調(diào)節(jié)抑制對單色光中豚鼠眼屈光發(fā)育的作用

錢一峰，陳志剛，肖艷輝，陸培榮

(蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科，江蘇 蘇州 215006)

由于不同波長光線進(jìn)入眼內(nèi)時發(fā)生折射角度不同，因此每一種波長光線各自形成焦點(diǎn)。不同光線間波長相差越大，其焦點(diǎn)相距越遠(yuǎn)，即縱向色像差[1-2]。視覺調(diào)控下發(fā)生的眼球正視化過程是使光線焦點(diǎn)落在視網(wǎng)膜上。但由于縱向色像差的存在，自然光中不同波長光線的焦點(diǎn)不可能同時落在視網(wǎng)膜上，由此造成眼球視網(wǎng)膜上不同視錐細(xì)胞接受對應(yīng)敏感波長光線的刺激時具有不同的模式、不同的偏好，即短波長敏感視錐細(xì)胞偏好于接受處于近視離焦?fàn)顟B(tài)的短波長光的刺激，長波長敏感視錐細(xì)胞偏好于接受處于遠(yuǎn)視離焦?fàn)顟B(tài)的長波長光的刺激[3-4]。

以上是在具有混合波長光線的自然光中的情況，但在波長單一的單色光中上述視錐細(xì)胞接受光刺激時的偏好是否仍會保留尚待探討。有研究[3,5-6]顯示在短波長光中受試者會發(fā)生調(diào)節(jié)過度的現(xiàn)象，此時短波長光因過度調(diào)節(jié)作用其焦點(diǎn)會位于視網(wǎng)膜前，使得短波長敏感視錐細(xì)胞仍然保留原來的感光偏好。單色光中豚鼠屈光發(fā)育研究[7-9]顯示豚鼠眼球出現(xiàn)遠(yuǎn)高于單色光間色像差的屈光補(bǔ)償。而魚類和雞在單色光中的屈光補(bǔ)償程度與色像差大小相當(dāng)[2,4,10-16]。豚鼠視網(wǎng)膜上主要分布有短波長敏感和中波長敏感兩型視錐細(xì)胞，光譜吸收峰值分別為430 nm和530 nm[17]。當(dāng)飼養(yǎng)一種單色光中時，豚鼠眼視網(wǎng)膜感光模式如果為達(dá)到原來偏好，其必須借助眼調(diào)節(jié)反應(yīng)。因此假設(shè)在短波長單色光中豚鼠眼發(fā)生過度調(diào)節(jié)使光線聚焦于視網(wǎng)膜前，形成近視離焦；在中波長單色光中豚鼠眼仍可發(fā)生調(diào)節(jié)反應(yīng)使得單色光物像呈遠(yuǎn)視離焦?fàn)顟B(tài)。本研究中豚鼠一眼行連續(xù)阿托品滴眼液點(diǎn)眼抑制調(diào)節(jié)，另一眼不做處理進(jìn)行對照，觀察在單色光中眼球屈光發(fā)育情況，以研究調(diào)節(jié)在單色光誘導(dǎo)豚鼠眼球屈光發(fā)育中的作用。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究使用約2周齡的英國短毛三色種豚鼠，共24只，隨機(jī)平分成3組，分別置于藍(lán)光(波長430 nm)、綠光(波長530 nm)和白光(色溫5 000 K)中飼養(yǎng)6周。每組豚鼠右眼在實(shí)驗(yàn)開始后每天上午8:00使用1%阿托品滴眼液(復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院)1次，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行眼屈光發(fā)育相關(guān)檢查，包括屈光度、角膜曲率半徑、眼軸長度及其組成成分測量。

