光照對屈光發(fā)育的影響研究

唐國棟，宋繼科，解孝鋒，畢宏生

0引言

國際照明委員會(International Commission on Illumination，CIE)出版的“國際照明詞匯”(International Lighting Vocabulary，ILV)中顯示光的概念為：(1)視覺特有的所有感覺和知覺的特征；(2)從其激發(fā)人類視覺系統(tǒng)的能力的角度考慮的輻射。研究表明，不同強度、波長和頻率的光照對于眼球屈光發(fā)育存在著顯著的區(qū)別[1-9]。研究光照對近視的影響能為以后用正確的光照參數(shù)來抑制近視的進展提供參考，本文總結了近年來光照影響近視發(fā)生發(fā)展的研究成果，這有利于進一步探究近視發(fā)生發(fā)展的機制，也可為此新策略進一步應用于臨床提供參考。

1光照強度對屈光發(fā)育的影響

測量發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)的光照強度僅為幾百勒克斯(Lx)，室外的光照強度在晴天可以達到10000～100000Lx，樹蔭下的光照強度達到了5000～7000Lx。在陰天條件下，戶外光照強度水平亦可達11000～18000Lx[10]。

Cohen等[11]發(fā)現(xiàn)，在低照度(50Lx)的光照條件下飼養(yǎng)的雛雞會發(fā)展成近視，在高照度(10000Lx)的光照條件下飼養(yǎng)的雛雞會發(fā)展成遠視。對于形覺剝奪性近視(form deprivation myopia, FDM)模型小雞，在更明亮的光照環(huán)境下(10000～40000Lx)，隨著光強度的增加(500、10000、20000、30000和40000Lx)，雛雞的屈光度降低，眼軸變短。而且每天暴露于40000Lx的光照下幾乎完全可以防止FDM的發(fā)生[12]。對于恒河猴來說，暴露在高照度的陽光下也可減少近視的風險[3]，且強光對恒河猴的FDM發(fā)展也有保護作用[13]。與FDM不同[14]，高水平的光照強度并沒有改變透鏡誘導性近視(lens induced myopia, LIM)對眼睛的誘導作用。在LIM的雛雞中，雖然高水平光照下負透鏡的誘導速度明顯減慢，但是最終還是會誘導成近視。對于靈長類動物來說，高水平的光強度并沒有改變和減緩靈長類動物LIM的發(fā)生[15]。這些結果表明，在靈長類動物中，F(xiàn)DM和LIM引起的近視是由不同機制介導的。對于極低的光照強度來說，Landis等[8]提出在抑制近視發(fā)生的過程中，暗光(<1Lx)和高強度光線(>1000Lx)一樣重要。他們發(fā)現(xiàn)近視兒童在暗光下(<1Lx)暴露的時間也明顯低于非近視兒童。這表明暗光環(huán)境對人類視覺的發(fā)育也很重要。以上研究結果表明，在制定高水平光照強度的治療方案以延緩兒童近視時，應考慮FDM和LIM引起的近視之間的差異，并且應該用弱光和強光綜合作用來達到預防近視的目的。

2光照時間對屈光發(fā)育的影響

最近有一些研究表明，隨著戶外活動時間的增加，近視的發(fā)生率和進展率顯著降低[16-19]?？梢?，暴露在光照下的時間長短也其抑制近視發(fā)生發(fā)展的重要因素。

Lan等[20]將雛雞暴露在恒定的強光下不同時間后發(fā)現(xiàn)，每天暴露于連續(xù)強光照射5h后，才能觀察到對近視的顯著抑制作用。在流行病學調(diào)查中，也有相應的結果。在丹麥，根據(jù)地區(qū)和季節(jié)的不同，一天接受光照的時間從7～17.5h不等，Cui等[21]通過研究235例患有近視的丹麥北部兒童發(fā)現(xiàn)，在6mo中，居住在平均接受日照2782±19h的地區(qū)的兒童，眼軸增長0.12±0.09mm，近視進展0.26±0.27D；居住在平均接受日照1681±24h的地區(qū)的兒童眼軸增長0.19±0.10mm，近視進展0.32±0.27D。有學者根據(jù)所做出的流行病學研究估計，兒童每天需要在至少10000Lx的光照水平下度過大約3h，才能有效防控近視的發(fā)生發(fā)展[22]。Wu等[23]研究發(fā)現(xiàn)，較高的日均曝光量者眼軸生長相對緩慢。此外，他們還研究發(fā)現(xiàn)，在較低的光照強度(1000～3000Lx)下延長曝光時間(>200min)，可以達到與較高光照強度(10000Lx)較短曝光時間(125～199min)下的近視發(fā)展相近的抑制效果。Wu等[23]提出的這一方案為防控近視提供了一個較好的光暴露標準，同時使兒童免于因暴露于高強度的陽光照射而產(chǎn)生白內(nèi)障、黃斑病變或皮膚癌等疾病。

