德国图宾根大学眼科研究所，德国卡尔蔡司视觉国际有限公司,德国耶拿应用技术大学的研究团队发表在转换视觉科学和技术期刊的一份文献。
摘要
目的:探讨纵向色差(LCA)的非离焦光色度是否足以调节眼睛生长。
方法:采用基于空间光调制器的干涉测量装置，在覆盖视网膜12°区域的3种无像差刺激条件下(1)短波(450 nm)、(2)长波(638 nm)和(3)宽带光(450 - 700 nm)照射23名受试者的主眼30分钟。封闭非优势眼，保留为对照眼。在光照前后测量轴向长度和脉络膜厚度。
结果:短波(P < 0.01, 7.4±2.2µm)和长波(P = 0.01, 4.8±1.7µm)光的轴向长度较基线显著增加。宽带条件下，轴向长度也增加，但无统计学意义(P = 0.08, 5.1±3.5µm)。在长波光照下，脉络膜厚度显著降低(P < 0.01，−5.7±2.2µm)，而在短波和宽带光照下，脉络膜厚度无显著变化。试验眼和对照眼的眼轴长度和脉络膜厚度在不同光照条件下均无显著差异(P > 0.05)。光照与未光照脉络膜区差异无统计学意义(P > 0.05)。
结论:短波长光和宽频光刺激均可导致轴向伸长和脉络膜变薄。因此，纵向色差(LCA)的非离焦光色度不足以调节眼睛的生长。
转换相关性:这项研究有助于理解光色度是否单独是眼睛生长的充分调节因子。
介绍
动物和人类模型的研究表明，脉络膜在近视的发生和发展中起着至关重要的作用，因为眼睛长度的快速延长与脉络膜变薄和轴向长度缩短有关，脉络膜增厚。在寻找阻止或减缓近视进展的治疗方法时，已经观察到视轴长度和脉络膜厚度的变化取决于所使用的光谱。在短波长(中心波长为430 nm)和中波长(中心波长为530 nm)条件下饲养的豚鼠和雏鸡的轴向长度均有所减少，而在长波长(中心波长为620 nm)和中波长(中心波长为530 nm)条件下饲养的豚鼠和雏鸡的轴向长度均有所增加。另一方面，在较长波长的光线下饲养的树鼩和恒河猴的眼睛生长较慢，脉络膜增厚。对屈光不正和近视的研究表明，与短波长的光相比，将眼睛暴露在长波光、黑暗和宽带光下1小时会导致脉络膜变薄，轴向长度增加。相比之下，对近视儿童进行低功率、长波长的激光治疗，每天2次，每次3分钟，临床研究发现眼轴长度明显减少，脉络膜厚度明显增加。有趣的是，在Thakur等人所做的一项研究中，即使在远视离焦的情况下，短波长照射下的眼轴轴向长度也会显著减少。作者的结论是，色差信号本身可能不足以调节眼睛的生长，这使得人们不清楚眼睛是对光的色度做出反应，还是对光谱相关的像差做出反应，比如由纵向色差(LCA)引起的离焦。LCA是一种波长较短的光折射较多，聚焦在视网膜前，造成近视离焦的现象，而波长较长的光折射较少，聚焦在视网膜后，造成远视离焦。
对于相互矛盾的研究结果，光线处理作为眼睛生长调节剂的机制尚未明确，这表明LCA既可以作为靶标，指导轴向长度的生长，使视网膜与优势波长的各自焦点对齐，也可以作为线索，以优势波长指示生长方向，实现正视化。
在以往使用商用照明设备的研究中，无法确定光色度(光的波长)与lca引起的离焦之间的内在联系。为了分离色度和LCA引起的离焦这两个因素，在控制LCA对轴向长度的同时，一项初步研究检查了短、长和中波长光的影响在这三种情况下，没有观察到轴向长度的显著变化。这导致了一种假设，即在以往的研究中，眼睛的反应主要受到lca诱导的离焦而不是色度的影响。然而，尽管没有显著的变化，但对于长波长和中波长的光，轴向长度显示出轻微的增加趋势，而短波长的光暴露显示出轴向长度减少的趋势在Breher等人的研究中，由于4个trolands (Td)相对较小的强度和有限的刺激时间，这种关联可能不是很明显。
在此基础上，本研究拟通过增加光强和刺激时间，进一步探讨无像差窄带光条件下眼球轴向长度和脉络膜厚度的变化。
方法
参与者的数据
