helmholtzeyeinstituteРоссийский офтальмологический журналRussian Ophthalmological Journal2072-00762587-5760Real time Publishers10.21516/2072-0076-2021-14-3-19-24helmholtzeyeinstitute-714Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯCLINICAL STUDIESЭлектрофизиологические маркеры развитых стадий глаукомной оптической нейропатииElectrophysiological markers of advanced stages of glaucomatous optic neuropathyhttps://orcid.org/0000-0003-4675-9648КотелинВ. И.KotelinV. I.

 аспирант отдела глаукомы 

ул. Садовая-Черногрязская, д. 14/19, Москва, 105062, Россия 

 PhD student, Glaucoma Department

 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya St., Moscow, 105062, Russia 

vikotelin@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0161-5010ЗуеваМ. В.ZuevaM. V.

 д-р биол. наук, профессор, начальник отдела клинической физиологии зрения им. С.В. Кравкова 

ул. Садовая-Черногрязская, д. 14/19, Москва, 105062, Россия 

 Dr. of Biol. Sci., professor, head of department of clinical physiology of vision named after S.V. Kravkov

 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya St., Moscow, 105062, Russia  

https://orcid.org/0000-0002-0148-8517ЦапенкоИ. В.TsapenkoI. V.

 канд. биол. наук, старший научный сотрудник отдела клинической физиологии зрения им. С.В. Кравкова 

ул. Садовая-Черногрязская, д. 14/19, Москва, 105062, Россия 

 Cand. of Biol. Sci., senior researcher, department of clinical physiology of vision named after S.V. Kravkov

 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya St., Moscow, 105062, Russia 

https://orcid.org/0000-0001-6922-0464ПетровС. Ю.PetrovS. Yu.

 д-р мед. наук, начальник отдела глаукомы 

ул. Садовая-Черногрязская, д. 14/19, Москва, 105062, Россия 

 Dr. of Med. Sci., head of glaucoma department

 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya St., Moscow, 105062, Russia 

https://orcid.org/0000-0001-8381-2124ЖуравлеваА. Н.ZhuravlevaA. N.

 канд. мед. наук, научный сотрудник отдела глаукомы 

 ул. Садовая-Черногрязская, д. 14/19, Москва, 105062, Россия 

 Cand. of Med. Sci., researcher, glaucoma department

 14/19, Sadovaya-Chernogryazskaya St., Moscow, 105062, Russia 

ФГБУ «НМИЦ глазных болезней им. Гельмгольца» Минздрава РоссииРоссияHelmholtz National Medical Research Center of Eye DiseasesRussian Federation2021100920211431924Copyright © Котелин В.И., Зуева М.В., Цапенко И.В., Петров С.Ю., Журавлева А.Н., 20212021Котелин В.И., Зуева М.В., Цапенко И.В., Петров С.Ю., Журавлева А.Н.Kotelin V.I., Zueva M.V., Tsapenko I.V., Petrov S.Y., Zhuravleva A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://roj.igb.ru/jour/article/view/714

Цель — определить изменения электрофизиологических показателей, отражающих специфические нарушения функции ганглиозных клеток сетчатки (ГКС) на развитых стадиях глаукомной оптической нейропатии (ГОН).

Материал и методы

Материал и методы. В исследовании приняли участие 35 пациентов (55 глаз) в возрасте 51–76 лет (63,1 ± 7,7 года) с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ), предварительно разделенных на две подгруппы: с ПОУГ развитой (24 пациента, 27 глаз) и далеко зашедшей стадиями (24 пациента, 28 глаз). Сравнимая по возрасту контрольная группа (51–72 года, 59,8 ± 5,9 года) включала 28 относительно здоровых лиц (32 глаза). Регистрировали транзиентную и стационарную паттерн-электроретинограмму (ПЭРГ) и фотопический негативный ответ (ФНО) по стандартам ISCEV.

