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编号:10391648
色觉与色盲研究进展
http://www.100md.com 《中华现代临床医学杂志》 2004年第3A期
     【文献标识码】 A 【文章编号】 1726-7587(2004)03-0225-03

    色觉不仅使人类获得美的感受,而且是人类感知信息的主要渠道。现在全世界有两亿多色盲患者,而且每年仍将有400万色盲婴儿诞生。随着社会的发展,科技的进步,色盲患者在选择就业时遇到的重重限制,使有关色盲的研究逐渐引起重视。

    1 色觉的形成和特征

    色觉是视网膜锥体细胞对各种颜色的分辨功能,在明亮处,视网膜黄斑中心凹和黄斑部的色觉敏感度最高。这和锥体细胞在视网膜的分布相一致,离黄斑越远,锥体细胞越少,色觉的敏感度也越低。物体的颜色决定于物体反射光或透过光的波长。太阳光照到不透明的物体上,物体表面就反射部分光线,吸收其他部分,物体的颜色是由反射出来光线的波长决定的,例如物体反射出来的是红色光波,则使我们感觉到物体是红色的。光线照在透明物体上,主要表现为吸收及透过,它们的颜色决定于透过光的波长。正常人眼除对380~780nm的电磁辐射可分辨出约150种色调外,还可分辨出自然界存在而光谱上不存在的13000多种颜色。Zrenner则认为人眼能分辨的颜色达700~1000万种之多。
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    1.1 彩色的特性 彩色是指白-黑以外的各种颜色,具有三种特性:明度、色调和饱和度。每一种特性既可从客观刺激方面来度量,也可从观察者的感觉方面来度量。描述客观刺激的概念叫做心理物理学概念;描述观察者感觉的概念叫做心理学概念。其两个方面的区别如下:心理物理学概念:亮度、主波长、纯度。心理学概念:明度、色调、饱和度。

    任何颜色的光线,只要达到一定的亮度就能被人眼感觉到。颜色光的亮度越高,人眼感觉到的明度也越高。

    如上所述,正常人眼对380~780nm的电磁辐射可分辨出约150种色调,就是说不同波长范围的电磁辐射使人眼感觉到不同的色调。如400~450nm波长的光人眼感觉到是蓝光,500~530nm波长的光人眼感觉到是绿光,570~580nm波长的光人眼感觉到是黄光,600~780nm波长的光人眼感觉到是红光。

    颜色纯度用于描述颜色光中所含光谱纯色和白色混合的比例,纯度越高则人眼感到饱和度越高,反之亦然。
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    1.2 色光混合 色光混合是指不同颜色的单色光进行混合后产生了其它颜色光效果的现象。例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光带混合后产生了白光。

    颜色混合的另一个特点是颜色可以互相代替,例如红光和绿光混合可以产生黄光的感觉,它与光谱中的黄光在肉眼上不能区分,因此成为同色异谱现象。其原理被应用于色觉镜的设计中。例如著名的Nagel色觉镜和Neitz07色觉镜,应用545nm的黄-绿光和670nm的红光混合作为混合野,可产生两者之间的中间色(红、橙、黄、黄-绿、绿色光),而用589nm的黄光作为实验野,可以对先天性色觉异常者进行定性和定量检查,从而区分先天性红色盲、重度红色弱、轻度红色弱、绿色盲、重度绿色弱、轻度绿色弱。

