Advantages and uses of the european network of veterinary ophthalmology and animal vision (REOVVA)in pigmentary retinopathies

In pigmentary retinopathies (Retinitis Pigmentosa), an alteration of peripheral vision is associated with a deficit of night vision, followed by a loss of diurnal vision leading to blindness. These diseases are found in both man and dogs, and are characterised by clinical, genetic, cellular and molecular heterogeneity. Therapeutic and rehabilitation strategies for the management of these patients include gene therapy, neuroprotection and retinal prosthesis. Developed in laboratory animals, the therapeutic tools were validated in preclinical trials carried out in dogs. The European Network of Veterinary Ophthalmology and Animal Vision (REOVVA) operates like a centre of clinical investigation combining its skills with those of researchers and physicians from the Institute of Vision, bringing mutual benefits to the treatment of man and animals, the latter being considered as proper patients.Les rétinopathies pigmentaires (Retinitis Pigmentosa) sont des affections caractérisées par une altération de la vision périphérique, associée à un déficit de la vision nocturne et ensuite à une perte de la vision diurne aboutissant à la cécité. Ce sont des maladies homologues au chien et à l'homme caractérisées par une hétérogénéité clinique, génétique, cellulaire et moléculaire. Les stratégies thérapeutiques et réhabilitatrices pour la prise en charge des patients atteints par ces affections font appel à la thérapie génique, la neuro-protection et les prothèses rétiniennes. Mis au point chez l'animal de laboratoire, les outils thérapeutiques ont été validés dans des essais précliniques chez le chien. Considérant le chien comme un véritable patient, le Réseau Européen d'Ophtalmologie Vétérinaire et de Vision Animale (REOVVA) fonctionne comme un centre d'investigation clinique unissant ses compétences avec celles des chercheurs et des médecins de l'Institut de la Vision pour un bénéfice réciproque des traitements de l'homme et de l'animal, considéré comme un patient à part entière

Ageing of the eye in animals

Ageing is the effect of time that predisposes beings to death. The study of the biology of ageing shows that certain molecular phenomenons are responsible for cellular and tissue modifications, including an increase in collagen rigidity, namely at the blood vessel level, in addition to an accumulation of “old” un-degraded molecules. In addition, oxygen, which is essential for life, gives rise to free radicals which attack different cellular molecules, DNA, lipids and proteins once it is metabolized. The brain is particularly susceptible to the mechanisms, given that it is a tissue that consumes high quantities of oxygen in order to carry out neuronal activity. Furthermore, the lack of neuronal renewal makes this tissue vulnerable to such injury. The eye is an example of such a vulnerable area, since retinal tissue is the highest consumer of oxygen and glucose. The choroid is responsible for supplying the retina with oxygen and glucose through numerous fenestrated blood vessels that allow photoreceptor oxygen concentrations to reach levels close to that found in the blood. The accumulation of glycation products in the lens and the irido-corneal angle favors the development of cataracts and a « thickening » of the trabeculum which results in a reduction of aqueous humor leakage that leads to an increase in intra-ocular pressure, and finally glaucoma. At the ocular surface, ageing of the extracellular stromal matrix is characterized by the increase in interfibrillary and intramolecular spacing of collagen which leaves room for the accumulation of glycation products. The eye is an organ which is particularly sensitive to the effects of ageing. An ophthalmic exam allows for the detection of various markers of ageing at the ocular surface, the irido-corneal angle, the lens and the fundus. These exams give information on the physiologic state of the ageing animal. Finally, it is interesting to note that, similar to man, the life expectancy of pets is increasing, thus revealing the same type of pathologies related to ageing. The eye is an « observation window » which is easily accesible in terms of not only the microcirculation, but also of the cerebral neurological state.Le vieillissement est l’action du temps sur les êtres les prédisposant à la mort. L’étude de la biologie du vieillissement montre que des phénomènes moléculaires sont à l’origine de modifications cellulaires, puis tissulaires, se traduisant par une augmentation de la rigidité du collagène, notamment au niveau des vaisseaux sanguins, et une accumulation de « vieilles » molécules non dégradées. De plus, l’oxygène, indispensable à la vie donne naissance, lors de son métabolisme, à des radicaux libres qui oxydent les différentes molécules cellulaires, ADN, lipides et protéines. Ces mécanismes sont particulièrement sensibles dans le cerveau qui est un tissu très consommateur d’oxygène du fait de l’activité neuronale. De plus, l’absence de renouvellement des neurones rend le tissu très vulnérable à de telles lésions. Cet aspect est renforcé dans L’oeil car la rétine est le tissu de l’organisme le plus consommateur d’ oxygène et de glucose. La demande énergétique en glucose et en oxygène est assurée au niveau de la choroïde par des vaisseaux sanguins fenestrés, très nombreux, permettant d’atteindre une concentration d’oxygène au niveau des photorécepteurs, proche de la pression d’oxygène du sang. L’accumulation de produits de la glycation au niveau du cristallin et de l’angle irido-cornéen favorise l’apparition de cataractes et un « épaississement » du trabéculum, avec pour conséquence une diminution de l’évacuation de l’humeur aqueuse et une augmentation de la pression intra-oculaire aboutissant, à terme, au glaucome. Au niveau de la surface oculaire, le vieillissement de la matrice extra-cellulaire stromale est caractérisé par l’augmentation de l’espacement interfibrillaire et intramoléculaire entre les fibrilles du collagène, laissant des espaces où peuvent s’accumuler les produits de la glycation. Ainsi, L’oeil est un organe particulièrement sensible aux effets du vieillissement. L’examen ophtalmologique permet de rechercher des marqueurs du vieillissement au niveau de la surface oculaire, de l’examen de l’angle irido-cornéen, du cristallin ou du fond d’oeil. Ces examens donnent des informations sur l’état physiologique de l’animal vieillissant. Enfin, il est intéressant de constater qu’à l’instar de l’homme, l’espérance de vie des animaux de compagnie augmente, dévoilant les mêmes types de pathologie liées au vieillissement . L’oeil est une « fenêtre d’observation » facilement accessible, à la fois de la microcirculation mais aussi de l’état neurologique cérébral

