На главную   Содержание   Следующая
 
Влияние приема лютеина и/или зеаксантина на плотность макулярного пигмента человека и цветовое зрение
 
Влияние приема лютеина и/или зеаксантина на плотность макулярного пигмента человека и цветовое зрение
Автор: Marisa Rodriguez-Carmona, Jessica Kvansakul, J Alister Harlow, Wolfgang Kopcke, Wolfgang Schalch and John L Barbur
Великобритания, Германия, Швейцария

Ophthal. Physiol. Opt. 2006 26: 137-147

Абстракт:

Введение: порог различия желтого и голубого цвета, а также уровень ОПМП в глазу подвержены большим колебаниям в нормальной популяции. Хотя хорошо известно, что избирательное поглощение голубого света макулярным пигментом (МП) способно значительно влиять на трихроматическое восприятие цвета. Вместе с тем, степень, с которой МП влияет на чувствительность к различению цветов, остается неопределенной.

Цель: в данном исследовании проанализирована вероятность влияния различных уровней ОПМП на пороги различения желтого и синего цвета в области фовеа и в парацентральном зрительном поле. Получен ответ на вопрос: улучшает ли более высокий уровень ОПМП какие-либо другие зрительные функции, например, снижает ли порог различения красного и зеленого цветов.

Дизайн: пороги цветовой чувствительности и пространственный профиль ОПМП измеряли у 24 нормальных трихроматов, употребляющих пищевую добавку зеаксантина (OPTISHARP TM) и/или лютеина. Применяли оригинальную методику предъявления стимула для различения желто-синего и красно-зеленого цветового механизма, а профиль ОПМП измеряли вплоть до 8 градусов от центра сетчатки.

Результаты: полученные результаты выявили увеличение ОПМП практически во всех измеряемых точках в области фовеа в пределах 4 градусов от центра у всех исследуемых, которые применяли пищевую добавку. Чувствительность к различению красного и зеленого цвета оказалась высокой у всех исследуемых, и пороги различения лежали в пределах нормы. Неожиданным стало открытие, что порог различения желтого и синего цветов также был нормальным и не коррелировал с уровнем ОПМП. Разработана модель оценки пороговой цветовой чувствительности, основанная на подходящих комбинациях колбочковых контрастных сигналов, для объяснения полученных в эксперименте результатов.

Выводы: пороги различения желтого и синего цветов не подвержены влиянию пищевых добавок лютеина и/или зеаксантина, однако при повышенном уровне ОПМП различение красного и зеленого цветов улучшается. Разработанная модель предполагает отсутствие корреляции между ОПМП и порогом различения желтого и синего цветов и предполагает незначительное улучшение в различении красного и зеленого цветов, когда ОПМП высока.

Ключевые слова: Цветовая чувствительность, цветовые каналы, колбочковый контраст, лютеин, макулярный пигмент, каротиноиды сетчатки, зеаксантин

Список сокращений:


 CAD - Colour Assessment и Diagnosis - оценка и диагностика цветовосприятия

 CD - color discrimination - различение цветов

 CIE - Commission Internationale d'Eclairage - международная комиссия по освещению, МКО

 CRT - cathode-ray tube электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)

