夜晚富蓝化的光照引起环境变化对近视产生的影响

2020-05-22钱金维

中国眼镜科技杂志 2020年4期

近视是全球青少年出现的常见问题，其发病机制复杂，与众多因素有关。影响近视发生发展的主要因素是遗传和环境，其中遗传多为高度近视，比例并不多见。近年来科学研究发现，由于LED照明及电子产品大量普及，其营造的夜间富蓝化光照环境影响屈光发育和眼轴生长，具有加速近视的作用。

本文将从以下几个方面阐述夜晚富蓝化的光照引起环境变化对近视的影响。

一、褪黑素与近视的关系

褪黑素是松果体在生理条件下合成和分泌的一种神经内分泌激素，这种激素被称为“睡觉的荷尔蒙”，它的分泌达到一定量时，人会感到疲劳而昏昏欲睡。如夜晚玩手机，手机的光照刺激松果体，引起褪黑素分泌不足，会导致昼夜节律调节紊乱，使人失眠。

1.生物钟（昼夜节律）对近视发展的影响

2019年4月在加拿大温哥华举行的ARVO年会上，Saunders[1]提到目前从研究中发现许多人类昼夜节律与近视之间的关联证据，这些发现将为临床实践和近视治疗策略提供信息。越来越多的动物实验证据表明，昼夜节律调节紊乱与眼轴生长速度的改变和近视发展密切相关。1957年，Jensen在顶级期刊《Science》上发表的文章就有人为持续黑暗或持续光照环境打破正常的昼夜节律，会影响动物眼球异常生长和屈光不正的研究。1999年，Quinn[2]等人在顶级科技期刊《Nature》上发表的对479名儿童的回顾性研究，发现有48.4%的儿童在2岁前夜间都是开着灯睡觉的，其近视发生率是关灯睡觉的5倍。在另一项研究中，Zhou[3]等将C57BL/6小鼠放置在3种明/暗时间比不同的环境中，人为造成不同的光照节律，改变小鼠的昼夜节律，发现接受照明时间最长的小鼠更容易产生轴性近视。2018、2019年ARVO年度会议中都有谈及昼夜节律与眼睛生长近视之间的关联[4～5]。这些研究表明，光照环境打乱正常的昼夜节律，将有可能促进近视的发展。而晚上玩手机，长时间的手机光照引起的昼夜节律调节紊乱，有可能促进近视的发展。

失眠是昼夜节律紊乱的一种表现，这也是为什么科学研究在统计调查上能够发现失眠/睡眠不足会造成近视的原因。2016年Jee对3625名12～19岁的韩国青少年调查研究发现，在排除各种潜在的影响因素后，睡眠时间每减少1h，近视屈光度会增加0.10D。张娟娟[6]等人以问卷调查和匹兹堡睡眠质量指数量表（PSQI）测评的方式，对徐州市1052名中学生进行调查，了解近视和睡眠障碍的关系，发现在睡眠障碍的人群中，近视比例比较高。

除此之外，依据中国台湾国民健康署2017年《儿童青少年视力监测调查》显示，睡眠时间不足9小时与睡眠时间达9小时的人相比，近视风险增加9.04倍；睡眠时间不足9小时有近视的学童占76.5%，睡眠时间达9小时则只有23.5%的近视率。这些调查统计数据，证明了缺乏充足的睡眠会增加孩子近视的可能性。要抑制眼轴生长，预防小孩子近视，孩子应该晚上要早睡且多睡。

引起失眠的原因有很多，夜间光照变化引起的昼夜节律混乱，最终造成睡眠不足而发展成为近视，是不可忽视的原因。褪黑素分泌不足打乱了昼夜节律的调节，进而造成失眠、睡眠不足的问题；但是，褪黑素引起近视，除了通过破坏昼夜节律引起睡眠不足外，还可以通过左右多巴胺的分泌来影响近视的发生发展。

