韩国京畿道城南市毅志大学视光系，韩国釜山GM圣玛丽眼科诊所，韩国京畿道城南市毅志大学健康科学学院口腔卫生系的研究团队发表在巴尔的摩医学期刊的一份文献。
作者没有任何资金和利益冲突需要披露。本研究中产生或分析的所有数据均包含在本文中。作者声明，他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。
摘要
评估年龄、照度和屈光状态对瞳孔直径变化的最大影响因素，并根据不同年龄组的屈光状态和照度重新建立临床应用的最佳程序。
这项研究是一项观察性研究（重复测量研究）。参与者包括219名年龄在20至69岁之间的韩国成年人。在暗光、中间光低光和中间光高光条件下，使用瞳孔计测量瞳孔直径。使用混合线性模型和卡方自动相互作用检测来评估年龄、照度和屈光状态之间的因素相互作用。
光照主要导致50岁以上参与者瞳孔直径的变化，而屈光状态是50岁以下参与者瞳孔变化的主要控制因素。对于更广泛的应用，瞳孔直径随着年龄的增长和更亮的照度而减小（P<0.001，逆相关，所有比较）。近视眼和正视眼的平均瞳孔直径明显高于远视眼（P<0.001）。使用混合模型建模的瞳孔直径变化证实了年龄、照度和屈光不正是显著因素（P<0.001）。
考虑年龄、照度和屈光不正之间的相互作用，并建立它们的层次优势，可以使用卡方自动相互作用检测方法和混合模型进行概括。当瞳孔直径在临床和制造环境中起着重要作用时，有必要促进对照度和屈光状态的年龄依赖性考虑。
关键词：年龄、照度、瞳孔直径、屈光不正
1. 引言
瞳孔大小在响应生物学和环境因素方面对提高视觉表现起着至关重要的作用。自20世纪50年代以来，对瞳孔控制调节因素可靠信息的不断需求促使研究人员评估了诸如亮度、年龄等因素的影响。然而，直到最近，关于屈光状态或误差在瞳孔变化中的作用一直存在争议。根据一些研究，控制瞳孔直径最重要的变量是对光反射。一项使用222名年龄在20至89岁之间的受试者的研究报道了瞳孔大小随年龄的非线性依赖性减少，尽管这项研究缺乏光照控制。另一项使用不同光照设置的研究表明，瞳孔大小随着年龄的线性减少，该研究涉及了91名年龄在17至83岁之间的个体。一些研究建议，在术前屈光手术患者中，年龄与瞳孔大小在不同亮度条件下呈负相关。
额外的研究试图确定其他贡献因素，如屈光误差、性别或虹膜颜色。然而，关于瞳孔大小、性别和虹膜颜色之间有任何相关性的证据并不令人信服。大多数以前的研究依赖于统计方法，这些方法比较了平均瞳孔大小的差异，同时忽略了贡献因素的相对影响。与此同时，许多研究已经证明屈光误差对瞳孔大小的影响是显著的。其中一项研究报道，在266名男性大学生中，远视者的瞳孔大小小于近视者。1990年的一项研究发现，低度近视者和正视者的瞳孔大小没有差异；然而，该研究仅包括年轻人（18–26岁）。
1994年的另一项研究也检查了屈光状态和瞳孔大小之间的相互作用，并在近视者、正视者和远视者中未发现显著关系。然而，年长远视者和年轻近视者之间10岁的年龄差异可能是一个偏倚因素。只有一项研究可能具有足够的统计功效进行亚组分析和交互作用分析，但这项研究的重大局限性加强了本研究合理性的依据。尽管在相对较小的接受屈光手术的患者样本中没有检测到瞳孔大小与屈光状态之间的关系，但更大规模的研究表明，在中等光照条件下，术前屈光状态会影响瞳孔大小，远视者的瞳孔大小小于近视者。