德国图宾根大学进行了一项前瞻性研究。参与者的数据被假名化以维护数据安全。研究方案遵循了《赫尔辛基宣言》的原则，并得到了图宾根大学医学委员会的批准。纳入标准为球面屈光不正≤- 6.00屈光(D)，最佳矫正视力至少为0.1 logMAR，色觉正常，无自我报告的眼部病变。由于在主要实验过程中使用了个性化的支架来固定参与者的头部，因此有背部和颈部问题的参与者也被排除在研究之外。共有23名参与者(15名女性)入组研究，平均年龄25±4岁。客观测量(ZEISS . profilerplus;卡尔蔡司视觉国际有限公司，Aalen，德国)和主观验光，以及最佳矫正视力(蔡司VISUPHOR 500和VISUSCREEN 500)，在主要测量之前确定。优势眼和非优势眼的平均等效球镜值分别为- 1.29±1.67 D和- 1.14±1.40 D，平均视力值分别为- 0.05±0.06 logMAR和- 0.06±0.07 logMAR。色觉测试使用石原测试(OCULUS Optikgeräte GmbH, Wetzlar, Germany)。
无像差光学照明设置
使用基于空间光调制器(SLM)的干涉装置(图1，右)来照亮眼睛。该系统使用麦克斯韦视图配置，其中两个横向分离的波前，由SLM产生，集中在眼睛的瞳孔平面，发散，并在视网膜上形成干涉条纹。因此，该系统绕过眼睛的光学系统，并允许将无像差的窄带或多色光刺激投射到视网膜上。使用焦距为40mm的镜头(AC254-040-A-ML;Thorlabs, Bergkirchen，德国)将两束光聚焦到瞳孔中。对于窄带照明，激光二极管发出的光，中心波长为447 nm (LP450-SF15;Thorlabs)或637 nm (LP637-SF50;Thorlabs)，被连接到系统中。激光二极管由Thorlabs外部驱动单元(CLD 1010，一个紧凑的激光二极管和温度控制器)控制。该驱动单元能够控制激光功率以达到所需的输出功率。对于637nm的光，在输入处放置了一个额外的Thorlabs中性密度滤光片(NE20A, 2.0 OD)，以降低所使用的光水平的总体强度。对于宽带光(550±150 nm)，采用超连续激光光源(SuperK COMPACT;NKT Photonics, Birkerød, Denmark)被耦合到该装置中。使用功率计(843-R/843-R- usb;Newport Corporation, Irvine, CA, USA)，以确保每种情况下的视网膜照度为140±4 Td。在瞳孔处产生的长波长光输出功率约为40 nW，短波长光输出功率约为145 nW，宽带光输出功率约为15 nW。
图1:
基于SLM的干涉测量装置的无像差视网膜投影示意图(改编自Breher等人)。其中，红线(r)为SLM与视网膜的共轭平面，黑线(p)为瞳孔平面。图像的左侧显示了短波、长波和宽带光的无像差刺激。
光照刺激
光照刺激表现为特定波长的圆形干涉光栅(短，450 nm;长，635 nm;宽带，450-700 nm)，覆盖12°的视网膜区域(图1，左)。为了防止对刺激的适应，光栅的方向和带宽在0°、45°、90°和180°以及每5秒每度3、6、9、12和18个周期之间随机交替。
实验程序
为了解释眼轴轴向长度和脉络膜厚度的日波动，研究测量在上午8点到下午12点之间进行。此外，为了避免短洗脱期可能发生的相互作用影响的减少，并保持参与者的舒适度，不同的照明条件在不同的日子进行了测试。在每次测量之前，参与者在暗室中进行了10分钟的冲洗期，没有近距离任务，以避免轴向长度混淆因素，如调节或训练。