2.多巴胺（DA）对近视发展的影响

多巴胺是一种由人体自身分泌的神经传导物质，它能让人感觉愉悦，除此之外，它还是抑制眼球生长的信号因子[7]。Dong[8]等对形觉剥夺性近视（FDM）和透镜诱导性近视（LIM）豚鼠的研究发现，结膜下注射非选择性多巴胺受体激动剂——阿扑吗啡，能抑制形觉剥夺性近视的形成；阿扑吗啡对近视呈现双向调节作用，即低浓度阿扑吗啡主要激活D2自身受体，抑制DA释放，进而促进近视发展；高浓度阿扑吗啡能抑制近视发展。还有大量的动物实验都证明了视网膜上的多巴胺一定程度上可以抑制形觉剥夺性近视，且呈剂量依赖性[25]。多巴胺最重要的功能是光适应和调节视网膜昼夜节律[24]。视网膜多巴胺水平的增加激活整个视网膜上的D1和D2多巴胺能受体，产生一个信号，一旦眼睛达到正视，抑制轴向生长。研究人员在动物模型中诱发形觉剥夺性近视，以评估眼轴生长的不同变化。

多巴胺可以抑制近视的形成，但是在视网膜上却存在着多巴胺受体的拮抗剂——褪黑素。多巴胺与褪黑素在视网膜上相互抑制、相互拮抗[9]。褪黑素会通过介导光抑制5-羟色胺-N-乙酰转移酶（NAT）活力，进而抑制多巴胺的合成[10]。多巴胺分泌不足，抑制眼轴生长的作用就会被减弱，而眼轴增长超过正常水平会出现近视。

综上所述，褪黑素可以通过破坏昼夜节律调节，造成人的生理时钟混乱，影响多巴胺的光适应和调节视网膜昼夜节律，使得白天没有足够的多巴胺抑制眼轴生长，削弱多巴胺对近视形成的抑制作用，而最终出现近视。越来越多的证据表明，昼夜节律与眼睛生长和屈光不正的发展有关[26]。在人类和动物中，眼睛的长度和生理特征都会经历白天的振荡。从系统上讲，这种节律主要由视交叉晶核中的“主时钟”产生，该主时钟接收来自光敏视网膜神经节细胞（ipRGCs）的视黑质激发产生。

视网膜也有一个内源性的生物钟。在实验性近视动物中，眼球参数的振荡受到干扰。视网膜信号传导现在被认为会影响屈光发育；多巴胺，一种在视网膜中发现的重要神经递质，不仅将视网膜固有的节律带入光暗周期，而且还调节屈光发育。昼夜节律时钟包括一种转录或翻译反馈控制机制，利用所谓的时钟基因，现已与实验性屈光不正相关[26]。当代的临床研究也在复兴19世纪时首次提出光照可能影响儿童屈光的观点。在医学的其他领域，昼夜节律失调现在被认为会影响许多非眼部疾病，可能是因为现代人工照明模式对昼夜节律产生了不利的生理影响。

抑制褪黑素分泌主要是因为光线的刺激，而夜晚家庭环境中的光线大体来自手机、电脑、电视以及LED灯。这类电子产品发射的光照中隐藏着蓝光，而与抑制或促进褪黑素分泌密切相关的视网膜感光神经节细胞（ipRGC）对光谱的吸收最大的范围是蓝光波段380nm～500nm，其吸收的峰值位于464nm，刚好与白光LED的蓝光峰值重合。因此夜晚手机、电脑LED灯的蓝光是引起近视形成的重要原因之一，一定要小心提防。

二、开灯睡觉对近视有影响吗？

开着灯睡觉可能会导致近视。2016年Nickla在午夜时分给小鸡2小时光照暴露，发现小鸡在之后的6小时内引起“急性”眼轴增长。在小鸡的睡眠期间给予光照，会改变眼轴增长导致近视的发生。1991年，Robinson J报道成人眼睑对700nm光的平均透光率为14.5%，新生儿为21.4%，对580nm以下的光透过率均下降到小于或等于3%。1996年，Ando K报道通过眼睑的光透射率为0.3%的蓝光、0.3%的绿光和5.6%的红光。因此晚上睡觉时，虽然闭上了眼睛，但是灯光的光线还是可以穿透眼睑，虽不成像，却会直达视网膜上，形成了形觉剥夺，并产生褪黑素不正常分泌，破坏昼夜节律调节，造成生理时钟混乱。

