光學(xué)離焦時(shí)長對小雞屈光度及眼軸向參數(shù)的影響

王劍超,穆廷魁,李 婷,劉子瑤,姚 亮,胡 笳,史 強(qiáng)

(1西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院眼科,西安 710048;2西安交通大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)系;3西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科;*通訊作者,E-mail:shiq1982@sina.com)

正視化是幼年動(dòng)物眼球生長過程中在眼屈光系統(tǒng)的作用下,將眼球焦平面與眼軸長度相匹配,從而獲得最優(yōu)視覺質(zhì)量的過程[1],通常認(rèn)為,近視是正視化進(jìn)程失敗的結(jié)果。近年來近視在全球范圍內(nèi)患病率逐年上升,目前約28.3%,預(yù)計(jì)2050年將波及全球近一半人口,將達(dá)47億[2],許多東南亞國家,年輕的成年人中近視患病率達(dá)到70%-80%,兒童的高度近視(≥-6D)發(fā)病率更是達(dá)到20%,高度近視易引起如視網(wǎng)膜脫離、白內(nèi)障、青光眼、后鞏膜葡萄腫、黃斑病變等嚴(yán)重并發(fā)癥,可能致盲[3,4],帶來沉重的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。世界衛(wèi)生組織在“視覺2020行動(dòng)”中,將屈光不正列為5個(gè)待消滅的“可避免盲”之一[5],而近視是最常見的屈光不正。

光學(xué)離焦可影響諸多物種的正視化過程,產(chǎn)生屈光不正,例如豚鼠[6]、絨猴[7]、鼠[8]、樹鼩[9]和小雞[10]。眼球生長調(diào)控信號(hào)分為促進(jìn)信號(hào)(GO)及阻止信號(hào)(STOP)兩種[9],眼球局部綜合和平衡各種促進(jìn)信號(hào)及阻止信號(hào),從而決定眼球最終的生長方向和屈光狀態(tài)。有關(guān)促進(jìn)信號(hào)和阻止信號(hào)的研究已經(jīng)普遍開展,在小雞視覺發(fā)育期間,通過遠(yuǎn)視離焦(佩戴負(fù)透鏡)可誘導(dǎo)出近視,即光學(xué)離焦性近視(lens-induced myopia,LIM),通過近視離焦(佩戴正透鏡)可以誘導(dǎo)出遠(yuǎn)視,即光學(xué)離焦性遠(yuǎn)視(lens-induced hyperopia,LIH)[11],誘導(dǎo)出的近視/遠(yuǎn)視度數(shù)與所佩戴負(fù)/正透鏡度數(shù)有關(guān),但小雞眼屈光度及眼軸向參數(shù)隨光學(xué)離焦時(shí)長發(fā)展的具體規(guī)律,尚未有文獻(xiàn)報(bào)道。本研究建立小雞光學(xué)離焦性屈光不正模型,通過帶狀光檢影驗(yàn)光及高頻A超測量,系統(tǒng)描述光學(xué)離焦小雞眼屈光度及軸向參數(shù)變化,為相關(guān)光學(xué)離焦研究的建模及采集數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組

7日齡來航雞(white leghorn chicks)共92只,分8組,分別為近視離焦1,3,5,7 d四組(共41只,每組不少于8只),及遠(yuǎn)視離焦1,3,5,7 d四組(共51只,每組不少于8只)。水和食物不間斷供應(yīng),定期更換,供小雞自由采食。雞房內(nèi)保持25 ℃恒溫,雞籠內(nèi)加暖燈調(diào)節(jié)溫度28 ℃以上,12 h/12 h節(jié)律性晝夜照明(每天早7點(diǎn)及晚7點(diǎn)自動(dòng)變更)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,經(jīng)眼部檢查排除眼部疾患,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用條件符合《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例》(國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì))。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

近視離焦組小雞右眼佩戴+10D透鏡,遠(yuǎn)視離焦組小雞右眼佩戴-10D透鏡,所有小雞左眼均佩戴平光鏡片作為對照。分別于戴鏡前,及戴鏡1,3,5,7 d后(每24 h計(jì)為1 d),行雙眼帶狀光檢影驗(yàn)光,高頻A超測量眼軸向參數(shù)。

