第三章 眼的调节
第一节 调节概述
上一章中,我们对眼的屈光状态、正视眼、屈光不正都有了了解,也对屈光不正的分类有了一定的了解。这些知识,应当说都是在我们的眼注视无限远的目标时的屈光状态,是眼通过其自身的屈光表面的弯曲度和屈光介质的折射率两个因素在静止状态下,所表现的焦点与视网膜的相互位置关系。
从纯物理性能角度来看问题,我们可以将眼球理解为一个特定的透镜,是在探讨平行光线经过这个透镜后,成焦在预设的光屏(视网膜)上、之前、之后的问题。成焦在预设的光屏上的眼就是正视眼,成焦在预设的光屏之前的眼就是近视眼,成焦在预设的光屏之后的眼就是远视眼。
一、基本概念
我们的眼并不是一个固定焦距的透镜,而是一个不仅能看到无限远的目标,还能看到近距离的目标的生物性变焦距的光学构造。当我们眼的屈光力适宜看远之时,近距离的目标将不会清晰地成像在视网膜上。而我们要想将近距离的目标清晰地成像在视网膜上,眼的屈光力就必须增大,眼的这种生理功能就是调节。
1.调节的定义
眼的调节是人眼的一种生理功能,这种功能主要是通过晶状体的凸度变化来实现的。眼调节的定义最简单的表述形式就是:人眼在不同的时刻,将不同距离的光线集合于视网膜上成为焦点的功能就是调节。
从静态屈光来考察,眼的调节是专指注视近距目标时所表现的能够成像在视网膜上的能力。从动态屈光来考察,眼的调节应当有两个方向:
(1)由远及近时的调节
从注视较远的目标到转换到注视较近的目标[图3-1(a)],眼的调节力的变化是由小逐渐增大的过程。从总的趋势看,这是一个趋向于最大调节力的过程。因此,这种调节就叫做正镜效度调节,简称正调节。
图3-1 正调节与负调节注视点转移示意图
(2)由近及远时的调节
倘若我们从注视较近的目标到转换到注视较远的目标[图3-1(b)],眼的调节力的变化是由大逐渐减小的过程。从总的趋势看,这是一个趋向于零的过程。因此,这种调节就叫做负镜效度调节,简称负调节。
2.眼调节的属性
调节是眼的一种特殊功能,这种功能表现为两种特性:一种是物理的属性,还有一种则是生物的属性。
(1)调节的物理属性
人眼是一个由多个生物光学元件构成的光学结构,这些光学元件包括:角膜、房水、晶状体、玻璃体,还包括保证高质量成像的视网膜以及辅助系统。这个光学结构无论从精密程度上讲,还是其小巧程度上讲,都是今天人工所无法达到的。眼的成像功能就是调节的物理属性。
(2)调节的生物属性
眼又是一个生物结构,具有自动感光、自动成像的功能。当我们注视目标的距离发生变化时,眼就会根据目标的距离进行自动调节,并使目标成像在视网膜上。眼的这种自动调节能力就是调节的生物属性。
眼的调节,正是在精密的物理性调节和自动的生物性调节的基础上,终生不渝地为我们观察、认识与改造世界的活动在服务着。
3.眼调节的实质
眼调节的实质,说的就是调节最终要达到的目的。调节的目标就是要将所注视的近距离目标发出的入眼光线成焦在视网膜上,这就是调节的实质。如何能够实现眼的调节呢?从理论上讲,通过改变:①眼前后轴的长度;②晶状体在眼中的前后位置或凸度;③角膜曲率以及改变眼屈光介质的折射率等,都会使眼的调节力发生变化。而人眼进行调节时,则主要是通过晶状体的凸度变化及由此而引发的晶状体前表面前移来实现的。
人眼为实现调节的目标,就要进行调节,眼内相应屈光数据就会发生变化,眼的屈光力就会发生相应的改变。眼的调节静止状态与最大调节状态的眼的屈光数据如表3-1所示。从表中可以看出:眼在调节力增加时,晶状体的前表面的位置前移、屈光力的增大最为明显:前表面的曲率半径缩小46.7%,屈光力增大87.5%,相当于眼的总屈光力则增大了11.93D。这也就是说,眼的调节是以晶状体的前凸为主,在一定意义上说,眼的调节可以说就是晶状体的调节。
