王劍超,穆廷魁,李 婷,劉子瑤,姚 亮,胡 笳,史 強(qiáng)

(1西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院眼科,西安 710048;2西安交通大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)系;3西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科;*通訊作者,E-mail:shiq1982@sina.com)

正視化是幼年動物眼球生長過程中在眼屈光系統(tǒng)的作用下,將眼球焦平面與眼軸長度相匹配,從而獲得最優(yōu)視覺質(zhì)量的過程[1],通常認(rèn)為,近視是正視化進(jìn)程失敗的結(jié)果。近年來近視在全球范圍內(nèi)患病率逐年上升,目前約28.3%,預(yù)計2050年將波及全球近一半人口,將達(dá)47億[2],許多東南亞國家,年輕的成年人中近視患病率達(dá)到70%-80%,兒童的高度近視(≥-6D)發(fā)病率更是達(dá)到20%,高度近視易引起如視網(wǎng)膜脫離、白內(nèi)障、青光眼、后鞏膜葡萄腫、黃斑病變等嚴(yán)重并發(fā)癥,可能致盲[3,4],帶來沉重的社會和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。世界衛(wèi)生組織在“視覺2020行動”中,將屈光不正列為5個待消滅的“可避免盲”之一[5],而近視是最常見的屈光不正。

光學(xué)離焦可影響諸多物種的正視化過程,產(chǎn)生屈光不正,例如豚鼠[6]、絨猴[7]、鼠[8]、樹鼩[9]和小雞[10]。眼球生長調(diào)控信號分為促進(jìn)信號(GO)及阻止信號(STOP)兩種[9],眼球局部綜合和平衡各種促進(jìn)信號及阻止信號,從而決定眼球最終的生長方向和屈光狀態(tài)。有關(guān)促進(jìn)信號和阻止信號的研究已經(jīng)普遍開展,在小雞視覺發(fā)育期間,通過遠(yuǎn)視離焦(佩戴負(fù)透鏡)可誘導(dǎo)出近視,即光學(xué)離焦性近視(lens-induced myopia,LIM),通過近視離焦(佩戴正透鏡)可以誘導(dǎo)出遠(yuǎn)視,即光學(xué)離焦性遠(yuǎn)視(lens-induced hyperopia,LIH)[11],誘導(dǎo)出的近視/遠(yuǎn)視度數(shù)與所佩戴負(fù)/正透鏡度數(shù)有關(guān),但小雞眼屈光度及眼軸向參數(shù)隨光學(xué)離焦時長發(fā)展的具體規(guī)律,尚未有文獻(xiàn)報道。本研究建立小雞光學(xué)離焦性屈光不正模型,通過帶狀光檢影驗光及高頻A超測量,系統(tǒng)描述光學(xué)離焦小雞眼屈光度及軸向參數(shù)變化,為相關(guān)光學(xué)離焦研究的建模及采集數(shù)據(jù)時間點的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組

7日齡來航雞(white leghorn chicks)共92只,分8組,分別為近視離焦1,3,5,7 d四組(共41只,每組不少于8只),及遠(yuǎn)視離焦1,3,5,7 d四組(共51只,每組不少于8只)。水和食物不間斷供應(yīng),定期更換,供小雞自由采食。雞房內(nèi)保持25 ℃恒溫,雞籠內(nèi)加暖燈調(diào)節(jié)溫度28 ℃以上,12 h/12 h節(jié)律性晝夜照明(每天早7點及晚7點自動變更)。

實驗動物由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院動物實驗中心提供,經(jīng)眼部檢查排除眼部疾患,實驗動物和實驗動物使用條件符合《實驗動物管理條例》(國家科學(xué)技術(shù)委員會)。

1.2 實驗方法

近視離焦組小雞右眼佩戴+10D透鏡,遠(yuǎn)視離焦組小雞右眼佩戴-10D透鏡,所有小雞左眼均佩戴平光鏡片作為對照。分別于戴鏡前,及戴鏡1,3,5,7 d后(每24 h計為1 d),行雙眼帶狀光檢影驗光,高頻A超測量眼軸向參數(shù)。

1.2.1 帶狀光檢影驗光 所有驗光檢查均由同一驗光師雙盲法使用手持帶狀光檢影鏡于暗室中進(jìn)行,去鏡時點與戴鏡時點相同,保證小雞戴鏡時長。戴鏡前及去鏡后立即進(jìn)行檢影驗光,記錄水平及垂直方向上的屈光不正度數(shù)(精確到±0.5 d),并計算等效球鏡度數(shù)(球鏡度數(shù)+1/2柱鏡度數(shù))。

