環(huán)境光的光譜組成對屈光發(fā)育的影響研究進(jìn)展△

唐秀平 范浩博 鄒云春

近視作為屈光發(fā)育異常中最常見的的一種屈光狀態(tài)，在全球范圍內(nèi)越來越普遍，患病率的不斷上升給個人和社會造成了一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。最近的數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，雖然近視并發(fā)癥和視力損害的風(fēng)險隨近視程度的增加而增加，但低、中度近視者患病的風(fēng)險也明顯高于非近視者[1]。長期研究和隨機(jī)對照試驗(yàn)均證實(shí)，多在戶外可以降低兒童和青少年近視發(fā)病的風(fēng)險[2-3]，但是具體的影響因素還未證實(shí)。目前主流的觀點(diǎn)認(rèn)為戶外日光的高光照強(qiáng)度和高短波長光含量是防控近視的可能因素。但是戶外光照的高短波長光含量同時也增加了患白內(nèi)障和黃斑變性等疾病的風(fēng)險。因此，了解光照中不同光譜組成對屈光發(fā)育的影響和作用機(jī)制有助于我們更加清晰戶外活動延緩近視的原因，同時也指導(dǎo)我們在探索防控近視的人工光照的時候降低潛在的有害風(fēng)險。本文即針對環(huán)境光的光譜差異對屈光發(fā)育的影響及相應(yīng)的眼部改變作一綜述，為后續(xù)的研究提供參考。

1 光譜差異與屈光發(fā)育的關(guān)系

眼為機(jī)體重要的感覺器官之一，大多數(shù)人在出生時因眼軸過短表現(xiàn)為遠(yuǎn)視，在出生后集中向正視方向發(fā)展，即正視化[4]。近視則可能是正視化時期異常的視覺經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致的眼球正視化調(diào)控的失敗[5]。既往研究證實(shí)，眼可以利用視覺形成過程中產(chǎn)生的離焦信號引導(dǎo)軸向生長，消除因離焦而導(dǎo)致的視物模糊[6]，最終穩(wěn)定在相對清晰的位置[7]。光作為刺激眼部產(chǎn)生視覺的重要因素之一，因縱向色差的存在，一束混合光線在經(jīng)過眼的屈光系統(tǒng)后并不在視網(wǎng)膜上形成一個焦點(diǎn)，而是形成短波長光聚焦靠前的光斑，繼而在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生不同離焦信號和色差信號。不同光譜組成的光，可因其不同波長光含量的差異而在視網(wǎng)膜上形成不對等的信號差異。隨著研究的深入，已經(jīng)證實(shí)眼能夠識別并利用這種因光譜差異而導(dǎo)致的信號差異，并以此指導(dǎo)生長，影響正視化的調(diào)控[8-9]。

2 不同光譜組成光照下的屈光發(fā)育變化

眼球正視化的主要目的是為了消除各種視覺模糊。黑暗中飼養(yǎng)的動物可因其視覺的缺失而不能正視化[10]。單色光環(huán)境也因其光譜的單一而影響視覺[11]。Rucker等[8]將小雞暴露在不同波長對比度的光環(huán)境中發(fā)現(xiàn)，小雞的眼睛在高藍(lán)光對比度下變得更遠(yuǎn)視，高紅光對比度下變得更近視，提示不同光譜組成的光對眼的屈光發(fā)育存在影響，含短波長光更多的照明對延緩眼的生長有積極的作用，其后續(xù)的研究也證實(shí)，富含藍(lán)光的光照可以延緩近視的進(jìn)展[12-13]。Lin等[14]進(jìn)一步證實(shí)，短波長藍(lán)光下飼養(yǎng)的雞眼軸長度和玻璃體深度都較白光和紅光更短。此外，Jiang等[15]通過配戴眼鏡改變豚鼠的離焦信號后，藍(lán)光下飼養(yǎng)的豚鼠眼軸長度依然小于紅光和白光下飼養(yǎng)的豚鼠。相似的結(jié)果在Timucin等[16]、Tian[17]等以及其他光照實(shí)驗(yàn)中[18-21]均得到驗(yàn)證，即：長波長光含量高的環(huán)境下飼養(yǎng)的動物往往更易發(fā)生近視，短波長光含量高的環(huán)境下飼養(yǎng)的動物近視化減慢或更易發(fā)生遠(yuǎn)視。這些研究結(jié)果與離焦信號引導(dǎo)眼球生長的理念相符。短波長光(藍(lán)光、紫光)因折射率大而比長波長光(紅光)折射更強(qiáng)烈，通過眼的屈光系統(tǒng)后比長波長光聚焦靠前而在視網(wǎng)膜上形成近視性離焦信號，有控制眼軸延長的作用。鑒于此，有學(xué)者提出增加環(huán)境光中短波長光的含量使視網(wǎng)膜的焦平面前移，可以減緩眼軸的延長。也正是因?yàn)槎辔锓N的實(shí)驗(yàn)都得出相同的結(jié)論，學(xué)者們才將日光照射延緩眼球生長的因素之一歸結(jié)于戶外日光的高短波長光含量，使得大部分公眾和學(xué)者都認(rèn)可短波長光在防控近視中的積極作用。

