单色光对豚鼠屈光发育及光学离焦性近视的作用及机制研究

【摘要】第一部分430nm和530nm单色光对豚鼠屈光发育和视网膜视锥细胞的作用研究目的观察430nm单色光和530nm单色光对豚鼠屈光发育的作用在转入白光后的变化,研究这两种单色光对豚鼠视网膜视锥细胞分布和数量的影响以及对视锥细胞超微结构的影响。方法50只2周龄三色种豚鼠被随机分成5组：短波长单色光组(SL)、短波长单色光恢复组(SLR)、中波长单色光组(ML)、中波长单色光恢复组(MLR)和白光组(BL)。SL、ML和BL三组分别在430nm、530nm和白光中连续饲养20周。SLR和MLR组分别在430nm和530nm单色光中饲养10周,然后将它们转入白光中继续饲养10周。各组光照条件设置为光量子数一致,为每秒3×10-4μmol/cm2。各组在实验前及实验后每两周均进行一次验光和眼轴生物学测量。另外18只三色种豚鼠,同样为2周龄,随机分成三组(n=6),分别在蓝光(蓝光组)、绿光(绿光组)和白光(白光组)下进行饲养。10周后将每组豚鼠右眼用于视网膜铺片免疫荧光染色,左眼进行透射电镜检查。结果实验后与BL组相比,ML组开始朝近视发展并伴有较快玻璃体腔延长,而SL组开始出现远视并伴有较慢玻璃体腔延长。前10周MLR组和SLR组屈光发育情况分别与ML组和SL组相似。但10周后转入白光使MLR组屈光度在2周内迅速增加0.6D,同时伴有玻璃体腔显著缩短0.07mm,但实验结束时MLR组仍较BL组近视。SLR组在10周后发生屈光度显著减少,10到12周减少约1.3D,同时其玻璃体腔长度显著增加0.08mm。但是实验结束时SLR组仍较BL组远视。铺片免疫荧光染色结果如下：白光组豚鼠视网膜M视锥细胞在视网膜背侧分布最多,中央区密度较大,腹侧较少；S视锥细胞在视网膜腹侧分布最多,中央区分布较多,背侧分布很少,从中央到背侧区分布密度突然显著减少；绿光组较白光组腹侧M视锥细胞密度显著增加,蓝光组较白光组背侧M视锥细胞密度显著减少；蓝光组S视锥细胞在各区均较白光组显著增加,绿光组视网膜各区S视锥细胞均较白光组显著减少。透射电镜检查结果显示白光组光感受器线粒体形态正常,外节膜盘间距正常,无空泡化,脉络膜组织结构正常,巩膜胶原纤维排列正常;绿光组光感受器线粒体轻度肿胀嵴脱落,外节膜盘间隙增宽可见明显空泡化,脉络膜组织结构疏松,巩膜胶原纤维排列稀疏紊乱；蓝光组光感受器线粒体肿胀明显,嵴缺失,外节膜盘有空泡化,脉络膜组织结构致密,巩膜胶原纤维增粗排列紧密有序。结论与在白光中相比,在单色光中形成的屈光度和玻璃体腔长度差异不能完全被白光光照去除,提示可能原因为单色光中形成的过度补偿不能被去除以及后期豚鼠眼屈光发育可塑性的下降。过度补偿的原因可能是短波长单色光能阻止豚鼠正视化进程,而中波长光能加快豚鼠正视化过程。豚鼠视网膜不同视锥细胞数量和分布在两种单色光中分别会发生不同变化,提示视锥细胞可能参与了豚鼠眼在单色光中的屈光发育过程。电镜超微结构研究提示光感受器、脉络膜和巩膜都参与了单色光影响豚鼠屈光发育的过程。第二部分430nnm和530nnm单色光相互转换对豚鼠屈光发育和眼球结构的影响目的观察在没有色觉对比的情况下豚鼠眼对前后两种单色光照形成的焦平面移动的反应,检测屈光度以及眼轴成分的变化。方法共有5组豚鼠进行实验,每组10只。