不同光環境對幼兔眼球發育的影響

宗　霞　　劉　燕　　王育良　　張傳偉

1.南京中醫藥大學附屬醫院　江蘇省中醫院眼科，江蘇南京　210029；2.江蘇省常州市第一人民醫院眼科，江蘇常州　213000

不同光環境對幼兔眼球發育的影響

宗霞1劉燕2▲王育良1張傳偉1

1.南京中醫藥大學附屬醫院江蘇省中醫院眼科，江蘇南京210029；2.江蘇省常州市第一人民醫院眼科，江蘇常州213000

目的 觀察不同光環境對幼兔眼球發育的影響。方法 將24只1月齡新西蘭幼兔隨機分為自然光組、全光譜組與日光燈組。自然光組飼養在正常自然光線的照射環境中。全光譜組飼養在全光譜環境下。日光燈組飼養在日光燈環境下。人工光源根據外界光強度的變化自動調節照明度，使照明節律與自然光一致。飼養3個月后觀察三組幼兔眼軸長度及視網膜透射電鏡超微結構變化。結果 正視化過程中，三組幼兔眼軸長度均有所增加，自然光組與全光譜組增加程度比較差異無統計學意義（P＞0.05），而日光燈組增加的程度顯著大于自然光與全光譜組（P＜0.01）。自然光組視網膜超微結構無異常，全光譜組神經纖維層僅少量空泡化，而日光燈組視網膜損傷程度較重：感光細胞排列紊亂，線粒體腫脹；色素上皮細胞胞質出現大量脂質顆粒；神經纖維層大量空泡。結論日光燈作為光源會造成視網膜結構紊亂，對眼球發育不利。而全光譜燈對眼球發育的影響接近自然光。在眼球發育過程中應使用全光譜燈代替日光燈作為人工光源。

視網膜；光損傷；眼軸長度；人工光源

［Abstract］Objective To observe the effects of different light environments on eyeballs development in immature rabbits.Methods Totally 24 one-month-old New Zealand immature rabbits were randomly divided into natural light group，full spectrum group and fluorescent light group，with 8 rabbits in each group.Rabbits in natural light group were reared in sunlight environment，full spectrum group was reared in the full spectrum environment，and fluorescent light group was reared in fluorescent environment.Artificial light automatically adjust the illumination level according to changes of natural light intensity in order to be consisten twith the natural rhythm.The axial length and retinal ultrastructure under transmission electron microscopy of immature rabbits in each group were observed after threemonths. Results During emmetropization，the axial length in all groups increased，and there was no significant difference between natural light group and full spectrum group（P＞0.05），while the increase degree of fluorescent light group was dramatically greater than that of natural light group and full spectrum group（P＜0.01）.The retinal ultrastructure in natural lightgroup showed no abnormality and the full spectrum group showed only a small degree of vacuolization.The retinal damage in fluorescent light group was critical as photoreceptor cells were in extremely disorder and mitochondrial swelled，there were large number of lipid particles in pigment epithelial cells cytoplasm and a lot of vacuoles in nerve fiber layer cells.Conclusion Fluorescent light as a light source can cause light damage to the retina，and it is disadvantage for eyeball development.The impact of full spectrum light to the eyes is similar to natural light.The artificial light of fluorescent lights should be taken place by full spectrum lights.

［Key words］Retinal；Light damage；Axial length；Artificial light

在自然界中，從單細胞到高等動植物以及人類的所有生命活動都存在著按照一定規律運行的、周期性的生命活動現象，稱為生物節律［1］，生物節律可以隨著外界環境（如光照、溫度等）的變化而改變，其中，光照是影響最為明顯的因素之一［2］，電燈的發明使人類所處的光環境及固有的晝夜交替的生物節律發生了極大的改變［3］。視網膜是生物節律系統的組成部分，是將光信號轉換為生理信號的窗口。人類出生時眼處于遠視狀態，從睜眼的一瞬起，外界的視覺刺激就開始對眼球的生長發育起到精確的調控作用，在各種屈光因子相互協調配合下，眼球壁向著物像焦點的方向漸進性生長，直至屈光狀態和眼軸長度與物像焦點達到合適的匹配，這一過程就被視為“正視化”［4］。研究表明，光環境的改變會給哺乳動物視網膜發育帶來一定的影響，不同光譜的人工光源對視功能影響不同［5］。本文通過研究不同光源對幼兔眼軸長度、視網膜超微結構的觀察，探討長期處于人工光環境對眼球發育正視化過程的影響，為研究光環境與眼部損傷關系提供依據。

1　材料與方法

1.1實驗動物及分組

1月齡健康無眼病新西蘭幼兔24只，雌雄各半，體質量0.5～1.0 kg，由青龍山實驗動物中心提供，兔配合飼料，自然溫度下培養。分組：采用完全隨機化分組方法將其分為三組，對24只幼兔進行編號1～24，隨機抽取8個數字對應編號的幼兔為自然光組，同樣方法抽取全光譜組與日光燈組。