但是隨著探索的不斷深入，Ward等[22]和Gawne等[23]基于樹鼩的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，暴露在窄帶長波長(紅光)下幼年樹鼩眼球的軸向生長會減慢，最終變得更遠(yuǎn)視。相同的結(jié)果在青少年和成年樹鼩中均得到驗(yàn)證[24]。而暴露在窄波段藍(lán)光的青年樹鼩則多繼發(fā)嚴(yán)重的屈光不正，不能很好地維持正視[25]。Smith等[26]以幼猴為研究對象，從日齡(25±2)d開始給予不同的濾光片配戴至日齡(146±7)d，最終發(fā)現(xiàn)配戴紅色濾光片組的幼猴遠(yuǎn)視屈光度都明顯高于配戴普通濾光片組和對照組；Hung等[27]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，即使給予近視性刺激信號(遠(yuǎn)視離焦或者形覺剝奪)，飼養(yǎng)在紅光照射下的幼猴遠(yuǎn)視屈光度依然高于正常光照組。除了樹鼩和猴，Yang等[28]在小鼠身上的實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)紅光飼養(yǎng)的小鼠相比白光飼養(yǎng)的小鼠變得更遠(yuǎn)視。這些研究結(jié)果強(qiáng)烈地沖擊了短波長光有益的觀點(diǎn)，認(rèn)為長波長光對延緩眼的軸向生長亦有益，環(huán)境光中應(yīng)該增加長波長光的含量。遺憾的是這些研究都是基于單色光條件下實(shí)施的，還不能為我們正確理解長波長光對屈光發(fā)育的影響提供有力的證據(jù)，尚需要更多的廣譜光照下高紅光對比度的實(shí)驗(yàn)來加以證實(shí)。

除了可感知的視覺刺激對眼球的影響，Long等[29]將豚鼠飼養(yǎng)在超出其光譜敏感度的760 nm的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)，相比正?；旌瞎庹眨嗍蟀l(fā)生了+3.52 D屈光度補(bǔ)償。Torii等[30-31]分析了超出人眼識別能力的紫外線對屈光發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)配戴紫外線透射鏡片的兒童在1年后眼球的生長比配戴紫外線阻擋鏡片的兒童小。除此之外，更有學(xué)者發(fā)現(xiàn)小雞在無藍(lán)光的光照(黃光)下，低頻時出現(xiàn)近視移位(>-0.60 D)，高頻時則出現(xiàn)遠(yuǎn)視移位(>1.00 D)[13]。這些研究進(jìn)一步豐富了環(huán)境光的不同光譜組成對眼屈光發(fā)育的影響，同時也提醒我們盲目地減少、增加或者阻斷某種光的作用都將是不可取的。

3 不同光譜組成影響屈光發(fā)育的作用部位

3.1 眼的調(diào)節(jié)反應(yīng)通常，人眼在550～570 nm波長處聚焦，但如果眼睛暴露在不同波長的單色光下呢？Krger和Binder[32]發(fā)現(xiàn)，在單色光下，眼的調(diào)節(jié)與縱向色差函數(shù)密切相關(guān)。眼睛可以改變調(diào)節(jié)的量使不同波長光的焦平面盡量靠近視網(wǎng)膜。Seidemann等[33]分析了5名受試者在33 cm處的調(diào)節(jié)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)長波長光下調(diào)節(jié)更多，短波長光下調(diào)節(jié)減少，很好地擬合了Bedford和Wyszecki[34]繪制的人眼的色差函數(shù)線。不過在非常短的藍(lán)光(430 μm)下則出現(xiàn)例外，發(fā)生比預(yù)期更多的調(diào)節(jié)，Graef等[35]描述其可能與430 nm以下波長的光優(yōu)先刺激短波長敏感視錐細(xì)胞(S-cone)相關(guān)。但是整體而言，相對于655 nm波長處的調(diào)節(jié)，所有受試者在波長小于590 nm處的調(diào)節(jié)性補(bǔ)償都明顯減少。Kruger等[36]通過調(diào)節(jié)白色照明中紅色、綠色和藍(lán)色光的對比度以模擬不同的光環(huán)境，發(fā)現(xiàn)人眼在不同環(huán)境下的調(diào)節(jié)變化，因此他們認(rèn)為視網(wǎng)膜圖像中光譜波段的對比度確定了光的焦平面，并介導(dǎo)了調(diào)節(jié)和屈光度的改變。同樣，Krucger等[37]也發(fā)現(xiàn)人的調(diào)節(jié)會隨著縱向色差的變化而變化；Rucker等[38]發(fā)現(xiàn)藍(lán)色照明下的眼部調(diào)節(jié)相比白色照明減少50%。Seidemann等[33]在小雞身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也得出同樣的結(jié)論，當(dāng)光環(huán)境在紅色和藍(lán)色變化時，小雞的調(diào)節(jié)張力也發(fā)生變化：紅/藍(lán)=(1.26±0.54)D。