多焦点隐形眼镜的性能也取决于瞳孔大小，瞳孔的表现应该在不同的观看距离和亮度水平下进行评估。通过评估成年韩国人群中瞳孔直径与年龄、照度、屈光状态等因素之间的关系，我们旨在发现更多本地化的信息，这些信息可以应用于隐形眼镜的设计以及临床情况，如屈光手术的规划与结果、瞳孔大小不等和神经眼科检查。
2. 方法
2.1. 研究对象与测量
纳入了韩国成年人（20-69岁），排除了患有眼科疾病（例如糖尿病或高度近视/远视）的参与者。这项描述性案例系列研究得到了韩国国立大学医学院和医学系伦理委员会的批准（EU17-32），并按照《赫尔辛基宣言》进行。所有参与者都提供了书面知情同意。
使用NIDEK自动验光/曲率机（NIDEK公司，美国弗里蒙特，加州）对所有参与者进行客观验光评估。眼科疾病由眼科医生进行筛查。瞳孔直径使用广泛用于临床实践和学术研究的VIP-200瞳孔计（NEUOPTICS公司，美国欧文，加州）进行测量。为了保护测量免受光线干扰，使用了一个遮光垫圈，同时实验室照明保持在100勒克斯。为了防止在测量直径时受到调节干扰，对准5米远的物体进行共轭眼注视。光线设置模拟了现实世界条件：暗环境、低光照夜间驾驶和高光照黎明或夜间照明。例如，“瞳孔直径的变化在低亮度下最为显著，瞳孔对中低亮度性能的影响至关重要。”此外，已有报道指出低和中亮度对实际生活中认知任务瞳孔大小的显著影响。研究发现，“认知唤醒对瞳孔大小的影响与亮度相乘，最大效应出现在低和中亮度下。”
2.2 统计模型
根据4个年龄组和3种屈光不正类型，对屈光不正（等效球镜）和瞳孔直径的整体分布进行了检查。展示了瞳孔直径的平均值和标准差。通过将光照条件分为3层，按照4个年龄组和3种屈光不正类型对瞳孔直径进行了总结。对于每个年龄组和光照条件下平均值的差异，使用了一元方差分析。此外，通过分层年龄组，以图形方式检查了不同光照条件下瞳孔直径的模式。
最后，为了量化年龄、光照等因素对平均瞳孔直径的影响，我们使用了线性混合模型。为了估计模型系数，使用了基于限制或残差最大似然估计的惩罚拟似然方法。混合模型的结果以效应估计及其置信区间的形式在表3中报告。
表3：在219名参与者中对3种光照条件下的平均瞳孔直径进行重复测量得到的线性混合模型效应估计。
在本分析中，瞳孔直径被视为因变量。独立因素包括年龄组（20–39岁；40–49岁；50–59岁；以及60–69岁），光照条件（暗视觉：0.0 lx；低亮度中间视觉：0.3 lx；高亮度中间视觉：3 lx），屈光不正（最佳球镜：近视，≤–0.5 D；正视，≥–0.25至≤+0.50 D；以及远视，≥+0.75 D），以及性别。
为了确定最有影响力的因素，进行了卡方自动交互检测（CHAID）。CHAID分析广受欢迎，因为它不仅能找到响应变量与独立因素之间的关联，还能通过卡方统计量（针对分类响应变量）和F统计量（针对连续响应变量）及其相关的P值来量化它们之间的交互作用的显著性。由于CHAID是非参数的，因此它被优先选择，因为它不需要像线性回归那样的估计。CHAID分析用于确定显著性水平层次的标准是F统计量的P值（因为我们的响应变量，瞳孔直径，是数值型的）的平均组差异。对于CHAID中的每个分割，都会根据独立（分类）变量的不同水平与瞳孔直径之间的平均差异计算出一个F值。与F统计量（给定的自由度）对应的P值集合形成了一组。与最小P值对应的独立变量被认为在该分割中具有最高的显著性。这个过程重复进行，直到所有的独立变量都被耗尽。
数据使用R软件版本4.0.2（综合R档案网络：http://cran.r-project.org）进行分析。在所有分析中，P值＜0.05.
