מחקר קליני קובע – עיניים במינים שונים יכולות להתקצר כשמרכיבים להם עדשות חיוביות

כמו שכבר כתבנו באחד המאמרים שלנו באתר על קוצר ראייה (מיופיה), העין מתארכת כאשר נוצר קוצר ראייה וזאת בעקבות הרכבת משקפי ראייה ועדשות מגע. התארכות העין מעידה בעצם על קוצר ראייה.
הרבה מתעניינים פונים אלינו ושואלים איך בעצם אפשר לשפר את הראייה באופן טבעי וללא התערבות של רופאים ומנתחים אם העין כבר התארכה וזה כבר הפך להיות המבנה שלה? איך מקצרים אותה בחזרה?
 
כדי לענות על השאלה הזאת,
במחקר הקליני שבוצע בשנת 2013, לקחו בעלי חיים שונים ביניהם יונקים, וייצרו אצל החיות האלה קוצר ראייה ורוחק ראייה מלאכותי באמצעות עדשות.
 
מטרת המחקר הייתה להראות כי עיניים של בעלי חיים צעירים ממינים שונים (אפרוחים, חדפי עצים, מרמוסטים וקופי מקוק רזוס) יכולות להתקצר או להתארך בתגובה ליצירת חוסר פוקוס ע"י התערבות חיצונית של עדשות.
בעקבות התוצאות שהתקבלו ניתן להגיע למסקנה כי שילוב נכון של עדשות במקרים של קוצר ראיה או רוחק ראיה במינון ובמשך הזמן הנכון עשויים לגרום לעין האנושית להתקצר בצורה צירית או להתארך כתלות בליקוי. 

סיכום מחקר הקליני

שיטות:
אפרוחים הרכיבו עדשות חיוביות או שליליות על עין אחת למשך שלושה ימים. שלושה חדפי עצים נבדקו (הוערכו קלינית) בתקופת ההחלמה מקוצר הראיה המלאכותי שיצרו אצלם לאחר חמישה ימים שבהם אחת מהעיניים שלהם הייתה סגורה למשך 1-9 ימים. מרמוסטים הוערכו בזמן תקופת ההחלמה מקוצר הראיה המלאכותי לאחר שסגרו להם עין אחת, או הרכבת עדשות שליליות על עין אחת או שתיים, או הרכבת עדשות חיוביות על עין אחת או שתיים. מקוקי הרזוס הוערכו לאחר החלמה מקוצר ראיה מלאכותי לאחר שסגרו אחת מהעיניים או הרכבת עדשות שליליות על עין אחת או שתיים. אורך הציר של העין נמדד באמצעות ביומטריית אולטראסאונד בכל המינים.

תוצאות:
העיניים של חדפי העצים הראו מגמה חזקה של קיצור ציר העין על מנת לפצות על קוצר ראיה שהושרה עליו חוסר פוקוס. מתוך 34 עינים אשר החלימו מקוצר ראיה מלאכותי הימנעות לפרקי זמן שונים, 30 עינים (88%) התקצרו בזמן שרק שבע עיניים הצמודות להן התקצרו. באפרוחים, עינים אשר הרכיבו עדשות חיוביות הפחיתו את שיעור ההתארכות העינית שלהן בשני שליש, כולל 38.5% מהעינים בהן אורך הציר הפך קצר יותר ממה שהיה לפני כן. ראיה להתקצרות העין בקופי מקוק רזוס(40%) ומרמוסטים (6%) נצפתה כאשר החיות הללו נחשפו לקוצר ראיה ללא מיקוד (קוצר ראייה שיוצרים לו חוסר פוקוס), למרות שבתדירות הרבה יותר נמוכה מאשר בעיני חדפי העצים. קיצור הציר נגרם בעיקר על ידי הפחתה בעומק החדר הזגוגי.

מסקנות:
עיניים של אפרוחים, חדפי עצים, מרמוסטים וקופי מקוק רזוס יכולות לקצר את הציר שלהן כאשר מושרה עליהן חוסר פוקוס ע"י התערבות חיצונית של עדשות חיוביות, גם אם מושרה עליהם קוצר ראיה ללא פוקוס על ידי הרכבת עדשות חיוביות או שמדובר בתוצאה של הארכת ציר העין אשר מיוצרת על ידי הרכבה קודמת של עדשה שלילית או הימנעות עינית. קיצור העין הזה מתווך את הפיצוי על קוצר ראיה המושרה (מלאכותי). ההשלכות לשליטה בקוצר ראיה בבני אדם הן בעלות חשיבות גדולה.

הרבה עבודות בבעלי חיים הראו כי עיניים יכולות לפצות על חוסר מיקוד מושרה על ידי שינוי עובי הכורואיד (שכבת הדמית) ושינוי שיעור הארכה עינית, מעל או מתחת למה שקיים בעיניים גדלות נורמליות שלא טופלו. לדוגמא, כאשר מרכיבים עדשות חיוביות אשר ממקמות את המישור הפוקלי אל מול הפוטורצפטורים, העין מפחיתה את שיעור ההארכה שלה ומגדילה את עובי הכורואיד ובכך דוחפת את הרשתית קדימה כך שהיא פוגשת במישור הפוקלי;  ההיפך קורה במקרה בו מרכיבים עדשות שליליות. בין מיני בעלי החיים השונים אשר נחקרו ,ניתן היה לראות כי עיני האפרוחים היו מסוגלות לפצות עבור הטווח הרחב ביותר של חוסר מיקוד.¹

לרוב מניחים כי כאשר העיניים מפצות על קוצר ראיה ללא מיקוד המושרה באמצעות עדשות חיוביות, שיעור ההארכה העינית מופחת כך שהעין מתארכת בצורה איטית מהנורמה או לכל היותר עוצרת את גדילתה. למרות שנראה יותר טבעי כי עיניים בבעלי חיים גדלים אמורות להתארך דווקא ולא להתקצר (הפחתת המרחק מהחלק הקדמי של הרשתית לחלק השחור של הסקלרה), ניכר כי אין סיבה ברורה לכך שעין החווה קוצר ראיה ללא מיקוד לא יכולה לקצר את הציר או להתכווץ דרך מנגנון כגון רמודלינג של המטריקס החוץ תאי של הסקלרה, ובכך לתווך פיצוי נוסף.  בהינתן כי רקמות עוברות רמודלינג ללא הפסקה תחת בקרה הומאוסטטית, אנו שואלים מדוע קיצור הציר או כיווץ הינם פחות סבירים מאשר התארכות או הגדלה.