Результаты

Результаты. Установлено снижение амплитуд волн N95 и Р50 транзиентной ПЭРГ и стационарной ПЭРГ, степень которого обратно зависела от углового размера стимула, что резко отличало развитые стадии ПОУГ от начальной ГОН. Развитые стадии характеризуются снижением амплитуды ФНО, рассчитанной от изолинии, и индекса ФНО/b. Угнетение этих показателей тем значительнее, чем больше сила вспышки. Установлено значительное по сравнению с возрастной нормой удлинение пиковой латентности N95 для паттернов всех угловых размеров и менее выраженное удлинение латентности волны Р50, значимое только для мелких стимулов (0,8° и 0,3°). Латентности стационарной ПЭРГ и ФНО практически не отличались от значений возрастной нормы.

Заключение

Заключение. Выявленная редукция амплитуды волн N95 и Р50 транзиентной и стационарной ПЭРГ, ФНО и индекса ФНО/b, а также удлинение пиковой латентности волн N95 и P50 транзиентной ПЭРГ могут являться маркерами функциональных изменений в сетчатке, связанными с неадаптивной пластичностью или отражающими комбинацию процессов адаптивной пластичности и дегенерации ГКС. Дальнейшие исследования в этой области позволят дать более точную характеристику найденным закономерностям и применить полученные результаты в клинической практике.

Purpose

Purpose: to determine the changes in electrophysiological parameters reflecting specific dysfunctions of retinal ganglion cells (RGCs) at advanced stages of glaucomatous optic neuropathy (GON).

Material and methods

Material and methods. The study involved 35 patients (55 eyes) aged 51–76 (63.1 ± 7.7 years) with primary open-angle glaucoma (POAG), divided into two subgroups depending on POAG stages: developed (24 patients, 27 eyes) and advanced stages (24 patients, 28 eyes). The age-matched control group (aged 51–72, 59.8 ± 5.9) included 28 relatively healthy individuals (32 eyes). Transient and steady-state pattern ERG (PERG) and photopic negative response (PhNR) were recorded according to ISCEV standards.

Results

Results. A decrease in the amplitude of the transient PERG's N95 and P50-waves and steady-state PERG was found, the degree of which showed an inverse dependence on the angular size of the stimulus, which clearly distinguished the developed and advanced POAG stages from the initial GON. The developed stages are characterized by a decrease in the PhNR amplitude, calculated from the baseline, and the PhNR/b index, the reduction of which was the more significant the greater the intensity of the flash. A significant delay of the N95 peak for patterns of all angular sizes and a less pronounced lengthening of the latency of the P50 wave (significant only for small stimuli 0.8° and 0.3°) in comparison with the age norm were found. The latencies of the steady-state PERG and PhNR practically did not differ from the age norm values.

Conclusion

Conclusion. The revealed reduction in the amplitudes of N95 and P50 waves of transient and steady-state PERG, PhNR, and the PhNR/b index, as well as an increase in the peak latency of N95 and P50 waves of transient PERG, may be markers of functional changes in the retina associated with non-adaptive plasticity or reflecting a combination of the processes of adaptive plasticity and degeneration of RGCs. Further research in this area will help give a more accurate characterization of the found regularities and apply the obtained results in clinical practice.