3. 结果
3.1. 年龄、屈光状态和瞳孔大小的受试者特征
在表1中，提供了按年龄组划分的平均瞳孔直径和平均屈光误差的数据。在全部219名受试者（平均年龄为52.70岁）中，正视者、远视者和近视者的平均屈光状态分别为+0.11 D、+1.51 D和-2.01 D。正视者、远视者和近视者的平均瞳孔大小分别为5.36毫米、5.06毫米和5.45毫米。
表1：根据年龄组和屈光不正组的基础特征。
3.2. 年龄、照度和屈光状态之间相互作用的瞳孔变化特征
在表2和图1中，根据照度、年龄和屈光误差，标示了平均瞳孔大小。结合传统文献，我们的结果表明随着照度级别的增加，瞳孔直径减小（表2）。实际上，当照度介入年龄与屈光状态之间的交互作用时，屈光状态对小于40岁的年轻年龄组产生了显著影响，即“20至39岁”年龄组在暗光、低光照和高光照条件下显示出显著差异（P < .001）。然而，对于大于40岁的较老年龄组，屈光状态的影响仅具有边际显著性（P ≥ .05），除了“40至49岁”年龄组在暗光条件下（P < .05）。
表2：按年龄组和屈光误差组划分的照度分层瞳孔直径。
图1：瞳孔直径（毫米）作为每个屈光不正组在不同光照水平（暗视0.0勒克斯，低中间视觉0.3勒克斯和高中间视觉3.0勒克斯）测试时年龄的函数。年龄范围以年为单位：20-39岁；40-49岁；50-59岁；以及60-69岁。
3.3. 混合线性模型
使用具有重复测量的混合线性模型，根据每个受控变量产生预测的瞳孔变化，如表3所示。对于年龄组，与“20至39岁”组相比，“40至49岁”组的瞳孔直径变化最为显著（-0.319 mm，P<0.001）。此外，“50至59岁”和“60至69岁”组的瞳孔变化分别为-0.088mm（P<.1）和0.182mm（P<.001）。与暗视条件相比，每种中间视觉低和高的照度水平分别使瞳孔直径改变了-0.105mm（P<0.05）和-0.397mm（P<0.001）。近视和远视的最佳球体分别显示，与正视相比，瞳孔变化为0.004 mm（P>0.05）和-0.224 mm（P<0.001）。同时，性别对瞳孔变异没有显著影响。
3.4. CHAID分析
如图2所示，年龄（P<.001，F=46.55）是影响瞳孔大小的最主要因素，因此是图中的第一个变量。在年龄组中，CHAID在50岁以上（“50-59岁”和“60-69岁”）被发现，照度是第二个影响因素（P<0.001）；屈光状态在这些年龄组中没有显著影响。在“20至39岁”和“40至49岁”两组中，第二大影响因素是屈光状态，其次是照度。因此，我们从数据中观察到，不同年龄组的影响因素顺序不同。由于CHAID根据年龄组对数据进行分割，我们在表4中分别使用方差分析为≥50岁和<50岁的年龄组提供了瞳孔直径和组显著性的描述。
图2：CHAID树图用于分析瞳孔直径（因变量）。三个自变量，年龄、屈光状态和照度，在分支分裂期间与因变量进行测试，并选择P值最小的1个变量。选定的变量（或其水平）以及P值和F值都显示出来。根据其显著性水平，展示了不同程度的瞳孔直径（以毫米为单位）；因素根据F值评估的显著性水平，逐个分支进行区分。第一层代表年龄作为最主导的因素（最高显著性水平），其次是照度（第二高的显著性水平），以及在50岁以上参与者中不太显著的眼屈光状态。对于50岁以下参与者，屈光状态是第二高的显著性水平，其次是最低显著性水平的变量，即照度。CHAID = 卡方自动交互检测。
表4：按年龄组和屈光不正组分级的照度分层下的瞳孔直径。
所有年龄段在瞳孔直径上存在显著差异，与年龄呈负相关，即随着年龄的增长，瞳孔大小逐渐减小。图3展示了瞳孔直径随年龄和光照强度变化的走势图。我们观察到，随着年龄的增长以及光线亮度的提升，瞳孔直径会减小。为了确认这种负相关关系，我们还在每个光照强度水平下应用了线性回归，结果如表5所示。表5中明显增加了负相关的显著性。
图3：瞳孔直径与年龄的关系图，作为照度水平的一个函数。在所有照度水平下，随着年龄的增长和光照亮度的提升，瞳孔直径减小（负相关）。我们通过对每个照度水平进行线性回归也确认了这一效果，结果如表5所示。
表5：不同光照强度下年龄对瞳孔直径线性回归的结果。
4. 讨论
