近視成因與人工干預及中醫介入的研究

王育良，朱彥婷，張傳偉，施立新

人類視覺系統是在地球自然條件下，為適應視環境逐步進化形成的，對近視這樣較大的流行病學改變，首先應梳理出誘因及相關權重，從中研究干預辦法，并提出科學的防控措施。

1 近視現狀與發展特點

1.1 近視率近期呈急劇增加趨勢

半個世紀以來，世界近視率明顯上升并持續發展[1]，在上世紀70 年代12～54 歲近視率歐洲為20.0%，美國25.0%，中國10.0%～15.0%；到本世紀初，世界近視平均22.0%，歐洲40.0%，美國41.6%，我國達33.0%。本世紀后，近視持續增加，而新增主要為兒童和青少年，澳大利亞在過去的15 年中17 歲近視率從20.0%上升到30.0%；我國2000 年全國學生近視率調查：小學20.2%，初中48.2%，高中71.3%，大學73.0%；2002 年抽樣監測：小學為27.0%，初中53.4%，高中超過72.0%；2011 年，小學為28.0%，初中60.0%，高中85.0%，大學90.0%；2010 年課題組對南京白下區5～6 年級在校學生調查，近視43.4%，其中男生38.7%，女生48.7%。近十年近視率仍持續增加并呈低齡化趨勢；2018 年國家衛健委等部委的全國兒童青少年調查，總體近視率達53.6%，6 歲為14.5%，小學36.0%，初中71.6%，高中81.0%；2019 年課題組對淮安市某校小學一年級到初中一年級的1368 名學生調查，近視率70.7%，一年級視力不良達40.0%，五年級65.0%；世界衛生組織最新數據示，中國近視超過6 億人，高中生為83.3%，大學87.7%。澳大利亞奧布賴恩霍頓視力研究院估計，到2050 年世界近視達47.58 億，至人口一半[2]。

1.2 近視發展有窗口期

人眼的屈光度是隨年齡而變化的，新生兒：+8～+15 D；1 歲：+5～+8 D；2 歲：+3～+5 D；3 歲：+1～+3 D；5 歲：0～+2 D；到10 歲完成正視化至0～+1 D，之后進入近視化階段。據報道，我國近視從小學一年級15.7%到六年級59.0%，從初中一年級64.9%到初中三年級77.0%，隨年齡增加，約15 歲趨于穩定[3]，新發病率降低[4]，青春期后一般不再發生發展；故在我國10～16 歲可以說是近視的窗口期。

1.3 近視發生率與地區及種族相關

2010 年近視率調查,南京市（經緯度為118°E，32°N）初中生70.0%～75.0%，高中80.0%，赤峰市區（經緯度為118°E，42°N）初中45.7%，高中47.7%[5]。2019 年日本慶應大學調查東京689 名小學生有76.5%近視，727 名中學生94.9%近視；韓國首爾近期19歲男性96.5%近視;與中國、新加坡及中國港臺同屬全球最高區域。澳大利亞調查17 歲人中，東亞裔近視率60.0%，而歐洲移民僅18.0%。

1.4 近視發生率城鄉（牧）差別

瞿佳教授在第15 屆國際近視眼研究大會報道城鄉近視率相差10.0%；本課題組2006 年對伊犁哈薩克人調查示，城區與牧區：近視77.7%與24.7%，正視15.0%與45.0%，遠視9.7%與31.0%[6]；非洲馬賽人大部分裸眼視力超過2.0，很多超過4.0；2015年央視“挑戰不可能”安排馬賽丹尼爾兄弟從800 m遠認出木偶人形，視力超過6.0；同年蒙古國巴特夫婦分辨千米之外形體，視力超過6.5；2016 年我國巴林右旗青格樂兄弟從168 m 外辨認了無人機上E字方向，視力超過7.0，他們均來自內陸草原。

2 近視成因及驟增拐點的研究

分析窗口期學生課余視活動差異，農牧區為戶外自然光下遠視距為主的運動視，多“日落而息”，接近進化期視環境；發達區為室內人工光源下近視距為主的平面固視，多有“熬夜”現象。根據Morgan 的調查[7]，上世紀30～60 年代末，亞洲發達地區學生近視未上升，至70 年代同時驟增，成為明顯拐點，并持續發展至今。找出差異諸要素的同期改變者，應該會是近視的關鍵因素。