מחקרים קודמים הראו כי גודל האיבר יכול להשתנות בצורה דרסטית תחת תנאים פיזיולוגיים. בנחשי הפיתון הבורמזי אשר באופן טיפוסי ניזונים רק פעם אחת במספר חודשים, הלב, הריאות, הכבד, מוקוזת המעי והכליות כולם משתנים בין גודל גדול לקטן. לאחר ארוחה גדולה, העלייה במסת האיברים הללו נעה בין 50% ל-150% (כאחוזי מסה בצום).²  בהרבה ציפורים המתרבות בצורה עונתית, הגונדות יכולות להתכווץ עד 87% כאשר אורך היום מתקצר מ-13 ל-12 שעות( ציפורי נמלים מנוקדות³ ). אם איברים אחרים יכולים להשתנות בגודלם, אולי גם עיניים יכולות להתכווץ בעת הצורך. במחקר זה הדגמנו כי עיניים של אפרוחים, חדפי עצים, מרמוסטים וקופי מקוק רזוס יכולות לקצר את הציר שלהן בתגובה לקוצר ראיה ללא מיקוד שהושרה עליהן באמצעות הרכבת עדשות חיוביות או החלמה מהרכבת עדשות שליליות או מהימנעות חד עינית, על ידי סיכום נתונים קודמים מארבע מעבדות עצמאיות של Josh Wallman, Neville A. McBrien, David Troilo  ו- Smith III.

חלק מהתוצאות אשר התקבלו באפרוחים הוצגו בעבר בצורה מקדימה( Zhu X ו- Wallman J. IOVS 2009;50:ARVO E-Abstract 3929). או במחקרים נפרדים עבור מטרות שונות. ^4-6 עבור חדפי העצים , הנתונים המתייחסים למטבוליזם של הסקלרה וקוצר הראיה המושרה באותן חיות דווחו בעבר בעבודות נפרדות עבור מטרות שונות. ⁷ עבור נתוני המרמוסטים^8-10 וקופי מקוק הרזוס^11-15 חלק מהממצאים הוצגו בדיווחים נפרדים עבור מטרות שונות המתייחסת להחלמה מקוצר ראיה.

חומרים ושיטות

בעלי חיים

אפרוחי לגהורן לבנים הושגו מאוניברסיטת קורנל (Cornell K-strain; Ithaca, NY) או מחוות Truslow (Hyline-W98-strain; Chestertown, MD). האפרוחים הוחזקו במבנה מחומם, חסין לרעש(  76 X 61ס"מ) עם מחזורי אור-חושך של 14:10 בהאמה במעבדת Wallman. במחקר זה נעשה שימוש בחדפי עצים מגידול אמהי (Tupaia belangeri) ממושבת הגידול של מעבדת McBrien. בעלי החיים הועברו ממושבת הגידול 15 ימים לאחר פתיחת העיניים הטבעית, ביום שהתחילו התהליכים הניסויים. פתיחת העיניים התרחשה ב -20⁺_– 3 ימים (ממוצע +- עם סטיית תקן) לאחר הלידה. בעלי החיים הוחזקו כל פרט בנפרד בכלובי מתכת אל-חלד ונשמרו בתנאים של מחזורי אור-חושך של 15:9.כמו כן נעשה שימוש במחקר במרמוסטים בגידול אמהי (Callithrix jacchus) ממושבת הגידול במעבדת Troilo. בעלי החיים נשמרו בקבוצות על מחזורי אור-חושך של 10:14. קופי מקוק רזוס (Macaca mulatta) הושגו בגילאים 1-3 שבועות והוחזקו בתינוקיית הפרימטים במעבדת Smtih. הם הוחזקו במחזורי אור- חושך של 12:12. הטיפול והשימוש בכל החיות הותאם להצהרת ARVO לשימוש בבעלי חיים במחקרים אופטלמיים וויזואליים וכן עדת האתיקה המקומית לבעלי חיים במוסד של החוקרים בהתאמה.

התהליך הניסוי

הטבלה מטה כוללת את פרטי הטיפול ומדגם עבור כל טיפול לכל מין.