1.2主要實驗設備

①南京中醫藥大學提供實驗房間。②光照控制架，由南京理工大學及東南大學研制，規格1.5m×0.5m×1.7m（長×寬×高）。LED燈架：燈架安裝數排多個小功率LED燈便于照度調節，燈架安裝感光自動調節照明裝置，可根據外界光強度的變化自動調節照明度，保持與自然光一致。全光譜燈箱：燈架安裝全光譜燈，燈架安裝感光自動調節照明裝置，可根據外界光強度的變化自動調節照明度，保持與自然光一致。③光源：LED燈選用正白光LED燈，型號：RJP-P1W140P1-130T，色溫6000-6500K，深圳瑞佳鴻光電有限公司。全光譜燈選用SOLUX石英鹵素燈，型號：Q35MR16/ CG/47/36，色溫6000-6500K，美國EIKO公司。

1.3主要儀器

TP1020自動脫水機（德國LECIA公司）；RM2235型石蠟切片機（德國LECIA公司）；康克新柏圖文分析軟件；眼軸A超測量儀（無錫康寧公司）；Tissue-Tek TEL組織包埋機（日本SAKURA公司）；LEICADM-1000光學顯微鏡（德國LECIA公司）；隔水式電熱恒溫培養箱（上海市躍進醫療器械一廠）；JEM-1010透射電鏡（日本電子公司）；體重秤（江蘇威衡電子秤公司）。

1.4光照動物模型制作

自然光組飼養在正常自然光環境下。全光譜組飼養在全光譜環境下。日光燈組飼養在日光燈環境下。幼兔飼養在光照控制箱內，自由飲水和進食，溫度控制在22～24℃。使用感光自動調節照明裝置，使各箱內照明節律與自然光一致。飼養時間為3個月。

1.5眼軸測量

測量前用復方托吡卡胺滴眼液點眼表面麻醉，5 min 1次，2次后測量眼軸。測量位置取角膜中心稍偏顳下部位，每眼測量3～5次，取平均值。

1.6電鏡觀察

3個月后耳緣靜脈空氣針處死幼兔，摘除眼球。迅速取顳側視網膜少許修成約1mm2大小共3小塊，5%的戊二醛固定，放入4℃pH7.2的PBS緩沖液浸洗，1%鋨酸固定40 min，巴比妥緩沖液浸洗，梯度乙醇、丙酮脫水，無水乙醇與環氧樹脂浸透、包埋，半薄切片光學顯微鏡下定位，修剪成塊狀，超薄切片，厚度40～60μm，醋酸鈾和櫞酸鉛雙染，透射電子顯微鏡觀察并拍照。

1.7統計學方法

采用SPSS 19.0統計軟件進行分析，計量資料以均數±標準差±s）表示，采用方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1眼軸長度

飼養2、3個月后，三組幼兔左右眼眼軸長度均有增加，自然光組與全光譜組比較差異無統計學意義（P＞0.05），日光燈組眼軸長度顯著大于其他兩組（P＜0.01）。見表1。

表1　光照前后各組幼兔左右眼眼軸長度（cm，±s）

表1　光照前后各組幼兔左右眼眼軸長度（cm，±s）

注：與同時間自然光組比較，*P＜0.01；與同時間全光譜組比較，#P＜0.01

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2.2視網膜組織電鏡觀察結果

透射電鏡下觀察各組標本，自然光組動物視網膜各層組織未見明顯異常。日光燈組動物視網膜組織有明顯差別，主要體現在色素上皮層、光感受器和神經纖維層。全光譜組與自然光組相比未見明顯差異。

2.2.1色素上皮細胞自然光組色素上皮細胞單層結構，朝向光感受器面可見眾多微絨毛（圖1A），全光譜組偶可見小的脂質顆粒，細胞膜、微絨毛破壞較少，與自然光組比較無顯著差異（圖1B）。日光燈組視網膜色素細胞內可見大量脂質顆粒位于細胞質，且膨出于色素細胞內側面（圖1C），破壞內側面細胞膜及表面微絨毛結構（圖1D）。

圖1　色素上皮細胞電鏡結構

2.2.2光感受器細胞自然光組兔視網膜光感受器內、外節結構清晰，排列整齊，外核層細胞核形態規則，染色質均勻。全光譜組光感受器與自然光組無明顯差異（圖2A～B）。日光燈組感受器外節膜盤排列紊亂、間隙增大（圖2C），并有局限性斷裂、脫離，部分外界膜盤出現“蟲咬現象”（圖2D）。2.2.3神經纖維層細胞自然光組神經纖維層排列較為緊密，無空泡存在（圖3A），神經纖維細胞核呈規則的橢圓形（圖3B）；日光燈組神經纖維層周圍廣泛空泡存在（圖3C），神經纖維細胞核形態不規則（圖3D）；全光譜組也存在少量空泡化現象，但較日光燈組程度輕，與自然光組無較大差異。