洗脱期后，使用扫频源OCT (ZEISS PLEX Elite 9000;卡尔蔡司医疗，都柏林，CA，美国)。采用跟踪方式和随动方式，保证后续扫描的扫描位置一致。用扫频源生物测量法(ZEISS IOLMaster 700)测量轴向长度。通过IOLMaster测量从角膜前表面到视网膜色素上皮的光路长度为轴向长度。对于每只眼睛，自动获得一系列5个读数，然后取平均值，得出一个单一的轴向长度值。在主视眼30分钟的刺激阶段，用眼罩遮挡非主视眼，在整个数据分析过程中作为对照眼。为了避免由于使用光的顺序而产生的任何偏差，一组参与者(n = 9)开始使用短波长的光，然后在下一次约会时使用长波长的光，反之亦然。宽带照明，只在一个子集(n = 13)中进行测试，总是最后一次。脉络膜厚度和轴向长度立即测量，在照明周期后几秒钟，并始终从测试眼开始。测量结束后，参与者被要求在黑暗的房间里再坐30分钟。之后，再次测量脉络膜厚度和轴向长度以检查恢复过程。总的来说，一个人的检查总共持续了90分钟。
眼轴轴长和脉络膜数据分析
眼轴轴向长度数据直接从IOLMaster获得。对于脉络膜厚度，将42°× 42°扫描上传到蔡司高级研究和成像(ARI)网络，在那里对布鲁赫膜和脉络膜结进行自动多层分割。然后将得到的分割结果导入MATLAB 2022b (MathWorks, Natick, MA, USA)，仔细检查Bruch膜和脉膜-巩膜连接处的分割，必要时进行手动调整(图2A)。通过取每个A扫描和b扫描位置的Bruch膜与脉络膜-巩膜连接处的差值，获得二维512 × 512像素脉络膜厚度图(图2B)。为了得出以微米为单位的脉络膜厚度，使用1.9531.24的转换系数将像素值转换为微米。在每次就诊前进行的基线轴向长度和脉络膜厚度测量，通过类间相关性(ICC)分析来检查测量结果的良好重复性。
图2:
(A)左眼Bruch膜(蓝色)和脉络膜-巩膜交界处(橙色)的分割示例。(B)右眼脉膜厚度图，显示有光过渡无光区和四个象限(S，上;我,自卑;T,时间;N,鼻)。
假设中央凹是扫描的中心，视网膜下脉络膜厚度被分为三个区域。首先是照明区:视网膜上的照明面积为12°(图2B)，虹膜处的全光学角为42°。使用这些值，计算得到的以像素为单位的照明面积，从中心(中央凹)的直径为146像素。其次，外部非照明区域(图2B):通过从照明区域延伸额外146像素(准中央凹)的直径来计算。第三个过渡区:为了有一个完全不照明的区域，不受任何照明刺激的影响，也为了在照明区和非照明区保持几乎相等的像素数量，中间的过渡区被消除了。
统计分析
采用SPSS Statistics 29.0.0 (IBM, Chicago, IL, USA)进行统计学分析。创建箱形图是为了识别离群值，定义为基于数据上下四分位数的1.5倍的四分位数间距，远离中心“箱”的数据点以这种方式检测到的异常值被排除在下面的分析中。被排除在外的参与者数量因不同的条件和眼睛而不同;图3至图7显示了每种情况下分析的最终参与者人数。采用夏皮罗-威尔克检验，证实两眼眼轴长、脉膜厚度和恢复测量的光照后差异呈正态分布。除了长波长光在对照眼的轴向长度恢复测量外，所有数据均呈正态分布。采用单样本t检验评价光照期和恢复期30分钟后轴向长度和脉络膜厚度与基线的变化。进行配对样本测试以确定测试眼与被遮盖眼之间是否存在显著差异。需要对不同照明条件下的显著差异进行测试，以解决不同条件下(450 nm, n = 23;637 nm, n = 22;550±150 nm, n = 13)。因此，采用以参与者为随机因素，条件为固定因素的线性混合模型。随后，应用Bonferroni校正进行多次比较，便于检查三种照明条件之间的关系，并识别12°照明区与非照明区之间的显着差异。
图3:
在光照后，测试眼(彩色条)和对照眼(图案条)的平均轴长变化。“*”表示重要。
结果
照明后期的变化
短波、长波和宽带光照射30分钟后，轴向长度和脉络膜厚度的变化如图3和图4所示。这些和以下数据图的确切数字在补充材料中提供。在短波长(7.4±2.2µm;P < 0.01)和长波(4.8±1.7µm;P = 0.01)。宽频光刺激后，眼轴长也增加，但无显著性差异(5.1±3.5µm;P = 0.08)。在所有条件下，作为对照的另一只眼的眼轴长度也没有显著增加(P > 0.05)。