实验组蓝绿光组(STM)先在430nm单色光中饲养10周后转入530nm单色光中继续饲养10周。实验组绿蓝光组(MTS)饲养方案与STM相反。对照组蓝光组(SL)、绿光组(ML)、白光组(BL)分别在430nm、530nm和白光中连续饲养20周。设置照明参数时光量子数相同,为每秒3×10-4μmol/cm2。所有组均进行2周一次的屈光度和眼生物参数测量。结果STM组在10周时较BL组远视(p<0.001),并伴有较慢的玻璃体腔延长(p<0.05)。MTS组的情况相反。10周至12周,STM组屈光度突然减少约1.93D(p<0.001),并伴有玻璃体腔长度突然增长0.14mm(p<0.001),与BL组相比这两个参数均无显著组间差异(p>0.05),并一直保持至实验结束。MTS组从10周至12周屈光度突然增加约1.53D(p<0.001),同时伴有玻璃体腔缩短约0.13mm(p<0.001),此时与BL组相比两个参数均无无显著差异(p>0.05)。但之后MTS组屈光度逐渐增大,20周时较BL组远视约1.0D(p=0.001),但玻璃体腔长度无显著差异(p>0.05)。结论豚鼠眼能够感知单色光焦平面的移动并作出迅速的屈光度和玻璃体腔长度反应,但是出现过度补偿而明显高于色像差的屈光变化。提示单色光中豚鼠眼判断离焦变化时使用色觉对比以外的信号,而单独受刺激的视锥细胞很可能是这一信号的来源。单色光可能改变了光感受器或视网膜的一些特性从而影响接下来的屈光发育。第三部分430nm单色光对豚鼠光学离焦性近视的干预作用研究目的研究430nm单色光对豚鼠光学离焦性近视的干预作用。方法18只2周龄健康雄性豚鼠,随机分成2组。BL组9只豚鼠右侧眼均配戴—5D镜片,左眼为自身对照,置于正常白光环境下饲养。SL组9只豚鼠右侧眼均配戴—5D镜片,左眼为自身对照,并置于430nm蓝光中进行饲养。设置照明参数时光量子数相同,为每秒3×10-4μmol/cm2。实验前进行眼球的生物学测量(屈光度,角膜曲率,眼轴各部分长度),实验开始后每2周重复测量以上数据,持续观察时间为8周。结果实验开始后,SL组和BL组右眼屈光度均开始下降,至实验结束时SL组右眼较左眼近视约2.72D,BL组右眼较左眼近视约3.03D,但此时SL组右眼较BL组右眼偏远视约1.2D(p=0.042)。从4周开始至实验结束,SL组左右眼角膜曲率半径差异有统计学意义(p<0.05)。BL组双侧眼角膜曲率半径在整个实验中均无显著差异(p>0.05)。实验结束时SL组右眼和BL组右眼角膜曲率半径变化差异有统计学意义(p=0.024)。实验开始后SL组右眼和BL组右眼在玻璃体腔长度上始终无显著差异(p>0.05)。SL组左右眼玻璃体腔长度在实验结束时无显著差异,而BL组双眼间玻璃体腔长度差异显著。各组间及组内眼前节长度和晶体厚度在任何时点差异均无统计学意义(p>0.05)。结论430nm单色光对豚鼠光学离焦性近视的生成有阻止作用。430nm单色光的这一作用可能是通过影响玻璃体腔长度以及角膜曲率半径来实现的。在单色光中豚鼠眼对负透镜离焦进行识别时可能仅通过一种视锥细胞就能实现。
【作者】钱一峰；
【导师】戴锦晖；
【作者基本信息】复旦大学，眼科学，2013，博士
【关键词】正视化；色像差；单色光；离焦；豚鼠；视锥细胞；

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