市川 一夫
着色人工晶状体
——Colored IOL——
前 言
首先明确一下着色人工晶状体的定义。对于着色人工晶体的名称,笔者不喜欢像蓝色、绿色、黄色、茶色、金属色等有各种颜色的太阳镜那样的东西浮现在脑海中。在个人的想法和理论上,如同太阳镜那样对人工晶状体进行各种各样颜色的着色也是可能的,作为广义的着色人工晶状体(关于狭义的人工晶状体,后面叙述),就不能不对象太阳镜那样的各种颜色的镜片进行讨论。例如,粉色的人工晶体,是不是感觉也会很好呢?进行这样的讨论或许也是有意义的。但是,直到现在在实验上和临床上可以被读者讨论的着色晶状体只有同人晶状体颜色的黄色的一种。因为人工晶状体是以晶状体的重建为目标,所以可以认为人工晶状体的着色化也应该向着晶状体的颜色的方向。只有这种模仿人晶状体的颜色的人工晶状体才定义为狭义的着色人工晶状体,以后着色人工晶状体的名称只应用于此狭义的定义。
在着色人工晶状体的开发中,要知道晶状体的着色的功过,必须进行扩大优点,减少缺点的最适条件下的着色。我们将与人晶状体的颜色相同在最适条件下着色的眼内晶体叫做Natural
View IOL(以下简称为NV IOL)1)。
Ⅰ.晶状体的着色
虽然晶状体随着年龄的增加会着上黄色是大家都清楚的事实,但非常详细的细节并非都知道。为了使晶状体着色的机理变得更清楚,笔者等将自己的测定结果2)和过去报告3)-5)的结果进行了再讨论。
晶状体的颜色可以认为包括晶状体的物体色和晶状体透过的光的颜色两种。眼科医生在诊察时和手术时观察到的晶状体的颜色是物体色,而有晶状体的人感觉到的是晶状体的透过光的颜色。因为作为人工晶状体的颜色,必要的是图1的从晶体透过光的颜色,所以在以下的文字中都是叙述关于透过光的颜色。
笔者们无损伤地将晶状体取出,放入与房水等渗的、等pH值的溶液中固定,对其分光透过性进行测定,其中代表性的结果显示为图2,同时显示这个晶状体的照片(物体色)。在2岁和74岁的正常人的晶状体,用裂隙灯检查在光轴上没有发现混浊。图2的横轴为光的波长,纵轴为光的透过度。正常的晶状体,在年青时对紫外部分光线几乎都遮断(cut)了。可以知道,随着年龄的增加,可对短波长光进一步地遮断。但是,虽然大家知道随着年龄增大而黄色化,但是何种程度的颜色,另外不同的晶状体是否呈现同样的颜色变化还不清楚。Lerman等人过去也报告过3)-5),随着年龄的增长,全部波长光的透过率有下降的趋向,与作者的报告基本相同,也只不过发现了分光透过率以短波长为中心下降,并随着年龄的增长而着黄色(非亮色)的事实。为了对这个还不十分清楚的晶状体的黄色化了解得更清楚,作者们将我们的测定结果和过去报告的晶状体的分光透过特性,以使用C光源作为光源时的晶状体的透过光的颜色在色度图上表示出来(图3)。详细地叙述一下,即按照日本工业规格物体色的测定法(JIS
Z 8722)计算出使用标准C光源作为光源时的晶状体的透过光的颜色,那个测定值在国际照明委员会
Ⅱ.晶状体着色的作用
简单地讲,晶状体着色的有利点是防止视网膜的光损害和减轻眩目感;缺点是使到达视网膜的光减少可引起视功能的低下。此外关于在去除晶状体着色的状态下(无晶状体眼和透明人工晶状体和紫外线吸收人工晶状体植入眼)引起的色觉变化和色视症,因为这些也证明了晶状体着色的必要,所以也做一下介绍。
1) 防止视网膜的光损害
1.晶状体着色的有利点
