光與近視研究綜述(一)

蔡建奇，郝文濤，曾珊珊，郭 婭，曲翔宇，衛(wèi) 科，

唐姍姍2，溫蓉蓉6，馮塏威6

(1. 中國標準化研究院，北京 100191；2.北京理工大學，北京 100081；3. 昆山人因健康工程研發(fā)中心有限公司， 江蘇 蘇州 215333；4.中國計量大學，浙江 杭州 310018；5.綿陽市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，四川 綿陽 621051； 6.北京陽明智道光電科技有限公司，北京 100102)

1 近視現(xiàn)狀與分類

近視對人類視覺的威脅正在增加。近百年來，全球近視人口呈快速上升趨勢。在美國，成年人群近視比例從20世紀70年代的25%增加到2004年的超過40%[1,2]。在東亞，年輕人近視比例處在80%～90%范圍內(nèi)[3]。2000年全球近視患者為14.06億，到了2010年達到19.5億(占全球人口比例28.3%)，同時預測到2020年全球近視人數(shù)將達到26.2億，到2050年全球近視人口將達世界總?cè)丝诘囊话?47.58億)，其中包括9.38億高度近視人口[4]。近視已經(jīng)成為嚴重影響公眾健康及生活質(zhì)量的公共衛(wèi)生問題。

2 近視的成因與光的影響

醫(yī)學上，近視分為屈光性近視和軸性近視[5]。根據(jù)近視的定義，近視是眼在調(diào)節(jié)松弛狀態(tài)下，平行光線經(jīng)眼的屈光系統(tǒng)的折射后焦點落在視網(wǎng)膜之前[6]。折射光焦點落在視網(wǎng)膜之前，可能是因為屈光系統(tǒng)(主要是角膜和晶狀體)的屈光度過大，也可能是屈光系統(tǒng)到視網(wǎng)膜之間的距離(眼軸長度)過長。因此，按照屈光成分，近視可以分為屈光性(角膜屈光度過大)和軸性(眼軸長度過長)近視。對于這兩種近視，引起它們的成因是不同的。

2.1 屈光性近視

人眼屈光系統(tǒng)主要為角膜和晶狀體。在正常人眼中，視遠和視近是通過睫狀肌懸韌帶控制的晶狀體表面曲率[7]。當睫狀肌收縮時，晶狀體在懸韌帶共同作用下發(fā)生形變，致使晶狀體屈光度變大，此時人眼適于視近。當睫狀肌舒張時，晶狀體形變量減少，致使晶狀體屈光度減小，此時人眼適于視遠。若人眼睫狀肌長期收縮而處在緊張狀態(tài)，會導致睫狀肌痙攣而減弱其調(diào)節(jié)能力[8]，晶狀體形狀與表面曲率變化范圍變小，角膜曲率也會相應地發(fā)生變化，從而造成屈光性近視。

屈光性近視的成因主要是睫狀肌痙攣引起的調(diào)節(jié)能力減弱。睫狀肌長時間的緊張與收縮是造成睫狀肌痙攣的首要原因。睫狀肌的收縮與舒張取決于神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。外部光信號在視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)換為的神經(jīng)信號，再經(jīng)過外膝體而最終傳輸至人腦視皮層[9]。當視網(wǎng)膜成像不清晰時，視皮層上相關功能區(qū)域識別出成像質(zhì)量差的信號，會發(fā)出神經(jīng)信號，通過神經(jīng)元傳輸至人眼睫狀肌，通過控制睫狀肌收縮與舒張來調(diào)節(jié)晶狀體形狀，從而改變視網(wǎng)膜上成像質(zhì)量[10]。若人眼長期處在視近狀態(tài)，視神經(jīng)為使視網(wǎng)膜成像清晰而控制睫狀肌保持收縮狀態(tài)，造成屈光性近視。因此，屈光性近視的產(chǎn)生與視網(wǎng)膜成像相關。像質(zhì)本身與入眼光是緊密相關的，因此屈光性近視與光相關。

