不同光环境对幼兔眼球发育的影响

[摘要] 目的 观察不同光环境对幼兔眼球发育的影响。 方法 将24只1月龄新西兰幼兔随机分为自然光组、全光谱组与日光灯组。自然光组饲养在正常自然光线的照射环境中。全光谱组饲养在全光谱环境下。日光灯组饲养在日光灯环境下。人工光源根据外界光强度的变化自动调节照明度，使照明节律与自然光一致。饲养3个月后观察三组幼兔眼轴长度及视网膜透射电镜超微结构变化。 结果 正视化过程中，三组幼兔眼轴长度均有所增加，自然光组与全光谱组增加程度比较差异无统计学意义（P > 0.05），而日光灯组增加的程度显著大于自然光与全光谱组（P < 0.01）。自然光组视网膜超微结构无异常，全光谱组神经纤维层仅少量空泡化，而日光灯组视网膜损伤程度较重：感光细胞排列紊乱，线粒体肿胀；色素上皮细胞胞质出现大量脂质颗粒；神经纤维层大量空泡。 结论 日光灯作为光源会造成视网膜结构紊乱，对眼球发育不利。而全光谱灯对眼球发育的影响接近自然光。在眼球发育过程中应使用全光谱灯代替日光灯作为人工光源。

[关键词] 视网膜；光损伤；眼轴长度；人工光源

[中图分类号] R77 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）09（b）-0004-04

[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 consistent with the natural rhythm. The axial length and retinal ultrastructure under transmission electron microscopy of immature rabbits in each group were observed after three months. 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 light group 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，从单细胞到高等动植物以及人类的所有生命活动都存在着按照一定规律运行的、周期性的生命活动现象，称为生物节律[1]，生物节律可以随着外界环境（如光照、温度等）的变化而改变，其中，光照是影响最为明显的因素之一[2]，电灯的发明使人类所处的光环境及固有的昼夜交替的生物节律发生了极大的改变[3]。视网膜是生物节律系统的组成部分，是将光信号转换为生理信号的窗口。人类出生时眼处于远视状态，从睁眼的一瞬起，外界的视觉刺激就开始对眼球的生长发育起到精确的调控作用，在各种屈光因子相互协调配合下，眼球壁向着物像焦点的方向渐进性生长，直至屈光状态和眼轴长度与物像焦点达到合适的匹配，这一过程就被视为“正视化”[4]。研究表明，光环境的改变会给哺乳动物视网膜发育带来一定的影响，不同光谱的人工光源对视功能影响不同[5]。本文通过研究不同光源对幼兔眼轴长度、视网膜超微结构的观察，探讨长期处于人工光环境对眼球发育正视化过程的影响，为研究光环境与眼部损伤关系提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组

1月龄健康无眼病新西兰幼兔24只，雌雄各半，体质量0.5～1.0 kg，由青龙山实验动物中心提供，兔配合饲料，自然温度下培养。分组：采用完全随机化分组方法将其分为三组，对24只幼兔进行编号1～24，随机抽取8个数字对应编号的幼兔为自然光组，同样方法抽取全光谱组与日光灯组。

1.2 主要实验设备

①南京中医药大学提供实验房间。②光照控制架，由南京理工大学及东南大学研制，规格1.5 m×0.5 m×1.7 m（长×宽×高）。LED灯架：灯架安装数排多个小功率LED灯便于照度调节，灯架安装感光自动调节照明装置，可根据外界光强度的变化自动调节照明度，保持与自然光一致。全光谱灯箱：灯架安装全光谱灯，灯架安装感光自动调节照明装置，可根据外界光强度的变化自动调节照明度，保持与自然光一致。③光源：LED灯选用正白光LED灯，型号：RJP-P1W140P1-130T，色温6000-6500K，深圳瑞佳鸿光电有限公司。全光谱灯选用SOLUX石英卤素灯，型号：Q35MR16/CG/47/36，色温6000-6500K，美国EIKO公司。

