The Assessment of Blood Flow Velocities in Retinal Collaterals in Diabetic Retinopathy^[*]

Abstract

Purpose Diabetic retinopathy (DR) is a microvascular disease characterized by capillary dropout and resultant retinal ischemia which then leads to retinal vascular remodeling. Our goal was to assess blood flow velocities in retinal collateral vessels in healthy and diabetic subjects with various stages of DR.

Methods In our pilot study, we enrolled five eyes of five healthy subjects (H), five eyes of four subjects with diabetes and no retinopathy (DM), three eyes of three subjects with mild non-proliferative diabetic retinopathy (MDR), and five eyes of four subjects with proliferative diabetic retinopathy (PDR). Following routine ophthalmic examination, all subjects were imaged using a retinal function imager (RFI; Optical Imaging Inc., Rehovot, Israel). The built-in software of the RFI was used to identify and segment retinal collaterals with measurement of the blood flow velocities (BFV). One-way ANOVA was performed for BFV, followed by Newman-Keuls post hoc test. The level of significance was set at 5%.

Results The total number of collateral segments involved in the study was 30, 31, 21, and 39 in the H, DM, MDR, and PDR groups, respectively. The BFVs in the collaterals were significantly lower in PDR (H: 1.86 ± 0.67, DM: 1.91 ± 0.71, MDR: 1.71 ± 0.53, PDR: 1.37 ± 0.58 mm/s). The PDR group showed a statistically significant difference in the comparisons to all groups (p = 0.012, p = 0.008, and p = 0.043 for the H, DM, and MDR groups, respectively), while no other comparisons between the groups were significant.

Conclusion We observed decreased BFV in retinal collaterals in PDR that may be due to the extensive capillary dropout and retinal ischemia. Further studies are needed for the noninvasive functional assessment of retinal microvascular changes in DR to better understand the underlying pathophysiology.

Zusammenfassung

Zielsetzung Die diabetische Retinopathie (DR) ist eine mikrovaskuläre Erkrankung, die sich durch Kapillarausfall und einer daraus resultierenden retinalen Ischämie auszeichnet. Das kann zur einem Remodelling der retinalen vaskulären Gefäße führen. Ziel dieser Studie war es, die Blutströmungsgeschwindigkeit in den retinalen Kollateralgefäßen von gesunden und diabetischen Probanden mit unterschiedlich schwerer DR zu untersuchen.

Methoden Fünf Augen von 5 gesunden Probanden (H) sowie 5 Augen von 4 Probanden mit Diabetes, aber keiner Retinopathie (DM), 3 Augen von 3 Probanden mit milder nicht proliferativer diabetischer Retinopathie (MDR) und 5 Augen von 4 Probanden mit proliferativer diabetischer Retinopathie (PDR) wurden in unserer Pilotstudie untersucht. Nach der augenärztlichen Untersuchung wurde die retinale Blutflussgeschwindigkeit aller in der Studie aufgenommenen Probanden mithilfe eines Retinal Function Imager gemessen (RFI; Optical Imaging Inc., Rehovot, Israel). Die mitgelieferte Software des RFI wurde zur Identifizierung und Segmentierung der retinalen Kollateralgefäße und zur Messung der Blutflussgeschwindigkeit (BFG) eingesetzt. Die gewonnenen BFG-Daten wurden zunächst mit einfacher ANOVA, gefolgt von einem Newman-Keuls-Post-hoc-Test analysiert. Als Signifikanzniveau wurde 5% festgelegt.

Ergebnisse Die Gesamtzahl der in der Studie untersuchten kollateralen Segmente betrug jeweils 30, 31, 21 resp. 39 in den H-, DM-, MDR- und PDR-Gruppen. Die BFG der Kollateralgefäße der PDR-Gruppe waren signifikant niedriger (H: 1,86 ± 0,67, DM: 1,91 ± 0,71, MDR: 1,71 ± 0,53, PDR: 1,37 ± 0,58 mm/s). Die PDR-Gruppe unterschied sich statistisch signifikant von allen anderen Gruppen (p = 0,012, p = 0,008 bzw. p = 0,043 für die H-, DM- und MDR-Gruppen). Keine der Vergleiche zwischen den anderen Gruppen unterschieden sich statistisch signifikant.

Schlussfolgerung Wir stellten fest, dass die BFG in den retinalen Kollateralgefäßen der PDR-Gruppe niedriger war, was eine Folge des extensiven Kapillarverlusts und der retinalen Ischämie sein könnte. Es werden weitere Studien mit nicht invasiver Funktionsbewertung von retinalen mikrovaskulären Veränderungen in der DR benötigt, um ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Pathophysiologie zu bekommen.

Key words

retina - diabetic retinopathy - collaterals - blood flow - Retinal Function Imager

Schlüsselwörter

Netzhaut - diabetische Retinopathie - Kollateralen - Blutfluss - Retinal Function Imager

^* Presented, in part, at the Association for Research in Vision and Ophthalmology Annual Meeting in 2015, Denver, CO, USA and the Annual Meeting of the Swiss Ophthalmological Society in 2018, Fribourg, Switzerland.

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