 L, M, S колбочки - длинно-, средне- и коротковолновые колбочки

 LC - luminance contrast - яркий контраст

 MAP - macular assessment profile - оценка профиля макулы

 RG - кр-зел - красно-зеленый

 YB - жел-син - желто-синий

 ВМД - возрастная макулярная дегенерация

 МП - макулярный пигмент

 ОПМП - оптическая плотность макулярного пигмента


Введение
Макулярный пигмент (МП) состоит в основном из лютеина (Л) и зеаксантина (З) (Bone et al., 1985), и попадает в сетчатку из пищевых продуктов (Sommerburg et al., 1998). Эти каротиноиды находятся в различных тканях организма, однако их концентрация наиболее высока в макуле (Landrum et al., 1999) и аксонах фоторецепторов (Snodderly et al., 1984a,b; Sommerburg et al., 1999). МП имеет широкую полосу пропускания, и пик его спектрального поглощения приходится на ~450 нм. (Bone et al., 1992). Таким образом, он действует как пререцепторный фильтр, который избирательно поглощает голубой свет.
Пространственное распределение МП имеет пик в фовеа и быстро уменьшается к периферии. (Hammond et al., 1997a,b). Большие индивидуальные различия в ОПМП описаны как различия величиной в 1 логарифмическую единицу. (Ruddock, 1963). Предполагают, что высокая плотность МП имеет и другое значение в глазу (Kirschfeld, 1982; Schalch, 1992; Khachik et al., 1997; Davies и Morland, 2004).
Среди других функций антиоксидантная активность, которая может уменьшить риск развития дегенеративных заболеваний макулы, таких как возрастная макулодегенерация (ВМД) (Snodderly, 1995). Нежелательное влияние хроматических аберраций (Reading and Weale, 1974) и 'синий хейз' при взгляде на удаленные объекты (Wooten and Hammond, 2002) могут быть снижены путем избирательного поглощения голубого света. Соответствующее снижение эффективности палочкового сигнала способно расширить колбочко-опосредованные зрительные функций в мезопический диапазон (Kvansakul et al., 2004).
Часто вместе с МП исследуют еще два аспекта цветового зрения: чувствительность к порогу цветовосприятия и цветоразличения/слияния цветов. Оценка цветоразличения состоит из сравнения двух надпороговых цветовых полей: довольно большое тестовое поле заданного цвета и яркости, с перемещающимся по нему исследуемым стимулом, заданным смешением трех исходных цветов разного спектра, один из которых поглощается в той или иной степени макулярным пигментом.
Измерение порога цветовой чувствительности не требует оценки цвета стимула и включает простое определение порога, который измеряют в условиях стимула. Это исключает использование цветового сигнала (MacAdam, 1942; Barbur et al., 1994). Смешение цветов обеспечивает чувствительное измерение различий в цвете и в проявлении цвета двух соседних прилежащих полей, которые проявляют различия в спектральном ответе колбочкового фотопигмента, так же как и различия в их оптической плотности.
Эти факторы вносят вклад в различие соответствия цветов, как у дихроматов (Alpern and Pugh, 1977; Alpern, 1979) так и у нормальных трихроматов (Neitz and Jacobs, 1986). Кроме того, на воспринимаемый человеком цвет влияют спектральное избирательное поглощение света различными структурами, в частности, поглощение голубого цвета МП и кристаллинами хрусталика человека, так что он не доходит до пигмента фоторецепторов в глазу, (Ruddock, 1965, 1972; van Norren and Vos, 1974; Pokorny et al., 1987).
Минимальное различие определяемого цвета, когда предоставляется тестовый стимул определения цвета на однородном фоне - это измерение цветовой чувствительности (MacAdam, 1942). Это задание функционально важно и в основе своей отличается от смешения-сопоставления цветов. Широко известно, что измерение порога различения цвета включает только два цветовых механизма: кр-зел механизм, который сравнивает изменения выхода длинных (L) и средних (M) по волновой чувствительности колбочек, и жел-син механизм, который сравнивает изменения в выходе коротко-волновых колбочек (S) против сигналов, генерируемых в L и M колбочках.
Хотя существующие открытия точно доказывают, что избирательное поглощение голубого цвета макулярным пигментом и хрусталиком влияет на цветовое восприятие, степень, в которой это также влияет на кр-зел и жел-син пороги определения цветовых стимулов, не определена (Moreland and Dain, 1995; Wolffsohn et al., 2000). Улучшенные техники измерения кр-зел и жел-син цветовой чувствительности и ОПМП дают возможность определить подробнее влияние пищевых добавок каротиноидов на ОПМП и цветовую чувствительность.
Цель: оценить, как пространственное распределение МП изменяется в результате приема добавок Л и/или З и определить, уменьшает ли жел-син цветовую чувствительность увеличенный уровень ОПМП. Приём пищевых добавок каротиноидов показал улучшение ахроматического зрения (Kvansakul et al., 2004), поэтому авторы также хотят узнать, улучшается ли кр-зел цветовая чувствительность от повышенного уровня МП в глазу.
Объекты и методы
Измерение макулярного пигмента
На дисплее с ЭЛТ (электронно-лучевой трубкой) проводили разноцветную мерцающую фотометрию. Это новый метод, который обеспечивает быструю и удобную оценку профиля макулы (MAP). Сам тест основан на использовании фильтра оптической метки для разделения выхода трех люминофоров с внутренней поверхности экрана ЭЛТ в два компонента, один из которых максимально поглощается МП и получается только из голубой пушки (то есть тестового луча) а другой, который основан на комбинации красного и зеленого люминофора, состоит в основном из длинно-волнового света и не поглощается МП (то есть референсный луч, луч сравнения). Яркость луча сравнения 20 Кд/м2 и его модулирующая глубина фиксирована на 20%.
MAP тест полностью использует преимущества зрительного представления стимулов различного размера в любом произвольном месте и производит противофазное синусоидальное изменение двух лучей стимула (Schalch et al., 2004). Частота дисплея была 140 Гц и модулирующая частота стимула составляла 20 Гц. Высокое временное изменение частоты дает гарантию, что на пороге чувствительности яркость мерцания воспринимающих механизмов комбинированно обосновываются на колбочковых сигналах L и M. Стимулом являлась короткая вспышка длительностью примерно 0,5 сек, и задание испытуемого было обозначить наличие или отсутствие восприятия вспышки. Измененная ступенчатая процедура с различным размером ступени использовалась для измерения средней яркости тестового луча, необходимой для отсутствия восприятия мерцания, генерируемого лучом сравнения. МАР тест мог быть использован для измерения ОПМП вдоль любого меридиана в нескольких определенных точках от -8˚ до +8˚ от центра зрительного поля (рис. 1). Диаметр тестового стимула изменяли от 0,36˚, когда его предъявляли в фовеа, до секторного кольца, когда предъявляли его в одной из пяти отдельных точек на той или другой стороне от фиксации напротив горизонтального меридиана: +8˚, +6˚, +4˚, +2.5˚, +1.25˚ и 0˚. Ширина тестового кольца также систематически возрастает с удалением от центра сетчатки для упрощения определения незаметной яркости мерцания. Пять случайных перемежающихся повторяемых измерения были проведены в каждой пространственной исследуемой точке и полученные значения отнесены соответственно к уровню на 8˚ от центра, где считается, что плотность МП совсем незначительна. Тест проводили на расстоянии 0,7 м от монитора, и стимулы предъявлялись только правому глазу. Сходные измерения проводили и на левом глазу, что подтвердило ранее полученные результаты (Handelman et al., 1988; Robson et al., 2003), которые показали высокую степень корреляции значений ОПМП в двух глазах. Недавно МАР тест был проверен относительно измерений МП с помощью модифицированного аномалоскопа Морлэнда (Moreland and Kerr, 1979). Так как последний излучает узкий коротковолновой луч с пиком в 460 нм, техника позволяла проводить измерения пика оптической плотности МП. С другой стороны, в МАР тесте применяется более широкий коротковолновой луч и это немного занижает пик ОПМП. Была разработана простая фотометрическая модель, которая предсказывает, как средняя оптическая плотность МП, измеренная с помощью МАР теста, относится к пику плотности МП (то есть оптической плотности на 460 нм). Последующая коррекция пиковой оптической плотности приводила к согласованию результатов, полученных этими двумя способами.