    1.3 色觉学说 关于色觉形成的机制,目前仍未完全清楚,主要有三原色学说(三色理论)、四色学说(对立机制理论)、阶段学说和Land学说(视网膜皮层理论)。

    1809年Young和1860年Helmhotz的三原色学说,认为视网膜由分别对红、绿、蓝敏感的三种视锥细胞组成,其比例为32∶16∶1,每一种视锥细胞色感器主要对一种基本颜色发生兴奋,而对其它颜色只表现有限程度的反应,一切颜色的感知均由这三种视锥细胞不同兴奋程度而引起,这三种视锥细胞的存在已为解剖学与电生理学所证实。1878年Hering提出拮抗学说,他认为视网膜上有三对颜色互相拮抗的视锥细胞,即红-绿对、黄-蓝对及黑-白对。当某种细胞受到有关颜色的刺激时,就引起一定程度的兴奋,而与之拮抗的颜色则受到抑制;三对互相拮抗的视锥细胞活动结果,就产生颜色知觉。但以上两种学说均局限于视锥细胞范围,不能完满的解释色觉原理。1982年Hunt建立色觉阶段学说的模型,认为在三原色学说与拮抗学说之间有传递、编码和处理,解释了视网膜第二神经元及第三神经元在色觉中的作用,使色觉理论有了新的推进。而Land在20世纪50年代提出的视网膜—皮层理论现在又引起了注意。他提出视网膜上感光细胞的视色素吸收入射光的能量,在细胞外产生信号,转换成明度感觉,从吸收能量到产生明度感觉的过程发生在视网膜到大脑皮层的视觉通路的某个环节或整个信息的传递过程中,三种照明不同阶段(长波、中波、短波)明度值不同,是引起色觉基本的刺激,从而形成现在四个阶段的色觉学说。色觉原理是一个复杂的问题,迄今为止仍处于研究阶段,但临床实践证明大脑患病时,可发生色觉全部丧失或发生个别颜色感觉障碍。
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    2 色觉异常

    色觉异常是指人眼对颜色的辨认功能失调。色觉异常可分为两大类:先天性色觉异常和后天性色觉异常。

    2.1 先天性色觉异常 1986年Nathans等从分子生物学的角度证实人类红—绿色觉基因位于X染色体上,而蓝色觉基因则位于第七对常染色体上。色觉的异常是由于基因的不等交换和重组所造成的。

    先天性色觉异常具有出生时就存在,双眼对称,一生中保持不变并向后代遗传的特点。根据三原色学说,丧失一种颜色的辨色力称为二色视,丧失红色辨色力称为红色盲。这种人光谱红色一端缩短,对光谱的红色敏感度降低,而把它看成暗色,他开车闯红灯,常是因为红光对他不够明亮。丧失绿色辨色力称为绿色盲。黄蓝色盲较少。丧失两种颜色的辨色力称为一色视,亦称全色盲,只有明暗之分。这种病例极为少见,多数是病理性的,如视网膜视锥细胞营养不良和变性,还有一些是癔病或颅脑受损者。全色盲可分为典型性和非典型性。典型性全色盲也称为视杆细胞单色视,这种人虽然他的辨色力不好,但对颜色的饱和度与亮度极为敏感,有怕光,低视力,年轻人可有持久的垂直性眼球震颤,视野可能有小的中心暗点,戴太阳镜能帮助耐受正常的阳光,暗适应比正常人敏捷,正常人需5~10min,而全色盲则在1~2min内即达到适应的程度。非典型性全色盲在早期文献上也称为视锥细胞单色视,这种人有“正常”的视锥细胞,表现为视力好、没有眼球震颤或畏光、暗适应和ERG正常,但色觉完全丧失。
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    2.2 后天性色觉异常 后天性色觉异常可由于眼病、全身性病变、神经系统疾病、化学物质、药物或年龄因素引起。 Kollner最早提出视网膜病是以黄、蓝色障碍为主,而视神经疾病则以红、绿色障碍表现,同时他还注意到有些人是以色幻觉或色疲劳为首发症。

    目前比较赞同Verriest的分类法:VerriestⅠ型:伴波长感受器损害的红绿色觉异常;VerriestⅡ型:不伴波长感受器损害的红绿色觉异常;VerriestⅢ型:蓝绿色觉异常,同时伴有不明显的红绿色觉异常。

    后天性色觉异常可以是单眼或双眼,如为双眼则两者受累可有程度上的不同,常伴有异常的视网膜功能(视力、视野等)。临床上证实视网膜脱离蓝色视野收缩,而视神经萎缩红色视野缩小,老年黄斑变性早期即有蓝色异常。

