于佳明，王亞洲，王芳，高倩，李發(fā)明，華慧，陳仁彤，關(guān)雨沅，劉揚(yáng)

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)1.附屬第四醫(yī)院眼科，沈陽(yáng)110005；2.公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生教研室，沈陽(yáng)110122）

·論著·

不同海拔地區(qū)眼部生物有效紫外輻射的差異研究

于佳明1，王亞洲2，王芳2，高倩2，李發(fā)明2，華慧2，陳仁彤2，關(guān)雨沅2，劉揚(yáng)2

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)1.附屬第四醫(yī)院眼科，沈陽(yáng)110005；2.公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生教研室，沈陽(yáng)110122）

目的探討不同海拔的西昌和紹興地區(qū)眼部暴露生物有效紫外輻射強(qiáng)度的差異，為眼紫外線防護(hù)提供依據(jù)。方法采用自行研制的旋轉(zhuǎn)式眼紫外線暴露模型，在晴好天氣下，分別在西昌和紹興進(jìn)行監(jiān)測(cè)。運(yùn)用AvaSoft 7.4 for USB2軟件和OriginPro 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。結(jié)果西昌和紹興眼部生物有效紫外輻射暴露強(qiáng)度的日間變化呈雙峰分布，西昌角膜、結(jié)膜和晶狀體的加權(quán)UVBE最大值分別是紹興的1.7倍、近2倍和1.8倍。相同太陽(yáng)高度角下，西昌角膜、結(jié)膜、晶狀體生物有效強(qiáng)度均高于紹興。結(jié)論不同海拔兩地區(qū)的眼部生物有效暴露強(qiáng)度的日間變化均呈雙峰分布。相同太陽(yáng)高度角下，其角膜、結(jié)膜和晶狀體的生物有效紫外線強(qiáng)度存在明顯差異，西昌均高于紹興。

海拔；眼；生物有效紫外暴露

過(guò)量的紫外輻射可導(dǎo)致角膜結(jié)膜炎［1］、翼狀胬肉［2］和老年性白內(nèi)障［3］等眼部損傷。海拔是影響紫外輻射的重要因素。目前，有研究［4-5］進(jìn)行了不同海拔地區(qū)白內(nèi)障發(fā)病率及其危險(xiǎn)因素的探討，但是這些研究都是利用環(huán)境紫外線暴露強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)的，并沒(méi)有采用眼部生物有效紫外輻射強(qiáng)度（biological effective ultraviolet irradiance，UVBE），更鮮有涉及到不同海拔地區(qū)眼部生物有效紫外輻射的差異及危險(xiǎn)性的報(bào)道。本研究在我國(guó)緯度相近但海拔不同的西昌和紹興，采用眼部紫外線暴露模型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其數(shù)據(jù)根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)2008年資料進(jìn)而加權(quán)計(jì)算，獲得角膜、結(jié)膜和晶狀體的生物有效紫外輻射強(qiáng)度，以此闡明不同海拔高度其生物有效紫外輻射的差異。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)地點(diǎn)和時(shí)間

選擇四川省西昌市（海拔約1 515 m，27.87°N，102.26°E）和浙江省紹興市斗門(mén)鎮(zhèn)（海拔約9 m，30.1°N，120.6°E），分別在7月和5月開(kāi)展監(jiān)測(cè)。

1.2 監(jiān)測(cè)氣象條件

選擇晴朗天氣、天空中無(wú)云的氣象條件，監(jiān)測(cè)當(dāng)日紹興市環(huán)境空氣質(zhì)量為良（AQI 51～100），西昌市為良（AQI 51～100）。

1.3 監(jiān)測(cè)設(shè)備

監(jiān)測(cè)模型為旋轉(zhuǎn)式眼部紫外輻射暴露模型，紫外線監(jiān)測(cè)儀為荷蘭生產(chǎn)的AvaSpec-2048×14-2-USB2型光纖光譜儀。

1.4 監(jiān)測(cè)方法

每次監(jiān)測(cè)的開(kāi)始位置為監(jiān)測(cè)模型正對(duì)太陽(yáng)方向。連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d，選擇天氣最好一天的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為北京時(shí)間（CST）7時(shí)至18時(shí)，太陽(yáng)高度角（solar elevation angle，SEA）覆蓋范圍在10°～82°。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

1.5.1 紫外輻射物理強(qiáng)度計(jì)算：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)儀器自帶的“AvaSoft 7.4 for USB2.0”軟件處理為Microsoft Excel格式。并通過(guò)OriginPro 8.0軟件處理數(shù)據(jù)，計(jì)算出環(huán)境和眼部暴露紫外輻射全波段范圍的強(qiáng)度積分?jǐn)?shù)值。