表3-1 静止状态与最大调节状态时眼的屈光数据对比
正是因为晶状体担当着人眼进行屈光调节的作用,所以晶状体可塑性大小就决定了眼的调节潜能的状况。青少年的晶状体可塑性较强,因此调节的潜能也就会较大;而老年人随着晶状体的逐渐硬化,其可塑性就会明显减弱,因此其调节潜能就会逐渐减弱,甚至消失。
二、有关调节的名词
调节是眼-视光学中的重要的理论知识,在一定意义上说,在屈光检测与屈光矫正实践中,掌握关于调节的基本概念是做好工作的最基本的要求。对于这方面的理论知识,我们首先需要了解这几个有关名词。
1.调节与屈光状态
根据是否使用了调节力,可以将人眼的屈光状态分成以下两类:
(1)静态屈光状态
人眼在不使用调节力的屈光状态,就叫做静态屈光。正视眼在注视无限远时的屈光状态就是静态屈光。近视眼在注视眼前有限远的远点及以远目标的屈光状态也是静态屈光。而远视眼在看无限远时需要使用与远视度一致的调节力,因此远视眼在明视条件下是不存在静态屈光状态的。
(2)动态屈光状态
人眼在使用调节力进行注视时所表现的屈光状态,就叫做动态屈光状态。在动态屈光中,我们可以根据被测者的注视行为将动态屈光状态分成以下几种:
①绝对动态屈光状态:当我们在注视距离变化的目标时,我们眼的调节就会处于持续的动态变化中,这时眼所处的屈光状态,就可以叫做绝对动态屈光状态。根据调节作用的方向,又可以分成以下两种:
a.正性动态屈光状态:是指注视距离由远及近时,眼的调节力呈逐渐增大的调节运动状态,就叫做正性动态屈光状态。
b.负性动态屈光状态:是指注视距离由近及远时,眼的调节力呈逐渐减小的调节运动状态,就叫做负性动态屈光状态。
在进行屈光检测与矫正中,需要给予更多关注的是正性动态屈光状态,因为这种状态最容易反映出人眼与视觉疲劳的关系。
②相对动态屈光状态:以正视眼为例,当注视有限远某一固定距离时,眼必然处于调节状态。但是我们的眼又处于调节力固定在一定程度上的屈光状态。这种状态有别于绝对动态的屈光状态,又与静态屈光状态不同,因此称为相对动态屈光状态比较妥当。
③极限动态屈光状态:当我们的眼使用最大调节力进行注视时所处的屈光状态,就叫做极限动态屈光状态。
2.调节与注视点
(1)明视远点
明视远点简称远点。眼在明视条件下,不使用调节所能看到的最远之点就是明视远点。不同性质的眼的明视远点不同:正视眼的明视远点位于眼前的无限远,近视眼的明视远点位于眼前的有限距离,而远视眼的明视远点位于眼视网膜后的有限距离。正视眼与近视眼的明视远点都属于实性远点,而远视眼的远点则属于虚性远点。实性远点是我们的眼可以看到的点,而虚性远点则是我们的眼无法看到的点。
明视远点的距离为被测眼完全屈光矫正镜度的倒数:
对于屈光不正者,近视眼计算后的结果为负值,远点位于眼前;远视眼计算后的值为正值,远点必然位于视网膜后。而正视眼为1/∞,其远点必然位于∞。
(2)明视近点
明视近点简称近点。明视近点是指眼在使用最大调节力所能看到的最近距离的点。这就是说,当注视近点时,我们所使用的调节力最大。
(3)明视远点与明视近点的关系
通常情况下,明视远点的距离大于明视近点的距离。但是在以下条件下,明视远点的距离与明视近点的距离将会发生变化:
①当被测眼的屈光矫正镜度的绝对值等于调节力时,明视远点与明视近点为同一距离的点,被测者所能看清楚的就是包含这个点的一个狭小的景深空间。
