Prentice Award Lecture 2010: A Case for Peripheral Optical Treatment Strategies for Myopia 探討周邊光學對於治療近視的影響
近視通常被大多數人認為是不重要的醫療問題, 近視可藉由配戴光學鏡片來改善視力,所以常被大眾忽略,。以下為研究控制和治療近視的原因:
(1) 近視越來越常見
在亞洲地區大約80%的人口都有近視, 尤其是在高教育水準的地區, 流行率更高.
雖然在美國只有大約有25%的人口有近視, 但在近年的統計指出, 在美國和非亞洲地區, 近視的流行率正在急速的成長.
(2) 近視引起併發症會造成視力喪失
近視的眼睛, 眼軸會拉長, 結構會產生些許的變化, 增加了產生白內障, 青光眼, 視網膜剝離和脈絡膜視網膜病變的機率. 視力喪失的機率也因而提高.
(3) 可觀的經濟負擔
在美國統計, 全國花費在近視光學矯正和近視疾病的醫療上, 每年都將近有數十億的支出.
在過去, 傳統的近視矯正和治療, 對於控制近視發展的效果有限, 雖然在過去看到漸進多焦的眼鏡可以減緩近視的發展速度, 但在臨床上的統計上並沒有顯著的效果. 幸運的是, 近年來在視覺科學和視光的研究越來越多, 在眼球發育和屈光發育的機制也了解更多, 因此, 相信在不久的未來可以找到一個有效治療近視的方法.
在這篇文章中, 主要將重點放在研究治療近視發展的策略, 將過去的研究做統整和討論, 作為未來提供周邊光學治療近視的基礎.
在上圖我們看到, 在近視的眼睛中, 遠距離的物體在眼睛中的成像會比視網膜的曲面來的平坦(左); 在傳統的鏡片治療後, 中心的影像投影在視網膜上, 但在周邊視網膜則產生遠視的失焦(中); 在理想的光學治療下, 希望能夠兼顧提供中央良好的視覺並且同時增加周邊的成像曲率, 減少周邊的失焦, 藉此減少眼軸增長(右), 這也就表示, 在傳統的治療中, 過矯了周邊的視力.
關於近視控制的發展, 作者在這篇文章中提出了五個重要的因素和重點
1. 眼球的生長和屈光發育是受到視覺回饋控制
在過去許多的數據和研究結果指出, 眼球的發育和屈光的發育是受到視覺回饋所調控, 在研究中發現到, 當動物飼養在全黑的環境下, 眼球的生長和發育並沒有正視化的發生, 這樣的視覺剝奪減少了視覺的回饋, 使眼球產生不規律的生長. 然而, 以鏡片補償實驗方法(lens compensation experiments)的研究結果, 能夠最直接的證實光學的失焦對於眼球的生長和屈光發育有直接的關係.
在鏡片補償試驗中, 鏡片的度數會改變眼睛等效屈光的發育方向和狀況, 因此我們知道, 有度數的鏡片對於眼球和屈光發育會有所影響.
下圖是在剛出生的小猴子身上使用不同度數鏡片治療的結果, 我們可以看到, 剛出生的小猴子是中高的遠視, 在經由0度的鏡片治療飼養之後, 屈光和眼球發育會趨向正視化的表現; 但在使用負度數鏡片治療飼養後, 加速了減少遠視的速度, 並且產生近視; 在使用正度數鏡片的治療飼養後, 減緩了減少遠視的速度, 可能會造成更多遠視的產生.
在下圖左, 我們看到, 除了在猴子以外, 在天竺鼠, 雞, 魚和在樹鼯身上也都發現相同的結果, 在各個物種中看到, 其最後的屈光差都與鏡片的度數存在著正相關.
我們將鏡片誘導造成屈光差的眼球取出來分析(下圖右), 發現其眼球軸幾乎可以完全解釋其屈光差的原因, 因此, 鏡片誘導屈光差影響的是軸長, 眼前段(角膜, 水晶體)並不影響到屈光差的改變.
在以上過去的研究結果看出, 鏡片造成的影像失焦會對眼球和屈光發育有影響.
2. 針對特定區域, 眼球生長的機制會調控視覺屈光發育
在過去研究中利用藥物或手術阻擋視神經傳導或者消除交感及副交感神經對眼睛的調控皆不能夠阻止視覺剝奪所產生的近視發生, 顯然, 視覺信號的傳遞以及其他神經生理的傳導並不影響眼球和屈光的發育, 因此我們認為, 調控眼球成長和屈光發育的機制存在眼球內部, 所以, 探討周邊視覺對於中央屈光發育的影響是最重要的。 在過去研究中發現在特定的區域對於眼球生長和屈光的變化:
在下圖顯示在靈長類的結果. 以下是猴子眼球的MRI圖, 我們看到在全視覺剝奪(上排)的眼球和控制組的比較, 其玻璃體長度比控制組的來的長, 眼球比控制組的來的大顆; 在鼻側視覺剝奪的組別(下排)來看, 其鼻側視野相對應的視網膜位置, 他的玻璃體長度較控制組的眼球來的長; 因此我們發現到周邊視覺對眼球生長有所影響.
