Elektroretinografia – ERG

Co optyk okularowy powinien wiedzieć o elektrofizjologicznych badaniach układu wzrokowego (cz. 1).

Opisem tej powszechnie w okulistyce stosowanej techniki elektrofizjologicznej rozpoczynamy cykl artykułów pod wspólnym tytułem „Co optyk okularowy powinien wiedzieć o elektrofizjologicznych badaniach układu wzrokowego?”[5]. Nawiązujemy tym samym do opracowań przedstawiających funkcjonowanie siatkówki oka i drogi wzrokowej, opublikowanych w kilku wcześniejszych
numerach „Optyka Polskiego”[6-10].

Znajomość podstaw elektrofizjologicznych metod i technik badania wzroku może być przydatna w pracy optyków okularowych i optometrystów. Wiele problemów z widzeniem ma bowiem źródło w schorzeniach siatkówki, nerwu wzrokowego lub kory wzrokowej.

Ryc. 1. Schematyczna budowa siatkówki oka; pokazano procesy zachodzące na błonach komórkowych oraz źródła składowych morfologicznych elektroretinogramu błyskowego FERG i innych sygnałów; EOG – elektrookulogram (Electro-oculogram), PERG – elektroretinogram wywołany wzorcem (Pattern Electroretinogram), FVEP – błyskowe wzrokowe odpowiedzi wywołane (Flash Visual Evoked Potentials), PVEP – wzrokowe odpowiedzi wywołane wzorcem (Pattern Visual Evoked Potentials), mfERG – elektroretinogram wieloogniskowy (Multifocal Electroretinogram), mfVEP – wieloogniskowe wzrokowe odpowiedzi wywołane (Multifocal Visual Evoked Potentials) [4].

Historia elektroretinografii sięga roku 1877, kiedy to Dewar po raz pierwszy zarejestrował biopotencjały z ludzkiego oka (pomijamy tu wcześniejsze o kilkanaście lat zapisy z oczu zwierząt). Późniejsze badania (Gotch, Einthoven i Jolly, Granit) dostarczyły więcej informacji o składowych sygnału. Dużym postępem było opracowanie przez Riggsa (1941) elektrod nagałkowych w postaci soczewek kontaktowych. Jednak za początek klinicznej elektroretinografii uważa się rok 1945, w którym Karpe z Karolinska Institutet w Sztokholmie opublikował wyniki swoich badań porównawczych nad zapisami uzyskanymi z oczu zdrowych i z oczu pacjentów chorych.

Elektroretinogram całopolowy (full-field electroretinogram – ffERG) lub błyskowy (Flash ERG, FERG), w uproszczeniu oznaczany ERG (dalej będziemy używać tego właśnie skrótu), jest testem elektrofizjologicznym umożliwiającym ocenę zsumowanej funkcji fotoreceptorów pręcikowych, czopkowych, komórek dwubiegunowych oraz amakrynowych (ryc. 1). Jest to przy tym jedyny elektrofizjologiczny test rejestrujący funkcję receptorów pręcikowych [1,3].

Elektroretinogram całopolowy nie dostarcza informacji o zaburzeniu funkcji bioelektrycznej siatkówki na małych jej obszarach, np. plamki lub dołka środkowego (fovea centralis). Na podstawie samego tylko wyniku testu ERG nie można zdiagnozować choroby okulistycznej. Nie są bowiem znane charakterystyczne zmiany w zapisie ERG, na podstawie których można byłoby jednoznacznie rozpoznać konkretną jednostkę chorobową. Z tego powodu ERG powinien być analizowany łącznie z wywiadem, wynikiem rutynowego badania okulistycznego oraz, jeżeli to konieczne, z wynikami innych badań diagnostycznych (np. szybko rozwijających się metod obrazowych). Mimo tych ograniczeń, wynik badania ERG jest kluczowy w diagnozie wielu wrodzonych i nabytych chorób oczu – może potwierdzić bądź wykluczyć pewne schorzenia albo dopomóc w ich różnicowaniu. Dotyczy to szczególnie chorób w ich wczesnych stadiach, kiedy to obraz kliniczny i wykonane inne badania okulistyczne nie pozwalają na postawienie jednoznacznego rozpoznania [1,2,3].