2.2 軸性近視

視網(wǎng)膜是人眼中接收光信號與成像的關鍵部分。視網(wǎng)膜外部外覆蓋著脈絡膜，而脈絡膜外部又覆蓋著鞏膜。鞏膜對眼球外壁加固發(fā)揮著重要的作用。眼球內(nèi)的房水和玻璃體使得眼球?qū)ν獠坑袃?nèi)壓力作用。鞏膜在眼球外支撐著眼球結構，平衡來自眼球內(nèi)部的壓力，使眼球保持均勻并呈現(xiàn)近圓形的形態(tài)。當鞏膜厚度變薄時，鞏膜自身的支持力不足以平衡來自眼球內(nèi)部的壓力，使得眼球沿軸向伸長，從而使屈光系統(tǒng)到視網(wǎng)膜之間距離增加，導致原本應當落在視網(wǎng)膜上的像落在視網(wǎng)膜前方，從而造成軸性近視。除鞏膜厚度變薄之外，與睫狀肌相關的調(diào)節(jié)與集合也會對眼軸長度增加產(chǎn)生促進作用[11]。

視網(wǎng)膜上分布著色素上皮細胞和感光細胞[12]。入眼光在視網(wǎng)膜上形成物像時，與視網(wǎng)膜色素上皮細胞和感光細胞發(fā)生相互作用。感光細胞將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號，通過視神經(jīng)傳輸至視皮層。色素上皮細胞與光子發(fā)生相互作用而產(chǎn)生各種化學物質(zhì)，經(jīng)過一系列生化反應最終影響到鞏膜。鞏膜受到影響時，會表現(xiàn)在其細胞發(fā)育上， 最終導致鞏膜厚度變化而使眼軸長度變化。因此，軸性近視與光相關。

2.3 光的影響

屈光性近視與軸性近視都與光密切相關。不同特征的光照對近視的形成與發(fā)展有著不同的影響。對于單純的屈光性近視，患者眼球的變化僅僅體現(xiàn)在角膜曲率上，較難測量，因此有關光對屈光性近視影響的研究較少，主要是Cai等關于光色溫與光強分布對人眼生理結構的影響研究[13,14]。

光對軸性近視存在復雜的影響。光照通過兩種途徑影響軸性近視：一種途徑是光照刺激視神經(jīng)控制睫狀肌調(diào)節(jié)而拉伸眼球，如形覺剝奪或視網(wǎng)膜離焦[15]；另一種是光與視網(wǎng)膜發(fā)生相互作用產(chǎn)生的生長因子經(jīng)過一系列生化反應而最終使鞏膜厚度變薄。

人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光照對軸性近視存在規(guī)律性影響，并且已經(jīng)開始利用光致眼軸變化的規(guī)律來誘導或抑制軸性近視。人們獲得不同特征的光刺激，可以通過調(diào)整光源的光強、波長、頻閃和光分布等特性來實現(xiàn)[16,17]。光照的這些特性可以影響近視的產(chǎn)生與發(fā)展。與低頻閃光照相比，高頻閃光照更能引起人眼的視疲勞與形覺剝奪，從而更易誘發(fā)軸性近視[18,19]。與均勻的光照環(huán)境相比，不均勻的光環(huán)境更易引起人眼視覺不適[20,21]，進而更易引起形覺剝奪最終誘發(fā)軸性近視。然而，關于光源的光強與波長特性如何影響近視，先前的研究并未對此達成一致。

關于光源的光強對近視的影響，Chen等[22]通過不同照度的正常光刺激小鼠，發(fā)現(xiàn)高光強刺激可以激活視網(wǎng)膜多巴胺受體，抑制小鼠形覺剝奪，從而抑制軸性近視的產(chǎn)生與發(fā)展。與之相反，Landis等[23]通過使兒童在不同照度光環(huán)境中曝光，發(fā)現(xiàn)暗光環(huán)境激發(fā)的視桿細胞通路同樣具有抑制形覺剝奪從而抑制軸性近視的作用。由此可見，在不同的研究中，高光強與低光強對于軸性近視的產(chǎn)生與發(fā)展的影響，出現(xiàn)截然不同的結果。