图4:
测试眼(彩色条)和对照眼(图案条)的平均脉络膜厚度在光照后的变化。“*”表示重要。
长波光照(−5.7±2.2µm;P = 0.01)。而短波长光和宽带光两种条件下，光通量分别为1.1±2.3µm和2.0±2.6µm，无显著性差异;P > 0.05)。与对照眼相似，差异无统计学意义(P > 0.05)。
对比试验眼和对照眼的变化，在任何光照条件下都没有发现显著差异。只有在长波长光下，被试眼和对照眼的脉络膜厚度才有显著差异(分别为-5.7±2.2µm和-0.9±1.9µm);P = 0.04)。光条件的比较也显示测试眼无显著变化(短波长宽带，均P > 0.05)。
为了进行更详细的分析，将视网膜上的实际受刺激区域(照明区)与外围(非照明区)进行比较。在此条件下，光照区脉膜厚度与未光照区无显著差异(均P > 0.05，图5)。而长波光刺激后的光照区脉膜厚度与短波光(P = 0.02)和宽带光(P = 0.02)相比有显著差异。
图5:
光照后测试眼平均光照区(彩色条)和非光照区(图案条)脉络膜厚度变化。“*”表示重要。
此外，为了进行更详细的分析，将视网膜分为四个象限:上象限、下象限、鼻侧象限和颞侧象限(图6)。测试眼和对照眼的短波长和宽带波长光与基线相比未观察到显著变化(均P > 0.05)。对于长波光，在大多数象限和条件下，与基线相比变化也不显著(P > 0.05)。只有在测试眼的照明区内，上象限(P = 0.01)和下象限(P = 0.01)较基线明显变薄，而对照眼无显著差异(均P > 0.05)。
恢复期后的变化
在短波、长波和宽频波段下，恢复30分钟后轴向长度和脉络膜厚度的变化如图7和8所示。经30分钟的恢复期后，任何条件下的眼轴长均无显著变化(P > 0.05)。对照眼在短波长的情况下(6.1±2.8µm;P = 0.04)，而长波和宽带光两种光照条件无显著差异。宽频光恢复期后，受试眼脉络膜厚度差异显著(8.2±2.7µm);P = 0.01)。然而，短波长光(P = 0.53)和长波光(P = 0.12)在三种情况下无显著性差异，蒙面眼在三种情况下也无显著性差异(P > 0.05)。
图6:
测试眼光照区(填充条)、对照眼中心12度(横条纹)和测试眼非光照区(斜条纹)的上、下、鼻、颞侧象限平均脉膜厚度变化。“*”表示重要。
图7:
测试眼(彩色条)和对照眼(图案条)在恢复后的平均轴长变化。“*”表示重要。
图8:
测试眼(彩色条)和对照眼(图案条)在恢复后的平均脉络膜厚度变化。“*”表示重要。
讨论
Breher等人研究了无像差窄带光对轴向长度的响应变化，在此基础上，目前的研究使用了更高的光强度(2.15 logTd，而不是0.6 logTd)和更长的刺激时间(30分钟，而不是20分钟)。本研究观察到的结果表明，在没有LCA引起的离焦的情况下，暴露在不同波长的光下30分钟，会引起眼睛的变化，这些变化不足以调节眼睛的生长。
与Breher等人先前的研究相比，观察到不同的结果。先前的研究报告在任何条件下都没有明显的变化，而在当前的研究中，在短波长光的情况下，轴向长度发生了显著变化，可能是由于这里使用了更高的光强度和更长的刺激周期。然而，在两种光照情况下，轴向长度都显著增加，这似乎与其他未控制LCA的研究的观察结果相矛盾。Thakur等人发现，轴向长度在短波长光(−8.0±2.7µm)下减小，在长波长光(11.2±2.0µm)下增大。同样，注意到长波长光的轴向长度显着增加，并且另外报道了短波长光的小但不显着增加，这表明眼睛是由LCA引起的离焦触发的，因此支持波长作为目标的概念。结合本文报道的结果，可以认为lca诱导的离焦比色度在触发眼睛变化方面发挥更大的作用。