1.2.1 帶狀光檢影驗(yàn)光 所有驗(yàn)光檢查均由同一驗(yàn)光師雙盲法使用手持帶狀光檢影鏡于暗室中進(jìn)行,去鏡時(shí)點(diǎn)與戴鏡時(shí)點(diǎn)相同,保證小雞戴鏡時(shí)長。戴鏡前及去鏡后立即進(jìn)行檢影驗(yàn)光,記錄水平及垂直方向上的屈光不正度數(shù)(精確到±0.5 d),并計(jì)算等效球鏡度數(shù)(球鏡度數(shù)+1/2柱鏡度數(shù))。

1.2.2 眼球軸向參數(shù)測量 采用配有30 MHz(PZ25-025-R1.00)傳感器的高頻專用A-掃描超聲(Panametric,PR-5037R)系統(tǒng),在100 MHz采樣。取樣不小于10個(gè),取分析后數(shù)據(jù)的平均值作為最終數(shù)據(jù)。本研究中眼軸長度定義為角膜前頂點(diǎn)到后極部視網(wǎng)膜前表面的距離。

1.2.3 鏡片的佩戴、清潔及檢查 使用萬能膠將圓環(huán)狀尼龍貼固定于小雞眶周羽毛,專用鏡片固定于圓環(huán)狀尼龍貼上,便于每日清潔鏡片及調(diào)整鏡片位置。每日至少清潔鏡片一次,并保持鏡片透明,固定牢固無移位。如發(fā)現(xiàn)鏡片意外脫落或移位,則剔除該實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的所有數(shù)據(jù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

將屈光度改變、玻璃體腔長度改變、脈絡(luò)膜厚度改變、眼軸長度改變的雙眼間差值(intraocular difference,IOD)定義為:(右眼n天-0天)-(左眼n天-0天);獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較右眼及左眼玻璃體腔長度(vitreous chamber depth,VCD),眼軸長度(axial length,AXL),脈絡(luò)膜厚度(choroidal thickness,CT)和屈光度(refractive error)的變化;Pearson相關(guān)檢驗(yàn)比較屈光度變化與VCD、AXL變化之間的相關(guān)性;多組間比較采用單因素方差分析,多組間兩兩比較采用post-hoc檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)使用SPSS21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件包進(jìn)行分析,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

戴鏡前各組小雞雙眼屈光度、VCD、脈絡(luò)膜厚度及AXL差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),P>0.05)。

2.1 光學(xué)離焦小雞眼屈光度變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼屈光度向遠(yuǎn)視發(fā)展,左眼逐漸趨于正視化,左右眼屈光度改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001,見表1);屈光度改變的IOD顯著不同(F=9.456,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,屈光度改變的IOD顯著增高(P<0.001),但戴鏡5 d較戴鏡3 d組,及戴鏡7 d較戴鏡5 d組,屈光度改變的IOD差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖1)。

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼屈光度向近視發(fā)展,左眼逐漸趨于正視化,左右眼屈光度改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001,見表1);屈光度改變的IOD顯著不同(F=56.706,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,及戴鏡7 d較戴鏡5 d組,屈光度改變的IOD顯著增高(P<0.05),戴鏡5 d較戴鏡3 d組,屈光度改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖2)。

表1 光學(xué)離焦小雞屈光度改變

與1 d組相比，***P<0.001圖1 近視離焦(+10D)小雞屈光度改變的雙眼間差異Figure 1 IOD of changes in refractive error in chicks wearing +10D lens

與1 d組相比，***P<0.001；與5 d組相比，#P<0.05圖2 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞屈光度改變的雙眼間差異Figure 2 IOD of changes in refractive error in chicks wearing -10D lens

2.2 光學(xué)離焦小雞眼玻璃體腔長度(VCD)變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼VCD負(fù)增長或不增長,左眼VCD正常增長,雙眼VCD改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001,見表2);VCD改變的IOD顯著不同(F=4.607,P<0.01),戴鏡3 d組較戴鏡1 d組VCD改變的IOD顯著增高(P<0.001),戴鏡5 d組較戴鏡3 d組,及戴鏡7 d組較戴鏡5 d組,VCD改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖3)。

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼VCD加速增長,左眼VCD正常增長,雙眼VCD改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01,見表2);VCD改變的IOD顯著不同(F=35.004,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,及戴鏡5 d較戴鏡3 d組,VCD改變的IOD均顯著增高(P<0.01),戴鏡7 d較戴鏡5 d組,VCD改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖4)。

表2 光學(xué)離焦小雞玻璃體腔長度(VCD)改變

與1 d組相比，***P<0.001圖3 近視離焦(+10D)小雞玻璃體腔長度改變的雙眼間差異Figure 3 IOD of changes in VCD in chicks wearing +10D lens

