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MECCANISMI NEUROFISIOLOGICIDEL SISTEMA VISIVO
Vincenzo Parisi
Fondazione Bietti-IRCCS, Roma
La VisioneLa visione è la manifestazione di raffinatie complessi eventi neurosensoriali legati a fenomeni di traduzione dello stimololuminoso in impulso nervoso …..
...e della trasmissione dell’impulso nervoso lungo le vie visive, cioè dalle cellule ganglionari retiniche fino alla corteccia cerebrale occipitale.
La retina Cellule Fotorecettoriali: →Bastoncelli:
• rilevano stimoli di bassa intensità luminosa
• frequenza inferiore ai 12 Hz
Coni:• mediano la visone dei colori
• alta risoluzione temporale (fino a 55 Hz)
• alta risoluzione spaziale (fino a 60 cicli/grado)
Cellule Fotorecettoriali: trasduzione dell’impulso
luminoso in impulso elettrico:• al buio: apertura dei canali del Na+ e del K+� corrente
al buio � rilascio di neurotrasmettitori
• alla luce :assorbimento di un fotone da parte di un pigmento situato nei dischi esterni dei fotorecettori: la rodopsina� ciclo del retinale chiusura dei canali del Na+ e del K+� fotocorrente� iperpolarizzazionedella membrana cellulare
� riduzione del rilascio di neurotrasmettitori
La rodopsina:• proteina : 348 aminoacidi
• la sintesi di tale proteina è regolata da geni presenti nel DNA.
• Anomale sequenze di nucleotidi dei geni →sostituzione di un aminoacido → mutazione della rodopsina
• La sostituzione del 23esimo aminoacido “prolina”→“istidina” (Pro 23 His)* →degenerazione del fotorecettore (perdita o assenza del segmento esterno) →→
•• Retinite PigmentosaRetinite Pigmentosa* * DryjaDryja etet al. Nature, N al. Nature, N EngEngJ J MedMed, 1990, 1990
MutazioniMutazioni Cellule postrecettoriali:→
Cellule amacrine, Muller, Interplessiformi:• connettono più fotorecettori tra di loro e con le
Cellule bipolari:• alcune classi sono attivate (depolarizzazione) dal maggior rilascio di neurotrasmettitore da
parte dei fotorecettori (centro OFF)
• alcune classi sono attivate (depolarizzazione) dalla diminuzione di rilascio di
neurotrasmettitore da parte dei fotorecettori (centro ON)
Cellule postrecettoriali:
Cellule ganglionari:→• possono ricevere informazioni da 1 a 300 fotorecettori �
campionamento retinico: 1/300 nella periferia retinica, 1/1
nella fovea � acuità visiva (massima nella fovea)
• Campi recettivi Centro ON � attivati dalla luce ed inibiti dal
buio
• Campi recettivi Centro OFF � inibiti dalla luce ed attivati
dal buio
Cellule postrecettoriali: Cellule ganglionari:nella periferia retinica :
• grande soma ( G. magnocellulari) e assone di grosso calibro (alta velocità di conduzione)
• responsive a basse frequenze temporali e spaziali, alle variazioni di luminanza
nella macula:
• piccolo soma (G. Parvocellulari) e assone di piccolo calibro (ridotta velocità di conduzione)
• responsive ad alte frequenze temporali e spaziali, alle variazioni di contrasto cromatico
ESPLORAZIONE
ELETTOFUNZIONALE
DELLA RETINA
L’Elettroretinogramma (ERG) e’ la risposta bioelettrica retinica ad uno stimolo visivo
costituito da:
- lampi di luce, espressione di variazioni di intensità e di lunghezza d’onda dell’energia elettromagnetica nello spettro visibile (flash)
-un modello strutturato (pattern) formato da barre o scacchi che si alternano nel tempo.
Generatori ERGGeneratori ERG
Approccio Farmacologico: inattivazione dei fotorecettori o blocco delle
sinapsi intraretiniche
Approccio “Degenerativo”
taglio del nervo ottico e degenerazione delle fibre ganglionari o modelli patologici con
degenerazione delle fibre ganglionari.
Maffei e Fiorentini, Science, 1981
Dopo taglio del nervo ottico è stata osservata una progressiva diminuzione, fino alla
scomparsa, del PERG. Tale modificazione elettroretinografica era associata alla degenerazione delle fibre e cellule
ganglionari.