развитые стадии первичной открытоугольной глаукомыглаукомная оптическая нейропатияпаттерн-ЭРГфотопический негативный ответклинически значимые биомаркерыadvanced stages of primary open-angle glaucomaglaucomatous optic neuropathypattern-ERGphotopic negative responseclinically significant biomarkersReferencesTham Y.C., Li X., Wong T.Y., et al. Global prevalence of glaucoma and projections of glaucoma burden through 2040: a systematic review and meta-analysis. Ophthalmology. 2014; 121 (11): 2081–90. doi: 10.1016/j.ophtha.2014.05.013Tham Y.C., Li X., Wong T.Y., et al. Global prevalence of glaucoma and projections of glaucoma burden through 2040: a systematic review and meta-analysis. Ophthalmology. 2014; 121 (11): 2081–90. doi: 10.1016/j.ophtha.2014.05.013Нероев В.В., Зуева М.В., Журавлева А.Н., Цапенко И.В. Структурнофункциональные нарушения при глаукоме: перспективы доклинической диагностики. Часть 2. Электрофизиологические маркеры ранних нейропластических событий. Офтальмология. 2020; 17 (3s): 533–41. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3S-533-541Neroev V.V., Zueva M.V., Zhuravleva A.N., Tsapenko I.V. Structural and functional disorders in glaucoma: prospects for preclinical diagnosis. Part 2. Electrophysiological markers of early neuroplastic events. Ophthalmology in Russia. 2021; 17 (3s): 533–41 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3S-533-541Кириллова М.О., Зуева М.В., Цапенко И.В., Журавлева А.Н. Электрофизиологические маркеры доклинической диагностики глаукомной оптической нейропатии. Российский офтальмологический журнал. 2021; 14 (1): 35–41. https://doi.org/10.21516/2072-0076-2021-14-1-35-41Kirillova M.O., Zueva M.V., Tsapenko I.V., Zhuravleva A.N.Electrophysiological markers of preclinical diagnosis of glaucomatous optic neuropathy. Russian ophthalmological journal. 2021; 14 (1): 35–41 (In Russian). https://doi.org/10.21516/2072-0076-2021-14-1-35-41Sommer A., Katz J., Quigley H.A., et al. Clinically detectable nerve fiber atrophy precedes the onset of glaucomatous field loss. Arch. Ophthalmol. 1991; 109 (1): 77–83. doi: 10.1001/archopht.1991.01080010079037Sommer A., Katz J., Quigley H.A., et al. Clinically detectable nerve fiber atrophy precedes the onset of glaucomatous field loss. Arch. Ophthalmol. 1991; 109 (1): 77–83. doi: 10.1001/archopht.1991.01080010079037Hood D.C., Kardon R.H. A framework for comparing structural and functiona measures of glaucomatous damage. Prog. Retin. Eye Res. 2007; 26 (6): 688–710. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2007.08.001Hood D.C., Kardon R.H. A framework for comparing structural and functiona measures of glaucomatous damage. Prog. Retin. Eye Res. 2007; 26 (6): 688–710. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2007.08.001Mwanza J.C., Chang R.T., Budenz D.L., et al. Reproducibility of peripapillary retinal nerve fiber layer thickness and optic nerve head parameters measured with cirrus HDOCT in glaucomatous eyes. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2010; 51 (11): 5724–730. doi: 10.1167/iovs.10-5222Mwanza J.C., Chang R.T., Budenz D.L., et al. Reproducibility of peripapillary retinal nerve fiber layer thickness and optic nerve head parameters measured with cirrus HDOCT in glaucomatous eyes. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2010; 51 (11): 5724–730. doi: 10.1167/iovs.10-5222Zhang X., Dastiridou A., Francis B.A., et al. On behalf of the Advanced Imaging for Glaucoma Study Group. Comparison of glaucoma progression detection by optical coherence tomography and visual field. Am. J. Ophthalmol. 2017; 184: 63–74. doi:10.1016/j.ajo.2017.09.020Zhang X., Dastiridou A., Francis B.A., et al. On behalf of the Advanced Imaging for Glaucoma Study Group. Comparison of glaucoma progression detection by optical coherence tomography and visual field. Am. J. Ophthalmol. 