CORRELATION BETWEEN GLAUCOMA DAMAGE AND OCULAR PULSE AMPLITUDE MEASURED WITH A DYNAMIC CONTOUR TONOMETER

Transcript

1 35 CORRELATION BETWEEN GLAUCOMA DAMAGE AND OCULAR PULSE AMPLITUDE MEASURED WITH A DYNAMIC CONTOUR TONOMETER Correlazione tra danno da glaucoma e ampiezza della pulsazione oculare misurata con tonometro dinamico a contorno Donatella Musetti, Carlo E Traverso, Michele Iester Clinica Oculistica, DiNOGMI, University of Genoa, Genoa, Italy INTRODUCTION The Dynamic contour tonometer (DCT) is a digital contact tonometer that measures intraocular pressure (IOP) and ocular pulse amplitude (OPA) simultaneously. The OPA is an indirect indicator of the choroidal perfusion and reflects the ocular blood flow corresponding to the heart pulse function of time and corresponds to the difference between mean minimum and mean maximum of pulse curve (Fig. 1) 1. There is evidence that the OPA could play a role in the clinical course of glaucoma. A recent study has determined a correlation between ocular pulse amplitude and visual field defects 2. The purpose of the present study was to compare OPA measurements obtained by DCT in POAG patients and normal subjects. METHODS This is a prospective cross-sectional study. The research followed the tenets of the Declaration of Helsinki. Institutional Review Board gave its approval of this study. One hundred and sixthy-two eyes of 81 patients were involved; including 90 normal subjects and 72 primary open angle glaucoma patients. Subjects were considered INTRODUZIONE Il tonometro dinamico di Pascal (DCT) è un tonometro a contatto digitale che misura contemporaneamente la pressione intraoculare (IOP) e l'ampiezza della pulsazione oculare (OPA). L'OPA è un indicatore indiretto della perfusione coroidale e riflette il flusso ematico oculare corrispondente alla pulsazione cardiaca riferita nel tempo e corrisponde alla differenza tra il valore medio massimo e quello minimo nella curva della pulsazione oculare (Fig. 1) 1. Vi è prova che l'opa potrebbe influenzare il decorso clinico del glaucoma. In base a un recente studio esiste una relazione tra ampiezza della pulsazione oculare e difetti del campo visivo 2. Lo scopo del presente studio era porre a confronto le misurazioni OPA ottenute con DCT in pazienti affetti da GPAA (Glaucoma Primario ad Angolo Aperto - POAG) e in soggetti normali. METODI Questo è uno studio cross-section prospettico. La ricerca è stata condotta seguendo i principi della Dichiarazione di Helsinki. L'Institutional Review Board ha dato la sua approvazione a questo studio. Sono stati esaminati 162 occhi di 81 individui, dei quali 90 di soggetti normali e 72 di pazienti affetti CORRESPONDING AUTHOR Michele Iester, MD, PhD ClinicaOculistica Viale Benedetto VX, Genova Tel iester@unige.itt KEY WORDS Ocular pulse amplitude, glaucoma, intraocular pressure PAROLE CHIAVE Ampiezza della pulsazione oculare, glaucoma, pressione intraoculare Financial Disclosure(s): The authors have no proprietary or commercial interest in any of the materials discussed in this article.