L’ERG da flash rimaneva invariato.
Viswanathan et al. IOVS 2000;Experimentally-induced glaucoma or
TTX treatment in monkey eyes:
• Reduction of PERG amplitude
Generatori Elettroretinogramma
⇒⇒ Onda a ERG da FlashOnda a ERG da Flash
}} Onda b ERG da Flash Onda b ERG da Flash
Potenziali OscillatoriPotenziali Oscillatori
⇒⇒ ERG da PatternERG da Pattern
L’ELETTRORETINOGRAMMA
(ERG) da FlashATTRAVERSO OPPORTUNE METODICE DI
PRESENTAZIONE DELLO STIMOLO VISIVO E’
POSSIBILE REGISTRARE L’ATTIVITA’
BIOELETTRICA DELLE DIFFERENTI CLASSI
CELLULARI CHE COSTITUISCONO LA
COMPLESSA ARCHITETTURA RETINICA
Lo stimolo visivo: Flash• lampo di luce stroboscopica
• Ganzfeld
• se ne valuta:
• intensità (cd/ m2/s o Joule)
• durata (msec)
• frequenza temporale (in Hz)
ERG da Flash:FT 1 Hz, 1 J: Risposta transiente caratterizzata da:
• onda a:
• onda b
• onda c:
FT 1 Hz, 10 J: Potenziali Oscillatori
FT 10 e 20 Hz: Flicker, bastoncelli
FT 30 Hz: Flicker, coni
ERG da Flash:aumento del tempo di latenza onda a e b, riduzione di
ampiezza dell’onda a e b in:• retinite pigmentosa
• distacco di retina
• retinopatie tossiche
• amaurosi di Leber
• acromatopsia
• cecità notturna
• distrofie dei coni
• Vasculopatie(Diabete, Ipertensione)
• Occlusioni arteriose e venose
• Uveiti……...
NO IN PATOLOGIE MACULARI
Potenziali Oscillatori: Ridotti o Assenti in
• retinite pigmentosa• distacco di retina• retinopatie tossiche• amaurosi di Leber• acromatopsia• cecità notturna• distrofie dei coni
• Vasculopatie(Diabete, Ipertensione)
• Occlusioni arteriose e venose
• Uveiti• stadi avanzati del
glaucoma
NO IN PATOLOGIE MACULARI
Risposta elettoretinograficaad uno stimolo strutturatocostituito da barre o scacchi che si alternano in modo cadenzato nel tempo.
ERG da Pattern
Lo stimolo visivo: PATTERN
• BARRE (gratings)
• SCACCHI (checkerboard)
se ne valuta:
• frequenza spaziale(angolo sotteso dal singolo elemento:
minuti di arco o cicli/grado)
• contrasto (rapporto di luminanza tra gli elementi del pattern)
• frequenza temporale(tempo di inversione)
PERG: Elettrodi
ERG jet
SkinDTL
Henkes
• 1-2 Hz: Risposta transiente caratterizzata da
serie di onde a polarità alternante negativa-postiva-negativa : N35, P50, N95
• > 8 Hz: risposta Steady-State: valutazione della risposta sulla armonica di frequenza doppia rispetto a quella di stimolazione (FFT, fase e ampiezza della II armonica)
ERG da Pattern ERG da Pattern
ERG da Pattern
PERG su PERG su PubMedPubMed ERG da Pattern: aumento del tempo di latenza picchi N35, P50 e N95, riduzione di ampiezza n35-P50 e
P50-N95 (transiente), ritardo di fase e riduzione di ampiezza (steady-state) in:
• retinite pigmentosa• maculopatie• M. di Stargardt• M. di Best• degenerazione
maculare senile
• diabete
• glaucoma
• neuriti ottiche (Indice di degenerazione retrograda nella SM)
• Parkinson
CONCOMITANZA DI PATOLOGIE: Abilità dignostica = 0
Quesito:
I generatori del PERG evidenziati nel modello animale di Maffei e Fiorentini sono applicabili alla patologia umana?
Ovvero, il PERG è un indicatore della funzione della retina interna anche
nell’uomo?