Exploration of the sensory visual function in animals: Part two: ERG in animals

The electroretinogram (ERG) records the electrophysiological response of the retina to a brief luminous stimulus (flash) or to brief variations in the luminance spatial organisation (pattern, multifocal). The response obtained is proportional to the number of activated photoreceptors and hence to the functional retinal surface. The ERG can preferentially target the cone system or the rod system according to the composition of the stimulation used (temporal, energetic, spatial and spectral factors), the light environment in which the examination takes place, the state of adaptation of the retina at the time of examination, and the anatomo-physiological characteristics of the species studied. In animals, full-field binocular stimulations are carried out under general anaesthesia. The signal recorded (around one microvolt) must be amplified and filtered. The ERG consists of a succession of waves characterised by their form, amplitude and latency. Flash ERG is evoked by a stimulus (white or coloured) of variable standards of illumination (scotopic or photopic) delivered at low temporal frequency (0.1 Hz – 4 Hz). The first negative deflection (awave) reflects the kinetics of the photoreceptor hyperpolarisation . It is then followed by a positive deflection (b-wave) representing the activity of the bipolar/Muller’s cell complex, itself followed by a second positive deflection (i-wave) representing the activity of the retinal ganglion cells and/or optic nerve. Flicker ERG is obtained with the same type of stimulation at high temporal frequency (10 Hz – 30 Hz). Pattern and multifocal ERGs are performed using localised retinal stimulation. In man, they are used to study macular function. In animals, ERGs provide information on the retinal function when the fundus of the eye is not visible (pigmentary keratitis, cataract, hyalitis), when it is affected by heredo-degenerative diseases (dystrophies, photoreceptor dysplasia, etc.), and in behavioural disorders involving the visual function. ERGs provide objective data which must be interpreted according to the clinical setting. They are also used to quantify the side effects of xenobiotics in pharmacology and toxicology studies.L'électrorétinogramme (ERG) représente la réponse électrophysiologique de la rétine à une stimulation lumineuse brève (flash) ou à des variations brèves de l'organisation spatiale de la luminance (pattern, multifocal). La réponse obtenue est proportionnelle au nombre de photorécepteurs mis en activité ainsi qu'à la surface rétinienne fonctionnelle. L'ERG peut traduire préférentiellement la réponse du système des cônes ou celle du système des bâtonnets selon la composition (facteurs temporel, énergétique, spatial et spectral) de la stimulation utilisée, l'ambiance dans laquelle est effectué l'examen, l'état d'adaptation de la rétine au moment de l'examen et les caractéristiques anatomo-physiologiques de l'espèce étudiée. Chez l'animal, les stimulations binoculaires de type plein champ sont effectuées sous anesthésie générale. Le signal recueilli (de l'ordre du microvolt) doit être amplifié et filtré. L'ERG est constitué par une succession d'ondes caractérisées par leur morphologie, leur amplitude et leur temps de culmination. L'ERG flash est obtenu en utilisant une stimulation (blanche ou colorée) de niveau lumineux variable (scotopique ou photopique), délivrée à basse fréquence temporelle (0.1Hz4Hz). La première déflection négative (onde a) reflète la cinétique de l'hyperpolarisation des photorécepteurs. Elle est suivie d'une première déflexion positive (onde b) traduisant l'activité du complexe cellules bipolaires/cellules de Müller et d'une seconde déflexion positive (onde i) traduisant l'activité des cellules ganglionnaires et/ou du nerf optique. L'ERG flicker est obtenu en utilisant le même type de stimulation à haute fréquence temporelle (10Hz-30Hz). L'ERG pattern et l'ERG multifocal permettent d'effectuer des stimulations rétiniennes localisées. Elles sont utilisées, chez l'homme, pour étudier la fonction maculaire. Chez l'animal, l'ERG apporte des renseignements sur le fonctionnement rétinien lorsque le fond d'oeil n'est pas visible (kératites pigmentaires, cataractes, hyalites), lors d'atteintes rétiniennes hérédo-dégénératives (dystrophies, dysplasies des photorécepteurs, etc.) et lors de troubles du comportement impliquant la fonction visuelle. C'est un examen objectif et complémentaire qui doit être replacé dans son contexte clinique. Il permet également de quantifier les effets secondaires des xénobiotiques dans les études pharmacologiques et toxicologiques