2017; 184: 63–74. doi:10.1016/j.ajo.2017.09.020Gupta N., Yücel Y. Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 2007 Mar; 18 (2): 110–4. doi: 10.1097/ICU.0b013e3280895aeaGupta N., Yücel Y. Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 2007 Mar; 18 (2): 110–4. doi: 10.1097/ICU.0b013e3280895aeaCalkins D.J. Critical pathogenic events underlying progression of neurodegeneration in glaucoma. Prog. Retin. Eye Res. 2012; 31, 702–19. doi: 10.1016/j.preteyeres.2012.07.001Calkins D.J. Critical pathogenic events underlying progression of neurodegeneration in glaucoma. Prog. Retin. Eye Res. 2012; 31, 702–19. doi: 10.1016/j.preteyeres.2012.07.001Зуева М.В. Динамика гибели ганглиозных клеток сетчатки при глаукоме и ее функциональные маркеры. Национальный журнал глаукома. 2016; 15 (1): 70–85.Zueva M.V. Dynamics of retinal ganglion cell death in glaucoma and its functional markers. Russian journal of glaucoma. 2016; 15 (1): 70–85 (In Russian).Ly T., Gupta N., Weinreb R.N., Kaufman P.L., Yücel Y.H. Dendrite plasticity in the lateral geniculate nucleus in primate glaucoma. Vis. Res. 2011; 51 (2): 243–50. https://doi.org/10.1016/j.visres.2010.08.003Ly T., Gupta N., Weinreb R.N., Kaufman P.L., Yücel Y.H. Dendrite plasticity in the lateral geniculate nucleus in primate glaucoma. Vis. Res. 2011; 51 (2): 243–50. https://doi.org/10.1016/j.visres.2010.08.003Shou T., Liu J., Wang W., Zhou Y., Zhao K. Differential dendritic shrinkage of alpha and beta retinal ganglion cells in cats with chronic glaucoma. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2003; 44: 3005–10. https://doi.org/10.1167/iovs.02-0620Shou T., Liu J., Wang W., Zhou Y., Zhao K. Differential dendritic shrinkage of alpha and beta retinal ganglion cells in cats with chronic glaucoma. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2003; 44: 3005–10. https://doi.org/10.1167/iovs.02-0620Porciatti V., Ventura L.M. Retinal ganglion cell functional plasticity and optic neuropathy: a comprehensive model. J. Neuroophthalmol 2012; 32 (4): 354–8. https://doi.org/10.1097/WNO.0b013e3182745600Porciatti V., Ventura L.M. Retinal ganglion cell functional plasticity and optic neuropathy: a comprehensive model. J. Neuroophthalmol 2012; 32 (4): 354–8. https://doi.org/10.1097/WNO.0b013e3182745600Kalesnykas G., Oglesby E.N., Zack D.J., et al. Retinal ganglion cell morphology after optic nerve crush and experimental glaucoma. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012; 53 (7): 3847–57. https://doi.org/10.1167/iovs.12-9712Kalesnykas G., Oglesby E.N., Zack D.J., et al. Retinal ganglion cell morphology after optic nerve crush and experimental glaucoma. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012; 53 (7): 3847–57. https://doi.org/10.1167/iovs.12-9712Della Santina L., Inman D.M., Lupien C.B., Horner P.J., Wong R.O.L. Differential progression of structural and functional alterations indistinct retinal ganglion cell types in a mouse model of glaucoma. J. Neurosci. 2013; 33: 17444–57. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5461-12.2013Della Santina L., Inman D.M., Lupien C.B., Horner P.J., Wong R.O.L. Differential progression of structural and functional alterations indistinct retinal ganglion cell types in a mouse model of glaucoma. J. Neurosci. 2013; 33: 17444–57. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5461-12.2013Park H.Y., Kim J.H., Park C.K. Alterations of the synapse of the inner retinal layers after chronic intraocular pressure elevation in glaucoma animal model. Mol. Brain. 