开环状态下调节的暗焦点研究进展△

鹿大千 杜蓓 张洪波 金成成 张惟虓 魏瑞华

(天津医科大学眼科医院视光中心 天津医科大学眼视光学院 天津医科大学眼科研究所 天津 300110)

调节是视觉系统的基本功能之一，其目的是在视网膜上保持清晰聚焦的图像。在有调节需求时，人眼的调节系统会快速反应并改变晶状体的屈光度，其准确性决定了大脑从视觉刺激中获取的信息是否完整精确，因此调节在人眼的视觉系统中不可或缺。既往认为，在正视状态下，当人们视远或缺少视觉刺激时，调节会处于放松状态，焦点位于光学无穷远处。后来人们逐渐发现，当视觉刺激消失或处于黑暗环境中时，人眼的屈光状态会向近视漂移，调节系统由原来的状态向其静息状态转变，此时调节焦点处于中间的某一位置，称为调节的暗焦点(dark focus of accommodation)。这种异常的近视现象常见于亮度偏低的夜晚，因此被称为夜间近视(night or nocturnal myopia)[1]。这种生理变化对人眼检测微弱刺激的能力及识别精细细节有很大的影响，它为理解和矫正多年来困扰视觉专家的各种异常屈光不正提供了基础。早在17世纪，英国天文学家Maskelyne报道他在昏暗的光线下会出现夜间近视的现象[2]，这种现象后来曾多次被提及，并成为一个重要的研究课题(例如Wald等[3])。此外，人们发现类似的近视现象也发生在明亮的光线条件下，例如空间近视(empty-field myopia)[4-5]和仪器性近视(instrument myopia)[6-7]，因此有研究者认为 “暗”焦点的名称并不准确，上述3种近视状态均是在调节开环(open-loop)或者目标不刺激调节(stimulus-free)的情况下出现的，所以亦存在一些描述此现象的其他术语，如张力性调节(tonic accommodation)、调节的静息状态(resting state of accommodation)、暗调节(dark accommodation)以及ABIAS等[8]。19世纪70年代，Leibowitz等[9]将夜间近视、空间近视以及仪器性近视3种近视状态归类为异常近视(anomalous myopia)，发现3种情况下的调节机制均倾向于在暗焦点处或接近暗焦点处保持“静息”状态。

1 暗焦点的测量方法

在Maskelyne报道了夜间近视的现象之后，出现了很多探讨暗焦点和各种异常近视成因的研究，形成了多种假说，例如球差[10-13]、色差[13-14]、晶状体前移以及睫状肌调节[4]等因素。但是由于当时的技术限制以及样本量过少等原因，暗焦点和夜间近视的成因仍存在争议，最主要的技术难题是当时使调节处于开环状态的方法有限，以及检查者无法在受试者的调节不受影响的情况下，观察调节和屈光度的变化。尽管有一些准确的临床和实验方法对受试者的调节进行评估，但这些方法无法在各种异常近视的条件下进行无偏倚的定量测量。

直到19世纪60年代，激光散斑测量仪(laser speckle optometer)开始应用于屈光不正的检测中，并普遍应用于暗焦点的测量[15-18]。这种方法测量应用的散斑图像不会对受试者的调节产生影响，通过受试者对图像的判断即可实现对屈光度的测量。

此外，Braddick等[19]曾尝试应用摄影验光法(photorefraction)对暗焦点进行测量，其结果与Leibowitz和Owens[20]的研究结果类似。Artal等[21]在2012年新应用了一种自适应光学可视分析仪(adaptive optics visual analyzer)对夜间近视和暗焦点进行测量，该仪器允许受试者在亮度及其他因素可控的条件下接受视觉刺激，以此测量不同情况下的相对近视变化，以揭示暗焦点和夜间近视现象的原因。随后，Chirre等[22]应用一种红外开放式双眼H-S波前传感器(infrared open-view binocular Hartmann-Shack wave front sensor)同样对夜间近视和暗焦点进行了精确测量，该仪器允许在双眼条件下进行检测，并综合调节、聚散、瞳孔大小以及像差等因素，从而为综合研究暗焦点的影响因素提供了新的方法。

上述仪器在实验室设计应用具有诸多优势，但其较为严格苛刻的测量环境使其不太适合临床应用。“暗光视网膜检影(dark retinoscopy)”是一种有希望代替上述复杂仪器的方法，用于暗焦点的临床评估。暗光视网膜检影的关键是：①检查环境需完全黑暗，除检影镜光带外没有其他可见的视觉刺激；②被检者必须单眼注视光带，避免集合引起的调节；③检查者须保持固定的工作距离。由于检影镜的光带并不对调节产生刺激[22]，因此在检查过程中，受试者的调节仍处于暗焦点位置。研究表明这种技术是一种有效检测暗焦点的方法，Owens等[23](平均-1.56 D)，Andre等[24](-1.00 ～ -2.25 D)以及Bullimore等[25](平均-1.07 D)等均应用此方法对暗焦点进行了测量。