與1 d組相比，***P<0.001；與3 d組相比，##P<0.01圖4 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞玻璃體腔長度改變的雙眼間差異Figure 4 IOD of changes in VCD in chicks wearing -10D lens

2.3 光學(xué)離焦小雞眼眼軸(AXL)長度變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼AXL呈現(xiàn)負(fù)增長至小幅度正增長,左眼AXL正常增長,雙眼AXL改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001,見表3);AXL改變的IOD顯著不同(F=5.024,P<0.01),戴鏡3 d較戴鏡1 d組AXL改變的IOD顯著升高(P<0.001),但戴鏡5 d較戴鏡3 d組,及戴鏡7 d較戴鏡5 d組AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖5)。

表3 光學(xué)離焦小雞眼軸長度(AXL)改變

與1 d組相比，***P<0.001圖5 近視離焦(+10D)小雞眼軸長度改變的雙眼間差異Figure 5 IOD of changes in AXL in chicks wearing +10D lens

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼AXL加速增長,左眼AXL正常增長,雙眼AXL改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01,見表3)。AXL改變的IOD顯著不同(F=33.050,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,戴鏡5 d較戴鏡3 d組AXL改變的IOD均顯著增高(P<0.01),戴鏡7 d較戴鏡5 d組AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖6)。

與1 d組相比，***P<0.001；與3 d組相比，##P<0.01圖6 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞眼軸長度改變的雙眼間差異Figure 6 IOD of changes in AXL in chicks wearing -10D lens

2.4 光學(xué)離焦小雞眼脈絡(luò)膜厚度變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼脈絡(luò)膜增厚,左眼脈絡(luò)膜厚度變化不大,雙眼脈絡(luò)膜厚度改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見表4);脈絡(luò)膜厚度改變的IOD顯著不同(F=7.578,P<0.001),戴鏡5 d較戴鏡3 d脈絡(luò)膜厚度改變的IOD顯著降低(P<0.05),但戴鏡3 d較戴鏡1 d,及戴鏡7 d較戴鏡5 d脈絡(luò)膜厚度改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖7)。

表4 光學(xué)離焦小雞脈絡(luò)膜厚度(CT)改變

與3 d組相比，*P<0.05圖7 近視離焦(+10D)小雞脈絡(luò)膜厚度改變的雙眼間差異Figure 7 IOD of changes in choroidal thickness of+10D lens-wearing chicks

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1 d后,右眼脈絡(luò)膜厚度稍有變薄,左眼脈絡(luò)膜厚度無明顯改變,雙眼脈絡(luò)膜厚度改變相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),戴鏡3,5,7 d的左右眼脈絡(luò)膜厚度改變相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表4);脈絡(luò)膜厚度改變的IOD顯著不同(F=3.292,P<0.05),但戴鏡3 d與戴鏡1 d,戴鏡5 d與戴鏡3 d,戴鏡7 d與戴鏡5 d差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖8)。

圖8 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞脈絡(luò)膜厚度改變的雙眼間差異Figure 8 IOD of changes in choroidal thickness of -10D lens-wearing chicks

2.5 光學(xué)離焦性屈光不正小雞屈光度改變與VCD、脈絡(luò)膜厚度、AXL改變的相關(guān)性分析

近視離焦組小雞戴鏡1,3,5,7 d后,屈光度改變的IOD與VCD、AXL改變的IOD顯著相關(guān)(r=-0.806,-0.778,P<0.001),亦與CT改變的IOD顯著相關(guān)(r=-0.281,P<0.05)。

遠(yuǎn)視離焦組小雞戴鏡1,3,5,7 d后,屈光度改變的IOD與VCD、AXL改變的IOD顯著相關(guān)(r=-0.401,-0.429,P<0.01),但與脈絡(luò)膜厚度改變的IOD無顯著相關(guān)性(r=-0.149,P=0.352)。

3 討論

眼球的生長調(diào)控信號(hào)中,近視離焦可激活阻止信號(hào),延緩眼球生長,遠(yuǎn)視離焦可激活促進(jìn)信號(hào),使眼球生長速度加快[9,12,13]。本研究對小雞光學(xué)離焦性屈光不正的形成和發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)和系統(tǒng)的描述和分析,小雞佩戴+10D/-10D透鏡近視/遠(yuǎn)視離焦,戴鏡1,3,5,7 d后,分別誘導(dǎo)出不同程度的遠(yuǎn)視/近視,這與先前小雞眼光學(xué)離焦能夠誘導(dǎo)出相應(yīng)的屈光不正的研究結(jié)果相一致[11],再一次證實(shí)了小雞眼球生長發(fā)育過程中,可對一定程度的光學(xué)離焦進(jìn)行代償,從而誘導(dǎo)出相應(yīng)程度的屈光不正。

