СПОСОБ ОЦЕНКИ ФУНКЦИИ СЕТЧАТКИ Российский патент 2006 года по МПК A61B3/12 

Предлагаемое изобретение относится к офтальмологии, предназначено для оценки функции сетчатки при проведении электроретинографии.

Многосторонность взаимодействий между нейронами и клетками Мюллера (МК) свидетельствует о существовании тесного метаболического и функционального симбиоза ретинальных нейронов и клеток Мюллера [обзор: Зуева М.В. Клетки Мюллера: роль в нормальном функционировании сетчатки и патогенезе ретинальных заболеваний. - Клиническая физиология зрения. - п/ред. Шамшиновой А.М. и др. М: Н-МФ МБН. - 2002. - С.92-109]. Сетчатка функционально состоит из т.н. «радиальных единиц», каждая из которых включает одну МК и определенное количество тесно контактирующих с ней соседних нейронов, которые функционально и метаболически поддерживает данная клетка Мюллера [Reichenbach A. et al. Quantitative electron microscopy of rabbit Muller (glial) cells in dependence on retinal topography. - Z. Mikrosk. Anat. Forsch.-1988.-V. 102.-N 6.-Р. 897 -912; Reichenbach A., Robinson S.R. The involvement of Muller cells in the outer retina. - m: Neurobiology and Clinical Aspects of the Outer Retina, Eds Djamgoz M.B.A., Archer S.N., Vallerga S., London: Chapman Press, 1995. - P. 395-416].

Качество метаболического симбиоза в таких глио-нейрональных единицах различается в зависимости от того, какие нейроны контактируют с МК, поэтому истинные размеры метаболически активных единиц нейроны-МК различны для различных ретинальных зон. Размер «радиальной единицы» нейроны-МК имеет особое значение в связи с тесной взаимосвязью ее энергетического метаболизма и ретинальной циркуляции [Reichenbach A., Robinson S.R. Phylogenetic constraints on retinal organisation and development. - Prog. Retinal Res. - 1995. - V. 15. - P.139-171].

В эмбриогенезе, на ранних фазах клеточной пролиферации стволовой клетки, при делении ранней прогениторной клетки формируются только ключевые клеточные типы фотопического пути - колбочки, часть амакриновых, а также все горизонтальные и ганглиозные клетки сетчатки. Мюллеровские клетки генерируются позже - от той же прогениторной клетки - т.н. позднего предшественника, при делении которой формируются палочки, все биполярные клетки и часть амакриновых клеток. Исключительно важно, что наиболее активный глио-нейрональный метаболический симбиоз доказан только для так называемых «сестринских» (по происхождению) к МК нейронам, то есть только для их взаимоотношений с палочками, биполярами и частью амакриновых клеток. Поэтому истинные размеры «радиальных единиц» нейроны-клетки Мюллера, являющиеся отражением их метаболической активности, варьируют в различных зонах сетчатки [Reichenbach A. et al. Glio-Neuronal Interactions in Retinal Development // Development and Organization of the Retina From Molecules to Function. Ed. By L.M. Chalupa and B.L. Finlay. -Plenum Press: N.Y., 1998. - P.121-146].

По данным указанных авторов имеется одинаковое среднее количество нейронов, приходящихся на 1 МК в макуле и на периферии сетчатки человека, которое равно 12. Однако в фовеа отсутствуют палочки, но много колбочек и ганглиозных клеток, поэтому, принимая во внимание только «сестринские» к МК биполярные и амакриновые клетки, радиальная единица в фовеа мала и составляет максимум 2-3 нейрона на 1 МК. На средней периферии сетчатки размер активной глио-нейрональной единицы достигает 10-11. Но на крайней периферии также имеется узкое кольцо парадоксального возрастания плотности колбочек, количество которых превышает количество палочек. В связи с этим размер метаболически активной глио-нейрональной единицы в этой зоне опять снижается.