2 暗焦点的范围及影响因素

研究显示人群中暗焦点的个体差异非常大。在完全黑暗环境下测量的屈光度与患者的暗焦点非常接近，并且Leibowitz的一项研究表明二者的相关系数为0.96[1,20,26]。Leibowitz等[1]应用激光散斑法对14名18 ～ 24岁学生的暗焦点进行测量，他们的暗焦点在-0.37 ～ -2.28 D分布，平均值为-1.25 D；同样，他们在1978年用同一种方法进行了一次较大样本的研究，对220名大学生在屈光矫正或接近矫正状态下进行暗焦点测量[20]，结果显示暗焦点的范围为+0.25～-4.00 D，平均-1.50 D。有学者[26]应用激光验光仪和红外验光仪对10名受试者的暗焦点进行了测量，分别为(-2.10±1.02) D和(-1.28±0.48) D；Braddick等[19]曾尝试应用摄影验光法对23名剑桥大学生的暗焦点进行测量，结果显示屈光矫正状态在完全黑暗环境下测量的屈光度范围为+0.4 ～ -2.4 D，平均-1.27 D；1988年，Bullimore等[27]将100名受试者分为近视组、远视组和正视组，并分别对其进行了暗焦点测量，结果发现在完全黑暗环境下近视组的屈光度范围为+0.75 ～ -1.25 D，远视组为+0.50 ～ -1.75 D，正视组为-0.25～ -2.00 D；在Artal等[21]的一项控制受试者瞳孔大小、环境亮度以及主导眼别的研究中，应用自适应光学可视分析仪对8位受试者的暗焦点进行测量，结果显示黑暗环境中的屈光状态最大的受试者暗焦点可至-2.00 D，平均为-0.80 D；2016年，Chirre等[22]应用红外开放式双眼H-S波前传感器对10名接近正视的受试者进行了暗焦点的检查，结果发现黑暗环境中，在单眼测试条件下，主导眼测量的屈光度为(-0.64±0.59) D，非主导眼为(-0.61±0.66) D，在双眼测试条件下，主导眼的屈光度为(-0.15±0.17) D，非主导眼为(-0.16±0.21) D。

通过以上数据可以发现，暗焦点在个体间存在非常大的差异，受试者的屈光状态以及单眼或双眼测量均会影响其测量结果，并且不同的仪器和方法测量得到的数据也稍有差异。Artal等认为[21]，测量屈光度时固有的主观性质以及众多影响测量结果的因素可以解释暗焦点的差异性和分散性。

此外，暗焦点在不同年龄组的人群中亦存在差异。Ramsdale等[28]对年轻人(平均年龄14岁)至老年人(平均年龄58岁)的暗焦点进行了观察，发现其暗焦点从-2.50 D逐渐降至-1.0 D；1983年，Simonelli等[26]在一项较大样本的研究中对301名17～67岁的受试者进行了暗焦点测量，研究结果显示，受试者的相对暗焦点(relative dark focus)从-0.75 D(17～22岁)降至-0.20 D(57～62岁)；Withefoot等的报道了类似的结果[29]，58名10～72岁受试者的暗焦点从接近-1.0 D逐渐降至0 D。因此，不同年龄组的暗焦点存在差异，并且随年龄增长而下降。

3 暗焦点的稳定性

一些研究[30-32]表明，个体的暗焦点在一段时间内相对稳定，甚至可达1年。然而，也有其他研究表明暗焦点亦存在日间变化，且瞬时值可能受到许多因素的影响，包括近距离工作[33-35]、情绪激发[36-37]以及焦虑[38]等因素。Ebenholtz等[34]的研究也表明，固视远处的目标上也能够使暗焦点移向远点。Miller对21名大学生每周2 d 2次(早上和晚上)进行暗焦点测量，持续3周，结果显示暗焦点非常稳定(重复测量系数>0.8)[30]；有学者[31]对39名大学生的暗焦点在不同时间进行了两组测量，其中19名受试者在同一天进行了重复测量，余20名受试者在1周后同一时间重新进行测量。研究结果发现，两组受试者暗焦点的2次测量结果分别存在高度相关性，即使在1周后重新测量，两次结果之间的平均变化<±0.3 D。Heron等[39]采用双阶梯法(double staircase method)和恒定刺激法(method of constant stimuli)测得了暗焦点的重复实验数据，研究结果证实了其他研究者的结论，即调节的暗焦点在人类视觉系统中具有高度稳定性，同时该研究认为测量暗焦点最有效的方法是双阶梯法。

激光斑的曝光时间也会影响暗焦点测量的稳定性。Hennessy和Leibowitz[17]最初用的激光散斑曝光持续时间为500 ms，其研究认为此持续时间不会影响受试者调节的稳定性，因此后续研究采用的曝光持续时间一般不会超过500 ms。Kothe等[40]的研究结果显示，在500 ms内，暗焦点不会随激光散斑暴露的时间而明显变化，这与Hogan等[41]的研究结果一致，但如果激光散斑的暴露时间>500 ms，暗焦点会出现较大的波动。Johnson等[42]对暗焦点的短期波动进行了观察，发现所有受试者在黑暗中存在调节的波动，且其波动频率低于0.5 Hz。这种现象在睫状肌麻痹或观察明亮的高对比度目标时大幅减弱。