1.2 飼養(yǎng)和光照條件設(shè)置

3個獨(dú)立放置于暗室中的木箱用作不同光照場所，相互間用遮光布隔開。木箱長寬高約200 cm×100 cm×120 cm，四面開窗通風(fēng)，一面開門取放飼養(yǎng)籠子。飼養(yǎng)豚鼠的鋼絲籠子置于木箱中央。木箱內(nèi)面涂裝白色反光涂料且每面安裝4～6支約1 m長LED燈管(底面除外)。藍(lán)光LED燈管提供短波長準(zhǔn)單色光照，波峰為430 nm，半波寬20 nm。綠光LED燈管提供中波長準(zhǔn)單色光照，波峰530 nm，半波寬30 nm。白光LED燈管提供寬光譜照明，色溫5 000 K。經(jīng)光譜分析儀檢測，本研究兩種單色光波峰分別對應(yīng)豚鼠視網(wǎng)膜兩種視錐細(xì)胞(僅兩種)光譜吸收峰值，且波寬范圍不會相互交叉[17]。實(shí)驗(yàn)使用的白光光譜覆蓋這兩種視錐細(xì)胞的光譜吸收范圍[17]，且組成均衡。每組光照設(shè)置相同光照條件，使用ILT1700科研用輻射儀(美國International Light Technologies公司)進(jìn)行檢測，德力西TDGZ-50調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)。本研究取豚鼠飼養(yǎng)籠子中央底面為檢測點(diǎn)，測量光量子數(shù)，均調(diào)整為每秒3×10-4μmol/cm2。具體光照設(shè)置參考已有研究方法[7,9]。每一組光照時間均為12 h，開始時間為每天早上8:00。飼養(yǎng)室內(nèi)保持恒溫(22～26 ℃)恒濕(55%～65%)，豚鼠排泄物每天定時清除。

1.3 眼球參數(shù)測量

豚鼠屈光度和眼球參數(shù)測量由兩位研究者配合進(jìn)行，并使用單盲法。為避免使用過強(qiáng)睫狀肌麻痹劑對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)開始時使用1%鹽酸環(huán)戊通滴眼液(ALCON)麻痹豚鼠雙眼睫狀肌，方法為每5 min一次共滴4次，1 h后于暗室行檢影驗(yàn)光。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時為使左右眼達(dá)到相當(dāng)?shù)慕逘罴÷楸孕Ч捎秒p眼點(diǎn)1%阿托品滴眼液，每天3次，連續(xù)3 d，第4天行檢影驗(yàn)光。本研究使用Topcon OM-4角膜曲率計(jì)檢測豚鼠角膜曲率半徑。因豚鼠角膜曲率較大，直接測量無法進(jìn)行。參考文獻(xiàn)方法將+8.0 D球鏡片貼于曲率計(jì)檢測鏡前，測得讀數(shù)再換算成豚鼠實(shí)際角膜曲率半徑[18-19]。記錄時取兩條垂直子午線曲率的平均值。上述檢測完成后，豚鼠在0.4% 鹽酸奧布卡因(日本Santen公司)表面麻醉后行A超眼軸生物參數(shù)測量，測量由Optikon Hiscan A超儀完成。測量參數(shù)包括眼軸長度、玻璃體腔長度、前節(jié)長度和晶狀體厚度。上述具體檢測方法參考已有文獻(xiàn)[20-21]進(jìn)行。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

各實(shí)驗(yàn)組左右眼及單眼前后參數(shù)比較采用配對t檢驗(yàn)或Wilcoxon配對秩和檢驗(yàn)。組間同側(cè)眼參數(shù)比較采用方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法。所有統(tǒng)計(jì)分析使用STATA 15.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 眼球屈光度的變化

實(shí)驗(yàn)開始時各組雙側(cè)眼屈光度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05，約4.25 D，表1)。6周時，綠光組右眼屈光度約為3.47 D，左眼約為4.17 D，左右眼屈光度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0280，表2)。同樣，此時藍(lán)光組雙眼屈光度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0003，表2)，左右眼屈光度分別為6.31 D和5.53 D。但是，6周時白光組左右眼屈光度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.7486，表2)，分別為4.88 D和4.81 D。

實(shí)驗(yàn)開始時各組間同側(cè)眼屈光度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05，表3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時3組同側(cè)眼屈光度組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001，表4)。其中3組左眼屈光度兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，表4)。綠光組和藍(lán)光組以及綠光組和白光組右眼屈光度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，表4)。而藍(lán)光組和白光組右眼屈光度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.072，表4)。

