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单色光对豚鼠和恒河猴眼屈光发育及光谱敏感性作用的研究

刘睿  
【摘要】: 早期异常的视觉经验将改变正常眼球正视化的调定点以适应新的视觉刺激。这一过程中眼球原有的生长模式被改变,新的生长模式将导致眼球生长的加速或延缓,从而导致屈光状态的改变。这一现象可以发生在包括人在内的许多动物身上。大量的动物实验也已经证实干扰正常的视觉环境可以诱导屈光不正的发生。在经典的动物实验性近视模型中,形觉剥夺性近视可以通过眼睑缝合或戴弥散镜片等方式,使物像无法在视网膜上聚焦,视觉系统缺乏相应的反馈信号,眼球生长失去调控,过度延长而发生。另一方面,光学离焦性近视则通过眼前附加负镜形成远视离焦,改变物体在视网膜上成像的对比度和清晰度,正视化的终点因此最终发生偏移,眼球过度延长而产生近视。值得重视的是,在这一过程中,眼球能正确识别离焦信号的性质,并依据其方向而相应的调整眼球的生长速度以使视网膜获得清晰的成像。上述两种动物近视模型中,一旦恢复正常视觉环境后,眼球的生长会明显减缓,屈光状态可以迅速恢复到正常或接近正常的状态。 色觉作为视觉感知中的重要组成部分,其对眼球屈光状态及生长发育的作用尚不清楚。本实验中,将哺乳类动物豚鼠和灵长类动物恒河猴分别饲养于对应于各自视锥细胞吸收峰值的单色光环境下,来研究单色光对眼球屈光及眼轴发育的影响,分析光照前后眼光谱敏感性的变化,探讨其可能作用的机制。 第一部分430nm和530nm单色光对豚鼠眼屈光发育及光谱敏感性作用的研究 第一节光照条件的设定 目的:探讨豚鼠不同光谱照明条件下(430nm,530nm,5000k色温白光)的照明参数,以使不同照明组间的豚鼠视网膜获得相似的亮度。 方法:6只3~4周龄的健康豚鼠(英国种三色豚鼠),测量明适应下不同闪烁光(430nm紫光,530nm绿光,5000k色温白光)的视网膜电图,建立光强-振幅(V-LogI)之间的函数关系。 结果:1)不同刺激光下的V-LogI之间呈线性关系(P<0.001)。紫光:V=56.94LogI+428.5(R~2=0.957);白光:V=42.21Log I+312.5(R~2=0.972);绿光:V=45.17LogI+319.2(R~2=0.990)。2)相同光强下豚鼠对紫光较为敏感。 结论:依据ERG所建立的V-LogI函数,将同一振幅下的光强值(量子数)来设定不同光照组的照明值,可使不同组间豚鼠视网膜上获得一致的亮度,为下一步实验中等亮度组光照参数的设定奠定了基础。 第二节430nm和530nm单色光对豚鼠眼屈光发育的影响 目的:探讨分别对应于视锥细胞光谱吸收峰值的短波长单色光(430nm)和长波长单色光(530nm)对豚鼠眼球屈光发育的作用。 方法:54只约2周龄健康豚鼠,依据亮度相等和光子数相等的原则,随机分为等亮度组和等光子数组。各组又按光照不同分为紫光组(430nm)、绿光组(530nm)和白光组(色温5000k)共6组,各组n=9。照明参数:等亮度组中,紫光:4×10~(-5)μmol·cm~(-2)·s~(-1),绿光:1.5×10~(-4)μmol·cm~(-2)·s~(-1),白光:8×10~(-5)μmol·cm~(-2)·s~(-1);等光子组:3×10~(-4)μmol·cm~(-2)·s~(-1)。实验前进行眼球的生物学测量(屈光度,眼轴各部分长度,角膜曲率,晶体厚度和密度等),光照后2、4、6、8、10、12、14周重复测量以上数据(晶体密度仅在光照第12周测量)。其中,紫光和绿光等光子组光照10周后分别移入正常环境中(即撤光)继续饲养4周。等亮度各组光照12周后处死取右眼测后巩膜干重,左眼行光镜检查,测后极部脉络膜和巩膜厚度并送透射电镜检查。对不同时间点的测量数据采用重复测量数据的方差分析,以P<0.05为差异有统计学意义。 结果:1)等亮度组中,和对照白光组相比,绿光组光照8周后屈光度向近视偏移,伴玻璃体腔长度延长加速(P<0.05);紫光组光照4周后向远视偏移,伴玻璃体腔长度延长减缓(P<0.05)。光照12周时,绿光组和紫光组的屈光变化达到最大,分别为-2.97D和2.78D,和白光组相比分别产生约-1.5D近视和4.25D远视。2)等光子组中,绿光组和紫光组屈光亦分别向近视和远视方向偏移。绿光等光子组在光照光照第8周和10周出现比绿光等亮度组中更明显的近视偏移(P=0.039,0.037),紫光等光子组在光照第10周时出现比紫光等亮度组更明显的远视偏移(P=0.028)。绿光等光子组和紫光等光子组光照10周后,撤光4周,前2周内屈光迅速恢复:绿光组屈光恢复了75%约2D(P<0.001);紫光组屈光恢复了67%约3.5D(P<0.001)3)等亮度和等光子各组角膜曲率、前节长度、晶体厚度的变化在各时间点相比无明显差异(P>0.05)。4)光照12周后各组晶体密度增加,组间相比,各组间未见明显差异(P>0.05)。5)等亮度组中,绿光组后巩膜干重减轻(P=0.024),紫光组后巩膜干重增加(P=0.039)。