullo schermo a seconda dell’occhio da misurare. Il sistema visualizzerà un messaggio Allinea sistema all’occhio del soggetto. Assicurarsi che il sistema sia allineato all’alunno del partecipante. Utilizzare il joystick per effettuare regolazioni fini. Accendere la luce LED sul sistema di binari più a destra per il partecipante. In questo momento, il partecipante dovrebbe essere in grado di vedere sia la luce dall’interno del riflettore con l’occhio destro e la luce LED rossa con la sinistra. Istruire il partecipante a dirigere l’osservatore addestrato a regolare la pista periferica fino a quando non può sovrapporre entrambi gli stimoli al meglio delle loro capacità.NOTA: Ci può essere variabilità tra i partecipanti su quanto il loro sovrapposto “punto di calibrazione” è dovuto a differenze anatomiche. Inizio della misurazione Spegnere la luce LED e accendere la luce LED successiva (a sinistra) per eseguire la successiva misurazione eccentrica di 1 grado. Spiegare al partecipante che ha bisogno di guardare la nuova luce LED rossa in tutta la misurazione. Fare clic sul pulsante OK sullo schermo per avviare la misurazione MPOD. Il tempo di misurazione è di 30 s. Nella parte superiore dello schermo verrà visualizzato un timer di conto alla rovescia che mostra quanto tempo rimane per la misurazione. Chiedere al partecipante di guardare la luce LED rossa appropriata e incoraggiarlo a lampeggiare solo quando necessario. Utilizzare il joystick durante la misurazione per garantire che il sistema rimanga allineato con l’allievo del partecipante. Assicurarsi che il sistema visualizzi un messaggio che indica che la misurazione ha esito positivo una volta completata la misurazione. Fare clic sul pulsante OK per terminare. Ripetere i passaggi da 5.3.1 a 5.4.5 per ripetere una misurazione.NOTA: l’intero processo richiede circa 2-3 min. Per ogni grado sono raccomandate due misure per consentire il confronto. Per ripetere le misurazioni con un’eccentricità retinica diversa, modificare la separazione dei gradi al punto 4.8. 6. Analisi (Figura 4) Creare una copia del file da analizzare.NOTA: il file analizzato è stato generato nei passaggi 4.6.6 e 5.4.5. Questo passaggio non è essenziale, ma consente l’esecuzione di varie analisi senza alterare i dati originali. Aprire il software di rifleometria sul desktop. Fare clic su Importa sul lato sinistro dell’applicazione e scegliere il file copiato da aprire. Fare clic su Modifica nella scheda Record soggetto. Si aprirà una nuova finestra. Ciò consentirà di ottenere dati dall’intervallo di tempo desiderato. Spostare la barra di scorrimento inferiore da 0 a 10 per eliminare i primi 10 s di misura.NOTA: la barra di scorrimento dovrebbe leggere 10–30. Queste barre di scorrimento possono spostarsi verso l’alto o verso il basso per scegliere l’intervallo di tempo desiderato da analizzare. (vedere la figura 4). Fare clic sul pulsante Esci sul lato sinistro di questa finestra. Apparirà una finestra di avviso. Selezionare OK per confermare i tagli di intervallo. Fare clic su Avvia analizzatore nella parte inferiore sinistra del programma (vedere Tabella dei materiali). Si aprirà una nuova finestra. Fare clic su Adatta nella parte inferiore della pagina. In questo modo verrà popolato il primo set di dati, inclusi L-OD e . Registrare i dati. Fare clic su Reimposta per selezionare un’altra opzione di analisi. Selezionare Pigmento maculare sotto le opzioni Modello recettore. Fare clic su Adatta per popolare il secondo set di dati, incluso MPOD. Fare clic su Salva soluzione per salvare questo intervallo.