Studi su modelli umani di degenerazione delle cellule
ganglionari retiniche:
Correlazioni tra morfologia dello strato delle fibre nervose
“in vivo” e PERG
La valutazione
“in vivo” delle
fibre nervose retiniche
La Tomografia a Coerenza Ottica: OCT
• tecnica ad alta risoluzione che fornisce immagini
stratificate della retina dalle quali è possibile ottenere
informazioni quantitative sullo strato delle fibre nervose.
• tecnica analoga all’ecografia B-mode che al posto di
un’onda acustica utilizza la riflessione di un’onda
luminosa misurando il ritardo del fascio luminoso che
incrocia lo strato delle fibre nervose.
Per lo studio delle fibre nervose (RNFL):
•• viene utilizzata una scansione circolare
• diametro di 3.4 mm
• centrata sulla papilla;
• si ottengono così spessori di ogni quadrante
(superiore, inferiore, nasale, temporale), ed una
media dello spessore totale
I primi studi hanno dimostrato unI primi studi hanno dimostrato un’’ ottima risoluzione ottima risoluzione spaziale: 10 micron (spaziale: 10 micron (SchumanSchuman1995), oggi con l1995), oggi con l’’ OCT 3 OCT 3
STRATUS essa raggiunge circa 8 micronSTRATUS essa raggiunge circa 8 micron
Dia 21
Correlazioni Morfo-Funzionali:
1)Glaucoma2)Multiple Slerosis
3) Alzheimer’s Disease4) CADASIL5) Parkinson
PERG nei pazienti con Ipertensione Oculari o Glaucomatosi
←
Media± 1SD:Controlli: 1.695±0.26 µVOHT: 1.039±0.28 µV
POAG: 0.506±0.17 µV P<0.01 (Anova)
SpecificitSpecificitàà : 100% : 100% SensibilitSensibilitàà: OAG 100%; OHT 69.2%: OAG 100%; OHT 69.2%
Parisi et al. Ophthalmology 2006
PERG Ampiezza P50-N95: Accuratezza
1- specificity %
Correlazione tra PERG e spessore del NFL in OHT e POAG
POAG: r = -0.847, P<0.001OHT: r = -0.518, P<0.001Parisi et al., IOVS 1999, Ophthalmology 2001
PERG
• Evaluation
of RNFL
thickness in
MS patients
with or
without Optic
Neuritis
(NORB)
Morpho-functional Correlations:Multiple Sclerosis
296 citations
MorphoMorpho--functionalfunctionalCorrelationsCorrelations: Multiple : Multiple SclerosisSclerosis
Patients
MS PatientsMS patientswith NORB*
MS patientswithout NORB Controls
Number 261 108 153 69
Age (ys) 37.5±5.4 39.5±7.2 33.8±4.2 38.2±8.6
*At list 12 month elapsed from the NORB, VA 20/20 on 96 eyes;Kupfer C. Arch Ophthalmol1983; 70:256-260
Optical coherence tomography (OCT) in the diagnosis and the monitoring of the
neurodegenerative process in multiple sclerosis2013
Italian MOH: Ricerca Finalizzata 2014-2017, Morphofunctional visual pathways evaluation in multiple sclerosis:
possible identification of neurodegenerative bio-markersPrincipal investigator: Vincenzo Parisi Istitution:Fondazione G.B. Bietti
PERG +OCT in MS
Normal RGC Function
Normal RGC Function
RGC Dysfunction
RGC Dysfunction
Normal NFLT
Reduced NFLT
MS OCT =* 45.9%
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
PERG 60' P50-N95 Amplitude (microVolt)
95% Lower Confidence NFLT Limit
95% Lower Confidence PERG Amplitude Limit
MS: R =0.3444 p = 0.00001MS+NORB: R =0.51108 p < 0.0001
Controls MS+NORB MS
NFLT
Tem
pora
l (m
icro
n)
MS OCT ↓*54.1%
MS PERG =*54.3%
MS PERG ↓*46.7%
AlzheimerAlzheimer’’ s s DiseaseDisease
MorphoMorpho--functionalfunctionalCorrelationsCorrelations::AlzheimerAlzheimer’’ s s DiseaseDisease
20 40 60 80 100 120
60
65
70
75
80
R = -0.63469P = 0.0062
AD eyes
PER
G P
50 L
aten
cy (m
s)
NFL Overall Thickness (micron)
20 40 60 80 100 1200.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
R = 0.74216P = 0.00065
AD eyes
PER
G P
50-N
95 A
mpl
itude
(mic
roVo
lt)
NFL Overall Thickness (micron)
MorphoMorpho--functionalfunctionalCorrelationsCorrelations::AlzheimerAlzheimer’’ s s DiseaseDisease
Control Eye AD eye
OCT versus patient’s age and psychometric parametersIn AD patients, no significant correlations (p<0.01) between the NFL values and age or psychometric parameters (MMSE, ADAS, IVM) were observed.
