我々は、網膜の中央およびパラフォトパール領域における全体的な黄斑顔料、ルテインおよびゼアキサンチン光学密度のレベルを決定するためのプロトコルを提示する。このプロトコルは、窩偏心における黄斑色素光学密度を測定するために使用される新しい調整可能なトラックシステムを含む。
黄斑顔料反射計(MPR)は、全体の黄斑顔料光学密度(MPOD)を客観的に測定し、さらに中心1度の中心に黄体光学密度(L-OD)およびゼアキサンチン光学密度(Z-OD)を提供する。この技術の改変は、生体内のカロテノイド密度を窩に偏心して評価するために開発された。赤いLEDライトが付いた調節可能なトラックシステムは、眼の固定を容易にするために参加者から6.1m離れた場所に置かれました。反射測定測定中に1度の視差の増分を作成するために、ライトを適切に間隔を空けた。すべての反射測定は、瞳孔拡張で得られた。中央測定の平均MPR-MPOD値は0.593(SD 0.161)で、L-OD対Z-OD比は1:2.61でした。MPR-MPOD 値は 1 度で 0.248、パラフォヴィール領域での 2 度の平均 MPR-MPOD 値は 0.143 でした。中心から1度、2度のL-OD対Z-OD比はそれぞれ1.38:1.0と2.08:1.0であった。この結果は、MPRを用いて得られたMPOD測定が、レチン偏心の関数として減少し、ルテインと比較してゼアキサンチンの濃度が高いことを示している。L-ODとZ-OD比は、中心から2度離れたゼアキサンチンよりも2倍多い、中心心偏心で変化します。我々の技術は、様々な中心窩偏心で黄斑顔料光学密度の測定のための迅速な生体内法を提供することに成功した。この結果は、インビボおよびインビトロ・キサントフィル・カロテノイド密度分布測定の前に公表された測定値と一致する。
加齢黄斑変性症(AMD)は失明の主要な原因であり、世界中の失明の8.7%を占める1.AMDに関連する危険因子には、年齢の増加、女性の性別、喫煙、光虹彩色、脂質不均衡、日光および紫外線への生涯暴露、全身的に低いレベルの抗酸化物質、黄斑色素光学密度(MPOD)、遺伝学、および人種2が含まれる。このうち、変更可能な危険因子は、禁煙、抗酸化物質の経口補給、およびカロテノイドである。カロテノイドは植物や微生物に含まれる天然の色素であり、効率的な抗酸化物質3である。それらは光合成生物によって作られる。人間は、彼らの食事3、4からカロテノイドを得る。黄斑顔料は、ルテイン、ゼアキサンチン、メソゼアキサンチンの3つのカロテノイドで構成されています。キサントフィルルテインとゼアキサンチン5は、レチナ、具体的には黄斑に見られ、そして、その黄色の色6を巣を与える。より高濃度のキサントフィルは、レチナ5,7の感光体および内神経叢層の軸索において観察される。ロテノイドの摂取は、ルテインやゼアキサンチンのような、黄斑色素のレベルを増加させる。ルテインとゼアキサンチンは、食物摂取または栄養補給から得られるが、メソゼアキサンチンはルテイン3の代謝の副産物である。ルテインとゼアキサンチンの濃度は、レチンの様々な領域で異なります.中心に、foveaでは、ゼアキサンチン濃度はルテインのそれよりも大きく、比は2.3:19、10である。カロテノイドの濃度は、2.4:19、10の比で、ルテインがゼアキサンチンよりも流行している、積胸周辺のmmあたり100倍減少する。
レチナにキサントフィルが存在すると、特に窩および黄斑の部分の部分が中心視に重要な状態で、神経回路が保護されます。キサントフィルは、1)青色光をフィルタリングし、2)酸化ストレスを減少させる2つの可能なメカニズムによってレチンを保護します5,11,12,13.青色光は網膜の中で最も散乱し、より高いレベルの黄斑色素は散乱光を中央に吸収し、それによって視力を改善する。さらに、可視スペクトルの青色部分は、高エネルギー、短波長で構成され、レティナ内の過剰な量の活性酸素種の生成を引き起こす可能性がある。従って、カロテノイドは、これらのフリーラジカル5、12、13、14を消光することにより、網膜網膜および光受容体網膜色素上皮複合体中の抗酸化剤として作用することにより、黄斑に対する酸化負担を軽減すると考えられている。
レチナルカロテノイドの測定は、全身性の健康に大きな影響を及ぼす。最近の試験では、カロテノイド療法は、血糖値15に何の変化もなく糖尿病患者のレチナル機能を改善することを示した。また、脳16のレベルと強く相関している。カロテノイドレベルは、発達年17年、18歳で重要であり、脳のレベルは19歳とともに低下する可能性があります。MPOD レベルは、小児および高齢者の両方の神経保護と神経効率に関連しています20,21.したがって、MPODとその特性を臨床的に測定する必要がある。これは、診断、管理、および様々な眼および全身状態の治療に役割を果たす7,15,16,17 ,18,19,20,21.