2 36 Fig. 1 OCULAR PRESSURE CURVE Fig. 1 The ocular pulse amplitude is a representation of the difference between the minimum and maximum of the pulse wave contour L'ampiezza della pulsazione oculare è una rappresentazione della differenza tra il massimo e il minimo della curva della pulsazione IOP [mmhg] t [sec] normal if they had normal visual field and optic nerve head, untreated intraocular pressure below 21mmHg, no family history of glaucoma. Patients were defined as having POAG if they had an abnormal visual field (as described below) and/ or an abnormal ONH/retinal nerve fiber layer (RNFL) using a Volk 90 lens, an open angle by gonioscopy, and no clinically apparent secondary cause for their glaucoma. The abnormal ONH and RNFL classification were based on the presence of a optic rim notch or diffuse/generalized loss of optic rim tissue, vertical cup/disc diameter ratio asymmetry unexplained by side differences in optic disc size, disc hemorrhage, or a localized defect within the RNFL. The glaucomatous ONH damage had to be conformed to visual field defect. The visual field was assessed by Humphrey Field Analyzer (HFA, Humphrey Instruments, San Leandro, CA, USA). All patients were da glaucoma primario ad angolo aperto. I soggetti classificati come normali presentavano campo visivo e papilla ottica nella norma, pressione intraoculare non trattata sotto i 21 mmhg, nessuna storia familiare di glaucoma. I pazienti definiti affetti da GPAA presentavano campo visivo alterato (come descritto sotto) e/o un'alterazione nella papilla ottica (ONH)/nello strato di fibre retiniche nervose (RNFL) individuata con lente Volk 90, angolo aperto rilevato mediante indagine gonioscopica e apparente assenza di cause secondarie all origine del glaucoma. La classificazione di ONH e RNFL alterati era basata sulla presenza di un'incisura nel bordo discale o nella perdita diffusa/generalizzata di tessuto del bordo discale, rapporto Cup/Disc verticale con asimmetria del diametro non suffragata dalle differenze laterali delle dimensioni del disco, emorragia discale o difetto localizzato nel RNFL. Il danno glaucomatoso alla papilla ottica

3 37 experienced in perimetry as they had already done at least three tests in the last three years. The visual fields of all the subjects were analyzed by HFA, program 24-2 SITA standard. Subjects were classified as having an abnormal visual field when they had at least: a) 3 adjacent points depressed by 5 db with one of the points being down by at least 10 db; b) 2 adjacent points down by 10 db; or c) a 10 db difference cross the nasal horizontal meridian in 2 adjacent points, all verified on at least three visual fields. None of the points could be edge points except immediately above or below the nasal horizontal meridian (21,22). Only reliable fields were used as determined by the reliability parameters (false positive responses and false negative responses< 30%, and fixation losses< 10%). Mean deviation, pattern standard deviation and corrected pattern standard deviation were used to characterize the two POAG subgroups. From all visual field maps, the sensitivity of each tested point and the pattern deviation map values of each point were analyzed. Glaucomatous patients had to be under treatment with either a prostaglandin (25 patients) or a -blocker (21 patients) in a monotherapy regimen. Patients were excluded from the study if they had any corneal abnormality, an IOP > 30 mmhg and the quality indicator of DCT measurements was higher than 2. The patient s characteristics are given in Table 1. The OPA was assesed by Pascal (DCT), a digital contact tonometer. The dynamic contour tonometer doveva essere conforme ai difetti del campo visivo. I campi visivi sono stati analizzati mediante Humphrey Field Analyzer (HFA, Humphrey Instruments, San Leandro, CA, USA). Tutti i pazienti erano stati sottoposti a perimetria avendo già effettuato