和白光组相比,两组巩膜厚度未见明显差异,紫光组脉络膜厚度明显增加(P<0.01)。6)光镜和电镜检查结果,除绿光组巩膜纤维间隙增加,排列稀疏紊乱外,和对照组相比,绿光和紫光组光感受器未见明显形态学改变。 结论:1)530nm长波长单色光诱导豚鼠眼球玻璃体腔延长加速,产生近视;2)430nm短波长单色光诱导豚鼠眼球玻璃体腔延长减缓,脉络膜增厚,产生远视;3)恢复正常光照后,屈光度可以恢复;4)530nm和430nm单色光对眼球屈光发育作用的机制可能与色觉通道信号对比改变有关。 第三节430nm和530nm单色光对豚鼠眼光谱敏感性作用的研究 目的:研究不同刺激光下色觉通路信号的变化,探讨单色光照对豚鼠眼光谱敏感性的作用。 方法:12只2周龄豚鼠,随机分为绿光组,紫光组和白光组(n=4)。明适应下记录闪烁光视网膜电图(叠加5~10次,刺激频率为2Hz,带通频率0.3~100Hz,采样频率1KHz,刺激光时长4ms,采样时间200ms)。刺激光分别为430nm紫光、530nm绿光和白光。光强从最大能量值以0.25log单位依次递减,从低到高共分9~11个等级,每一步测试间隔5~10s。分析各组光照前及光照4周后的光强-振幅曲线。 结果:光照4周,白光组不同刺激光下的光强一振幅曲线和光照前相比均无明显改变(P>0.05);绿光组中,白光和430nm刺激光的光强-振幅曲线明显低于光照前(P<0.01);紫光组中,530nm刺激光的光强一振幅曲线明显低于光照前(P<0.01)。 结论:1)单色光可以改变豚鼠不同色觉通道信号对比的变化:绿光组S/M通路信号对比减弱,紫光组S/M通路信号对比增强;2)S/M通路信号对比的改变可能与不同光照环境下色觉的适应性重塑有关;3)进一步证实色觉通道信号的变化可能参与调控眼球的发育。 第二部分455nm和610nm单色光对恒河猴眼屈光发育及光谱敏感性作用的研究 第一节455nm和610nm单色光对恒河猴眼屈光发育的影响 目的:探讨对应于光谱曲线吸收峰值的长波长单色光(610nm红光)和短波长单色光(455nm蓝光)对恒河猴眼屈光发育的作用。 方法:13只平均年龄55天恒河猴,随机分为蓝光组(n=3),红光组(n=5)和白光对照组(n=5)。光照前及光照2、4、6、8、10、12、16周时重复测量眼球的生物学参数(包括屈光度,眼轴各部分长度,角膜曲率等)观察各指标的变化趋势。各时间点数据采用重复测量数据的方差分析,P<0.05为有统计学意义。结果:1)和对照白光组相比,红光组光照6周后产生近视,伴玻璃体腔的延长加速,到观察期末第16周,平均形成约1.25D近视(P=0.009),玻璃体腔增加0.33mm(P=0.007)。2)蓝光组光照后各时间点屈光度及玻璃体腔长度变化和白光组相比无明显差异(P>0.05)。3)光照各时间点,红光组及蓝光组角膜曲率,前节长度、晶体厚度与对照白光组相比无差异(P>0.05)。 结论:1)长波长单色光诱导恒河猴眼玻璃体腔延长加速,屈光向近视发展;2)短波长单色光短期内(16周)未对恒河猴眼球的屈光发育产生明显影响,尚需进一步观察;3)长波长单色光引起眼球屈光发育改变的机制可能与色觉通道对比的改变有关。 第二节455nm和610nm单色光对恒河猴眼光谱敏感性作用的 研究 目的:探讨单色光照对恒河猴光谱敏感性的作用。 方法:从白光组、红光组和蓝光组各随机选取2只恒河猴用于实验。明适应下记录闪烁光视网膜电图。刺激光分别为415nm、435nm、455nm、475nm、495nm、515nm、535nm、555nm、575nm、595nm、610nm、630nm、650nm 430nm单色光。光强从最大能量值以0.25log单位依次递减,共13个等级。实验时,光强由低到高,每一步刺激测试间隔5~10s。建立各单色光的光强一振幅函数,将振幅为80μV时的光强值记为Ⅰ,以单色光波长值为横坐标,Log(1/I)为纵坐标绘制每只猴的光谱敏感曲线。分析光照前以及光照6周后的光谱敏感曲线。 结果:光照前恒河猴光谱的3个敏感峰值分别在455-475nm(短波长),515-535nm(中波长)和595-610nm(长波长)。光照6周后,白光组光谱曲线和光照前相比无明显改变,3个敏感峰值的位置和敏感度基本保持不变。红光组光照6周后,原来位于长波长端的595nm-610nm的敏感峰值降低(M-15猴)或消失(M-14猴),光照前位于中波长535nm附近的敏感峰值向长波长端位移,并有增高的趋势(M-15猴)。蓝光组光照6周后敏感曲线峰值位置基本不变,但整个光谱曲线位置下移,整体敏感性降低。 结论:1)红光(610nm)照射可致恒河猴光谱曲线长波长段峰值减弱或消失从而引起色觉通道信号对比的改变;2)蓝光(455nm)照射可致恒河猴整个光谱曲线敏感性下降,短期内未见色觉通路信号对比的改变;3)不同色觉通道信号对比变化与单色光下眼球的屈光发育存在联系;4)610nm光照引起色觉通道信号对比改变的机制可能与色觉重塑有关,值得进一步研究


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