3波長對屈光發(fā)育的影響

3.1可見光可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，一般人的眼睛可以感知的光的波長在400～780nm。波長不同的電磁波，引起人眼的顏色感覺不同。在可見光范圍內(nèi)，研究人員發(fā)現(xiàn)某段波長范圍的光對近視的發(fā)生和發(fā)展有一定的影響。陽光的波譜具有平滑連續(xù)分布的特征，但是室內(nèi)光源，如熒光燈或發(fā)光二極管，有一些波長區(qū)域非常強，而一些區(qū)域卻是缺失的。Qian等[24]對比了紅綠色盲高中生與色覺正常高中生近視的患病率。發(fā)現(xiàn)在紅綠色盲患者中，近視的發(fā)病率明顯低于正常學生，近視程度也明顯低于色覺正常的學生。這表明色覺差異或不同單色光可能在近視的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用。

動物實驗也證實了單色光對近視發(fā)生和發(fā)展的影響。Zou等[25]將豚鼠隨機分為短波(SL)組，中波(ML)組和白光(WL)組。在照明10wk之前和之后測量屈光度和軸向長度，發(fā)現(xiàn)豚鼠在SL組出現(xiàn)相對遠視，在ML組出現(xiàn)相對近視。同樣的實驗結果也在雛雞[3]、魚[26]等動物中得到。在短波長的單色光飼養(yǎng)下的動物，雞[27]和小鼠[28]變得更加遠視。這可能是由于波長離焦的作用。與長波長光相比，短波長光的焦點更靠前，是由于同一光學介質對短波長光比對長波長光具有更高的折射率，兩者之差稱為縱向色差(longitudinal chromatic aberration, LCA)。通過LCA得出，長波長單色光因其焦點靠后導致眼球相應的代償性增長以讓其落在視網(wǎng)膜上，產(chǎn)生相對性近視；短波長單色光焦點靠前產(chǎn)生相對性遠視。

Liu等[29]將9只猴子飼養(yǎng)在紅光下發(fā)現(xiàn)，紅光下9只猴子中的2只猴子在第16wk出現(xiàn)近視，而其他7只猴子在整個實驗過程中一直保持遠視，但是遠視度數(shù)略有下降。對于同樣的實驗動物，Smith等[30]通過在恒河猴眼前加入紅色濾光片來保證紅光照射，研究發(fā)現(xiàn)恒河猴在紅色單色光下會變得更加遠視。對于同樣的實驗動物，不同的研究者得出了不同的結果。這兩者的差異可能是由于光照強度引起的，通過比較發(fā)現(xiàn)，Liu等[29]使用的紅色LED燈的光照度接近200Lx，Smith等[30]使用紅色濾光片，其將照射到眼睛內(nèi)的光線強度下降到50Lx，這個強度的光線達不到眼睛向正視化發(fā)展的條件，故表達為更加遠視的狀態(tài)。在其他物種，Gawne等[31]發(fā)現(xiàn)樹鼩在暴露于窄帶紅光下13d后仍保持遠視，而暴露于窄帶藍光下會使樹鼩在開始的一段時間內(nèi) (約27d)變得遠視，然后在后期階段變得近視[32]。作者解釋這是由于在窄帶藍光中，樹鼩失去了通過反饋機制檢測離焦并且調(diào)節(jié)的能力，這使LCA發(fā)揮不了作用。

對于為何在長波長光照射下，豚鼠、雛雞等實驗動物產(chǎn)生近視，而恒河猴和樹鼩產(chǎn)生遠視，目前這種差異產(chǎn)生的具體原因還在研究當中，除了光照強度和物種外，還可能是由于帶寬、年齡、特定波長分布，以及暴露的時間等因素造成的。

3.2紫外光根據(jù)CIE的ILV，可見光的下限被定義為360～400nm，但紫外光的A射線的范圍是320～400nm[33]。這兩者的范圍重疊，所以很多時候我們采取了過度的防紫外線措施(如防紫外線眼鏡、窗戶玻璃等)，這其實也擋住了有益的可見紫光(360～400nm)的照射。

在動物實驗中，Strickland等[28]將小鼠暴露在紫光(400±20nm)中，發(fā)現(xiàn)紫光抑制了近視的發(fā)生。但是其將視錐細胞功能障礙的小鼠暴露在紫光中，紫光并沒有抑制近視的發(fā)生，這表明視錐細胞參與了紫光引發(fā)的遠視反應。Torii等[27]將雞暴露在360～400nm的紫外光下時，發(fā)現(xiàn)紫外線對LIM有保護作用，并且發(fā)現(xiàn)通過紫外線照射可使近視抑制基因Egr1表達增加。Torii等[27]還進行了回顧性的臨床研究，比較了近視兒童配戴防紫外線隱形眼鏡和不防紫外線隱形眼鏡的區(qū)別。數(shù)據(jù)顯示，不防紫外線的隱形眼鏡對近視進展的抑制作用最強。以上這些結果表明，紫光和紫外光可能是控制近視發(fā)展的重要室外環(huán)境因素之一。

