频闪光对眼球发育及屈光影响研究进展△

邸悦 周晓东 王智 刘睿 周行涛 褚仁远

迄今为止，任何一种人工照明设备，均无法做到对自然光线的完全模拟［1］。无论是宏观环境下的“光污染”，还是生活环境中困扰人们的视频终端(VDT)综合征，频闪光均是其中重要的组成部分。相关研究［2-3］证实频闪光环境下，受试者的调节近点、明视持久度、主观疲劳感均有明显改变，但频闪光对眼球屈光发育的影响，目前结果很不一致，有些结论甚至相反。就此，本文对相关研究成果作一综述，为今后该方面研究工作的进一步开展提供参考。

1 频闪光对维持正常视功能的作用

眼球在发育过程中，一系列的视觉反馈通路参与其中，各部分屈光介质间会相互协调发展，最终使其达到轻度远视或正视的状态［4-7］。人类早期视觉发育阶段，对图像的处理根据不同的时间及空间特征可以分为两条并行的通路［8-9］，因此，在空间对比一致的前提下进行一定频率的频闪光刺激，是研究时间频率敏感度，进而了解视网膜图像处理机制的一种有效方法。

与主观感觉相反，随着眼睑有规律的眨眼动作，视网膜其实一直处于闪烁的光环境中。此外，在眼球运动时，是视觉刺激，而非注视目标在视网膜前移动［10］。无论是眨眼动作，还是眼前移动的目标，对于视网膜而言，这种动态的光刺激均可以大致看作是一种频闪光信号。也就是说，视网膜上某些特定的频闪光是生理性的。与之相反，当人们试图注视一个完全静止的物体时，由于去极化电位的传导特性，视网膜还会出现褪色反应，眼前的图像会逐渐消失［11］。为避免视觉褪色的发生，眼球通过一种叫做Microsaccades的注视性眼球运动来确保视网膜上足够的信号输入［12］。因此，频闪光这种动态的视觉刺激，对于维持时间敏感度通路的稳定，阻止适应性反应，确保视网膜的正常功能可能具有重要作用。

近年来研究人员通过建立动物模型等方法，发现许多因子与实验性近视的发生有着密切的关系。多项研究发现，近视形成过程中视网膜多巴胺的质量浓度会下降［13-14］，而瞬时频闪光刺激则是一种促进多巴胺分泌的有效方法［15］。已知形觉剥夺性近视与图像时间对比度的破坏有明显相关性［16］。因此，一种合理的推测是:通过频闪光的动态刺激，可能会减缓形觉剥夺性近视。在这一方面，研究者［17-18］通过旋转的螺旋桨样装置，模拟出12和6 Hz的频闪光。他们观察到离焦性近视或形觉剥夺近视的雏鸡在频闪光照明环境的干预下，近视程度与对照组相比有所减轻，并发现这种效果部分来自于变平的角膜，而非轴性改变，频率的差异对这种抑制效果产生影响，推测有两条视网膜通路参与其中，但他们的结论在其他动物及人类方面的研究还缺乏更深入的报道。

2 频闪光诱导动物近视模型相关报道

尽管如上所述，特定的频闪光刺激是一种生理现象，实验也证实了某些频率的频闪光会抑制形觉剥夺近视的发展。然而，人们通过不同的频闪光环境，在不同的动物模型上却得出了完全相反的结论［19-23］。实验［19，21］表明，频闪光环境下饲养的猫要比正常环境下的猫出现了更多的近视。程振英等［24］通过将出生2周龄豚鼠置于200 lux，亮2 s、暗2 s循环(相当于0.25 Hz)的频闪光环境下，6周后证实频闪光可明显刺激豚鼠眼球增长，诱导其产生高度近视。同时，视网膜感觉细胞层外段排列紊乱且有大量脱落节盘。王红等［25］报道不同波长的频闪光红光组、黄光组、绿光组、白光组与自然光照组(0.75 D)相比，暴露后6 周红、黄、绿、白屈光度分别为-8.75、-6.56、-3.88、-4.84 D。因此提示不同波长的单色闪烁光对近视形成的影响不同。我们近期研究［26］将新生豚鼠置于600 lux、0.5 Hz的白炽灯频闪环境中，电镜下同样证实了他们的结果，并且豚鼠眼底可见明显的豹纹状改变，角膜曲率半径增加，与对照组相比增加程度及速度相同，提示频闪光诱发的近视并非曲率性近视。同时，频闪光诱导的豚鼠近视模型闪光视网膜电图以a波潜伏期延长为明显特征，视觉电生理与病理改变之前有很好的对应性［27］。俞莹等［22，28］通过将 C57BL/6 大鼠置于2 Hz频率、250 lux光强度LED灯的频闪光环境中，证实频闪光能诱导小鼠产生程度低于形觉剥夺的轴性近视，动态观察后同样观察到实验豚鼠的近视屈光度明显增加、眼轴延长。这种近视趋势在8周左右达到最高峰。