Representative Results

Questo studio ha incluso otto partecipanti di età compresa tra i 22 e i 29 anni. La tabella 1 descrive come calcolare la distanza per ottenere ogni grado di eccentricità dal centro della macula. La tabella 2 fornisce i dati demografici dei partecipanti. Il campione di studio include un numero uguale di maschi e femmine con un’ampia varietà di diversità etno-razziale. La tabella 3 mostra i risultati medi di MPOD ottenuti sia dai dispositivi che da L-OD e da tutti i partecipanti coinvolti nello studio in varie eccentricità. L’MPOD medio e la deviazione standard ottenuti dal fotometro a sfarfallio etecromatico e dalla tecnica di riflettente erano rispettivamente 0,480 (SD 0,14) e 0,593 (SD 0,161). C’è stata un’eccellente correlazione tra la misurazione MPOD ottenuta utilizzando le tecniche con il coefficiente di correlazione persona r – 0,92 (p < 0,001). L'OD era più grande centralmente rispetto alla L-OD misurata nella regione foveal. Il rapporto L-OD-OD a z-OD centralmente era 1:2.61. La z-OD è diminuita in funzione di eccentricità al centro della fovea. A 1 grado dalla fovea centrale, la concentrazione di zo-OD misurata mediante riflettente è diminuita in modo significativo, con un aumento della L-OD. Il rapporto L-OD a zoD a 1 grado dalla fissazione centrale era 1,38:1.0. Nella regione parafovale a 2 gradi dalla fissazione centrale la luteina è diventata la carotenoide predominante e il rapporto L-OD a zoD era di 2.08:1.0. Le tabelle 4, 5e 6 mostrano i dati ottenuti da tutti e otto i soggetti. Esaminando le tabelle, è ovvio che c’è una significativa variabilità interindividuale dei valori L-OD, z-OD e MPOD, indicando che i limiti fisiologici della normalità possono essere grandi. Figura 1: riflessometro del pigmento maculare. Riflessometro del pigmento maculare usato in questo esperimento. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2: Schema operativo riflettente metro maculare. Diagramma degli schemi operativi interni del dispositivo MPR. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3: Sistema di binari di misurazione periferico. (A) Il riflettore del pigmento maculare con il sistema di binari periferici a 6,1 m di distanza. (B) Il sistema di binari con un ricercatore che punta alla luce LED a 0 gradi. (C) L’intero sistema come apparirebbe durante il test del partecipante. (D) Il sistema di binari con la luce LED di 1 grado accesa. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4: Finestra che mostra le barre di scorrimento utilizzate per la modifica delle misurazioni nel tempo desiderato. Le barre delle diapositive utilizzate per modificare l’intervallo di tempo desiderato. L’immagine mostra i primi 10 s rimossi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Distanza di prova [m] 3 4 5 6.1 7 8 9 10 Distanza tra le luci [m] 0.052 0.07 0.087 0.107 0.122 0.14 0.157 0.175 Tabella 1: Separazione tra le luci di fissaggio a varie distanze dal bersaglio. La distanza tra le luci è il valore di x in questa equazione:dove d è la distanza di prova. Oggetto Età Genere etnicità Gara 3002 27 F Ispanico Caucasico/Più di una razza 3003 28 F Ispanico Nessuno 3004 26 F Non ispanico Afroamericano 3005 24 M Ispanico Asiatico/Più di una gara 3006 27 M Non ispanico Asiatico 3007 25 F Non ispanico Afroamericano 3009 29 M Ispanico Caucasico/Più di una razza 3010 22 M Non ispanico Asiatico Tabella 2: Dati demografici dei partecipanti allo studio. La tabella mostra l’età, il sesso e l’etnia dei partecipanti testati. L’età media dei partecipanti era di 26 anni. C’era un rapporto 1:1 tra uomini e donne. L’etnia auto-identificata dei partecipanti comprendeva il 50% ispanico e circa il 37,5% di entrambi asiatici o più di una razza. L-OD medio Medio z-OD MPOD di media riflessione Rapporto medio z-L Media-Flicker fotomettry MPOD Centrale 0.247 0.425 0.593 2.61:1 0.48 Periferico 1 deg 0.402 0.122 0.248 1:1.38 Non disponibile Periferico 2 deg 0.366 0.03 0.143 1:2.08 Non disponibile Tabella 3: Valori medi dei carotenoidi in varie eccentricità. La tabella mostra i risultati medi degli otto partecipanti allo studio. SD per l’L-OD centrale medio (0,188) e il centrale medio zo-OD (0,142). SD per MPOD medio centrale di MPR (0,161) e SD per Media MPOD centrale del riflettore (0,14). SD per la media L-OD alla periferica di 1 grado (0,224) e media oD a periferica 1 grado (0,122). SD per MPOD medio di MPR a 1 grado periferico (0,248). SD per media L-OD a periferica di 2 gradi (0,366) e SD per media z-OD a periferica di 2 gradi (0,030). SD per MPOD medio di MPR a 2 gradi periferici (0,143). Partecipante L-OD Z-OD MPOD Rapporto n.L Mps 3002 0.525 0.409 0.669 0.778 0.58 3003 0.566 0.415 0.6525 0.733 0.48 3004 0.1615 0.291 0.437 1.793 0.437 3005 0.121 0.414 0.555 3.432 0.555 3006 0.148 0.724 0.888 4.892 0.888 3007 0.074 0.389 0.536 5.257 0.536 3009 0.197 0.26 0.361 1.32 0.361 3010 0.183 0.496 0.642 2.71 0.642 Tabella 4: Misurazioni della densità ottica del carotenoide individuale ottenute al momento della fissazione centrale. La tabella mostra le misurazioni ottenute al momento della fissazione centrale per tutti e otto i partecipanti. Partecipante L-OD Z-OD MPOD Rapporto n.L 3002 0.325 0 0.012 0 3003 0.385 0.08 0.166 0.208 3004 0.121 0.253 0.392 2.091 3005 0.7015 0 0.119 0 3006 0.362 0.286 0.45 0.79 3007 0.104 0.265 0.391 2.548 3009 0.589 0 0.183 0 3010 0.626 0.094 0.273 0.15 Tabella 5: Misurazioni della densità ottica del carotenoide individuale ottenute a 1 grado dalla fissazione centrale. La tabella mostra le misurazioni ottenute a 1 grado dalla fissazione centrale per tutti e otto i partecipanti. Partecipante L-OD Z-OD MPOD Rapporto n.L 3002 0.146 0 0.043 0 3003 0.351 0 0.066 0 3004 0.063 0.077 0.169 1.222 3005 0.189 0.017 0.067 0.09 3006 0.902 0 0.291 0 3007 0.04 0.099 0.201 2.475 3009 0.718 0.046 0.232 0.064 3010 0.518 0 0.076 0 Tabella 6: Misurazioni della densità ottica del carotenoide individuale ottenute a 2 gradi dalla fissazione centrale. La tabella mostra le misurazioni ottenute a 2 gradi dalla fissazione centrale per tutti e otto i partecipanti.

