Retinal Oximetry Discovers Novel Biomarkers in Retinal and Brain Diseases (1)

Dans cette étude, l’oxymétrie rétinienne est étudiée en tant que méthode non invasive pouvant permettre le diagnostic précoce et la stadification de plusieurs maladies oculaires telles la rétinopathie diabétique (RD), l’occlusion veineuse centrale de la rétine (OVCR), la rétinite pigmentaire, le glaucome, ainsi que de maladies neurologiques telles la maladie d’Alzheimer et la sclérose en plaques.

La RD et l’OVCR sont des affections marquées par l’hypoxie rétinienne. En examinant l’oxymétrie dans la rétinopathie diabétique, les auteurs ont constaté une augmentation de la saturation veineuse en oxygène et une diminution de la différence artérioveineuse. Dans les deux cas, il y a une perturbation du flux sanguin avec une hypoxie tissulaire résultante ainsi qu’une production de facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF). Ces deux aspects physiopathologiques entraînent des modifications de la saturation en oxygène. Pour ces deux conditions, il existe également une corrélation entre la gravité de la maladie et le niveau d’hypoxie.

Les auteurs proposent la rétinite pigmentaire et le glaucome comme deux affections atrophiques puisque la consommation d’oxygène est réduite et en corrélation avec l’atrophie et la réduction du champ visuel.

Finalement, la rétine étant une extension du cerveau, il n’est pas surprenant que l’oxymétrie oculaire soit également altérée chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer et de la sclérose en plaques. Si le potentiel de l’oxymétrie rétinienne est prometteur, les auteurs concluent qu’il est nécessaire d’étendre le nombre d’études prospectives dans ce domaine.

Retinal oximetry in patients with ischaemic retinal diseases (2)

Cette revue de littérature s’est penchée sur les associations entre la saturation en oxygène et les maladies ischémiques de la rétine. Les auteurs ont choisi 10 publications d’intérêt sur le sujet : 6 portant sur la DR et 4 sur l’OVCR. En ce qui concerne le diabète, les six études ont révélé une association entre l’augmentation de la saturation en oxygène dans les veines de la rétine et la présence de RD. Elles ont également constaté une corrélation entre le niveau de saturation des veines de la rétine et la gravité de la RD. La plupart des études, 4 sur 6, ont également constaté une augmentation de la saturation artérielle en oxygène de la rétine en RD. Dans le cas de l’OVCR, toutes les études ont constaté une augmentation de la saturation en oxygène des veines de la rétine, mais pas des artères.

Cet article a examiné les études utilisant des appareils d’oxymétrie à deux longueurs d’onde. Leur nombre est limité par le fait que l’oxymétrie oculaire est encore une discipline relativement nouvelle. En outre, la seule littérature disponible porte sur des études transversales ou des séries de cas ; il n’y pas encore eu d’études prospectives ou d’essais cliniques sur le sujet. Néanmoins, le fait qu’il existe des marqueurs mesurables et prévisibles de la saturation en oxygène dans ces conditions est prometteur quant à l’usage de l’oxymétrie oculaire dans la gestion des maladies oculaires.

Retinal oximetry: Metabolic imaging for diseases of the retina and brain (3)

Cette étude corrobore l’utilité de l’oxymétrie oculaire dans les maladies de la rétine et du cerveau.

Rétinopathie diabétique (RD)

Dans la RD, la saturation en oxygène des veines de la rétine est élevée et la différence artérioveineuse s’amenuise à mesure que la condition progresse. Ceci pourrait s’expliquer par la production de VEGF suivant l’hypoxie. L’article relate également que des interventions thérapeutiques telles que le traitement au laser et la vitrectomie semblent améliorer l’oxygénation rétinienne.

Occlusion de la veine centrale de la rétine (OVCR)

La gravité de l’OVCR serait corrélée avec les résultats de l’oxymétrie oculaire. Plus précisément, une ischémie périphérique accrue, une perte d’acuité visuelle et une augmentation de l’épaisseur de l’œdème maculaire seraient associées à une plus faible saturation en oxygène au niveau des veinules rétiniennes.

Glaucome et rétinite pigmentaire

Dans ces deux maladies, l’atrophie de la rétine serait associée à une consommation réduite en oxygène. Il en résulterait une plus grande saturation veineuse et une réduction de la différence artérioveineuse. Dans le glaucome, des valeurs d’oxymétrie oculaire plus basses seraient observées avec des anneaux neuro-rétiniens plus fins, des champs visuels restreints et une réduction de l’épaisseur de la couche des fibres nerveuses. De même, dans la rétinite pigmentaire, la saturation rétinienne en oxygène serait affectée lors d’une atrophie avancée et une détérioration du champ visuel.

Maladie systémique

L’oxymétrie oculaire révèlerait même les effets de l’hypoxie dans des conditions systémiques telles que les maladies cardiaques et pulmonaires. Des affections neurologiques telles que la maladie d’Alzheimer et la sclérose en plaques ont également montré une corrélation avec les valeurs de l’oxymétrie oculaire.