2014; 7: 53. https://doi.org/10.1186/s13041-014-0053-2Park H.Y., Kim J.H., Park C.K. Alterations of the synapse of the inner retinal layers after chronic intraocular pressure elevation in glaucoma animal model. Mol. Brain. 2014; 7: 53. https://doi.org/10.1186/s13041-014-0053-2El-Danaf R.N., Huberman A.D. Characteristic patterns of dendritic remodeling in early-stage glaucoma: evidence from genetically identified retinal ganglion cell types. J. Neurosci. 2015, 35 (6): 2329-43. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1419-14.2015El-Danaf R.N., Huberman A.D. Characteristic patterns of dendritic remodeling in early-stage glaucoma: evidence from genetically identified retinal ganglion cell types. J. Neurosci. 2015, 35 (6): 2329-43. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1419-14.2015Нероев В.В., Зуева М.В., Цапенко И.В. и др. Ишемические аспекты патогенеза заболеваний сетчатки. Российский офтальмологический журнал; 2010; 3 (1): 42–9.Neroev V.V., Zueva M.V., Tsapenko I.V., et al. Ischemic aspects of the pathogenesis of retinal diseases. Russian ophthalmological journal. 2010; 3 (1): 42–9 (in Russian).Cuenca N., Fernandez-Sanchez L., Campello L., et al. Cellular responses following retinal injuries and therapeutic approaches for neurodegenerative diseases. Prog. Ret. Eye Res. 2014; 43: 17–75. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2014.07.001Cuenca N., Fernandez-Sanchez L., Campello L., et al. Cellular responses following retinal injuries and therapeutic approaches for neurodegenerative diseases. Prog. Ret. Eye Res. 2014; 43: 17–75. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2014.07.001Francardo V., Schmitz Y., Sulzer D., Cenci M.A. Neuroprotection and neurorestoration as experimental therapeutics for Parkinson's disease. Exp. Neurol. 2017; 298: 137–47. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2017.10.001Francardo V., Schmitz Y., Sulzer D., Cenci M.A. Neuroprotection and neurorestoration as experimental therapeutics for Parkinson's disease. Exp. Neurol. 2017; 298: 137–47. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2017.10.001Bach M., Brigell M., Hawlina M., et al. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography (PERG). Doc. Ophthalmol. 2013; 126: 1–7. doi.org/10.1007/s10633-012-9353-yBach M., Brigell M., Hawlina M., et al. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography (PERG). Doc. Ophthalmol. 2013; 126: 1–7. doi.org/10.1007/s10633-012-9353-yFrishman L., Sustar M., Kremers J., et al. ISCEV extended protocol for the photopic negative response (PhNR) of the full-field electroretinogram. Doc. Ophthalmol. 2018; 36 (3): 207–11. doi: 10.1007/s10633-018-9638-xFrishman L., Sustar M., Kremers J., et al. ISCEV extended protocol for the photopic negative response (PhNR) of the full-field electroretinogram. Doc. Ophthalmol. 2018; 36 (3): 207–11. doi: 10.1007/s10633-018-9638-xКотелин В.И., Кириллова М.О., Зуева М.В. и др. Фотопический негативный ответ для оценки функции внутренней сетчатки — требования к регистрации и сравнение в глазах с естественной шириной зрачка и в условиях медикаментозного мидриаза. Офтальмология. 2020; 17 (3): 398–406. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3-398-406Kotelin V.I., Kirillova M.O., Zueva M.V., et al. Photopic negative response for testing the function of inner retina — registration requirements and comparison in the eyes with natural pupil width and in conditions of drug mydriasis. Ophthalmology in Russia. 2020; 17 (3): 398–406 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3-398-406Зуева М.В., Журавлева А.Н., Боголепова А.Н. Дендритное ветвление ганглиозных клеток сетчатки как биомаркер глаукомной оптической нейропатии и болезни Альцгеймера и мишень нейропротекторной терапии. Офтальмология. 2021; 18 (2): 265–75. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2021-2-266-275Zueva M.V., Zhuravleva A.N., Bogolepova A.N. Dendritic branching of retinal ganglion cells as a biomarker of glaucomatous optic neuropathy and Alzheimer's disease and a target of neuroprotective therapy. Ophthalmology in Russia. 2021; 18 (2): 265–75 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2021-2-266-275Liu M., Duggan J., Salt T.E., Cordeiro M.F. Dendritic changes in visual pathways in glaucoma and other neurodegenerative conditions. Exp. Eye Res. 2011; 92: 244–50. doi: 10.1016/j.exer.2011.01.014Liu M., Duggan J., Salt T.E., Cordeiro M.F. Dendritic changes in visual pathways in glaucoma and other neurodegenerative conditions. Exp. Eye Res. 2011; 92: 244–50. doi: 10.1016/j.exer.2011.01.014Wang H.-L., Xian X.-H., Song Q.-Y., et al. Age-related alterations of neuronal excitability and voltage-dependent Ca2+ current in a spontaneous mouse model of Alzheimer’s disease. Behav. Brain Res. 2017; 321: 209–13. doi: 10.1016/j.bbr.2017.01.009Wang H.-L., Xian X.-H., Song Q.-Y., et al. Age-related alterations of neuronal excitability and voltage-dependent Ca2+ current in a spontaneous mouse model of Alzheimer’s disease. Behav. Brain Res. 2017; 321: 209–13. doi: 10.1016/j.bbr.2017.01.009Kim J., Hughes E.G., Shetty A.S., et al. Changes in the excitability of neocortical neurons in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis are not specific to corticospinal neurons and are modulated by advancing disease. J. Neurosci. 2017; 37: 9037–53. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0811-17.2017Kim J., Hughes E.G., Shetty A.S., et al. Changes in the excitability of neocortical neurons in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis are not specific to corticospinal neurons and are modulated by advancing disease. J. Neurosci. 2017; 37: 9037–53. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0811-17.2017Turrigiano G. Homeostatic synaptic plasticity: local and global mechanisms for stabilizing neuronal function. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012; 4: a005736. doi: 10.1101/cshperspect.a005736Turrigiano G. Homeostatic synaptic plasticity: local and global mechanisms for stabilizing neuronal function. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012; 4: a005736. doi: 10.1101/cshperspect.a005736Orr B.O., Hauswirth A.G., Celona B., et al. Presynaptic homeostasis opposes disease progression in mouse models of ALS-like degeneration: evidence for homeostatic neuroprotection. Neuron. 2020; 107: 95.e6–111.e6. doi: 10.1016/j.neuron.2020.04.009Orr B.O., Hauswirth A.G., Celona B., et al. Presynaptic homeostasis opposes disease progression in mouse models of ALS-like degeneration: evidence for homeostatic neuroprotection. Neuron. 2020; 107: 95.e6–111.e6. doi: 10.1016/j.neuron.2020.04.009Van Hook M.J., Monaco C., Bierlein E.R., Smith J.C. Neuronal and synaptic plasticity in the visual thalamus in mouse models of glaucoma. Front. Cell. Neurosci. 2021; 14: 626056. doi: 10.3389/fncel.2020.626056Van Hook M.J., Monaco C., Bierlein E.R., Smith J.C. Neuronal and synaptic plasticity in the visual thalamus in mouse models of glaucoma. Front. Cell. Neurosci. 2021; 14: 626056. doi: 10.3389/fncel.2020.626056Gupta N., Ly T., Zhang Q., et al. Chronic ocular hypertension induces dendrite pathology in the lateral geniculate nucleus of the brain. Exp. Eye Res. 2007; 84: 176–84. doi: 10.1016/j.exer.2006.09.013Gupta N., Ly T., Zhang Q., et al. Chronic ocular hypertension induces dendrite pathology in the lateral geniculate nucleus of the brain. Exp. Eye Res. 2007; 84: 176–84. doi: 10.1016/j.exer.2006.09.013

The authors declare that there are no conflicts of interest present.