almeno tre test nell'arco degli ultimi tre anni. I campi visivi di ciascun soggetto sono stati analizzati mediante HFA, programma 24-2 SITA standard. I soggetti classificati con il campo visivo alterato avevano almeno: a) 3 punti contigui al di sotto dei 5 db con almeno uno di questi sotto i 10 db; b) 2 punti contigui sotto i 10 db; oppure c) una differenza di almeno 10 db sul meridiano orizzontale nasale di 2 punti contigui, il tutto verificato in almeno tre campi visivi. Nessuno dei punti poteva fare parte del bordo eccetto che immediatamente sopra o sotto il meridiano orizzontale nasale (21, 22). Sono stati utilizzati soltanto i campi visivi determinati dai parametri di attendibilità (falsi positivi e falsi negativi <30%, e le perdite di fissazione <10%). I due sottogruppi GPAA sono stati classificati in base alla MD (Deviazione Media), la Deviazione standard del modello e la Deviazione standard del modello corretto. Sono state analizzate la sensibilità di ciascun punto testato e la mappa dei valori di deviazione standard del modello di tutte le mappe del campo visivo. I pazienti glaucomatosi dovevano essere sotto trattamento con una prostaglandina (25 pazienti) o un beta-bloccante (21 pazienti) in regime di monoterapia. Sono stati esclusi dallo studio pazienti che presentavano anomalie alla cornea, valore IOP> 30 mmhg e indicatore di qualità dei rilievi DCT

4 38 Tab. 1 Mean + standard deviation, n = number of eyes, m = male, f = female, C/D = cup/disc area ratio, PG = prostaglandins. Tab. 1 DEMOGRAPHIC ANALYSIS OF THE STUDY GROUP ANALISI DEMOGRAFICA DEL GRUPPO DI STUDIO Patients n Age (years) Gender m f C/D THERAPEUTIC REGIMEN B-BLOCKERS 21 n Media + deviazione standard, n = numero di occhi, m = maschio, f = femmina, C/D = rapporto area cup/ disc, PG = prostaglandine. glaucomatous ± ± 0.1 PG LATANOPROST 11 TRAVOPROST 6 BIMATOPROST 3 TAFLUPROST 5 healthy subjects ± ± along with the wireless sensor device witch picks up the signal each time the pressure and ocular pulse amplitude is measured. This tonometer is mounted on a slitlamp device. Before measurement with DCT, patients received corneal anaesthesia with benoxinate eye drops and a new disposable tonometer tip was used for each patient. Individual measurements were deemed successful when the devices emitted an audible signal indicating that a result with the desired quality index could be computed, usually after 5 seconds. Only OPA readings with quality index Q of 2 or 1 (range:1-5, 5 being the lowest measurement quality) were considered for analysis. RESULTS The study included 44 healthy participants (20 women and 24 men) contributing 88 normal eyes and 46 patients with POAG (26 women and 20 men) contributing 92 superiore a 2. Le caratteristiche dei pazienti sono riportate nella tabella 1. L'OPA è stata rilevata dal DCT. Insieme al dispositivo sensoriale, il tonometro dinamico rileva il segnale ogni volta che vengono misurate la pressione e l'ampiezza della pulsazione oculari. Il tonometro è montato su un dispositivo di lampada a fessura. Prima di ogni misurazione con DCT, il tonometro veniva dotato di una nuova punta monouso e ai pazienti venivano instillate gocce di anestetico corneale. Ciascuna misurazione era considerata valida quando i dispositivi emettevano un segnale acustico che segnalava un risultato con l'indice di qualità desiderato, utile per essere elaborato con successo, in genere dopo 5 secondi. Per l'analisi sono state utilizzate soltanto letture OPA con indice di qualità "Q" di 2 o 1 (range: 1-5, 5 considerando il valore 5 come misura inferiore). RISULTATI Lo studio ha coinvolto 44 soggetti

