Die Nutzung elektroretinographischer Minimalsignale zur quantitativen Erfassung der Restfunktion bei fortgeschrittener erblicher Netzhautdegeneration

Abstract

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von elektrophysiologischen Methoden zur Detektion von retinalen Restpotentialen und Differenzierung verschiedener Photorezeptor-Typen. Die Aufzeichnung von Elektroretinogrammen (ERGs) mittels Espion® System (Diagnosys, UK) und DTL-Elektroden erfolgte an 29 gesunden Probanden. Die Lichtstimulation wurde durch das ColorDome® LED Ganzfeld Stimulator (Diagnosys, UK) generiert. Es wurden ERG-Stimulationsprotokolle entwickelt, die einerseits die Differenzierung zwischen den Photorezeptoren ermöglichen und andererseits auf die Anwendung bei Patienten mit Restantworten optimiert wurden. Für die Optimierung wurden physiologische Eigenschaften der Photorezeptoren verschiedenen ERG-Ableitungstechniken gegenübergestellt und exploriert. In der Vorstudie wurden Erkenntnisse aus der Exploration an einzelnen Probandenmessungen angewendet und Hinweise auf eine optimale Stimulationseinstellung gewonnen. Die Definition optimaler Stimulationsparameter erfolgte in der Hauptstudie durch Messungen an 16 Probanden. Für das skotopische ERG-Protokoll resultierte eine 9Hz-Blauflickerstimulation (470nm) mit einer Intensität von 0,012 skot cd*s/m² und einer Pulszeit von 10ms. Ein weißes Mischlicht (6500K) wurde mit einer 9Hz-Flickerstimulation für die kombinierte Stäbchen- und Zapfenantwort angewendet. Die Pulszeit von 14ms und eine Intensität von 0,22 phot cd*s/m² löste eine optimale b-Welle aus. Das photopische Protokoll wurde mit einer Intensität von 0,12 phot cd*s/m² und einer Pulszeit von 10ms definiert. Dabei wurde mit einem roten (635nm) Flickerlicht mit 33Hz im helladaptierten Zustand unter einer blauen Hintergrundbeleuchtung (470nm) von 2 phot cd/m² stimuliert. Ein neues Stimulationsparadigma wurde für die Differenzierung des Blauzapfens programmiert. Durch die Vorschaltung von 2 intensiven Sättigungsblitzen (1000 phot cd/m², 4ms, 635nm) wurde eine Bleichung der Grün- und Rotzapfen erreicht. Dies wurde durch die orange Hintergrundbeleuchtung (90 phot cd/m², 594nm) unterstützt. Mit dem Blaustimulus (6 phot cd/m², 100ms, 470nm), der auf die Sättigungsblitze folgte, konnte ein Blauzapfenpotential im ERG ausgelöst werden. Durch die Mittelung von mehreren b-Wellen einer repetitiven Stimulation (9Hz oder 33Hz) kann ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden, und gleichzeitig eine Identifizierung von Restantworten erleichtert werden. Der Adaptationszustand bleibt von der repetitiven Stimulation weitgehend unbeeinflusst. Die neuen Protokolle erlauben eine einfache klinischen Einbindung und die frühe Diagnostik von Netzhautdegenerationen. Die Stimulationstechnik ermöglicht die quantitative und funktionelle Detektion von Veränderungen auch bei sehr fortgeschrittenen retinalen Degenerationen.

The aim of the study is the development of electrophysiological methods to detect residual potentials and to differentiate between retinal photoreceptors. 29 healthy volunteers were measured using electroretinography (ERG, Espion®, Diagnosys, UK) and DTL-electrodes. A Ganzfeld-bowl (ColorDome®, Diagnosys, UK) was used as light source. A development of stimulation protocols was performed, which should allow differentiating between retinal photoreceptors and which were optimized for measuring patients with residual retinal potentials. Taking account the physiological properties of the photoreceptors, the ERG techniques were explored. The pilot study included first measurements on healthy volunteers with these explored settings. In the main study the optimal stimulation parameters were extracted out of examinations on 16 subjects. The resulted scotopic ERG-protocol was a 9 Hz blueflicker (470nm) with an intensity of 0.012 scot cd.s/m² and a duration of 10 ms. A white stimulation light (6500K) and a 9 Hz flicker was used for the combined rod-cone response (14 ms duration, 0.22 phot cd.s/m²). The photopic ERG protocol was defined by a 33 Hz flicker with a red LED (635 nm) and an intensity of 0.12 phot cd.s/m² (10 ms duration). A blue background illumination (470 nm) was performed with 2 phot cd/m² to saturate the rod system. Optimizing a blue cone protocol, a new triple flash paradigm was developed. At first two high intense red (1000 phot cd/m², 4ms, 635nm) flashes were generated to saturate the long- and middle-wavelength cones. In the second step after a brief period a third blue flash (6 phot cd/m², 100 ms, 470 nm) was used to stimulate the blue cones. Due to the average of a high amount of b-waves from a repetitive stimulation (9 Hz or 33 Hz) a better signal-to-noise ratio could be achieved and therefore an identification of residual potentials was facilitated. We showed that the adaptation conditions were not affected by the flicker stimulation. The new protocol can easily be integrated in the clinical routine examination procedure and allows a better differentiation and diagnosis of retinal degenerations. Additional a quantification and functional detection of residual retinal responses is possible for patients with advanced retinal degenerations.