Sygnał całopolowego błyskowego elektroretinogramu powstaje w siatkówce oka w odpowiedzi na błysk światła o określonych parametrach czasowych, przestrzennych i spektralnych. Poszczególne składowe morfologii zapisu, tzw. fale, są wytwarzane w kilku różnych warstwach komórkowych siatkówki (ryc. 1). Inne pokazane na rycinie sygnały układu wzrokowego będą omówione w następnych artykułach naszej serii.

Ryc. 3. Sposób pomiaru parametrów sygnałów ERG objętych protokołem klinicznym [1,2].

Standaryzacja badań ERG, dokonana po raz pierwszy w roku 1989 przez ISCEV (International Society for Clinical Electrophysiology of Vision) [1,2,3], dotyczy całopolowej odpowiedzi siatkówki na błysk świetlny. W rutynowym teście ERG powinny być uwzględniane zalecenia aktualnego standardu. Obejmują one następujące wytyczne co do metodyki badań:

– przygotowanie pacjenta,

– warunki adaptacji: co najmniej 20 min adaptacji nocnej, tzw. skotopowej (DA – Dark Adaptation) i 10 min adaptacji dziennej, tzw. fotopowej (LA – Light Adaptation),

– charakterystyki toru stymulacji świetlnej: stymulacja całopolowa (full field, Ganzfeld), parametry czasowe, energetyczne, spektralne i przestrzenne bodźców świetlnych, wymagania dotyczące kalibracji źródeł światła; w aktualnym standardzie uwzględniono nowe stymulatory z diodami LED, obok dotychczas stosowanych ksenonowych lamp wyładowczych do generowania błysków i źródeł żarowych do oświetlenia tła (background),

– techniki elektrodowe (rodzaje elektrod, układy odprowadzeń),

– charakterystyki toru rejestracji sygnałów (czułość, pasmo przenoszenia, redukcja szumów – m.in. uśrednianie, wymagania dotyczące kalibracji torów),

– wymagania związane z analizą zapisów, ich interpretacją i oceną,

– pełne protokoły poszczególnych etapów testu,

– zalecenia dotyczące sporządzania raportów (wyniki testu – dla pacjentów i jednostek kierujących na badania, raporty w publikacjach naukowych); w tym musi się zawierać demonstracja powtarzalności zapisów; konieczna jest prezentacja parametrów testów i odniesienie wyników do zakresów wartości stanowiących normy danej pracowni;

– specyficzne wymagania dotyczące badań pediatrycznych; systemy do badań elektrofizjologicznych układu wzrokowego są z reguły wyposażone w niewielkie, łatwe do stosowania ręczne stymulatory typu mini-Ganzfeld (inaczej Kurbisfeld) czy tzw. Baby-Flash, użyteczne w badaniach małych dzieci, a także osób niebędących w stanie współpracować w czasie testu, np. nieprzytomnych. Należy zaznaczyć, że aktualny standard ISCEV przywiązuje zwiększoną wagę do pediatrycznych badań ERG. Ich wykonywanie charakteryzuje się większymi trudnościami od strony technicznej, wiąże się też z koniecznością szczególnie starannego przestrzegania zaleceń medycznych co do potencjalnych zagrożeń dla badanych dzieci.

Fot. Rodzaje elektrod i sposób podłączenia elektrod typu Burian-Allen w badaniu ERG [1,3].

Dodatkowo, oprócz ujednoliconego standardem ISCEV rutynowego testu ERG, istnieje szereg innych odmian całopolowego ERG. ISCEV zachęca do ich używania w praktyce klinicznej, publikuje także protokoły takich testów (Extended Protocols) po ich akceptacji przez zespoły ekspertów. Specjalne protokoły testów wiążą się np. z badaniami ukierunkowanymi na ocenę funkcji czopków krótkofalowych (S-cone) czy analizę tzw. fotopowej odpowiedzi negatywnej (PhNR – Photopic Negative Response). Oba ostatnie testy są używane w elektrofizjologicznej diagnostyce jaskry, także w naszej pracowni.