Рис. 1
а) Вид экрана при предъявлении стимула для измерения ОПМП для двух точек, удаленных на 0˚ и 1,25˚ от фиксации. В центре фовеа стимулом был маленький диск диаметром 0,36˚. Для точки 1,25˚ от центра стимулом являлось кольцо, которое показывалось одновременно с двух сторон от фовеа, это способ, который облегчает устойчивую фиксацию.
(б) Пример профиля ОПМП, полученного измерением оптической плотности МП в некоторых точках сетчатки до +8˚ от центра
Измерение цветовой чувствительности
Определение цветового порога проводили с помощью Colour Assessment и Diagnosis (CAD) теста для некоторых неявных направлений в разделении цветов для того, чтобы описать чувствительность кр-зел и жел-син цветовых каналов (Rodriguez-Carmona et al., 2005).
Метод представляет собой динамический случайный яркий контрастный 'шум' для отделения использования цветовых сигналов, маскируя определение любых остаточных ярких контрастных (LC) компонентов в равноярком определенном цветовом стимуле (Barbur et al., 1994).
Результаты нанесены в CIE (Commission Internationale d'Eclairage) 1931 цветовой системе (рис 2а). Зрительный стимул представлен (см. рис. 2б) как квадрат 5х5 клеток, с определенным цветовым контрастом (согласно CIE 1931, стандартный наблюдатель). Сам цветовой стимул скрыт в большем LC квадрате - 15х15 клеток. Во время теста тестовый участок определенного цвета движется по диагонали по одному из четырех возможных направлений на фоне квадратов, которые рандомно светятся, каждые 53-80 мсек в диапазоне, определенном в процентном соотношении (например, +45%). Сила цветового сигнала, необходимая для определения порога движения тестового стимула для каждой исследуемой разновидности движения, измеряется с помощью альтернативной четырехвариантной процедуры (Barbur, 2004). Задание исследуемого - показать или угадать направление движения стимула определенного цвета, нажимая соответствующую кнопку. Средние пороги кр-зел и жел-син вычисляли, усредняя силу цветового сигнала, измеренного в каждом из восьми близко расположенных направлений, которые описывают ориентацию каждого цветового канала (см. цветные символы на рис 2а).
Примеры кр-зел и жел-син порогов, измеренных в фовеа и на уровне 3˚ от центра для одного из участников, представлены на рис 2в. Полученные данные отражают значительно повышенные пороги для жел-син канала, как в фовеа, так и в 3˚ от нее на периферии.
Исследуемые
Исследуемые в данном эксперименте вначале набраны для большого исследования приема пищевых добавок каротиноидов (Kopcke et al., 2005; Schalch et al., 2005), которое стартовало в 2002 году и включало 92 участника. Участники получали добавку, состоящую из лютеина, зеаксантина, комбинации этих двух веществ или плацебо в течение 12 месяцев. В исследовании участвовали мужчины европейской расы в возрасте от 22 до 39 лет.
Доктрины Хельсинкской декларации были соблюдены, и исследование получило одобрение исследовательским и этическим комитетом городского университета. Все пациенты подписали информированное согласие перед и в процессе исследования.
Подробный офтальмологический осмотр проводили каждому участнику, никаких признаков глазных заболеваний и других аномалий не выявлено. Некоторые оптометрические и офтальмологические процедуры проводили в конце фазы I (время Т1) и фазы II (время Т2) для каждой группы участников, как показано в табл. 1. Диагностические процедуры: измерение волновых аберраций, контрастной чувствительности, рассеянние света и определение ОПМП.
Дополнительные исследования необходимые для эксперимента проведены в конце фазы II (время Т2) и через 4 месяца после окончания приема пищевых добавок, в конце фазы III (время Т3) и включали измерение профиля ОПМП и определение цветового порога для жел-син и кр-зел каналов. Ко времени Т3 цветовые пороги измерены в фовеа и в 5° от центра. В это же время дополнительные измерения проводили в фовеа и в 3° от центра, используя меньший по размеру стимул, как описано в рис. 2. Это проделано для лучшей пространственной локализации стимула. Два стимула симметричные относительно горизонтального меридиана с каждой стороны представлялись для поддержания устойчивой фиксации. Хотя эти стимулы были идентичны по сути динамическому LC шуму, только один из этих групп стимулов содержал определяемый цветом динамичный стимул. МАР тест для оценки пространственного профиля МП был единственным доступным во время фазы II исследования. Из 92 изначально отобранных участников только 24 могли и хотели участвовать в двух последних фазах исследования (то есть фазах II и III).
В исследование вошло следующее число участников:
1. Л (10 мг лютеина в день 6 мес., затем 20 мг лютеина в день еще 6 мес. n=3)
2. З (10 мг зеаксантина в день 6 мес., затем 20 мг зеаксантина в день еще 6 мес. n=5)
3. К (10 мг Л + 10 мг З в день 12 мес. n=5)
4. П-К (плацебо 6 мес., затем 10 мг Л + 10 мг З в день 6 мес, n = 5)
5. П (плацебо 10 мес. n = 6)
Во время фазы II вторые 6 мес. дозу удвоили для Л и З групп. Участники группы П в конце фазы I стали частью новой группы - П-К и получали комбинированную добавку в течение 6 мес.
Другие набранные участники вошли в новую группу плацебо (П). Это дало возможность сравнить П-К группу после 6 мес. приема добавок с новой II группой. Такая организация исследования сделала возможным создать группу сравнения изменения плотности МП и цветовых порогов как результат приема добавок в конце фазы II (Т2) и через 4 мес. после отмены добавки (конце фазы III, время Т3). Анализ данных и методы статистики Применяли анализ вариантов (ANOVA, ANOVA) для сравнения средних значений между группами и участниками. Диаграммы разброса данных и регрессионный анализ применяли для выявления связи между ОПМП и порогов цветовой чувствительности. Все анализы проводили в программе S-PLUS R 6.2 для Windows (Professional Edition; Insightful Corporation, Seattle, WA, USA).