    3 色盲检查及临床意义

    现在应用的色盲检查方法主要有以下几种。
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    3.1 同色表检查法 假同色表通常称为色盲检查表,国外有石原忍和Stilling假同色表,国内有俞自萍、贾永源色盲检查图。设计原理是由明暗度(色调的深浅程度)相同而颜色不同的圆点组成图片,每一张图片用一种颜色的圆点组成数字、字母、图案或曲线,用另外几种颜色的圆点组成图底。正常人以颜色而不以亮度来辨认图形,故能做出正确的判断,色觉异常者则以亮度而不以颜色进行辨认,从而不能做出正确的判断。另一种图片是由颜色相同而明暗度不同的圆点组成,正常人不能辨认,而色觉异常者能够辨认。目前,此法仍作为一种筛选的手段,将正常人和色觉异常者相分开。

    3.2 FM-100色彩试验 Fornsworth-munsell-100色彩试验仪由93个不同波长的色盘(波长为455~633nm),分装在4个木盒里,每个盒的两端各有一固定色盘,作为色彩匹配使用,其余色盘均可移动。

    检查方法是在固定照明下,嘱被检查者按色彩变化规律,顺序排列色盘,每盒限定2min,将排好小盒背面的编号记载到记录单上,并记分作图。正常眼的图形为接近内圈的圆环形图;不正常者,在辨色困难部分,图形向外移位呈齿轮状。
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    FM-100色彩试验可用作色觉异常和定量分析。

    3.3 Farnsworth15色标试验 检查仪器为15个色标装在一个匣子里,检查方法基本同上,要求2min内将15个色标排列完毕。

    结果判断,如1~15号色标全部排列正确或其中相邻两个色标前后次序颠倒为通过;如排列次序混乱为失败。将结果绘成图表以判断色觉有无异常。

    本检查方法较为简单,精度较高,可测定色觉异常的类型和程度。

    3.4 Nagel色觉镜检查法 色觉镜是根据红光与绿光适当混合成黄光的原理设计的一种光谱仪器。从目镜中视圆形视野,其下半部为黄光,上半部为可调节的红光与绿光的混合。检查方法,嘱被检查者调节上半部红光与绿光的比率,使之混合成与下半部黄光的颜色和亮度完全相同,记录红光与绿光的组成,正常眼红与绿有一定的匹配关系,而红色觉异常者,红多于绿,绿色觉异常者,则绿多于红,按标准判断各类色觉异常。
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    随着计算机技术的普及,可通过计算机获取标准化检验草案(数据获取、分析和显示)。色觉检查具有重要的临床意义,凡从事交通运输、美术化学、医药专业的工作者,必须具备正常色觉。色觉检查已成为服兵役、升学、就业前体检的常规项目;白内障患者术前色觉检查,可测定锥细胞的功能,可以估计术后的效果。

    4 色盲治疗的现状与进展

    关于对先天性色盲患者的治疗帮助,已有人尝试采用维生素B 12 行穴位注射、磁疗、气功等治疗,由于不能改变眼内视锥细胞的功能状况而难以见效。国外有人采用橙色或红色接触镜戴于一眼,意图给予适当的帮助,但仍有争论,支持者认为使用后可提高色觉异常者的辨色能力,读出较多的假同色图,而反对者则认为这种改善只是由于改变了进入眼内光线的波长,使假同色图和排列试验的色相子色度坐标产生偏移所引起,并非能真正改善患者的辨色能力;另一方面,由于戴上这种镜片之后,周围环境的色彩改变,滤镜滤去了部分光线使患者感到周围环境变暗,患者不得不从头开始重新去认识世界,所以得不偿失。
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    目前对先天性色觉异常的预防仍处于遗传咨询阶段,在治疗方法上,可以设想从神经生物学的角度,应用人类胚胎干细胞进行临床组织移植。其基本途径是:自胎儿性腺或早期胚胎分离人胚胎干细胞进行体外扩增,并通过基因修饰排除移植排斥,使其在体外定向分化为具有正常功能的红、绿、蓝三种视锥细胞移植给先天性视锥细胞功能不全的病人。当然,这是一个非常复杂的过程,相信基因工程的发展会给治愈先天性色觉异常者带来曙光。

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    作者单位:400038重庆第三军医大学学员旅2队

    重庆第三军医大学大坪医院眼科

    (收稿日期:2003-11-12)

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