表1 實(shí)驗(yàn)開始時各組雙眼參數(shù)及左右眼比較結(jié)果(左右眼參數(shù)比較采用配對t檢驗(yàn)或Wilcoxon配對秩和檢驗(yàn))Table 1 Binocular mean biometric results from guinea pigs in three groups and the comparison between two eyes in each group at the beginning of the experiment (A paired t-test or Wilcoxon matched-pairs signed-ranks test was used for comparison)

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時各組雙眼參數(shù)及左右眼比較結(jié)果(左右眼參數(shù)比較采用配對t檢驗(yàn)或Wilcoxon配對秩和檢驗(yàn))Table 2 Binocular mean biometric results from guinea pigs in three groups and the comparison between two eyes in each group at the end of the experiment (A paired t-test or Wilcoxon matched-pairs signed-ranks test was used for comparison)

表3 實(shí)驗(yàn)開始時各組間同側(cè)眼參數(shù)及比較結(jié)果(組間同側(cè)眼參數(shù)比較采用方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法)Table 3 Comparison of the results of unilateral eye parameters of guinea pigs among three groups at the beginning of the experiment (A one-way ANOVA was used for inter-group comparison)

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時各組間同側(cè)眼參數(shù)及比較結(jié)果(組間同側(cè)眼參數(shù)比較采用方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法)Table 4 Comparison of the results of unilateral eye parameters of guinea pigs among three groups at the end of the experiment(A one-way ANOVA was used for inter-group comparison and the Bonferroni procedure with type-I error adjustment was performed for multiple group comparison)

綠光組右眼屈光度實(shí)驗(yàn)前后比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(0.75 D，P=0.0344)，而左眼屈光度實(shí)驗(yàn)前后比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(0.12 D，P=0.6591)。藍(lán)光組右眼屈光度實(shí)驗(yàn)前后比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(-1.31 D，P=0.0007)，左眼屈光度實(shí)驗(yàn)前后同樣差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(-2.06 D，P=0.0003)。白光組右眼屈光度實(shí)驗(yàn)前后差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(-0.63 D，P=0.1232)，而左眼差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(-0.59 D，P=0.0234)。

2.2 眼軸長度的變化

各組雙眼眼軸長度在實(shí)驗(yàn)開始時均約為7.7 mm，組內(nèi)及組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05，表1，表3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，綠光組右眼眼軸約為8.33 mm，左眼為8.24 mm，雙眼間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0038，表2)。此時藍(lán)光組右眼眼軸約為8.05 mm，左眼為7.99 mm，雙眼間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0106，表2)。但6周時白光組雙眼眼軸長度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.2359，表2)，右眼為8.16 mm，左眼為8.15 mm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束時同側(cè)眼組間眼軸長度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.0001，表4)。其中各組右眼眼軸長度兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，表4)。綠光組和藍(lán)光組以及藍(lán)光組和白光組左眼眼軸長度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01，表4)。而綠光組和白光組左眼眼軸長度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05，表4)。

各組單側(cè)眼實(shí)驗(yàn)前后眼軸長度比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

2.3 玻璃體腔長度的變化

實(shí)驗(yàn)開始時各組雙眼玻璃體腔長度均約為3.2 mm，組內(nèi)及組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05，表1，3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，綠光組右眼玻璃體腔長度約為3.40 mm，左眼為3.32 mm；藍(lán)光組右眼玻璃體腔長度約為3.18 mm，左眼為3.11 mm，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0113，0.0017，表2)。但6周時白光組雙眼玻璃體腔長度均約3.25 mm，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.9371，表2)。

6周時同側(cè)眼玻璃體腔長度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01，表4)。與綠光組相比，白光組及藍(lán)光組右眼玻璃體腔長度差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01，表4)；而藍(lán)光組和白光組右眼玻璃體腔長度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.182，表4)。與藍(lán)光組比較，綠光組、白光組左眼玻璃體腔長度差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01，表4)；而綠光組和白光組左眼玻璃體腔長度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.242，表4)。