陈冬红[11]等将新生豚鼠用单色光772nm（红光）照射饲养，发现眼轴明显增长，形成近视。还有人[12]用530nm单色光成功诱导出豚鼠的近视眼模型。另一项研究[13]证明早期生命中长波长光的照明可能是一小部分对圆锥刺激敏感的恒河猴近视发展的危险因素。开灯睡觉造成的形觉剥夺，进到视网膜的光线主要是长波的红光，而根据以上动物实验研究，长波长的光可以加快眼轴的增长速度，可能导致近视的发生。因此，晚上千万不要开着灯睡觉。

三、蓝光无法延缓眼轴的增长

诸多单色光动物近视模型实验中，指出中长波长的光（红绿光）具有加速眼轴的生长，短波长的光（蓝光）具有延缓眼轴生长的特性，研究的结论指向蓝光可以延缓近视的发生，多照蓝光似乎变成是一种近视防控的手段。重新审视这些动物实验模型发现，其实存在逻辑推演的缺陷，短波长的光是无法延缓眼轴生长的，结论应该是短波长的光与眼轴生长无关。

赵颖熙[14]等人关于光照条件对早期屈光发育影响的研究进展，就有提到蓝光这种短波长的光能够延缓近视的发生。康剑书[15]等人曾研究过人工光源对恒河猴屈光发育的影响，使用了SOLUX石英卤素灯（全光谱灯）、白炽灯、荧光灯、紫光灯这4种人工光源进行实验，发现紫光灯组（420nm）恒河猴的眼球眼轴、玻璃体腔长度的增长速度、屈光度下降速度均显著慢于全光谱灯组、荧光灯组和白炽灯组，最终得出“短波长紫光诱导恒河猴眼轴及玻璃体腔延长减速，正视化进程减慢”的结论。

根据上面的表格可见，全光谱灯比白炽灯多了紫外线，实验数据表明生长速度相近，推论紫外线与眼轴的增长无关。白炽灯比荧光灯多了红光的部分，实验数据眼轴也长得比荧光灯稍快，说明红光会促进眼轴的增长。荧光灯的实验证明绿光也会促进眼轴的增长。在比较这4种人工光源的光谱的异同性时，前三种灯里面都有紫光（蓝光），但是均快于紫光灯。而紫光灯不能产生长波长的绿光和红光，在紫光灯组看到眼轴生长较慢，这可能是因为促进眼轴生长的长波长光没有了，所以才会看到紫光灯组的眼轴增长较慢的现象。因此，作者的结论是蓝光并没有减速，也没有增速的效果，它和眼轴的增长无关。

蓝光如果真能预防近视，身处富蓝环境下人眼受到的蓝光照射比过去没有电子产品时不知多了多少倍，但是足够的蓝光照射，并没有让更多人不近视，青少年的近视率反而在逐年增长。事实说明，必须对蓝光采取相应措施。

四、防夜晚蓝光的措施

2017年，3位美国科学家[16]因发现“控制昼夜节律的分子机制”获得诺贝尔生理学或医学奖之后，夜间的蓝光有害已经是世界上公认的事实。同年苹果公司推出了具有night shift（夜间模式/护眼模式）新功能的手机，之后国内的手机厂商也纷纷在各自开发的智能手机上设置了“护眼模式”功能。

“护眼模式”能够减少蓝光能量，是毋庸置疑的。但是“护眼模式”只能减少手机的蓝光，却不能减少家用LED灯、电视机产生的高能蓝光。想要去除夜间蓝光危害，不是在手机或电脑的“护眼模式”就可以解决的，因为“护眼模式”在将蓝光降低的同时，会使得红光变高，导致屏幕变黄变暗，甚至有些失真。单色光的动物实验中，红光是造成眼轴生长近视加深的主因；屏幕变暗，没有足够的光线，还会引起瞳孔变大，增加进光量，使眼睛紧张疲劳犯困，因此，防蓝光眼镜出现了。防蓝光眼镜不仅可以减少手机电脑的蓝光，也可以减少家用LED灯和电视机的蓝光，以及环境中任何电子设备发出的蓝光。

