Офтальмологическая диагностика в дебюте и при прогрессировании нейродегенеративных заболеваний

Нейродегенеративные заболевания (НДЗ) объединяют группу нозологических форм, причиной развития которых является избыточное образование белковых молекул и их агрегатов, приводящее к гибели клеток мозга. Классические патофизиологические механизмы связаны с накоплением внеклеточного амилоидного b -белка (A b) при болезни Альцгеймера (БА) и белка a -синуклеина при болезни Паркинсона (БП), которые являются маркерами нейродегенеративного процесса. Признаком функциональных нарушений при НДЗ является снижение остроты зрения, контрастной световой чувствительности с наиболее значимыми изменениями на самых высоких пространственных частотах (18 и 12 цикл/гр) и цветового зрения, коррелирующее со степенью выраженности когнитивных нарушений и длительностью заболевания. Изменения показателей психофизических тестов сопровождаются уменьшением центральной толщины сетчатки (ЦТС), что является следствием дегенерации ее внутренних слоев. Прогрессирование НДЗ характеризуется стабильностью психофизических тестов, но значительным истончением слоя нервных волокон перипапиллярной сетчатки и увеличением ЦТС, что коррелирует со снижением когнитивных функций. Отложения A b и a -синуклеина в стенках артерий вызывают сужение просвета и окклюзию сосудов, снижение плотности перфузии диска зрительного нерва, обеднение поверхностного и глубокого капиллярного сплетений, расширение аваскулярной фовеолярной зоны. Микроциркуляторные нарушения сопровождаются изменением структуры сетчатки, доказана их отрицательная связь с толщиной внутренних слоев сетчатки и длительностью заболевания. Возрастающая потребность в выявлении специфичных и чувствительных биомаркеров НДЗ на доклинической стадии для дифференциации причин, уточнения подтипа и оценки риска прогрессирования НДЗ определяет актуальность изучения и идентификации функциональных и структурных изменений нейронов и аксонов сетчатки. Неинвазивные, информативные, основанные на мультимодальной визуализации офтальмологические методы обследования представляются ценными для диагностики и мониторинга НДЗ.

1. Ferri C.P., Prince M., Brayne C., et al. Global prevalence of dementia: a Delphi consensus study. Lancet. 2005; 366 (9503): 2112–7. doi: 10.1016/S0140-6736(05)67889-0

2. Prusiner S.B. Shattuck lecture – neurodegenerative disease and prions. N. Engl. J. Med. 2001; 344 (20): 1516-26. doi: 10.1056/NEJM200105173442006

3. Lees A.J. Unresolved issues relating to the shaking palsy on the celebration of James Parkinson's 250th birthday. Mov. Disord. 2007; 22 Suppl 17: S327–334. doi: 10.1002/mds.21684

4. Bodis-Wollner I., Kozlowski P.B., Glazman S., Miri S. Alpha-synuclein in the inner retina in Parkinson disease. Ann. Neurol. 2014; 75 (6): 964–66. doi: 10.1002/ana.24182

5. Jack C.R. Jr., Albert M.S., Knopman D.S., et al. Introduction to the recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement. 2011; 7 (3): 257–62. doi: 10.1016/j.jalz.2011.03.004

6. Avila J., Pallas N., Bolos M., Sayas C.L., Hernandez F. Intracellular and extracellular microtubule associated protein tau as a therapeutic target in Alzheimer disease and other tauopathies. Expert Opin. Ther. Targets. 2016; 20 (6): 653–61. doi: 10.1517/14728222.2016.1131269

7. Polo V., Garcia-Martin E., Bambo M.P., et al. Reliability and validity of Cirrus and Spectralis optical coherence tomography for detecting retinal atrophy in Alzheimer's disease. Eye (Lond). 2014; 28 (6): 680–90. doi: 10.1038/eye.2014.51

8. Salobrar-Garcia E., de Hoz R., Ramírez A.I., et al. Changes in visual function and retinal structure in the progression of Alzheimer's disease. PloS one. 2019; 14 (8): e0220535. doi: 10.1371/journal.pone.0220535

9. Leuba G., Saini K., Zimmermann V., Giannakopoulos P., Bouras C. Mild amyloid pathology in the primary visual system of nonagenarians and centenarians. Dement.Geriatr. Cogn. Disord. Karger Publishers. 2001; 12 (2): 146–52. doi: 10.1159/000051249

