健康照明与儿童近视防控的研究进展△

令 倩 王义仓 邵 毅

近视是一种屈光不正,表现为远处视力下降。其病因通常是眼睛轴向长度增加,在眼睛中形成的图像的焦点被放置在视网膜的前面,导致被观察物体的模糊[1]。如今,儿童在智能手机、电视、平板电脑等设备的包围下成长,使用这些电子设备会对其视力造成不良影响。研究表明,8～12岁儿童的平均屏幕时间已从2016年的4 h 18 min增加至2019年的5 h 7 min[2]。专家预测,到2050年,全球约50%的人口将近视[3]。在亚洲国家,近视影响到85%～90%的儿童[4]。儿童早期近视不仅导致眼球轴向长度增加使屈光异常,还可能致盲。这需要我们提出针对儿童近视的预防措施,以限制近视的发展,并防止视力受损。

光照是影响儿童近视的重要因素,不同的光照强度、时间、光谱构成等都可以影响近视的发生发展。研究表明,照明不足和户外活动减少是导致近视的重要环境因素[5-6]。增加户外暴露会产生抗近视效应,因为视网膜多巴胺会在暴露于紫外线时释放,从而减少眼睛轴向长度的增长[7-8]。本文将从健康照明的角度分析不同光环境对儿童视力的影响。

1 儿童近视防控基本准则

儿童近视防控是一种综合防控,其相关工作的开展不仅需要眼科医师的帮助,还需要包括营养、节律、室外活动、室内照明环境、电子产品使用等各方面、各领域专家学者的共同参与[9]。综合近视防控方案实际上是一个跨界需求方案,是工科与医科相结合的结果。防控儿童近视类似于于慢病管理。因为近视是一种眼睛发育问题,儿童近视的度数并不是突然增长的,而是一个逐步变化的过程。近视防控一方面要预防近视发生,尽量保留儿童的远视储备;另一方面对于已经近视的患儿,要抑制、减缓其近视进展速度[10-11]。这两点都是一个长期的,类似慢病管理的过程,这个过程本身也需要各个相关领域如科研、临床、企业等共同参与,进而形成一个综合防控类慢病管理体系。

2 屏幕时间对儿童近视的影响

研究发现,在新型冠状病毒大流行之前,用于在线学习的数字屏幕设备平均每天花费0.67 h,这与我国近视预防指南一致,即数字屏幕设备每天使用少于1 h,可以控制近视[12]。在居家隔离期间,学校关闭,学龄儿童被要求在线学习,这不可避免地导致过度使用数字屏幕设备。在线学习的屏幕时间显著增加,在后续随访时达到平均每天5.24 h,比之前延长了近10倍[13]。最近研究还发现,近视儿童花在电脑和视频游戏上的时间较非近视儿童多,这说明过度使用屏幕设备与近视患病率增加有关[14]。此外,儿童近视的发病率和进展在不同年龄、地区之间存在显著差异。中国不同地区的区域经济和教育发展不平衡,因此不同地区儿童的屏幕使用时间不同,近视程度也有所不同。北京一项研究招募了220名6～12岁儿童,近视进展率为每年0.76 D。而在经济相对不发达的重庆的一项研究中,6～15岁儿童的进展率为每年0.43 D,远低于发达地区的近视发展率[15]。

同时,研究还发现使用投影仪和电视进行在线学习的学生,其近视进展较使用手机和平板电脑的学生慢[14],表明近视与使用电脑和手机之间存在强烈的关联,但与使用电视之间的关联相对较弱[16]。目前有两种基本机制可以解释:首先,投影仪和电视屏幕与眼睛之间的距离通常大于1 m,但使用手机或平板电脑时,由于字体尺寸较小,距离总是小于50 cm,而较短的观看距离被证明与更多近视进展相关[17]。其次,除了观看距离,学生会花费更多时间用平板电脑(每天0.5 h或更高)和手机(每天1 h或更高)进行游戏或视频的娱乐活动[18]。因此,当在线学习不可避免时,使用投影仪和电视是预防近视发展更合适的选择。

