《眼科新进展》  2018年10期 905-908   出版日期:2018-10-05   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R
户外蓝光抑制近视相关机制的研究进展


        近视是最常见的屈光不正类型,已经成为全球性的健康问题。过去的半个世纪里,世界各地的近视发病率大幅升高,据估计近视人数将达世界人口的1/3。同时,高度近视可引起视盘周围巩膜及脉络膜变薄、眼变形、视网膜萎缩等问题[1],甚至较早发生视力损害、丧失等。近年来有研究表明,增加户外活动时间可以有效抑制近视[2-4]。相比人造光源,户外日光的光强更强,同时充满了大量的可见短波长光[5],如蓝光、绿光等。进入人眼的光线可以分为可见光(380~780 nm)与不可见光,蓝光是波长在380~500 nm的主要可见光。其中波长在380~440 nm的蓝紫光具有潜在的伤害作用,而440~500 nm的蓝绿光段则被视为有益的光段。蓝光可影响屈光发育,并可将已存在的近视逆转,但具体机制尚不明确。蓝光可能通过影响人体节律调节多巴胺(dopamine,DA)的释放,从而影响屈光状态,蓝光也可能通过影响视锥细胞代谢,最终重塑巩膜引起屈光改变。不同单色光的纵向色差可能是蓝光影响屈光发育的物理光学机制。但近视的发生和发展受多因素综合作用,蓝光抑制近视的机制尚未知,本文将介绍近年来相关的研究假说。
1 蓝光影响屈光发育的机制
1.1 光-多巴胺 DA是视网膜调节释放的神经递质,其本身的合成和分解受光照影响[6],这提示DA可能是户外活动延缓近视的因素之一,很可能在儿童户外活动过程中起重要作用[7]。有研究支持光刺激DA分泌抑制近视的假说[8-9],认为日光抑制近视与DA调节机制有关,DA可能是控制眼球生长的停止信号。增加DA水平可以抑制近视增长,其可能参与了形觉剥夺性近视局部视网膜成像质量改变,从而引起脉络膜变薄和巩膜伸长。
        Ashby等[10]向鸡眼内注入DA抑制药物,发现光对近视的保护作用消失。Nickla等[11]观察到在一昼夜中眼球生长具有节律性,脉络膜厚度与眼球长度的昼夜节律性变化影响眼球的生长;而DA主要在白天合成,可提高日间视网膜功能,这可能与昼夜生物节律有关。DA调节人体内多种重要生理功能,也与视网膜内的生理调节有关,DA在哺乳动物的视觉传导系统中起光适应的信号作用[12]。同时,蓝绿光谱范围的光线对昼夜节律影响最大,日光主要光波的波长为477 nm,与光敏感的视网膜神经节细胞敏感度峰值相似,均位于蓝色波段。
        一些动物研究认为,暴露在亮光下是户外活动抑制近视的重要因素,强光环境下的DA水平更高,近视的发展也明显延缓,然而强光照仅延缓近视进程,却没有改变最终的屈光结果[8,13-14]。也有实验证明低光强和高光强一样具有延缓近视的作用,因此日光与室内光线不同的光谱成分更可能是改变屈光状态的关键因素[15]。户外日光主要由蓝光、部分绿光和极少部分红光组成,相比于饲养在蓝光或白光下,红光环境下饲养的恒河猴发展为近视[16]。日光中的蓝绿光很可能通过影响生物昼夜节律来改变屈光系统,但蓝光影响生物节律与DA分泌的具体关系还需进一步研究。
1.2 视锥细胞代谢的影响 维生素A衍生物包括视黄醇、视黄醛和视黄酸(retinoic acid,RA),光照视锥细胞使视蛋白与11-顺视黄醛分离,后者转变为全反式视黄醛,并被单向氧化为RA,RA在视觉发育中起关键作用,可有效调节感光细胞的分化和发育。RA和近视的发生发展关系密切[17],RA对视网膜、巩膜的发育及光感受器细胞、无长突细胞等的分化和成熟有重要影响。RA在生物学上具有两种功能:其前体物质视黄醛构成光感受器视色基团的光敏感成分,RA对视锥细胞发育有信号靶向作用;可激活近视相关因子,如转化生长因子-β(transforming growth factor-beta,TGF-β)、基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)以及DA等基因的转录因子。
        Mcfadden等[18]用高效液相色谱法,首次研究了RA在哺乳类动物豚鼠眼球发育模型中的作用,结果显示运用形觉剥夺和离焦诱发的近视眼中视网膜RA水平增加,在眼球生长受抑制时降低。Foulds等[19]证明了饲养鸡的环境光为蓝光时可诱导出远视,并且被红光诱导出近视的组别在蓝光的照射下可以被逆转为远视。有实验证明豚鼠眼的屈光状态与巩膜厚度、眼轴长度相关[20]。Huang等[21]的实验证明RA参与了离焦诱导近视型豚鼠的屈光调节,不同色光照射豚鼠后眼轴长度及视网膜视黄酸信号转运系统呈现出不同水平,绿光组(530 nm)眼轴增长最快且视网膜RA水平均明显高于蓝光组和白光组,蓝光组视网膜的RA水平略低于白光组,且相对于白光组出现了远视性漂移。恒河猴经过长波长光照射后,视网膜及巩膜的RA合成和分泌相对增加,而短波长光照射组后视网膜及巩膜RA则相对减少[22]