人可以感觉到380纳米到780纳米的放射线。但是大气中的太阳光中,因天气和地点的不同有差别,含有从200纳米到1800纳米的波长的放射线6)。因此其中的2%到8%是紫外线(波长从280纳米到400纳米)。我们知道虽然280纳米附近的紫外线可以引起角膜炎,但正常的角膜和房水可以阻断比300纳米更小波长的放射线7)8)。已经通过实验证明了波长在300纳米以上的紫外线和可见光领域的短波长光(400纳米到510纳米)是通过光化学损伤引起视网膜光损害的重要因素9)。晶状体随着年龄增加着黄色大概在20岁到30岁开始发挥对紫外线和可见光领域的短波长光非常有效的滤器的作用,从而保护视网膜不受以后在生命中积累起来的光化学损伤的伤害8)。从理论上讲,在防止视网膜光毒性的目的上,着色的状态越浓越有效。
2)减轻眩目感
人在生理上存在,即使是辉度相同,对色温高的照明光(蓝色)会感到更眩目的性质(图4),有报告认为与更高年龄的人相比,年青人会增加大约1.8倍的不舒服的眩目感10)。因此晶状体的黄色化可以通过降低进入眼内光的色温来减轻眩目的程度。
2.晶状体着色的缺点
因为晶状体的透明度随着年龄增加而下降使到达视网膜的光受到限制而导致视功能受限。特别是因为限制了短波长光而导致暗视时的视功能受到更进一步的障碍。其实没有晶状体的光感觉要比有晶状体的光感觉敏感度高。另外和图2所示没有白内障的晶状体的透过特性在对比度的峰值550纳米处即使年龄增加也不下降,因此可以认为对在明亮场所的视力几乎没有影响。如果说有影响,恐怕就是对视锥体的功能界限的薄明视力的水平。但是从以下的研究可知,到2、30岁晶状体的着色不会导致明亮处的视功能低下,但比这更严重的着色状态会明显地导致视功能的低下。关于对色觉的年龄变化的影响有从Verriest为代表的(图5)很多报告11),如果做一总结,色觉随着年龄增加而发达,到20岁年龄段最高,以后随着年龄增高每年稍稍降低,60岁以上的人显著低下。Verriest12)等使用增分阈法测定了从中心0度到周边45度的视网膜对白色的敏感度和对不同波长的敏感度,在中心部车动白色光在内的多个测定条件上敏感度高,特别在短波长和长波长区域这种倾向明显;在周边部无论哪个测定条件下都是幼年期的敏感度高于成年期,老年期(60岁到76岁)非常明确地表现出比成人期和青年期的敏感度低下(图6)。
3.晶状体的着色被去除时的障碍
去除了晶状体的着色的状态下引起的障碍有色觉变化和色视症(无晶状体眼、透明人工晶状体和紫外线吸收人工晶状体植入眼)。
有许多报告中讲述了去除了晶状体的着色的状态下的色觉变化的苦恼13)。画家莫奈在白内障术后,不能适应色的变化,一时连拿笔的念头都断了,通过医生的黄色眼镜的处方才复活。另外森用自己的双眼作了等色实验,即一只眼无晶状体,另一只眼有晶状体并将实验的结果14)
与理论值一起做了报告(图7)。因为单眼无晶状体的患者诉说颜色的错误很多,有报告说这时对无晶状体眼使用一片黄色的眼镜就可以改善症状14)15)。对于伪晶状体者的色觉与无晶状体者大体相同16)。
白内障术后,患者主诉世界看起来偏紫色和兰色的色视症是白内障术者日常经常经历的。关于这种色视症,在人工晶状体手术以前就被在书中记载,它的存在在很久以前就知道。结合作者们的研究和过去的报告,在教科书中总结的话,白内障术后引起的色视症,是因为着黄色的晶状体被取出后,光尤其是短波长光(紫色和蓝色光)比术前更多地进入眼内,患者不能适应而发生的,即使放置而不加处理随着时间流逝适应了伪晶状体的状态多数患者的色视症乏消失,也有不少病例虽然色视症会减轻但长期存在。色视症可以通过使用与晶状体的着色相似的人工晶状体而使之消失。
