近视成因与人工干预及中医介入的研究

王育良，朱彦婷，张传伟，施立新

人类视觉系统是在地球自然条件下，为适应视环境逐步进化形成的，对近视这样较大的流行病学改变，首先应梳理出诱因及相关权重，从中研究干预办法，并提出科学的防控措施。

1 近视现状与发展特点

1.1 近视率近期呈急剧增加趋势

半个世纪以来，世界近视率明显上升并持续发展[1]，在上世纪70 年代12～54 岁近视率欧洲为20.0%，美国25.0%，中国10.0%～15.0%；到本世纪初，世界近视平均22.0%，欧洲40.0%，美国41.6%，我国达33.0%。本世纪后，近视持续增加，而新增主要为儿童和青少年，澳大利亚在过去的15 年中17 岁近视率从20.0%上升到30.0%；我国2000 年全国学生近视率调查：小学20.2%，初中48.2%，高中71.3%，大学73.0%；2002 年抽样监测：小学为27.0%，初中53.4%，高中超过72.0%；2011 年，小学为28.0%，初中60.0%，高中85.0%，大学90.0%；2010 年课题组对南京白下区5～6 年级在校学生调查，近视43.4%，其中男生38.7%，女生48.7%。近十年近视率仍持续增加并呈低龄化趋势；2018 年国家卫健委等部委的全国儿童青少年调查，总体近视率达53.6%，6 岁为14.5%，小学36.0%，初中71.6%，高中81.0%；2019 年课题组对淮安市某校小学一年级到初中一年级的1368 名学生调查，近视率70.7%，一年级视力不良达40.0%，五年级65.0%；世界卫生组织最新数据示，中国近视超过6 亿人，高中生为83.3%，大学87.7%。澳大利亚奥布赖恩霍顿视力研究院估计，到2050 年世界近视达47.58 亿，至人口一半[2]。

1.2 近视发展有窗口期

人眼的屈光度是随年龄而变化的，新生儿：+8～+15 D；1 岁：+5～+8 D；2 岁：+3～+5 D；3 岁：+1～+3 D；5 岁：0～+2 D；到10 岁完成正视化至0～+1 D，之后进入近视化阶段。据报道，我国近视从小学一年级15.7%到六年级59.0%，从初中一年级64.9%到初中三年级77.0%，随年龄增加，约15 岁趋于稳定[3]，新发病率降低[4]，青春期后一般不再发生发展；故在我国10～16 岁可以说是近视的窗口期。

1.3 近视发生率与地区及种族相关

2010 年近视率调查,南京市（经纬度为118°E，32°N）初中生70.0%～75.0%，高中80.0%，赤峰市区（经纬度为118°E，42°N）初中45.7%，高中47.7%[5]。2019 年日本庆应大学调查东京689 名小学生有76.5%近视，727 名中学生94.9%近视；韩国首尔近期19岁男性96.5%近视;与中国、新加坡及中国港台同属全球最高区域。澳大利亚调查17 岁人中，东亚裔近视率60.0%，而欧洲移民仅18.0%。

1.4 近视发生率城乡（牧）差别

瞿佳教授在第15 届国际近视眼研究大会报道城乡近视率相差10.0%；本课题组2006 年对伊犁哈萨克人调查示，城区与牧区：近视77.7%与24.7%，正视15.0%与45.0%，远视9.7%与31.0%[6]；非洲马赛人大部分裸眼视力超过2.0，很多超过4.0；2015年央视“挑战不可能”安排马赛丹尼尔兄弟从800 m远认出木偶人形，视力超过6.0；同年蒙古国巴特夫妇分辨千米之外形体，视力超过6.5；2016 年我国巴林右旗青格乐兄弟从168 m 外辨认了无人机上E字方向，视力超过7.0，他们均来自内陆草原。

2 近视成因及骤增拐点的研究

分析窗口期学生课余视活动差异，农牧区为户外自然光下远视距为主的运动视，多“日落而息”，接近进化期视环境；发达区为室内人工光源下近视距为主的平面固视，多有“熬夜”现象。根据Morgan 的调查[7]，上世纪30～60 年代末，亚洲发达地区学生近视未上升，至70 年代同时骤增，成为明显拐点，并持续发展至今。找出差异诸要素的同期改变者，应该会是近视的关键因素。