1.3 主要仪器

TP1020自动脱水机（德国LECIA公司）；RM2235型石蜡切片机（德国LECIA公司）；康克新柏图文分析软件；眼轴A超测量仪（无锡康宁公司）；Tissue-Tek TEL组织包埋机（日本SAKURA公司）；LEICADM-1000光学显微镜（德国LECIA公司）；隔水式电热恒温培养箱（上海市跃进医疗器械一厂）；JEM-1010透射电镜（日本电子公司）；体重秤（江苏威衡电子秤公司）。

1.4 光照动物模型制作

自然光组饲养在正常自然光环境下。全光谱组饲养在全光谱环境下。日光灯组饲养在日光灯环境下。幼兔饲养在光照控制箱内，自由饮水和进食，温度控制在22～24℃。使用感光自动调节照明装置，使各箱内照明节律与自然光一致。饲养时间为3个月。

1.5 眼轴测量

测量前用复方托吡卡胺滴眼液点眼表面麻醉，5 min 1次，2次后测量眼轴。测量位置取角膜中心稍偏颞下部位，每眼测量3～5次，取平均值。

1.6 电镜观察

3个月后耳缘静脉空气针处死幼兔，摘除眼球。迅速取颞侧视网膜少许修成约1 mm2大小共3小块，5%的戊二醛固定，放入4℃ pH7.2的PBS缓冲液浸洗，1%锇酸固定40 min，巴比妥缓冲液浸洗，梯度乙醇、丙酮脱水，无水乙醇与环氧树脂浸透、包埋，半薄切片光学显微镜下定位，修剪成块状，超薄切片，厚度40～60 μm，醋酸铀和橼酸铅双染，透射电子显微镜观察并拍照。

1.7 统计学方法

采用SPSS 19.0统计软件进行分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，采用方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 眼轴长度

饲养2、3个月后，三组幼兔左右眼眼轴长度均有增加，自然光组与全光谱组比较差异无统计学意义（P > 0.05），日光灯组眼轴长度显著大于其他两组（P < 0.01）。

2.2 视网膜组织电镜观察结果

透射电镜下观察各组标本，自然光组动物视网膜各层组织未见明显异常。日光灯组动物视网膜组织有明显差别，主要体现在色素上皮层、光感受器和神经纤维层。全光谱组与自然光组相比未见明显差异。

2.2.1 色素上皮细胞 自然光组色素上皮细胞单层结构，朝向光感受器面可见众多微绒毛（图1A），全光谱组偶可见小的脂质颗粒，细胞膜、微绒毛破坏较少，与自然光组比较无显著差异（图1B）。日光灯组视网膜色素细胞内可见大量脂质颗粒位于细胞质，且膨出于色素细胞内侧面（图1C），破坏内侧面细胞膜及表面微绒毛结构（图1D）。

2.2.2 光感受器细胞 自然光组兔视网膜光感受器内、外节结构清晰，排列整齐，外核层细胞核形态规则，染色质均匀。全光谱组光感受器与自然光组无明显差异（图2A～B）。日光灯组感受器外节膜盘排列紊乱、间隙增大（图2C），并有局限性断裂、脱离，部分外界膜盘出现“虫咬现象”（图2D）。

2.2.3 神经纤维层细胞 自然光组神经纤维层排列较为紧密，无空泡存在（图3A），神经纤维细胞核呈规则的椭圆形（图3B）；日光灯组神经纤维层周围广泛空泡存在（图3C），神经纤维细胞核形态不规则（图3D）；全光谱组也存在少量空泡化现象，但较日光灯组程度轻，与自然光组无较大差异。