1.5.2 生物有效紫外輻射強(qiáng)度計(jì)算：由監(jiān)測(cè)獲得的紫外輻射強(qiáng)度值與相應(yīng)的眼部不同生物有效光譜權(quán)重值相乘得到。公式如下：UVBE=ΣEλ·Aλ·Δλ。Eλ為眼部UVB段不同波長(zhǎng)的紫外輻射暴露強(qiáng)度，單位為μW/cm2；Aλ為生物有效光譜加權(quán)值（角膜為280～320 nm、結(jié)膜為280～308 nm、晶狀體為280～370 nm）；△λ為光譜的波長(zhǎng)間隔1 nm，見(jiàn)圖1。

圖1 UVB不同波長(zhǎng)下的生物有效紫外輻射強(qiáng)度加權(quán)值Fig.1Values for the biologically effective weight value of the cornea，conjunctiva，and lens at different wavelengths

2 結(jié)果

2.1 角膜加權(quán)生物有效強(qiáng)度的日間變化

西昌和紹興眼角膜加權(quán)UVBE值的日間變化均為雙峰分布，最大值分別為5.71和3.23 μW/cm2；分別出現(xiàn)在SEA 50°～57°和53°～64°左右。在29°～50°和9°～53°SEA范圍時(shí)，隨SEA的增加而增加；在57°～82°和64°～82°SEA范圍時(shí)，隨SEA增加而遞減。相同SEA，眼角膜加權(quán)UVBE值西昌明顯大于紹興。見(jiàn)圖2、3。

圖2 眼部角膜加權(quán)生物有效紫外線暴露強(qiáng)度隨時(shí)間分布Fig.2The diurnal distribution of biologically effective UVB rays of the cornea

圖3 眼部角膜加權(quán)生物有效紫外線暴露強(qiáng)度隨SEA變化Fig.3The variations of the biologically effective UVB rays of the cornea based on SEA

2.2 結(jié)膜加權(quán)生物有效強(qiáng)度的日間變化

兩地眼結(jié)膜加權(quán)UVBE值的日間變化均為雙峰分布，最大值分別為0.043和0.022 μW/cm2；分別出現(xiàn)在SEA 50°～57°和40°～64°左右，之后結(jié)膜加權(quán)UVBE值隨SEA增加而降低。相同SEA下，眼結(jié)膜加權(quán)UVBE值西昌明顯大于紹興。見(jiàn)圖4、5。

2.3 眼晶狀體加權(quán)生物有效強(qiáng)度的日間變化

兩地眼晶狀體加權(quán)UVBE值的日間變化均呈雙峰分布，最大值分別為8.13和4.61 μW/cm2，分別出現(xiàn)在SEA 50°～57°和53°～64°之間，均隨SEA增高而降低。與角膜、結(jié)膜加權(quán)UVBE值相似，相同SEA下，晶狀體加權(quán)UVBE值西昌也明顯大于紹興。見(jiàn)圖6、7。

圖4 眼部結(jié)膜加權(quán)生物有效紫外線暴露強(qiáng)度隨時(shí)間分布Fig.4The diurnal distribution of the biologically effective UVB rays of the conjunctiva

圖5 眼部結(jié)膜加權(quán)生物有效紫外線暴露強(qiáng)度隨SEA變化Fig.5The variations of the biologically effective UVB rays of the conjunctiva based on SEA

圖6 眼部晶狀體加權(quán)生物有效紫外線暴露強(qiáng)度隨時(shí)間分布Fig.6The diurnal distribution of the biologically effective UVB rays of the lens

圖7 眼部晶狀體加權(quán)生物有效紫外線暴露強(qiáng)度隨SEA變化Fig.7The variations of the biologically effective UVB rays of the lens based on SEA

3 討論

海拔是影響環(huán)境UVB紫外輻射強(qiáng)度的重要因素，以往的研究都是采用環(huán)境UVB物理強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，沒(méi)有反映角膜、結(jié)膜和晶狀體靶器官的生物效應(yīng)響應(yīng)光譜范圍和不同波長(zhǎng)的效應(yīng)權(quán)重。因此，采用眼部不同部位生物有效紫外輻射強(qiáng)度來(lái)研究不同海拔地區(qū)眼損傷的差異，比直接用環(huán)境UVB輻射強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)更具有生物學(xué)意義。

