視覺光學環境對豚鼠眼屈光發育的影響

呂夢，亢澤峰

隨著社會結構和生活方式的轉變，近距離、室內的工作生活娛樂成為日常主流，近視的發病呈現年齡低、發病率高、增長快的趨勢[1]。國內學者對近視的影響因素不斷探索，除了分子生物學層面的深入研究，“戶外運動”等社會因素受到廣泛關注。Guo Y等[2]觀察北京小學生4年中眼軸增長和近視進展的相關性，認為戶外運動時間、近距離學習時間、父母遺傳等因素，與近視進展顯著相關。Xiong S等[3]評價戶外活動時間與近視發病風險之間的關系，認為增加在戶外的時間可以有效地防止近視的發生以及減緩近視漂移。戶外活動時間與近視發生發展的影響，已成為學者們關注的焦點[4]，但對此因素研究的動物模型的報道較少，本研究通過對比實驗室環境和模擬戶外環境飼養的三色花豚鼠屈光度和眼軸的變化，觀察戶外活動因素對實驗動物屈光發育的影響，以期為其后續研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

動物的飼養和實驗由首都醫科大學實驗動物中心統一管控，動物均用于視覺科學實驗。3周齡雄性花豚鼠120只（由本中心提供），體重140～180 g，由于運輸導致的應激反應，死亡4只，其余116只于3日后，做基礎篩查，測量眼軸和屈光度，此操作連續2 d由相同兩名實驗員完成，其中14只存在屈光參差（雙眼屈光度相差2.5 D以上），由于本實驗有環境因素干預，屈光參差影響數據統計，故將其剔除本實驗，其余102只中24只屈光度＜+2.00 D，發育比其它動物快，作者將其作為遠視儲備低常組，隨機分為兩組，各 12 只（24 只眼），C 組（n=24），D 組（n=24），其余78只遠視儲備正常組隨機分為兩組，各39 只（78 只眼），A 組（n=78）B 組（n=78）。 飼養六周后，A組5只（3只雙眼，2只單眼）晶體混濁，1只發育為屈光參差，1只死亡（解剖未發現疾病）；B組死亡6只（解剖未發現疾?。?，4只外傷導致高度散光，2只單眼晶體核硬化；C組1只（雙眼）晶體混濁，1只右眼外傷；D組死亡2只（解剖未發現疾?。?，1只左眼外傷，1只雙眼晶體核硬化；以上樣本剔除實驗后，模擬戶外正常組（A組）32只，實驗室飼養正常對照組 （B組）26只，模擬戶外遠視儲備低常組（C組）10只，實驗室飼養遠視儲備低常組（D組）8只。于實驗前和豚鼠9周齡分別檢測雙眼的屈光度、眼軸長度。對比實驗前后和實驗組與對照組屈光發育的差異，綜合評估不同環境對豚鼠屈光發育的影響。本研究動物實驗通過首都醫科大學倫理委員會的倫理審查，實驗過程符合《實驗動物倫理條例》。

表1 各組晝夜節律及飼養環境

1.2 觀察視覺光環境及晝夜節律對豚鼠屈光發育的影響

各組的視覺光環境及晝夜節律按照表1執行，4組間飲食無差異，每日密切觀察其全身狀況和眼部變化。

圖1 實驗動物豚鼠的實驗環境。1A模擬戶外環境；1B實驗室環境

1.3 實驗方法

所有動物在實驗前（3周齡）測量生物學指標，區別環境因素飼養6周后，于動物9周齡再次測量生物學指標，記錄結果。

1.3.1 屈光度 所有豚鼠雙眼結膜囊滴1%復方托吡酰胺滴眼液4次，每次間隔5 min，帶狀光檢影驗光（在工作距離0.33 m處檢影，散光以等效球鏡計算），屈光狀態以等效球鏡度數（D）表示。剔除屈光間質質量欠佳，影動似毛玻璃樣的個體。

1.3.2 眼軸長度 豚鼠全身麻醉，用深圳市瑞沃德生命科技有限公司生產的R520小動物麻醉機，3.5%異氟烷，0.8 L/min，時間1 min。結膜囊滴0.4%鹽酸丁氧普魯卡因表面麻醉后，A超測定儀 (AVISO E-chograph Class I-Type Bat，Quantel Medical，Clermont-Ferrand，France)測定雙眼眼軸長度，探頭有效直徑5 mm，頻率11 MHz[5]，脈沖式接收，超聲探頭直接接觸角膜，測量時探頭頂端紅光垂直于角膜平面對準瞳孔中心測量，可檢測角膜表面被探頭輕壓導致的凹陷，形成不規則的噪聲波，及時予以調整，出現理想波形時進行標記，手動模式連續測量10次，分別記錄生物特征數據并計算其平均值，精確到0.01 mm[6]。

1.4 統計學方法

采用SPSS Statistics V21軟件進行統計分析，將計量資料進行正態分布及Levene方差齊性檢驗后，用均數±標準差(xˉ±s)表示，眼別、周齡等因素對屈光性狀的影響采用多因素方差分析，實驗前后比較采用配對t檢驗；組間比較采用單因素方差分析，若P＜0.05則認為差異有統計學意義。

2 結果

實驗前豚鼠屈光度和眼軸，A組 （n=64）、B組（n=52）兩組數據呈正態分布，組間、組內、雙眼間屈光度和眼軸長度差異，無統計學意義（P均＞0.05）。C組（n=20）、D 組（n=16）兩組數據呈正態分布，組間、組內、雙眼間屈光度和眼軸長度差異，無統計學意義（P 均＞0.05）。