2.1 户内、外活动

2007 年美国俄亥俄州立大学跟踪500 名8～9岁无近视者，5 年后1/5 的人出现近视，唯一相关因素是户外时间；我国广州6 所小学从6～7 岁每天增40min户外课，3 年后近视率30.0%，对照小学40.0%[8]；本课题组调查哈萨克户外时间，城市99.0%＜3 h,牧区98.0%＞7 h[6]。澳洲学生亚裔敬仰“学霸”，欧裔崇拜“健将”，两者户外时间不同。课题组调查了南京7 所小学5、6 年级近视率，其中1 所仅29.9%，小于43.4%均值，经查其外来工子女多，均户外时间高。室内时间与近视相关，但骤增为早期白炽灯普及时，与上世纪70 年代非同期要素。

2.2 视距与运动视

我国窗口期学生视活动主要是上课、看书、作业与视屏。人眼焦距无限远是5 m，教室规范规定后排课桌后沿与黑板距小学＜8 m，中学＜9 m，60.0%学生距黑板＜5 m；我国现教材GB/T 18358-2009 国标正文字号1～3 年级2～3 号，2～4 年级4 号，而窗口期的5、6 年级至初中为小4 号，辅助书可用5 号，书距较前明显缩短。城市课余视活动主要是视屏，从上世纪80 年代电视、游戏机、电脑、平板，视距逐渐缩短至手机达极限；这种近距平面固视使睫状肌、眼外肌均处持续紧张状态。农牧区以户外视远、运动视为主，课题组赴青格乐兄弟家乡调查，其视野开阔，干燥少尘，能见度极高，挑战不可能“超视力者”，均有相同环境，平时活动即为望远和追逐视的“辨识训练”，形成的视觉冲动会反馈刺激眼轴向正、远视（牧区哈萨克远视31.0%[6]）化发育，还会提高离焦图像辨识力，获得裸眼超视力。可见，近距离平面固视总趋势上与近视明显相关，但仍非70 年代后的同期要素。

2.3 照度

课题组对多地区照度调查，如南京比赤峰近视发生率高，照度明显低。与南京大学吴蔚教授团队合作，对部分教室光环境及不同光气候区教室空间emICEA 进行了调查，国际室内照明（Lux）对教室要求有：国际通用CIES008/E-2008、美国IESNA-2000、德国DIN5035-1990 均为＞500 Lux，日本JISZ9110-1979 为200～750Lux、俄罗斯CHN23-05-95 为300Lux；2004 我国《建筑照明设计标准》（B50034-2004）把课桌面从150 Lux 提至300 Lux，黑板500 Lux，除2019年广东省照明标准将课桌面提至500 Lux 外，其他地区沿用至今。调查示，美国某中学教室，应用天窗结构，在晴朗正午的条件下，99.0%调查区离地面76.2 cm 处达25 英尺烛光，黑板照度＞1000 Lux，符合LEED-NC2.2 和LEED-NC3.0 要求，信用为8.1；我国的所有教室内、外差异极大，仅少数采光点短时达标，照度与近视相关尚不能肯定，但低照度会造成近视距加重和人工光源应用，也会增加近视。上世纪70 年代恰值教室普及荧光灯，照度提升，近视未减反升，不应是同期要素。

2.4 光源

太阳光随入射角通过大气呈现四季及晨、午、夕、夜变化形成地球自然光环境，地球生物是在自然光下形成平衡的生态系统，其强度、光谱质量及其周期性变化对生物的生长发育和地理分布产生着深远影响，而生物对这些光因子变化也会产生多样反应。