Discussion

Il nostro studio illustra la tecnica e la metodologia per eseguire misurazioni MPOD in vivo in varie regioni foveali e parafoveali utilizzando un dispositivo riflettente. Abbiamo sviluppato e calibrato un sistema di binari periferici per ottenere misurazioni a 1 gradi e 2 gradi dalla fissazione centrale. I risultati del nostro studio mostrano che MPOD, L-OD, e zo-OD possono essere misurati in varie regioni foveali e parafove utilizzando questo protocollo all’infinito ottico. Il protocollo potrebbe essere adattato per distanze più brevi quando le camere lunghe non sono disponibili in una clinica. In tal caso, tuttavia, la dilatazione pupillare sarà necessaria per controllare l’alloggio attivo (cfr. tabella 1).

Ci sono due passaggi critici quando si esegue questo esperimento: 1) la calibrazione 0 gradi e 2) la calibrazione del nero. Quando si utilizza il sistema di binari periferici per misurare MPOD e i suoi costituenti fuori centro, la fissazione esterna per la calibrazione a 0 gradi o la misurazione fovea è della massima importanza. Se il partecipante il cui occhio è misurato non comprende questa procedura o non è in grado di eseguire i passaggi necessari, le misurazioni saranno compromesse ed errate. La calibrazione del nero è anche fondamentale perché permette al MPR di stabilire una misurazione dello spettrometro di base quando non è presente luce, che il dispositivo confronta poi con tutti i valori ottenuti dal soggetto. Pertanto, la calibrazione nera è un must per ogni partecipante.