2.1 不同視覺光環境下飼養6周后屈光度的變化

在觀察期間，所有豚鼠雙眼均朝向近視的方向發展。不同視覺光環境飼養42 d后，以雙眼屈光度數均值的減少量為評價指標，配對t檢驗結果顯示：A 組近視漂移 （-2.57±1.38） D，t=14.81，P＜0.001。 B組近視漂移（-6.88±1.73） D，t=28.68，P＜0.001。 C 組近視漂移（-2.21±2.41） D，t=4.11，P＜0.01。D 組近視漂移（-3.98±2.60） D，t=6.14，P＜0.001。 A 組比 B 組近視漂移要少，F=311.891，P=0.000，C組比 D組近視漂移要少，F=34.628，P=0.000，各組左右眼之間差異無統計學意義（表2、圖2）。

表2 4組豚鼠實驗前后屈光度、眼軸長度變化（xˉ±s）

圖2 4組豚鼠屈光度變化分布圖。2A正常組；2B遠視儲備低常組

2.2 不同視覺光環境下飼養6周后 （豚鼠9周齡）眼軸的變化

不同視覺環境飼養42 d后，所有豚鼠眼軸長度均逐漸增加，進行配對t檢驗，A組眼軸增長（0.78±0.43）mm，t=14.533，P＜0.001；B 組增長（1.14±0.55）mm，t=14.743，P＜0.001。 C 組增長 （0.75±0.49） mm，t=6.820，P＜0.001；D 組增長 （0.78±0.32） mm，t=9.826，P＜0.001（表 2、圖 3）。

B組和A組相比眼軸長度增加差異，F=39.066，有統計學意義（P＜0.001），D組和C組相比眼軸長度增加差異，F=2.713，無統計學意義（P=0.109）。

圖3 4組豚鼠眼軸長度變化分布圖。3A正常組；3B遠視儲備低常組

3 討論

3.1 不同品系的豚鼠屈光發育存在差異

本研究應用于實驗的豚鼠為英國短毛種遠交系豚鼠，遺傳不穩定，個體間屈光發育及實驗結果存在差異，3周齡相近體重豚鼠中部分個體表現出遠視儲備低常，116只豚鼠，在基礎篩查中發現，24只屈光度＜+2.00 D，屈光發育比其它動物快。Jiang報道，220只4周齡野生豚鼠中篩查出28雙眼近視 (超過-1.50 D)[7]，白化的豚鼠品系2周齡近視率為70.1%，對照有色品系近視率為28.6%[8]；Zhou認為正常的豚鼠3周齡已經完成正視化[9]。不同的豚鼠品系屈光性狀可能存在不同。Pardue MT[10]分析使用小鼠進行近視研究的文獻，發現相同周齡的C57BL/6J小鼠在不同實驗室測定的屈光度差距很大。這提示我們在制作近視動物模型開展相關研究時，一定要選擇遺傳背景清楚，繁育規范的實驗動物。

3.2 眼軸與屈光度的相關性

在人類，眼屈光系統中各個因素之間的相互協調決定了最終的屈光狀態，最主要的是眼軸長度的因素。Zuo B[11]在實驗中發現：相對近視恢復的早期過程中，正常對照眼的屈光與眼軸長度呈一致性變化，而近視恢復眼實驗眼的屈光與眼軸長度呈反向分離性變化。Jong M[12]對100名兒童的眼軸和屈光度進行測量。屈光度范圍為（+2.25～+8.25）D，軸向長度為（19.34～23.66）mm。屈光度和測量的軸向長度有很強的相關性。大多數眼睛的估計和測量值相差＜0.5 mm(33/50，66%)，所有眼睛的估計和測量值都在1 mm之內。

本研究發現遠視儲備低常的豚鼠發育過程中眼軸與屈光度并不存在明顯相關性，D組和C組相比眼軸長度增加差異無統計學意義，這與人類存在差異。Chung HJ[13]報道高度近視眼屈光度不隨眼軸增加而增加，這可能是由于眼球前部和后部伸長的差異。高度近視眼的眼生物特征參數的解釋應考慮這些差異。豚鼠晶狀核硬化，晶狀體發生屈光力變化，近視的發展多是各屈光成分綜合作用的結果，而非僅為眼軸的延長。

3.3 視覺光環境對屈光狀態的影響

有關戶外活動降低近視發病的原因目前尚不確切，Lin Z等[14]評價中國農村兒童（被認為戶外活動頻繁人群）近距離工作和戶外活動與屈光不正的關系，認為近距離工作和近視之間沒有聯系，戶外活動對中國農村兒童近視的保護作用較弱。Erdinest N等[15]報道，增加約76 min/d可使近視發生率降低50%。增加戶外活動的時間可以更好地預防近視的發生，但并不會減緩近視的進展。Lin Z認為戶外活動可增加陽光照射，刺激眼內多巴胺的分泌和釋放，后者能抑制眼軸的增長，從而可以預防近視。同時陽光照射可以導致維生素D的增加，維生素D具有強大的抗增殖作用，進而可以穩定眼球的增長。Chuang AY[16]研究顯示維生素D受體基因多態性與高度近視間接相關，它可能會間接影響到某些相關因子，調節鈣的代謝，而鈣離子具有增強平滑肌收縮，穩定睫狀肌的功能，使視網膜呈清晰的像。本研究觀察了正常組和遠視儲備低常組在模擬戶外環境和實驗室環境下的屈光發育，A組比B組近視漂移要少，C組比D組近視漂移要少，發育期豚鼠對不同的視覺光環境是敏感的，戶外活動可減緩正常組和遠視儲備低常組近視漂移的程度，對眼軸作用不顯著，同時，由于物種原因，豚鼠戶外組晶體核硬化高發。