2.1 戶內、外活動

2007 年美國俄亥俄州立大學跟蹤500 名8～9歲無近視者，5 年后1/5 的人出現近視，唯一相關因素是戶外時間；我國廣州6 所小學從6～7 歲每天增40min戶外課，3 年后近視率30.0%，對照小學40.0%[8]；本課題組調查哈薩克戶外時間，城市99.0%＜3 h,牧區98.0%＞7 h[6]。澳洲學生亞裔敬仰“學霸”，歐裔崇拜“健將”，兩者戶外時間不同。課題組調查了南京7 所小學5、6 年級近視率，其中1 所僅29.9%，小于43.4%均值，經查其外來工子女多，均戶外時間高。室內時間與近視相關，但驟增為早期白熾燈普及時，與上世紀70 年代非同期要素。

2.2 視距與運動視

我國窗口期學生視活動主要是上課、看書、作業與視屏。人眼焦距無限遠是5 m，教室規范規定后排課桌后沿與黑板距小學＜8 m，中學＜9 m，60.0%學生距黑板＜5 m；我國現教材GB/T 18358-2009 國標正文字號1～3 年級2～3 號，2～4 年級4 號，而窗口期的5、6 年級至初中為小4 號，輔助書可用5 號，書距較前明顯縮短。城市課余視活動主要是視屏，從上世紀80 年代電視、游戲機、電腦、平板，視距逐漸縮短至手機達極限；這種近距平面固視使睫狀肌、眼外肌均處持續緊張狀態。農牧區以戶外視遠、運動視為主，課題組赴青格樂兄弟家鄉調查，其視野開闊，干燥少塵，能見度極高，挑戰不可能“超視力者”，均有相同環境，平時活動即為望遠和追逐視的“辨識訓練”，形成的視覺沖動會反饋刺激眼軸向正、遠視（牧區哈薩克遠視31.0%[6]）化發育，還會提高離焦圖像辨識力，獲得裸眼超視力?？梢?，近距離平面固視總趨勢上與近視明顯相關，但仍非70 年代后的同期要素。

2.3 照度

課題組對多地區照度調查，如南京比赤峰近視發生率高，照度明顯低。與南京大學吳蔚教授團隊合作，對部分教室光環境及不同光氣候區教室空間emICEA 進行了調查，國際室內照明（Lux）對教室要求有：國際通用CIES008/E-2008、美國IESNA-2000、德國DIN5035-1990 均為＞500 Lux，日本JISZ9110-1979 為200～750Lux、俄羅斯CHN23-05-95 為300Lux；2004 我國《建筑照明設計標準》（B50034-2004）把課桌面從150 Lux 提至300 Lux，黑板500 Lux，除2019年廣東省照明標準將課桌面提至500 Lux 外，其他地區沿用至今。調查示，美國某中學教室，應用天窗結構，在晴朗正午的條件下，99.0%調查區離地面76.2 cm 處達25 英尺燭光，黑板照度＞1000 Lux，符合LEED-NC2.2 和LEED-NC3.0 要求，信用為8.1；我國的所有教室內、外差異極大，僅少數采光點短時達標，照度與近視相關尚不能肯定，但低照度會造成近視距加重和人工光源應用，也會增加近視。上世紀70 年代恰值教室普及熒光燈，照度提升，近視未減反升，不應是同期要素。

2.4 光源

太陽光隨入射角通過大氣呈現四季及晨、午、夕、夜變化形成地球自然光環境，地球生物是在自然光下形成平衡的生態系統，其強度、光譜質量及其周期性變化對生物的生長發育和地理分布產生著深遠影響，而生物對這些光因子變化也會產生多樣反應。