Рис. 2.
Цветовое определение порогов различий для жел-син и кр-зел каналов, измеренное с помощью теста Colour Assessment и Diagnosis (CAD). Распространенный результат для нормального трихромата (а) Центральный крест - разделяет (x, y) - хроматичность однородного заднего фона и цветных стимулов и показывает пороги, измеренные в желтом, зеленом, синем и красном направлениях. Измерения проводили в фовеа (кружки) и в 3° от центра (квадраты). Пунктирный эллипс обозначает средние пороги для 'стандартного' исследуемого с помощью CAD, эллипс получен усреднением результатов 125 человек с нормальным цветным зрением.
(б) показан экран с представленными зрительными стимулами;
(в) Типичные результаты для участника в фовеа и на периферии. Столбики ошибок показывают +SD (стандартное отклонение).

Таблица 1. Схематическая диаграмма, показывающая разные группы участников, длительность приема пищевой добавки каротиноидов и различные тесты зрительных функций, проводимые на ключевых стадиях во время исследования. rms волновые аберрации, контрастную чувствительность, рассеяние света и плотность МП в фовеа и в 2,5° от центра оценивали в конце фазы I (время Т1), в начале второй фазы (для новой плацебо группы) и в конце фазы II (время Т2) для всех групп участников. Цветовые пороги и профиль плотности МП от -8° до +8° измерены в конце фазы II и фазы III только для П-К и П групп (время Т2 и Т3, соответственно). Различные группы показаны в таблице вместе с количеством суточного приема каротиноидов в пищевых добавках. К концу фазы I П-К группа сформирована из всех имеющихся участников исходной группы плацебо. П-К группа принимала комбинированную Л + З добавку в течение 6 мес, и новые 10 человек набрали для формирования новой группы плацебо.
Результаты
Первая серия измерений в этом исследовании проведена через 12 мес. приема пищевых добавок (время Т2) с удвоенной дозой во вторые 6 мес. фазы II (см табл. 1). На рис 3 показана ОПМП, измеренная во всех группах в конце фазы II исследования. Для каждой группы, которая получала пищевые добавки, результаты показывают значительное увеличение плотности МП (p < 0.05 для К и П-К групп и p < 0.07 для Л и З групп) по сравнению с плацебо группой. Не выявлено значимых отличий между П-К группой (после 6 мес. приема добавки) и любой другой группой (которая получала добавку в течение 12 мес.). Этот результат подтверждает ранее выявленные факты того, что богатые Л и З продукты могут увеличивать уровень МП, по крайней мере, у некоторых участников (Hammondet al., 1997a; Landrum et al., 1997; Berendschot et al., 2000), и что повышенный уровень ОПМП может быть определяем и через 6 мес. после того, как прием пищевых добавок прекращен. (Hammond et al., 1997a). Данные, представленные на рис 3, получены для фовеа (а) и 2,5&#730; периферии (б) с помощью МАР теста (см. рис. 1). На рис 3в показано действительное повышение уровня ОПМП для каждой группы по отношению к группе плацебо, для области фовеа и для периферии. Для оценки влияния приема добавки на пространственное распределение МП измерения проведены в нескольких разных точках сетчатки от -8&#730; до +8&#730; от центра. Эти дополнительные измерения проводили только у П-К группы и II группы во время Т2 и Т3, после 4-х месяцев без приема пищевых добавок. На рис 4а представлены отчетливые различия пространственного распределения МП (измеренного в момент Т2) между группой плацебо и принимающими добавки группами. Увеличение уровня ОПМП достоверно (p < 0.025) в П-К группах по сравнению с плацебо.

Рис. 3.
Показана средняя оптическая плотность МП для каждой группы участников в конце фазы II исследования. (время Т2 в табл. 1). Измерения проводили в области фовеа (а) и 2.5&#730; от центра (б). Уровень ошибок демонстрирует индивидуальные различия в каждой группе. (в) Фактические различия среднего уровня ОПМП для каждой группы по сравнению с группой плацебо.