圖2　光感受器細胞電鏡圖

圖3　內叢狀層及神經纖維層電鏡圖

3　討論

通過干預動物的光覺、形覺等使得物像無法在視網膜上聚焦，從而形成模糊的圖像，導致視覺系統缺乏相應的視覺反饋信號，眼球過度延長而發生近視，是目前眼球發育受視覺環境調控的最有力證據［6-7］。單色光對眼球發育與近視的發展具有一定的影響［8-9］，光照強度也對與眼球屈光發育有極大的影響［10］，而光譜組成對近視眼的作用卻少有研究。研究表明，人工光源的發明使人們所處的光環境發生了很大的改變，與自然光光譜組成不同的室內人工光源對屈光發育造成了影響［11］。而近視眼形成機制仍不完全清楚，不能很好地指導近視眼的防治。

本實驗所用的普通日光燈發光面積大，效率高，光譜主要集中在450～570nm，峰值在503nm附近，主要是藍光和白光等長波長光，缺少紅色光波段，因此筆者推測這種光譜差異可能與兔眼發育期眼軸延長有關，羅秀梅等［12］、劉永松［13］報道長波長光可誘導新生豚鼠出現明顯近視。徐志剛等［14］研究發現藍光長時間間斷照射會影響視網膜的正常新陳代謝，加重細胞損傷程度。本實驗選用自然光作對照，另選用光譜與太陽光光譜最接近全光譜燈，研究日光燈對眼球正視化過程的影響。實驗選擇處于屈光度發育最快的1月齡新西蘭兔作為研究對象，實驗3個月后分別測量幼兔眼軸。數據顯示日光燈組幼兔眼軸長度顯著大于自然光組與全光譜組幼兔（P＜0.01），而自然光組與全光譜組之間幼兔眼軸長度無顯著性差異（P＞0.05）。不同時間點測定結果來看，三組眼軸長度發育趨勢為隨時間延長而增加，且日光燈組變化顯著（P＜0.01）。結果表明，光譜的改變可引起眼軸的延長，從而引起近視。日光燈作為人工光源光譜分布是不連續的幾條強光譜線，其與自然光有很大差異，不能使眼球在各波長的響應能力得到充分的利用，實驗結果表明這可能是日光燈造成近視發生發展的基礎。

日光燈作為人工光源，光譜分布是不連續的幾條強光譜線，其與自然光有很大差異，Schwahn等［15］研究表明日光燈作為頻閃光，對視網膜有明暗強烈的光刺激，從而導致視網膜圖像的時空信號通路不能充分激活，使視網膜的其他通路被激活以誘導近視性改變。徐金華等［16］研究表明日光燈的燈光閃爍，穩定相差，每秒有幾十次人眼感覺不到的明暗變化，極易使眼睛產生疲勞，且日光燈在與全光譜燈相同積分亮度下所發出的幾條光譜特別強，強烈刺激眼睛，造成視網膜的光損傷。視網膜光損傷主要累及視網膜的光感受器細胞和色素上皮細胞，電鏡表現主要為核質島樣濃縮及線粒體腫脹，脊斷裂，最后表現為核溶解［17］。光性損傷是由于光作用于視網膜產生大量自由基造成，在視網膜自由基損傷后的慢性變性期大量的吞噬細胞長期留存于視網膜內，吞噬損傷的細胞碎片同時也損傷正常光感受體［18-20］。實驗觀察到日光燈照射3個月后，幼兔視網膜感受器外節膜盤排列紊亂、間隙增大，并有局限性斷裂、脫離，部分外界膜盤出現“蟲咬現象”，色素上皮細胞細胞質含大量類似吞噬小體的脂質顆粒，外叢狀層可見少量空泡，神經纖維層周圍廣泛空泡存在，神經纖維細胞核形態不規則。而自然光組視網膜各層組織未見明顯異常，全光譜組僅神經纖維層有少量空泡存在，表明相同的光照時間其他外在條件下，日光燈對兔視網膜細胞損傷嚴重。

綜上所述，日光燈作為室內人工光源，會引起眼軸增長，并對視網膜造成光損傷，不利于眼球的發育。而全光譜燈對眼球的影響與自然光相類似，建議使用全光譜燈替換日光燈作為人工光源。

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Effects of different light environments on eyeballs development in immature rabbits

ZONG Xia1LIU Yan2▲WANG Yuliang1ZHANG Chuanwei1
1.Department of Ophthalmology，Affiliated Hospital of Nanjing University of TCMJiangsu Province Hospital of TCM，Jiangsu Province，Nanjing210029，China；2.Department of Ophthalmology，Changzhou First People's Hospital，Jiangsu Province，Changzhou213000，China

R77

A

1673-7210（2016）09（b）-0004-04

2016-05-04本文編輯：張瑜杰）

國家自然科學基金資助項目（81373696、81173 306）。

宗霞（1990.5-），女，南京中醫藥大學第一臨床醫學院2014級中醫眼科專業在讀碩士研究生；研究方向：中醫眼科學。