②当被测眼的屈光矫正镜度的绝对值大于调节力时,明视远点的距离将小于明视近点的距离。此时的被测眼则是远目标看不清楚,近目标也看不清楚。
3.调节与注视区域
上述名词,是以调节与点的关系为对象的有关调节的名词。当然,调节还与注视区域有关。与调节区域有关的名词有以下两个:
(1)调节范围
调节范围又称为调节距离,是指由远点至近点之间的可视范围。调节范围是以远点至近点的距离线段的长度来表示的。在这一区间,越接近于远点的点对调节力要求就越小,越接近于近点的点对调节力要求则将越大。
(2)调节程度
调节程度又叫做调节广度。在这里首先要说明的是,在调节程度计算上,大多采用两种方式予以表述:眼休息时的屈光力与眼用最大调节时的屈光力之差;眼完全休息时注视远点与用最大调节力注视近点的屈光力之差。这两种表述方式都有两个共同的问题无法得到合理的解决:
①远视眼看不到远点,而且只要看就会调节,因此在明视条件下也就不存在调节休息的问题。
②近视眼在注视眼前有限远的距离时是不使用调节力的,当使用近点调节力减少的数据是1/r,并非零,而1/r就是眼应当付出而又无法付出的那部分调节力。
正是基于以上原因,笔者特将远视眼、正视眼和近视眼与调节远点、调节近点、调节范围、调节程度相互关系以数据方式列入表3-2中以供参考。并对调节程度进行了试定义:调节程度就是注视近点应使用的调节力与注视远点调节力的屈光力之代数和。
表3-2 眼的屈光性质与调节范围、调节程度的关系
以表3-1中近视眼为例,其远点距离(r)为-0.2m,恰好无需付出调节力(而其本身也没有调节力可供支付,具体到不同程度的近视眼能否付出相应的调节力,则要视其近视屈光矫正度的情况而定,这样不妨计作使用了“屈光矫正镜度+5D”调节力)。其近点距离(p)为0.1m,应使用“10D+屈光矫正镜度”的调节力。其调节范围为:0.2-0.1=0.1m。其调节程度为:5D。
又例如表中的远视眼。其远点距离(r)为0.2m,付出(屈光矫正镜度+5D)的调节力可以看清楚无限远的目标。其近点距离(p)为0.1m,应使用10D的调节力。客观上讲,其调节范围应由0.2m~∞和∞~0.1m两段调节范围所组成。其调节程度为:屈光矫正镜度+10D=15D。
三、屈光状态与调节
不同屈光状态的眼的调节状况是不同的,这是因为不同屈光状态的眼所具有的调节力是不同的。近视眼的调节力比正视眼小,远视眼的调节力要比正视眼大。不同屈光状态的眼在调节力方面的这种区别,应当说与人的生理适应能力是有关的。当我们需要增大生理效能之时,我们的肌体就会在一定程度上通过强化生理功能的正性作用得以强化。但是,我们的肌体在适应上却不能通过强化负性生理功能得以强化。例如,我们的心肌去极化电位为-90mV,心肌细胞内的电位只要达到-90mV就会产生去极化。低于这一电位,心肌细胞的去极化就不会发生,心脏的活动就会停止。我们的眼同样不具有强化负性调节的作用。因此,近视眼在注视远点之外的目标时,不可能通过加强负性调节作用来实现清晰注视远点以远的目标,这种想法只能是一种不切实际的幻想。
1.屈光状态与调节
(1)正视眼
从理论上讲,正视眼的远点在眼前的无限远。因此,正视眼在看无限远时,是不需要使用调节力的。当看有限远的物体时,因物体不在远点,观察者就必须使用调节力。正视眼在注视有限远时所使用的调节力是注视距离(m)的倒数,注视2m距离所使用的调节力为0.5D,注视1m距离所使用的调节力为1D,注视0.5m距离所使用的调节力为2D。