现在市场上琳琅满目的防蓝光眼镜品质不一，检测防蓝光的方法令人眼花缭乱，缺乏专业知识的消费者无从甄别，要保障防蓝光眼镜的效果，需要权威的防蓝光标准统一规范。

五、防蓝光标准的修订

2019年，为了进一步更好地规范防蓝光产品，相关部门修订了防蓝光标准GB/T 38120-2019[17]，预计在今年7月1日发布实施。该标准将385nm～505nm这个蓝光分成4个区间，对这4个区间规定了不同的光透射比要求。具体的要求，如下图所示。

科学定义380nm～440nm为紫光，440nm～485nm为蓝光，485nm～500nm为青光。新修订的防蓝光标准对385nm～505nm这个波段，把紫光、青光和蓝光列入在内，对紫光蓝光青光的光透射率都做了规定。而手机、电脑等电子设备的光谱是从430nm开始，蓝光峰值是在455nm。从4个区间光透射比规定的要求来看，这个新标准防的是科学定义的440nm以下紫光。因为短波光具有高能特点，极易伤眼，需要防止。

虽然在物理学上认为，波长越短，能量越强，伤害越大。但是如果考虑到人的角膜、晶状体对光的阻隔作用，似乎对人眼造成严重伤害的波段不是能量440nm以下的短波紫光。美国眼视光学的教科书在讲述眼睛介质的光谱传输时给出了下面这张图。

眼睛的晶状体和角膜在400nm～450nm的光谱透射率明显低于450nm～500nm这个波段。丹麦格洛斯特普市格洛斯特普医院眼科[18～19]曾为不同年龄的非白内障人群晶状体的光谱变化做过相关实验，他们给出不同年龄人眼晶状体透射光谱图如下所示。这也证实美国眼视光学教科书中的晶状体光谱透射曲线是正确的。

从以上两图可知：在450nm以下的紫光，不同年龄人眼晶状体的透射率下降的幅度远远大于450nm以上的蓝光。这说明450nm以下的光进入到眼睛时，晶状体会吸收掉绝大部分的能量，而且在光子物理中E=hV，420nm与460nm的光子能量差距只有10%，所以能穿过晶状体到达视网膜上，对眼睛造成伤害的蓝光能量主要是在450nm以上的。

在国内外的一些动物实验中，也证实了对眼睛造成伤害的蓝光能量主要是在450nm以上的事实。例如Gorgels[20]等使用波长320nm～600nm范围内各波长去照射大白鼠时，发现470nm以上的波段是主要造成视网膜上皮和部分光感受细胞损伤的区域。这是因为320nm～470nm的蓝光会被晶状体吸收过滤掉绝大部分的能量，不会对眼睛造成严重的伤害，所以晶状体吸收较少的470nm以上的蓝光才成为伤眼的主要区域。

网络上一直流传着有益蓝光和有害蓝光这样的言论，将450nm以下划分为有害蓝光，450nm以上为有益蓝光。声称450nm以上的有益蓝光能够调节昼夜节律，有益睡眠记忆。但Turner P L[21]在“昼夜光感：衰老和眼睛在全身健康中的重要作用”论文中，给出昼夜节律曲线图，如下图所示。

昼夜节律的曲线峰值是460nm，450nm以上的蓝光确实会影响昼夜节律，但是450nm以下的蓝光同样也会影响昼夜节律，且从所占的波段面积比例来看，450nm以下的蓝光对昼夜节律的影响会更大。因此，将蓝光以波段划分为有益有害是不太合理的。任何波段的蓝光能量累积都会产生伤害，只是伤害的程度有所不同。

因此，在445nm～475nm波段的蓝光，要求光透射比大于80%。这和第0类近视镜片的光透过率要求一样，相当于不准做任何的防护，新标准中的这个要求过窄，使得眼镜不能针对这个波段的光进行任何的防护处理，将无法有效防护445nm以上的蓝光对人眼的伤害。为了保护眼睛的健康，需要针对这个波段的光能量进行完善，降低光透射比，增大蓝光的阻隔率。新修订的防蓝光标准中，不应该主要防445nm以下的紫光，对445nm以上的蓝光也要多防。