在本研究中，我们的目标是清楚地理解影响瞳孔直径的因素的顺序。使用广泛用于获取影响因素层次的CHAID分析，我们发现主要因素是年龄段（见图2），这与之前研究的结果一致。在年龄段内部，我们发现了一个显著的证据，即对于年龄超过50岁的年龄段，照度是唯一影响瞳孔直径的因素。这表明中老年人群对突然的照明变化敏感，例如从暗视觉或中低照度环境变为中高照度条件，比如夜间接近的汽车。在低中照度条件和高中照度条件之间瞳孔大小的显著变化支持这一说法，特别是在50岁以上佩戴瞳孔依赖型光学设计的多功能隐形眼镜的人群中。相比之下，对于50岁以下年龄段，影响的顺序是屈光状态，其次是照度。这个顺序很重要，因为已经发现年轻患者以及高度近视和/或有规则散光的患者需要更严格和谨慎的术前屈光状态评估，以减少术后夜间视力抱怨。
之前的研究已经评估了影响瞳孔变化的各种因素。近期研究的常见决定因素是年龄和屈光错误。他们发现随着年龄的增长和小瞳孔在远视者中比近视者中更常见。然而，这些研究没有确认屈光不正作为控制瞳孔直径的因素，主要是由于样本量小，无法进行有意义的估计。此外，对于高亮度适应范围的光源，即对应于日光设置下的照度估计的研究来源有限。我们的研究克服了这些限制，并确定了在各种照明条件下瞳孔的变化，以确定提供更普遍形式医疗信息的最佳参数。
几项研究表明，多焦点和双光隐形眼镜的性能在很大程度上取决于瞳孔大小。这些隐形眼镜在视网膜上同时提供聚焦和离焦图像，在各种光照条件下应考虑近视和远视之间的平衡性能。我们的研究结果表明，对于50岁以上的人、远视患者和专业人士来说，定制的镜片设计和临床方法涉及更陡峭的渐进式远近矫正。
对不同光照条件下影响瞳孔大小的因素的调查表明，即使个体差异可能产生混淆效应，适应视野大小、衰老、单视和双眼视觉等因素也起着重要作用。因此，与其仅仅根据年龄、照度和屈光状态就瞳孔变化得出过早的结论，还需要仔细估计其他混杂因素，如智力和眼睛结构完整性。结构性眼睛完整性相关因素已被证明会影响瞳孔变化，作为重要因素，logMAR最佳矫正视力、平均视网膜神经纤维层厚度、角膜中央厚度和等效球镜已被描述。此外，认知过程，如智力而非工作记忆能力，会导致更大的瞳孔。一篇综述报告称，在更新、转换和抑制这3个认知控制领域中，更高的任务需求会导致瞳孔扩大。此外，一项原始研究表明，在类比推理过程中，Raven的高级渐进矩阵流体智力测试显示瞳孔直径增加，这与去甲肾上腺素功能的突出理论相吻合。应综合考虑所有这些瞳孔变化因素，以理解瞳孔变化的动态，并相应地正确应用它们。最后，散瞳后的瞳孔大小由遗传决定，遗传率高达80%。在西方国家的一项类似研究中，照度是瞳孔变化的主要因素，这一事实与我们的研究结果相矛盾，即年龄是最重要的因素。这可能与我们的人口特征有关。未来的研究应该考察韩国成年人在这方面是否与西方人群不同。
关于研究的局限性，尽管调节因子对瞳孔直径有已知的影响，但我们不能考虑调节因子。近视和正视眼瞳孔比远视大的病因解释可以通过理解瞳孔放大率和主光线角度之间的关系来描述，从而导致瞳孔比虹膜更大。在每个临床环境中测量的入瞳是角膜产生的真实瞳孔的虚像，已知在14%的放大形式下，它位于真实瞳孔前方约0.5毫米处。
瞳孔放大率被定义为“近轴出瞳直径与近轴入瞳直径之比”，入瞳被定义为是“通过前面的元素看到的光圈图像”。因此，我们强烈认为，近视患者受不同角膜屈光度（更高）和形状（更陡）的影响，瞳孔（入瞳图像）直径比角膜屈光度和形状较小的远视患者大。
从老年学的角度来看，随着年龄的增长，有报道称视网膜神经节细胞树突和轴突乔木的面积定量减少，导致视野覆盖率降低，同时细胞和突触密度降低。本报告支持我们的研究结果，即瞳孔变化主要受屈光状态的影响，而屈光状态仅与<50岁的年龄组有关。同时，为什么50岁以上的受试者的瞳孔变化只受照度影响，而不受屈光状态的影响，目前尚不清楚。研究视网膜连接的定性特征将是一个很好的起点，因为该研究规定了分子同一性的持续功能、内网状层乔木的层状特异性以及视网膜神经节细胞对视觉刺激的复杂反应，而不管衰老过程如何。
对于年龄的主要效应，屈光状态和照度是显著影响瞳孔直径变化的贡献因素。CHAID模型规定了它们在瞳孔大小控制因素之间相互作用的有效性，尤其是年龄，这是最主导的因素。屈光状态与近视者和正视者的瞳孔大小显著相关，比远视者的瞳孔要大，其可能的原因在病因学观点中明确讨论，并通过瞳孔放大与主光线角度之间的关系进行了说明。未来对神经学方法的研究，包括基于形态和生理相似性与差异的自然配对，可以促进对视觉系统的更深入理解以及其在各种临床情境中的适当应用。
致谢
我们对参与本研究的所有人表示最诚挚的感谢。
声明：本文并非医学诊断建议也非眼部健康信息建议
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