从实际上看,无限远的点是谁也不能用直视的方式看到的,只要看到了物体,观察者一定使用了调节力。只不过是所使用的调节力非常小,在屈光矫正工作中一般是作为忽略对象来看待的,这个被忽略的值为对6m、5m及以远的目标所使用的调节力。当远用屈光矫正镜度检测视距为6m时,被忽略的调节力即为0.167D。我国使用的远用屈光矫正镜度检测视距为5m,因此被忽略的调节力就是0.20D。
一般来说,在屈光检测中被忽略的调节力不会对屈光检测结果产生重大的影响。但是,对屈光镜度比较敏感的人,这一忽略也会产生一定的视像差异(当然,视像差异也是很小的)。对于的确有视像差异又急于得到解决的情况下,一般可以通过眼镜的戴用调整予以解决,具体方法是“适当缩小镜距”“调平镜面角”等,可使这一问题得到一定程度的解决。
(2)远视眼
只要看就会使用调节,这是因为远视眼被测者的远点在眼球的后面(图3-2),无法看到,看不到也就与调节不会产生关联。而远视眼被测者的眼的前方不存在远点,存在的点有两种:一种是眼到近点之间的点,另一种点是近点与远点之间在眼前的点。要看清楚无限远的点,远视眼就得使用与其屈光不正程度相当的调节力,使无限远的目标成为视中心凹的调节性共轭点。这就是说,远视眼在看无限远时也是要付出调节的。当要看清楚眼前的有限远的物体时,则需要再付出与距离相适应的调节力,即要使用与其屈光不正程度相当的和与视距(m)倒数之和的调节力。因此,远视眼只要看,就需要付出调节。
图3-2 远视眼的远点与调节远点示意图
(3)近视眼
近视眼的远点是在眼前的有限距离。这一点与被测眼的距离,恰好等于被测者屈光矫正镜度的负倒数。例如被测眼的屈光矫正镜度为-2.00D,其远点必然在-(1/2)m,即远点距离在眼前的0.5m。
远点之外的点,近视眼在不矫正的情况下是无法看清楚的,远点之外的物体是处于一种朦胧(即雾视)的状态之中。看不清楚当然也就没有调节力可以使用。
人在使用最大调节力时,所看到的那一点就是调节近点。距离近点越近,所使用的调节力就越大;距离远点就越近,所使用的调节力就会越小。随着年龄的逐渐增大,人的调节潜力就会逐渐减小。到60岁时,一般只能保有1D的调节力,这就是上年岁的人要发生老视的原因所在。
我们的眼在注视时,调节力的负荷与物距呈反比。物距越小,眼所承担的调节负荷就会越大。物距越大,眼所承担的调节负荷就会越小。
2.屈光矫正与调节
不同的被测者,屈光矫正所要解决的问题不一定相同,但是,屈光矫正的目标一般来说至少应当保证两个目标的实现。一个是清晰的视觉,另一个是舒适的感受。在被测者视觉分辨力正常的情况下,清晰的视觉与屈光矫正镜度有关。而影响舒适感受程度的原因比较多。调节的干扰问题是不可忽视的一个重要问题。
调节力较大的人,所发生的影响力就会较大。反之,所产生的影响力也就会比较小。既然调节力会影响舒适程度感受,这种影响显然与调节力大小有关,调节力越大的屈光状态,越应当给予重视,在屈光检测与矫正中,也就更加需要对其调节力的影响加以有效的控制,这也是之所以要关注青少年验光配镜的一个重要原因。
就眼的屈光状态而言,在年龄相同的条件下,远视眼的调节力>正视眼的调节力>近视眼的调节力。在这三种屈光状态中,调节力最需要得到控制的应当是远视眼。因此,在屈光检测中,最需要使调节得到放松的是远视眼,尤其是调节潜力比较大的青少年远视眼。当前,青少年近视眼发生率是很高的,可能也和青少年因过多、过长时间高强度使用调节力,对眼的调节的控制未得到有效关注及处理有关。