Walker等[39]和Drexler等[40]曾報道，調(diào)節(jié)會導(dǎo)致眼的軸向長度增加，放松調(diào)節(jié)之后眼睛形狀又會向扁圓形轉(zhuǎn)變。但是Reiner等[41]在雛雞身上的研究也表明，長時間的持續(xù)調(diào)節(jié)(>2周)會出現(xiàn)少量的近視屈光不正。因此，有學(xué)者認(rèn)為在長波長光下，眼睛為了使焦平面靠近視網(wǎng)膜而產(chǎn)生的持續(xù)的調(diào)節(jié)可能是引起其生長的信號，畢竟調(diào)節(jié)除了導(dǎo)致眼的軸向長度增加外還常常出現(xiàn)黃斑中心凹脈絡(luò)膜厚度變薄的現(xiàn)象[42-43]，促進(jìn)了眼向近視方向的發(fā)展。

3.2 脈絡(luò)膜厚度的變化Wallman等[44]在其從事的關(guān)于脈絡(luò)膜與屈光發(fā)育相關(guān)的研究中報道，脈絡(luò)膜可以通過多途徑改變自身的厚度來調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜的位置，使視網(wǎng)膜盡量靠近焦平面，減少離焦引起的模糊效應(yīng)。并且脈絡(luò)膜還可以通過改變血流量或者分泌細(xì)胞因子等影響視網(wǎng)膜和鞏膜的變化[41,45]。Chiang等[46]以人為研究對象，發(fā)現(xiàn)脈絡(luò)膜可在配戴負(fù)透鏡(遠(yuǎn)視離焦)時變薄以使視網(wǎng)膜向后移動，當(dāng)配戴正透鏡(近視離焦)時則變厚以使視網(wǎng)膜前移。Rucker等[9]發(fā)現(xiàn)，小雞的脈絡(luò)膜厚度變化除了與離焦的性質(zhì)相關(guān)外，還與飼養(yǎng)的光環(huán)境相關(guān)。遠(yuǎn)視離焦?fàn)顟B(tài)下，飼養(yǎng)在紅光中的小雞脈絡(luò)膜厚度比飼養(yǎng)在白光下的小雞更薄，而飼養(yǎng)在藍(lán)光中的小雞脈絡(luò)膜厚度則沒有發(fā)生改變。但是在近視離焦的狀態(tài)下，紅光反而使脈絡(luò)膜厚度增加，且其增加的量大于白光下的改變量，藍(lán)光下的小雞則依然沒有改變。與之相似的發(fā)現(xiàn)在不同對比度的廣譜光照中同樣被證實(shí)[12]，均提示脈絡(luò)膜厚度的改變與離焦性質(zhì)和環(huán)境光的波長對比度息息相關(guān)。高紅光對比度照明，在遠(yuǎn)視離焦?fàn)顟B(tài)下可因進(jìn)一步增加遠(yuǎn)視離焦的量使脈絡(luò)膜變得更薄，同理于近視離焦而使脈絡(luò)膜變厚。高藍(lán)光對比度的照明則幾乎不引起脈絡(luò)膜厚度的變化。

但是Hung等[27]提出，無論是給予+3.00 D還是-3.00 D的透鏡誘導(dǎo)，紅光下飼養(yǎng)的恒河猴相比白光下飼養(yǎng)的恒河猴而言，都有屈光發(fā)育減慢和脈絡(luò)膜厚度增加的改變。Hung等[27]的研究雖然給予了不同性質(zhì)的離焦鏡片誘導(dǎo)，但是對于幼年恒河猴來說，整體的離焦性質(zhì)并沒有發(fā)生改變，依然呈遠(yuǎn)視離焦的狀態(tài)。在這種情況下，如果按上述的觀點(diǎn)，紅光的焦平面應(yīng)該是增加了遠(yuǎn)視離焦的量，但卻引起了脈絡(luò)膜厚度的近視性離焦反應(yīng)，與既往的研究不符。因此，后續(xù)還需更多控制整體離焦的光譜光照實(shí)驗(yàn)來證實(shí)環(huán)境光的波長對比度影響眼球發(fā)育時的脈絡(luò)膜厚度變化。