Zgodnie ze standardem ISCEV w pełnym, rutynowym badaniu ERG należy uzyskać sześć zapisów, w następującej kolejności (liczby w nazwach poszczególnych etapów testu oznaczają intensywność błysku w cd/m2*s, inaczej w nt*s):

1) 0,01 ERG w adaptacji nocnej (odpowiedź systemu pręcikowego i komórek dwubiegunowych);

2) 3 ERG w adaptacji nocnej (tzw. odpowiedź mieszana na błysk standardowy 3,0 cd/m2*s; jest to odpowiedź czopkowo-pręcikowa, z dominacją systemu pręcikowego);

3) 10 ERG w adaptacji nocnej (odpowiedź mieszana, ze zwiększoną falą „a” odzwierciedlającą funkcję fotoreceptorów);

4) potencjały oscylacyjne (PO) w adaptacji nocnej, otrzymane w odpowiedzi na błysk standardowy 3,0 cd/m2*s (pochodzą głównie z komórek amakrynowych);

5) 3 ERG w adaptacji dziennej (odpowiedź czopkowa, zdominowana przez te receptory),

6) 30 Hz migocący ERG w adaptacji dziennej (odpowiedź systemu czopkowego na migoczący bodziec świetlny – flicker) o częstotliwości 30 Hz.

Szczegółowe parametry poszczególnych etapów testu ERG wg aktualnego standardu ISCEV oraz pełny protokół kliniczny zostały przedstawione w pracach [1,2,3].

Fot. Blok operacyjny II Katedry i Kliniki Okulistyki Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie (kierownik: prof. dr hab. n. med. Wojciech Lubiński); testy przenośnego systemu RETIcom do badań dzieci w anestezji; autor (z lewej) ze współpracownikami z firmy Roland Consult.

Zalecenia standardu dotyczące technik elektrodowych to przede wszystkim stosowanie w układach odprowadzeń sygnału elektrod kontaktowych umieszczanych na rogówce oka (elektrody czynne) o dobrej przezroczystości, nieurażających rogówki, oraz elektrod skórnych (elektrody odniesienia – referencyjne), umieszczanych w kąciku oka w okolicy skroniowej. Wygodne w użyciu, stabilne pod względem elektrycznym elektrody dwubiegunowe, ze zintegrowanymi elektrodami czynną i referencyjną – np. stosowane w naszej pracowni elektrody wielokrotnego użytku typu Burian-Allen, zapewniają najlepszą powtarzalność pomiaru. Są one jednak bardzo kosztowne. Można także używać innego typu elektrod czynnych, jednorazowych (gold foil czy nitkowych, DTL). Elektroda uziemiająca (common, ground), typu skórnego, jest mocowana zwykle na płatku ucha lub na czole. W celu minimalizacji zakłóceń należy pamiętać o zapewnieniu dobrej (małej) impedancji międzyelektrodowej. Służy temu odpowiednie przygotowanie skóry w miejscu mocowania elektrod, a także stosowanie żeli lub past elektrodowych. Najczęściej używane elektrody oraz sposób instalacji elektrod Burian-Allen pokazano na ryc. 2.

Standard ISCEV opisuje szczegółowo zasady pomiaru i analizy parametrów sygnałów ERG. Dla zapisów uzyskanych w objętych protokołem klinicznym poszczególnych etapach testu dokonuje się pomiarów amplitud fal „a” i „b” oraz ich czasów kulminacji (peak time lub implicit time), jak to pokazano na ryc. 3.

Każda pracownia klinicznej elektrofizjologii wzroku powinna stosować przygotowane własne zakresy prawidłowych (normalnych) wartości parametrów. Muszą one być wykonane dla każdego z objętych protokołem testu, z uwzględnieniem wymagań wynikających z populacji pacjentów, używanego sprzętu, a także zasad statystyki. Podawanie zakresów normalnych wartości parametrów wraz z uzyskanymi wynikami testów jest obowiązkowe w wydrukach raportów z badań. Ponadto w raportach razem z wynikami testów podawane są parametry stymulacji i toru rejestracji sygnałów.

Badania ERG w naszej pracowni są wykonywane z użyciem systemów UTAS-E 2000 (LKC Inc., USA) i RetiPort/RetiScan (Roland Consult, Niemcy). Obecnie wspólnie z tą firmą pracujemy nad udoskonalaniem oprogramowania nowego systemu RetiScan-21. Niedawno do badań w warunkach sali operacyjnej, głównie dzieci w znieczuleniu ogólnym, zakupiono kompaktowy, przenośny system RETIcom w wersji Flash produkcji Roland Consult do testów ERG i VEP (ryc. 4).

