Dependence of blood flow velocity in the central retinal artery on intraocular pressure during phacoemulsification with active fluidics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Irrigation during phacoemulsification is associated by a rapid increase in intraocular pressure. The difference of the active fluidics system from the passive one is its ability to maintain the set intraocular pressure throughout the entire procedure. The effect of a rapid intraocular pressure increase on retinal hemodynamics during surgery remains poorly understood.

AIM: The work aimed to study intraoperative changes in blood flow parameters in the central retinal artery during phacoemulsification with different intraocular pressure preset in the phacoemulsification system.

METHODS: A total of 11 patients with early stage cataract (Pentacam Nucleus Staging: 1–2) without cardiovascular comorbidities were examined. The mean age of the patients was 68 ± 8.4 years. All patients underwent ultrasound phacoemulsification using Centurion Vision System (Alcon, USA) with active fluidics. The intraocular pressure was measured using iCare Pro tonometer. Blood flow in the central retinal artery was assessed using a GE Logiq S8 multi-purpose ultrasound system. Blood pressure at the brachial artery was measured using Draeger Vista 120. The following parameters were assessed: statistical significance (the paired t-test) of the intraocular pressure differences at three time points (before surgery, at 40 and 60 mmHg as set in the phacoemulsification system); changes in peak systolic velocity and end-diastolic velocity at the initial and control time points of 40 and 60 mmHg; their dependence on the intraocular pressure increase; the effect of mean blood pressure on peak systolic velocity and end-diastolic velocity at control time points using linear regression analysis; and the correlation of their changes at each control time point (the Spearman correlation test).

RESULTS: Mean intraocular pressure values at three time points were 20.82±3.8, 36.9±4.0, and 62.8±3.3 mmHg, respectively. At 40 mmHg control point, mean peak systolic and end-diastolic velocities were 12.0±3.9 and 3.3±1.2 cm/s, respectively. At 60 mmHg control point, mean peak systolic velocity decreased to 10.2±3.6 cm/s. End-diastolic velocity significantly decreased to an average of 1.1±1.1 cm/s, and diastolic blood flow was not recorded in 3 cases. At 60 mmHg control point, a statistically significant decrease in end-diastolic velocity was noted vs. the pre-operative value (p <0.008), and peak systolic velocity also decreased (p=0.05). Significant effect of mean blood pressure on changes in blood flow velocity was not reported. A negative correlation was found between the change in resistive index and mean blood pressure at 40 and 60 mmHg control points (p <0.05).

CONCLUSION: An intraoperative intraocular pressure increase may significantly decrease peak systolic velocity and end-diastolic velocity in the central retinal artery and result in retinal blood flow deficiency. To maintain stable hemodynamics in retinal vessels during phacoemulsification, intraocular pressure should not exceed a specific threshold, which was 40 mmHg in our study.

About the authors

Sergei Yu. Takhtaev

Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Author for correspondence.
Email: stakhtaev@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-3545-5136

MD

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey Yu. Astakhov

Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: astakhov73@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0777-4861
SPIN-code: 7732-1150

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Yuri V. Takhtaev

Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: ytakhtaev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2770-7674
SPIN-code: 9173-3831

MD, Dr, Sci, (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Tatiana N. Kiseleva

Helmholtz National Medical Research Center of Eye Diseases

Email: tkisseleva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9185-6407
SPIN-code: 5824-5991