עבור האפרוחים, נעשה שימוש בעדשות פלסטיק PMMA (קוטר של 12 מ"מ עם רדיוס אופטי אחורי של 7 מ"מ) או עדשות זכוכית( ללא עיקול נראה לעין) של  7-, 6+, 7+ או 10+ דיופטר(D). כל עדשה הודבקה בין טבעת פלסטיק נוקשה וטבעת סקוטש, וחוברה לטבעת סקוטש תואמת שהודבקה קודם לכן לנוצות סביבי עיני האפרוחים. העדשות נוקו פעמיים ביום לפחות. רוב האפרוחים הרכיבו עדשות שליליות (D 7-)באופן מתמשך ושאר האפרוחים הרכיבו עדשות חיוביות(6+, 7+, או 10+ D ) או בצורה מתמשכת( עם או ללא דיפיוזר חלש) או למשכי זמנים מגוונים (בייחוד, 20 שניות לכל 20 דק', 5 שניות לכל 5 דק', 2 דק' לכל 10 דק' או שעה, 5 דק' לכל 4 שעות ו30- דקות לכל 2,4, או 12 שעות) עם החשכה בין האפיזודות. האפרוחים הללו הוערכו באמצעות ביומטריית אולטרסאונד לפני ואחרי שלושה ימי טיפול. סט נוסף של אפרוחים הרכיבו עדשות שונות על עין אחת והעין השניה שתפקדה כביקורת הוערכה על ידי ביומטריית אולטרסאונד שוב ושוב במשך שעה. החוקרים השתמשו בנתונים מהעין שלא טופלה בלבד על מנת לחשב את ב-SD , אינדקס הערכת הטעות באפרוחים. הגיל ההתחלתי של כל האפרוחים היה שבוע ימים בכל הניסויים.

עבור חדפי העצים, אחת העיניים ( באותה החיה) נחסמה לראיה על ידי חסם שקוף למחצה המותאם למשקף המורכב על הראש 15 ימים לאחר פתיחת העיניים הטבעית. החסם השקוף למחצה נשאר במקום למשך של 5 ימים בזמן שהעין השנייה הושארה ללא טיפול. לאחר חמישה ימים מניעת הראיה הופסקה, כל חדפי העצים (n=39) עברו ביומטריית אולטרסאונד ( A-scan ultrasound ) מיד לאחר הסרת המשקף המורכב שהחזיק את החסם. עבור סך של 34 חיות הותרה החלמה מקוצר הראיה המושרה לתקופות של 1,3,4,7 או 9 ימים עם n ≥ 5 בכל קבוצת החלמה.

עבור המרמוסטים, התנאים שנבדקו אשר יכולים לגרום לצמיחת עיניים מופחתת כללו גידול של חלקם עם עדשות מגע חיוביות (+5 D) על עין אחת או עדשות משקפיים על שתי העיניים+3 D)  או  +5 D) מגיל ארבעה חודשים (ממוצע גילאים= 128 ימים) עבור משכי זמן מגוונים על מנת לכפות קוצר ראיה ללא מיקוד. פרטים על העדשות בהן נעשה שימוש מדווחים בעבודות המקוריות. ^8-10 לשאר החיות בהן נעשה שימוש באנליזה הזו היה קוצר ראיה אשר הושרה על ידי הרכבת חסם שקוף או על ידי הרכבת עדשת מגע שלילית ( (−5 D)על עין אחת או עדשות משקפיים על שתי העיניים (−3 D או −5 D) החל מגיל 10 שבועות והמכשור הוסר כאשר המרמוסטים היו בני ארבעה חודשים בקירוב. (ממוצע גילאים=112 ימים) ואז הם העיניים שלהם הורשו להחלים. קבוצה נוספת של מרמוסטים שלא טופלה הוערכה אף היא באמצעות אולטרסאונד בצורה מחזורית.

קופי מקוק רזוס הרכיבו עדשות שליליות ( בפרט , −3 D על עין אחת [OD −3 D], −3 D על שתי העיניים, −6 D  על שתי העיניים  [OU −6 D], עדשות שליליות רציפות על שתי העיניים [OU NS]  או חסם על עין אחת [FD]) החל מגיל 3 או 4 שבועות (ממוצע גילאים= 135 ימים) ולאחר מכן העיניים שלהם הורשו להחלים. קבוצה נוספת של קופי מקוק רזוס שלא טופלו הוערכה אף היא באמצעות אולטרסאונד בצורה מחזורית.

מדידות ביומטריה צירית

מידות העין הפנימיות נמדדו באמצעות אולטרא-סונוגרפיה של סריקת A מהמשטח הקדמי של הקרנית עבור כל ארבעת המינים, אך לרקמות שונות בחלק האחורי של העין במרווחי מדידה שונים, עבור בעלי חיים שונים.

עבור האפרוחים נערכה אולטרא-סונוגרפיה של סריקת A עם מתמר של MHz  30 (דגם 176599; Panametrics,   (Waltham, MA ונדגמה ב- MHz  100 עם לוח Sonix 8100 A / D Sonix, Inc. ספרינגפילד,VA) במחשב.¹⁶ הממדים העיניים הפנימיים (מהמשטח הקדמי של הקרנית ועד המשטח החיצוני של הסקלרה) נמדדו עם אפרוחים שהורדמו עם 1.5% איזופלוריין. ¹⁷  אורך העין הוגדר כסכום של עומק החדר הקדמי, עובי העדשה, עומק החדר הזגוגי ,עובי הרשתית, כורואיד וסקלרה. עבור אפרוחים שהרכיבו עדשות שונות במשך 3 ימים נמדדו העיניים בתחילת ובסוף כל ניסוי ושאר האפרוחים הוערכו בצורה חוזרנית תוך שעה.