1.2.2 眼球軸向參數(shù)測量 采用配有30 MHz(PZ25-025-R1.00)傳感器的高頻專用A-掃描超聲(Panametric,PR-5037R)系統(tǒng),在100 MHz采樣。取樣不小于10個,取分析后數(shù)據(jù)的平均值作為最終數(shù)據(jù)。本研究中眼軸長度定義為角膜前頂點到后極部視網(wǎng)膜前表面的距離。

1.2.3 鏡片的佩戴、清潔及檢查 使用萬能膠將圓環(huán)狀尼龍貼固定于小雞眶周羽毛,專用鏡片固定于圓環(huán)狀尼龍貼上,便于每日清潔鏡片及調(diào)整鏡片位置。每日至少清潔鏡片一次,并保持鏡片透明,固定牢固無移位。如發(fā)現(xiàn)鏡片意外脫落或移位,則剔除該實驗動物的所有數(shù)據(jù)。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

將屈光度改變、玻璃體腔長度改變、脈絡(luò)膜厚度改變、眼軸長度改變的雙眼間差值(intraocular difference,IOD)定義為:(右眼n天-0天)-(左眼n天-0天);獨立樣本t檢驗比較右眼及左眼玻璃體腔長度(vitreous chamber depth,VCD),眼軸長度(axial length,AXL),脈絡(luò)膜厚度(choroidal thickness,CT)和屈光度(refractive error)的變化;Pearson相關(guān)檢驗比較屈光度變化與VCD、AXL變化之間的相關(guān)性;多組間比較采用單因素方差分析,多組間兩兩比較采用post-hoc檢驗。數(shù)據(jù)使用SPSS21.0統(tǒng)計分析軟件包進(jìn)行分析,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

戴鏡前各組小雞雙眼屈光度、VCD、脈絡(luò)膜厚度及AXL差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(獨立樣本t檢驗,P>0.05)。

2.1 光學(xué)離焦小雞眼屈光度變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼屈光度向遠(yuǎn)視發(fā)展,左眼逐漸趨于正視化,左右眼屈光度改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001,見表1);屈光度改變的IOD顯著不同(F=9.456,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,屈光度改變的IOD顯著增高(P<0.001),但戴鏡5 d較戴鏡3 d組,及戴鏡7 d較戴鏡5 d組,屈光度改變的IOD差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖1)。

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼屈光度向近視發(fā)展,左眼逐漸趨于正視化,左右眼屈光度改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001,見表1);屈光度改變的IOD顯著不同(F=56.706,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,及戴鏡7 d較戴鏡5 d組,屈光度改變的IOD顯著增高(P<0.05),戴鏡5 d較戴鏡3 d組,屈光度改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖2)。

表1 光學(xué)離焦小雞屈光度改變

與1 d組相比，***P<0.001圖1 近視離焦(+10D)小雞屈光度改變的雙眼間差異Figure 1 IOD of changes in refractive error in chicks wearing +10D lens

與1 d組相比，***P<0.001；與5 d組相比，#P<0.05圖2 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞屈光度改變的雙眼間差異Figure 2 IOD of changes in refractive error in chicks wearing -10D lens

2.2 光學(xué)離焦小雞眼玻璃體腔長度(VCD)變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼VCD負(fù)增長或不增長,左眼VCD正常增長,雙眼VCD改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001,見表2);VCD改變的IOD顯著不同(F=4.607,P<0.01),戴鏡3 d組較戴鏡1 d組VCD改變的IOD顯著增高(P<0.001),戴鏡5 d組較戴鏡3 d組,及戴鏡7 d組較戴鏡5 d組,VCD改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖3)。

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼VCD加速增長,左眼VCD正常增長,雙眼VCD改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,見表2);VCD改變的IOD顯著不同(F=35.004,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,及戴鏡5 d較戴鏡3 d組,VCD改變的IOD均顯著增高(P<0.01),戴鏡7 d較戴鏡5 d組,VCD改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖4)。

表2 光學(xué)離焦小雞玻璃體腔長度(VCD)改變

與1 d組相比，***P<0.001圖3 近視離焦(+10D)小雞玻璃體腔長度改變的雙眼間差異Figure 3 IOD of changes in VCD in chicks wearing +10D lens

與1 d組相比，***P<0.001；與3 d組相比，##P<0.01圖4 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞玻璃體腔長度改變的雙眼間差異Figure 4 IOD of changes in VCD in chicks wearing -10D lens