關于單色光源的波長對近視的影響，Hung等[24]通過恒河猴實驗發(fā)現(xiàn)，波長為650 nm紅光能夠抑制恒河猴眼軸延長。Gawne等[25]通過對樹鼩的研究發(fā)現(xiàn)，波長為626 nm紅光能夠抑制樹鼩眼軸增長。然而，Liu等[26]通過對幼年恒河猴的研究，發(fā)現(xiàn)610 nm紅光能夠促進恒河猴眼軸增長。Qian等[27]在研究430 nm單色光和530 nm單色光對豚鼠眼球發(fā)育影響時發(fā)現(xiàn)，長波長單色光誘發(fā)近視。由此可見，在不同的研究中，長波長光照與短波長光照對于軸性近視的產(chǎn)生與發(fā)展的影響，出現(xiàn)多種不同的結果，互相之間存在矛盾之處。

3 研究方法

目前關于軸性近視的研究，主要可以分為兩個層次：表面層次與微觀層次。

3.1 表面層次

表面層次，指通過人因?qū)嶒灮騽游飳嶒灒貌煌绞酱碳せ铙w人或動物眼球，最終測量其眼球參數(shù)的變化情況。這種層次的研究并沒有深入涉及實驗過程中眼球內(nèi)部分子和細胞等層次的變化，因此屬于表面層次的研究。目前，表面層次的研究主要借助于動物模型實驗。

早期的近視研究中，常用雞的眼球作為研究對象[28]。雞的眼球成本低廉，容易獲得，而且實驗結果較為穩(wěn)定。然而，使用雞的眼球開展的實驗研究，對人眼研究的參考價值并不大，因為雞的眼球與人眼的生理結構差異太大[29]。在雞的眼球中，鞏膜包含了軟骨層和纖維層；而在人的眼球中，鞏膜只有纖維層，沒有軟骨層。除此之外，雞眼鞏膜和人眼鞏膜中的纖維層成分也存在較大差異：雞眼鞏膜纖維層成分主要是II型膠原纖維，而人眼鞏膜纖維層成分主要是I型膠原纖維。因此，雞眼軸性近視的產(chǎn)生與發(fā)展的原因是軟骨層增厚，鞏膜蛋白聚糖合成增多；而人眼軸性近視的產(chǎn)生與發(fā)展是由于鞏膜纖維層變薄，眼球內(nèi)壓作用使眼軸沿軸向伸長，鞏膜蛋白聚糖合成減少。在眼球睫狀肌方面，雞眼睫狀肌包含煙堿類受體，人眼睫狀肌包含毒蕈堿類受體，這就決定了二者在近視產(chǎn)生與發(fā)展過程中，眼球內(nèi)生化反應路徑與細胞信號通路具有不可忽視的差異。

與人眼生理結構相近的動物有樹鼩、小鼠、豚鼠和猴。理論上，這些動物都可以用來研究近視的產(chǎn)生發(fā)展與臨床干預。然而在可操作性方面，只有小鼠和豚鼠是比較理想的研究對象。樹鼩生性膽小易驚，不易獲得也不易馴化，并且目前仍缺乏樹鼩的基因組信息，因此不太適合動物模型實驗。猴眼與人眼生理結構十分接近，原本是最理想的研究對象，然而猴類的飼養(yǎng)成本太高，實驗周期過長，并且難以馴化猴類配合實驗，因此無法完成大樣本量重復實驗。

目前動物模型實驗中較為常用的動物主要是小鼠與豚鼠。小鼠的優(yōu)點是繁殖力強，飼養(yǎng)成本低，并且目前已有比較完整的小鼠基因組信息和基因敲除方法；缺點是眼球小，屈光成像質(zhì)量差，不易準確測量眼球參數(shù)。豚鼠的優(yōu)點是眼球大而易于測量，性情溫順便于馴化且配合實驗；缺點是豚鼠自身不能合成維生素C而需要每天補充。

4 小結

針對近視防控，單純的表面層次的研究無法深入解釋近視產(chǎn)生與發(fā)展的機制，因此無法為干預近視的方法提供有效的指導。限于篇幅，本文僅討論了近視分類、光與近視的關聯(lián)關系以及對軸性近視表面層次的研究成果。在后續(xù)文章中我們將系統(tǒng)梳理微觀層次的研究成果，并對光與近視未來的研究發(fā)展進行展望。