人類遠古時始用堆火、火把照明；新石器時出現油脂燈，后發明蠟燭；18 世紀出現油管燈；1745 年有了煤油、煤氣燈；19 世紀初英國H.戴維發明碳弧燈，1879 年美國愛迪生研發可普及碳絲白熾燈，進入電光源時代。以上光源均同太陽為黑體加熱發光，稱“熱光源”。美洲、日本曾有螢火蟲照明傳說；我國《晉書》“車胤囊螢夜讀”、《古今秘苑》 “取羊膀胱吹脹曬干，入螢百余枚”的明確記載；1938 年美國伊曼發明熒光燈，上世紀70 年代在教室普及，1974 年荷蘭推出三基色熒光燈；80 年代三基色彩色視屏應用；90年日本赤崎勇代等用LED 導出藍光通過熒光涂料產生白光（獲諾貝爾物理學獎），2000 年用于室內后迅速普及。由于非加熱發光，紅外少發熱輕，稱為“冷光源”。冷光源的應用、普及與近視驟升并持續高度同期，為此，課題組對光源的特質及與近視相關機理進行了進一步研究。

（1）光源差異熱光源為緩坡式差異的連續光譜，目前的冷光源多有不同光段的斷崖式差別，如有400～460 nm 間的高峰值藍光，被稱為“富藍化”；也有480 nm 左右及其他的低谷區的相對缺失頻段，形成明顯峰谷（圖1）。

（2）光源差異與眼軸為探討光源與近視相關性，取1 月齡新西蘭兔，用不同光源同照度、同節律分組照明，在不同時段檢測眼軸[9]（與自然光組比較，可反映近視化程度），結果冷光源組眼軸增長尤為明顯（表1）。

圖1 不同光源特質

表1 不同光源下發育期兔眼軸長度各時間點比較（）

表1 不同光源下發育期兔眼軸長度各時間點比較（）

注：與室內自然光組比較，* P＜0.05；*** P＜0.001

同一屈光介質對不同波長光折射率不同，各單色光在眼內焦點不同而形成縱向色像差（Longitudinal chromatic aberration,LCA），連續光形成單焦的縱向焦點帶[10]；課題組發現注視Vision One 激光器瞄準光（635 nm/1.0 mW）3 min 后，在中色溫LED 照明區2 min 內藍、綠光感知缺失，調查治療患者，在659 nm 或577 nm 光凝后短時間內視物為紫紅色，532 nm 光凝后為暗綠色，稱之為強光壓制現象。冷光源的高峰值光會對視覺細胞產生強光壓制，使相對低谷光段不被感知，形成不連貫的多焦面現象，當最強峰值光作為主焦平面，其后的次高光峰形成視網膜后的正離焦面，這種現象持續存在會產生異于自然光的離焦信號，在窗口期中樞反饋會調節屈光發育走勢，促成眼軸縱向延長，向近視化方向漂移[11]。另外，人類視覺分視網膜神經節細胞M（大細胞）和P（小細胞）通路，M 對黃、藍敏感，P 對紅敏感，M 具喚醒P 的功能，在兒童眼正視化初期還有促使P 正常發育的作用，此時段持續藍光區峰谷狀態，可能干擾M與P 視覺的協同處理，產生的反饋信號影響正視化化進程（圖2）。

圖2 不同光源焦平面面示意

（3）光源差異與節律人類在工業革命前基本依靠自然光，遵循晝夜節律日出而作、日落而息。隨人工電光源出現城市人多“日落不息”。課題組調查哈薩克城市人71.0%入夜后靠人工光源活動超過6 h，牧區87.0%人僅1～2 h[6]；而城市學生“熬夜”普遍；2012 年本課題組將1 月齡兔分光照組（鹵素燈18h/6h），對照組 （室內自然光），4 個月后觀察眼軸長度，光照組（16.65±0.35）mm，對照組（15.74±0.54）mm （P＜0.05）；2014 年，用鹵素燈分延長光照（18 h/6 h）組與仿自然節律（12 h/12 h）組，結果延長光照兔眼軸較長，兩組差異有統計學意義（P＜0.05）[12]，說明光照節律的確與近視相關。人類具有起于視網膜自主感光神經節細胞（ipRGCs）的非視覺通路，把光信號傳遞到視交叉上核等最后到達松果體，調節內源性生物鐘和褪黑色素分泌，影響人體生理節律，同時與多巴胺共同影響窗口期眼軸發育；比較了自然光與熒光燈對發育期大鼠的影響，發現熒光燈引起大鼠性激素分泌紊亂、眼壓峰值提前、視網膜細胞超微結構與生物鐘基因Cry2 表達變化[13-15]。分析近視率差異大的不同地區及室內、外自然光譜，除照度與藍紫光段差異明顯外，不同單色光各時段曲線趨勢基本一致，可能藍光段也是近視化信號源之一；已發現ipRGC光譜光視效率在450～500 nm[16]，冷光源恰在480 nm左右多呈低谷相對缺失區，可能致非視覺通路傳導紊亂，形成光質性健康損害，同時在窗口期影響眼正視化進程［17］（圖3）。

綜上看，近視是窗口期多種視環境改變的綜合結果，而冷光源普及應該是其中最主要原因。

（4）光源改良研究 設想重啟熱光源，并對白熾燈測試，發現功耗與照度無法再用（如95W 距200 cm，照度僅25.9 Lux）。為綜合兩種光源優點，利用不同色彩燈珠，組成無紅外仿自然陣矩光源，對3 周齡的豚鼠進行試驗，8 周后仿自然陣矩光組眼軸（8.74±0.21）mm，與自然光組（8.65±0.1）mm 比較，無統計學意義，可見保持冷光源680 nm 以上光譜低缺可行，但靠色燈拼湊補缺、光損耗大，不具生產可行性。為此，改造LED光源，改變輸出光譜，祛除富藍化，得到比陣矩更易應用的兩種仿自然連續光譜光源進行對比實驗（表2）。

圖3 光質性健康損害示意圖

表2 不同連續光譜光源各時段兔眼軸長度比較（）

表2 不同連續光譜光源各時段兔眼軸長度比較（）

注：與自然光組比較，* P＜0.05；** P＜0.01；***P＜0.001

根據結果比較光質，發現差別在380～500 nm 藍光段，為此，調整出此段不同光譜進行比較（表3）。結果實驗光源均優于熒光燈，其中仿自然連續光源A 效果尤為突出，擬以此作為基礎白光光源應用，形成健康光源基礎。

表3 不同去谷峰光源豚鼠眼軸發育比較（）

表3 不同去谷峰光源豚鼠眼軸發育比較（）

注：與自然光組比較，#P＜0.05；##P＜0.01；與仿自然連續光源A組比較，* P＜0.05；** P＜0.01

3 近視綜合防控方法研究與建議

根據窗口期各因素權重，在城市已無法回歸進化過程的“健康視環境”，但可對教室、家庭作業區綜合改造，創造“人工高仿自然視環境”。

3.1 建設窗口期高仿自然視環境教室

（1）建設智能調控教室自然光照明系統：教室最好采用自然光，廣州試點的全玻璃教室(來源《PLOS ONE》) 照度可達1330～4060 Lux，優于美天窗式教室。但目前我國主要是舊教室改造，大規模新建或仿美天窗式“明亮教室”不現實，故設計了《一種仿超視區自然視環境教室照明系統及其控制方法》（專利申請號201810427813.7），搜集了不同地域四季及日間各時段自然光譜，研發可輸入這些數據的自動化調控系統，組裝成智能調控高仿自然光光源，其組成為：①總控制箱：智能啟動、照度調整與光譜節律調控模塊裝置；②合成照明組：由自然光導入系統出光口與高仿自然光的人工光源組成；黑板區域2 組，書桌區9～12 組，每組照明范圍自然光低于預定 （桌面≤500 Lux、黑板≤800 Lux）時自動啟動人工光源，并隨室外自然光自動調節光譜節律；③光探測器：每組照明范圍、室外自然光區各1 只，將照度隨時傳給控制箱自動調節裝置；室外自然光照度≤500 Lux 由智能光譜節律模塊按預置光譜節律調控。

（2）建設教室遠視距系統：設計了《一種遠視距黑板》（專利申請號CN201920676249.2），利用雙反光系統，使前幾排學生從上方鏡中看得到黑板視距均超過5 m，同時也使前方有無限遠視區，即可放松睫狀體，又可利用鏡內外視距差，上下形成運動視效益。

3.2 建設窗口期學生家庭作業區視環境

（1）開發家庭用智能高仿自然光臺燈：設計了《一種仿超視區自然視環境臺燈及控制方法》（專利申請號CN 201810426868.6），光源由智能自動光譜調節模塊控制，可預置多種光譜，智能啟動、調整照度與光譜節律，在作業區低于預定照度（≤180 Lux）自動啟動，啟動后由預置數據自動調節，形成高仿自然光區域。

（2）開發追逐視訓練器與視遠鏡：設計了《一種追逐視遠訓練架及一種追逐視遠訓練臺燈》（專利申請號CN201920340472.X），可以放置在書桌或插于臺燈底座上，在作業間隙利用雙鏡面的德羅斯特效應，進行雙眼交替、運動視訓練，其鏡面抬頭時還可形成室內無限遠視距點，使近距離固視的眼肌肉得以放松。

3.3 建立護眼平臺，培養護眼自覺性

在研究有效防控技術的基礎上，建議建立眼保健聯動、技術規范、培訓科普教育平臺。

（1）改良眼保健操：設計可接觸自然光的教室外廣播操前后進行的眼保健操，在原基礎上加入眼肌操、眼球操[18]元素，既有穴位按摩又可訓練調節功能及動態仿戶外運動視效應；推廣前可行操作前后眼血流圖、眼肌電圖、光學相干斷層掃描血管成像、腦視覺通道狀態等數據比對，以及部分班級效果對比觀察。

（2）重視運動視訓練：人類對視網膜上離焦的模糊圖像有一定辨識能力，是在運動視過程中，大腦對反復不斷變化焦點的同一物像梳理出相對應關系，即可抓住離焦圖中代表實質的表像信息，調出或還原正焦圖像，腦髓磷脂還會包裹反復同時出現不同信號的神經纖維形成高速通道的條件反射。前述超視力者即具有離焦圖像高辨識能力，現城市窗口期學生持續“平面固視”，抑制了這種辨識能力的獲得，促使了近視化進程。因而運動視在防控中應有積極作用。堅持窗口期學生戶外活動定時制，研發監控穿戴設備，作為班級考核的指標之一很有必要。

前期課題組參與了對常州北郊、香梅小學學生通過一種“智能眼鏡”的動態變焦訓練觀察，41 例82只眼，訓練37d 裸眼視力提高率53.7%，雙眼視力大于最優單眼視力提高比例20.0%，128 d 則分別為73.2%與28.0%，由于屈光狀態并未好轉，其視力提高可視為仿運動視的視網膜離焦圖像辨識訓練的結果。動態變焦通過視網膜上反復的清晰正焦圖像漸變為模糊的正、負離焦圖物像認知訓練，可提高屈光不正的裸眼視力，雙眼的訓練還可提高濾除不同空間“噪音”的能力，形成高于單眼的雙眼裸視力。

增強視網膜離焦圖像辨識能力的訓練，提高窗口期學生裸眼視力，可減少戴鏡，也對抑制近視發展起到良好作用。

（3）利用新技術抑制近視發展：對窗口期已近視的學生，應鼓勵利用新科技產品抑制近視的發展，如角膜塑形鏡、全視網膜對焦眼鏡、防周邊視網膜離焦眼鏡等，盡量減少周邊離焦造成的近視的加深。

（4）建立兒童青少年眼健康管理基地：依托醫院眼科、教育系統，引入云服務體系建立眼健康數據共享機制，形成聯動的兒童青少年眼健康管理平臺。

（5）建立科學防控推廣、培訓、教育基地：重視科學防控技術推廣，以相關設施和專家隊伍為依托，科協、學會、教育局、學校、醫院聯動，設立近視防控人員培訓、科普教育基地，系統的開展科學近視防控人員培訓，開展對兒童青少年科普教育，形成自覺近視防控風氣。

4 中醫介入防控的方法與效果

積極尋求中醫在近視防控的介入，課題組在發現晝夜節律與近視相關后，根據陰陽鐘調控理論進行了介入研究。

陰陽鐘調控是國醫大師夏桂成教授將中醫子午流注陰陽轉換學說應用到人類生命節律調節中，發現了時辰與陰陽氣血變化的日相節律，根據子時為陰中之陰，午時陽中之陽，卯時陽出于陰，酉時陰出于陽規律，總結出“陽時服陽藥，陰時服陰藥” 調整方法，反映中醫對生命節律規律認識形成的系統理論。

