第二节 眼的屈光与屈光不正

人们之所以能看清楚外界的物体,是因为物体发出的(或反射的)光进入眼内,经过眼屈光系统(角膜、房水、晶状体及玻璃体)的折射,在视网膜黄斑聚焦形成物像。眼的这种功能就叫做眼的屈光。决定眼屈光状态的两个要素是:①角膜与晶状体的屈光力;②眼前后轴的长度。表示对光屈折力的概念就叫做屈光度(diopter),英文缩写为:D。+1D表示可以将平行光在镜距1m的距离汇聚成焦点的屈光力[图1⁃15(A)];-1D表示可以将平行光在反向镜距1m的距离汇聚成焦点的屈光力[图1⁃15(B)]。

(A)F、F'为前后主焦点,E、E'为前后主点,N、N'为前后结点;(B)F、F'为前后主焦点,N为结点,角膜表面代表E、E'的平均数的角膜屈光度

一、简化眼

眼的屈光系统就是一个屈光组,眼的屈光系统光学常数最早是由古尔斯特兰德测定的,经黑姆霍茨简化为模型眼[schematic eye,图1⁃16(A)],后经再次简化为简化眼[reduced eye,图1⁃16(B)]。简化眼由1个节点和前后主焦点构成。简化眼所设定的光学常数如下。

总屈光指数:1.33。

角膜弯曲度:5.0mm。

前焦点(角膜前):15.0mm。

后焦点(角膜后):20.0mm。

总屈光力:66.67D。

结点(视网膜前):15.0mm。

从外界来的光线交叉地通过结点,在视网膜上形成倒置、缩小的视像(图1⁃17),再经过视神经系统(视神经、视交叉、视束、外侧膝状体、视放射)传递到大脑枕叶纹状区(图1⁃18),由大脑视神经中枢融合、处理而形成一个直立的双眼单视知觉像。视觉神经系统对视像的处理是一个非常复杂的生理生化过程,有些方面的谜底至今尚未揭开。这方面的知识与眼⁃视光矫正方法到底有什么联系还不是十分清楚。倘若读者有兴趣了解这方面知识的话,笔者特别推荐阮迪云、寿天德编著的《神经生理学》(中国科学技术大学出版社)、寿天德著的《视觉信息处理的脑机制》(上海科技教育出版社)和杨雄里等译《神经生物学》(科学出版社)这三本书。

二、儿童眼的发育变化

一个人,眼的视觉生理功能并非是一成不变的,而是处在不断的变化中。这种变化,在儿童时期是非常明显的。了解这种变化的规律,对一名验光师来说是非常必要的,对于开展少年儿童验光工作的眼镜店、验光中心、验配中心则更为重要。大家一定不会反对这样的说法:不了解什么年龄孩子视力是多少的验光师,就不可能给孩子验好光。验光师在初步认识人在不同发育时期的特点的基础上,认识与掌握人的视觉发展规律,是开展高质量青少年、儿童验光的最基本条件。儿童、青少年在生长发育上可以分为以下6个时期。

① 新生儿期:从出生~1个月。

② 婴儿期:出生后1个月到1岁。

③ 幼儿期:1~3岁。

④ 幼年期(学龄期前):4~7岁。这一时期的截止年龄,不同报告、作者的陈述稍有差异。通常大多将4岁到上学前这一段时间作为幼年期。

⑤ 少年期(学龄期):进入小学~12岁,这一时期相当于小学阶段。

⑥ 青年期(青春期):这一时期一般认为是在13~20岁,女孩为12~18岁。

以上6个时期中,人眼发育的关键时期是在4岁之前,即“三儿期”。眼的发育主要有三个方面:①眼球逐渐增大,组织分化成熟;②视觉功能在外界适宜的光刺激条件下日趋完善;③眼的屈光状态呈现持续的去正镜度化改变。