В патологических условиях мюллеровские клетки подвергаются значительным морфологическим, клеточным и молекулярным изменениям. Некоторые из этих изменений связаны с процессами заживления ран и восстановления функционирования ретинальной ткани. Другие отражают вовлечение клеток Мюллера в защиту сетчатки от ее дальнейшего повреждения. С другой стороны, в связи с комплементарностью биохимических свойств глии и нейронов единое метаболическое сообщество «нейрон-нейроглия» функционирует как саморегулирующаяся система с обратной связью. Это позволяет МК эффективно обеспечивать функционирование нейронов в широком диапазоне изменяющихся условий внешней и внутренней среды, но по той же причине нарушения метаболизма и функции МК являются одним из главных патофизиологических механизмов развивающейся ретинальной патологии.

Учитывая важную роль клеток Мюллера (МК) в патогенезе ретинальных заболеваний различной природы, особое значение приобретают фундаментальные исследования, позволяющие использовать знания о функциональных и метаболических взаимодействиях между нейронами и МК в различных ретинальных зонах для изучения патофизиологических механизмов изменений в сетчатке, и разработки новых методов функциональной диагностики.

Поэтому и при изучении звеньев патогенеза заболеваний сетчатки, и при разработке новых методов диагностики и прогноза течения патологического процесса необходимо учитывать динамику глио-нейрональных взаимоотношений в сетчатке. При этом особое значение должны иметь знания о топике этих взаимодействий, то есть характера изменений метаболического симбиоза «нейроны / клетка Мюллера» в локальных зонах сетчатки.

Для общей оценки функциональной активности МК и «радиальных единиц» метаболического симбиоза «нейроны-МК» мы используем глиальный индекс К_Г, рассчитываемый как отношение амплитуды b-волны ЭРГ к амплитуде ритмической ЭРГ (R₃-волны РЭРГ). При этом ЭРГ и РЭРГ регистрировали с использованием ганц-фельд или макулярной стимуляции сетчатки [RU 2240093, 20.11.2004].

Нами изучена динамика изменений глиального индекса К_г при заболеваниях сетчатки различного генеза и показано, что наиболее общим признаком при различных видах офтальмопатологии является активизация метаболизма МК с возрастанием глиального индекса. Но при развитии пролиферации МК характерна противоположная тенденция - резкое снижение глиального индекса, которое может служить диагностическим критерием при развитии пролиферативного синдрома. В данном случае, однако, речь идет только об общей тенденции альтераций глио-нейрональных взаимодействий в сетчатке без учета локальных изменений метаболизма и функции «радиальных единиц». То есть использование глиального индекса при ганц-фельд-стимуляции сетчатки не позволяет судить о топике изменений глио-нейрональных взаимодействий, что значительно сужает возможности метода.

Известен способ оценки профиля метаболически активных глио-нейрональных «радиальных единиц» [Reichenbach A. et al. Glio-Neuronal Interactions in Retinal Development // Development and Organization of the Retina From Molecules to Function. Ed. By L.M. Chalupa and B.L. Finlay. - Plenum Press: N.Y., 1998. - P. 121-146], рассчитывающий их размеры по данным электронной микроскопии и иммуногистохимических исследований. Данный способ применяется только в экспериментах на сетчатках животных, его невозможно использовать для диагностики патологического процесса и изучения заболеваний сетчатки глаза пациентов.

Известен также способ оценки функции сетчатки, принятый нами за ближайший аналог, основанный на специальной технике регистрации мультифокальной ЭРГ (мф-ЭРГ) и используемый в практике клинической электроретинографии [Kondo, M., Miyake, Y., Horiguchi, M, Suzuki, S., Tanikawa, A. Clinical evaluation of multifocal electroretinogram // Investigative Ophthalmology and Visual Science. -1995. - 36. - P. 2146-2150].

В отличие от традиционной электроретинографии способ регистрации мф-ЭРГ делает возможным исследование локальной функции различных региональных областей, причем не только в отдельных зонах предъявления стимула, но и суммарно, по квадрантам поля зрения, а также математически получать суммарный ответ от трех концентрических ретинальных зон. Разработаны нормативы мф-ЭРГ [Parks, S. et al. Functional imaging of the retina using the multifocal electroretinograph: a control study // British Journal of Ophthalmology. -1996. - 80. - P.831-834; Kondo, M. et al. Normal values of retinal response densities in multifocal electroretinogram // Nippon Ganka Gakkai Zasshi. - 1996. - 100. - Р. 810-816]. Следует отметить, что высокие диагностические возможности установки при оценке топографии колбочковой функции макулы и всей центральной ретинальной зоны, а также зрительных вызванных корковых потенциалов (ЗВКП) оправдывают трудоемкость, длительность и высокую стоимость исследований мф-ЭРГ и мф-ЗВКП.