Retinal oximetry in glaucoma: investigations and findings reviewed (4)

Nous savons depuis longtemps que des facteurs autres que la pression intraoculaire jouent un rôle dans la physiopathologie du glaucome. À ce titre, la perturbation du flux sanguin au niveau du nerf optique serait un facteur de risque important de la maladie.

Cet article avance l’hypothèse qu’il pourrait y avoir deux façons dont la circulation sanguine serait impliquée dans le glaucome. L’hypothèse vasculaire suggère que l’altération de la circulation sanguine serait fondamentale, entraînant une atrophie des tissus. L’hypothèse mécanique quant à elle, propose que des facteurs non vasculaires, tels qu’une pression intraoculaire accrue, provoqueraient une atrophie des tissus. La demande en oxygène diminuerait subséquemment.

L’oxymétrie oculaire pourrait jouer un rôle dans l’étude de ces deux hypothèses non mutuellement exclusives. Les modèles mathématiques suggèrent que l’hypothèse mécanique peut être prédominante dans la physiopathologie du glaucome à haute tension, tandis que l’hypothèse vasculaire peut mieux expliquer le glaucome normotensif. La poursuite des recherches dans ce domaine pourrait aider à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques afin d’améliorer les résultats pour les patients.

Convolutional Neural Networks for Spectroscopic Analysis in Retinal Oximetry (5)

Cet article vise à remédier aux incohérences quantitatives des mesures d’oxymétrie oculaire, qui ont jusqu’à présent limité la portée clinique de cette technologie. Les auteurs ont développé un algorithme de réseau neuronal convolutif (CNN) pour l’oxymétrie multi-longueurs d’onde. Cette technique sans étalonnage démontre la capacité à détecter les quatre différentes conformations de l’hémoglobine et à déduire efficacement l’oxygénation effective et l’oxygénation fractionnée.

Cette méthode s’attaque à trois limitations qui ont historiquement affecté la mesure de l’oxymétrie oculaire. Premièrement, les algorithmes utilisés dans les systèmes à deux ou trois longueurs d’onde sont sensibles à la diffusion et à l’absorption dans l’œil. Deuxièmement, les systèmes actuels souffrent souvent d’un mauvais étalonnage spectral. Troisièmement, l’oxymétrie oculaire s’est historiquement concentrée sur la saturation en oxygène effective, tandis que la saturation en oxygène fractionnée est plus pertinente sur le plan clinique. Cette dernière prend en compte les dyshémoglobines, qui peuvent affecter la quantité d’oxygène circulant. L’algorithme CNN proposé, en raison de sa précision et de sa répétabilité, s’avère prometteur pour la pénétration clinique de l’oxymétrie oculaire.

Conclusion

Et voilà, les cinq meilleures lectures en oxymétrie oculaire. En bref, l’oxymétrie oculaire est une technologie prometteuse qui pourrait permettre de diagnostiquer plus tôt et de mieux prendre en charge de nombreuses maladies oculaires, neurologiques et même systémiques. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour améliorer l’exactitude et la précision de ces mesures. À cet égard, la nouvelle technologie de Zilia, Zilia Ocular, actuellement en cours de développement s’avère prometteuse. Cette technologie innovante implique l’utilisation de plusieurs longueurs d’onde pour obtenir des mesures absolues et continues d’oxymétrie, ouvrant la voie à une foule d’informations métaboliques. Cela contribuera certainement à faire avancer la recherche dans ce domaine et à contribuer à protéger la vue de nombreux patients.

Références

1. Einar Stefánsson, Olof Birna Olafsdottir, Anna Bryndis Einarsdottir, Thorunn Scheving Eliasdottir, Thor Eysteinsson, Wouter Vehmeijer, Evelien Vandewalle, Toke Bek, Sveinn Hakon Hardarson; Retinal Oximetry Discovers Novel Biomarkers in Retinal and Brain Diseases. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2017;58(6):BIO227-BIO233. https://doi.org/10.1167/iovs.17-21776.
2. Rilvén, S., Torp, T.L. and Grauslund, J. Retinal oximetry in patients with ischaemic retinal diseases. Acta Ophthalmol. 2017;95:119-127. https://doi.org/10.1111/aos.13229
3. Stefánsson, E., Olafsdottir, O., Eliasdottir, T.S., Vehmeijer, W.B., & Hardarson, S. Retinal oximetry: Metabolic imaging for diseases of the retina and brain. Progress in Retinal and Eye Research. 2019;70:1-22.https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2019.04.001.
4. Shughoury A, Mathew S, Arciero J, Wurster P, Adjei S, Ciulla T, Siesky B, Harris A. Retinal oximetry in glaucoma: investigations and findings reviewed. Acta Ophthalmol. 2020 Sep;98(6):559-571. https://doi.org/10.1111/aos.14397.
5. DePaoli, D.T., Tossou, P., Parent, M. et al. Convolutional Neural Networks for Spectroscopic Analysis in Retinal Oximetry. Sci Rep. 2019; 9:11387. https://doi.org/10.1038/s41598-019-47621-7.

Écrit par l’équipe Zilia le 5 mars 2021