(一)儿童眼的发育

儿童眼的发育是指包括视神经中枢在内的整个视觉器官的发育。对眼⁃视光学影响较大的则是眼球的发育和眼外肌功能的完善。

1.眼球

刚出生的新生儿,眼的前后径约为17.5mm(亦有人认为是12.5~15mm),水平径约为17.1mm,垂直径约为16.5mm。出生后1~3年是眼球增长最为迅速的时期。3岁后发育的速度逐渐减缓,15~16岁时眼球基本达到成人大小。16岁以后,眼球增长极其有限。一般在20岁前后,眼球停止发育。在眼球发育过程中,有以下几个特征值得关注。

① 新生儿眼球的视神经乳头和黄斑中心凹距离较大。因此,光轴与视轴的夹角也就相对较大。这可能与新生儿注视能力较差有关。黄斑中心凹远离光轴可以避免强光对视网膜的损伤。在发育中,随着注视能力的提高,光轴与视轴的夹角会逐渐达到正常生理大小。

② 眼球的发育中,前部发育较早,后部发育相对较晚。新生儿的角膜大小相当于成人角膜的1/3,2岁时可以达到成人大小。

③ 新生儿瞳孔较小(≤1.5mm),瞳孔散大肌发育尚不完善,对睫状肌麻痹剂反应不太敏感。瞳孔散大肌要在5岁左右才会发育成熟,整个睫状肌的发育完善要到7岁。新生儿的前房角相对较为狭窄,应当在2~4岁时达到正常大小。正因为婴幼儿期前房角的这种特征,对≤4岁儿童进行屈光检测时应慎用睫状肌麻痹剂,以免诱发青光眼。

④ 新生儿的晶状体为球形,到青春期时成为扁平型。其质量由80g增至160g。

⑤ 新生儿眼底的颜色较浅,黄斑部较厚、略凸起,中心凹反光不明显,锥细胞较短。这都说明新生儿黄斑部的发育还不太完善。

2.眼外肌

新生儿的眼外肌尚待发育完善,双眼运动的协调性还没有建立,会出现两眼非随意性异向运动。在出生后1周内新生儿还会出现内斜视的生理现象,这可能与新生儿的视神经乳头和黄斑中心凹距离较大有关。

(二)眼屈光的发育变化趋势

在眼的发育中,眼屈光的发育有两个关键时期,一个是儿童时期,另一个是青春期。前一时期突出的生理特征是发育不成熟;后一时期的生理特征主要表现为结构与机能的脆弱。

1.儿童时期屈光的发育

儿童时期眼的特点是:眼的前后轴较短,角膜的曲率半径较大,晶状体呈球状,屈光力较大。这些特点就形成了儿童在屈光方面的两个现象。

① 儿童眼的屈光状态,是在其特有的结构匹配条件下达到视觉需求的。因此,尽管儿童眼的结构数据与成人有很明显的不同,但进入眼的光线仍可以精确聚焦在视网膜上。

② 存在着生理性的轻度远视眼。一般认为这一远视度的生理数值为:+3.50D(亦有人主张+2.00D~+3.00D)。在正常的发育中,这一数据会在成长中的去正镜度化过程中被逐渐减退。

倘若新生儿为高度远视或中度及以上近视时,过大的屈光矫正镜度就不可能在未来的发育中被抵消,眼睛将会成为远视眼。这种情况大多提示两种可能性:①可能是由遗传因素所致;②胚胎发育中出现了异常状况。

2.青春期屈光的发育

青春期正值人的中学阶段,正好是眼最终定型的时间。从生理机制上讲,结构与机能的脆弱为屈光状态的最终定型预留了一定的空间。这一时期在人一生中最突出的特点就是:学习负担沉重,学业紧张,近距离工作的负荷极大。倘若不注意合理用眼,就会使眼的结构在比较苛刻的视近环境下发生生物与生理性的适应,这就是经典环境学说诱发近视眼的生理机制所在。