本研究中,近視離焦小雞眼戴鏡3 d后誘導(dǎo)出的遠(yuǎn)視度數(shù)基本穩(wěn)定,而遠(yuǎn)視離焦小雞眼誘導(dǎo)出的近視度數(shù),隨戴鏡時(shí)間增加而不斷增長。首次表明+10D近視離焦對小雞眼生長的“阻止信號(hào)”,3 d即達(dá)峰值,并可平穩(wěn)保持(戴鏡5 d組與戴鏡3 d組,及戴鏡7 d組與戴鏡5 d組屈光度、VCD及AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義);而-10D遠(yuǎn)視離焦對小雞眼生長的“促進(jìn)信號(hào)”,在戴鏡期間持續(xù)增長,戴鏡7 d可能達(dá)到峰值(戴鏡7 d組與戴鏡5 d組VCD及AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義),但仍需延長戴鏡時(shí)間,進(jìn)一步研究證實(shí)。這對相關(guān)光學(xué)離焦性屈光不正研究的建模,以及針對“促進(jìn)信號(hào)”及“阻止信號(hào)”研究的數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)的選擇提供了可靠依據(jù)。

無論是哺乳動(dòng)物還是非哺乳動(dòng)物,眼球生長的調(diào)控信號(hào)均位于眼球局部,切斷視神經(jīng)并不能阻止眼球?qū)Υ龠M(jìn)信號(hào)或阻止信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)答[6],近年來,有關(guān)眼球生長局部調(diào)控的研究逐漸集中于脈絡(luò)膜,針對近視發(fā)展過程中脈絡(luò)膜基因表達(dá)的研究日益豐富,脈絡(luò)膜接受來自視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的信號(hào),發(fā)生一系列基因表達(dá)變化,從而影響鞏膜生長,改變眼球形態(tài)[13]。本研究中,無論近視離焦或遠(yuǎn)視離焦,脈絡(luò)膜厚度的變化均主要發(fā)生在戴鏡時(shí)間較短的樣本中,近視離焦小雞戴鏡3 d組脈絡(luò)膜增厚最為顯著,遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1 d組脈絡(luò)膜顯著變薄,脈絡(luò)膜厚度改變的IOD與屈光度改變的IOD在近視離焦小雞中無顯著相關(guān)性(r=-0.149,P=0.352),在遠(yuǎn)視離焦小雞中僅低度相關(guān)(r=-0.281,P<0.05)。脈絡(luò)膜厚度變化與屈光度之間的關(guān)系尚存爭議。脈絡(luò)膜血運(yùn)豐富,其厚度在1 d之中存在較大的節(jié)律性波動(dòng)[12],測量時(shí)間點(diǎn)不同,也可能導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差。進(jìn)一步有關(guān)屈光不正的脈絡(luò)膜變化的研究中,應(yīng)更加嚴(yán)格地規(guī)劃測量/取材時(shí)間,著重觀測戴鏡早期脈絡(luò)膜改變,以期發(fā)現(xiàn)脈絡(luò)膜厚度/基因表達(dá)與屈光不正發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性。

綜上所述,本研究中近視/遠(yuǎn)視離焦小雞分別在戴鏡前及戴鏡后不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)測量,詳細(xì)而系統(tǒng)地描述了光學(xué)離焦誘導(dǎo)小雞眼屈光度及相關(guān)眼軸向參數(shù)隨戴鏡時(shí)間的變化規(guī)律,證實(shí)了光學(xué)離焦能夠影響小雞眼球生長發(fā)育,使其對鏡片屈光度做出相應(yīng)補(bǔ)償,同時(shí)產(chǎn)生VCD及AXL的相應(yīng)變化,并首次找出了小雞眼對+10D近視離焦及-10D遠(yuǎn)視離焦達(dá)到完全補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間點(diǎn),對相關(guān)光學(xué)離焦性屈光不正研究的建模及數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)的選擇提供了可靠依據(jù)。而脈絡(luò)膜厚度的變化主要發(fā)生在戴鏡時(shí)間較短的樣本中,揭示了針對屈光不正相關(guān)的脈絡(luò)膜實(shí)驗(yàn),應(yīng)更加注重干預(yù)早期脈絡(luò)膜厚度或脈絡(luò)膜相關(guān)基因表達(dá)的改變。