人类远古时始用堆火、火把照明；新石器时出现油脂灯，后发明蜡烛；18 世纪出现油管灯；1745 年有了煤油、煤气灯；19 世纪初英国H.戴维发明碳弧灯，1879 年美国爱迪生研发可普及碳丝白炽灯，进入电光源时代。以上光源均同太阳为黑体加热发光，称“热光源”。美洲、日本曾有萤火虫照明传说；我国《晋书》“车胤囊萤夜读”、《古今秘苑》 “取羊膀胱吹胀晒干，入萤百余枚”的明确记载；1938 年美国伊曼发明荧光灯，上世纪70 年代在教室普及，1974 年荷兰推出三基色荧光灯；80 年代三基色彩色视屏应用；90年日本赤崎勇代等用LED 导出蓝光通过荧光涂料产生白光（获诺贝尔物理学奖），2000 年用于室内后迅速普及。由于非加热发光，红外少发热轻，称为“冷光源”。冷光源的应用、普及与近视骤升并持续高度同期，为此，课题组对光源的特质及与近视相关机理进行了进一步研究。

（1）光源差异热光源为缓坡式差异的连续光谱，目前的冷光源多有不同光段的断崖式差别，如有400～460 nm 间的高峰值蓝光，被称为“富蓝化”；也有480 nm 左右及其他的低谷区的相对缺失频段，形成明显峰谷（图1）。

（2）光源差异与眼轴为探讨光源与近视相关性，取1 月龄新西兰兔，用不同光源同照度、同节律分组照明，在不同时段检测眼轴[9]（与自然光组比较，可反映近视化程度），结果冷光源组眼轴增长尤为明显（表1）。

图1 不同光源特质

表1 不同光源下发育期兔眼轴长度各时间点比较（）

表1 不同光源下发育期兔眼轴长度各时间点比较（）

注：与室内自然光组比较，* P＜0.05；*** P＜0.001

同一屈光介质对不同波长光折射率不同，各单色光在眼内焦点不同而形成纵向色像差（Longitudinal chromatic aberration,LCA），连续光形成单焦的纵向焦点带[10]；课题组发现注视Vision One 激光器瞄准光（635 nm/1.0 mW）3 min 后，在中色温LED 照明区2 min 内蓝、绿光感知缺失，调查治疗患者，在659 nm 或577 nm 光凝后短时间内视物为紫红色，532 nm 光凝后为暗绿色，称之为强光压制现象。冷光源的高峰值光会对视觉细胞产生强光压制，使相对低谷光段不被感知，形成不连贯的多焦面现象，当最强峰值光作为主焦平面，其后的次高光峰形成视网膜后的正离焦面，这种现象持续存在会产生异于自然光的离焦信号，在窗口期中枢反馈会调节屈光发育走势，促成眼轴纵向延长，向近视化方向漂移[11]。另外，人类视觉分视网膜神经节细胞M（大细胞）和P（小细胞）通路，M 对黄、蓝敏感，P 对红敏感，M 具唤醒P 的功能，在儿童眼正视化初期还有促使P 正常发育的作用，此时段持续蓝光区峰谷状态，可能干扰M与P 视觉的协同处理，产生的反馈信号影响正视化化进程（图2）。

图2 不同光源焦平面面示意

（3）光源差异与节律人类在工业革命前基本依靠自然光，遵循昼夜节律日出而作、日落而息。随人工电光源出现城市人多“日落不息”。课题组调查哈萨克城市人71.0%入夜后靠人工光源活动超过6 h，牧区87.0%人仅1～2 h[6]；而城市学生“熬夜”普遍；2012 年本课题组将1 月龄兔分光照组（卤素灯18h/6h），对照组 （室内自然光），4 个月后观察眼轴长度，光照组（16.65±0.35）mm，对照组（15.74±0.54）mm （P＜0.05）；2014 年，用卤素灯分延长光照（18 h/6 h）组与仿自然节律（12 h/12 h）组，结果延长光照兔眼轴较长，两组差异有统计学意义（P＜0.05）[12]，说明光照节律的确与近视相关。人类具有起于视网膜自主感光神经节细胞（ipRGCs）的非视觉通路，把光信号传递到视交叉上核等最后到达松果体，调节内源性生物钟和褪黑色素分泌，影响人体生理节律，同时与多巴胺共同影响窗口期眼轴发育；比较了自然光与荧光灯对发育期大鼠的影响，发现荧光灯引起大鼠性激素分泌紊乱、眼压峰值提前、视网膜细胞超微结构与生物钟基因Cry2 表达变化[13-15]。分析近视率差异大的不同地区及室内、外自然光谱，除照度与蓝紫光段差异明显外，不同单色光各时段曲线趋势基本一致，可能蓝光段也是近视化信号源之一；已发现ipRGC光谱光视效率在450～500 nm[16]，冷光源恰在480 nm左右多呈低谷相对缺失区，可能致非视觉通路传导紊乱，形成光质性健康损害，同时在窗口期影响眼正视化进程［17］（图3）。