10. Webster M.A. Evolving concepts of sensory adaptation. F1000 Biol. Rep. 2012; 4: 21. doi: 10.3410/B4-21

11. Polo V., Satue M., Obis J., et al. Retinal and choroidal changes in patients with Parkinson's disease detected by Swept-Source Optical Coherence Tomography.Curr. Eye Res. 2018; 43 (1): 109–15. doi: 10.1080/02713683.2017.1370116

12. Risacher S.L., Wudunn D., Pepin S.M., et al. Visual contrast sensitivity in Alzheimer’s disease, mild cognitive impairment, and older adults with cognitive complaints. Neurobiol. Aging. 2013; 34 (4): 1133–44. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2012.08.007

13. Salamone G., Di Lorenzo C., Mosti S., et al. Color discrimination performance in patients with Alzheimer’s disease. Dement. Geriatr. Cogn. Disord. Karger Publishers. 2009; 27 (6): 501–7. doi: 10.1159/000218366.

14. Savaskan E., Wirz-Justice A., Olivieri G., et al. Distribution of melatonin MT1 receptor immunoreactivity in human retina. J. Histochem. Cytochem. 2002; 50 (4): 519–26. doi: 10.1177/002215540205000408

15. Hart N.J., Koronyo Y., Black K.L., Koronyo-Hamaoui M. Ocular indicators of Alzheimer’s: exploring disease in the retina. Acta Neuropathol. Springer Berlin Heidelberg; 2016; 132 (6): 767–87. doi: 10.1007/s00401-016-1613-6

16. Rami L., Serradell M., Bosch B., Villar A., Molinuevo J.L. Perception digital test (PDT) for the assessment of incipient visual disorder in initial Alzheimer’s0 00disease. Neurologia. 2007; 22 (6): 342–7.

17. Bodis-Wollner I., Diamond S. The measurement of spatial contrast sensitivity in cases of blurred vision associated with cerebral lesions. Brain 1976; 99 (4): 695–710. doi: 10.1093/brain/99.4.695

18. Synder P., Johnson P., Lim Y., et al. Non-vascular retinal imaging markers of Preclinical Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement. 2016; 4: 169–17. doi: 10.1038/s41598-020-73486-2

19. Moreno-Ramos T., Benito-León J., Villarejo A., Bermejo-Pareja F. Retinal nerve fiber layer thinning in dementia associated with Parkinson's disease, dementia with Lewy bodies, and Alzheimer's disease. J. Alzheimers Dis. 2013; 34 (3): 659–64. doi: 10.3233/JAD-121975

20. Csincsik L., Shakespeare T., Quinn N., et al. Retinal imaging in early and late Alzheimer’s disease. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2016; 57: 337. doi: 10.13140/RG.2.2.35038.54080

21. Li S., Hong S., Sheparardson N., et al. Soluble oligomers of amyloid beta protein facilitate hippocampal long-term depression by disrupting neuronal glutamate uptake. Neuron. 2009; 62 (6): 788–801. doi: 10.1016/j.neuron.2009.05.012

22. Spund B., Ding Y., Liu T., et al. Remodeling of the fovea in Parkinson disease. J. Neural Transm. 2013; 120 (5): 745–53. doi: 10.1007/s00702-012-0909-5

23. Garcia-Martin E.S., Rojas B., Ramirez A.I., et al. Macular thickness as a potential biomarker of mild Alzheimer’s disease. Ophthalmology. 2014; 121 (5): 1149–51. doi: 10.1016/j.ophtha.2013.12.023

24. Harnois C., Di Paolo T. Decreased dopamine in the retinas of patients with Parkinson’s disease. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1990; 31 (11): 2473–5.

25. Firsov M., Astakhova L. The role of dopamine in controlling retinal photoreceptor function in vertebrates. Neurosci. Behav. Physiol. 2016; 46 (2): 138–45. https://doi.org/10.1007/s11055-015-0210-9

26. Witkovsky P. Dopamine and retinal function. Doc Ophthal-mol. 2004; 108 (1): 17–40. doi: 10.1023/b:doop.0000019487.88486.0a

27. Roth N.M., Saidha S., Zimmermann H., et al. Photoreceptor layer thinning in idiopathic Parkinson’s disease. Mov. Disord. 2014; 29 (9): 1163–70. doi: 10.1002/mds.25896