Рис. 4.
Сравнение пространственного профиля ОПМП для П-К и П групп, измеренного относительно горизонтального меридиана от +8&#730; до -8&#730; в различное время в течение исследования. Рисунок (а) представляет данные, измеренные в П-К группе в конце фазы II (время Т2) и через 4 мес. после отмены приема пищевых добавок (время Т3). Сходные данные для группы П приведены на рисунке (б). Ошибки указывают вариабельность между участниками (+SD). На рис (в) указан профиль МП для П-К и П групп, измеренный в конце фазы II настоящего исследования (время Т2). На рис (г) представлено изменение в процентах для проникновения голубого цвета (10-OD), когда значения ОПМП в П-К группе сравнимы с соответствующими измерениями в группе П. Ромбики обозначают различие между П-К и П группами во время Т2, а треугольники показывают процентное различие между этими группами на момент времени Т3.
Измеренные уровни ОПМП преобразовывали в процентные коэффициенты пропускания для выражения различий между П-К и П группами как процентное изменение проникающего света. Эти сравнения посчитаны на момент времени Т2 (через 6 мес. после начала приема добавки) и на момент времени Т3 (4 мес. после отмены приема пищевых добавок), как показано на рис. 4 г.
Полученные результаты ясно представляют, что процент уменьшения проникновения голубого света (10-OD) как результат приема добавки распространяется практически везде в парацентральной области фовеа вплоть до угла зрения в +4&#730;. Процент снижения в передаче голубого света значительно меньше на момент времени Т3 после 4-х мес. отмены приема пищевой добавки. На рис 4 б, в показаны профили ОПМП для П-К и П групп, соответственно на момент времени Т2 и Т3. Сравнение пространственного профиля ОПМП для П-К группы выявил значительное снижение плотности МП после 4-х мес. отмены приема пищевой добавки.
Те же измерения не так сильно отличаются в группе П. Для выявления возможного влияния плотности МП на различие цветовой чувствительности авторы оценили корреляцию между измеренными кр-зел и жел-син цветовыми порогами и пиковой плотностью МП для всех исследуемых групп. Измеряемые данные на момент Т2 представлены на рис. 5. Жел-син пороги показаны на верхних рисунках распределения (а) и (б). Рисунки (в) и (г) демонстрируют сходные данные, описывающие пороги кр-зел. (а) и (в) показывают результаты измерения в фовеа и соответствующие данные для 2,5&#730; от центра и показаны на рис (б) и (г). Проверочная таблица 15х15 для измерения порога цветового различения (см. рис. 2) расположена на 2,82&#730; в фовеа и 4,23&#730; от центра. Цветовой стимул состоял из квадрата 5х5 ячеек и соответствовал зрительному полю 0,94&#730; и 1,41&#730; соответственно. Больший по размеру стимул для измерения цветового порога на уровне 5&#730; от центра компенсирует известное снижение цветовой чувствительности с удалением от центра. (Boynton et al., 1964; Abramov et al., 1991). Полученные результаты показывают малую корреляцию или отсутствие взаимосвязи между уровнем МП в глазу и соответствующим кр-зел или жел-син порогом различения.
Сходные результаты получены через 4 мес. после отмены приема пищевых добавок (время Т3), когда дополнительные измерения сделаны для П-К и П групп. Дополнительное измерение порога цветового различения на момент Т3 проводили меньшим по размеру стимулом в 2&#730;, который двигался под углом зрения +1&#730; с центром в фовеа и 3&#730; от центра. Пространственное положение цветового стимула улучшено для выявления возможного влияния на цветовые пороги жел-син, которое может быть вызвано большим поглощением голубого цвета МП в фовеа. Полные пространственные профили плотности МП измерены для каждого участника на момент времени Т3. Это дало возможность получить средние значения МП, усредняя измерения, полученные в 0&#730; и +1,25&#730; от фовеа и в +2.5&#730;, и в +4&#730; на периферии.
Новые данные цветовых порогов жел-син и кр-зел каналов, полученные в строгих условиях с помощью меньших цветовых стимулов, которые обеспечивают лучшую пространственную локализацию, показаны на рис. 6. Полученные данные убедительно иллюстрируют полное отсутствие корреляции между уровнем МП в глазу и соответствующим кр-зел и жел-син порогом цветового различения. Также каждый месяц измеряли уровень Л и З в плазме в рамках исследования LUXEA, как показано на рис 7.
В течение первых 2-х мес. приема добавки уровень каротиноидов в плазме значительно увеличивался и оставался выше во время приема добавки, однако снижался вскоре после отмены приема добавки в течение 4-х мес.
Обсуждение
Данное исследование изучает преимущества двух новых методик, одна из которых разработана для измерения пространственного распределения МП (Rodriguez-Carmona et al., 2004; Schalch et al., 2004), а другая для оценки кр-зел и жел-син цветовой чувствительности в условиях изолирования подаваемых цветовых сигналов (Barbur, 2004). МАР тест измеряет плотность МП с эксцентричностью до 8&#730;, величиной значительно большей, чем остальные мерцающие и гаснущие методики, которые оценивают состояние МП до 5-6 градусов от центра. Хотя различия между 5-ю и 8-ю градусами могут быть незначительными у пациентов с нормальным уровнем плотности МП, значения на 8&#730; важны при изучении влияния пищевых добавок каротиноидов, когда накопление МП возрастает и обнаруживается в более дальних областях от макулы. Использование мерцающей синусоидальной и малой яркостной модулирующей глубины в 20% делает проще для исследуемых сравнение средней яркости тестового луча для отмены восприятия мерцающего референсного луча, и это улучшает конечную точность измерения. Полученные в этом исследовании сведения подтверждают ранние доклады, которые предполагают повышение уровня МП в глазу как результат применения пищевых добавок каротиноидов. (Sommerburg et al., 1998). Кроме того, это исследование выявляет степень, в которой МП откладывается в более удаленных от макулы областях, вызывая почти повсеместное уменьшение количества голубого света, который достигает сетчатки в пределах +4&#730; от центра. Предыдущие исследования предполагали, что вовлечение самой центральной области макулы в различные макулярные заболевания (иногда описываемые как ретинопатии типа бычьего глаза - bull's eye retinopathies) обычно относятся к наличию высокого уровня МП в данной области (Weiter et al.,1988).

Рис. 5.
Цветовое определение порогов, измеренное в фовеа (а, в) и в 5&#730; от центра (б, г) относительно измеренных значений ОПМП в конце фазы II. Жел-син пороги показаны на рис (а) и (б), кр-зел пороги показаны на рис (в) и (г).

Рис. 6.
Хроматическое определение порогов относительно значений ОПМП, полученных в конце фазы III исследования, когда стали известны полные пространственные профили плотности МП для участников исследования. Значения ОПМП в фовеа нанесены на рис (а, в), и получены усреднением измерений в точках -1,25&#730;, 0&#730; и 1,25&#730; от центра. Для периферических точек средняя плотность МП вычислена усреднением значений из точек -4&#730;, -2,5&#730;, 2,5&#730; и 4&#730; (б, г) для каждого участника из П-К и П групп.