3.3 視錐細(xì)胞反應(yīng)Patterson等[47]在視錐蛋白突變患者的殘余錐體結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)，人眼的軸向長度與黃斑中心凹視網(wǎng)膜上能有效傳導(dǎo)光刺激的視錐細(xì)胞比例呈顯著負(fù)相關(guān)，更多視錐細(xì)胞參與光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)能更好地抑制眼的軸向生長。但是人類或靈長類動物視網(wǎng)膜上含有三種分別對紅光、綠光、藍(lán)光敏感的視錐細(xì)胞，即長波長敏感視錐細(xì)胞(L-cone)、中波長敏感視錐細(xì)胞(M-cone)和S-cone。因此，不同視錐細(xì)胞的敏感性以及光對視錐細(xì)胞的刺激都將是環(huán)境光影響眼球生長的可能因素。

Qian等[48]和Ostadimoghaddam等[49]通過調(diào)查分析學(xué)生的色覺和近視的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，色覺正常的學(xué)生近視發(fā)病率相比紅綠色盲患者高，提示對長波長光的敏感度降低(L-cone敏感度降低)可延緩眼睛生長。他們認(rèn)為，L-cone敏感性高是發(fā)生近視或近視增長的一個危險信號，相反，S-cone敏感性更高的個體則不易近視。Taylor等[50]的分析也持同樣的觀點(diǎn)，認(rèn)為S-cone的低敏感性是患兒不能正常正視化的原因之一。但是Ward等[22]認(rèn)為，在正常屈光狀態(tài)下,短波長光和長波長光分別成像在視網(wǎng)膜的前后，不引起視錐細(xì)胞敏感性的改變，如果出現(xiàn)L-cone的敏感性升高，則說明出現(xiàn)了視網(wǎng)膜后移的現(xiàn)象，提示眼睛生長過度了，此時眼睛將停止生長。這與他們觀察到的紅光延緩眼的生長相符。不過隨后他們也發(fā)現(xiàn)，盡管視網(wǎng)膜上S-cone的數(shù)量很少，但S-cone的分布也能合理地顯示波長相關(guān)的離焦差異，對屈光發(fā)育也有一定的指導(dǎo)作用[51]。

Rucker等[52]基于小雞的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在頻閃光照(低頻率)刺激下，刺激 M-cone或者 S-cone的高藍(lán)光對比度的光相比只刺激L-cone的不含藍(lán)光的光可引起小雞眼的軸向生長減慢；在穩(wěn)定光照(高頻率)刺激下，只刺激L-cone的不含藍(lán)光的光反而表現(xiàn)出更好的延緩軸向生長的作用。但是相對于一般室內(nèi)照明，Yoon等[53]發(fā)現(xiàn)，平衡刺激S-cone、M-cone和L-cone的照明相比普通室內(nèi)照明(更多刺激L-cone)產(chǎn)生的近視更少。這意味著更多的短波長光對S-cone的平衡刺激延緩了眼的軸向生長[54-55]，使得問題又回到了初始提出的戶外日光中強(qiáng)短波長光對S-cone的刺激能延緩眼軸生長。但是目前的研究還不能為這一過程提供有力的證據(jù)。后續(xù)還需要更多環(huán)境光照明和視錐細(xì)胞相關(guān)的研究來證實(shí)其影響正視化的相關(guān)作用機(jī)制。

4 總結(jié)與展望

整體而言，雖然眼的屈光發(fā)育受光譜差異的影響，但是目前針對環(huán)境光的光譜差異對眼球屈光發(fā)育的影響研究仍處于初級階段。即使當(dāng)下普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為戶外日光的高短波長光含量對延緩眼軸增長有積極的作用，同時高短波長光含量也可以從近視性離焦、調(diào)節(jié)等多方面來解釋其在延緩眼球生長和防控近視方面的作用，但是長波長光對眼球屈光發(fā)育的影響同樣值得我們深思。后續(xù)需要更多廣譜的高長波長光含量的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)其對眼球屈光發(fā)育的影響。在現(xiàn)在這種近視高發(fā)與低齡化狀態(tài)越來越嚴(yán)重的情況下，人們都迫切希望能找到一種有效防控近視的方法，然而盲目增加或減少某種光的作用都將是不可取的。積極地探索不同光譜組成光對眼屈光發(fā)育的影響，將有助于我們設(shè)計有針對性的近視干預(yù)措施來防控近視的發(fā)展。