現在市販されているMPOD測定技術は、心理物理学的検査に基づく異色性フリッカ光計(HFP)です。これらは、直径22の直径〜0.30mmの直径に相当する窩上の1度のパッチを測定する。これらのタイプのデバイスは信頼性が高いことが示されているが、主観的な性質によって制限され、使用に時間がかかり、MPOD13、22、23、24を形成するキサントフィルの個々の量を区別することができない。黄斑顔料反射計(資料表参照)は、反射計とも呼ばれる(図1参照)、ルテインおよびゼアキサンチン(キサントフィル)のMPODとその個々の成分を客観的に測定することによってこれらの制限に対処する。反射計は、UV/IRフィルター処理およびコリメートされた石英ハロゲン源を利用して、制御された光線をレティナに送り(図2を参照)、内部フィルタは生成される放射線のほとんどを吸収します。したがって、参加者の放射線被ばくリスクはほとんどない。ヒトの眼における各種のクロモフォアおよび構造および対応する吸収および反射率パターンについては、文献26、27、28に記載されている。内部分光計で処理された反射光の分析により、ルテインおよびゼアキサンチンの光学密度(L-OD、Z-OD)の定量的分離と測定が可能です。第3のレチナルカロテノイドメソゼアキサンチンはゼアキサンチンと区別がつかない分光学性であり、したがってZ-ODは両方のカロテノイド29の組み合わせを表す。以前の作業では、中心L-OD、Z-OD、MPOD25、29を測定する際に信頼性の高い反射測定が示されています。
現在の研究の目的は、ヒトの病巣およびパラフォトローブ性レチナル領域におけるゼアキサンチンおよびルテインレベルのインビボ推定値を生成するために利用できる技術を作成することです。その他の目的は、以前に発表された実験室とヒストロジーの結果14、29と所見を比較することです。本稿で開発・説明したアプローチと、その反射膜と共にその利用法を用いて、MPODを測定することは斬新である。この技術は、L-ODやZ-ODなどの個々のカロテノイドのレチナルレベルを様々な中心およびパラフォビアルの位置で測定するために、大きな変更を加えることなく、既存の反射測定ユニットで使用することができます。
この原稿に示された研究には,22歳から29歳までの8人の参加者が含まれています。我々の方法には、研究参加者が包含基準を満たしていることを確認するために、最初に定期的な眼科検査を行うことが含まれる。インフォームド・コンセントを取得した後、各研究参加者は以下の4つの試験を受けました:1)市販の異色体フリッカ光計装置を利用して中央MPOD測定を得た。2)反射計装置を利用して2つの中央測定を得た;3)同じ反射計装置を周辺トラックシステムと組み合わせて使用し、1度の偏心でカロテノイドレベルの測定、すなわち直径0.30mmの円を中心に、中心窩から0.30mmに配置した。4)同じセットアップを用いて、2度の偏心でのカロテノイドレベル、中心窩の縁に配置された0.30mmの直径の円(パラフォトベアル領域)も、測定した。
MPR測定は、各参加者の瞳孔を1%トロピカミド眼科滴下下下で拡張した後に行った。反射測定を用いてMPOD値を得るために瞳孔拡張が必要でないことは知られているが、L-ODおよびZ-OD測定25、29の反復性を改善し得る。これは、反射計を使用して、レチナから得られた測定値は、瞳孔が拡張されたときに、より良い信号対ノイズ比を持っていたという事実による可能性があります。正確で安定したペリフェラル反射測定測定のために、参加者は光学無限大30、31に配置された固定目標を使用した。
30sの反射計測定を行い、最初の10sのデータを廃棄した。この手順には、2つの利点があります: 1)信号源は明るく、目が適応し、タスクに適応することができます。そして2)最も重要なことは、光受容体色素が最初の10sの間に漂白する。従って、測定の最初の10sを除去することはより安定した、正確な信号29を可能にする。今回の研究では全ての反射測定試験を2回行い、その後、平均MPOD、L-OD、Z-OD値と各参加者のZ-OD/L-ODの比率を得るために測定値を平均した。
我々の研究は、反射計装置を用いた様々な中心およびパラフォトブ領域でインビボMPOD測定を行う手法と方法論を示す。中央固定から1度と2度の測定を得るために、周辺トラックシステムを開発し、較正しました。我々の研究結果は、MPOD、L-OD、Z-ODが光学無限大でこのプロトコルを使用して様々な中心およびパラフォトビアル領域で測定できることを示した。長い部屋が診療所で利用できない場合、プロトコルは短い距離に適応することができます。ただし、その場合、アクティブな宿泊施設を制御するには、瞳孔拡張が必要になります (表 1を参照)。
この実験を行う際には、1)0度キャリブレーションと2)黒色キャリブレーションの2つの重要なステップがあります。MPODとその構成成分を中心外で測定するために周辺トラックシステムを使用する場合、0度キャリブレーションまたは窩計測のための外部固定は最も重要です。眼が測定された参加者がこの手順を理解していないか、必要な手順を実行できない場合、測定値が損なわれ、誤りがあります。黒色のキャリブレーションは、MPRが光が存在しないときにベースライン分光計測定を確立することを可能にし、デバイスが被写体から得られたすべての値と比較するので、重要です。したがって、黒のキャリブレーションは、すべての参加者のために必要です。
