《眼科新进展》  2017年11期 1001-1004   出版日期：2017-11-05   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R
大气颗粒物PM2.5附着于角膜接触镜及其对角膜接触镜透氧性及折射率的影响


    随着空气污染加重，雾霾对健康的影响越来越受到公众关注。大气颗粒物是雾霾的主要成分，是大气环境中化学组成最复杂、危害最大的污染物。流行病学研究已证实，空气中的大气颗粒物对人体健康存在威胁，与一系列疾病包括慢性阻塞性肺疾病、哮喘、心血管疾病、自身免疫性疾病、发育损害、表观遗传异常等相关［1-3］。人们将大气颗粒物动力学直径≤2.5 μm 的固体颗粒物称为PM2.5，目前认为PM2.5是雾霾的主要成分，可对人体健康产生负面影响［4-5］。在雾霾环境下配戴角膜接触镜时PM2.5与角膜接触镜直接接触，那么PM2.5是否会附着于角膜接触镜表面？PM2.5主要由含碳物质、元素碳的总和、金属元素和有机物组成，由于其化学成分复杂，PM2.5附着于角膜接触镜后是否会对角膜接触镜的物理和化学特性产生影响？本研究在体外条件下，将角膜接触镜浸泡入PM2.5混悬液，应用场发射扫描电子显微镜对PM2.5在硬性透气性角膜接触镜（rigid gas permeable contact lens，RGPCL）和软性角膜接触镜（soft contact lens，SCL）上的附着情况进行观察，并检测角膜接触镜的透氧性及折射率。为进一步研究大气颗粒物对角膜接触镜以及眼表的影响提供依据。
1　材料与方法
1.1　实验材料、主要试剂和仪器　选用同一生产批次角膜接触镜包括硬性和软性两类。RGPCL-3.00 D 18只（露晰得Extra，韩国露晰得公司）；SCL-3.00 D18只（软性亲水角膜接触镜 Nesofilcon A，美国博士伦有限公司）。大气颗粒物智能采样仪（武汉天虹仪表有限责任公司），聚四氟乙烯滤膜（美国Whatman公司），真空冷冻干燥机（德国Christ公司），场发射扫描电子显微镜（Hitachi SU6600），恒温摇床仪（美国Themo公司），极谱法透氧仪201T（美国Neilson公司），折光仪CLR12-70（英国INDEX公司），PBS（上海碧云天生物技术有限公司）。
1.2　方法
1.2.1　PM2.5的采集及混悬液配制　PM2.5由西安环境监测站某超级站提供，采用武汉天虹仪表有限责任公司生产的TH-16 A四通道大气颗粒物智能采样仪，切割粒径为2.5 μm，采用美国产Whatman聚四氟乙烯滤膜进行采样。采样时间为当天上午10∶30至次日上午8∶30，每天22 h连续采样，2015年10月1日至31日采样1个月。将载有PM2.5的聚四氟乙烯滤膜裁剪为1.0 cm×1.0 cm浸入蒸馏水中，超声振荡45 min×3次后用6层纱布滤过，真空下冷冻干燥，称质量，4 ℃冰箱保存备用。使用前，将PM2.5稀释于无菌的PBS中，浓度为1 mg·mL-1，用超声旋涡处理。
1.2.2　实验处理和分组　将RGPCL和SCL分为实验组、洗脱组和对照组，每组各6只。将角膜接触镜放入24孔板中，实验组和洗脱组每孔加入1 mg·mL-1 PM2.5混悬液，置于室温，摇床上振荡24 h；洗脱组经上述处理后，再浸入无菌PBS中室温振荡1 h。对照组镜片浸入无菌PBS中，置于室温，摇床上振荡24 h。
1.2.3　PM2.5在角膜接触镜上的附着　将角膜接触镜常规处理后，观察面朝上，置真空干燥机内冷冻干燥，喷金后应用场发射扫描电子显微镜检查，予以拍照记录。
1.2.4　角膜接触镜透氧性检测　将角膜接触镜放在样品测试电极上，电极置于温度为（35.0±0.5） ℃恒温培养箱中，校准电流，待电流稳定后读取，记录数值，测量3次，取平均值。
1.2.5　角膜接触镜屈光指数检测　将角膜接触镜凹面向上放在样品池中央，单个扫描模式，在（20±2） ℃温度下操作，待温度稳定后再读数，记录数值，测量3次，取平均值。
1.3　图像分析及统计学方法　应用Image pro plus对角膜接触镜表面大气颗粒物附着数进行计数。使用SPSS 17.0统计软件处理实验数据，计量资料以（x?±s）表示，组间比较采用t检验，以P<0.05 为差异有统计学意义。
2　结果
2.1　PM2.5在RGPCL表面附着情况　经过PM2.5混悬液浸泡后，实验组RGPCL表面，发现存在较多PM2.5附着，呈散在分布（图1A）。实验组RGPCL表面大气颗粒物计数为每100 μm2（3.19±1.64）个。对照组电镜扫描未发现大气颗粒物沉着（图1B）。经洗脱后，洗脱组RGPCL表面仍可见大量大气颗粒物附着（图1C），每100 μm2 （5.12±1.27）个。洗脱组与实验组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。