עבור חדפי העצים, אורך העין (מהמשטח הקדמי של הקרנית לפני השטח הפנימיים של הסקלרה) נמדד לפני ואחרי ההחלמה באמצעות אולטרסאונד A-Scan. בחדפי העצים מדידות אולטרסאונד נדגמו באמצעות מתמר אולטרסאונד בקוטר 6.35 מ"מ ממוקד ב22 מ"מ, 10 MHz, המונע על ידי פולסר / מקלט של Panametrics 5052 אשר הוצמד למסגרת פרספקס 15 מ"מ (Lucite International, סאות'המפטון, הממלכה המאוחדת) עם הזלפה רציפה של סליין 0.9% (קצב זרימה 0.8 מ"ל / דקה). המסגרת הוצבה ידנית כך שעמוד הסליין היה במגע עם הקרנית המורדמת (0.5% פרוקסימטאקין HC1) ללא כל השמה. הדים של צורת גל עברו מהפולסר / מקלט לאוסצילוסקופ אחסון דיגיטלי של LeCroy 9400 (קצב דגימה 100 מגה-דוגמאות / שניות; LeCroy, ז'נבה, שוויץ). כדי לשפר את יחס האות לרעש, כל צורת גל מאוחסנת הייתה הממוצע של 20 צורות גל בודדות נכנסות. שש צורות גל מאוחסנות ממיקום עצמאי של המתמר נאספו עבור כל עין והועברו למחשב לצורך מדידה עוקבת. המרת זמן למרחק השתמשה בערכים שדווחו קודם לכן עבור חדפי העצים¹⁸ בסוף תקופת החלמה, ממדים משווניים (עליונים-תחתונים , אפיים-טמפורליים) של העיניים שהוסרו מחדפי העצים נמדדו באמצעות קליפר דיגיטלי.

עבור המרמוסטים, אורך העין (מהמשטח הקדמי של הקרנית למשטח הפנימי של הסקלרה) נמדד בצורה חוזרנית באמצעות אולטרא-סאונד של סריקת A במהלך תקופות של הרכבת עדשות חיוביות, או החלמה מקיפוח ראיה או מקוצר ראייה אשר הושרה על ידי עדשות שליליות. נעשה שימוש במתמר טבילה פיזואלקטרי של 33 MHz (דגם PZ25-0.25-SU-R1.00; Panametrics) המונע על ידי פולסר / מקלט אולטרא-סאונד (דגם 5072 PR-15U; Panametrics). המתמר הוצמד לעין עם מסגרת פלקסיגלס מלא מים בגודל 16 מ"מ, אשר מיקמה את אזור המוקד של גל הקול בתוך החדר הזגוגי של עיני המרמוסט עבור כל הגילאים. אות האולטרסאונד עבר דיגיטציה לניתוח באמצעות לוח המרה אנלוגי לדיגיטלי של 100 MHz (דגם STR-8100; Sonix, Inc; או דגם NI-PCI-5922; National Instruments, אוסטין, טקסס).לניתוח באמצעות לוח המרה אנלוגי לדיגיטלי של 100 MHz (דגם STR-8100; Sonix, Inc; או דגם NI-PCI-5922; National Instruments, אוסטין, טקסס).

באופן דומה, עבור קופי מקוק רזוס, אורך העין נמדד בצורה חוזרנית על ידי אולטרא-סאונד של סריקת A במהלך החלמה מקיפוח או מהרכבת עדשות שליליות. עם זאת, אורך העין (או "אורך הציר") היה מהמשטח הקדמי של הקרנית ועד המשטח הקדמי של הרשתית. לפיכך, אורך הציר יכול להיות מושפע משינויים בעובי הכורואידלי. מרבית הנתונים(67%) (n = 4, 3 ו- 26 בקבוצות FD, OD -3 D ולא מטופלים, בהתאמה, וכל בעלי החיים שטופלו במשקפת) הושגו באמצעות מכשיר (Mentor תמונה 2000, מתמר MHz 7; Mentor, Norwell, MA) שסיפק מידע על רכיבי עיניים בודדים, בפרט עומק החדר הזגוגי. מכשיר זה (Mentor Image 2000, מתמר 7 MHz; Mentor) סיפק את הממוצע של 10 מדידות נפרדות. המכשיר (Mentor Image 2000, מתמר 7 MHz; Mentor) עשה שימוש במהירות צליל ממוצעת משוקללת בתקשורת העינית של 1550 מ 'לשנייה כדי לחשב מרחקים תוך עיניים. שאר הנתונים (n = 5, 6 ו- 14 בקבוצות FD, OD -3 D, ולא מטופלים בהתאמה) הושגו באמצעות OTI A-scan (OTI scan 1000, 12 MHz transducer).

סטטיסטיקות

הנתונים מוצגים כממוצע ± SD. שתי שיטות סטטיסטיות שונות שימשו להשוואת מספר העיניים שהתקצרו בצורה צירית אל מול מספר העיניים שלא התקצרו, בעיניים המטופלות ובקבוצת עיני הבקרה הלא מטופלות, בהתאמה.

עבור אפרוחים וחדפי עצים, מספר העיניים המטופלות שהתקצרו בעת הרכבת עדשות חיוביות (אפרוחים) או כאלה שהחלימו מקיפוח ראיה(חדפי עצים) לעומת אלה שלא התקצרו הושוו לקבוצת עיני הבקרה הצמודות של אותם בעלי החיים באמצעות מבחני χ2.

עבור מרמוסטים וקופי מקוק רזוס, ההשערה כי יותר עיניים שהרכיבו עדשות חיוביות, או התאוששו מקיפוח ראיה או הרכיבו עדשות שליליות, התקצרו בהשוואה לעיניים בבעלי חיים רגילים שלא טופלו, נבדקה באמצעות bootstrapping 19 (Matlab, גרסה R2010b; Mathworks, Natick, MA). הניתוח כלל את השלבים הבאים: ראשית, השינוי באורך הציר בעיניים המטופלות בין התחלת הרכבת העדשות החיוביות, או החלמה מקיפוח או עדשות שליליות ובפעם הבאה שנמדדו בעלי החיים (ממוצע = 31 ו -14 ימים למרמוסטים. וקופי מקקי רזוס, חושב בהתאמה). עבור בעלי חיים שהרכיבו מכשירים על שתי העיניים,נעשה שימוש בשינוי באורך הציר משתי העיניים שטופלו  עבור ניתוח הנתונים. הנתונים מבעלי חיים שטופלו באופן חד-עיני לעומת דו-עינית נותחו בנפרד.