5 39 Tab. 2 SUMMARY OF MEAN OPA AND IOP FOR NORMAL AND GLAUCOMATOUS EYES SINTESI DELLE OPA E IOP MEDIA PER OCCHI NORMALI E GLAUCOMATOSI NORMAL SUBJECTS OPA (mmhg) OP GOLDMANN (mmhg) IOP PASCAL (mmhg) POAG NORMAL SUBJECTS POAG NORMAL SUBJECTS POAG Mean SD Max Tab. 2 Summary of mean OPA and IOP for normal and glaucomatous eyes. The difference between the two groups was not statistically significant for the OPA values Sintesi delle OPA e IOP media per occhi normali e glaucomatosi. La differenza tra i due gruppi non è stata statisticamente significativa per i valori OPA Min glaucomatous eyes (Tab. 1). The mean age was 61.7±16.2 (mean ± SD) years for normal patients and 69.9±13.0 years for glaucomatous patients (p>0.001), respectively. The OPA readings ranged from 0.9 to 6.6 mmhg with a mean of 3.25±1.17 and 3.04±1.10, respectively. There was no significant difference in the mean OPA values between right and left eyes in both POAG patients (R 3.13±1.25; L 2.95±0.94) and in normal subjects (R 3.29±1.08; L 3.22±1.26). There was no statistically significant difference of the OPA values between normal (3.25±1.17 mmhg) and glaucomatous patients (3.04±1.10 mmhg); also for the specific therapeutic regimen prostaglandins (2.95±0.83) or betablockers (3.17±1.46), respectively. The OPA was not correlated with the quality of measurement with the Pascal tonometer. Among glaucomatous patients, no correlation was found between sani (20 donne e 24 uomini) che contribuiscono con 88 occhi normali e 46 pazienti con GPAA (26 donne e 20 uomini) con 92 occhi glaucomatosi (Tab. 1). L'età media era di 61,7 ± 16,2 anni (media±sd) per i pazienti normali e 69,9±13,0 anni per i pazienti glaucomatosi (p> 0,001), rispettivamente. Le letture OPA variavano da 0,9 a 6,6 mmhg rispettivamente con una media di 3,25±1,17 e 3,04±1,10. Non sono state riscontrate differenze apprezzabili nei valori OPA medi tra occhio destro e sinistro sia nei pazienti con GPAA (dx 3,13±1,25; sx 2,95±0,94) sia nei soggetti normali (dx 3,29±1,08; sx 3,22±1,26). Non state riscontrate differenze statisticamente significative nei valori OPA tra pazienti normali (3,25±1,17 mmhg) e glaucomatosi (3,04±1,10 mmhg); nemmeno riguardo al regime terapeutico specifico rispettivamente con prostaglandine (2,95±0,83) o beta-bloccanti (3,17±1,46).

6 40 the OPA and the optic nerve head damage (as cup/disk ratio). A positive correlation between OPA as measured by Pascal tonometer and IOP measurements obtained with both Goldman and DCT was found: the higher the IOP the higher the OPA values. Table 2 summarizes the results obtained for glaucomatous and normal patients. DISCUSSION Glaucoma is one of the leading causes of vision loss worldwide. This syndrome of progressive optic neurological damage to the nerve fibres, characterised by optic nerve head excavation. The exact mechanisms leading to this specific type of damage is not yet well understood. However, the pathogenesis of optic nerve damage in glaucoma is attributed to a combination of mechanical and vascular factors, with IOP playing a mayor role. The ocular blood flow in particular to the optic nerve head, represents an important risk factor in the aetiology of glaucoma. Numerous studies on the vascular aspects of glaucoma have lead to the consensus that ocular perfusion plays a role in the pathogenesis of glaucoma 1,3,4. Pascal Dynamic Contour Tonometry (DCT), developed by Swiss Microtechnology AG (Port, Switzerland), was used in this study to quantify one of the parameters of ocular blood flow: the ocular pulse amplitude (OPA). DCT represent a new technology noninvasive and direct IOP measurement irrespective of the central corneal thickness (CCT) or corneal elasticity 5,6. In this cross-sectional study of 90 L'OPA non era correlato con la qualità della misurazione con il tonometro Pascal. Tra i pazienti glaucomatosi non sono state rilevate correlazione tra OPA e danno alla papilla ottica (come rapporto Cup/Disc). Una correlazione positiva è stata trovata tra il valore OPA rilevata dal tonometro Pascal e le misurazioni delle IOP compiute con Goldman e DCT: più elevata è la pressione intraoculare e più elevati sono i valori della pulsazione