Однако данный способ является способом оценки функции только колбочковой системы сетчатки и только при картировании сигналов в узкой зоне поля зрения, не превышающей 25-30 угловых градусов [Kretschmann, U. el al. Multifocal ERG recording by the VERIS technique and its clinical applications // Developments in Ophthalmology Basel. - 1997. - 29. - P. 8-14; Sutler, E.E., Bearse, M.A. The retinal topography of local and lateral gain control mechanisms, hi Vision Science and its Applications, 1998 OSA Technical Digest Series, Vol.1, Washington, D.C.: Optical Society of America, P. 20-23].

Кроме того, математическая система расчетов, лежащая в основе реализации метода, выделяет псевдореальный сигнал, имеющий преимущественно колбочковую природу с частичным вкладом от ганглиозных клеток сетчатки и от диска зрительного нерва (те же авторы). Это не позволяет даже при изменении частоты предъявления стимула изучать глио-нейрональные взаимоотношения в сетчатке и тем более определять ретинальные нарушения, связанные с изменением топографии и профиля активности «радиальных единиц» нейрон-МК.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в возможности получения новых данных о функции сетчатки и ее нарушениях при ретинальной патологии различного генеза, основанных на определении топографии изменений глио-нейрональных взаимодействий в сетчатке - профиля активности и размера «радиальных единиц» нейроны-клетка Мюллера.

Технический результат достигается за счет того, что определяют глиальный индекс К_г при последовательной регистрации ЭРГ и РЭРГ от 3-х и более соседних неперекрывающихся концентрических зон сетчатки, строят график зависимости К_Г от локализации стимула - горизонтальный профиль, отражающий нарушения в сетчатке, связанные с активностью и размером глио-нейрональных «радиальных единиц», по которому оценивают функцию сетчатки, и ее нарушения определяют при отклонениях значений К_г в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ имеет следующие отличия:

- Способ осуществляется путем выполнения электроретинографии с помощью традиционных приборов для регистрации ЭРГ и РЭРГ.

- Оценивают реальные биоэлектрические ответы сетчатки, а не псевдореальные сигналы, выделяемые с помощью математической системы расчетов.

- Осуществляют последовательную стимуляцию от 3-х и более соседних неперекрывающихся концентрических зон сетчатки по всей ее площади - от центра до крайней периферии.

- В зависимости от задач исследования используют условия стимуляции, селективно благоприятные для оценки функции как колбочковой, так и палочковой систем сетчатки.

- Оценивают сразу суммарный ответ нейронов со стимулируемой зоны без выполнения искусственного сложения ответов от отдельных локальных точек в данном концентрическом кольце.

- Рассчитывают К_Г от каждой стимулируемой зоны.

- Строят график зависимости Кг_Г от локализации (эксцентричности) стимула на сетчатке, отражающий горизонтальный профиль размера метаболически активных глио-нейрональных «радиальных единиц», по которому оценивают функцию сетчатки, и сравнивают его с профилем нормальных значений К_г для здоровых лиц.

- Нарушения в сетчатке определяют при отклонениях значений К_Г в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

- Более широкие возможности топографических исследований, так как оценку функции сетчатки - горизонтальное картирование нейрональной активности выполняют по всей площади сетчатки, включая крайнюю периферию, а не в узкой центральной зоне 25-30 угловых градусов.

- Техническая возможность селективной оценки функции не только колбочковой, но и палочковой систем сетчатки позволяет использовать способ для диагностики нарушений в сетчатке при более широком диапазоне ретинальных патологий.

- Способ позволяет определять профиль нарушений в сетчатке, связанных с изменениями глио-нейрональных взаимоотношений и активностью «радиальных единиц» нейроны-МК.

Учитывая значительную роль клеток Мюллера в патогенезе заболеваний сетчатки различного генеза, это позволяет получать новые данные о патофизиологических механизмах, связанных с нарушениями метаболического симбиоза «нейроны-нейроглия».