2.3 光學(xué)離焦小雞眼眼軸(AXL)長度變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼AXL呈現(xiàn)負(fù)增長至小幅度正增長,左眼AXL正常增長,雙眼AXL改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001,見表3);AXL改變的IOD顯著不同(F=5.024,P<0.01),戴鏡3 d較戴鏡1 d組AXL改變的IOD顯著升高(P<0.001),但戴鏡5 d較戴鏡3 d組,及戴鏡7 d較戴鏡5 d組AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖5)。

表3 光學(xué)離焦小雞眼軸長度(AXL)改變

與1 d組相比，***P<0.001圖5 近視離焦(+10D)小雞眼軸長度改變的雙眼間差異Figure 5 IOD of changes in AXL in chicks wearing +10D lens

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼AXL加速增長,左眼AXL正常增長,雙眼AXL改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,見表3)。AXL改變的IOD顯著不同(F=33.050,P<0.001),戴鏡3 d較戴鏡1 d組,戴鏡5 d較戴鏡3 d組AXL改變的IOD均顯著增高(P<0.01),戴鏡7 d較戴鏡5 d組AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖6)。

與1 d組相比，***P<0.001；與3 d組相比，##P<0.01圖6 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞眼軸長度改變的雙眼間差異Figure 6 IOD of changes in AXL in chicks wearing -10D lens

2.4 光學(xué)離焦小雞眼脈絡(luò)膜厚度變化

近視離焦小雞戴鏡1,3,5,7 d后,右眼脈絡(luò)膜增厚,左眼脈絡(luò)膜厚度變化不大,雙眼脈絡(luò)膜厚度改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05,見表4);脈絡(luò)膜厚度改變的IOD顯著不同(F=7.578,P<0.001),戴鏡5 d較戴鏡3 d脈絡(luò)膜厚度改變的IOD顯著降低(P<0.05),但戴鏡3 d較戴鏡1 d,及戴鏡7 d較戴鏡5 d脈絡(luò)膜厚度改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖7)。

表4 光學(xué)離焦小雞脈絡(luò)膜厚度(CT)改變

與3 d組相比，*P<0.05圖7 近視離焦(+10D)小雞脈絡(luò)膜厚度改變的雙眼間差異Figure 7 IOD of changes in choroidal thickness of+10D lens-wearing chicks

遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1 d后,右眼脈絡(luò)膜厚度稍有變薄,左眼脈絡(luò)膜厚度無明顯改變,雙眼脈絡(luò)膜厚度改變相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),戴鏡3,5,7 d的左右眼脈絡(luò)膜厚度改變相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見表4);脈絡(luò)膜厚度改變的IOD顯著不同(F=3.292,P<0.05),但戴鏡3 d與戴鏡1 d,戴鏡5 d與戴鏡3 d,戴鏡7 d與戴鏡5 d差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖8)。

圖8 遠(yuǎn)視離焦(-10D)小雞脈絡(luò)膜厚度改變的雙眼間差異Figure 8 IOD of changes in choroidal thickness of -10D lens-wearing chicks

2.5 光學(xué)離焦性屈光不正小雞屈光度改變與VCD、脈絡(luò)膜厚度、AXL改變的相關(guān)性分析

近視離焦組小雞戴鏡1,3,5,7 d后,屈光度改變的IOD與VCD、AXL改變的IOD顯著相關(guān)(r=-0.806,-0.778,P<0.001),亦與CT改變的IOD顯著相關(guān)(r=-0.281,P<0.05)。

遠(yuǎn)視離焦組小雞戴鏡1,3,5,7 d后,屈光度改變的IOD與VCD、AXL改變的IOD顯著相關(guān)(r=-0.401,-0.429,P<0.01),但與脈絡(luò)膜厚度改變的IOD無顯著相關(guān)性(r=-0.149,P=0.352)。

3 討論

眼球的生長調(diào)控信號中,近視離焦可激活阻止信號,延緩眼球生長,遠(yuǎn)視離焦可激活促進(jìn)信號,使眼球生長速度加快[9,12,13]。本研究對小雞光學(xué)離焦性屈光不正的形成和發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)和系統(tǒng)的描述和分析,小雞佩戴+10D/-10D透鏡近視/遠(yuǎn)視離焦,戴鏡1,3,5,7 d后,分別誘導(dǎo)出不同程度的遠(yuǎn)視/近視,這與先前小雞眼光學(xué)離焦能夠誘導(dǎo)出相應(yīng)的屈光不正的研究結(jié)果相一致[11],再一次證實了小雞眼球生長發(fā)育過程中,可對一定程度的光學(xué)離焦進(jìn)行代償,從而誘導(dǎo)出相應(yīng)程度的屈光不正。