三、人眼视觉功能的发育

人眼视觉功能的发育,包括两个方面的能力。一个是视觉的分辨能力,即视力、色觉、双眼视觉,另一个是视觉的保障功能,即调节与集合。与眼⁃视光学关系最为密切的则是视力、调节与集合。

(一)视觉功能与视力的发育

1.婴幼儿视觉功能的发育

人视觉功能的发育是在以下两种条件下完成的。

① 出生时眼的解剖结构与生理发展的潜在能力。

② 适宜的光刺激。

前者是视觉正常发育的生理基础,而后者则是视觉正常发育的客观基础。人视觉功能的发育和完善,正是在客观基础的作用下,以生理基础为主体的生理功能不断适应外界客观环境的过程和结果。这是一个循序渐进的过程,对这样一个过程仅仅用文字叙述的方式,是很难表述清楚的。在此,笔者特将视觉发展时期和视觉功能的发育状况一并编辑成表1⁃2。读者通过阅读这一表格中的内容,就可以了解青少年、儿童视觉发育的清晰脉络。在此,需要特别说明的是,即便是足月胎儿,在出生瞬间也是没有视觉的,光觉也是在出生后数小时才获得的。

一般认为,人在出生后5个月便可以感知颜色,在视觉发育中,最先被感知的颜色是黄色,其次是红色,对蓝、绿色的识别相对较晚。4岁时,色觉的发育达到完善,此时,人的视觉可以分辨波长相差3nm的颜色。一般认为,人可识别150种色调,加上光谱中没有的绛色,人可识别的色调约为180种。倘若结合颜色的饱和度与亮度,人真正可以识别的颜色种类是很难统计清楚的。

2.婴幼儿视力的变化

婴幼儿时期是视觉功能发育的关键时期,而视力发育状况是视觉功能发育的重要指标。婴儿时期的视力发育如图1⁃19中的曲线所示,图1⁃20为幼儿阶段视力发育的曲线。这里须说明,图1⁃19和图1⁃20中的上方实曲线代表视力发育的上限,而下方虚曲线则代表视力发育的下限。从两图反映的视力发育速度看,婴幼儿的视力发育过程可以分成两个阶段。

① 出生到3岁:视力从0.0发育到0.6,视力的提升速度为0.2/a。

② 3~4岁:视力从0.6发育到1.0,视力的提升速度为0.4/a。

一般说来,人在进入少年期后裸眼视力将不再提高。人的视觉功能与视力在早期发育中的规律性,也给眼⁃视光学工作者和从事视力保健的工作者提出了一个值得探讨的问题:视力保健与近视眼的预防工作,从以学龄期为重点转移到以幼儿期为重点应当是更为合理、科学的方略。

(二)眼调节与集合功能的发育

在视觉功能的发育中,眼调节功能的发育比双眼辐辏功能的发育要晚。眼调节功能的发育之所以比较晚,可能与儿童早期视力比较低下有关:没有精确的视力,调节自然也就不会发生。这应当与近视眼在远点以外不会进行调节是一样的道理。

双眼辐辏的协调性是在出生4周后才逐渐建立的。5~6周时双眼注视已经比较稳定,辐辏功能也已出现。但是,此时的调节功能还比较落后,只有到2~3岁时,眼的调节功能才能真正发挥作用。眼的调节是随着视力的不断提高而发育的,5~7岁时,眼的调节达到与集合的协调状态。在调节的发育中,有两点值得从事验光工作的验光师们给予注意。

① 眼调节功能的发育是在比较完善的集合功能条件下进行的。

② 眼调节功能的发育与视力状况密切相关。

儿童调节功能开始发挥作用时,其裸眼视力应达到0.4,0.4也是建立双眼视觉所需要的必备视力条件。当视力达到最佳状态时,调节与集合将达到协调状态。两者达到协调的年龄为6~7岁。这也说明,当儿童眼的发育状况无法达到最佳视力需求的时候,调节功能与集合功能就会处于不太协调的状态。倘若眼的发育状况滞留在远视状态,调节功能就会比集合功能强,表现为潜在或显性的内斜视倾向;假如眼发育过度而达到近视状态,调节功能就会比集合功能弱,表现为潜在或显性的外斜视倾向。