שנית, נעשה שימוש בנתונים מעיניהם של בעלי חיים שלא טופלו לצורך השוואה. מאחר ועיניהם של בעלי החיים שטופלו ולא טופלו נמדדו בימים שונים, אורך הציר ההיפותטי של עיניהם של בעלי החיים שלא טופלו באותו יום בו נמדדו בעלי החיים שטופלו נבדק על סמך נתוני אורך הציר מאותו בעל חיים נורמלי מסוים ( איגור פרו, גרסה 5.02; Wavemetrics, Lake Oswego, OR), בהינתן שחיה נורמלית זו נמדדה בתדירות גבוהה. לכן, עבור חיות שטופלו ב- x, ניתן לחשב X סטים של אורכי ציר עבור כל חיה רגילה ולא מטופלת. יתר על כן, אם היו  X בעלי חיים שטופלו ב- ו- y בעלי חיים שלא טופלו, ניתן לחשב סך של xy סטים של אורכי ציר. באופן ספציפי, עבור מרמוסטים, היו בסך הכל 94 בעלי חיים שטופלו ו- 20 בעלי חיים שלא טופלו (שימו לב כי נתונים של כמה בעלי חיים שטופלו ולא טופלו לא נכללו לחישוב בגלל חוסר בנתוני אולטרסאונד או מדידות נדירות), וכך נותרו 1334 סטים של אורכי ציר שחושבו (ראה איור 6).

עבור מקוקי רזוס היו 35 בעלי חיים שטופלו ו -40 בעלי חיים רגילים. לפיכך, סה"כ 1400 (35 × 40 = 1400) סטים של אורכי ציר חושבו. מאחר ונתונים אלה אינם תלויים זה בזה, נעשה שימוש בשיטות bootstrapping במקום בדיקות χ2 להשוואת מספר העיניים שהתקצרו לעומת אלו שלא עבור בעלי חיים שטופלו וכאלה שלא טופלו.

שלישית, מספר העיניים המטופלות שהתקצרו ואלו שלא, הושוו למספר העיניים של בעלי חיים שלא טופלו אשר התקצרו באותו פרק זמן (מחושב באינטרפולציה) וכאלה שלא התקצרו באמצעות הליך bootstrapping. באופן ספציפי, לאחר שנצפה כי עבור טיפול נתון, מספר מסוים, n, מתוך m עיניים מטופלות התקצרו, ניתחנו האם אירוע כזה יכול היה להתרחש במקריות. כדי לאמוד את ההסתברות למצוא כי – n מתוך m העיניים המטופלות התקצרו בצורה צירית, השתמשנו בהליך bootstrapping לבניית התפלגות המייצגת את ההסתברות להתבונן במספר שרירותי של קיצור עיניים בקבוצת m. כדי לבנות את ההתפלגות, איגדנו מדידות מעיניים לא מטופלות ונלקחו דגימות אקראיות של מדידות m, 50,000 פעמים. עבור כל דגימה שנבחרה באופן אקראי, ספרנו את מספר המדידות שהיו פחות מ- 0 (עיניים שהתקצרו). ההתפלגות שהתקבלה אפשרה לנו לחשב את ההסתברות למצוא לפחות n עיניים שהתקצרו במדגם בגודל m על ידי ספירת מספר הפעמים מתוך 50,000 שהתקבלו בהן דגימות אקראיות בגודל m שהכילו גם הן לפחות n מדידות פחות מ- .0 אם צפינו בפחות מ- 2500 התרחשויות כאלה (פחות מ -5% מהדגימות עם bootstrapping), הגענו למסקנה כי אין לשייך ליד המקרה את מספר העיניים שצפינו בהן מתקצרות בצורה צירית.

בנוסף, נעשה שימוש ברווח בר סמך של 95% (CIs) עבור מדדי אולטרא-סונוגרפיה של סריקת אורך הציר עבור המינים השונים בכדי להעריך אם ניתן לקחת בחשבון את קיצור הציר שנצפה בתגובה לדיספוקציה של קוצר ראייה על ידי שגיאת מדידה. עבור אפרוחים, ה- CI של 95% חושבו מעיני בקרה (n = 145) שנמדדו פעמיים במרווח של שעה, במהלכן עיניהם האחרות הרכיבו עדשות שונות. עבור קופי מקוקי רזוס נמדדה הישנות מדידה מ -20 עיניים בכדי לבסס רווח בר סמך של 95%. עבור חדפי העצים¹⁸ ומרמוסטים ⁸, נעשה שימוש ברווח בר סמך 95% מנתונים שדווחו בעבר על בעלי חיים רגילים משתי המעבדות.

תוצאות

עבור אפרוחים, כצפוי, עדשות משקפיים שליליות וחיוביות העלו והורידו את קצב התארכות העין בהתאמה (איור 1). עיניים אשר הרכיבו עדשות שליליות למשך 3 ימים (n = 24) התארכו פי שתיים מהעיניים הצמודות אשר הרכיבו עשות חיוביות ושליליות (n = 219, שינוי ממוצע באורך העין, 314 לעומת 171 מיקרומטר, P <0.001, מבחן tailed-1 T -student's לא מזווג , איורים 1 א, 1 ב) ואילו עיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות למשך 3 ימים (n = 195) התארכו פחות מרבע מאשר העיניים האחרות הצמודות. (ממוצע 40 לעומת 171 מיקרומטר, P <0.001, איורים 1B, 1C). באפרוחים אשר הרכיבו עדשות חיוביות, 75 מתוך 195 (38.5%) עיניים עם עדשות חיוביות הפכו קצרות יותר מאשר בתחילת הניסוי (ממוצע קיצור ± SD −63 ± 49 מיקרומטר, איור 1C), ואילו רק 10 עיניים הצמודות להן התקצרו (-58 ± 34 מיקרומטר, איור 1B). התדירות של קיצור העין בעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות ובעיניים הצמודות הייתה שונה באופן משמעותי (P <0.001, χ2).