综上看，近视是窗口期多种视环境改变的综合结果，而冷光源普及应该是其中最主要原因。

（4）光源改良研究 设想重启热光源，并对白炽灯测试，发现功耗与照度无法再用（如95W 距200 cm，照度仅25.9 Lux）。为综合两种光源优点，利用不同色彩灯珠，组成无红外仿自然阵矩光源，对3 周龄的豚鼠进行试验，8 周后仿自然阵矩光组眼轴（8.74±0.21）mm，与自然光组（8.65±0.1）mm 比较，无统计学意义，可见保持冷光源680 nm 以上光谱低缺可行，但靠色灯拼凑补缺、光损耗大，不具生产可行性。为此，改造LED光源，改变输出光谱，祛除富蓝化，得到比阵矩更易应用的两种仿自然连续光谱光源进行对比实验（表2）。

图3 光质性健康损害示意图

表2 不同连续光谱光源各时段兔眼轴长度比较（）

表2 不同连续光谱光源各时段兔眼轴长度比较（）

注：与自然光组比较，* P＜0.05；** P＜0.01；***P＜0.001

根据结果比较光质，发现差别在380～500 nm 蓝光段，为此，调整出此段不同光谱进行比较（表3）。结果实验光源均优于荧光灯，其中仿自然连续光源A 效果尤为突出，拟以此作为基础白光光源应用，形成健康光源基础。

表3 不同去谷峰光源豚鼠眼轴发育比较（）

表3 不同去谷峰光源豚鼠眼轴发育比较（）

注：与自然光组比较，#P＜0.05；##P＜0.01；与仿自然连续光源A组比较，* P＜0.05；** P＜0.01

3 近视综合防控方法研究与建议

根据窗口期各因素权重，在城市已无法回归进化过程的“健康视环境”，但可对教室、家庭作业区综合改造，创造“人工高仿自然视环境”。

3.1 建设窗口期高仿自然视环境教室

（1）建设智能调控教室自然光照明系统：教室最好采用自然光，广州试点的全玻璃教室(来源《PLOS ONE》) 照度可达1330～4060 Lux，优于美天窗式教室。但目前我国主要是旧教室改造，大规模新建或仿美天窗式“明亮教室”不现实，故设计了《一种仿超视区自然视环境教室照明系统及其控制方法》（专利申请号201810427813.7），搜集了不同地域四季及日间各时段自然光谱，研发可输入这些数据的自动化调控系统，组装成智能调控高仿自然光光源，其组成为：①总控制箱：智能启动、照度调整与光谱节律调控模块装置；②合成照明组：由自然光导入系统出光口与高仿自然光的人工光源组成；黑板区域2 组，书桌区9～12 组，每组照明范围自然光低于预定 （桌面≤500 Lux、黑板≤800 Lux）时自动启动人工光源，并随室外自然光自动调节光谱节律；③光探测器：每组照明范围、室外自然光区各1 只，将照度随时传给控制箱自动调节装置；室外自然光照度≤500 Lux 由智能光谱节律模块按预置光谱节律调控。

（2）建设教室远视距系统：设计了《一种远视距黑板》（专利申请号CN201920676249.2），利用双反光系统，使前几排学生从上方镜中看得到黑板视距均超过5 m，同时也使前方有无限远视区，即可放松睫状体，又可利用镜内外视距差，上下形成运动视效益。