Рис. 7.
Уровни Л и З в плазме (измерены в 1 М/л) с интервалом 1 мес. в рамках исследования LUXEA для П-К групп (ромбики) и новой группы плацебо (треугольники). Время Т2 показывает конец приема пищевой добавки и Т3 - 4 мес. после отмены добавки. Полное описание приема пищевых добавок представлено в таблице 1.
Механизм, который, возможно, объясняет эти результаты - поглощение высокоэнергетических, коротковолновых фотонов и более эффективное связывание активного кислорода и его нестабильных соединений, которые появляются в результате процесса фототрансдукции. Значительное увеличение плотности МП в макуле и вокруг нее в результате приема Л и З предполагает, что большая область сетчатки может получить защиту от ВМД. Безусловное заявление этой гипотезы основывается на получении дальнейших доказательств для оценки предыдущих докладов, предполагающих, что размер затронутой сетчатки в ретинопатиях типа дистрофии 'бычий глаз' связано с количеством пространственного распространения МП в глазу (Weiter et al., 1988).
Таким образом, главной целью данного исследования стала попытка выяснить, объясняет ли большое различие в плотности МП в нормальной популяции большую вариабельность определения жел-син цветового порога в нормальных трихроматических глазах. (Ruddock, 1963). CAD тест предлагает уникальные преимущества для подсчета цветовой чувствительности жел-син и кр-зел каналов как в фовеа, так и на периферии, где плотность МП значительно снижена. Результаты показывают, что хотя ОПМП и уровень цветового порога жел-син канала весьма различаются у разных людей, не существует значимой корреляции между этими двумя параметрами. То есть повышенная изменчивость может быть объяснена независимым механизмом. Полученные значения удивительно хорошо сочетались и показали влияние, которое абсорбция голубого света макулярным пигментом может иметь на слияние трех цветов (Neitz and Jacobs, 1986). Для объяснения найденного факта авторы проверили, как контраст колбочек изменяет порог и как МП влияет на эти кривые.
На рис 8а показаны контрасты колбочек, вычисленные для различения средних порогов (эллипс, показанный черной линией на рис 2а). Контраст колбочек вычисляли, оценивая сигнал, генерируемый однородным фоном и соответствующим тестовым стимулом, как функцию различного направления в CIE (x, y) цветовой диаграмме. Это вычисление дает известную спектральную чувствительность функции колбочек (Smith and Pokorny, 1972) и знание спектрального излучения тестового и фонового полей. Другие предположения не включены. Например, М колбочковый контрастный синал, выдаваемый в виде формулы CM=(Mtest - Mbkg)/Mbkg , где test и bkg соответствуют тестовому и фоновому излучению. Пунктирные линии отражают ожидаемые изменения колбочкового контраста, когда спектральные составляющие света от дисплея изменяются фильтром, соответствующим спектральному поглощению МП и шаблону пика оптической плотности 1 лог.ед, величине, значительно большей, чем полученные экспериментально в данном исследовании. Эти вычисления очень информативны и ясно демонстрируют независимое функционирование двух цветовых каналов у порога (MacLeod and Boynton, 1979; Guth et al., 1980).
С кр-зел каналом опосредовано различение цвета больше всего. Кр-зел цветовой канал формируется различием L и М колбочковых сигналов, жел-син канал чаще всего соответствует S колбочковому сигналу, который вычитается из суммы М и L сигналов. Простая модель цветового зрения предсказывает небольшое изменение или отсутствие изменения в жел-син различении цветов, когда фильтр МП с пиком плотности 1 лог.ед помещен перед глазом (рис 8б). Интересен факт, что кр-зел сигнал фактически увеличивается в различных направлениях, больше всего как результат уменьшения соответственно сигналов, генерируемых однородным фоном в М и L колбочках. Это улучшение кр-зел цветовой чувствительности - возможно малая разновидность направлений, которые наиболее подвержены влиянию, и они не исследованы экспериментально. Хотя экспериментальные открытия и предположения пороговой модели различения цветов ясно показывают, что жел-син цветовые пороги не подвержены изменению даже при большом количестве МП в глазу, можно резонно ожидать, что на относительно низких уровнях освещенности, когда соотношение сигнал/шум в S колбочках становится малым, жел-син порог различения цвета уже не будет независимым от МП в глазу.