(三)双眼视功能的发育

双眼的视觉功能不是生来就有的,而是在出生后的发育中逐渐得到完善的。首先出现的是双眼的同视功能和融合视功能,立体视觉是稍后发展的,也是最后发展完善的视觉功能。

1.同视功能的发育

新生儿出生时,眼位处于正眼位的很少。数周内婴儿的眼位会在“内斜位—正位—外斜位”之间变化。有的学者对出生~4个月婴儿角膜映光法检测的结果进行统计,结果显示:外斜位为66.5%,正眼位为29.9%,内斜位为1%,不定眼位为2.6%。出生1个月后正眼位儿童的比例呈逐渐增大的趋势,6个月时具备正眼位的比例已经达到97.2%。这就说明双眼同视只能出现在出生1个月之后,达到双眼同视完善的程度至少要在6个月之后。

视觉诱发电位(VEP)研究发现,反映双眼的P₂波在出生后2~4个月时才出现。而P₂波持续增大会一直延续到6岁,这又说明视网膜与视神经中枢的发育、完善要一直延续到6岁。

2.融合视功能和立体视功能的发育

一般认为,双眼的融合视功能是在2~3个月时开始出现的,立体视功能是在16周时开始产生的(用立体视觉刺激测定立体视锐度)。立体视觉达到成人水平要在5岁以后。偏振立体视图(Titmus立体图)是检测立体视觉的测试用图,也有人使用这种测试图对1.5~13岁具有双眼视功能的少年儿童进行了测定,其调查结果显示:1.5~9岁这一期间立体视锐度呈现逐步增高的趋势,立体视锐度的变化状况如表1⁃3所示。但是也有人认为,人在3~5岁时,立体视觉已经发育完善,只是因为当前使用的检测方法还不能排除因经验不足所造成的对识别、判定的影响。

从以上叙述中可以看出,双眼视觉发育的关键时期是从出生后2~3个月开始的,一直要延续到9岁,而至关重要的阶段应是1~6岁。

四、人眼屈光状态的分类

人眼屈光状态的分类,是根据在静态——不使用自主调节的状态下,平行光入眼,经屈光系统后,是否能在视网膜上聚焦而进行的分类。根据这种分类方法,人眼可以分为以下两类。

(一)正视眼

平行光入眼,经不使用自主调节的屈光系统屈折后,能在视网膜上聚焦的眼称为正视眼。这种眼又叫做正常眼。从屈光学意义上分析,正视眼应当有三种。①正轴(常折射力)正视眼:眼的前后轴长度、屈光系统的屈光力均在正常范围;②长轴(低折射力)正视眼:眼的前后轴长度虽然大于正常范围、屈光系统的屈光力却呈反比例降低,平行光入眼后,经屈光系统屈折恰好能在视网膜上聚焦;③短轴(高折射力)正视眼:眼在前后轴长度、屈光系统的屈光力方面恰好与第二种正视眼相反,但仍能将平行光聚焦在视网膜上。

(二)非正视眼

平行光入眼,经不使用自主调节的屈光系统屈折后,不能在视网膜上聚焦的眼称为非正视眼。根据聚焦的位置和状况,非正视眼可以分为三类。倘若以眼轴的改变进行区别的话,正视眼与非正视眼的屈光状况如图1⁃21所示。因眼的前后轴过长而成像在视网膜前的眼称为近视眼。而因眼的前后轴过短而成像在视网膜后的眼称为远视眼。

倘若,平行光入眼,经不使用自主调节的屈光系统屈折后,不能在视网膜上聚焦而成为两条焦线的眼就是散光眼。

非正视眼又叫做屈光不正眼,关于每一种屈光不正,将在第三章~第六章中分别进行介绍,在此不再赘述。