2.2　PM2.5在SCL表面附着情况　经过PM2.5混悬液浸泡后，实验组SCL表面，大气颗粒物集中附着在SCL水凝胶孔隙边缘，而在孔隙中未见大气颗粒物附着，大气颗粒物细小，均匀（图2A）；实验组SCL表面大气颗粒物计数为每100 μm2 （2.16±1.19）个。对照组SCL表面无大气颗粒物附着（图2B）。经洗脱后，洗脱组SCL表面大气颗粒物计数为每100 μm2（0.56±0.39）个（图2C），洗脱组与实验组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。
    对实验组RGPCL和SCL表面大气颗粒物附着数进行比较，RGPCL表面大气颗粒物附着量较多，差异有统计学意义（P＜0.05）。



2.3　PM2.5附着对角膜接触镜透氧性的影响　经过PM2.5混悬液浸泡后，实验组RGPCL的透氧性为100.00±3.17，对照组为100.00±2.36；两组比较差异无统计学意义（P>0.05）。实验组SCL透氧性为42.00±2.57，对照组为 41.00±3.44，两组比较差异亦无统计学意义（P>0.05）。
2.4　PM2.5附着对角膜接触镜屈光指数的影响　经过PM2.5混悬液浸泡24 h后，实验组RGPCL的折射率为1.415 6±0.000 4，对照组为1.415 3±0.000 4，两组比较差异无统计学意义（P>0.05）。实验组SCL折射率为1.373 7±0.000 7，对照组为 1.373 2±0.000 1，两组比较差异亦无统计学意义（P>0.05）。
3　讨论
    角膜接触镜的沉淀物一般是指镜片表面及其基质内的蛋白质、脂质、钙盐、微生物和色素等［6］。一般认为镜片沉淀物可降低镜片的透氧性能，缩短镜片的使用寿命，引起眼表症状，影响角膜接触镜配戴的安全性及有效性［7］。长期在雾霾环境中配戴，镜片直接与PM2.5相接触，大气颗粒物是否会附着于角膜接触镜表面？本研究将角膜接触镜浸泡在PM2.5混悬液中，模拟空气中大气颗粒物附着于角膜接触镜的情况。由于大气颗粒物直径微小，一般观察设备如裂隙灯显微镜、共聚焦显微镜等无法观察到角膜接触镜表面大气颗粒物的附着情况［8］，因此本研究选用场发射扫描电子显微镜，观察大气颗粒物附着于角膜接触镜的情况。
    本研究显示，大气颗粒物在RGPCL和SCL表面均可附着，该结果提示在雾霾环境中配戴角膜接触镜，大气颗粒物可能会附着于角膜接触镜表面。进一步分析，发现PM2.5在RGPCL表面附着量多于SCL，提示雾霾环境可能对RGPCL的影响较大，但这一结论有待进一步论证。经洗脱后，洗脱组RGPCL表面大气颗粒物附着量反而较实验组增加。对于这一结果，我们认为大气颗粒物附着于RGPCL表面后，经振荡洗涤时将大直径的大气颗粒物分解为更多细小的大气颗粒物，附着在RGPCL表面，由此提示单纯物理清洗对附着在RGPCL表面的大气颗粒物无效。此外，我们观察到SCL水凝胶孔隙中基本无PM2.5附着，PM2.5主要附着在水凝胶孔隙间，且洗脱基本可以清除SCL表面大气颗粒物，这些附着及洗脱特征均提示由于RGPCL和SCL材质不同，可能导致PM2.5附着角膜接触镜表面的特性不同。我们需要进一步研究影响大气颗粒物在角膜接触镜表面附着的因素，如是否受化学键、亲水性、静电吸引力等作用。并且针对雾霾等环境因素，改良角膜接触镜材料，在安全和有效配戴角膜接触镜的同时，对角膜接触镜材料进行防霾处理。此外在雾霾环境下配戴角膜接触镜，需要考虑角膜接触镜护理清洁系统对大气颗粒物的清洗效果［9］，开发有效的除霾护理清洁系统。
    PM2.5成分复杂，含有无机物，多种重金属如Fe、Cu、Cr等［10］，上述物质附着在角膜接触镜表面，可能会对不同材质的角膜接触镜物理和化学特性产生影响。在本研究中PM2.5附着于角膜接触镜，24 h内并未对角膜接触镜的透氧性和折射率产生影响。这可能与本研究条件下大气颗粒物在角膜接触镜表面附着时间较短有关。在雾霾环境长期配戴角膜接触镜，PM2.5是否会引起角膜接触镜物理和化学特性的改变？附着于角膜接触镜的PM2.5是否与泪膜和或其他附着在镜片表面的沉淀物如蛋白质等相互作用？目前研究已证实大气颗粒物与眼表疾病发生有密切关系［11-12］，我们前期研究结果显示体外给予PM2.5可致小鼠泪膜功能和角膜上皮细胞结构异常［13］，那么，雾霾环境配戴角膜接触镜，PM2.5附着于角膜接触镜后，是否会引起配戴者眼表功能异常?这些问题都亟待我们进一步研究。
    综上所述，PM2.5可以附着在角膜接触镜表面。RGPCL和SCL因其材料不同，PM2.5附着量及洗脱效果有所不同，短时间内不会对角膜接触镜透氧性和折射率产生影响。我们将进一步观察长时间PM2.5附着于角膜接触镜及对角膜接触镜的理化特性影响，并针对PM2.5的不同组分，研究其对角膜接触镜的作用及眼表的影响。