Zespół naszej pracowni ERG ma od lat kontakty z wieloma producentami i dystrybutorami sprzętu do elektrofizjologicznych badań układu wzrokowego, uczestnicząc w szkoleniach i specjalistycznych wystawach towarzyszących konferencjom i sympozjom. Zainteresowani Czytelnicy mogą znaleźć szczegółowe informacje na temat techniczno-medycznych charakterystyk tego typu aparatury w linkach zamieszczonych w piśmiennictwie.

Kliniczne zastosowania testu ERG są obszernie przedstawione w publikacjach [1,3]. Do najważniejszych należy diagnozowanie takich schorzeń, jak: zwyrodnienie barwnikowe siatkówki (dystrofia pręcikowo-czopkowa), czopkowo-pręcikowa dystrofia, różnego typu retinopatie i liczne genetycznie uwarunkowane zespoły chorobowe.

Znaczenie kliniczne tego cennego testu przedstawimy Czytelnikom nieco bliżej w jednym z następnych artykułów naszego cyklu: „Od objawu do diagnozy – w czym może pomóc elektroretinografia?”. Wcześniej jednak, w dwóch kolejnych opracowaniach, zostaną pokrótce omówione inne ważne metody i techniki elektrofizjologicznych badań układu wzrokowego: EOG – elektrookulogram, PERG – elektroretinogram wywołany wzorcem, FVEP – błyskowe wzrokowe odpowiedzi wywołane, PVEP – wzrokowe odpowiedzi wywołane wzorcem. Zostaną też przedstawione stosunkowo nowe, zaawansowane technicznie i cenne w praktyce klinicznej sposoby mapowania czynności elektrycznej siatkówki i kory wzrokowej: mfERG – elektroretinogram wieloogniskowy i mfVEP – wieloogniskowe wzrokowe odpowiedzi wywołane. Pokażemy tendencje rozwojowe aparatury, przejawiające się głównie w budowie systemów hybrydowych. Całość serii zakończy opracowanie „Zmienność parametrów elektrofizjologicznych układu wzrokowego u sportowców”, przedstawiające ten oryginalny obszar badań.

Zachęcamy Czytelników do lektury i do wykorzystania zdobytej wiedzy w praktyce!

Dr Krzysztof Penkala

Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński

Zakład Fizyki Medycznej, Pomorski Uniwersytet Medyczny (PUM) w Szczecinie

Pracownia Elektrofizjologii Siatkówki, Dróg Wzrokowych i Perymetrii, II Katedra i Klinika Okulistyki PUM

Piśmiennictwo:

1. Lubiński W., Gosławski W., Penkala K. (2016), Elektroretinogram całopolowy – podstawy badania i zastosowanie kliniczne (cz. I). Okulistyka po Dyplomie, Warszawa.

2. McCulloch D.L., Marmor M.F., Brigell M.G., Hamilton R., Holder G.E., Tzekov R., Bach M. (2015), ISCEV Standard for full-field clinical electroretinography (2015 update). Doc Ophthalmol 130:1–12.

3. Palacz O., Lubiński W., Penkala K. (2003), Elektrofizjologiczna diagnostyka kliniczna układu wzrokowego. OFTAL Sp. z o.o., Warszawa.

4. Penkala K., (2005), Analysis of bioelectrical signals of the human retina (PERG) and visual cortex (PVEP) evoked by pattern stimuli. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences 53(3): 223-229.

5. Penkala K. (2019), Co optyk okularowy powinien wiedzieć o elektrofizjologicznych badaniach układu wzrokowego? Optyk Polski 52, Feniks Media Group, Kraków.

6 -8. Styszyński A. (2019), Jak działa siatkówka? cz. 1,2,3, Optyk Polski 50, 51, 52, Feniks Media Group, Kraków.

9. Styszyński A. (2020), Widzimy mózgiem. Optyk Polski 53, Feniks Media Group, Kraków.

10. Zwierko T., Styszyński J. (2020), Funkcja bioelektryczna drogi wzrokowej a wysiłek fizyczny. Optyk Polski 53, Feniks Media Group, Kraków.

www.iscev.wildapricot.org/, www.optopol.com.pl/products-list/okulistyka/elektrofizjologia-oka/#produkty,