4光照節(jié)律對眼球屈光發(fā)育的影響

晝夜節(jié)律是一種周期約為24h的生物變異，由一種基于細胞的自主分子計時機制。早在1957年，Jensen等[34]發(fā)現(xiàn)接受連續(xù)光照的雛雞的眼球重量比每天只接受12h人工光照的雛雞的眼球重量重大約38%，眼球直徑大2.4mm。Nickla等[35]在暴露于持續(xù)光照下的雛雞中發(fā)現(xiàn)了其眼軸的增長，他們猜測在異常的明暗周期下可能改變眼的晝夜節(jié)律，這導致了異常的眼球發(fā)育和屈光不正的發(fā)展。Weiss等[36]發(fā)現(xiàn)雛雞的眼睛在白天生長，在晚上“收縮”。脈絡膜厚度也表現(xiàn)出晝夜節(jié)律，夜間增厚，白天變薄，與眼軸生長的節(jié)律大致相反。且發(fā)生形覺剝奪性近視的雛雞，眼軸的生長節(jié)律消失，眼睛在白天和黑夜都生長。對于人眼來說，人眼的眼軸長度通常在中午最長，在晚上最短，日變化的平均幅度約為25～45μm[37]。Brown等[38]對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的重新分析，他們發(fā)現(xiàn)人類脈絡膜厚度的日波動與眼軸長度的波動大致相反，日變化平均幅度約為30μm。

為探究最佳的光照時間節(jié)律對近視的影響，Zhou等[39]通過將小鼠飼養(yǎng)在3種不同的光/暗周期(18h/6h, 12h/12h和6h/18h)下，觀察了每天長時間光照對眼屈光狀態(tài)和各種光學成分的影響，發(fā)現(xiàn)18h組與12h和6h的光照相比，其小鼠的近視程度更高，玻璃體更長，視網(wǎng)膜更薄，可見在長時間的環(huán)境照明節(jié)律中可以誘導相對近視。

5光照頻率對近視的影響

兒童在室內(nèi)使用電視、智能手機、平板電腦等屏幕終端已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N普遍的現(xiàn)象，屏幕終端發(fā)出的光是頻閃光。除電子產(chǎn)品外，LED臺燈也是兒童經(jīng)常接觸的光源，與白熾燈或熒光燈相比，LED燈可能包含更多低頻可見閃爍和高頻不可見閃爍的光。

Pan等[40]發(fā)現(xiàn)在LED燈下學習的孩子相較于在白熾燈或熒光燈下更容易患近視。實驗研究也表明，持續(xù)閃爍的光線會導致豚鼠進行性近視[41-42]。不同頻率的閃爍光對近視產(chǎn)生不同的影響。在這些頻率當中，0.5Hz的閃光比其他頻率的光更容易誘導高度近視和眼軸軸向伸長。Schwahn等[43]指出6Hz或以上的閃爍光可抑制FDM和LIM的發(fā)生。但是，Crewther等[44]表明在低頻(1、 2、4Hz)的閃爍光條件下，配戴正或負鏡片的小雞最終會向近視的方向發(fā)展。

閃爍光刺激近視的確切發(fā)病機制尚不清楚。因此，需要更多的研究來闡明影響閃爍光誘導的近視的屈光發(fā)育的機制，特別是視網(wǎng)膜神經(jīng)遞質和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑與近視發(fā)生發(fā)展的關系，這可能會成為未來近視治療和設計電子產(chǎn)品的重要參考。

6總結與展望

綜上所述，不同的光照強度、頻率以及波長等光環(huán)境的屬性與眼球屈光發(fā)育存在著密切關聯(lián)，這個過程中的作用機制也在逐漸明確，其刺激產(chǎn)生的各類信號因子很可能在眼球生長發(fā)育過程中扮演了重要的角色。利用什么強度的光照能防治近視又不易引發(fā)曬傷等損害、兒童青少年暴露在長波長單色光下還是短波長單色光下能防治近視等，這些關于光照與眼球屈光發(fā)育改變的相關性研究還有很多爭議。隨著研究的不斷深入，研究者通過可穿戴設備檢測兒童青少年的戶外光暴露量等參數(shù)，可以為以后尋找抑制近視發(fā)生發(fā)展的最佳光照強度、時間、波長等提供理論支持。在未來，也可為設計和開發(fā)防控近視的新型設備、設定照明行業(yè)的最佳參數(shù)等提供參考數(shù)據(jù)，以期更好地對兒童青少年近視進行預防和治療，提高兒童青少年的視覺健康水平。