oculare (OPA). La tabella 2 riassume i risultati ottenuti per i pazienti normali e affetti da glaucoma. DISCUSSIONE Il glaucoma è una delle principali cause di perdita della vista nel mondo. Questa sindrome di progressivo danno neurologico alle fibre nervose retiniche si caratterizza con escavazione della papilla ottica. Non sono ancora stati del tutto chiariti gli esatti meccanismi che portano a questo specifico tipo di danno. Tuttavia, nel glaucoma la patogenesi del danno al nervo ottico è attribuita a una combinazione di fattori meccanici e vascolari, fra i quali la IOP riveste un ruolo importante. Il flusso sanguigno oculare, nella papilla ottica in particolare, costituisce un importante fattore di rischio nell'eziologia del glaucoma. Numerosi studi sugli aspetti vascolari di glaucoma hanno portato all'opinione condivisa che la perfusione oculare giochi un ruolo nella patogenesi del glaucoma 1,3,4. In questo studio è stata impiegata la DCT (Swiss Microtechnology AG, Port, Svizzera) per quantificare uno dei parametri di flusso sanguigno oculare: l'ampiezza della pulsazione oculare (OPA). La DCT rappresenta una tecnologia innovativa non invasiva e diretta per

7 41 patients we evaluated the possible correlation between OPA and IOP, OPA and C/D. Our results indicate that the higher IOP the higher the OPA values. Silver at al have shown this positive correlation between the OPA and IOP; in fact they explained the IOP response to the increase in ocular volume during cardiac systole depends on the elastic properties of the ocular shell 7. Moreover, OPA and IOP are not only linked by the elastic properties of the scleral walls, but also by ocular blood flow, elevated IOP levels may affect pulsatile ocular blood flow 8. The present study showed a positive correlation between OPA measured by Pascal tonometer and IOP obtained with both Goldmann and DCT. An high ocular pulse amplitude, as measured with the dynamic contour tonometer, is correlated with an high IOP. ABSTRACT Purpose: The difference between mean minimum and mean maximum of pulse curve is know as ocular pulse amplitude (OPA). Pascal Dynamic Contour Tonometer (DCT) calculated automatically during each IOP measurement. In this study we compare OPA measurements in healthy subjects and in primary open angle glaucomatous patients. Methods: This is a prospective, consecutive, cross-sectional study. Ninety healthy and 72 glaucomatous eyes were selected for this study. Glaucomatous patients had to be under treatment with either a prostaglandin or a -blocker in a monoteraphy regimen. Normal subjects had to have normal visual field and optic nerve head, untreated intraocular pressure below la misurazione della IOP indipendente dallo spessore corneale centrale (CCT) o dall'elasticità della cornea 5,6. In questo studio cross-section di 90 pazienti abbiamo valutato la possibile correlazione tra OPA e IOP, OPA e C/D. I risultati indicano che più elevata è la IOP e più elevati sono i valori OPA. Silver et al hanno individuato la correlazione positiva tra OPA e IOP; infatti hanno dimostrato che la risposta della IOP all'aumento del volume oculare durante la sistole cardiaca dipende dalle proprietà elastiche del bulbo oculare 7. Inoltre, non solo OPA e IOP sono collegate dalle proprietà elastiche delle pareti della sclera, ma anche dal flusso ematico oculare, e livelli elevati di IOP possono influenzare flusso sanguigno pulsatile dell'occhio 8. Il presente studio ha mostrato una correlazione positiva tra OPA misurata dal tonometro Pascal e IOP rilevate con Goldmann e con DCT. Una marcata ampiezza della pulsazione oculare, come misurata con il tonometro a contorno dinamico, è correlata a una IOP elevata. RIASSUNTO Obiettivo: La differenza tra la media massima e media minima della curva della pulsazione oculare è nota come ampiezza della pulsazione oculare (OPA). Il tonometro dinamico di Pascal (DCT) calcola automaticamente l OPA durante ogni misurazione della pressione intraoculare. In questo studio si mettono a confronto i rilevamenti OPA in soggetti sani e in pazienti affetti da glaucoma primario ad angolo aperto. Metodi: Si è trattato di uno studio cross-section prospettico, consecutivo, per il quale sono stati

