光与近视研究综述(一)

蔡建奇，郝文涛，曾珊珊，郭 娅，曲翔宇，卫 科，

唐姗姗2，温蓉蓉6，冯垲威6

(1. 中国标准化研究院，北京 100191；2.北京理工大学，北京 100081；3. 昆山人因健康工程研发中心有限公司， 江苏 苏州 215333；4.中国计量大学，浙江 杭州 310018；5.绵阳市产品质量监督检验所，四川 绵阳 621051； 6.北京阳明智道光电科技有限公司，北京 100102)

1 近视现状与分类

近视对人类视觉的威胁正在增加。近百年来，全球近视人口呈快速上升趋势。在美国，成年人群近视比例从20世纪70年代的25%增加到2004年的超过40%[1,2]。在东亚，年轻人近视比例处在80%～90%范围内[3]。2000年全球近视患者为14.06亿，到了2010年达到19.5亿(占全球人口比例28.3%)，同时预测到2020年全球近视人数将达到26.2亿，到2050年全球近视人口将达世界总人口的一半(47.58亿)，其中包括9.38亿高度近视人口[4]。近视已经成为严重影响公众健康及生活质量的公共卫生问题。

2 近视的成因与光的影响

医学上，近视分为屈光性近视和轴性近视[5]。根据近视的定义，近视是眼在调节松弛状态下，平行光线经眼的屈光系统的折射后焦点落在视网膜之前[6]。折射光焦点落在视网膜之前，可能是因为屈光系统(主要是角膜和晶状体)的屈光度过大，也可能是屈光系统到视网膜之间的距离(眼轴长度)过长。因此，按照屈光成分，近视可以分为屈光性(角膜屈光度过大)和轴性(眼轴长度过长)近视。对于这两种近视，引起它们的成因是不同的。

2.1 屈光性近视

人眼屈光系统主要为角膜和晶状体。在正常人眼中，视远和视近是通过睫状肌悬韧带控制的晶状体表面曲率[7]。当睫状肌收缩时，晶状体在悬韧带共同作用下发生形变，致使晶状体屈光度变大，此时人眼适于视近。当睫状肌舒张时，晶状体形变量减少，致使晶状体屈光度减小，此时人眼适于视远。若人眼睫状肌长期收缩而处在紧张状态，会导致睫状肌痉挛而减弱其调节能力[8]，晶状体形状与表面曲率变化范围变小，角膜曲率也会相应地发生变化，从而造成屈光性近视。

屈光性近视的成因主要是睫状肌痉挛引起的调节能力减弱。睫状肌长时间的紧张与收缩是造成睫状肌痉挛的首要原因。睫状肌的收缩与舒张取决于神经系统的调节。外部光信号在视网膜转换为的神经信号，再经过外膝体而最终传输至人脑视皮层[9]。当视网膜成像不清晰时，视皮层上相关功能区域识别出成像质量差的信号，会发出神经信号，通过神经元传输至人眼睫状肌，通过控制睫状肌收缩与舒张来调节晶状体形状，从而改变视网膜上成像质量[10]。若人眼长期处在视近状态，视神经为使视网膜成像清晰而控制睫状肌保持收缩状态，造成屈光性近视。因此，屈光性近视的产生与视网膜成像相关。像质本身与入眼光是紧密相关的，因此屈光性近视与光相关。

2.2 轴性近视

视网膜是人眼中接收光信号与成像的关键部分。视网膜外部外覆盖着脉络膜，而脉络膜外部又覆盖着巩膜。巩膜对眼球外壁加固发挥着重要的作用。眼球内的房水和玻璃体使得眼球对外部有内压力作用。巩膜在眼球外支撑着眼球结构，平衡来自眼球内部的压力，使眼球保持均匀并呈现近圆形的形态。当巩膜厚度变薄时，巩膜自身的支持力不足以平衡来自眼球内部的压力，使得眼球沿轴向伸长，从而使屈光系统到视网膜之间距离增加，导致原本应当落在视网膜上的像落在视网膜前方，从而造成轴性近视。除巩膜厚度变薄之外，与睫状肌相关的调节与集合也会对眼轴长度增加产生促进作用[11]。

视网膜上分布着色素上皮细胞和感光细胞[12]。入眼光在视网膜上形成物像时，与视网膜色素上皮细胞和感光细胞发生相互作用。感光细胞将光信号转换为神经信号，通过视神经传输至视皮层。色素上皮细胞与光子发生相互作用而产生各种化学物质，经过一系列生化反应最终影响到巩膜。巩膜受到影响时，会表现在其细胞发育上， 最终导致巩膜厚度变化而使眼轴长度变化。因此，轴性近视与光相关。

2.3 光的影响

屈光性近视与轴性近视都与光密切相关。不同特征的光照对近视的形成与发展有着不同的影响。对于单纯的屈光性近视，患者眼球的变化仅仅体现在角膜曲率上，较难测量，因此有关光对屈光性近视影响的研究较少，主要是Cai等关于光色温与光强分布对人眼生理结构的影响研究[13,14]。