I risultati dei nostri studi indicano che i livelli centrali di MPOD corrispondono ai dati degli studi sperimentali e istologici pubblicati in precedenza7,10,14. Inoltre, abbiamo scoperto che i livelli per gli MPOD diminuiscono con l’aumento dell’eccentricità della retina, con valori di MPOD maggiori al foveal rispetto alla regione parafoveal. I livelli di luteina e zeaxanthin variano anche in diverse posizioni della retina con i rapporti di luteina e zeaxanthin che cambiano in funzione dell’eccentricità. Abbiamo trovato rapporti l-OD centrali e oD di 1:2.6, che sono cambiati a 2.08:1 a 2 gradi dalla fissazione centrale. Questo è coerente con le relazioni degli studi precedenti10,29. Abbiamo scoperto che i livelli di liuto e zeaxanthin mostravano notevoli variazioni interindividuali. Precedenti esperimenti di laboratorio in vivo hanno valutato solo tre soggetti e ci sono informazioni limitate in questo settore29. Se la significativa variazione interindividuale dei livelli di carotenoidi è corretta, allora questo sosterrà la necessità di ottenere misure di base di carotenoidi e sartoria singoli integratori. Saranno necessarie ulteriori ricerche per confermare questa scoperta di elevata variabilità interindividuale dei livelli di luteina e zeaxanthin in individui sani. Le pubblicazioni precedenti e il lavoro con questo dispositivo MPR mostrano che le misurazioni ripetibili possono essere ottenute per MPOD sia in condizioni ppillari non dilatate che dilatate, anche se la ripetibilità delle misurazioni L-OD e zod è stata migliorata quando gli alunni erano dilatati25. Nel presente studio, abbiamo eseguito tutte le misurazioni MPR con pupille dilatate. Dato che i livelli di carotenoidi sono più bassi alla periferia fovea e alla regione parafova, può essere essenziale dilatare la pupilla per una potenza del segnale costante e misurazioni periferiche affidabili.

Abbiamo provato vari metodi, e alla fine sviluppato e testato il nostro sistema pista. Si è rivelato il modo più efficace per ottenere risultati affidabili. Il sistema è stato testato esaminando tre partecipanti più volte per vedere se risultati simili potrebbero essere raggiunti ad ogni tentativo. Ciò ha incluso la misurazione dei partecipanti in tre diverse occasioni per un periodo di due mesi. Altri metodi tentati includevano la modifica dell’oculare riflettente creando una copertura con fessure pretagliate a 0, 1 e 2 gradi fuori centro. Questa tecnica si è rivelata inefficace perché le fessure erano troppo vicine per un soggetto a distinguere adeguatamente.

Ci sono diverse limitazioni in questo studio. Lo studio richiede che i soggetti abbiano una normale binocità. Questo assicura che il soggetto sarà in grado di fissare sul bersaglio mentre l’altro occhio viene misurato. I soggetti che non soddisfano questo criterio non saranno in grado di rispettare le istruzioni, non si fisseranno correttamente mentre impegnano lo stimolo e non potranno essere misurati con successo utilizzando questa tecnica. Il sistema di binari era affidabile, ma i suoi limiti potevano essere affrontati in studi futuri. Il protocollo potrebbe essere migliorato con luci di fissaggio LED rosse integrate con parte di un sistema optometro Badal come parte del riflettore. Ciò consentirebbe al partecipante di fissarsi all’eccentricità desiderata con l’occhio misurato con un’adeguata sistemazione dell’obiettivo.

Al momento attuale, non ci sono tecniche alternative per misurare in vivo L-OD e zo-OD. Tuttavia, esistono dispositivi alternativi che misurano MPOD. Uno di questi dispositivi è il fotometro sfarfallio etecromatico utilizzato in questo studio. Il fotometro a sfarfallio etecromatico utilizza un metodo psicofisico di test e non può determinare i singoli valori di luteina e zeaxanthin. Le misurazioni centrali dell’MPOD ottenute utilizzando un fotometro a sfarfallio etecromatico sono state una media di 0,11 inferiore a quelle ottenute dal dispositivo MPR con una deviazione standard di 0,16. La misurazione MPOD ottenuta utilizzando entrambe le tecniche aveva un’eccellente correlazione come riportato in precedenza25.