在目前的研究中，我们注意到长波长光的脉络膜厚度减少，这与Lou和Ostrin以及Thakur等人的结果一致。然而，在短波长的情况下，没有注意到明显的变化。以前的研究使用自然观看条件和商业照明系统，不控制LCA引起的离焦。本研究中使用的设置提供了一个无像差的刺激，没有任何LCA，因此得出结论，所观察到的脉络膜变薄是由离焦以外的其他机制触发的。虽然与Breher等人之前的研究相比，照明的持续时间更长，但与之前的研究相比，30分钟仍然是一个相对较短的持续时间，之前的研究中眼睛被照亮了一个小时。此外，调节被认为会导致轴向长度的增加和脉络膜厚度的变薄，但调节可能是由光学器件中的灰尘引起的，在我们的研究中没有得到控制。
近年来，低水平红光治疗控制近视越来越受到人们的关注，因为它已被证明可以有效地控制近视的发展。在这些研究中，LCA引起离焦的确切机制尚不清楚。Gawne等人提出短波敏感(SWS)和长波敏感(LWS)视蛋白之间的不平衡驱使眼睛朝两者平衡的方向运动。例如，在红光照射下，LWS过度激活，SWS未被激活，从而导致眼睛向远视方向发展。在我们的研究中并非如此，因为长波长光照导致轴向伸长和脉络膜变薄。
在不同光照条件下，轴向长度和脉络膜厚度的变化无显著差异。轴向长度的这些类似变化可能是由于刺激的光强度增加或昼夜节律的影响等因素造成的，另一项研究也注意到这一点，其中发现轴向长度在中午左右最长。然而，在30分钟的恢复期后，照明期间发生的变化又回到了初始阶段，这表明昼夜眼节律不是主要的触发因素。
轴向长度具有良好的重复性，类间相关性(ICC)大于0.9，这与IOLMaster 700的其他结果相似，ICC值大于0.9。以前的研究也报道了脉络膜厚度的ICC值大于0.8。同样，在我们的研究中，脉络膜厚度的ICC大于0.9，表明重复性好。
在本研究中，眼睛对对照条件或宽频光的反应没有明显变化。然而，眼轴长度有增加的趋势(5.1±3.5µm)，这再次表明眼睛对刺激强度的增加有反应。宽频光对脉络膜厚度的影响也不明显，但有轻微的增加趋势(2.0±2.6µm)。此外，还应该指出，缺乏显著结果可能是由于13名参与者的样本量较低。
在所有波长下，与测试眼相似，对照眼的轴向长度增加的趋势不显著。此外，对照眼的脉络膜厚度对不同波长的光有相似的反应。当比较测试眼睛和对照眼睛之间的相互作用时，没有发现显著性，这表明两只眼睛对所有波长条件的反应相似。可以假设，在另一只眼睛中观察到的不显著变化可能反映了残余的昼夜变化或对黑暗的反应。在另一项研究中也发现了类似的结果，当暴露在黑暗中时，轴向长度会增加。因此，观察到的另一只眼睛的变化可能是由于外部因素，而不是对光谱差异的直接反应。测试眼也是如此，因为只有视网膜的中央12°被照亮，周围的视网膜是黑暗的，这也可能引发脉络膜变薄或轴向长度延长。
非照明区与照明区在不同条件下的脉络膜厚度没有显著差异，这表明任何变化(例如，长波长照明导致脉络膜明显变薄)不仅局限于照明区，也局限于周围的非照明区。先前的研究报道，在近视中，视网膜中央凹区的脉络膜比黄斑外区更薄，这一差异可能表明中央视网膜比周围视网膜有更多的致近视活性。在我们的研究中，这种不一致也可能是由于使用的刺激大小，因为只有中央视网膜区域被照亮。
结论
综上所述，轴向长度在短波长、长波长和宽带光条件下的反应相似。此外，在长波长光的情况下，脉络膜厚度减小。因此，没有由LCA引起的相关离焦的光似乎不足以以色度特异性的方式调节眼睛生长。
致谢
由德国开放获取出版基金(Deutsche Forschungsgemeinschaft)和德国联邦政府建设与研究基金(ZUK 63)资助。
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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