MorphoMorpho--functionalfunctionalCorrelationsCorrelations: Alzheimer: Alzheimer’’ s s DiseaseDisease MorphoMorpho--functionalfunctionalretinalretinalchangeschanges::CADASILCADASIL
MorphoMorpho--functionalfunctionalretinalretinalchangeschanges: CADASIL: CADASIL ParkinsonParkinson’’ s s DiseaseDisease
ParkinsonParkinson’’ s s DiseaseDisease ConclusionsConclusions
((““ the the thinnerthinnerthe the layerlayer, the , the worseworsethe the visualvisual functionfunction……..”” ))
ESPLORAZIONE ELETTOFUNZIONALE DI
AREE LOCALIZZATE RETINICHE:
- ERG Focale
- ERG multifocale
Problema principale:Asher (J.P. 1965) e Boynton e Riggs (J.P. 1951) dimostrarono che un piccolo spot luminoso, se orientato sul disco ottico, produceva un ERG la cui ampiezza era eguale o lievemente superiore rispetto a quello ottenibile quando lo stesso spot era orientato sulla fovea.
Questo era dovuto al fatto che il globo oculare agisce come una sfera integrante (o ganzfeld), cosicché uno stimolo luminoso intenso viene riflesso dall'area retinica stimolata a quelle circostanti. Da queste ultime viene generato un ERG la cui ampiezza è maggiore di quello focale e tale quindi da oscurarlo.
- Risolvere i problemi legati alla ridotta ampiezza dei segnali retinici focali ed al fenomeno della modulazione della stray-light→ Riflessione e diffusione dello stimolo luminoso, che è in grado di eccitare aree retiniche al di fuori di quella stimolata.
METODOLOGIATecniche di stimolazione
- Le tecniche attualmente in uso per ottenere il FERG impiegano uno stimolo test circondato da un background luminoso adattante.
- Lo stimolo o spot luminoso può essere di dimensioni variabili (3-10 gradi) ed essere generato da diverse fonti luminose:
- spot, oftalmoscopio,
- modulazione di luminanza (stimolo flicker)
- pattern (modello strutturato costituito da barre/scacchi)
Il FERG da stimolo flicker:- Per stimoli di dimensioni relativamente piccole (inferiori a 10 gradi) e per frequenze temporali intorno a 30 Hz, il FERG forma d'onda approssimativamente sinusoidale che è dominata da una componente di frequenza pari a quella di stimolazione(prima armonica; 1F).
Il FERG da stimolo Pattern:- forma d'onda approssimativamente sinusoidale che è
dominata da una componente di frequenza doppia rispetto a quella di stimolazione (seconda armonica; 2P).
ERG Focale: generatori
strati retinici maculari esterni:1F
strati retinici maculari interni: 2P
L'analisi delle singole componenti dell’ ERG Focale può fornire degli indici funzionali di differenti elementi retinici nella regione maculare
(valutazione layer-by-layer).