Anche se lo studio attuale ha una piccola dimensione del campione, il suo scopo era quello di dimostrare il concetto che le misurazioni periferiche della densità ottica della zeaxanthin e della luteina possono essere ottenute utilizzando un dispositivo di riflemitera. A nostra conoscenza, altri studi in vivo hanno avuto campioni di dimensioni significativamente più piccole rispetto al campione utilizzato in questo studio. Pertanto, siamo fiduciosi che i nostri risultati dimostrino che la densità dei carotenoidi in vivo può essere misurata nella foveola, nella periferia foveale e nella regione parafova utilizzando un riflettore. Il nostro studio getta ulteriore luce su come i livelli di zeaxanthin e luteina sono distribuiti nelle regioni maculari centrali e periferiche all’interno della retina umana. Poiché abbiamo trovato una notevole variazione dei valori tra i nostri partecipanti allo studio, sono necessari studi più ampi sia in vivo che in vitro per comprendere meglio la distribuzione della luteina e della zeaxanthin, i livelli e i rapporti all’interno della popolazione generale.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo il WesternU College of Optometry e il programma Master of Science in Medical Sciences presso WesternU per la loro assistenza e supporto. Ringraziamo anche la zeaVision per il loro generoso sostegno e finanziamenti.

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.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Handelman, G. J., Dratz, E. A., Reay, C. C., van Kuijk, F. Carotenoids in the human macula and whole retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 29 (6), 850-855 (1988).
  2. Milani, A., Basirnejad, M., Shahbazi, S., Bolhassani, A. Carotenoids: biochemistry, pharmacology and treatment. British Journal of Pharmacology. 174 (11), 1290-1324 (2017).
  3. Bhosale, P., Zhao, D. Y., Bernstein, P. S. HPLC measurement of ocular carotenoid levels in human donor eyes in the lutein supplementation era. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (2), 543-549 (2007).
  4. Zimmer, J. P., Hammond, B. R. Possible influence of lutein and zeaxanthin on the developing retina. Clinical Ophthalmology. 1 (1), 25-35 (2007).
  5. Friedman, D. S., et al. Prevalence of Age-Related Macular Degeneration in the United States. Archives of Ophthalmology. 122 (4), 564-572 (2004).
  6. Ambati, J., Fowler, B. J. Mechanisms of age-related macular degeneration. Neuron. 75 (1), 26-39 (2012).
  7. Bernstein, P. S., Delori, F. C., Richer, S., van Kuijk, F. J., Wenzel, A. J. The value of measurement of macular carotenoid pigment optical densities and distributions in age-related macular degeneration and other retinal disorders. Vision Research. 50 (7), 716-728 (2010).
  8. Bone, R. A., Landrump, J. T., Hime, G. W., Cains, A., Zamor, J. Stereochemistry of the Human Macular Carotenoids. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 34 (6), 2033-2040 (1993).
  9. Leung, I. Y. Macular pigment: New clinical methods of detection and the role of carotenoids in age-related macular degeneration. Optometry – Journal of the American Optometric Association. 79 (5), 266-272 (2008).
  10. Bone, R. A., et al. Distribution of Lutein and Zeaxanthin Stereoisomers in the Human Retina. Experimental Eye Research. 64 (2), 211-218 (1997).
  11. de Kinkelder, R., et al. Macular pigment optical density measurements: evaluation of a device using heterochromatic flicker photometry. Eye. 25 (1), 105-112 (2011).
  12. Snodderly, D. M., Auran, J. D., Delori, F. C. The macular pigment. II. Spatial distribution in primate retinas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (6), 674-685 (1984).
  13. Snodderly, D. M., Brown, P. K., Delori, F. C., Auran, J. D. The macular pigment. I. Absorbance spectra, localization, and discrimination from other yellow pigments in primate retinas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (6), 660-673 (1984).
  14. Bone, R. A., Landrum, J. T., Fernandez, L., Tarsis, S. L. Analysis of the Macular Pigment by HPLC: Retinal Distribution and Age Study. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 29 (6), 843-849 (1988).