        视网膜及脉络膜 RA的合成和分泌与眼球的生长成正相关。RA和调节眼球生长的视网膜与巩膜之间的信号级联有关,已知的局部视网膜调控机制为:外界视觉环境改变的信息传递至视网膜,视网膜产生一级近视信号因子(如RA),一级近视信号因子再作用于视网膜色素上皮及脉络膜,使之产生二级信号因子(生长因子等),进一步调控巩膜的生长。环境光在影响眼球发育中与RA的联系有助于解释户外活动抑制近视的现象。总之,代谢产物RA可能是影响屈光发育的重要信号因子,色光干预屈光发育可能是通过干预视锥细胞代谢而最终影响巩膜的重塑,导致眼轴改变。
1.3 纵向色差与屈光 自然光经过角膜、晶状体等屈光介质的折射,因短波长光的折射率比长波长光更强,蓝光等短波长光形成的焦点在长波长光之前,视网膜上形成了纵向色差(longitudinal chromatic aberration,LCA)。一般认为人眼接收550~570 nm波段光线时为正视状态。LCA在视网膜上形成人眼难以察觉的离焦模糊色彩边缘,但足以提供调节眼球生长方向的信号[23]。调节系统会适应LCA不同的焦平面,蓝光形成的焦平面倾向于引发近视性离焦,为人眼正视化屈光发育提供保护作用。Rucker等[24]表示短波长敏感视锥细胞产生的信号可以促进正视化反应。蓝光对时间频率敏感度引起的屈光改变起保护作用,有益于人眼正视化[25]
        目前,多数动物实验研究支持不同单色光与眼球生长发育和屈光发育相关联。Qina等[26]证明豚鼠眼轴长度与不同单色光引起的焦点变化相关,长波长单色光诱导眼轴变长导致近视,短波长单色光诱导眼轴变短导致远视。Jiang等[27]研究发现蓝光可干预豚鼠光学离焦性近视的进展。戴锦晖[28]发现,蓝光环境下饲养的豚鼠与白光组相比偏远视化。Foulds等[19]也发现小鸡在蓝光中发展成远视,且蓝光照射还逆转了红光造成的近视。也有实验[29]表明360~400 nm波段的光抑制了小鸡近视的轴向伸长,抑制了近视的发展。这些结果均说明蓝光可以影响正视化屈光发育,尽管其确切的机制尚不明确。
        Kroger等[30]发现人在不同单色光下进行阅读的调节张力是不同的,蓝光的焦距相对更短,调节更放松,有利于正视化。也就是说,蓝光同样有利于人眼进行正视化调节。但LCA是人眼反射性调节系统的一个刺激因素,并且是介导焦点模糊化刺激的一个中介信号,还需进一步研究。蓝绿两种色光的LCA差值为-1.50 D,但戴锦晖[28]发现这两种色光造成的屈光度的差值实际达到-6.00 D,出现了光学离焦的过补偿现象。Graef等[31]发现LCA测量的心理物理值明显高于反射测量技术,在488~700 nm范围内分别为1.51 D和1.00 D。因此色光干预引起的屈光异常除了LCA作用外,应该还可能存在其他作用机制,LCA与屈光发育的影响仍需进一步研究。
2 现代社会生活中的蓝光
2.1 户外活动与近视 户外活动抑制近视并非取决于活动本身,而是取决于接受户外光照的时间和强度[32]。Justin等[33]研究发现,每周每增加1 h的户外活动时间,近视的发病率就会降低2%。Shah等[2]研究发现,3.0~8.5岁年龄段的儿童,每天每增加1 h的户外活动时间,就会减少近10%的近视风险。有动物实验证实,1 d内进行数次短暂的近视性离焦,能抵全天配戴负镜的作用[34]。Wu等[35]对 7~11岁的中国台湾学生群体进行试验,试验组学生被鼓励课间进行户外活动。1 a后,试验组与对照组的近视率差异由开始的1.41%扩大到了9.24%(P<0.01),试验组的近视率明显低于对照组,这证明课间活动造成的间歇性日光照射有益于抑制近视发生发展。户外活动能有效抑制近视的发生与户外活动能够提供日光照射有关,在合适的年龄段按一定频率接受适量的户外光照有助于低龄人群预防近视。
2.2 蓝光的潜在危害 蓝光危害是指能量高达 380~440 nm蓝紫光段引起的光损伤,可能引起视杆细胞、视网膜色素上皮细胞凋亡,还可引起年龄相关性黄斑变性[36]。除此之外,短波蓝光的照射可能会加重泪膜不稳定的干眼患者的症状。近年来,人们过多关注于蓝光的危害,但不可忽视的是蓝光在调节生物节律、产生暗视力以及屈光发育等方面的重要作用。日常生活中的蓝光防治应针对于高能量部分的蓝紫光段以及高亮度光源环境,可选择性滤过。
3 总结
        蓝光作为自然光源中的主要可见光,在一定程度上可影响眼屈光状态,其可能通过影响生物节律刺激DA的合成分泌影响屈光系统,也可能是通过影响眼内视黄酸等生物化学机制使巩膜重塑,从而改变屈光状态,还可能是物理光学性质中LCA引起的屈光改变。近视的发生和眼球发育受多因素的复杂综合作用,蓝光在这个过程中的作用机制尚不明确,但其刺激产生的各类信号很可能是眼球生长发育过程中的重要环节。随着研究的不断深入,不同波长单色光影响屈光发育的机制会逐渐清晰,有助于探究近视的发病机制。但是蓝光对人眼存在一定的损伤,如何掌控好户外活动接受光照的时间、频率、周期、方式、年龄等还需要进一步探讨与明确,以期达到一个平衡适中的户外光照水平,使蓝光的保护作用发挥到最大效应。