- По сравнению с аналогом, который создан для выполнения иных клинических целей, стоимость исследований значительно ниже, так как не требует специального дорогостоящего оборудования.

Способ основан на результатах следующих экспериментальных исследований:

Используя указанные выше данные литературы, нами была составлена гипотетическая схема: ожидаемый горизонтальный (зональный) профиль метаболически активных глио-нейрональных единиц сетчатки, учитывающий количество ретинальных нейронов, обслуживаемых одной МК от макулярной области до ретинальной периферии (фиг.1А). На фиг.1Б представлена схема Райхенбаха (белым отмечены «сестринские» к МК-нейроны сетчатки) [Reichenbach A., Robinson S.R. The involvement of Muller cells in the outer retina. - In: Neurobiology and Clinical Aspects of the Outer Retina, Eds Djamgoz M.B.A., Archer S.N., Vallerga S., London: Chapman Press, 1995. - P.395-416].

Поскольку, как показано нами ранее, глиальный индекс К_г позволяет оценивать размер и, соответственно, активность «радиальных единиц» - глио-нейрональные взаимодействия, в серии экспериментов определяли реальный профиль изменений глиального индекса К_г в различных концентрических зонах в условиях, селективно благоприятных для функционирования палочковой и колбочковой систем сетчатки.

Глаз стимулировали вспышками белого света с частотой 0,25 Гц (для регистрации ЭРГ) и 12 Гц (для РЭРГ) энергетической экспозицией 0,36 мкДж/см² (яркость 16 кд/м²). При центральной фиксации взора последовательно предъявляли стимулы со следующими угловыми размерами: пятно 20 град. в центральной зоне сетчатки (10 град. от центра фовеа), кольца 20-50 град. (ближняя периферия), 50-70 град. (средняя периферия), 70-85 град. (дальняя периферия) и 85-100 град. (крайняя периферия) сетчатки. Таким образом, глиальный индекс определяли от 5 концентрических зон сетчатки.

Для выявления вклада клеточных элементов скотопического и фотопического путей в специфику глио-нейрональных взаимоотношений в различных ретинальных зонах исследования на здоровых лицах выполняли на хроматические стимулы (красные, синие, зеленые) и/или на белые стимулы в различных условиях адаптации и стимуляции: (1) в мезопических условиях (запись в темноте без предварительной темновой адаптации); (2) в условиях глубокой темновой адаптации (30 или более минут); (3) и на белом фоне 12 или более Лк после предварительной световой адаптации. По значениям глиального индекса К_Г в каждой зоне строили график зависимости К_Г от локализации стимула на сетчатке, то есть его эксцентричности, который представляет собой горизонтальный профиль метаболически активных глио-нейрональных «радиальных единиц». Данный профиль являлся основой для оценки функции сетчатки. Для определения нормативов горизонтального профиля К_г исследования выполнены у 11 здоровых лиц. Поскольку у всех испытуемых были получены сходные закономерности изменений глиального индекса при смещении стимула от центра к периферии сетчатки, полученные данные были усреднены и определен нормальный горизонтальный профиль глио-нейрональных взаимодействий (фиг.2А).

Ожидаемая куполообразная форма профиля К_Г с максимумом на средней периферии сетчатки в эксперименте подтверждена только в условиях темновой адаптации, что свидетельствует о доминирующей роли палочек и нейронов палочковой системы в активном глио-нейрональном симбиозе. Таким образом, при исследовании здоровых лиц определен профиль изменений ганц-фельд ЭРГ и ритмической ЭРГ (РЭРГ) на частоту мельканий 12 Гц и описана нормальная закономерность изменений глиального индекса К_г в различных зонах сетчатки при последовательном предъявлении стимулов: центрального пятна и колец, локализованных на ближней, средней, дальней и крайней перифериях сетчатки.

Дальнейшая апробация способа при обследовании пациентов с заболеваниями сетчатки различного генеза показала, что нарушение функции сетчатки можно определять при отклонениях значений К_г в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц.