  15. Chous, A. P., Richer, S. P., Gerson, J. D., Kowluru, R. A. The Diabetes Visual Function Supplement Study. British Journal of Ophthalmology. 100 (2), 227-234 (2016).
  16. Vishwanathan, R., Schalch, W., Johnson, E. J. Macular pigment carotenoids in the retina and occipital cortex are related in humans. Nutritional Neuroscience. 19 (3), 95-101 (2016).
  17. Barnett, S. M., et al. Macular pigment optical density is positively associated with academic performance among preadolescent children. Nutritional Neuroscience. 21 (9), 632-640 (2018).
  18. Saint, S. E., et al. The Macular Carotenoids are Associated with Cognitive Function in Preadolescent Children. Nutrients. 10 (2), 193 (2018).
  19. Johnson, E. J., et al. Relationship between Serum and Brain Carotenoids, α-Tocopherol, and Retinol Concentrations and Cognitive Performance in the Oldest Old from the Georgia Centenarian Study. Journal of Aging Research. 2013, 951786 (2013).
  20. Hammond, B. R., et al. Effects of Lutein/Zeaxanthin Supplementation on the Cognitive Function of Community Dwelling Older Adults: A Randomized, Double-Masked, Placebo-Controlled Trial Front. Aging Neuroscience. 3 (9), 254 (2017).
  21. Renzi-Hammond, L. M., et al. Effects of a Lutein and Zeaxanthin Intervention on Cognitive Function: A Randomized, Double-Masked, Placebo-Controlled Trial of Younger Healthy Adults. Nutrients. 9 (11), 1246 (2017).
  22. Wooten, B. R., Hammond, B. R. Spectral Absorbance and Spatial Distribution of Macular Pigment Using Heterochromatic Flicker Photometry. Optometry and Vision Science. 82 (5), 378-386 (2005).
  23. Putnam, C. M. Clinical imaging of macular pigment optical density and spatial distribution. Clinical and Experimental Optometry. 100 (4), 333-340 (2017).
  24. Davey, P. G., Alvarez, S. D., Lee, J. Y. Macular pigment optical density: repeatability, intereye correlation, and effect of ocular dominance. Clinical Ophthalmology. 10, 1671-1678 (2016).
  25. Davey, P. G., Ngo, A., Cross, J., Gierhart, D. L. Macular pigment reflectometry: development and evaluation of a novel clinical device for rapid objective assessment of the macular carotenoids. Proceedings of SPIE 10858, Ophthalmic Technologies XXIX. 1085828, (2019).
  26. Rapp, L. M., Maple, S. S., Choi, J. H. Lutein and Zeaxanthin Concentrations in Rod Outer Segment Membranes from Perifoveal and Peripheral Human Retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (5), 1200-1209 (2000).
  27. van de Kraats, J., Berendschot, T. T., Valen, S., van Norren, D. Fast assessment of the central macular pigment density with natural pupil using the macular pigment reflectometer. Journal of Biomedical Optics. 11 (6), 064031 (2006).
  28. Sommerburg, O., et al. Lutein and zeaxanthin are associated with photoreceptors in the human retina. Current Eye Research. 19 (6), 491-495 (1999).
  29. van de Kraats, J., Kanis, M. J., Genders, S. W., van Norren, D. Lutein and zeaxanthin measured separately in the living human retina with fundus reflectometry. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (12), 5568-5573 (2008).
  30. van der Veen, R. L. P., et al. A new desktop instrument for measuring macular pigment optical density based on a novel technique for setting flicker thresholds. Ophthalmic and Physiological Optics. 29 (2), 127-137 (2009).
  31. Howells, O., Eperjesi, F., Bartlett, H. Measuring macular pigment optical density in vivo: a review of techniques. Graefe’s Archive for Clinical Experimental Ophthalmology. 249 (3), 315-347 (2011).
  32. Howells, O., Eperjesi, F., Bartlett, H. Improving the repeatability of heterochromatic flicker photometry for measurement of macular pigment optical density. Graefe’s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 251 (3), 871-880 (2013).

Tags

Macular PigmentReflectometryCarotenoidsParafoveaLED LightsSpectrometer CalibrationWhite Calibration TubeEye Test

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Sanabria, J. C., Bass, J., Spors, F., Gierhart, D. L., Davey, P. G. Measurement of Carotenoids in Perifovea using the Macular Pigment Reflectometer. J. Vis. Exp. (155), e60429, doi:10.3791/60429 (2020).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image