התפלגויות התדירות של השינוי באורך העין (מקדמת הקרנית עד אחורי הסקלרה) בעיניים שהרכיבו עדשות שליליות (A), כל העיניים הצמודות (B), עיניים שהרכיבו עדשות החיוביות (C), כולן נמדדו בהפרש של 3 ימים ועיניים שלא טופלו נמדדות שוב ושוב תוך שעה מקבוצה אחרת (D), באפרוחים. החיצים מציינים את הממוצע של כל קבוצה. ברור שבעוד ועדשות שליליות הגבירו את קצב התארכות העין, עדשות חיוביות הורידו את קצב ההתארכות, כאשר 38.5% מהעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות של העדשות התקצרו במהלך הניסוי (משמאל לאפס). יתר על כן, נתונים מעיניים שנמדדו שוב ושוב (D) הראו את השגיאה של מדידות אורך העין באמצעות ביומטריה. החוקרים ציפו למעט מאד גדילה תוך שעה ואכן מרבית הנקודות היו קרובות לאפס.

ה- CI 95% עבור מדדי אורך העין הוערך ממדידות חוזרות ונשנות על 145 העיניים הצמודות, הזמן בין מדידה למדידה היה שעה אחת. מדידה זו סיפקה SD של 26 מיקרומטר, וכתוצאה מכך 95% CI של ± 51 מיקרומטר. לאמיתו של דבר, ה- SD של המדידות הללו (SD = 26 מיקרומטר) העריך יתר על המידה את שגיאת המדידה מכיוון שהיא התבססה על מדגם הטרוגני של חיות ניסוי שנמדדו בשעות שונות ביום. שימוש ב- SD זה והנחה כי השינויים באורך העיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות, התייחסו להתפלגות נורמלית (איור 1D), אפס שינוי באורך העיניים בעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות יהיה 1.54 SD מתחת לממוצע (40 מיקרומטר). לכן, אם שגיאת המדידה הייתה הגורם היחיד, היינו מצפים ש- 6.2% מבין 195 העיניים הללו (12 עיניים) היו מתקצרות, ולא 38.5% (75 עיניים) שנתקלנו בהן (P <0.0001, הבדיקה המדויקת של פישר).

באופן לא מפתיע, קיצור אורך העין הביא גם לירידה בעומק החדר הזגוגי (איור 2). עומק החדר הזגוגי בעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות ירד ב -84 מיקרומטר במהלך ניסויים של שלושה ימים (איור 2 ג '), בעוד שעומק תא הזגוגית בעיניים הצמודות לאלו שהרכיבו עדשות חיוביות ושליליות התארך באותה מידה. (איור 2B, P <0.001, מבחן t לא מזווג סטודנטיאלי חד זנבי). יתר על כן, נמצאה הגדלה צירית מופחתת משמעותית בעומק החדר הקדמי ובעובי העדשה בעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות, אם כי במידה קטנה יותר (עומק החדר הקדמי, עיניים שהרכיבו עדשות החיוביות לעומת כל העיניים הצמודות אחרות 1 לעומת 15 מיקרומטר, P < 0.01; עובי העדשה 89 לעומת 102 מיקרומטר, P <0.01). הכורואידים בעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות התעבו באופן משמעותי יותר מהכורואידים שנמצאו בעיניים הצמודות האחרות (32 לעומת -26 מיקרומטר, P <0.001). שינוי זה, לעומת זאת, גרם רק להפחתת עומק החדר הזגוגי מבלי לשנות את אורך העין. התקצרות החדר הזגוגי בעיניים אשר הרכיבו עדשות חיוביות לא יכול להיות מוסבר באופן מלא על ידי עיבוי כורואידלי באותן עיניים (קיצור החדר הזגוגי לעומת התעבות הכורואיד 84 לעומת 32 מיקרומטר), אך הוא תוצאה של אורך העין המופחת. לא נמצא שינוי משמעותי בעובי הרשתית או הסקלרה במהלך הניסויים.

התפלגויות התדירות של שינוי בעומק החדר הזגוגי בעיניים אשר הרכיבו עדשות שליליות (A), כל העיניים הצמודות להן (B), עיניים שהרכיבו עדשות חיוביות (C), כולן נמדדו בהפרש של 3 ימים ועיניים לא מטופלות נמדדו שוב ושוב תוך שעה מתוך קבוצה אחרת (D), באפרוחים.  החצים מציינים את הממוצע של כל קבוצה. בדומה לאיור 1, ברור שלמרות שעדשות שליליות הגדילו את עומק החדר הזגוגי, עדשות חיוביות הורידו אותו (הרכבת עדשות חיוביות גרמה לכך שהחדר הזגוגי התקצר בכשני שליש מהעיניים). שוב, נתונים מעיניים שנמדדו שוב ושוב (D) הראו את הדיוק והתוקף של מדידות ביומטריות של עומק החדר הזגוגי.