接下來, 我們嘗試在鼻側視野使用不同度數的鏡片和視覺剝奪作比較, 發現到在使用視覺剝奪(左)和放負鏡片(中)都會使在鼻側視野的區域產生更多的近視; 反之在放正鏡片(右)的組別中會產生更多的遠視. 在最右的圖中顯示玻璃體深度和屈光差的表現關係, 我們發現, 屈光差與眼睛形狀存在的強烈的關係.
3. 從許多方面看到, 中心凹對於眼球生長並不重要
過去大多數的人都假設中心凹是主宰眼球生長的關鍵, 這樣的假設似乎合乎邏輯, 因為中心凹是視覺最敏感的地方, 而且, 眼睛的調節力也主要用來針對中心凹成像做調節, 這也就是為什麼在近年來的近視治療大多集中在中央的視覺和成像, 如果中心凹是屈光發育的關鍵, 那麼將黃斑中心凹去除, 應該會影響到眼球和屈光的發育, 但根據以下實驗的結果並非如此.
在下圖顯示, 我們將剛出生的猴子單眼給與雷射黃斑中心凹治療(消除其中心10~12度的視覺; 黑色)觀察其視覺屈光發展, 與控制組(未雷射的正常眼睛)做比較, 發現在屈光的發育並沒有顯著的差異.
另外一組, 我們將小猴子的雙眼都做黃斑雷射的治療, 並將其中一隻眼睛作視覺剝奪(消除其中心10~12度的視覺; 黑色), 我們發現, 做視覺剝奪的小猴子，在屈光發育的過程產生近視的情況。在右圖, 我們將黃斑雷射加視覺剝奪的組別與單純是視覺剝奪組別做比較, 發現到他們的屈光發育情況和趨勢相似.
根據以上的結果, 我們斷定黃斑中心凹並不會傳遞有關視覺剝奪相關的信號。
然而在中心凹存在的狀況下, 鏡片誘導的屈光不正在實驗終止後, 會有重回正視化的現象, 誘導所產生的屈光不正會減少。
在終止實驗後，我們將一群之前分別使用正鏡片和負鏡片誘導屈光不正的猴子單眼黃斑做雷射治療(消除其中心10~12度的視覺; 黑色), 並觀察其度數以及玻璃體長度在恢復期的變化; 在右圖中結果發現, 在誘導近視或遠視的組別, 無論是否有中心視覺存在, 其恢復的狀況都很類似.
這樣的結果表示, 中央視覺的存在與否對於屈光發育的走向和恢復正視化的情況都沒有顯著的影響.
從這樣的結果看來, 我們可以預期周邊視覺的治療對於屈光發育控制扮演著重要的角色.
4. 當周邊視覺信號和中央信號相衝突時, 周邊信號會主導中央屈光的發育
在眼球生理和細胞的分布情況來看, 我們大多會認為中央的信號應該會主導周邊的信號, 但在過去的研究中並非如此.
在下圖顯示, 我們將猴子分成三組, 一組使用4mm的裂孔治療(讓中央24度的視覺正常, 周邊剝奪), 一組使用8mm的裂孔治療(讓中央37度的視覺正常, 周邊剝奪), 一組正常發育, 觀察其屈光發育的狀況, 在下排統計中看到, 在裂孔治療的組別裡, 屈光發育走向近視的趨勢, 其眼軸長也隨著度數的改變而加長.
以上的結果讓我們發現, 周邊的視覺剝奪會造成其屈光和眼球發育不規則, 因此, 我們認為周邊的信號會覆蓋中央的信號而決定屈光和眼球發育的走向.
針對這樣的現象，在過去有許多不同的說法, 有的科學家認為中央的信號有減緩眼軸增長但是無法抵抗周邊視覺剝奪所產生的眼軸成長; 也有人認為調控眼球和屈光發育的因子是平均分布在視網膜上, 因此周邊的失焦面積比起中央正常成像的區域大, 所以那些因子會照著周邊失焦的信號方向發育; 甚至在過去的研究中有人發現, 在基因剔除小鼠身上看到, 調控視覺發育的信號是由rod cell所傳遞的, 所以周邊的視覺才是生物檢測正視化信號最重要的細胞.
在以上的研究和結果中, 我們可以發現周邊視覺對於屈光和眼球發育是重要的.
Refractive errors can vary with eccentricity and peripheral optical errors can alter central refractive developments.
