医学新知：蓝光伤眼及其防护的研究进展

目前，全球至少有22亿人视力受损或失明，我国的近视人数更是超过了全球1/4，近视发病形势尤其严峻。蓝光是电子产品伤眼的重要因素之一，据中华医学会眼科学分会数据显示，在中国4.2亿网民中，63.5%的网民因蓝光、辐射患有视力下降、白内障、失明等不同程度的眼疾。为了探知蓝光的影响，近几年科学研究者开展了大量的临床基础实验研究，现对蓝光伤眼的动物、体外培养细胞以及真人相关研究进行综述。

1 蓝光辐射的动物实验研究

早期，研究蓝光伤害课题都是以动物来开展实验，主要有大鼠、兔子、猕猴、雏鸡等，近年开始改用新开发的高亲缘性树鼩动物，研究蓝光辐射对其视网膜、眼轴以及昼夜节律的影响。1995年，Gorgels等用470nm的蓝光照射大白鼠，发现对视网膜色素上皮细胞以及感光细胞造成损伤。1999年，Wu等人的研究表明，蓝光造成的视网膜损伤导致的视网膜形态学改变与老年性黄斑病变（AMD）中的萎缩性改变相似。

褪黑素（MLT）作为眼部一种重要的神经内分泌激素及近视相关因子，在近视发生发展中起着重要作用。2010年，王保贞等人对豚鼠形觉剥夺性近视（FDM）模型的研究中发现豚鼠视网膜上的褪黑素在8周后明显减少。2011年，尹靓瑶等人研究发现，在豚鼠形成剥夺性近视过程中，褪黑素的浓度会出现减少的现象，在给豚鼠注入10mg·kg-1和20mg·kg-1的褪黑素时，FDM被抑制，豚鼠的屈光度、眼轴长度和MT1（褪黑素受体亚型）受体表现逆转，向近视的反方向发展。

人衰老过程所产生的脂褐素（衰老色素）浓度会不断增加，而有研究表明在脂褐素存在的条件下，过多的电子蓝光照射会加速细胞衰亡。2019年，林成辉等人将30µm的脂褐素注入大鼠的眼睛，然后暴露在蓝光照射中，发现ERG（视网膜电图：测量视网膜光反应的电讯号）a、b波峰下降的幅度比单独的脂褐素更大，加速视网膜感光细胞、视网膜色素上皮细胞以及双极细胞的损伤。蓝光在脂褐素存在的条件下会加速细胞衰亡，还需要更完整、更深入的研究（如图1）。

图1

研究者开始给老鼠的眼睛戴上防蓝光眼镜，试图探究这种功能性眼镜的护眼作用。2007年，金婉卿等人对大鼠的左右眼进行蓝光照射实验，左眼戴上镀膜蓝光镜片，右眼不采取防护措施直接暴露于宽谱蓝光下，照射24h后，右眼ERG a、b波峰值下降之后没有恢复，左眼波峰值没有改变。宽谱蓝光照射大鼠的视网膜，在持续照射超过24h、2d、7d会引起不可恢复的损伤，而防蓝光眼镜减弱蓝光可以保护视网膜上的细胞。不同的防蓝光眼镜，蓝光屏蔽率会不一样，究竟多少才是合适的，也曾有人探知过。2019年，上海同济大学医学院附属眼科联合贵州省人民医院眼科刘欣等人研究蓝光屏蔽率40%、60%、80%对大鼠视网膜的影响，结果发现只要屏蔽蓝光≥60%，原本白光LED造成的ERG a、b波峰下降，在14天的修复期波峰值可以回到最初，此时视网膜的光损伤可以完全修复。

1992年，Putting等人用蓝光和黄光照射兔子的眼睛，发现对兔子视网膜造成同程度的伤害，蓝光只需要黄光强度的1/30。2018年，在利用猕猴进行蓝光的光安全实验发现，经过两个月每天12小时1000lux以上的白光LED照明和等效辐照度的蓝光LED照射后，猕猴视网膜的明暗视觉，特别是视杆细胞的活性开始降低。在树鼩方面的研究：2017年，Timothy等人为研究短波长光对眼轴发展的影响，让树鼩生活在稳定蓝光和闪烁蓝光下，两种蓝光环境都可以造成树鼩眼轴短暂性地变长，出现假性近视，在停止蓝光照射之后假性近视得以恢复，但是持续照射下去闪烁蓝光造成的假性近视度数不断增长，最终发展成真性近视（如图2）。