3 户外时间对儿童近视的影响

研究表明,增加户外活动时间可以预防或延缓近视的发生,儿童近视与户外活动时间显著相关[19]。研究表明,增加40 min的户外活动可使儿童未来3年近视发病率降低[20]。Wu等[21]研究了室外时间和光照增加对一年级小学生折射率变化的影响,与对照组相比,干预组学生的屈光度向近视方向的变化和轴向长度的增加均明显较少。户外活动时间的增加对近视的保护作用同样适用于进行大量近距离活动的儿童,这主要归因于暴露于高照度的阳光下,而与活动无关[22]。有研究显示,每天在没有室外光线的健身房进行体育活动的儿童,在一年内较在室外待同样时间的儿童更容易患近视[23]。Ho等[24]对4～14岁亚洲儿童的户外研究方法进行荟萃分析发现,户外暴露可使近视屈光度降低32.9%,轴向伸长降低24.9%;并且防晒措施,如树荫、帽子和太阳镜,仍可让高辐射的光线到达眼睛,并防止近视的发展。对于户外时间的保护作用提出的机制之一是暴露于较高辐照度的阳光下,可刺激视网膜释放更多的多巴胺,从而抑制轴向伸长。许多动物模型表明,视网膜多巴胺在调节眼睛生长和屈光不正中起重要作用[25]。

4 光照强度对儿童近视的影响

研究发现,光照强度大于3 000 lx是近视的保护因素,每天更多的光照和更多的时间暴露在大于3 000 lx的光照水平下与眼轴生长减少显著相关[26]。此外,在一项通过促进户外活动来研究抗近视效果的临床试验中,Wen等[27]使用另一种可穿戴设备来测量光强度,结果表明,将每周暴露时间增加到 70 min,以及达到大于1 000 lx的光强度,可将近视发展的风险降低35%。动物研究也表明,更高的户外光照水平是预防近视的主要因素。鸡每天暴露在高照度(15 000 lx)下5 h会使形式剥夺性近视的发展延迟60%[21]。并且,光对近视的保护作用呈剂量依赖性,暴露在40 000 lx的发光二极管光下6 h可提供全面的保护,防止近视的发生[28]。强光对近视的保护作用与多巴胺释放和D1受体信号通路有关。在强光条件下,光感受器通路被激活并传递信号刺激视网膜释放多巴胺,因此,多巴胺水平升高,电导降低,多巴胺与D2/D4受体的结合降低了腺苷酸环化酶活性,导致环腺苷酸生成减少和蛋白激酶A活性降低,杆-锥间隙连接因此未耦合,从而导致感受野尺寸减小和视力提高[29]。其他研究表明,与非近视儿童相比,近视儿童在暗视和室外明视光线条件下的时间更少[30]。除了较少的明亮光暴露与近视之间存在关联,一项新研究发现,非近视儿童的暗视光暴露显著增加[31]。这表明在近视发展过程中,暗光暴露也具有潜在的保护作用。动物研究也支持这一观点,暗光周期对正常屈光发育至关重要。Li等[32]研究表明,小鸡正常正视化需要至少4 h的暗光周期。暗周期通过调节内在昼夜节律时钟和多巴胺/褪黑素途径,经由内在感光性视网膜神经节细胞在眼睛生长中发挥作用[33]。因此,高照度的光照及保持正常的暗光周期对儿童近视的防控至关重要。