ERG Focale: ERG Focale: ritardo di fase e riduzione di ritardo di fase e riduzione di ampiezza della 2P, 2F e 1F inampiezza della 2P, 2F e 1F in
• retinite pigmentosa• Maculopatie• M. di Stargardt• M. di Best• degenerazione
maculare senile
• diabete
• glaucoma
• neuriti ottiche (2P ridotta come indice di degenerazione retrograda nella SM)
NO CON CATARATTA, PATOLOGIE CONCOMITANTI, MANCANZA DI FISSAZIONE
APPLICAZIONI CLINICHE
Monitoraggio della Terapia Fotodinamica
APPLICAZIONI CLINICHE Monitoraggio del Trattamento chirurgico dei Pucker maculari
Monitoraggio del Trattamento chirurgico dei Pucker maculari
basale 6 mesi dopo PPV
ERG Multifocale: stimolo visivo e ERG Multifocale: stimolo visivo e risposta risposta elettrofunzionaleelettrofunzionale
ERG MULTIFOCALE NORMALE
Suddivisionein aree
2 µV
0 10 20 30 40 50 60 70 80 ms
1
2
3
4
5
5.8 0.014.2 -0.1
25.8 0.2
7.5 -0.115.0 -0.5
24.2 1.3
5.0 0.013.3 -1.1
25.8 1.8
5.0 -0.013.3 -1.7
26.7 3.3
3.3 0.214.2 -3.0
26.7 4.5
Latencies ValuesµVms
Latencies ValuesµVms
RMS
0 10 20 30 40 50 60 70 80 ms
1
2
3
4
5
5.8 1.313.3 -22.2
25.8 34.2
7.5 -0.915.0 -9.0
24.2 21.6
5.0 0.213.3 -6.7
25.8 10.4
5.0 -0.013.3 -5.0
26.7 9.7
3.3 0.414.2 -5.4
26.7 8.0
Latencies ValuesnV/deg^2ms
Latencies ValuesnV/deg^2ms
Risposta Assoluta Risposta Normalizzata (RAD)
0-2.5°
15-20°
2.5-5°
10-15°5-10°
Mappa della funzionalità retinica
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
Applicazioni Cliniche
-Retinite Pigmentosa
-Maculopatie-Glaucoma
NO CON CATARATTA, PATOLOGIE CONCOMITANTI, MANCANZA DI FISSAZIONE
Soggetto B.A.: 34 anni, RP, ODSoggetto B.A.: 34 anni, RP, OD
M-ERG Campo Visivo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg 2̂
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:1.48 nV/deg 2̂
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
Soggetto P. C.: 28 anni, RP, ODSoggetto P. C.: 28 anni, RP, ODM-ERG Campo Visivo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.21 nV/deg^2
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
Soggetto P. C.: 28 anni, RP, OSSoggetto P. C.: 28 anni, RP, OS
M-ERG Campo Visivo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg 2̂
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:2.41 nV/deg 2̂
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
Nei pazienti con RP si ha la possibilità di rilevare aree retiniche “ancora” funzionanti e di quantificarne la funzionalità residua in
maniera oggettiva.
• Particolare utilità nella valutazione funzionale residua della regione maculare
Soggetto: Di Ma 44 anni, CNV miopica, OD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.44 nV/deg^2
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
Soggetto: Di Mi 54 anni, CNV miopica, OD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:1.68 nV/deg^2
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
AMD: Correlazioni mERG-microperimetria
AMD: Correlazioni AMD: Correlazioni mERGmERG--microperimetriamicroperimetria
mfERG
in
Glaucoma
Il nervo Ottico Il nervo ottico può essere diviso in 4 parti:
•• IntraoculareIntraoculare(o testa del (o testa del nervo ottico):nervo ottico):compresa tra compresa tra le pareti del bulbo oculare le pareti del bulbo oculare (1 mm);(1 mm);
•• IntraorbitariaIntraorbitaria:: (20(20--25 25 mm);mm);•• IntracanalicolareIntracanalicolare: : compresa nel canale ottico compresa nel canale ottico (4(4--10 mm);10 mm);•• Intracranica:Intracranica:(10(10--20 mm).20 mm).
•• Il Il nervo ottico nervo ottico (II paio dei (II paio dei nervi cranici) non nervi cranici) non èè un nervo un nervo nellnell’’ accezione abituale del accezione abituale del termine, ma, morfologicamente termine, ma, morfologicamente e funzionalmente, una e funzionalmente, una proiezione diencefalica. proiezione diencefalica.
•• Costituito dallCostituito dall’’ insieme insieme degli degli assoni delle cellule gangliari assoni delle cellule gangliari della retinadella retina, si estende da , si estende da questa al chiasma ottico questa al chiasma ottico rivestito dalle sue guaine, dura rivestito dalle sue guaine, dura madre, aracnoide e pia madre, madre, aracnoide e pia madre, che sono in continuitche sono in continuitàà con con quelle meningee.quelle meningee.