图2

2013年，Foulds等人让雏鸡暴露在红光和蓝光下饲养，结果蓝光组的雏鸡远视度数不增加，红光组却向近视方向发展。2012年，钱一峰等人在蓝光和白光下饲养豚鼠12周后比较两种光环境下眼轴增长的速度，发现蓝光下的豚鼠眼轴和玻璃体腔均慢于白光组。2017年，Timothy等人的研究发现红光会诱导幼年树鼩的眼轴生长减慢产生远视，所以蓝光或许并不能延缓近视，把白光当成是单色光，作为实验的对照组，会违背实验的单一性原则，蓝光之所以相对白光生长得慢，可能是因为眼轴的生长因子缺少了。

2 蓝光对体外培养人视网膜细胞的实验研究

2005年，蔡善君等人用不同强度的蓝光照射体外培养人视网膜色素上皮细胞（RPE）不同的时间，发现人视网膜色素上皮细胞出现凋亡、凋亡继发坏死及直接坏死，蓝光强度越强，照射时间越长，RPE细胞损伤得更严重。2011年，傅敏等人的研究发现，蓝光能以时间依赖性方式诱导RPE细胞内活性氧生成增加并导致RPE细胞DNA氧化损伤。蓝光刺激视网膜启动光氧化机制，形成严重的氧化反应，破坏机体正常的氧化还原动态平衡，启动细胞凋亡机制，从而导致细胞的死亡和损伤。

2016年，马映雪等人在蓝光诱导人视网膜色素上皮细胞的相关性研究时，使用波长为448nm±24nm的蓝光LED灯，距离细胞35cm连续照射6h制成蓝光诱导视网膜色素上皮细胞模型，在光镜下观察发现，正常视网膜色素上皮细胞单层生长，细胞呈梭形或多角形。蓝光诱导的视网膜色素上皮细胞受到光氧化损伤且增殖活力明显减弱，光镜下可见细胞肿胀，呈现纤维细胞形态，失去正常细胞形态，可见450nm以上的蓝光对视网膜色素上皮细胞造成的明显损伤（如图3）。

图3

2018年，周劲等人在探究手机光照刺激对视网膜色素上皮细胞的影响时，将智能手机屏幕开到亮度（200±20Lx），持续静音情况下循环播放彩色图片，发现在持续不间断光照时间超过12h后，细胞出现明显的损伤现象。2018年，Ratnayake 等人的研究发现手机电脑的蓝光会触发感知信号并产生视网膜分子中的“毒性”反应，杀死视网膜上的感光细胞，细胞死亡后将无法恢复，导致黄斑变性，在50岁或60岁逐渐开始失明。

图4

3 电子产品蓝光对真人影响的实验研究

2017年，赵瑞华等人做过真人实验，连续玩1小时iPad，结果仅1小时的光照刺激，人眼黄斑色素密度就由0.544降低为0.518，前后的黄斑色素密度差异具有统计学意义。蓝光进入眼底经过聚焦后，焦点没有落在视网膜上，而是落在视网膜与晶状体之间，增大了光线在眼内聚焦的色差距离，从而出现视觉模糊以及视觉疲劳。浙江省眼科医院三位医护人员拿自己孩子做实验，让孩子在4天里，每天使用电子产品20分钟。结果发现这4种电子产品都会使得眼睛出现假性近视，iPhone和iPad表现出来的伤害最大，发生的假性近视度数都有40多度（如图4）。

2018年，Sang等人开展的一项真人实验，让22名健康儿童和20名成人分组，实验发现在相同光照条件下，蓝光对儿童睡眠的影响比成人大；色温3000K的吸顶灯蓝光含量比6200K的要低，夜间房间开的是3000K低蓝光的吸顶灯，儿童的褪黑素分泌得更多，睡得更好；6200K高色温高蓝光含量的吸顶灯，则会导致儿童的睡意无法增加。