Exploration of the sensory visual function in animals. Part one: Physioanatomical background

Light is made of electromagnetic radiation “caught” by a sensor, namely the eye. The eye works simultaneously as an optical instrument, an image receptor and, with the help of the retina, as a light transformer. The retina includes neural tissue and a pigmented epithelium (RPE) connected to two vascular systems (retinal and choroidal). It is divided into three functionally different layers: the prereceptoral layer (RPE), intimately connected with the chorio-capillaris, the receptoral layer which includes two distinct photoreceptors (cones and rods), and the post-receptoral layer (bipolar cells, horizontal cells, amacrine cells and ganglionic cells). The RPE has numerous functions: phagocytic (macrophages) through its involvement in photoreceptor catabolism, ion transport between the blood and the subretinal space (epithelial cells), and subretinal K+ concentration (glial cells) . Furthermore, the RPE is extremely sensitive to variations in pH, PO2, PCO2 and light intensity. Its function can be assessed by electrooculography. The receptoral layer includes two categories of phoreceptor cells, cones and rods, which differ by their number, density and localisation as well as their spectral and energetic properties. The receptoral layer is the site of phototransduction, a sum of electro-ionic events transforming light energy into an electrophysiological signal. Bipolar cells, horizontal cells, amacrine cells and ganglion cells form the post-receptoral layer, which ultimately encodes the visual message into neuronal potentials. These potentials are then transmitted throughout visual pathways to reach the visual cortex where the visual scene is reconstructed. Electroretinograms (ERG) are used to assess the function of the retinal layers, while visual evoked potentials (VEPs) test the function of the visual cortex. Awareness of the visual scene is achieved by further neuronal processing, in what is called the cognitive stage.La lumière est un ensemble de radiations électromagnétiques captées par un récepteur : l'oeil. L'oeil est à la fois un instrument d'optique, un récepteur d'image et un transformateur de lumière grâce à la rétine. La rétine est constituée d'un tissu nerveux et d'un épithélium pigmentaire associés à deux systèmes vasculaires (rétinien et choroïdien). D'un point de vue fonctionnel, on distingue trois étages : l'étage pré-réceptoral (épithélium pigmentaire) en relation étroite avec la chorio-capillaire, l'étage réceptoral formé par les deux catégories de photorécepteurs (cônes et bâtonnets) et l'étage post-réceptoral (cellules bipolaires, horizontales, amacrines et ganglionnaires). L'épithelium pigmentaire a de nombreuses fonctions : en tant que macrophage participant au catabolisme des photorécepteurs, cellule épithéliale participant à l'homéostasie de l'espace sous-rétinien et cellule gliale sensible aux variations de K+ de l'espace sous-rétinien. De plus il est très sensible aux variations de pH, de PO2, de PCO2 et de niveaux lumineux. Son fonctionnement peut être évalué par l'enregistrement de l'électro-oculogramme. L'étage réceptoral, formé par les deux catégories de photorécepteurs (les cônes et les bâtonnets) dont le nombre, la densité, la localisation ainsi que les propriétés énergétiques et spectrales diffèrent, est le siège de la transduction, c'est à dire l'ensemble des évènements électro-ioniques permettant la transformation de l'énergie lumineuse en un signal électrophysiologique. L'étage post-réceptoral formé par les cellules bipolaires, horizontales, amacrines et ganglionnaires assure le codage du message visuel sous forme d'influx nerveux qui sera transmis vers les centres visuels. Le fonctionnement de ces différents étages peut être évalué de façon objective par l'électrorétinogramme (ERG) et les potentiels évoqués visuels corticaux (PEVs). Des opérations de codage complémentaire permettront la prise de conscience de la scène visuelle, c'est à dire l'étape cognitive