·· The blood supply of normal optic disc
I POTENZIALI EVOCATI VISIVI (PEV) si definiscono come le variazioni dei potenziali
bioelettrici della corteccia occipitale evocati da stimoli visivi. Sono, quindi, la manifestazione di
raffinati e complessi eventi neurosensoriali legati a fenomeni di traduzione e trasmissionedell’impulso nervoso lungo le vie visive, cioè dai fotorecettori retinici fino alla corteccia cerebrale occipitale..
ESPLORAZIONE FUNZIONALE DELLE VIE OTTICHE: I POTENZIALI EVOCATI VISIVI PEV: stimolo visivo e risposte bioelettriche corticali
FlashFlash
Basse frequenze spaziali: risposta più “rapida”→ assoni con più
rapida velocità di conduzione → assoni di grosso calibro
Alte frequenze spaziali: risposta + ritardata→ assoni con più lenta velocità di conduzione → fascio papillo- maculare
PEV con latenze aumentate ed ampiezze ridotte:PEV con latenze aumentate ed ampiezze ridotte:
Normale Patologico
range di normalità
Glaucoma, NORB, NOIA, SM, diabete, maculopatia, RP, papilledema,….
→
Media± 1SD:Controlli: 105.41±3.10 msOHT: 116.53±4.99 ms
POAG: 133.19±6.00 ms P<0.01 (Anova)
Parisi et al. Ophthalmology 2006
Specificità : 100% Sensibilità: OAG 100%; OHT 85.3%
GLAUCOMAPEV latenza P100: Accuratezza
1- specificity %
Correlazione tra PEV e spessore del NFL in OHT e POAG
POAG: r = 0.220, P= 0.240 OHT: r = 0.422, P= 0.016
Parisi et al., IOVS 1999, Ophthalmology 2001
PEV
Correlazioni VEPCorrelazioni VEP--OCT: OCT: Sclerosi MultiplaSclerosi Multipla
LE VIE OTTICHE
POST-CHIASAMTICHE
Il Nucleo Genicolato laterale- Sistema magno/parvo cellulare
Diviso in 6 strati: ipsi e controlaterale
Il Nucleo Genicolato laterale: Fisiopatologia
Cellula target
Cellula targetsoma assone
1) Rilascio di neurotrasmettitore
2) Cellula Target attività elettrica
dipendente3) Rilascio di
Fattori neurotrofici (NGF, BDNF…)
ESPLORAZIONE FUNZIONALE DELLE VIE OTTICHE POSTRETINICHE:
IL TEMPO RETINO-CORTICALE
La conduzione dell’impulso nervoso tra le cellule ganglionari e la corteccia visiva può essere valutata
elettrofisiologicamente tramite laregistrazione simultanea di PEV e PERG,in cui la differenza tra il
tempo di latenza dellaP100 del PEV (espressione della risposta occipitale) ed il tempo di latenza P50 del
PERG(espressione della massima attività delle cellule ganglionari) viene indicato come
“Tempo Retino-corticale”.Celesia et al, IOVS, 1985.