白光組雙眼實(shí)驗(yàn)前后玻璃體腔長度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(右眼P=0.1006，左眼P=0.0714)。綠光組雙眼實(shí)驗(yàn)前后玻璃體腔長度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(右眼-0.20 mm，P=0.001；左眼-0.13 mm，P=0.0138)。藍(lán)光組右眼玻璃體腔長度實(shí)驗(yàn)前后差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(0.03 mm，P=0.4199)，而左眼差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(0.09 mm，P=0.0635)。

2.4 角膜曲率半徑、前房深度和晶狀體厚度的變化

實(shí)驗(yàn)開始時各組角膜曲率半徑約3.46 mm(表1)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時增長到約3.74 mm(表2)；各組前房深度從實(shí)驗(yàn)開始時約1.33 mm(表1)增加到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時約1.42 mm(表2)；各組晶狀體厚度從實(shí)驗(yàn)開始時約3.16 mm(表1)增加到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時約3.48 mm(表2)；眼球生物學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)前后差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，但實(shí)驗(yàn)開始及結(jié)束時組間和組內(nèi)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05，表1～4)。

3 討論

實(shí)驗(yàn)開始時各組雙側(cè)眼間各項(xiàng)參數(shù)均無顯著差異。但實(shí)驗(yàn)結(jié)束時綠光組和藍(lán)光組雙側(cè)眼間屈光度、眼軸長度和玻璃體腔長度出現(xiàn)顯著差異，而角膜曲率半徑、前房深度和晶狀體厚度卻沒有差異。不同的是白光組雙眼間各項(xiàng)參數(shù)始終無差異。這提示阿托品影響綠光組和藍(lán)光組中豚鼠右眼在各自單色光中眼軸和玻璃體腔的延長；而阿托品對白光組中豚鼠右眼屈光發(fā)育無顯著影響。參考前期研究[7-9]各單色光中預(yù)測的屈光補(bǔ)償幅度可知，本研究中1%阿托品能夠強(qiáng)化530 nm單色光對豚鼠眼的作用，促進(jìn)了530 nm單色光中右眼眼軸和玻璃體腔的延長并產(chǎn)生大于左眼對照的近視；1%阿托品能抑制430 nm單色光對豚鼠眼的作用，減弱了430 nm單色光抑制豚鼠右眼玻璃體腔延長(實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)縮短現(xiàn)象)的作用產(chǎn)生相對于左眼較少的遠(yuǎn)視；而對于白光中的豚鼠，1%阿托品不能顯著影響眼軸和玻璃體腔長度，雙眼間未產(chǎn)生屈光差異。

3組右眼參數(shù)比較提示不同單色光即使在阿托品干預(yù)下仍可誘導(dǎo)豚鼠眼產(chǎn)生不同的屈光發(fā)育過程。即530 nm單色光可誘導(dǎo)阿托品化的豚鼠眼出現(xiàn)玻璃體腔延長和近視漂移；430 nm單色光能誘導(dǎo)阿托品化的豚鼠眼出現(xiàn)顯著眼軸生長抑制和遠(yuǎn)視漂移。530 nm和430 nm單色光組右眼在阿托品的干擾下仍可誘導(dǎo)出現(xiàn)顯著的玻璃體腔長度差異(0.22 mm)和屈光差異(約2 D)。此時單色光組右側(cè)眼間屈光度差異仍大于這兩種波長間約1.5 D的縱向色像差[7]。參考已有豚鼠單色光作用研究[7]顯示：6周時這兩種波長光照后豚鼠眼屈光度差值約為3.8 D，玻璃體腔長度差異為0.29 mm。由此可見，在本研究結(jié)束時兩組單色光導(dǎo)致的屈光度差異受到阿托品的影響而低于預(yù)計(jì)度數(shù)。

各組中未滴阿托品的左眼在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時出現(xiàn)顯著的屈光度、眼軸長度和玻璃體腔長度的差異，而其他參數(shù)無顯著差異。6周時，與白光組相比綠光組左眼具有顯著降低的屈光度，但眼軸和玻璃體腔長度差異不顯著。此時與白光組相比藍(lán)光組左眼具有顯著較短的眼軸與玻璃體腔，屈光度為相對遠(yuǎn)視。綠光組和藍(lán)光組左眼間存在較大的屈光度、眼軸和玻璃體腔長度的顯著差異。以上情況與單純單色光研究結(jié)果一致[7-9]。