本研究的監(jiān)測(cè)和計(jì)算結(jié)果表明，西昌眼角膜、結(jié)膜和晶狀體加權(quán)生物有效紫外線強(qiáng)度值分別是紹興的1.7倍、近2倍和1.8倍，且比兩地紫外線環(huán)境及眼部物理強(qiáng)度的差異要明顯。這說(shuō)明由于高海拔地區(qū)空氣稀薄，對(duì)紫外線的吸收作用也相應(yīng)減少，具有效應(yīng)權(quán)重值較大的紫外線短波光譜高于低海拔地區(qū)。因此，采用眼角膜、結(jié)膜和晶狀體紫外線加權(quán)生物有效強(qiáng)度值進(jìn)行生物效應(yīng)評(píng)估更能闡明紫外線對(duì)眼損傷的危險(xiǎn)性。這不僅評(píng)價(jià)了不同海拔的眼暴露的危險(xiǎn)性，也為紫外線眼部損傷提供了一種評(píng)價(jià)方式。

［1］IONESCU AM，DE LA CRUZ CARDONA J，GONZáLEZ-ANDRADES M et al.UV absorbance of a bioengineered corneal stroma substitue in the 240 to 400 nm range［J］.Cornea，2010，29（8）：895-898.DOI：10.1097/ICO.0b013e3181ca3650.

［2］SHERWIN JC，HEWITT AW，KEARNS LS，et al.The association between pterygium and conjunctival ultraviolet autofluorescence：the norfolk island eye study［J］.Acta Ophthalmol，2013，91（4）：363-370.DOI：10.1111/j.1755-3768.2011.02314.x.

［3］BALASUBRAMANIAN D.Ultraviolet radiation and cataract［J］.J Ocul Pharmacol Ther，2000，16（3）：285-297.DOI：10.1089/ jop.2000.16.285.

［4］YU JM，YANG DQ，WANG H，et al.Prevalence and risk factors of lens opacities in rural populations living at two different altitudes in China［J］.Int J Ophthalmol，2016，9（4）：610-616.DOI：10.18240/ ijo.2016.04.23.

［5］邊領(lǐng)齋，劉巨平，魏瑞華，等.云南省高海拔農(nóng)村多民族聚居區(qū)年齡相關(guān)性白內(nèi)障危險(xiǎn)因素調(diào)查［J］.眼科新進(jìn)展，2013，33（1）：63-67.DOI：10.13389/j.cnki.rao.2013.01.017.

（編輯 于溪）

Differences in Ocular Biologically Effective Ultraviolet Irradiance at Different Altitudes

YU Jiaming1，WANG Yazhou2，WANG Fang2，GAO Qian2，LI Faming2，HUA Hui2，CHEN Rentong2，GUAN Yuyuan2，LIU Yang2
（1.Department of Ophthalmology，The Fourth Affiliated Hospital，China Medical University，Shenyang 110005，China；2.Department of Environmental Health，School of Public Health，China Medical University，Shenyang 110122，China）

ObjectiveTo explore the difference in ocular biologically effective ultraviolet irradiance in two areas with different altitudes，Xichang and Shaoxing，and provide a reference basis for ocular UV protection.MethodsA self-designed rotating mannequin and dual-detector spectrometer were used to monitor the intensity of ocular exposure to UV irradiation under clear skies in Xichang and Shaoxing.Monitoring data were processed and analyzed with AvaSoft 7.4 USB2 software and OriginPro 8.0 software.ResultsThe diurnal variations of ocular biologically effective ultraviolet irradiance exhibited bimodal distribution in Xichang and Shaoxing.The maximum UVBEcorn，UVBEconj，and UVBElens of Xichang were about 1.7 times，2 times，and 1.8 times that of Shaoxing，respectively.Under the same solar elevation angle，the biologically effective ultraviolet irradiance of the cornea，conjunctiva，and lens in Xichang were higher than those of Shaoxing.ConclusionThe diurnal variations of ocular biologically effective ultraviolet irradiance exhibit bimodal distribution in areas at two different altitudes.Under the same solar elevation angle，the biologically effective ultraviolet irradiance of the cornea，conjunctiva，and lens of Xichang are significantly higher than those of Shaoxing.

altitude；eye；biological effective ultraviolet irradiance

R122.25

A

0258-4646（2017）05-0385-03

10.12007/j.issn.0258-4646.2017.05.001

國(guó)家自然科學(xué)基金（81273034）；遼寧省自然科學(xué)基金（2014021009）

于佳明（1969-），女，副研究員，博士.

劉揚(yáng)，E-mail：yangliu@cmu.edu.cn

2017-01-07

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：