3 频闪光诱导屈光发育改变的相关分析

关于频闪光诱导的近视模型，一种合理的解释是:当视网膜受到明暗强烈的光刺激时，这样的非自然光环境不能使视网膜图像的时空信号通路充分激活，这时视网膜的其他通路会被激活以诱导近视性改变。广泛所知的轴性近视受到视网膜图像通路的控制，这些通路量化了不同空间频率的对比度信号的损失程度，并诱导了眼球生长。这种过度生长与视网膜图像的损害程度有关［17］。另外，旁中心离焦近年来被认为是近视发生和发展的重要原因［29］。当眼球受到持续而又强烈的明暗光线刺激后，瞳孔有可能放弃正常的调节，导致图像成像在视网膜后，从而产生离焦状态。有学者［22］提出“光的时间调制”假说。一些细胞对给光起反应，一些细胞对撤光起反应，一些细胞对给光、撤光均起反应。根据这一特性，人们将给光时引发的反应称为ON反应，撤光时引发的反应称为OFF反应，并将完成此反应的通路称为 ON/OFF 通路［20］。Crewther［20］提出敏感度与动力的适应性程度被同时记录在视网膜的ON和OFF细胞上，正视化可以被移动的时空变量模型用一种信号依赖的方式所打乱，并通过药物动力学改变打破了ON-OFF通路的平衡。尽管短期的正常光照就可以引发正视化进程，不过即使是正常光强度、光照时间，对光的时空调幅改变会使得视网膜ON/OFF通路的激活失衡，干扰正视化的进程。而Liang等［30］认为视杆细胞外段会压迫视网膜色素上皮，使其细胞核出现压迹。这一压力可传导至脉络膜，使脉络膜变薄，大血管管腔阻塞，并继续传导至巩膜，使巩膜生长扩张，导致眼轴变长。

对于频闪光刺激视网膜后产生的病理改变，相关研究不多，对其发生的机制也未有定论。相关研究给我们一些有用的提示:Hammer等［31］对健康志愿者频闪光刺激后，经多普勒血流测定仪测量发现受试者眼底视网膜血管扩张并导致血流量增加，动脉氧饱和度明显增加以适应新陈代谢的需要，这一变化符合视网膜的神经生理反应，其他相关研究同样证实了这一结论［32］。而有研究者［33-34］通过将糖尿病患者与健康受试者进行对比，发现两者在频闪光刺激后闪烁视网膜电图(flicker electroretinogram，F-ERG)有明显差异，并指出频闪光产生的血管扩张可以作为糖尿病患者血管内皮功能受损的指标。有研究［35-36］指出眼球充血后引起发育异常有两种可能的途径:一种是眼球充血后眼内血容量增多，增加了对眼球壁的压力，而使眼球延长;另一种是眼球充血后，产生蛋白渗出物，通过自溶酶作用，使巩膜结缔组织软化。

视网膜感光细胞层外段处于一种不断代谢再生的过程［37］。程振英等和我们近期研究［24，26］均证实，频闪光刺激的豚鼠视网膜感光细胞外段排列不规则，伴有大量脱落的膜盘结构。这种结构的改变在形觉剥夺性近视模型中也有类似发现［35］。有报道［38］指出光线介导的感光细胞损害取决于许多变量，但是一旦表现出来，就会趋向于渐进且不可逆。考虑这一表现与过多的凋亡膜盘积累在视网膜色素上皮层内，进而转化为脂褐素有关［39］。

4 不同研究结果比较

如上所述，对于频闪光的研究，目前呈现出两种不同的倾向:一些学者基于动态光刺激在视觉发育中的重要作用，考虑到形觉剥夺性近视中时间对比度信号的丢失，试图通过频闪光这种强化刺激来探讨一种减缓形觉近视发展的方法。而另一部分学者，尤其在国内，更多着重于频闪光是一种异常光环境，通过模拟这种非自然光照明下的视觉环境，来诱导出一种动物近视模型，通过这种方法来进一步研究近视的成因。这两种倾向有其理论依据，而事实上，以上这些研究并不是严格意义上具有可比性，因为频闪光本身具有极其丰富的参数信息，不同实验组所选取的参数，如频率、光照度、持续时间、频闪周期等均有所不同，均有可能影响最终的结果造成。但是，通过比较这些研究结果，至少以下3个因素可能影响最终的结果:首先，瞬时刺激和持续的频闪光刺激产生的结果可能有差异［17，18，24，25，28］;其次，前者是着重于小鸡的眼球发育［17-18］，而后者是使用哺乳类动物，如猫、大鼠及豚鼠作为动物模型［19，24-26，28］。之前报道的在形觉剥夺近视中频闪光产生的近视抑制效果主要来自来变平的角膜［17］，而豚鼠的研究结果表明角膜曲率并未发生明显改变，这说明不同物种间在眼球发育过程中确实会产生不同的特性。最后，频闪光所使用的频率，前者一般明显要比后者要高。在频闪频率高低的界定方面，目前并没有明确的定义。但有研究［40］提示感知对某些特定频率可能更有倾向性，而不同的频率并不都会产生同样的感知效果。Umino等［9］指出视力是由空间与时间两种不同的信号所组成，它常常是在中间的时空频率作用达到最大，而在频率更高或更低时减弱。对比度适应性有两条平行的视网膜通路，并将不同的视觉信号传至视皮质［41］。Crewther等［20］进而提出正视化能被高频频闪光所破坏，造成一个远视性漂移，与之相对的是，低频时间调节信号促进了近视的发展。因此，对于频闪光暴露时间、物种选择及频率的大小这3个方面，应该是解决目前研究争论的重点方向。另外，目前关于频闪光的研究限于视网膜为主的眼局部变化，还缺少视路通道特别是视中枢的相关联合研究，如将两者结合，将会更好地整合目前两种研究成果，在异常光环境对眼球发育的影响方面达成更多的共识。

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