在白内障术后虽然经过一个长的时期而依然发生的色视症中有红视症。前田等通过实验确认了,虽然给强光的话正常人也可以发生,但如果把强光给无晶状体的人红视症更容易发生。看过强光后大约9小时红视症出现,19小时到30小时最强,然后再持续4到8小时。作者们遇到的一个36岁的一眼伪晶状体(透明人工晶状体)的病人,没有戴太阳镜去滑雪,只有伪晶状体的眼在术后很长期间以后第一次患者自己发觉有很强的红视症。此后患者注意观察后知道如果白天外出,那么伪晶状体那只眼会在晚上表现出红视症,以后外出时就会戴上太阳镜。
Ⅲ.关于人工晶状体与晶状体颜色的不同
PMMA制透明人工晶状体因为可以让通常被晶状体阻断的300纳米以上的紫外线和短波长光令部通全部通过,因此与有晶状体眼相比更容易引起视网膜的光损害。因此最近的人工晶状体通过化学结合或添加了紫外线吸收剂,具有保护视网膜不受光毒害的作用。另外,更进一步可以限制可见光领域光线的着色人工晶状体也已经开发出售。图8显示了现在我国正在市售的紫外线吸收人工晶体的分光透过特性。将作者们测定的市售的人工晶状体的分光透过特性以用C光源作为光源时的人工晶状体的透过光的颜色在色度图上表示出来(图9)。现在正在市场上被出售的晶体可以分为无色的人工晶状体,淡黄色(主波长573纳米)的人工晶状体,与晶状体着色不同的黄色的刺激纯度(色的浓度)高的黄色晶体几类。
Ⅳ.关于着色人工晶状体的最适颜色和着色状态
如前文在晶状体着色的项目中介绍的那样,正常晶状体的透过光的颜色是主波长为573纳米的颜色,因此考虑到色觉,希望黄色可以作为人工晶状体的颜色。刺激纯度(色的浓度)究竟到什么程度更好也是一个非常重要的问题。如果考虑防止视网膜光损害和减轻眩目感的话,刺激纯度(色的浓度)是越高越好,但是如果考虑因为着色化而导致视功能受限的话,可见光领域的透过率越高越好,存在这两个互相矛盾的条件。晶状体随着年龄的增加而着黄色,大约在20岁到30岁具备对紫外线和可见光领域的微不足道波长光非常有效的滤器的功能。晶状体一定程度的黄色化,随着年龄增加色觉发达,在20岁年龄段达到最高,此后逐渐下降。因此理想的人工晶状体的黄色,是20岁到30岁的晶状体的颜色。看一下图3,20岁到30岁的晶状体的黄色的刺激纯度(色的浓度)在不同的报告中也不尽相同。因此作者们为了求出最适的刺激纯度(色的浓度)而进行了下面的实验。对3名年青的无晶状体者,制做了如图10横轴所示的刺激纯度(色的浓度)的角膜接触镜,在配戴不同刺激纯度(色的浓度)的着色接触镜的状态下,在1000
lux,100lux,10lux的三种照度下,进行了SPP2(后天异常用标准色觉
检查表第二部)和Farnsworty-Munsell 100
hue test检查。在1000
lux,100lux,10lux的三种照度下,除了刺激纯度(色的浓度)为21%的之外,各浓度的接触镜都不比透明人工晶状体的状态差,在1000
lux照度下甚至着色接触镜的结果要好。将伪晶状体(透明人工晶状体)的患者的5名高龄患者的使用检查用着色平面镜在用横轴显示的不同着色刺激强度(色的浓度)的结果显示在图11。即使是高龄者,在1000
lux,100 lux,SPP2和F.M.100-hue test两种检查方法,无论在哪个刺激纯度(色的浓度)下都不比透明人工晶状体的状态更差。在10