Glaucoma
Ambliopia La Corteccia Visiva
La corteccia visiva
• Aree occipitali 17, 18, 19
• Rappresentazione retinotopica
• Cellule semplici, complesse, ipercomplesse
• Le colonne di dominanza oculare
Cellule semplici, complesse ipercomplesse
Colonne di Dominanza Oculare VEP Multifocale: stimolo visivo e VEP Multifocale: stimolo visivo e risposta risposta elettrofunzionaleelettrofunzionale
VEP Multifocale Normale
Rings
RMS
0 20 40 60 80 100120140160180200 ms
141.6 0.270.0 -2.4
LatenciesValuesnV/deg^2ms
RMS
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ms
1
2
3
4
42.5 0.261.6 -0.9
41.6 0.365.0 -11.4
45.0 -1.073.3 -61.6
49.1 22.276.6 -274.5
Latencies ValuesnV/deg 2̂ms
Absolute Response Normalized Response
Applicazioni Cliniche
- Retinite Pigmentosa
- Maculopatie
- Glaucoma
- Neuriti Ottiche
Applicazioni Cliniche
- Retinite Pigmentosa- Maculopatie
- Glaucoma
- Neuriti Ottiche
Aim of this study was to determine the impact of retinal functionallosses on the cortical visually-evoked activity
by evaluating the relationship between
mfERG and MVEP components
AIM Patients: Retinitis Pigmentosa Model
Subject B.A.: 34 years, RP, LE
MfMf --ERGERG VisualVisual FieldField MfMf --VEPVEP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg 2̂
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:1.07 nV/deg 2̂
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
200 nV
0 200 ms
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:1.48 nV/deg^2
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
200 nV
0 200 ms
Subject C.B.: 39 years, RP, LE
MfMf --ERGERG VisualVisual FieldField MfMf --VEPVEP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg 2̂
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg 2̂
0 deg 2020
Total Response:4.21 nV/deg 2̂
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
200 nV
0 200 ms
Subject P.C.: 28 years, RP, LE
MfMf --ERGERG VisualVisual FieldField MfMf --VEPVEP
RESULTS
CORRELATION BETWEEN LOCALIZED RETINAL RESPONSES AND RELATIVE
CORTICAL PROJCETCTION
5 LIVELS of ECCENTRICITY
-1:0-2.5 degrees
- 2:2.5-5 degrees
- 3: 5-10 degrees
- 4:10-15 degrees
- 5:15-20 degrees
Mf-ERG Mf-VEP
5
4
321
Examples of m-ERG and m-VEP in RP
m-ERG and m-VEP Correlations in RP ConclusionsLosses in N1 response density as well as delays in P1 time-
to-peak of the MERG most accurately predict corresponding losses in the MVEP main positive
component.
Since MERG N1 is thought to be generated by photoreceptors and off bipolar cells, these data suggest that functional losses of these neural generators have a major impact on the characteristics of the corresponding cortical
responses.
Applicazioni Cliniche
- Retinite Pigmentosa
- Maculopatie- Glaucoma
- Neuriti Ottiche
Subject: D. M. 44 years, myopic CNV, RE
Mf-ERG Mf-VEP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.44 nV/deg^2
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
200 nV
0 200 ms
Mf-ERG Mf-VEP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:4.19 nV/deg^2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nV/deg^2
0 deg 2020
Total Response:1.68 nV/deg^2
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 StDev
0 deg 2020
200 nV
0 200 ms
Subject: V. C. 45 years, myopic CNV, RE Applicazioni Cliniche
- Retinite Pigmentosa
- Maculopatie
- Glaucoma- Neuriti Ottiche
Subject G.I.: 54 years, GlaucomaMf-VEP Visual Field
Subject C.D.: 39 years, Glaucoma
MfMf --VEPVEP VisualVisual FieldField
Subject G.I.: 54 years, GlaucomaMf-VEP Visual Field
Subject C.A.: 56 years, GlaucomaMf-VEP Visual Field
200 nV
0 200 ms
Subject I.R.: 52 years, GlaucomaMfMf --PEVPEV VisualVisual FieldField
200 nV
0 200 ms
Applicazioni Cliniche
- Retinite Pigmentosa
- Maculopatie
- Glaucoma
- Neuriti Ottiche
Leber’s Optic Neuritis
Leber’s Optic Neuritis
Greatest delay in the papillo-macular bundle
A B
DIAGNOSI DIFFERENZIALE
ELETTROFISIOLOGICA DELLE PATOLOGIE
DELLE VIE OTTICHE
PEV con latenze aumentate ed ampiezze ridotte:PEV con latenze aumentate ed ampiezze ridotte:
Normale Patologico
range di normalità
Glaucoma, NORB, NOIA, SM, diabete, maculopatia, RP, papilledema,….
PEV: latenze aumentate/ampiezze ridotte:
Diagnosi differenziale tra:- Patologie retiniche -Patologie postretiniche
E’ necessario associare:PEV + ERG PEV + PERG
PEV Alterato + ERG Normale
patologia post-fotorecettoriale:cellule ganglionari, nervo ottico, vie ottiche
range di normalità
PEV+PEV+ ERGERG PEV+PEV+ ERGERGPEV Alterato + ERG Alterato
Patologia fotorecettoriale che determina un ritardo della conduzione nervosa lungo le vie ottiche
Range di normalità
PEV+PEV+ ERGERG
VEP P100 Tempo Implicito:risposta corteccia visiva
PERG P50 Tempo Implicito ed Ampiezza:
risposta cellule ganglionari
Differenza VEP P100- PERG P50 Tempi Implicit è indicato come
“Retinocortincal Time”(indice elettrofisiologico della conduzione nervosa tra
le cellule ganglionari e corteccia visiva) .