5 光照频率对儿童近视的影响

儿童近视防控也依赖于光照的频率:高频率光照导致远视,低频率光照会导致近视[34]。Lan等[35]证明,与连续强光照射相比,间歇暴露(间隔1 min,持续1 min;间隔7 min,持续7 min)于15 000 lx的强光下在控制近视方面更有效,其潜在机制可能是闪烁的光触发了视网膜的开关通路,从而刺激多巴胺释放;同时,与每天暴露于12 h稳定对照光(600 lx)的动物相比,暴露于闪烁光(505 nm,600 lx,0.5 Hz)下8周豚鼠的折射率显著降低,轴向长度显著增加;此外,闪烁光组不仅多巴胺水平显著升高,而且多巴胺的主要和次要代谢产物3,4-二羟基苯乙酸和高香草酸水平也显著升高。研究表明,使用荧光台灯与近视屈光度相关[36]。而中国不少家庭仍在使用光照频率较低的荧光灯,这种荧光灯能够诱发小鼠近视[37]。此外,荧光灯的窄光谱也可能与诱发近视有关[7]。相反,白炽灯可以提供相对较高的光照水平和较宽的光谱,与室外的光谱相对接近[38]。因此,为儿童选择高频率的照明系统有助于其近视的防治防控。

6 光谱对近视的影响

光谱在眼睛生长和正视中起关键作用。在鸡的实验中,暴露于红光(615～641 nm)会诱发近视,而在紫外光(375 nm)或蓝光(430～477 nm)下饲养会诱发远视[39]。此外,眼部多巴胺释放和代谢及玻璃体和视网膜代谢谱高度依赖于光的光谱组成,其原因是眼睛纵向色差会导致短波长光的波长散焦和较长波长光更高的折射率[35]。不仅如此,光的光谱组成对形状剥夺引起的近视也有显著的保护作用[40]。Torii等[41]提出,暴露于紫光(360～400 nm)可通过上调近视保护基因早期生长因子1,从而抑制鸡近视的发展。此外,Rucker等[42]的研究强调了短波白光在控制眼睛生长、近视发展及脉络膜厚度方面的重要作用。类似的研究均表明,暴露于白光可减缓儿童形觉剥夺性近视,减少异常的眼结构变化,并加速其从眼轴增加中恢复。组织学研究也证明了这一观点,脉络膜增厚与白光有关[43]。全光谱照明也较非全光谱照明对ARPE-19细胞损伤更小[44]。尽管目前对光引起的屈光不正发展的光谱敏感性尚未完全确定,但对动物和人类的现有研究仍存在一个共识,即短波长光对轴向近视的发展具有保护作用。

7 昼夜节律、睡眠对儿童近视的影响

Nickla等[45]首次报道了眼轴长度的节律变化,他们发现雏鸡双眼的轴向长度白天变长,晚上减小。利用部分相干干涉技术的研究表明,人眼轴长度存在显著的节律变化。人类眼睛的轴长通常在中午最长,夜间最短,平均日变化幅度为25～45 μm[46]。而夜间人工照明被认为是许多与节律改变相关的眼部疾病的主要因素[47]。夜间不良的照明情况及电子设备的使用都可能对儿童的眼轴节律产生干扰,最终可能引起近视。

有研究表明,近视儿童的睡眠质量较差,睡眠时间较正视儿童短[48]。一些机制将睡眠的行为和昼夜节律方面与屈光不正联系起来。受光照影响的昼夜节律也可能在近视的发展中起作用。Abbott等[49]发现,每天暗光时间少于5.6 h的儿童,其近视的发展速度较暗光时间更长的儿童更快。不当的夜间光照会影响自感光视网膜神经节细胞在儿童眼生长中发挥作用,还会对褪黑素浓度产生影响,导致儿童睡眠不佳,甚至近视。

8 结束语

在新型冠状病毒大流行期间,我国儿童大部分时间都在室内,这引发了人们对日益严重的近视热潮的担忧。总的来说,人和实验动物模型的数据均表明,高强度光能够预防近视发作。这些发现都支持儿童需要积极参与户外活动。室内学习时,使用500 lx的照明系统也可以防止近视。需要注意的是,暴露于高强度和短波长光需要仔细计时,以避免对儿童和青少年的昼夜节律计时系统造成任何潜在干扰。然而,在复杂环境中,光参数的协同影响存在差距,针对儿童近视控制的定制光疗策略的开发仍具有挑战性。未来需要我们考虑到光的所有参数,即光的强度、光照时间、光谱等,针对儿童近视预防,量身定制光治疗策略。