8 42 21 mmhg, no family history of glaucoma. Glaucomatous patients had typical glaucomatous visual field defects, abnormal ONH assessed using stereoview with a volk 90 lens, open angle by gonioscopy. Pearson r correlation and Student s t-test was used for the statistical analysis of the results. Results: Mean OPA value was 3.17±1.46 mmhg in the group under treatment with beta-blocker and 2.95±0.83 mmhg with prostaglandin. There was no statistically significant difference of the OPA values between normals and glaucomatous patients, for the specific therapeutic regimen (prostaglandins or betablockers, respectively). A positive correlation was found between OPA as measured by Pascal tonometer and IOP values obtained with both Goldmann and DCT. Conclusion: This study identifies a novel association between the intraocular pressure and the ocular pulse value, which is an indirect indicator of the choroidal perfusion. presi in esame 90 occhi sani e 72 colpiti da glaucoma. I pazienti affetti da glaucoma dovevano essere sotto trattamento in regime di monoterapia con prostaglandina oppure con beta-bloccante. I soggetti sani dovevano presentare campo visivo e papilla ottica nella norma, pressione intraoculare non trattata inferiore a 21 mmhg e non avere alcuna storia familiare di glaucoma. I pazienti con glaucoma mostravano i tipici difetti nel campo visivo, papilla ottica anomala e angolo aperto valutati rispettivamente mediante visione stereoscopica con lente Volk 90 e gonioscopia. Per l'analisi statistica dei risultati si è ricorso alla correlazione di Pearson e al Test t di Student. Risultati: Nel gruppo sotto trattamento con beta-bloccanti il valore OPA medio era 3,17±1,46 mmhg, in quello con prostaglandine, 2,95±0,83 mmhg. Non sono state rilevate differenze statisticamente significative dei valori OPA tra pazienti sani e pazienti affetti da glaucoma in base al regime terapeutico specifico (rispettivamente prostaglandine o beta-bloccanti). Una correlazione positiva è stata riscontrata tra l'opa rilevata dal tonometro a contorno Pascal e valori IOP ottenuti con metodo Goldmann e DCT. Conclusioni: Questo studio ha individuato un nuovo legame tra pressione intraoculare e valore della pulsazione oculare, che costituisce un indicatore indiretto della perfusione coroidale.

9 43 REFERENCES 1) Hoffmann EM, Grus FH, Pfeiffer N. Intraocularpressure and ocular pulse amplitude using dynamic contour tonometry and contact lens tonometry. BMC Ophthalmol 2004;23:24 2) Vulsteke C, Stalmans I, Fieuws S, Zeyen T. Correlation between ocular pulse amplitude measured by dynamic contour tonometer and visual field defects. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2008;246: ) Kerr J, Nelson P, O Brien C. A comparison of ocular blood flow in untreated primary openangle glaucoma and ocular hypertension. Am J Ophthalmol 1998;126: ) Schween O, Troost R, Vogel A, Grus F, Pfeiffer N.Ocular pulse amplitude in patients with open angle glaucoma, normal tension glaucoma, and ocular hypertension. Br J ophthalmol 2002;86:981:84 5) Kniestedt C, Lin S, Choe J, Bostrom A, Nee M, Stamper RL. Clinical comparison of contour and applanation tonometry and their relationship to pachymetry. Arch Ophthalmol2005;123: ) Kamppeter Ba, Jonas JB. Dynamic contour tonometry for intraocular pressure measurement. Am J Ophthalmol 2005;140: ) Silver DM, Geyer O. Pressure-volume relation for the living human eye. Curr Eye Res 2000;20: ) Kaufmann C, Bachmann LM, Robert YL, MD; Thiel, MA. Ocular Pulse Amplitude in Healthy Subjects as measured by Dynamic Contour Tonometry. Arch Ophthalmol 2006;124: