醫學新知：藍光傷眼及其防護的研究進展

目前，全球至少有22億人視力受損或失明，我國的近視人數更是超過了全球1/4，近視發病形勢尤其嚴峻。藍光是電子產品傷眼的重要因素之一，據中華醫學會眼科學分會數據顯示，在中國4.2億網民中，63.5%的網民因藍光、輻射患有視力下降、白內障、失明等不同程度的眼疾。為了探知藍光的影響，近幾年科學研究者開展了大量的臨床基礎實驗研究，現對藍光傷眼的動物、體外培養細胞以及真人相關研究進行綜述。

1 藍光輻射的動物實驗研究

早期，研究藍光傷害課題都是以動物來開展實驗，主要有大鼠、兔子、獼猴、雛雞等，近年開始改用新開發的高親緣性樹鼩動物，研究藍光輻射對其視網膜、眼軸以及晝夜節律的影響。1995年，Gorgels等用470nm的藍光照射大白鼠，發現對視網膜色素上皮細胞以及感光細胞造成損傷。1999年，Wu等人的研究表明，藍光造成的視網膜損傷導致的視網膜形態學改變與老年性黃斑病變（AMD）中的萎縮性改變相似。

褪黑素（MLT）作為眼部一種重要的神經內分泌激素及近視相關因子，在近視發生發展中起著重要作用。2010年，王保貞等人對豚鼠形覺剝奪性近視（FDM）模型的研究中發現豚鼠視網膜上的褪黑素在8周后明顯減少。2011年，尹靚瑤等人研究發現，在豚鼠形成剝奪性近視過程中，褪黑素的濃度會出現減少的現象，在給豚鼠注入10mg·kg-1和20mg·kg-1的褪黑素時，FDM被抑制，豚鼠的屈光度、眼軸長度和MT1（褪黑素受體亞型）受體表現逆轉，向近視的反方向發展。

人衰老過程所產生的脂褐素（衰老色素）濃度會不斷增加，而有研究表明在脂褐素存在的條件下，過多的電子藍光照射會加速細胞衰亡。2019年，林成輝等人將30μm的脂褐素注入大鼠的眼睛，然后暴露在藍光照射中，發現ERG（視網膜電圖：測量視網膜光反應的電訊號）a、b波峰下降的幅度比單獨的脂褐素更大，加速視網膜感光細胞、視網膜色素上皮細胞以及雙極細胞的損傷。藍光在脂褐素存在的條件下會加速細胞衰亡，還需要更完整、更深入的研究（如圖1）。

圖1

研究者開始給老鼠的眼睛戴上防藍光眼鏡，試圖探究這種功能性眼鏡的護眼作用。2007年，金婉卿等人對大鼠的左右眼進行藍光照射實驗，左眼戴上鍍膜藍光鏡片，右眼不采取防護措施直接暴露于寬譜藍光下，照射24h后，右眼ERG a、b波峰值下降之后沒有恢復，左眼波峰值沒有改變。寬譜藍光照射大鼠的視網膜，在持續照射超過24h、2d、7d會引起不可恢復的損傷，而防藍光眼鏡減弱藍光可以保護視網膜上的細胞。不同的防藍光眼鏡，藍光屏蔽率會不一樣，究竟多少才是合適的，也曾有人探知過。2019年，上海同濟大學醫學院附屬眼科聯合貴州省人民醫院眼科劉欣等人研究藍光屏蔽率40%、60%、80%對大鼠視網膜的影響，結果發現只要屏蔽藍光≥60%，原本白光LED造成的ERG a、b波峰下降，在14天的修復期波峰值可以回到最初，此時視網膜的光損傷可以完全修復。

1992年，Putting等人用藍光和黃光照射兔子的眼睛，發現對兔子視網膜造成同程度的傷害，藍光只需要黃光強度的1/30。2018年，在利用獼猴進行藍光的光安全實驗發現，經過兩個月每天12小時1000lux以上的白光LED照明和等效輻照度的藍光LED照射后，獼猴視網膜的明暗視覺，特別是視桿細胞的活性開始降低。在樹鼩方面的研究：2017年，Timothy等人為研究短波長光對眼軸發展的影響，讓樹鼩生活在穩定藍光和閃爍藍光下，兩種藍光環境都可以造成樹鼩眼軸短暫性地變長，出現假性近視，在停止藍光照射之后假性近視得以恢復，但是持續照射下去閃爍藍光造成的假性近視度數不斷增長，最終發展成真性近視（如圖2）。

圖2

2013年，Foulds等人讓雛雞暴露在紅光和藍光下飼養，結果藍光組的雛雞遠視度數不增加，紅光組卻向近視方向發展。2012年，錢一峰等人在藍光和白光下飼養豚鼠12周后比較兩種光環境下眼軸增長的速度，發現藍光下的豚鼠眼軸和玻璃體腔均慢于白光組。2017年，Timothy等人的研究發現紅光會誘導幼年樹鼩的眼軸生長減慢產生遠視，所以藍光或許并不能延緩近視，把白光當成是單色光，作為實驗的對照組，會違背實驗的單一性原則，藍光之所以相對白光生長得慢，可能是因為眼軸的生長因子缺少了。

2 藍光對體外培養人視網膜細胞的實驗研究

2005年，蔡善君等人用不同強度的藍光照射體外培養人視網膜色素上皮細胞（RPE）不同的時間，發現人視網膜色素上皮細胞出現凋亡、凋亡繼發壞死及直接壞死，藍光強度越強，照射時間越長，RPE細胞損傷得更嚴重。2011年，傅敏等人的研究發現，藍光能以時間依賴性方式誘導RPE細胞內活性氧生成增加并導致RPE細胞DNA氧化損傷。藍光刺激視網膜啟動光氧化機制，形成嚴重的氧化反應，破壞機體正常的氧化還原動態平衡，啟動細胞凋亡機制，從而導致細胞的死亡和損傷。

2016年，馬映雪等人在藍光誘導人視網膜色素上皮細胞的相關性研究時，使用波長為448nm±24nm的藍光LED燈，距離細胞35cm連續照射6h制成藍光誘導視網膜色素上皮細胞模型，在光鏡下觀察發現，正常視網膜色素上皮細胞單層生長，細胞呈梭形或多角形。藍光誘導的視網膜色素上皮細胞受到光氧化損傷且增殖活力明顯減弱，光鏡下可見細胞腫脹，呈現纖維細胞形態，失去正常細胞形態，可見450nm以上的藍光對視網膜色素上皮細胞造成的明顯損傷（如圖3）。

圖3

2018年，周勁等人在探究手機光照刺激對視網膜色素上皮細胞的影響時，將智能手機屏幕開到亮度（200±20Lx），持續靜音情況下循環播放彩色圖片，發現在持續不間斷光照時間超過12h后，細胞出現明顯的損傷現象。2018年，Ratnayake 等人的研究發現手機電腦的藍光會觸發感知信號并產生視網膜分子中的“毒性”反應，殺死視網膜上的感光細胞，細胞死亡后將無法恢復，導致黃斑變性，在50歲或60歲逐漸開始失明。

圖4

3 電子產品藍光對真人影響的實驗研究

2017年，趙瑞華等人做過真人實驗，連續玩1小時iPad，結果僅1小時的光照刺激，人眼黃斑色素密度就由0.544降低為0.518，前后的黃斑色素密度差異具有統計學意義。藍光進入眼底經過聚焦后，焦點沒有落在視網膜上，而是落在視網膜與晶狀體之間，增大了光線在眼內聚焦的色差距離，從而出現視覺模糊以及視覺疲勞。浙江省眼科醫院三位醫護人員拿自己孩子做實驗，讓孩子在4天里，每天使用電子產品20分鐘。結果發現這4種電子產品都會使得眼睛出現假性近視，iPhone和iPad表現出來的傷害最大，發生的假性近視度數都有40多度（如圖4）。

2018年，Sang等人開展的一項真人實驗，讓22名健康兒童和20名成人分組，實驗發現在相同光照條件下，藍光對兒童睡眠的影響比成人大；色溫3000K的吸頂燈藍光含量比6200K的要低，夜間房間開的是3000K低藍光的吸頂燈，兒童的褪黑素分泌得更多，睡得更好；6200K高色溫高藍光含量的吸頂燈，則會導致兒童的睡意無法增加。

圖5

2017年，Ostrin等人的研究發現，年齡17～42歲的成年人在日落到就寢時間戴防藍光眼鏡，持續兩周之后褪黑素分泌增加了58%，PSQI（匹茲堡睡眠質量指數，數值越低睡眠質量越好）得分下降，客觀測量的睡眠持續時間在統計學上增加，提高了睡眠質量。2019年，Knufinke等人進行休閑運動員體驗舒適度相同的透明眼鏡與防藍光眼鏡的實驗研究，發現限制短波長藍光的防藍光眼鏡，主觀睡眠潛伏期比透明眼鏡更短，睡眠質量更好。佩戴防藍光眼鏡主觀睡眠潛伏期縮短，睡眠質量提高，表現出更高的警覺性。

4 藍光的感知和能量計算

根據藍光對動物、體外培養人視網膜色素上皮細胞，以及真人藍光實驗，可知藍光對視網膜會造成損傷，人眼黃斑密度降低，同時還會抑制褪黑素的分泌，擾亂晝夜節律，導致失眠，誘導近視的發生發展。但神奇的是人眼往往感受不到藍光在傷害眼睛，由于人眼感知藍光的視錐細胞太少，它只有感知綠色視錐細胞的1/40，導致進入眼睛造成傷害的藍光強度與人眼感受的不一致。通過光通量或照度的計算公式：

其中，V(λ)代表明視覺曲線的相對靈敏度，Фe(λ)為發光源輻射通量，Km是明視覺在最大值555nm處所感受到的光亮度683，單位為（lm/W）或（流明/瓦）。圖6左邊是手機發出的實際光譜能量曲線，右邊是人眼感受到的手機亮度曲線。通過光通量（光通量指的是人眼感受到的亮度）公式計算，手機藍光亮度峰值變得很低，使我們玩手機時，產生藍光是微弱的錯覺，實則并非如此，傷害眼睛還是原本實際的高強藍光，只是人眼無法察覺傷害的發生。

圖6

實際藍光的能量該怎么計算呢？藍光危害加權函數（Blue Hazard Function）又稱藍光加權輻照度B（λ），是用來計算藍光能量對眼睛傷害的全世界通用標準，國家光生物安全標準IEC62471和GB/T20145中藍光危害的計算，就是參考這個函數，藍光加權輻照度限值公式為：

其中，E(λ)為發光源各波長輻射照度，單位為（W/m2）或（瓦/米2）。藍光加權幅照度EB超過0.01W/m2的光源，最大允許的輻照時間由以下公式計算：

tmax為最大允許照射時間，單位為秒。而上圖光譜儀采光口緊貼著手機屏幕測量的光譜，我們計算出來的藍光加權輻照度為0.174W/m2，換算出來的最大允許照射時間為588秒，大約10分鐘。實際使用手機時眼睛距離屏幕約25cm，藍光加權輻照度會再小一些，就算小至0.01W/m2，被允許的最大照射時間僅3h。而如今人們暴露于電子產品藍光下的時間，遠超3h。面對人們長時間使用電子產品，雙眼暴露于藍光下10h+的情況，人眼將面臨更嚴重的藍光危害。

5 藍光損傷的防護措施

為此我們需要一副好的防藍光眼鏡。不同的防藍光眼鏡，過濾光譜曲線不同，從而影響著眼鏡的防藍光效果。以深圳安普菲公司（https：//www.amprofilm.com）的安汰藍防藍光眼鏡為例，如圖7所示，它可以將電子產品釋放的高強度藍光縮減65%，藍光能量降低53%，在保證高效防藍光同時，不影響其他光譜，對比經過眼鏡的人眼感受亮度變化前后重合。藍光峰值的降低，對視疲勞有改善；藍光能量降低，對視網膜感光細胞發揮有效的保護，降低自由基和活性氧的形成；晚上的藍光降低，更進一步平衡褪黑素的分泌，改善睡眠，防止近視度數加深。

圖7

近幾年，國內外針對藍光傷害眼睛的研究是醫學界非常熱門的課題。綜合本文的論述，不難發現，不管是動物實驗、人眼細胞的體外實驗或是真人實驗，藍光傷眼方向是非常明確的。雖然有不少保守派依舊認為藍光傷眼證據不足而提出反對意見，但基于目前的醫學研究基礎，這個領域的醫學研究定然會更加深入全面。因人眼的視網膜細胞不具有再生能力，目前需要提前減少電子產品的依賴，或者對電子產品采取積極防護，才能好好保護心靈之窗。