不同海拔地区眼部生物有效紫外辐射的差异研究

于佳明，王亚洲，王芳，高倩，李发明，华慧，陈仁彤，关雨沅，刘扬

（中国医科大学1.附属第四医院眼科，沈阳110005；2.公共卫生学院环境卫生教研室，沈阳110122）

·论著·

不同海拔地区眼部生物有效紫外辐射的差异研究

于佳明1，王亚洲2，王芳2，高倩2，李发明2，华慧2，陈仁彤2，关雨沅2，刘扬2

（中国医科大学1.附属第四医院眼科，沈阳110005；2.公共卫生学院环境卫生教研室，沈阳110122）

目的探讨不同海拔的西昌和绍兴地区眼部暴露生物有效紫外辐射强度的差异，为眼紫外线防护提供依据。方法采用自行研制的旋转式眼紫外线暴露模型，在晴好天气下，分别在西昌和绍兴进行监测。运用AvaSoft 7.4 for USB2软件和OriginPro 8.0软件进行数据分析和处理。结果西昌和绍兴眼部生物有效紫外辐射暴露强度的日间变化呈双峰分布，西昌角膜、结膜和晶状体的加权UVBE最大值分别是绍兴的1.7倍、近2倍和1.8倍。相同太阳高度角下，西昌角膜、结膜、晶状体生物有效强度均高于绍兴。结论不同海拔两地区的眼部生物有效暴露强度的日间变化均呈双峰分布。相同太阳高度角下，其角膜、结膜和晶状体的生物有效紫外线强度存在明显差异，西昌均高于绍兴。

海拔；眼；生物有效紫外暴露

过量的紫外辐射可导致角膜结膜炎［1］、翼状胬肉［2］和老年性白内障［3］等眼部损伤。海拔是影响紫外辐射的重要因素。目前，有研究［4-5］进行了不同海拔地区白内障发病率及其危险因素的探讨，但是这些研究都是利用环境紫外线暴露强度进行评价的，并没有采用眼部生物有效紫外辐射强度（biological effective ultraviolet irradiance，UVBE），更鲜有涉及到不同海拔地区眼部生物有效紫外辐射的差异及危险性的报道。本研究在我国纬度相近但海拔不同的西昌和绍兴，采用眼部紫外线暴露模型进行监测，其数据根据国际照明委员会2008年资料进而加权计算，获得角膜、结膜和晶状体的生物有效紫外辐射强度，以此阐明不同海拔高度其生物有效紫外辐射的差异。

1 材料与方法

1.1 监测地点和时间

选择四川省西昌市（海拔约1 515 m，27.87°N，102.26°E）和浙江省绍兴市斗门镇（海拔约9 m，30.1°N，120.6°E），分别在7月和5月开展监测。

1.2 监测气象条件

选择晴朗天气、天空中无云的气象条件，监测当日绍兴市环境空气质量为良（AQI 51～100），西昌市为良（AQI 51～100）。

1.3 监测设备

监测模型为旋转式眼部紫外辐射暴露模型，紫外线监测仪为荷兰生产的AvaSpec-2048×14-2-USB2型光纤光谱仪。

1.4 监测方法

每次监测的开始位置为监测模型正对太阳方向。连续监测3 d，选择天气最好一天的数据，监测时间为北京时间（CST）7时至18时，太阳高度角（solar elevation angle，SEA）覆盖范围在10°～82°。

1.5 数据处理与分析

1.5.1 紫外辐射物理强度计算：监测数据通过仪器自带的“AvaSoft 7.4 for USB2.0”软件处理为Microsoft Excel格式。并通过OriginPro 8.0软件处理数据，计算出环境和眼部暴露紫外辐射全波段范围的强度积分数值。

1.5.2 生物有效紫外辐射强度计算：由监测获得的紫外辐射强度值与相应的眼部不同生物有效光谱权重值相乘得到。公式如下：UVBE=ΣEλ·Aλ·Δλ。Eλ为眼部UVB段不同波长的紫外辐射暴露强度，单位为μW/cm2；Aλ为生物有效光谱加权值（角膜为280～320 nm、结膜为280～308 nm、晶状体为280～370 nm）；△λ为光谱的波长间隔1 nm，见图1。

图1 UVB不同波长下的生物有效紫外辐射强度加权值Fig.1Values for the biologically effective weight value of the cornea，conjunctiva，and lens at different wavelengths

2 结果

2.1 角膜加权生物有效强度的日间变化

西昌和绍兴眼角膜加权UVBE值的日间变化均为双峰分布，最大值分别为5.71和3.23 μW/cm2；分别出现在SEA 50°～57°和53°～64°左右。在29°～50°和9°～53°SEA范围时，随SEA的增加而增加；在57°～82°和64°～82°SEA范围时，随SEA增加而递减。相同SEA，眼角膜加权UVBE值西昌明显大于绍兴。见图2、3。

图2 眼部角膜加权生物有效紫外线暴露强度随时间分布Fig.2The diurnal distribution of biologically effective UVB rays of the cornea

图3 眼部角膜加权生物有效紫外线暴露强度随SEA变化Fig.3The variations of the biologically effective UVB rays of the cornea based on SEA

2.2 结膜加权生物有效强度的日间变化

两地眼结膜加权UVBE值的日间变化均为双峰分布，最大值分别为0.043和0.022 μW/cm2；分别出现在SEA 50°～57°和40°～64°左右，之后结膜加权UVBE值随SEA增加而降低。相同SEA下，眼结膜加权UVBE值西昌明显大于绍兴。见图4、5。