Celesia et al, IOVS, 1985.
├──┤
PEV+PEV+ PERG: il Tempo RetinoPERG: il Tempo Retino--CorticaleCorticale PEV+PEV+ PERGPERG
PEV Alterato
+ PERG Normale:TRC aumentato
patologia post-retinicanervo ottico, vie ottiche postchiasmatiche
(asimmetria tra O1 e O2)
0 50 100 150 200 250
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
PERG
VEP O2
VEP O1
DELAY IN POSTRETINAL VISUAL PATHWAYS
mic
rovo
lt
msecTRC normale
PEV+PEV+ PERGPERG
PEV+PEV+ PERGPERG
ERG Normale
PEV Alterato
+ PERG Alterato:
TRC Normale
Patologia maculare o della retina interna
(Celesia et al. IOVS 1985)
0 50 100 150 200 250
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
PERG
VEP O2
VEP O1
INNER RETINAL DYSFUNCTION
mic
rovo
lt
msec
TRC normale
PEV+PEV+ PERGPERG PEV+PEV+ PERGPERGERG Normale PEV Alterato
+ PERG Alterato:
TRC aumentato
patologia post-retinica associata e fenomeni di degenerazione delle cellule ganglionari(NORB, NOIA, patologie del nervo ottico)
0 50 100 150 200 250
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
PERG
VEP O2
VEP O1
mic
rovo
lt
msecTRC normale
PEV+PEV+ PERGPERG
SCOTOMA CENTRALE:
MACULA O NERVO
OTTICO?
…..in condizioni subcliniche
PEV+ ERG Focale
PEV Alterato + ERG Focale con
1F, 2F e 2P: Normale
Patologia del nervo ottico (fascio papillo-maculare)
range di normalità
PEV Alterato + ERG Focale con
1F, 2F e 2P: Ridotte
Patologia maculare:(Pucker iniziali, inziale Stargardt, RP inversa, Foro, ecc..)
range di normalità
PEV+ ERG Focale CONCLUSIONIGli esami elettrofunzionali
• Permettono di studiare in modo selettivo la funzionalità delle differenti strutture delle vie ottiche
• Permettono di quantificare disfunzioni dell’intera retina(ERG)della macula(ERG-Focale)
• Permettono di identificare eventuali processi di degenerazione che possono interessare le strutture neuroretiniche(cellule e fibre ganglionari,PERG)
• Permettono di quantificare i tempi di conduzione nervosa lungo le vie ottiche(PERG +PEV=TRC)
L’ “ERG multifocale”fornisce informazioni dettagliate sulla funzionalità
selettiva di aree retiniche localizzate
- metodica semeiologica paragonabile ad una perimetria elettrofunzionale e pertanto più
oggettiva della perimetria psicofisica.
- Test riproducibileutilizzabile nella valutazione della progressione della malattia e nel monitoraggio dell’efficacia dei trattamenti
terapeutici.
●forma, colore, dimensioni, contrasto,
posizione nello spazio,…
Coautori degli studi presentati
Retinite pigmentosaProf. Benedetto FalsiniDott.ssa Lina GallinaroDott.ssa Lucia Ziccardi
Dott.ssa Giovanna Stifano
GlaucomaProf. Gianluca Manni
Prof. Marco CentofantiDr.ssa Lina GallinaroDr.ssa Lucia Tanga
Dr.ssa Lucia ZiccardiProf. Massimo G. Bucci
Grazie dell’attenzione!!!
NeuroftalmologiaProf. Francesco Pierelli
Prof. Leoluca Parisi Prof. Francesco Fattapposta
Prof. Federico Bianco Dr.ssa Rita Restuccia
Pucker MaculariDott.Guido Ripandelli
Dott.Andrea Coppè
Dott.ssa Lina Gallinaro
Prof. Mario Stirpe
CNV miopica e AMDDott.ssa Monica VaranoDott.ssa Lina GallinaroDr.ssa Loredana PerilloDr.ssa Nicoletta Capaldo
Dr. Massimiliano Tedeschi
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