lux的低照度下,刺激纯度(色的浓度)高的人工晶状体比透明人工晶状体的结果差。从这个实验,作者们得出了在刺激纯度(色的浓度)在16%的范围内,人工晶状体的着色化不会对色觉不会带来不好的影响的结论。从防止视网膜光损害的观点出发,人工晶状体的最适黄色化的刺激纯度(色的浓度)应在11%到16%。
其次,从白内障术后的色觉变化考虑,似乎有稍微提高人工晶状体着色的刺激纯度(色的浓度)的必要。也就是说在一只眼接受手术的情况下,如果与另一只眼晶状体的着色不吻合的话,两眼色觉的差就不能完全清除。对需要精密色感觉的特殊职性的人,或许人工晶状体的刺激纯度(色的浓度)有达到16%以上的必要。但是我们认为比现在的透明晶体刺激纯度高11%到16%,左右差减少,可以获得比现在透明晶体好的效果。
Ⅳ.关于着色人工晶状体的最适颜色和着色状态
笔者们在临床上使用了Natural
View人工晶状体,并正在对其有效性进行探讨,作为人工晶状体,现在与透明人工晶状体和紫外线吸收人工晶状体相比,在视功能恢复这一点上并不逊色。并且已经确认了这一事实即作为明显优秀的效果色视症发病率低且色视症的检查,在阐明了色视症的详细情况的同时对着色人工晶状体的效果进行了报告。对超乳手术后植入人工晶状体的伪晶状体患者402例(其中透明人工晶状体251例,紫外线吸收人工晶状体85例,Natural
View人工晶状体66例),在高演色性萤光灯下在1000
lux照度下让患者在45厘米距离直视白纸,问患者是否看到纸上的颜色,对回答纸上有颜色的病例,让他们从F.M.100 hue
test中强制性地选出接近色的序号作为色视症的颜色,这样进行色视症的检查(图12)。诉说有色视症的病人选的颜色如图13显示的那样。蓝视症(选青色)的青是晶状体色的补色,黄视症的色是与晶状体的颜色类似的,术后早期或转化为蓝视症或消失了。因为通过使用如图14所示的主波长573纳米的着色晶体无论是蓝视症还是黄视症都可以消除(不同病例、不同检查时间,刺激纯度也不相同,所以可以确认色视症的病因是因为着色的晶状体转变为透明状态而造成的。透明人工晶状体的色视症的发生率为18.3%(46/251),紫外线吸收人工晶状体为14.1%(12/85)两者间没有具有统计学意义的差异。Natural
View人工晶状体(NV人工晶状体)的66例中色视症发生率为7.6%(5/66),得到了与透明人工晶状体相比,在5%的危险率上色视症的发病率显著低的结果。色视症在80%的发病病例中在术后早期消失,但约有20%的病例,即使经过了术后6个月,程度虽然减轻但依然残存。通过使用刺激纯度(色的浓度)为16%的晶体,透明人工晶状体的病例,色视症在术后早期80%,在术后6个月100%消失;因NV人工晶状体引起的色视症的病例,在刺激纯度为5%的人工晶状体术后早期100%消失。昼间外出时容易引起的红视症在无晶状体眼和透明人工晶状体眼容易引起程度也强,在正常人也可引起,是因为进入眼的光量(能量)增加(一过性损害视网膜的青锥体)而引起的,其发病率与普通人工晶状体相比,NV人工晶状体的发病率低。
与晶状体着色相类似的着色人工晶状体的效果,Linnik等报告了,进行了12650眼的植入,惧光的减少和发现时间变短,视力向上好(与对照组相比),色觉恢复好,术后1到4年没有发现黄斑病变的事实。大浜等(图9,现在市售的着色人工晶状体)也报告了着色人工晶状体的色觉比普通人工晶状体要好的事实。
可以认为着色人工晶状体的防止视网膜光损害、减轻眩目感,减轻白内障手术前后色觉变化等的效果已经得到证明。