3.2 建设窗口期学生家庭作业区视环境

（1）开发家庭用智能高仿自然光台灯：设计了《一种仿超视区自然视环境台灯及控制方法》（专利申请号CN 201810426868.6），光源由智能自动光谱调节模块控制，可预置多种光谱，智能启动、调整照度与光谱节律，在作业区低于预定照度（≤180 Lux）自动启动，启动后由预置数据自动调节，形成高仿自然光区域。

（2）开发追逐视训练器与视远镜：设计了《一种追逐视远训练架及一种追逐视远训练台灯》（专利申请号CN201920340472.X），可以放置在书桌或插于台灯底座上，在作业间隙利用双镜面的德罗斯特效应，进行双眼交替、运动视训练，其镜面抬头时还可形成室内无限远视距点，使近距离固视的眼肌肉得以放松。

3.3 建立护眼平台，培养护眼自觉性

在研究有效防控技术的基础上，建议建立眼保健联动、技术规范、培训科普教育平台。

（1）改良眼保健操：设计可接触自然光的教室外广播操前后进行的眼保健操，在原基础上加入眼肌操、眼球操[18]元素，既有穴位按摩又可训练调节功能及动态仿户外运动视效应；推广前可行操作前后眼血流图、眼肌电图、光学相干断层扫描血管成像、脑视觉通道状态等数据比对，以及部分班级效果对比观察。

（2）重视运动视训练：人类对视网膜上离焦的模糊图像有一定辨识能力，是在运动视过程中，大脑对反复不断变化焦点的同一物像梳理出相对应关系，即可抓住离焦图中代表实质的表像信息，调出或还原正焦图像，脑髓磷脂还会包裹反复同时出现不同信号的神经纤维形成高速通道的条件反射。前述超视力者即具有离焦图像高辨识能力，现城市窗口期学生持续“平面固视”，抑制了这种辨识能力的获得，促使了近视化进程。因而运动视在防控中应有积极作用。坚持窗口期学生户外活动定时制，研发监控穿戴设备，作为班级考核的指标之一很有必要。

前期课题组参与了对常州北郊、香梅小学学生通过一种“智能眼镜”的动态变焦训练观察，41 例82只眼，训练37d 裸眼视力提高率53.7%，双眼视力大于最优单眼视力提高比例20.0%，128 d 则分别为73.2%与28.0%，由于屈光状态并未好转，其视力提高可视为仿运动视的视网膜离焦图像辨识训练的结果。动态变焦通过视网膜上反复的清晰正焦图像渐变为模糊的正、负离焦图物像认知训练，可提高屈光不正的裸眼视力，双眼的训练还可提高滤除不同空间“噪音”的能力，形成高于单眼的双眼裸视力。

增强视网膜离焦图像辨识能力的训练，提高窗口期学生裸眼视力，可减少戴镜，也对抑制近视发展起到良好作用。

（3）利用新技术抑制近视发展：对窗口期已近视的学生，应鼓励利用新科技产品抑制近视的发展，如角膜塑形镜、全视网膜对焦眼镜、防周边视网膜离焦眼镜等，尽量减少周边离焦造成的近视的加深。

（4）建立儿童青少年眼健康管理基地：依托医院眼科、教育系统，引入云服务体系建立眼健康数据共享机制，形成联动的儿童青少年眼健康管理平台。

（5）建立科学防控推广、培训、教育基地：重视科学防控技术推广，以相关设施和专家队伍为依托，科协、学会、教育局、学校、医院联动，设立近视防控人员培训、科普教育基地，系统的开展科学近视防控人员培训，开展对儿童青少年科普教育，形成自觉近视防控风气。

4 中医介入防控的方法与效果

积极寻求中医在近视防控的介入，课题组在发现昼夜节律与近视相关后，根据阴阳钟调控理论进行了介入研究。

阴阳钟调控是国医大师夏桂成教授将中医子午流注阴阳转换学说应用到人类生命节律调节中，发现了时辰与阴阳气血变化的日相节律，根据子时为阴中之阴，午时阳中之阳，卯时阳出于阴，酉时阴出于阳规律，总结出“阳时服阳药，阴时服阴药” 调整方法，反映中医对生命节律规律认识形成的系统理论。