28. Nir I., Harrison J.M., Haque R., et al. Dysfunctional light-evoked regulation of cAMP in photoreceptors and abnormal retinal adaptation in mice lacking dopamine D4 receptors. J. Neuro-sci. 2002; 22 (6): 2063–73. doi: 10.1523/JNEUROSCI.22-06-02063.2002

29. Devos D., Tir M., Maurage C.A., et al. ERG and anatomical abnormalities suggesting retinopathy in dementia with Lewy bodies. Neurology. 2005; 65 (7): 1107–10. doi: 10.1212/01.wnl.0000178896.44905.33

30. Gupta V., Gupta V.B., Chitranshi N., et al. One protein, multiple pathologies: multifaceted involvement of amyloid beta in neurodegenerative disorders of the brain and retina. Cell Mol. Life Sci. 2016; 73 (22): 4279–97. doi: 10.1007/s00018-016-2295-x

31. Mutlu U., Bonnemaijer P.W.M., Ikram M.A., et al. Retinal neurodegeneration and brain MRI markers: the Rotterdam Study. Neurobiol. Aging. 2017; 60: 183-91. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2017.09.003

32. Mahajan D., Votruba M. Can the retina be used to diagnose and plot the progression of Alzheimer's disease? Acta Ophthalmol. 2017; 95 (8): 768–77. doi: 10.1111/aos.13472

33. Lad E.M., Mukherjee D., Stinnett S.S., et al. Evaluation of inner retinal layers as biomarkers in mild cognitive impairment to moderate Alzheimer’s disease. PLoS One. 2018; 13 (2): e0192646. doi: 10.1371/journal.pone.0192646

34. Armstead W.M. Cerebral blood flow autoregulation and dysautoregulation. Anesthesiol. Clin. 2016; 34 (3): 465–77. doi: 10.1016/j.anclin.2016.04.002

35. Cheung C.Y.L., Ong Y.T., Ikram M.K., et al. Microvascular network alterations in the retina of patients with Alzheimer’s disease. Alzheimer’s and Dementia. 2014; 10 (2): 135–42. doi: 10.1016/j.jalz.2013.06.009

36. Frost S., Kanagasingam Y., Sohrabi H., et al. Retinal vascular biomarkers for early detection and monitoring of Alzheimer’s disease. Transl. Psychiatry. 2013; 3 (2): e233. doi: 10.1038/tp.2012.150

37. Lahme L., Esser E.L., Mihailovic N., et al. Evaluation of ocular perfusion in Alzheimer’s disease using Optical Coherence Tomography Angiography. J. Alzheimer’s Dis. 2018; 66 (4): 1745–52. doi: 10.3233/JAD-180738

38. Bambo M.P., Garcia-Martin E., Otin S., et al. Visual function and retinal nerve fibre layer degeneration in patients with Alzheimer disease: correlations with severity of dementia. Acta Ophthalmol. 2015; 93 (6): e507– e508. doi: 10.1111/aos.12635

39. Zabel P., Kaluzny J.J., Wilkosc-Debczynska M., et al. Comparison of retinal microvasculature in patients with Alzheimer’s disease and primary open-angle glaucoma by optical coherence tomography angiography. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2019; 60 (10): 3447–55. doi: 10.1167/iovs.19-27028

40. Zhang Y.S., Zhou N., Knoll B.M., et al. Parafoveal vessel loss and correlation between peripapillary vessel density and cognitive performance in amnestic mild cognitive impairment and early Alzheimer’s Disease on optical coherence tomography angiography. PLoS ONE. 2019; 14 (4): e0214685. doi: 10.1371/journal.pone.0214685

41. Jiang H., Wei Y., Shi Y., et al. Altered macular microvasculature in mild cognitive impairment and Alzheimer disease. J. Neuro Ophthalmol. 2018; 38 (3): 292–8. doi: 10.1097/WNO.0000000000000580

42. O’Bryhim B.E., Apte R.S., Kung N., Coble D., Van Stavern G.P. Association of preclinical Alzheimer disease with Optical Coherence Tomographic Angiography findings. JAMA Ophthalmol. 2018; 136 (11): 1242–8. doi: 10.1001/jamaophthalmol.2018.3556

43. Shi C., Chen Y., Kwapong W.R., et al. Characterization by fractal dimension analysis of the retinal capillary network in Parkinson disease. Retina. 2019; 40 (8): 1483–91. doi: 10.1097/IAE.0000000000002641