本研究中,近視離焦小雞眼戴鏡3 d后誘導(dǎo)出的遠(yuǎn)視度數(shù)基本穩(wěn)定,而遠(yuǎn)視離焦小雞眼誘導(dǎo)出的近視度數(shù),隨戴鏡時間增加而不斷增長。首次表明+10D近視離焦對小雞眼生長的“阻止信號”,3 d即達(dá)峰值,并可平穩(wěn)保持(戴鏡5 d組與戴鏡3 d組,及戴鏡7 d組與戴鏡5 d組屈光度、VCD及AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義);而-10D遠(yuǎn)視離焦對小雞眼生長的“促進(jìn)信號”,在戴鏡期間持續(xù)增長,戴鏡7 d可能達(dá)到峰值(戴鏡7 d組與戴鏡5 d組VCD及AXL改變的IOD差異無統(tǒng)計學(xué)意義),但仍需延長戴鏡時間,進(jìn)一步研究證實。這對相關(guān)光學(xué)離焦性屈光不正研究的建模,以及針對“促進(jìn)信號”及“阻止信號”研究的數(shù)據(jù)采集時間點的選擇提供了可靠依據(jù)。

無論是哺乳動物還是非哺乳動物,眼球生長的調(diào)控信號均位于眼球局部,切斷視神經(jīng)并不能阻止眼球?qū)Υ龠M(jìn)信號或阻止信號產(chǎn)生應(yīng)答[6],近年來,有關(guān)眼球生長局部調(diào)控的研究逐漸集中于脈絡(luò)膜,針對近視發(fā)展過程中脈絡(luò)膜基因表達(dá)的研究日益豐富,脈絡(luò)膜接受來自視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的信號,發(fā)生一系列基因表達(dá)變化,從而影響鞏膜生長,改變眼球形態(tài)[13]。本研究中,無論近視離焦或遠(yuǎn)視離焦,脈絡(luò)膜厚度的變化均主要發(fā)生在戴鏡時間較短的樣本中,近視離焦小雞戴鏡3 d組脈絡(luò)膜增厚最為顯著,遠(yuǎn)視離焦小雞戴鏡1 d組脈絡(luò)膜顯著變薄,脈絡(luò)膜厚度改變的IOD與屈光度改變的IOD在近視離焦小雞中無顯著相關(guān)性(r=-0.149,P=0.352),在遠(yuǎn)視離焦小雞中僅低度相關(guān)(r=-0.281,P<0.05)。脈絡(luò)膜厚度變化與屈光度之間的關(guān)系尚存爭議。脈絡(luò)膜血運(yùn)豐富,其厚度在1 d之中存在較大的節(jié)律性波動[12],測量時間點不同,也可能導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差。進(jìn)一步有關(guān)屈光不正的脈絡(luò)膜變化的研究中,應(yīng)更加嚴(yán)格地規(guī)劃測量/取材時間,著重觀測戴鏡早期脈絡(luò)膜改變,以期發(fā)現(xiàn)脈絡(luò)膜厚度/基因表達(dá)與屈光不正發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性。

綜上所述,本研究中近視/遠(yuǎn)視離焦小雞分別在戴鏡前及戴鏡后不同時間點進(jìn)行相關(guān)測量,詳細(xì)而系統(tǒng)地描述了光學(xué)離焦誘導(dǎo)小雞眼屈光度及相關(guān)眼軸向參數(shù)隨戴鏡時間的變化規(guī)律,證實了光學(xué)離焦能夠影響小雞眼球生長發(fā)育,使其對鏡片屈光度做出相應(yīng)補(bǔ)償,同時產(chǎn)生VCD及AXL的相應(yīng)變化,并首次找出了小雞眼對+10D近視離焦及-10D遠(yuǎn)視離焦達(dá)到完全補(bǔ)償?shù)臅r間點,對相關(guān)光學(xué)離焦性屈光不正研究的建模及數(shù)據(jù)采集時間點的選擇提供了可靠依據(jù)。而脈絡(luò)膜厚度的變化主要發(fā)生在戴鏡時間較短的樣本中,揭示了針對屈光不正相關(guān)的脈絡(luò)膜實驗,應(yīng)更加注重干預(yù)早期脈絡(luò)膜厚度或脈絡(luò)膜相關(guān)基因表達(dá)的改變。