על מנת לשלול את האפשרות של גדילה אבנורמלית אצל האפרוחים שהרכיבו עדשות חיוביות ועיניהם התקצרו, גדילת העיניים הצמודות הושוותה לשאר העיניים הצמודות, מכיוון שמצב פתולוגי מערכתי יכול היה להפחית את גדילת העין ולא רק בעין אשר הרכיבה עדשה, אלא גם בעין השנייה. בקרב 195 שהרכיבו עדשות חיוביות, בעוד 75 עיניים שטופלו התקצרו (38.5%), רק 10 עיניים צמודות התקצרו (5.1%). אחוז זה לא היה שונה באופן משמעותי מאחוז העיניים שהתקצר בכל העיניים הצמודות (11 מתוך 219 עיניים צמודות או 5.0%, P = 0.26, המבחן המדויק של פישר). אף על פי שהעיניים הצמודות לעיניים שהתקצרו התארכו במעט פחות בממוצע מעיניים צמודות שלא טופלו באופן כללי (ממוצע 131 לעומת 171 מיקרומטר), הדבר עשוי להיות קשור בתנועת העיניים לאותו כיוון (תנועה ידועה) ^20–22 הבדל זה אינו יכול להסביר את קיצור העיניים אשר הרכיבו עדשות. בנוסף, הרכבת עדשות חיוביות גרמה להתקצרות העיניים במגוון רחב של פרדיגמות, מה שמצביע על כך שקיצור צירי של העדשות החיוביות באפרוחים אינו תוצאה של פתולוגיה, אלא היה תוצר של מנגנון פיצוי פעיל על קוצר ראייה מושרה.

עבור חדפי עצים, באופן דומה, העיניים אשר התאוששו מקוצר ראייה אשר הושרה באמצעות קיפוח, התקצרו בצורה צירית כדי לפצות על קוצר ראיה ללא מיקוד. (איור 3): לאחר החלמה של 1, 3, 5, 7 או 9 ימים מ-5 ימים של קיפוח חד-עיני, 30 מתוך 34 (88%) עיניים שטופלו התקצרו (שינוי ממוצע באורך הציר מהקרנית למשטח הפנימי של הסקלרה במהלך ההחלמה -60 ± 53 מיקרומטר, ממוצע ± SD), בעוד שרק 5 עיניים צמודות התקצרו בצורה צירית (שינוי ממוצע 49 ± 48 מיקרומטר, P <0.0001, מבחן χ2, איור 3). קיצור אורך הציר הביא גם לירידה בעומק החדר הזגוגי (נתונים לא מוצגים): עומק החדר הזגוגי בעיניים שהתאוששו פחת ב -89 מיקרומטר ואילו עומק החדר הזגוגי בעיניים הצמודות להן וארך ב -16 מיקרומטר (P < 0.0001, 1-tailed Student's t-test מזווג). יתר על כן, נמצאה גם צמיחה קטנה אך מופחתת באופן משמעותי בעומק החדר הקדמי (עיני שהתאוששו לעומת עיניים צמודות 3- לעומת 16 מיקרומטר, P <0.05, 2-tailed Student's t-test). מזווג). מדד ה- CI 95% עבור מדדי אורך ציר בחדפי עצים דווח בעבר כ ± 40 מיקרומטר, ¹⁸ כלומר הרבה פחות משמעותי מהקיצור הצירי הממוצע של 60 מיקרומטר שנצפה בעיני חדפי העצים אשר התאוששו מקוצר ראייה אשר הושרה בניסוי במחקר שלנו.

התפלגויות התדירות של שינוי אורך הציר (מהשטח הקדמי של הקרנית למשטח הפנימי של סקלרה) בעיניים אשר טופלו והחלימו מקוצר ראייה מושרה באמצעות קיפוח במשכי זמן שונים (למעלה) ובעיניהם הצמודות שלא טופלו באותו משך זמן. (למטה) בחדפי עצים. סה"כ 30 עיניים שטופלו התקצרו במהלך ההחלמה ואילו 5 עיניים הצמודות להן התקצרו באותו פרק זמן (P <0.0001, χ2 test)

ממצא בולט נוסף בחדפי עצים הוא שאחוז העיניים שהתקצרו בצורה צירית היה בקורלציה חיובית עם משך ההחלמה (איורים 3, 4). לאחר יום החלמה אחד(n = 5 )  2 עיניים שטופלו ושתי העיניים הצמודות להן (מבעלי חיים שונים) התקצרו, בהתאמה. לאחר 3 (n = 8) ו- 5 (n = 10) ימי החלמה, 7 ו -10 עיניים שטופלו התקצרו, בהתאמה, לעומת 4 ו- 1 עיניים צמודות שהתקצרו (P <0.0001 לקבוצת ההחלמה של 5 ימים, מבחן χ2) . לאחר 7 ו -9 ימי החלמה (n = 5 ו -6 בהתאמה), כל העיניים שטופלו התקצרו וכל העיניים הצמודות גדלו (P <0.0001). יתר על כן, ניתן לראות בבירור בתרשים 4 כי יותר מ 68% מהעיניים שטופלו (ממוצע ± 1 SD) בקבוצות שהיו להן יותר משלושה ימי החלמה (5-9 ימי החלמה) התקצרו, מה שחיזק את הממצא שרוב העיניים של חדפי העץ מתקצרות בצורה צירית כדי לפצות על קוצר ראיה ללא מיקוד. איור 4 מראה גם כי ההבדל היחסי הגדול ביותר בין העיניים שהתאוששו והעיניים הצמודות להן התרחש בקבוצת ההחלמה שהייתה בת 9 ימים (150 מיקרומטר), אם כי הקיצור הממוצע הגדול ביותר בעיניים שטופלו (ממוצע = 92 מיקרומטר) התרחש בקבוצת שלושת ימי ההחלמה.