Профиль глиального индекса и, соответственно, размера и активности «радиальных единиц» в сетчатке был нами исследован у 4 пациентов с болезнью Штаргардта (БШ) и 6 больных с периферическим ретиношизисом (ПРШ) различного генеза. Для ускорения и упрощения для пациентов методики обследования в клинических условиях оценивали только мезопический горизонтальный профиль b-волны ЭРГ, R₃-волны низкочастотной РЭРГ (12 Гц) и рассчитанного по их отношению глиального индекса К_Г.

В таблице 1 представлены средние значения глиальных индексов по зонам (в относит. ед.) для трех экспериментов^*.

Таблица 1Зона Профиль20°20-50°50-70°70-85°85-100°Скотопический Норма8±2,518±2,845,4±3,625,45±3,29,5±2,9Фотопический Норма1,45±1,12,16±1,41,3±13±1,71±0,8Мезопический Норма4±2,95±3,211±415±3,68±3Мезопический БШ12,24047,5543,731,3Мезопический Периф. РШ11,126212518,2^*Для нормы даны М±σ.

При БШ (фиг.2Б), характеризующейся первичным поражением центральной зоны сетчатки, выявлена куполообразная форма профиля глиального индекса. Его абсолютные величины резко превышали данные для мезопического и соответствовали скорее скотопическому профилю здоровых лиц. То есть при БШ страдают колбочковые элементы не только центральной зоны, но всей фотопической системы сетчатки, приближая мезопический горизонтальный профиль К_г пациентов к скотопическому. У пациентов с круговым ПРШ (фиг.2 В) характерным оказалось четкое соответствие динамики изменений мезопического глиального индекса его профилю у здоровых лиц в фотопических условиях стимуляции.

Способ осуществляют следующим образом.

При последовательной регистрации ЭРГ и РЭРГ от 3-х и более соседних неперекрывающихся концентрических зон сетчатки определяют глиальные индексы К_Г, строят график зависимости К_Г от локализации стимула на сетчатке - горизонтальный профиль, связанный с изменением активности и, соответственно, размера глио-нейрональных «радиальных единиц», по которому оценивают функцию сетчатки, и определяют ее нарушения при отклонениях значений К_Г в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц.

Для реализации данного способа оценки функции сетчатки возможно использование любых устройств, обеспечивающих расчет К_Г по известному способу при стимуляции трех и более соседних неперекрывающихся концентрических зон сетчатки.

Клиническая апробация способа проведена у 11 здоровых лиц, 4 больных с болезнью Штаргардта и 6 пациентов с периферическим ретиношизисом миопического, дегенеративного и травматического генеза.

Конкретные примеры выполнения способа:

Пример 1. Испытуемый В. 20 лет, оптические среды прозрачны, на глазном дне изменений нет.Visus OU=1,0.

При проведении ЭФИ в данном и последующем примерах способ выполняли в мезопических условиях (в темноте, без предварительной темновой адаптации). Во всех клинических примерах последовательно регистрировали ЭРГ (0,25 Гц) и РЭРГ (12 Гц) на ахроматические стимулы (0,36 мкДж/см², 16 кд/м²). При центральной фиксации взора последовательно предъявляли стимулы со следующими угловыми размерами: пятно 20 град. в центральной зоне сетчатки (10 град. от центра фовеа), кольца 20-50 град. (ближняя периферия), 50-70 град. (средняя периферия), 70-85 град. (дальняя периферия) и 85-100 град. (крайняя периферия) сетчатки.

После регистрации ЭРГ и РЭРГ рассчитаны глиальные индексы К_Г как отношение амплитуды b-волн ЭРГ (от пика волны-а) и R₃-субкомпонента РЭРГ в пяти последовательных зонах сетчатки равнялись соответственно. Таким образом, глиальные индексы определяли от 5 соседних неперекрывающихся концентрических зон сетчатки. Затем строили график зависимости К_Г от локализации стимула на сетчатке - его горизонтальный профиль, отражающий профиль изменений активности глио-нейрональных «радиальных единиц», по которому оценивали функцию сетчатки. Зональные значения К_Г сравнивали с нормальными среднестатистическими величинами. Нарушения в сетчатке определяли при отклонениях значений К_Г в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц.

В клиническом примере 1 у здорового субъекта В. при оценке функции сетчатки глиальные индексы К_Г в пяти зонах составляли: 5; 8; 14; 18 и 10 относительных единиц соответственно.