Рис. 8.
Анализ колбочкового контраста и соответсвтующего цветового сигнала, генерируемого для среднего порога определения цвета, показан как черный контур на рис 2а. Сплошные линии показывают колбочковые контрастные сигналы, генерируемые в каждом типе фоторецепторов для каждого направления CIE -(x,y) диаграмма (a), и соответствующие кр-зел и жел-син цветовые сигналы, генерируемые в отсутствии МП (б). Ослабление голубого спектра световой волны макулярным пигментом может быть симулировано путем фильтрации определенного света, который достигает фоторецепторов. Пунктирные линии обозначают колбочковый контрастный сигнал (а) и соответствующий цветовой сигнал (б), когда свет от дисплея фильтруется макулярным пигментом. Показанные результаты отвечают фильтру МП с пиком оптической плотности 1 логарифмическая единица (величина больше, чем у каждого исследованного в этом эксперименте).
Выводы
Пространственные профили ОПМП, измеренные через 6 мес. приема пищевых добавок с комбинацией Л (10 мг/день) и З (10 мг/день) показывают значительное повышение уровня ОПМП, даже на 6&#730; от центра, делая важным измерение уровня МП для оценки вплоть до 8&#730; от центра (рис 4а). Невозможность сделать эту недооценку однородно увеличивает ОПМП как результат приема пищевых добавок. При приеме комбинации Л + З (по 10 мг/день каждого) на протяжении 6 мес. увеличивается распределение МП до +8&#730; вокруг макулы, вызывая практически однородное снижение процента проникающего голубого света в центр +4&#730; (рис. 4г).
Хотя значительное снижение уровня МП наблюдается в группе через 4 мес. после отмены пищевых добавок, профиль ОПМП в этой группе продолжает оставаться выше, чем в группе плацебо. Эти данные согласуются с повышением уровня Л и З в плазме во время приема добавки и его значительное снижение, наблюдаемое через 4 мес. после того, как прием добавки был прекращен (см. рис. 7) Для условий стимула, предъявляемого в данном исследовании, жел-син цветовое определение порога незначительно отличается в центральной области +5&#730; и не коррелирует с измерением ОПМП ни в фовеа, ни на периферии. Все участники показали высокую цветовую чувствительность кр-зел канала (в пределах нормального диапазона), но не выявлено корреляции со значениями ОПМП.
Контрастная колбочковая модель, разработанная для предсказания влияния МП на определение цветовых порогов, хорошо укладывается в рамки полученных экспериментально результатов и может также рассчитываться относительно постоянной коротковолновой чувствительности в области центральной сетчатки (Stringham et al., 2005). Гаснущие методы Hue (Jameson and Hurvich, 1955) также применяли для измерения спектральной чувствительности цветового механизма противоположного цвета в некоторых различных точках поля зрения (Hibino, 1992).
Результаты, полученные автором, предполагают, что спектральная чувствительность жел-син канала остается относительно постоянной с эксцентриситетом не смотря на различия в ОПМП у двоих участников исследования. Хотя данные согласуются с данными эксперимента Hibino, его результаты сложнее интерпретировать, потому что тестовые стимулы были разделены согласно фактору магнификации коры головного мозга. Использование колбочковых контрастных сигналов, как описано в модели авторов, также объясняет, почему дифференциальное распределение S колбочек с эксцентриситетом имеет малое влияние или не имеет его вообще на жел-син цветовую чувствительность.
Это, однако, может не быть случаем при низком уровне света, когда предпочтительное поглощение голубого света МП глаза может уменьшать соотношение сигнал/шум в S колбочках и поэтому жел-син цветовую чувствительность. В добавление к предполагаемому отсутствию изменений в жел-син определении цветовых порогов даже для пикового значения ОПМП в 1 лог.ед. модель неожиданно предполагает незначительное улучшение цветовых порогов кр-зел канала с увеличением плотности МП. В заключение следует отметить, что полученные в результате этого исследования данные предполагают, что на фотопическом уровне световой адаптации повышение плотности МП может только улучшить человеческую цветовую различительную чувствительность.
Список литературы:
1. Abramov, I., Gordon, J. and Chan, H. (1991) Color appearance in the peripheral retina: effects of stimulus size. J. Opt. Soc. Am. A 8, 404-414.
2. Alpern, M. (1979) Lack of uniformity in colour matching. J. Physiol. 288, 85-105.
3. Alpern, M. and Pugh, E. N. Jr. (1977) Variation in the action spectrum of erythrolabe among deuteranopes. J. Physiol.266, 613-646.
4. Barbur, J. L. (2004) 'Double-blindsight' revealed through the processing of color and luminance contrast defined motion signals. Prog. Brain Res. 144, 243-259.
5. Barbur, J. L., Harlow, A. J. and Plant, G. T. (1994) Insights into the different exploits of colour in the visual cortex. Proc. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 258, 327-334.
6. Berendschot, T. T., Goldbohm, R. A., Klopping, W. A., van de, K. J., van Norel, J. and Van Norren, D. (2000) Influence of lutein supplementation on macular pigment, assessed with two objective techniques. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.41, 3322-3326.
7. Bone, R. A., Landrum, J. T. and Tarsis, S. L. (1985) Preliminary identification of the human macular pigment. Vision Res. 25, 1531-1535.
8. Bone, R. A., Landrum, J. T. and Cains, A. (1992) Optical density spectra of the macular pigment in vivo and in vitro. Vision Res. 32, 105-110.
9. Boynton, R. M., Schafer, W. and Neun, M. E. (1964) Hue-wavelength relation measured by color-naming method for three retinal locations. Science 146, 666-668.
10. Davies, N. P. and Morland, A. B. (2004) Macular pigments: their characteristics and putative role. Prog. Retin. Eye Res. 23, 533-559.
11. Guth, S. L., Massof, R. W. and Benzschawel, T. (1980) Vector model for normal and dichromatic color vision. J. Opt. Soc. Am. 70, 197-212.
12. Hammond, B. R. Jr., Johnson, E. J., Russell, R. M., Krinsky, N. I., Yeum, K. J., Edwards, R. B. and Snodderly, D. M. (1997a) Dietary modification of human macular pigment density. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 38, 1795-1801.
13. Hammond, B. R. Jr., Wooten, B. R. and Snodderly, D. M. (1997b) Individual variations in the spatial profile of human macular pigment. J. Opt. Soc. Am. A 14, 1187-1196.
14. Handelman, G. J., Dratz, E. A., Reay, C. C. and van Kuijk, J. G. (1988) Carotenoids in the human macula and whole retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 29, 850-855.