在夏老指导下，拟定了“日钟阴阳方”（日钟方），2009 年在证实了荧光灯光照可引起雌鼠性激素、雄鼠眼压峰值紊乱，试用其方干预，结果用药组比单纯光照组紊乱程度降低，有统计学意义[14]。

2012 年将1 月龄的幼兔分为荧光灯（光照组）、荧光灯加中药（中药组）、自然光组，饲养4 个月，观察兔眼轴、眼压、视网膜褪黑素及视网膜钟基因水平。结果光照组和自然光组，光照组和中药组差异均有统计学意义[19]；光照组眼压昼夜波动紊乱，无明显的峰谷，中药组眼压波形趋于自然光组，出现了明显的峰谷；光照组视网膜褪黑素表达低于自然光组及中药组[20]；光照组Cry-2 表达高于中药组及自然光组表达[21]，差异均有统计学意义。

2013 年将1 月龄的幼兔分为荧光灯光照组、荧光灯加日钟1 号方、荧光灯加日钟2 号方、自然光组；观察视网膜褪黑素水平，结果示两个中药组都有一定趋自然光组作用[21]。

2018 年在原实验基础上，调整了日钟方，用中色温LED 光源进行了实验[22]，4、12 周，LED 组兔眼轴与血清、视网膜多巴胺含量与自然光组和中药组比较，均有统计学意义。“日钟阴阳方”虽对实验动物近视化有一定抑制的作用，但窗口期学生按原方药长期服用不具可行性。中医“治未病”多选用“药食同源”配方，选用性味明显的食物，在“阴阳日钟调节法”理论指导下组成日钟食疗方对兔进行实验[9]，8～12周时各组眼轴均有增加，荧光灯组眼轴长于自然光组，荧光食疗组在8、10 周眼轴延长被显著抑制；LED 食疗组眼轴长度12 周比LED 组短，均有统计学意义，说明食疗防控近视有进一步研究价值。

从实验结果看，中药干预近视防控有一定作用。近期，南京大学张辰宇团队[23]研究发现食物中微小核糖核酸非常稳定，能顺利进入血液，并长期滞留，发挥调控作用。眼球发育过程中伴随着巩膜重塑，在近视的发生发展过程中起关键调控作用，这一过程有赖于调节其合成与代谢的酶之间的动态平衡，主要包含基质金属蛋白酶(MMPs)和其特异性组织抑制剂(TIMPs)的分泌平衡，“日钟方”是否参与这种调控尚待研究，就目前实验看，对光环境诱导下的眼轴增长，日钟方的抑制作用虽不及光源改造的效果，但其能通过调控褪黑素与多巴胺正常分泌而降低不良光质对健康的损害，还是值得深入研究与推广，如进一步筛选效果更好的配伍成分，并研制成爽口的午时茶、夜宵饼，成为窗口期学生的喜好而自觉应用，对近视防控及青春期健康发育具有积极意义。

5 小结

青春期是近视化窗口期，期间室内人工光源下近距离平面固视与近视明显相关。上世纪70 年代冷光源的普及与近视率明显上升同为拐点，目前的冷光源在蓝光区呈峰谷状，形成视网膜前后非连续离焦面，也干扰M 与P 视觉协同及致非视觉通路传导紊乱，可能是窗口期近视化主因；改良冷光源输出光谱，得到去富蓝化及红外的仿自然连续光谱光源，同样能达到自然光效果。为此可配合综合防控，将窗口期学生教室、作业区改造成“人工高仿自然视环境”。另外，根据中医阴阳钟调控理论组成的日钟食疗方，能通过调控褪黑素与多巴胺分泌等，降低动物的不良光质损害。

因此，窗口期仿自然视环境的运动视、远视距、尤其高仿自然光源的改造，有可能明显降低近视的发生发展，如同时配合中医介入，可能对青春期少年的健康发育更具有积极意义。