2.3 眼晶状体加权生物有效强度的日间变化

两地眼晶状体加权UVBE值的日间变化均呈双峰分布，最大值分别为8.13和4.61 μW/cm2，分别出现在SEA 50°～57°和53°～64°之间，均随SEA增高而降低。与角膜、结膜加权UVBE值相似，相同SEA下，晶状体加权UVBE值西昌也明显大于绍兴。见图6、7。

图4 眼部结膜加权生物有效紫外线暴露强度随时间分布Fig.4The diurnal distribution of the biologically effective UVB rays of the conjunctiva

图5 眼部结膜加权生物有效紫外线暴露强度随SEA变化Fig.5The variations of the biologically effective UVB rays of the conjunctiva based on SEA

图6 眼部晶状体加权生物有效紫外线暴露强度随时间分布Fig.6The diurnal distribution of the biologically effective UVB rays of the lens

图7 眼部晶状体加权生物有效紫外线暴露强度随SEA变化Fig.7The variations of the biologically effective UVB rays of the lens based on SEA

3 讨论

海拔是影响环境UVB紫外辐射强度的重要因素，以往的研究都是采用环境UVB物理强度进行评价，没有反映角膜、结膜和晶状体靶器官的生物效应响应光谱范围和不同波长的效应权重。因此，采用眼部不同部位生物有效紫外辐射强度来研究不同海拔地区眼损伤的差异，比直接用环境UVB辐射强度来评价更具有生物学意义。

本研究的监测和计算结果表明，西昌眼角膜、结膜和晶状体加权生物有效紫外线强度值分别是绍兴的1.7倍、近2倍和1.8倍，且比两地紫外线环境及眼部物理强度的差异要明显。这说明由于高海拔地区空气稀薄，对紫外线的吸收作用也相应减少，具有效应权重值较大的紫外线短波光谱高于低海拔地区。因此，采用眼角膜、结膜和晶状体紫外线加权生物有效强度值进行生物效应评估更能阐明紫外线对眼损伤的危险性。这不仅评价了不同海拔的眼暴露的危险性，也为紫外线眼部损伤提供了一种评价方式。

［1］IONESCU AM，DE LA CRUZ CARDONA J，GONZÁLEZ-ANDRADES M et al.UV absorbance of a bioengineered corneal stroma substitue in the 240 to 400 nm range［J］.Cornea，2010，29（8）：895-898.DOI：10.1097/ICO.0b013e3181ca3650.

［2］SHERWIN JC，HEWITT AW，KEARNS LS，et al.The association between pterygium and conjunctival ultraviolet autofluorescence：the norfolk island eye study［J］.Acta Ophthalmol，2013，91（4）：363-370.DOI：10.1111/j.1755-3768.2011.02314.x.

［3］BALASUBRAMANIAN D.Ultraviolet radiation and cataract［J］.J Ocul Pharmacol Ther，2000，16（3）：285-297.DOI：10.1089/ jop.2000.16.285.

［4］YU JM，YANG DQ，WANG H，et al.Prevalence and risk factors of lens opacities in rural populations living at two different altitudes in China［J］.Int J Ophthalmol，2016，9（4）：610-616.DOI：10.18240/ ijo.2016.04.23.

［5］边领斋，刘巨平，魏瑞华，等.云南省高海拔农村多民族聚居区年龄相关性白内障危险因素调查［J］.眼科新进展，2013，33（1）：63-67.DOI：10.13389/j.cnki.rao.2013.01.017.

（编辑 于溪）

Differences in Ocular Biologically Effective Ultraviolet Irradiance at Different Altitudes

YU Jiaming1，WANG Yazhou2，WANG Fang2，GAO Qian2，LI Faming2，HUA Hui2，CHEN Rentong2，GUAN Yuyuan2，LIU Yang2
（1.Department of Ophthalmology，The Fourth Affiliated Hospital，China Medical University，Shenyang 110005，China；2.Department of Environmental Health，School of Public Health，China Medical University，Shenyang 110122，China）

ObjectiveTo explore the difference in ocular biologically effective ultraviolet irradiance in two areas with different altitudes，Xichang and Shaoxing，and provide a reference basis for ocular UV protection.MethodsA self-designed rotating mannequin and dual-detector spectrometer were used to monitor the intensity of ocular exposure to UV irradiation under clear skies in Xichang and Shaoxing.Monitoring data were processed and analyzed with AvaSoft 7.4 USB2 software and OriginPro 8.0 software.ResultsThe diurnal variations of ocular biologically effective ultraviolet irradiance exhibited bimodal distribution in Xichang and Shaoxing.The maximum UVBEcorn，UVBEconj，and UVBElens of Xichang were about 1.7 times，2 times，and 1.8 times that of Shaoxing，respectively.Under the same solar elevation angle，the biologically effective ultraviolet irradiance of the cornea，conjunctiva，and lens in Xichang were higher than those of Shaoxing.ConclusionThe diurnal variations of ocular biologically effective ultraviolet irradiance exhibit bimodal distribution in areas at two different altitudes.Under the same solar elevation angle，the biologically effective ultraviolet irradiance of the cornea，conjunctiva，and lens of Xichang are significantly higher than those of Shaoxing.

altitude；eye；biological effective ultraviolet irradiance

R122.25

A

0258-4646（2017）05-0385-03

10.12007/j.issn.0258-4646.2017.05.001

国家自然科学基金（81273034）；辽宁省自然科学基金（2014021009）

于佳明（1969-），女，副研究员，博士.

刘扬，E-mail：yangliu@cmu.edu.cn

2017-01-07

网络出版时间：