Отклонения значений глиального индекса от среднестатистической нормы не превышали 3 относит. ед. При построении графика горизонтальный профиль К_Г соответствовал нормальной топографии глио-нейрональных взаимодействий в сетчатке (фиг.ЗА).

Пример 2. Пациент О., 25 лет, болезнь Штаргардта.

Visus OD=0,1.

Способ выполняли, как описано в клиническом примере 1.

При оценке функции сетчатки глиальные индексы К_Г в пяти зонах составляли: 6; 34; 44; 40 и 35 относительных единиц соответственно.

При построении графика у больного О. выявлена куполообразная форма профиля К_Г с резким превышением нормальных значений глиального индекса в точках профиля, соответствующих зонам стимуляции ближней (на 29 отн.ед.), средней (на 33 отн.ед.) и дальней (на 25 отн.ед.) периферии сетчатки (фиг.3Б). Таким образом выявлены генерализованные нарушения всей фотопической системы, наиболее выраженные на средней периферии сетчатки с возрастанием размера «радиальных единиц». Учитывая данные фундаментальных исследований, можно говорить о резкой активизации глио-нейрональных взаимодействий преимущественно колбочковой системы сетчатки и, прежде всего, метаболического симбиоза «сестринских» колбочковых биполярных клеток с МК в этих зонах.

Пример 3. Пациент Ш., 38 лет.

На OS - миопия высокой степени, ПВХРД, на периферии сетчатки почти круговой ретиношизис.

Visus OS=0,7 с коррекцией.

Способ выполняли, как описано в клиническом примере 1.

При оценке функции сетчатки глиальные индексы К_Г в пяти зонах составляли: 9; 25; 17; 30 и 16 относительных единиц соответственно.

При построении графика у больного Ш. (фиг.3 В) форма мезопического профиля глиального индекса приближается к фотопическому профилю К_г здоровых лиц, но с резким возрастанием абсолютных значений индекса. К_г превышает норму в центральной зоне (на 5 отн.ед.), в зонах ближней (на 20 отн.ед.), средней (на 6 отн.ед.) дальней (на 15 отн.ед.) и крайней (на 8 отн.ед.) периферии сетчатки.

Отклонения в значениях К_г на ближней и дальней перифериях существенно превышают 4 относительные единицы, что указывает на нарушения, характеризующиеся увеличением размера «радиальных единиц и, соответственно, активизацией глио-нейрональных взаимодействий преимущественно палочковой системы сетчатки в этих зонах.

Таким образом, результаты подтверждают, что исследования профиля К_Г в различных ретинальных зонах позволяют оценивать функцию сетчатки и, соответственно, получать новые данные о нарушениях в сетчатке и при ее заболеваниях различного генеза и свидетельствуют о его диагностической ценности и перспективах использования способа в клинике глазных болезней.

Изобретение относится к офтальмологии и предназначено для оценки функции сетчатки при проведении электроретинографии. Определяют глиальный индекс К_Г при последовательной регистрации ЭРГ и РЭРГ от 3-х и более соседних неперекрывающихся концентрических зон сетчатки. Выполняют построение графика зависимости К_Г от локализации стимула на сетчатке - горизонтального профиля, отражающего изменения активности и размера глио-нейрональных «радиальных единиц», по которому оценивают функцию сетчатки. Определяют ее нарушения при отклонениях значений К_Г в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц. Способ позволяет получить новые данные о функции сетчатки и ее нарушениях при ретинальной патологии различного генеза. 3 ил., 1 табл.

Способ оценки функции сетчатки, включающий проведение электроретинографии, отличающийся тем, что определяют глиальный индекс КГ при последовательной регистрации ЭРГ и РЭРГ от 3-х и более соседних не перекрывающихся концентрических зон сетчатки, выполняют построение графика зависимости КГ от локализации стимула на сетчатке - горизонтального профиля, отражающего изменения активности и размера глио-нейрональных «радиальных единиц», по которому оценивают функцию сетчатки и определяют ее нарушения при отклонениях значений КГ в одной или более точках профиля от нормальных значений на 4 и более относительных единиц.