Dit artikel beschrijft een methode voor het meten van retinale vasculatuur reactiviteit in vivo met menselijke proefpersonen met behulp van een gas ademhaling provocatie techniek om vasoactieve stimuli te leveren tijdens het verwerven van retinale beelden.
De vasculaire toevoer naar het netvlies is aangetoond dat dynamisch aan te passen door middel van vasoconstrictie en vasodilatatie aan de metabole eisen van het netvlies tegemoet te komen. Dit proces, aangeduid als retinale vasculaire reactiviteit (RVR), wordt bemiddeld door neurovasculaire koppeling, die zeer vroeg wordt aangetast in retinale vasculaire ziekten zoals diabetische retinopathie. Daarom kan een klinisch haalbare methode voor het beoordelen van vasculaire functie van groot belang zijn voor zowel onderzoek als klinische instellingen. Onlangs is in vivo beeldvorming van de retinale vasculatuur op capillair niveau mogelijk gemaakt door de FDA-goedkeuring van optische coherentie tomografieangiografie (OCTA), een niet-invasieve, minimale risico- en kleurstofloze angiografiemethode met capillaire niveauresolutie. Tegelijkertijd zijn fysiologische en pathologische veranderingen in RVR aangetoond door verschillende onderzoekers. De methode in dit manuscript is ontworpen om RVR te onderzoeken met behulp van OCTA zonder dat wijzigingen aan de klinische beeldvormingsprocedures of het apparaat nodig zijn. Het toont real-time beeldvorming van het netvlies en retinale vasculatuur tijdens blootstelling aan hypercapische of hyperoxische aandoeningen. Het examen is gemakkelijk uit te voeren met twee medewerkers in minder dan 30 min met een minimaal onderwerp ongemak of risico. Deze methode is aanpasbaar aan andere oogheelkundige beeldvormingsapparaten en de toepassingen kunnen variëren op basis van de samenstelling van het gasmengsel en de patiëntenpopulatie. Een kracht van deze methode is dat het mogelijk maakt voor een onderzoek van retinale vasculaire functie op het capillaire niveau bij menselijke proefpersonen in vivo. Beperkingen van deze methode zijn grotendeels die van OCTA en andere retinale imaging methoden met inbegrip van beeldvorming artefacten en een beperkt dynamisch bereik. De resultaten verkregen uit de methode zijn OCT en OCTA beelden van het netvlies. Deze beelden zijn vatbaar voor elke analyse die mogelijk is op commercieel beschikbare OCT- of OCTA-apparaten. De algemene methode kan echter worden aangepast aan elke vorm van oogheelkundige beeldvorming.
De metabolische vraag van het netvlies is afhankelijk van een adequate en constante toevoer van zuurstof door een goed gereguleerd systeem van arterioles, haarvaten en venules1. Verschillende studies hebben aangetoond dat de functie van groter kaliber menselijke netvliesvaten in vivo kan worden beoordeeld met verschillende fysiologische2,,3,,4,5 en farmacologische6,7 stimuli. Bovendien, abnormale functie van dit vasculaire systeem komt vaak voor bij retinale vasculaire ziekten zoals diabetische retinopathie waar retinale vasculaire reactiviteit (RVR) is aangetoond te worden verzwakt, zelfs in de vroegste stadia8,9 door zowel gas provocatie9 en flikkerende licht experimenten5,10,11. Retinale vasculaire risicofactoren zoals roken zijn ook gecorreleerd met verminderde RVR12 en retinale bloedstroom13. Deze bevindingen zijn belangrijk omdat de klinische symptomen van retinale vasculaire aandoeningen relatief laat in het ziekteproces optreden en bewezen vroege klinische markers van de ziekte ontbreken14. Zo kan het beoordelen van RVR nuttige maatregelen van vasculaire integriteit bieden voor de vroege beoordeling van afwijkingen die netvliesdegeneratieve ziekten kunnen initiëren of verergeren.
Eerdere RVR experimenten hebben meestal vertrouwd op apparaten zoals een laser bloedstroomteller9 of fundus camera’s uitgerust met speciale filters15 voor retinale beeld verwerving. Echter, deze technologieën zijn geoptimaliseerd voor grotere diameter vaten zoals arterioles16 en venules15, die niet waar gas, micronutriënten en moleculaire uitwisseling optreden. Een meer recente studie was in staat om de RVR van haarvaten te kwantificeren met behulp van adaptieve optische beeldvorming17, maar ondanks de verbeterde ruimtelijke resolutie, deze beelden hebben een kleinere veldgrootte en zijn niet FDA goedgekeurd voor klinisch gebruik18.
De recente komst van optische coherentie tomografie angiografie (OCTA) heeft een FDA goedgekeurde, niet-invasieve en kleurstofloze angiografische methode voor de beoordeling van capillaire niveau veranderingen bij menselijke patiënten en proefpersonen in vivo. OCTA wordt algemeen aanvaard in de klinische praktijk als een effectief instrument voor de beoordeling van bijzondere waardevermindering in capillaire perfusie in retinale vasculaire ziekten zoals diabetische retinopathie19, retinale veneuze occlusies20, vasculitis21 en vele anderen22. OCTA biedt daarom een uitstekende gelegenheid voor de evaluatie van capillaire niveauveranderingen, die significante ruimtelijke en temporele heterogeniteit23 evenals pathologische veranderingen kunnen hebben, in een klinische omgeving. Onze groep heeft onlangs aangetoond dat OCTA kan worden gebruikt om de responsiviteit van retinale vaten op capillair niveau2 te kwantificeren tot fysiologische veranderingen in geïnspireerde zuurstof, dat is een retinale vasoconstrictieve stimulus16,24, en kooldioxide, dat is een retinale vaatverwijdende stimulus3,5.
Het doel van dit artikel is om een protocol te beschrijven waarmee de lezer de retinale vasculaire reactiviteit van de kleinere arterioles en capillaire bed met octa kan beoordelen. De methoden zijn aangepast aan die in Lu et al.25 die de meting van cerebrovasculaire reactiviteit met magnetische resonantie beeldvorming beschreven. Hoewel de huidige methoden werden ontwikkeld en gebruikt tijdens OCTA imaging2,zijn ze van toepassing op andere retinale beeldvormingsapparaten met relatief eenvoudige en voor de hand liggende wijzigingen.
De zojuist beschreven methode is het volledige protocol voor een provocatieexperiment voor gasademhaling dat het mogelijk maakt om de RVR van een onderwerp in een gecontroleerde omgeving te meten op specifieke tijdpunten zonder wijzigingen aan het OCTA-beeldvormingsapparaat en een minimaal ongemak of risico voor het onderwerp. Deze setup wordt beschreven op een manier die het mogelijk maakt voor eenvoudige wijzigingen aan de behoeften van de onderzoeker te passen. Het is geschikt voor extra buizen om verschillende klinie…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Research Grants van Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) en Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (New York, NY).
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 |