3 讨论

通过干预动物的光觉、形觉等使得物像无法在视网膜上聚焦，从而形成模糊的图像，导致视觉系统缺乏相应的视觉反馈信号，眼球过度延长而发生近视，是目前眼球发育受视觉环境调控的最有力证据[6-7]。单色光对眼球发育与近视的发展具有一定的影响[8-9]，光照强度也对与眼球屈光发育有极大的影响[10]，而光谱组成对近视眼的作用却少有研究。研究表明，人工光源的发明使人们所处的光环境发生了很大的改变，与自然光光谱组成不同的室内人工光源对屈光发育造成了影响[11]。而近视眼形成机制仍不完全清楚，不能很好地指导近视眼的防治。

本实验所用的普通日光灯发光面积大，效率高，光谱主要集中在450～570 nm，峰值在503 nm附近，主要是蓝光和白光等长波长光，缺少红色光波段，因此笔者推测这种光谱差异可能与兔眼发育期眼轴延长有关，罗秀梅等[12]、刘永松[13]报道长波长光可诱导新生豚鼠出现明显近视。徐志刚等[14]研究发现蓝光长时间间断照射会影响视网膜的正常新陈代谢，加重细胞损伤程度。本实验选用自然光作对照，另选用光谱与太阳光光谱最接近全光谱灯，研究日光灯对眼球正视化过程的影响。实验选择处于屈光度发育最快的1月龄新西兰兔作为研究对象，实验3个月后分别测量幼兔眼轴。数据显示日光灯组幼兔眼轴长度显著大于自然光组与全光谱组幼兔（P < 0.01），而自然光组与全光谱组之间幼兔眼轴长度无显著性差异（P > 0.05）。不同时间点测定结果来看，三组眼轴长度发育趋势为随时间延长而增加，且日光灯组变化显著（P < 0.01）。结果表明，光谱的改变可引起眼轴的延长，从而引起近视。日光灯作为人工光源光谱分布是不连续的几条强光谱线，其与自然光有很大差异，不能使眼球在各波长的响应能力得到充分的利用，实验结果表明这可能是日光灯造成近视发生发展的基础。

日光灯作为人工光源，光谱分布是不连续的几条强光谱线，其与自然光有很大差异，Schwahn等[15]研究表明日光灯作为频闪光，对视网膜有明暗强烈的光刺激，从而导致视网膜图像的时空信号通路不能充分激活，使视网膜的其他通路被激活以诱导近视性改变。徐金华等[16]研究表明日光灯的灯光闪烁，稳定相差，每秒有几十次人眼感觉不到的明暗变化，极易使眼睛产生疲劳，且日光灯在与全光谱灯相同积分亮度下所发出的几条光谱特别强，强烈刺激眼睛，造成视网膜的光损伤。视网膜光损伤主要累及视网膜的光感受器细胞和色素上皮细胞，电镜表现主要为核质岛样浓缩及线粒体肿胀，脊断裂，最后表现为核溶解[17]。光性损伤是由于光作用于视网膜产生大量自由基造成，在视网膜自由基损伤后的慢性变性期大量的吞噬细胞长期留存于视网膜内，吞噬损伤的细胞碎片同时也损伤正常光感受体[18-20]。实验观察到日光灯照射3个月后，幼兔视网膜感受器外节膜盘排列紊乱、间隙增大，并有局限性断裂、脱离，部分外界膜盘出现“虫咬现象”，色素上皮细胞细胞质含大量类似吞噬小体的脂质颗粒，外丛状层可见少量空泡，神经纤维层周围广泛空泡存在，神经纤维细胞核形态不规则。而自然光组视网膜各层组织未见明显异常，全光谱组仅神经纤维层有少量空泡存在，表明相同的光照时间其他外在条件下，日光灯对兔视网膜细胞损伤严重。

综上所述，日光灯作为室内人工光源，会引起眼轴增长，并对视网膜造成光损伤，不利于眼球的发育。而全光谱灯对眼球的影响与自然光相类似，建议使用全光谱灯替换日光灯作为人工光源。

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（收稿日期：2016-05-04 本文编辑：张瑜杰）