阿托品可對眼球睫狀肌產(chǎn)生麻痹作用，影響調(diào)節(jié)。本研究中3個組右側(cè)眼均受到調(diào)節(jié)抑制的影響，但是否完全麻痹尚不清楚。根據(jù)綠光組和藍(lán)光組雙眼結(jié)果的差異可以推測：兩種單色光中豚鼠眼可以發(fā)生調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)反應(yīng)可能參與了豚鼠眼對單色光的屈光補(bǔ)償過程；不同調(diào)節(jié)水平可能會影響單色光中屈光補(bǔ)償?shù)姆取?/p>

有研究[3,6]提示受試眼在短波長光中可出現(xiàn)調(diào)節(jié)過強(qiáng)的情況。結(jié)合已往研究[7-9]結(jié)果，本研究發(fā)現(xiàn)豚鼠可能在430 nm單色光中調(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏，并發(fā)生高于平常水平的過度調(diào)節(jié)，具有較好視力，同時能較好地調(diào)控眼球的生長，進(jìn)行屈光補(bǔ)償，結(jié)果導(dǎo)致屈光度變化量較大。這一推測的一個依據(jù)是豚鼠視網(wǎng)膜上具有廣泛分布的高密度短波長敏感視錐細(xì)胞[17]，并且與國外研究者[17,22]的觀點(diǎn)一致。530 nm單色光中屈光度會隨調(diào)節(jié)抑制發(fā)生變化，這也間接說明豚鼠在這一單色光中同樣具有較好的調(diào)節(jié)功能，同時也能較好的調(diào)控眼球生長進(jìn)行屈光補(bǔ)償。這一推斷的支持證據(jù)當(dāng)然還有豚鼠視網(wǎng)膜上高密度分布的中波長敏感視錐細(xì)胞，其吸收峰值波長與530 nm非常接近[17]。

已往研究[7-9]并不能確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)是否參與單色光對豚鼠眼屈光發(fā)育的影響過程，而本研究結(jié)果能明確提示。另外從本研究結(jié)果可以進(jìn)一步推測：豚鼠在430 nm單色光中過度調(diào)節(jié)的作用使位于視網(wǎng)膜前的像平面更靠近晶狀體，誘導(dǎo)產(chǎn)生高于單色像差的遠(yuǎn)視變化；當(dāng)抑制調(diào)節(jié)時像平面向后遠(yuǎn)離晶狀體從而導(dǎo)致屈光度遠(yuǎn)視化減少。豚鼠在530 nm單色光中發(fā)生調(diào)節(jié)反應(yīng)使得原來位于視網(wǎng)膜后的像平面也向晶狀體移動但仍舊遠(yuǎn)視離焦，誘導(dǎo)屈光度向近視發(fā)展；此時如果調(diào)節(jié)反應(yīng)不存在也是同樣的離焦結(jié)果，但這一推測成立的話其誘導(dǎo)變化量預(yù)計(jì)會高于研究結(jié)果，并且本研究阿托品的作用結(jié)果很難解釋；因此推測，當(dāng)阿托品作用后530 nm單色光中的調(diào)節(jié)反應(yīng)受到抑制，此時的像平面較原來有更大程度的遠(yuǎn)視離焦，出現(xiàn)更快及幅度更大的近視化。

1%阿托品加強(qiáng)了530 nm單色光促進(jìn)豚鼠眼玻璃體腔延長和近視形成的作用，但減弱430 nm單色光抑制豚鼠眼玻璃體腔延長和遠(yuǎn)視形成的作用。阿托品影響單色光中豚鼠眼屈光發(fā)育的作用很可能是通過抑制眼調(diào)節(jié)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。這進(jìn)一步提示眼調(diào)節(jié)反應(yīng)可能參與了單色光中豚鼠眼的屈光發(fā)育機(jī)制。