在夏老指導下，擬定了“日鐘陰陽方”（日鐘方），2009 年在證實了熒光燈光照可引起雌鼠性激素、雄鼠眼壓峰值紊亂，試用其方干預，結果用藥組比單純光照組紊亂程度降低，有統計學意義[14]。

2012 年將1 月齡的幼兔分為熒光燈（光照組）、熒光燈加中藥（中藥組）、自然光組，飼養4 個月，觀察兔眼軸、眼壓、視網膜褪黑素及視網膜鐘基因水平。結果光照組和自然光組，光照組和中藥組差異均有統計學意義[19]；光照組眼壓晝夜波動紊亂，無明顯的峰谷，中藥組眼壓波形趨于自然光組，出現了明顯的峰谷；光照組視網膜褪黑素表達低于自然光組及中藥組[20]；光照組Cry-2 表達高于中藥組及自然光組表達[21]，差異均有統計學意義。

2013 年將1 月齡的幼兔分為熒光燈光照組、熒光燈加日鐘1 號方、熒光燈加日鐘2 號方、自然光組；觀察視網膜褪黑素水平，結果示兩個中藥組都有一定趨自然光組作用[21]。

2018 年在原實驗基礎上，調整了日鐘方，用中色溫LED 光源進行了實驗[22]，4、12 周，LED 組兔眼軸與血清、視網膜多巴胺含量與自然光組和中藥組比較，均有統計學意義?！叭甄婈庩柗健彪m對實驗動物近視化有一定抑制的作用，但窗口期學生按原方藥長期服用不具可行性。中醫“治未病”多選用“藥食同源”配方，選用性味明顯的食物，在“陰陽日鐘調節法”理論指導下組成日鐘食療方對兔進行實驗[9]，8～12周時各組眼軸均有增加，熒光燈組眼軸長于自然光組，熒光食療組在8、10 周眼軸延長被顯著抑制；LED 食療組眼軸長度12 周比LED 組短，均有統計學意義，說明食療防控近視有進一步研究價值。

從實驗結果看，中藥干預近視防控有一定作用。近期，南京大學張辰宇團隊[23]研究發現食物中微小核糖核酸非常穩定，能順利進入血液，并長期滯留，發揮調控作用。眼球發育過程中伴隨著鞏膜重塑，在近視的發生發展過程中起關鍵調控作用，這一過程有賴于調節其合成與代謝的酶之間的動態平衡，主要包含基質金屬蛋白酶(MMPs)和其特異性組織抑制劑(TIMPs)的分泌平衡，“日鐘方”是否參與這種調控尚待研究，就目前實驗看，對光環境誘導下的眼軸增長，日鐘方的抑制作用雖不及光源改造的效果，但其能通過調控褪黑素與多巴胺正常分泌而降低不良光質對健康的損害，還是值得深入研究與推廣，如進一步篩選效果更好的配伍成分，并研制成爽口的午時茶、夜宵餅，成為窗口期學生的喜好而自覺應用，對近視防控及青春期健康發育具有積極意義。

5 小結

青春期是近視化窗口期，期間室內人工光源下近距離平面固視與近視明顯相關。上世紀70 年代冷光源的普及與近視率明顯上升同為拐點，目前的冷光源在藍光區呈峰谷狀，形成視網膜前后非連續離焦面，也干擾M 與P 視覺協同及致非視覺通路傳導紊亂，可能是窗口期近視化主因；改良冷光源輸出光譜，得到去富藍化及紅外的仿自然連續光譜光源，同樣能達到自然光效果。為此可配合綜合防控，將窗口期學生教室、作業區改造成“人工高仿自然視環境”。另外，根據中醫陰陽鐘調控理論組成的日鐘食療方，能通過調控褪黑素與多巴胺分泌等，降低動物的不良光質損害。

因此，窗口期仿自然視環境的運動視、遠視距、尤其高仿自然光源的改造，有可能明顯降低近視的發生發展，如同時配合中醫介入，可能對青春期少年的健康發育更具有積極意義。