15. Hibino, H. (1992) Red-green and yellow-blue opponent-color responses as a function of retinal eccentricity. Vision Res. 32, 1955-1964.
16. Jameson, D. and Hurvich, L. M. (1955) Some quantitative aspects of an opponent-colors theory. I. Chromatic responses and spectral saturation. J. Opt. Soc. Am. 45, 546-552.
17. Khachik, F., Bernstein, P. S. and Garland, D. L. (1997) Identification of lutein and zeaxanthin oxidation products in human and monkey retinas. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 38, 1802-1811.
18. Kirschfeld, K. (1982) Carotenoid pigments: their possible role in protecting against photooxidation in eyes and photoreceptor cells. Proc. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 216, 71-85.
19. Kopcke, W., Schalch, W. and LUXEA-Study Group (2005) Changes in macular pigment optical density following repeated dosing with lutein, zeaxanthin, or their combination in healthy volunteers - results of the LUXEA-Study. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, E-1768 (abstract).
20. Kvansakul, J., Edgar, D. F., Barbur, J. L., Schalch, W., Barker, F. M. and Kopcke, W. (2004) Assessment of visual performance in relation to macular pigment density in human vision. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 45, E-4340 (abstract).
21. Landrum, J. T., Bone, R. A., Joa, H., Kilburn, M. D., Moore, L. L. and Sprague, K. E. (1997) A one year study of the macular pigment: the effect of 140 days of a lutein supplement. Exp. Eye Res. 65, 57-62.
22. Landrum, J. T., Bone, R. A., Moore, L. L. and Gomez, C. M. (1999) Analysis of zeaxanthin distribution within individual human retinas. Methods Enzymol. 299, 457-467.
23. MacAdam, D. L. (1942) Visual sensitivites to color differences in daylight. J. Opt. Soc. Am. A 32, 247-274.
24. MacLeod, D. I. and Boynton, R. M. (1979) Chromaticity diagram showing cone excitation by stimuli of equal luminance. J. Opt. Soc. Am. 69, 1183-1186.
25. Moreland, J. D. and Dain, S. L. (1995) Macular pigment contributes to variance in 100-hue tests. Doc. Ophthalmol. Proc. Ser. 57, 517-522. Moreland, J. D. and Kerr, J. (1979) Optimization of a Rayleigh-type equation for the detection of tritanomaly. Vision Res. 19, 1369-1375.
26. Neitz, J. and Jacobs, G. H. (1986) Polymorphism of the longwavelength cone in normal human colour vision. Nature 323, 623-625.
27. Pokorny, J., Smith, V. and Lutze, M. (1987) Aging of the human lens. Appl. Opt. 26, 1437-1440.
28. Reading, V. M. and Weale, R. A. (1974) Macular pigment and chromatic aberration. J. Opt. Soc. Am. 64, 231-234.
29. Robson, A. G., Moreland, J. D., Pauleikhoff, D., Morrissey, T., Holder, G. E., Fitzke, F. W., Bird, C. and van Kuijk, F. J. G. M. (2003) Macular pigment density and distribution: comparison of fundus autofluorescence with minimum motion photometry. Vision Res. 43, 1765-1775.
30. Rodriguez-Carmona, M., Barbur, J. L., Harlow, J. A., Schalch, W. and Kopcke, W. (2004) Chromatic sensitivity changes in relation to macular pigment optical density (MPOD) in human vision. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 45, E-3438 (abstract).
31. Rodriguez-Carmona, M., Harlow, A. J., Walker, G. and Barbur, J. L. (2005) The variability of normal trichromatic vision and the establishment of the 'normal' range. In: Proceedings of 10th Congress of the International Colour Association, Granada (Granada, 2005), pp. 979-982.
32. Ruddock, K. H. (1963) Evidence for macular pigmentation from colour matching data. Vision Res. 3, 417-429.
33. Ruddock, K. H. (1965) The effect of age upon colour vision-II changes with age in light transmission of the ocular media. Vision Res. 5, 47-58.
34. Ruddock, K. H. (1972) Observer variations in foveal colour vision responses. Vision Res. 12, 145-149.
35. Schalch, W. (1992) Carotenoids in the retina - a review of their possible role in preventing or limiting damage caused by light and oxygen. EXS 62, 280-298.
36. Schalch, W., Rodriguez-Carmona, M., Harlow, J. A., Barbur, J. L. and Koepcke, W. (2004) Macular pigment optical density (MPOD) measurements using visual displays - a new method and first results. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 45, E-1296 (abstract).
37. Schalch, W., Barker, F. M. and LUXEA-Study Group (2005) Ocular and general safety of supplementation with zeaxanthin and lutein; plasma exposure levels of carotenoids and 3'-dehydro-lutein - results of the LUXEA-Study. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, E-1765 (abstract).
38. Smith, V. C. and Pokorny, J. (1972) Spectral sensitivity of color-blind observers and the cone photopigments. Vision Res. 12, 2059-2071.
39. Snodderly, D. M. (1995) Evidence for protection against agerelated macular degeneration by carotenoids and antioxidant vitamins. Am. J. Clin. Nutr. 62, 1448S.
40. Snodderly, D. M., Auran, J. D. and Delori, F. C. (1984a) The macular pigment. II. Spatial distribution in primate retinas. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 25, 674-685.
41. Snodderly, D. M., Brown, P. K., Delori, F. C. and Auran, J. D. (1984b) The macular pigment. I. Absorbance spectra, localization, and discrimination from other yellow pigments in primate retinas. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 25, 660-673.
42. Sommerburg, O., Keunen, J. E. E., Bird, A. C. and van Kuijk, F. J. G. M. (1998) Fruits and vegetables that are sources for lutein and zeaxanthin: the macular pigment in human eyes. Br. J. Ophthalmol. 82, 907-910.
43. Sommerburg, O. G., Siems, W. G., Hurst, J. S., Lewis, J. W., Kliger, D. S. and van Kuijk, F. J. (1999) Lutein and zeaxanthin are associated with photoreceptors in the human retina. Curr. Eye Res. 19, 491-495.
44. Stringham, J. M., Hammond, B. R., Wooten, B. R. and Snodderly, D. M. (2005) Compensation for light loss due to filtering by macular pigment. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.46, E-1780 (abstract).
45. van Norren, D. and Vos, J. J. (1974) Spectral transmission of the human ocular media. Vision Res. 14, 1237-1244.
46. Weiter, J. J., Delori, F. and Dorey, C. K. (1988) Central sparing in annular macular degeneration. Am. J. Ophthalmol. 106, 286-292.
47. Wolffsohn, J. S., Cochrane, A. L., Khoo, H., Yoshimitsu, Y.and Wu, S. (2000) Contrast is enhanced by yellow lenses because of selective reduction of short-wavelength light. Optom. Vis. Sci. 77, 73-81.
48. Wooten, B. R. and Hammond, B. R. (2002) Macular pigment: influences on visual acuity and visibility. Prog. Retin. Eye Res. 21, 225-240.