屈光不正可以隨改變周邊光學誤差來控制中央的屈光發育
許多在人體的觀察研究中發現，對正視眼的人而言，在逐漸發展成近視眼的過程中，周邊的屈光差扮演著重要的角色。一項縱向研究也指出周邊的遠視屈光差將會是影響中央的近視屈光差一個很重要的因素。那是因為在逐漸發展成近視眼的過程中，眼球會往水平軸向成長，因此在眼球的中央軸向會變成近視，而周邊的屈光差則會成為遠視。不過研究者很難去說明多少的周邊遠視的量將會影響中央近視的產生，主要由於這方面的研究很少，例如：周邊到中央的視網膜是如何傳遞訊號，以及周邊視網膜與中央視網膜有不同的折射率的問題…等。
如下方這張圖所顯示，研究者的實驗對象是小猴子，他們將小猴子分成實驗組(剝奪周邊屈光差)、控制組兩組。我們可以看到隨著時間的增加，實驗組都有發展成中央近視的的傾向。這樣看起來似乎可以說明周邊遠視與中央近視有一些絕對的關係。不過，研究者也提到了，這些實驗組的小猴子在一開始就剝奪了牠們周邊屈光差，也就是在實驗的一開始就限制了這些小猴子的眼球只能往水平方向發育，因些造成了中央近視的產生，所以在這個生物限制的情形下，研究者不能完全說明周邊遠視與中央近視有著絕對的關係，只能說兩者有些相對的關係。
在實驗室的動物中，藉著控制動物周邊遠視來減緩中央近視的發展也有很到很好的成效。如下方這張圖所顯示，研究者的實驗對象是小猴子。研究者在小猴子的眼睛前放上了-3D的鏡片以及分別放上6mm孔徑大小的裂孔鏡片，以及在剝奪視覺中心凹的視力，我們可以看到(如下圖右方所示)，兩個實驗組最後都有接近視覺正視化的傾向。
因此這樣我們可以充份的了解到，想要控制眼球水平軸向的成長、中央近視的發展，那就是要有效的使周邊的遠視屈光差得到最佳的矯正。如此一來，才能真正的減緩中央近視眼的發展。
Results From Clinical Studies Indicate That Peripheral Treatment Strategies Are Effective in Slowing Myopia Progression
臨床上指出，周邊視力的治療策略能有效的減緩近視的發展
在臨床上也做了一些有關有效矯正近視眼的統計(如下圖所示)。我們可以看到，在所有的矯正策略中，其中以隱形眼鏡的效果是最好的。隱形眼鏡的效果比眼鏡的矯正效果好的原因是因為隱形眼鏡是服貼在我們的眼球上，所以它不像眼鏡會有一些頂點距離、傾斜角…等屈光誤差，再來是因為隱形眼鏡服貼在我們的眼球上，所以無論我們的眼球如何的轉動，我們永遠都會從隱形眼鏡的光學中心看出去，因此隱形眼鏡能有效的矯正這些屈光差的問題。在隱形眼鏡的產品中，其中又以角膜塑形片的效果最好，根據實驗的研究結果，角膜塑形片能在兩年內減少50%的軸性近視產生。
在研究的過程中，研究者也發現了一件有趣的事情。他們發現如果在這些近視眼的小猴子眼睛前放上矯正度數不是那麼足夠的鏡片(defocus)，研究者發現，這樣的結果會減緩這群小猴子眼球的水平軸向發育。但是矛盾的是，如果把這樣的實驗運用到小孩子身上，不但無法減緩這眼球的水平軸向發育，還會變成反效果使中央軸性近視產生。研究者認為，會造成這的結果是因為人類的眼球與小猴子的眼球結構不同，也就是相較於小猴子的周邊視網膜，人類周邊視網膜的遠視量天生就比這群小猴子來的多。這也是為什麼這樣的結果只能在小猴子身上得到很好的效果。
如同上述所提到的，要減緩中央軸性近視的產生，周邊遠視的治療策略是重要的。那麼治療周邊遠視除了能減緩中央軸性近視之外，還有什麼其它的優點呢？當然，一旦我們開始這些周邊遠視的治療策略，也就意味著我們能夠去掌握、控制這些周邊遠視量的產生。再者，這些周邊遠視的治療策略其實非常簡單，只要使用一般的光學矯正(眼鏡、隱形眼鏡…等)就能得到很好的效果。這也是本篇作者一直十分推崇的矯正治療方式，因為既能有效的達到視覺品質的需求，也能減少社會成本的花費。
心得
我覺得這份報告有趣的地方在於，它完全顛負了我的想像。一直以來，以為影響視力最重要的因素是來自於我們的視覺中心-中心凹。但是根據這份實驗的結果來看，竟然完全的出乎我的意料之外。原來無論我們的中心凹的存在與否，都不會影響我們近視的產生！再者，我從前都不曾去考慮有關矯正周邊屈光差的問題，我一直以為只要矯正最佳的中央視力就能提升整個視覺品質，想不到周邊屈光差對於中央的屈光差也有著環環相扣的關聯性。
讀完這篇報告，除了顛負了我對眼球發育的想像，也讓我覺得視光這塊領域真的有十分廣闊的知識等著大家去挖掘、探究。希望能有愈來愈多的研究報告的成果發表，這樣一來也就能讓這些臨床上的發現能充份的、有效的應用在我們的日常生活中。
本篇實習心得由實習生Sindy、Sophie共同報告
指導老師:吳怡璁
參考文獻：
Smith, Earl L.Ⅲ. Prentice Lecture 2010: A Case for Peripheral Optical Treatment Strategies for Myopia. Optometry & Vision Science 2011;88:1029-1044
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