光对轴性近视存在复杂的影响。光照通过两种途径影响轴性近视：一种途径是光照刺激视神经控制睫状肌调节而拉伸眼球，如形觉剥夺或视网膜离焦[15]；另一种是光与视网膜发生相互作用产生的生长因子经过一系列生化反应而最终使巩膜厚度变薄。

人们已经发现光照对轴性近视存在规律性影响，并且已经开始利用光致眼轴变化的规律来诱导或抑制轴性近视。人们获得不同特征的光刺激，可以通过调整光源的光强、波长、频闪和光分布等特性来实现[16,17]。光照的这些特性可以影响近视的产生与发展。与低频闪光照相比，高频闪光照更能引起人眼的视疲劳与形觉剥夺，从而更易诱发轴性近视[18,19]。与均匀的光照环境相比，不均匀的光环境更易引起人眼视觉不适[20,21]，进而更易引起形觉剥夺最终诱发轴性近视。然而，关于光源的光强与波长特性如何影响近视，先前的研究并未对此达成一致。

关于光源的光强对近视的影响，Chen等[22]通过不同照度的正常光刺激小鼠，发现高光强刺激可以激活视网膜多巴胺受体，抑制小鼠形觉剥夺，从而抑制轴性近视的产生与发展。与之相反，Landis等[23]通过使儿童在不同照度光环境中曝光，发现暗光环境激发的视杆细胞通路同样具有抑制形觉剥夺从而抑制轴性近视的作用。由此可见，在不同的研究中，高光强与低光强对于轴性近视的产生与发展的影响，出现截然不同的结果。

关于单色光源的波长对近视的影响，Hung等[24]通过恒河猴实验发现，波长为650 nm红光能够抑制恒河猴眼轴延长。Gawne等[25]通过对树鼩的研究发现，波长为626 nm红光能够抑制树鼩眼轴增长。然而，Liu等[26]通过对幼年恒河猴的研究，发现610 nm红光能够促进恒河猴眼轴增长。Qian等[27]在研究430 nm单色光和530 nm单色光对豚鼠眼球发育影响时发现，长波长单色光诱发近视。由此可见，在不同的研究中，长波长光照与短波长光照对于轴性近视的产生与发展的影响，出现多种不同的结果，互相之间存在矛盾之处。

3 研究方法

目前关于轴性近视的研究，主要可以分为两个层次：表面层次与微观层次。

3.1 表面层次

表面层次，指通过人因实验或动物实验，用不同方式刺激活体人或动物眼球，最终测量其眼球参数的变化情况。这种层次的研究并没有深入涉及实验过程中眼球内部分子和细胞等层次的变化，因此属于表面层次的研究。目前，表面层次的研究主要借助于动物模型实验。

早期的近视研究中，常用鸡的眼球作为研究对象[28]。鸡的眼球成本低廉，容易获得，而且实验结果较为稳定。然而，使用鸡的眼球开展的实验研究，对人眼研究的参考价值并不大，因为鸡的眼球与人眼的生理结构差异太大[29]。在鸡的眼球中，巩膜包含了软骨层和纤维层；而在人的眼球中，巩膜只有纤维层，没有软骨层。除此之外，鸡眼巩膜和人眼巩膜中的纤维层成分也存在较大差异：鸡眼巩膜纤维层成分主要是II型胶原纤维，而人眼巩膜纤维层成分主要是I型胶原纤维。因此，鸡眼轴性近视的产生与发展的原因是软骨层增厚，巩膜蛋白聚糖合成增多；而人眼轴性近视的产生与发展是由于巩膜纤维层变薄，眼球内压作用使眼轴沿轴向伸长，巩膜蛋白聚糖合成减少。在眼球睫状肌方面，鸡眼睫状肌包含烟碱类受体，人眼睫状肌包含毒蕈碱类受体，这就决定了二者在近视产生与发展过程中，眼球内生化反应路径与细胞信号通路具有不可忽视的差异。

与人眼生理结构相近的动物有树鼩、小鼠、豚鼠和猴。理论上，这些动物都可以用来研究近视的产生发展与临床干预。然而在可操作性方面，只有小鼠和豚鼠是比较理想的研究对象。树鼩生性胆小易惊，不易获得也不易驯化，并且目前仍缺乏树鼩的基因组信息，因此不太适合动物模型实验。猴眼与人眼生理结构十分接近，原本是最理想的研究对象，然而猴类的饲养成本太高，实验周期过长，并且难以驯化猴类配合实验，因此无法完成大样本量重复实验。

目前动物模型实验中较为常用的动物主要是小鼠与豚鼠。小鼠的优点是繁殖力强，饲养成本低，并且目前已有比较完整的小鼠基因组信息和基因敲除方法；缺点是眼球小，屈光成像质量差，不易准确测量眼球参数。豚鼠的优点是眼球大而易于测量，性情温顺便于驯化且配合实验；缺点是豚鼠自身不能合成维生素C而需要每天补充。

4 小结

针对近视防控，单纯的表面层次的研究无法深入解释近视产生与发展的机制，因此无法为干预近视的方法提供有效的指导。限于篇幅，本文仅讨论了近视分类、光与近视的关联关系以及对轴性近视表面层次的研究成果。在后续文章中我们将系统梳理微观层次的研究成果，并对光与近视未来的研究发展进行展望。