结束语
着色人工晶状体,虽然在理论上在较早以前就已经被考虑,但晶状体颜色的决定、颜色的浓度的问题,人工晶状体使用的色素的问题,直到最近也没有完全实现。在这些问题基本解决的现在,可以期待通过基础实验得出的着色人工晶状体的治疗效果在临床上得到证明。
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图1
晶状体的两种颜色
作为晶状体的颜色,我们观察到的是从晶状体反射的光,因为影响视觉的是晶状体的透过光,所以必须测定这个决定晶状体的颜色的透过光。
2岁
74岁
图2
2岁的正常晶状体和74岁的正常晶状体,横轴为光波长,纵轴为透过度
图3
在色度图上显示的正常晶状体的颜色。右上为色的主波长,图中的数字为刺激纯度。*是被FDA承认的从Boettner的透过特性计算出的东西
图4 相关色温度与容许界限辉度比之间的关系
图5 各年龄的F.M.100 hue test
的平均偏差点
纵轴为偏差点,横轴为100 hue test 的色序号。在标准C光源上1001×下检查。(由Pokorny的成书中引用)
图6 测定了10-15岁,15-41岁,60-76岁三组分别在10 cd
m2 的白色背景光上白色式单色光的圆形指标的增分阈。测定在中心0度,6度,20度,30度,45度上进行。
图7
在色度图上表示黑背景上的各种色纸的无晶状体眼和有晶状体眼的等色结果。
有晶状体眼作为对照(从森的论文中引用)
图8
笔者们测定的清晰眼内晶体和5个不同公司(A到E)的紫外线吸收眼内晶体的分光透过特性
为了使条件相同,均对20D的眼内晶体进行测定。横轴为光波长,纵轴为光的透过度。人晶状体的分光透过性为35岁的Beottner的东西。
图9
从分光透过特性的数据,将计算出的清晰人工晶状体和五个不同公司(A到E)的紫外线吸收晶体的透过光的颜色的值,在国际照明委员会(C.I.E)的色度图(Chromaticity
Diagrom)图为色度图一部分的放大)上显示出来。Purity
为刺激纯度(色的浓度。清晰人工晶状体的点与标准C光源的色度坐标(无色)相同。直线和波浪线是作者总结的人晶状体的透过光的颜色。正常人晶状体的主波光均为573纳米,只是因年龄和个体不同,刺激纯度(色的浓度)有差异。红字的为53岁,Beottner的东西。晶状体的着色线左上为现在市售的着色眼内晶体。
总偏差点的平方根 F.M.100-hue
test年青的无晶状体者的3个病例
年龄20~23岁(21岁)
图9
从分光透过特性的数据,将计算出的清晰人工晶状体和五个不同公司(A到E)的紫外线吸收晶体的透过光的颜色的值,在国际照明委员会(C.I.E)的色度图(Chromaticity
Diagrom)图为色度图一部分的放大)上显示出来。Purity
为刺激纯度(色的浓度。清晰人工晶状体的点与标准C光源的色度坐标(无色)相同。直线和波浪线是作者总结的人晶状体的透过光的颜色。正常人晶状体的主波光均为573纳米,只是因年龄和个体不同,刺激纯度(色的浓度)有差异。红字的为53岁,Beottner的东西。晶状体的着色线左上为现在市售的着色眼内晶体。
刺激纯度
刺激纯度
图14
模拟正常人晶状体的着色制成的着色晶体,从左边开始依次是无色、主波长为573纳米,但刺激纯度(色的浓度)分别是5%,11%,16%,21%的着色晶体。
图13 从F.M.100-hue
test的序号患者选出的色视症的颜色。