图5

2017年，Ostrin等人的研究发现，年龄17～42岁的成年人在日落到就寝时间戴防蓝光眼镜，持续两周之后褪黑素分泌增加了58%，PSQI（匹兹堡睡眠质量指数，数值越低睡眠质量越好）得分下降，客观测量的睡眠持续时间在统计学上增加，提高了睡眠质量。2019年，Knufinke等人进行休闲运动员体验舒适度相同的透明眼镜与防蓝光眼镜的实验研究，发现限制短波长蓝光的防蓝光眼镜，主观睡眠潜伏期比透明眼镜更短，睡眠质量更好。佩戴防蓝光眼镜主观睡眠潜伏期缩短，睡眠质量提高，表现出更高的警觉性。

4 蓝光的感知和能量计算

根据蓝光对动物、体外培养人视网膜色素上皮细胞，以及真人蓝光实验，可知蓝光对视网膜会造成损伤，人眼黄斑密度降低，同时还会抑制褪黑素的分泌，扰乱昼夜节律，导致失眠，诱导近视的发生发展。但神奇的是人眼往往感受不到蓝光在伤害眼睛，由于人眼感知蓝光的视锥细胞太少，它只有感知绿色视锥细胞的1/40，导致进入眼睛造成伤害的蓝光强度与人眼感受的不一致。通过光通量或照度的计算公式：

其中，V(λ)代表明视觉曲线的相对灵敏度，Фe(λ)为发光源辐射通量，Km是明视觉在最大值555nm处所感受到的光亮度683，单位为（lm/W）或（流明/瓦）。图6左边是手机发出的实际光谱能量曲线，右边是人眼感受到的手机亮度曲线。通过光通量（光通量指的是人眼感受到的亮度）公式计算，手机蓝光亮度峰值变得很低，使我们玩手机时，产生蓝光是微弱的错觉，实则并非如此，伤害眼睛还是原本实际的高强蓝光，只是人眼无法察觉伤害的发生。

图6

实际蓝光的能量该怎么计算呢？蓝光危害加权函数（Blue Hazard Function）又称蓝光加权辐照度B（λ），是用来计算蓝光能量对眼睛伤害的全世界通用标准，国家光生物安全标准IEC62471和GB/T20145中蓝光危害的计算，就是参考这个函数，蓝光加权辐照度限值公式为：

其中，E(λ)为发光源各波长辐射照度，单位为（W/m2）或（瓦/米2）。蓝光加权幅照度EB超过0.01W/m2的光源，最大允许的辐照时间由以下公式计算：

tmax为最大允许照射时间，单位为秒。而上图光谱仪采光口紧贴着手机屏幕测量的光谱，我们计算出来的蓝光加权辐照度为0.174W/m2，换算出来的最大允许照射时间为588秒，大约10分钟。实际使用手机时眼睛距离屏幕约25cm，蓝光加权辐照度会再小一些，就算小至0.01W/m2，被允许的最大照射时间仅3h。而如今人们暴露于电子产品蓝光下的时间，远超3h。面对人们长时间使用电子产品，双眼暴露于蓝光下10h+的情况，人眼将面临更严重的蓝光危害。

5 蓝光损伤的防护措施

为此我们需要一副好的防蓝光眼镜。不同的防蓝光眼镜，过滤光谱曲线不同，从而影响着眼镜的防蓝光效果。以深圳安普菲公司（https：//www.amprofilm.com）的安汰蓝防蓝光眼镜为例，如图7所示，它可以将电子产品释放的高强度蓝光缩减65%，蓝光能量降低53%，在保证高效防蓝光同时，不影响其他光谱，对比经过眼镜的人眼感受亮度变化前后重合。蓝光峰值的降低，对视疲劳有改善；蓝光能量降低，对视网膜感光细胞发挥有效的保护，降低自由基和活性氧的形成；晚上的蓝光降低，更进一步平衡褪黑素的分泌，改善睡眠，防止近视度数加深。

图7

近几年，国内外针对蓝光伤害眼睛的研究是医学界非常热门的课题。综合本文的论述，不难发现，不管是动物实验、人眼细胞的体外实验或是真人实验，蓝光伤眼方向是非常明确的。虽然有不少保守派依旧认为蓝光伤眼证据不足而提出反对意见，但基于目前的医学研究基础，这个领域的医学研究定然会更加深入全面。因人眼的视网膜细胞不具有再生能力，目前需要提前减少电子产品的依赖，或者对电子产品采取积极防护，才能好好保护心灵之窗。