我々の研究結果は、中央MPODレベルが以前に発表された実験および組織学的研究7、10、14のデータと一致することを示している。さらに、MPODのレベルは、心面偏心の増加に伴い低下し、MPOD値は傍序領域に比べて中心窩の値が大きくなることがわかりました。ルテインとゼアキサンチンのレベルはまた、異なるレチナルの場所で異なる黄偏性の関数として変化するルテインとゼアキサンチン比を変化させます.中央固定から2度で2.08:1に変更した中央L-ODとZ-OD比は1:2.6であることがわかりました。これは以前の研究10、29からの報告と一致しています。我々は、ルテインおよびゼアキサンチンレベルがかなりの個体間変動を示すことがわかった。前のインビボ実験室実験では3つの被験者しか評価しなくて、この領域29には限られた情報がある。カロテノイドのレベルの重要な個人間変動が正しい場合, これはカロテノイドのベースラインメジャーを取得し、個々 のサプリメントを調整する必要性をサポートします。.健康な個体におけるルテインとゼアキサンチンの高い個人間変動のこの発見を確認するためにさらなる研究が必要になります。.このMPR装置の以前の出版物および仕事は、L-ODおよびZ-OD測定の反復性が25を拡張したときに改善されたが、拡張されていない瞳孔の条件でMPODの反復可能な測定が得ることができることを示す。本研究では、拡張した瞳孔を用いてすべてのMPR測定を行った。カロテノイドレベルが中心外周およびパラフォトブの領域で低い場合、一貫した信号強度と信頼性の高い周辺測定のために瞳孔を拡張することが不可欠である可能性があります。
私たちはさまざまな方法を試し、最終的にトラックシステムを開発し、テストしました。それは信頼できる結果を達成するための最も効果的な方法であることが証明された。システムは、3人の参加者を複数回調べて、各試行で同様の結果を達成できるかどうかを確認することによってテストされました。これには、2ヶ月間に3回の別々の機会に参加者を測定する必要があります。他の方法には、センターから0、1、2度のプレカットスリットを持つカバーを作成することによって、反射測定接眼部を修正することが含まれていました。この技術は、スリットが十分に区別するには近すぎていたため、効果がないことが判明しました。
この研究には、いくつかの制限があります。この研究では、被験者が正常な双眼を持つことを要求する。これにより、被検者は、他の眼が測定されている間にターゲットに固定することが可能になります。この基準を満たさない被験者は、指示に従うことができず、刺激を受けながら適切に固定されず、この技術を用いて正常に測定することはできません。トラックシステムは信頼性が高かったが、その限界は将来の研究で対処できる。このプロトコルは、反射計の一部としてバダルオプトロメータシステムの一部を備えた赤色LED固定ライトを内蔵することで改善できます。これにより、参加者はレンズの適切な調節で測定されている目で所望の偏心に固定することができます。
現時点では、インビボL-ODおよびZ-ODを測定する代替技術はありません。ただし、MPOD を測定する代替デバイスが存在します。そのような装置の1つは、本研究で用いられるヘテロクロマティックなちらつき光計である。異色フリッカ光度計は、心理物理学的な検査法を採用しており、個々のルテイン値とゼアキサンチン値を決定することはできません。ヘテロクロマティックフリッカ光度計を用いて得られた中央MPOD測定は、標準偏差が0.16のMPR装置で得られたものより平均0.11低かった。両方の技術を用いて得られたMPOD測定は、以前に報告された25と同様に優れた相関を有していた。
現在の研究ではサンプルサイズが小さいが、ゼアキサンチンとルテイン光学密度の周辺測定が反射測定装置を用いて得られるという概念を実証することが目的であった。私たちの知る限りでは、他のインビボ研究は、この研究で利用されたサンプルよりもサンプルサイズが有意に小さくなっています。したがって、我々の結果は、生体内カロテノイド密度が反射計を使用して中心窩、中心周辺、およびパラフォトブ領域で測定できることを実証していると確信している。我々の研究は、ゼアキサンチンおよびルテインレベルがヒトの脳内の中央および末梢黄斑領域にどのように分布しているかにさらなる光を当てる。研究参加者の間で値の顕著な変化を発見したので、一般集団内のルテイン分布とゼアキサンチン分布、レベル、および比率をよりよく理解するためには、インビボとインビトロの両方のより大きな研究が必要です。
The authors have nothing to disclose.
私たちは、彼らの支援とサポートのために、WesternU検眼大学とWesternUの医学の科学の修士プログラムに感謝します.また、ZeaVisionの寛大な支援と資金に感謝します。
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. |