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

References

  1. Malishevskaya TN, Kiseleva TN, Renzyak EV. Evaluation of ocular blood flow by Doppler Ultrasound in patients with glaucoma. Regional blood circulation and microcirculation. 2024;23(4):22–29. doi: 10.24884/1682-6655-2024-23-4-22-29 EDN: CIOUOD
  2. Kiseleva TN, Petrov SYu, Okhotsimskaya TD, Markelova OI. State-of-the-art methods of qualitative and quantitative assessment of eye microcirculation. Russian Ophthalmological Journal. 2023;16(3):152–158. doi: 10.21516/2072-0076-2023-16-3-152-158 EDN: ORBVWL
  3. Kiseleva TN, Chudin AV, Khoroshilova-Maslova IP, et al. Morphological changes in the retina under conditions of experimental in vivo regional ischemia/reperfusion. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2019;167(2):250–256. EDN: CKXURX
  4. Vasavada V, Agrawal D, Vasavada SA, et al. Intraoperative performance and early postoperative outcomes following phacoemulsification with three fluidic systems: A randomized trial. J Refract Surg. 2024;40(5):e304–e312. doi: 10.3928/1081597X-20240314-02
  5. Neroev VV, Kiseleva TN, editors. Ultrasound studies in ophthalmology: a guide for doctors. 1st ed. Moscow: ICAR; 2019. (In Russ.)
  6. Astakhov YuS, Akopov EL, Potyomkin VV. Аpplanation and dynamic contour tonometry: a comparative analysis. Ophthalmology Reports. 2008;1(1):4–10. EDN: IKIDXR
  7. Pershin BS, Kozlova IV, Ermolaev AP. Experimental evaluation of correlation between intraocular pressure fluctuation and hemodynamic indices of the eye after intravitreous injection. National Journal glaucoma. 2012;(1):16–19. EDN: RTCCUJ
  8. Harris A, Joos K, Kay M, et al. Acute IOP elevation with scleral suction: effects on retrobulbar haemodynamics. Br J Ophthalmol. 1996;80(12): 1055–1059. doi: 10.1136/bjo.80.12.1055
  9. Astakhov YuS, Sokolov VO, Morozova NV, et al. IOP-lowering therapy evaluation using 24-hour IOP monitoring. Ophthalmology Reports. 2015;8(3):51–55. doi: 10.17816/OV2015351-55 EDN: UXQLFJ
  10. Galassi F, Giambene B, Corvi A, et al. Retrobulbar hemodynamics and corneal surface temperature in glaucoma surgery. Int Ophthalmol. 2008;28(6):399–405. doi: 10.1007/s10792-007-9160-8
  11. Özsoy A, Sarıcaoğlu MS, Çavuşoğlu M. The effect of deep sclerectomy on ocular blood flow: a 6-month clinical trial. Turk J Med Sci. 2016;46(6):1773–1778. doi: 10.3906/sag-1506-122
  12. Hayreh SS. Blood supply of the optic nerve head in health and disease. In: Lambrou GN, Greve EL, eds. Ocular blood flow in glaucoma: means, methods and measurements. Amsterdam: Kugler and Ghedini; 1989. P. 3–54.
  13. Hayreh SS. Management of ischemic optic neuropathies. Indian J Ophthalmol. 2011;59(2):123–136. doi: 10.4103/0301-4738.77024
  14. Krejcy K, Wolzt M, Kreuzer C, et al. Characterization of angiotensin-II effects on cerebral and ocular circulation by noninvasive methods. Br J Clin Pharmacol. 1997;43(5):501–508. doi: 10.1046/j.1365-2125.1997.00585.x
  15. Polska E, Kircher K, Ehrlich P, et al. RI in central retinal artery as assessed by CDI does not correspond to retinal vascular resistance. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2001;280(4):H1442–H1447. doi: 10.1152/ajpheart.2001.280.4.H1442
  16. Canac N, Jalaleddini K, Thorpe SG, et al. Review: pathophysiology of intracranial hypertension and noninvasive intracranial pressure monitoring. Fluids Barriers CNS. 2020;17(1):40. doi: 10.1186/s12987-020-00201-8
  17. Yang Q, Shen J, Guo W, et al. Effect of acute intraocular pressure elevation on blood flow velocity and resistance in the rabbit ophthalmic artery. Vet Ophthalmol. 2011;14(6):353–357. doi: 10.1111/j.1463-5224.2011.00881.x
  18. Reiner A, Fitzgerald MEC, Del Mar N, Li C. Neural control of choroidal blood flow. Prog Retin Eye Res. 2018;64:96–130. doi: 10.1016/j.preteyeres.2017.12.001
  19. Takhtaev YuV, Kiseleva TN, Shliakman RB. The effect of preset intraoperative intraocular pressure during phacoemulsification on the blood flow velocity in the central retinal artery. Ophthalmology Reports. 2019;12(4):5–12. doi: 10.17816/OV17802 EDN: QSQOUM

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Echogram of the eye and orbit in color Doppler mapping and pulsed-wave Dopplerography modes: blood flow in the center of the optic nerve shadow near the posterior pole — the central retinal artery (CRA) and the central retinal vein (CRV). Doppler spectrum of blood flow in the CRA (above the baseline) and the CRV (below the baseline). Blood flow parameters in the CRA: PSV 12.28 cm/s; EDV 2.62 cm/s; RI 0.79.

Download (227KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Normal distribution (p <0.05) of intraocular pressure values at each of the control points: a — before surgery; b — at 40 mmHg; c — at 60 mmHg.

Download (159KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Differences and standard deviation of the obtained values of intraocular pressure measured with the iCarePro tonometer at the control points of 40 and 60 mmHg.

Download (112KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Variability and distribution of intraocular pressure (IOP) values at the initial point (before surgery), at 40 and 60 mmHg: most values are within one standard deviation and there is a shift towards higher values at the 60 mmHg mark.

Download (154KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Graph of dynamics and standard deviations of the values of maximum systolic blood flow velocity (PSV) and end-diastolic blood flow velocity (EDV) (ANOVA regression analysis with correction for Greenhaus–Geisser nonsphericity p=0.001).

Download (123KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Doppler spectrum of blood flow in the central retinal artery and central retinal vein at intraocular pressure of 60 mm Hg, decreased maximum systolic velocity (PSV 5.26 cm/s), no diastolic component of the spectrum (EDV 0).

Download (229KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dynamics of the vascular resistance index (RI, mean±standard deviation) at the initial and control points of 40 and 60 mmHg (a) and the result of assessing the correlation between the value of mean arterial pressure and RI at the initial and control points of 40 and 60 mmHg (b). The results indicate a statistically significant change in RI at the control points of 40 and 60 mmHg compared with the preoperative values (ANOVA test p <0.001, F=34.182, Mauchly test of sphericity p=0.221) (explanation in the text).

Download (157KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».