个体间黑暗焦点的波动机制较多，仍不甚明了。这种现象可能是由于长时间集中精力或自主神经唤醒导致睫状肌张力的改变，因此需要进一步的研究以阐明其机制。

4 暗焦点与聚散运动

正常情况下，调节和聚散存在协同作用，任何一方的变化都会引起另一方的改变，这种相互作用多用AC/A和CA/C比率来描述。而在开环状态下，二者却未显示出高度相关性，由近距离视觉刺激引起的适应性变化可以选择性地影响调节的静息状态(暗焦点)或聚散状态[43-44]。虽然调节的暗焦点与聚散运动可能是独立的，但任何一种静息状态的适应性或应激相关变化都可能影响二者的相互作用。Chirre等[22]通过实验证明，双眼视状态下的集合性调节能够改善夜间近视。他们发现，单眼情况下，降低刺激的亮度会导致调节状态逐渐趋向于受试者的静息状态(暗焦点)。多数受试者的调节焦点出现近视性转变，此变化在双眼视的情况下会得到缓解。双眼视能够缓解夜间近视，可能通过融像性集合来改善调节状态，从而减缓低亮度环境下夜间近视带来的影响。因此，进一步研究调节和聚散之间的相互作用在全面研究暗焦点与视觉的关系中发挥重要作用。

5 暗焦点的矫正

除了上文提及的融像性集合能够缓解夜间近视的现象外，现有的对于暗焦点(或异常近视)的矫正方法主要为光学矫正。与通常意义的近视不同，夜间近视是由于缺少调节刺激后，睫状肌被动地返回其静息位置(暗焦点)所致。这种异常焦点对于传统的验光方法来说是无法预测的[26,45]，但是仍然可以根据患者的暗焦点进行眼镜处方对夜间近视进行矫正，以此使得患者的屈光状态与视觉工作的距离进行匹配。对这种异常近视应用光学矫正方法改善夜间视觉效果取决于2个主要因素：①个体的暗焦点特性；②视觉刺激的质量。一般而言，暗光下最佳的夜间远距视力是在最弱的刺激条件下并相对接近受试者暗焦点处获得的，基于暗焦点的矫正眼镜被证明在模拟夜间驾驶条件下，受试者的视觉分辨率能够提高25%[46]。有研究[47]显示，矫正夜间近视能够在一定程度上提高司机夜间驾驶的视觉效果。对于飞行员来说，矫正其空间近视能够使其视觉质量得到巨大提高。一项研究[5]发现，受试者在明亮环境下的ganzfeld(一种没有可聚焦轮廓的均匀场)中对小目标的探测范围从26%提高到315%，具体效果取决于受试者的暗焦点。另一项研究[48]发现，在ganzfeld中，基于暗焦点的眼镜矫正将受试者的对比敏感度提高了6倍。需要注意的是，相同的暗焦点处方并不适合所有低视觉刺激的情况。由于调节反应随着刺激的减少而逐渐减小，因此对于中等视觉刺激(如夜间驾驶)的最佳矫正需要综合考虑受试者常规的白天处方与暗焦点[46]。相比之下，在完全矫正暗焦点的情况下，空间近视的改善情况最佳[5]。

6 暗焦点与近视防控

调节适应(accommodative adaptation)亦称为调节迟滞(accommodative hysteresis)，用来表示在一段时间的注视后，眼睛的调节功能发生变化的现象，这会导致个体的暗焦点发生改变，而放松的程度随注视点的位置、屈光状态的不同而有差异[34]，因此有研究认为调节适应与近距离工作引起的近视发生有关。Ebenholtz等[49]对调节适应现象与暗焦点以及近视发生的关系进行了研究，结果显示在8 min的近距离注视后，12个正视眼的暗焦点或者增加-0.34 D(目标位于近点)，或者放松0.21 D(目标位于远点)。当固视目标位于受试者暗焦点时，调节变化不明显，并且目标位于近点时调节适应恢复的时间相对较长。有研究[50]结果表明，相对于近视发生较晚的患者(15岁以后)，暗焦点在初发近视的患者中更高，并且研究认为此现象的原因可能为环境因素(近距离用眼)造成。

综上所述，暗焦点被发现至今已有几百年的历史，科技的进步使暗焦点的测量技术得到了长足的发展，也让我们对暗焦点的理解更加深入，同时也给我们带来了更多的疑惑。长时间近距离工作会使得暗焦点发生变化，而在近视患者中表现出增加趋势。在现代青少年近距离用眼时间显著增加的今天[51-52]，调节适应现象可能会更加明显，并且考虑到低亮度环境下的近视漂移现象，良好的用眼习惯(如近距离用眼后远眺)及用眼环境显得愈加重要。同时，近距离用眼后暗焦点的这种变化是否体现在近视发生之前？近视易感人群中的暗焦点变化是否更加明显？以及调节适应现象能否作为预测近视早发的检测指标仍需要进一步思考和研究。本文就暗焦点相关既往文献进行回顾综述，在近视防控已成国策的今天，暗焦点在近视防控中的作用有待于进一步思考和研究。