איור 4

שינוי באורך הציר (מהמשטח הקדמי של הקרנית למשטח הפנימי של סקלרה) בקבוצת העיניים שהתאוששו (ציר y) הושם מול השינוי בציר בעיניים הצמודות להן (ציר ה- X) בחדפי העצים. סמלים קטנים ללא מילוי מייצגים עיניים בודדות, וסמלים גדולים עם מילוי מייצגים ממוצעים לכל קבוצה (ממוצע ± 1 SD). ברור שרוב עיני העיניים שהתאוששו התקצרו (מתחת לאפס בציר ה- y), ואילו העיניים הצמודות גדלו (מעל לאפס בציר ה- X). האיור מראה גם כי ההבדל הממוצע הגדול ביותר בין עיניים שטופלו ועיני הבקרה הצמודות להן התרחש בקבוצת ההחלמה בת 9 הימים (~ 150 מיקרומטר), בעוד שהדרגה הממוצעת הגדולה ביותר של קיצור ציר בעיניים שטופלו (92 מיקרומטר) התרחשה בקבוצת ההחלמה בת 3 הימים.

מכיוון שהעיניים אכן התקצרו בצורה צירית במונחים אבסולוטיים במהלך פיצוי על קוצר ראיה ללא מיקוד, יתכן שבמהלך ההחלמה גדילת העין הצטמצמה בכיוון הצירי, אך יכולה הייתה לעלות בכיוון המשווני. עם זאת, מדידות באמצעות קליפר דיגיטלי, של ממדים משווניים (עליונים / תחתונים ומדיאליים / לטרליים) מעיניהם של חדפי העץ (עיניים שהוסרו) הראו כי ההרחבה המשוונית שנצפתה לאחר 5 ימים של קוצר ראייה מושרה (הבדל ממוצע של עליון / תחתון + מדיאלי / לטרלי) בין קבוצת הטיפול לעומת קבוצת הבקרה היה 90 ± 24 מיקרומטר) הצטמצמה באופן הדרגתי ככל שתקופת ההחלמה הייתה ארוכה יותר (ההבדלים הממוצעים בקבוצה בין העיניים שטופלו לבין עיני הבקרה בקבוצות ההחלמה של 1-, 3-, 5-, 7- ו- 9 ימים היו 91 ± 18 , 77 ± 15, 20 ± 13, 16 ± 14 ו- 17 ± 21 מיקרומטר, בהתאמה). לפיכך, הגדלה של קו המשווה מקוצר ראייה מושרה פחתה בהדרגה במהלך ההחלמה מקוצר הראייה, אך לא הראתה קיצור מוחלט במימד המשווני, דבר המצביע על כך שהשינוי בגדילת העיניים הוא בעיקר בכיוון הצירי.

עבור מרמוסטים, עיניים שהרכיבו עדשות חיוביות בכדי להשרות קוצר ראיה, או שהתאוששו מקוצר ראייה אשר הושרה באמצעות קיפוח או מהרכבת עדשות שליליות, היו יכולות להתקצר גם באופן צירי כדי לפצות על קוצר הראיה ללא המיקוד, אם כי מצב זה נראה בתדירות נמוכה בהרבה בהשוואה לעיניים של חדפי העצים, האפרוחים, או קופי מקוק רזוס (איור 5). למרמוסטים שטופלו בצורה חד-עינית והרכיבו עדשות מגע + 5D, או שהחלימו מקוצר ראייה הנגרם על ידי הרכבת עדשות מגעD  5- או חסם ראיה (n = 15-18  בכל קבוצה), 8% מהעיניים שטופלו התקצרו בצורה צירית (4 עיניים שטופלו מתוך 48 עיניים כאשר 2 מהעיניים הללו החלימו מהרכבת עדשות מגע 5- D ושתיים אחרות החלימו מקיפוח עיני; שינוי ממוצע באורך הציר ± SD 165 ± 185 מיקרומטר, איור 5 א ') ואילו רק 3% מהעיניים הנורמליות שחושבו והותאמו לגיל(אינטרפולציה) התקצרו (22 מתוך 643 עיניים מחושבות, איור 5 ב '; P <0.05 לנתונים מאוגדים, bootstrapping; כאשר נותחו נתונים מכל קבוצה בנפרד, רק קבוצת המתאוששים מהרכבת חסם עיני הגיעה למובהקות סטטיסטית, (P <0.05). עבור מרמוסטים שטופלו במשקפיים והרכיבו עדשות משקפיים +3 D ​​או +5 D, או החלימו מקוצר ראייה שהושרה על ידי הרכבת עדשות משקפיים −3 D או −5 D ( (n = 18 ו n=24 ,בהתאמה) 4% מהעיניים שטופלו התקצרו בצורה צירית (3 עיניים שטופלו מתוך סך של 76 עיניים, כל 3 העיניים מבעלי חיים אשר החלימו מהרכבת עדשות -3 D או -5 D; שינוי ממוצע באורך הציר 173 ± 180 מיקרומטר, איור 5C), ואילו רק 1% מהעיניים הנורמליות שחושבו והותאמו לגיל(אינטרפולציה) התקצרו (9 מתוך 691 עיניים ,איור D5 P> 0.05,   לנתונים מאוגדים; כאשר נותחו נתונים מכל קבוצה בנפרד, P <0.001 עבור הקבוצה שהרכיבה עדשות שליליות). מדד ה- CI 95% עבור מדידות אורך הציר במרמוסטים דווח בעבר כ ± 33 מיקרומטר. ⁸

התפלגויות התדירות של שינוי אורך הציר (מהמשטח הקדמי של הקרנית למשטח האחורי של הסקלרה) בעיניים המטופלות של מרמוסטים שהרכיבו עדשות חיוביות, או החלימו מקיפוח ראיה או הרכבת עדשות שליליות (A, C), וכן בעיניים לא מטופלות בבעלי חיים רגילים אשר קובצו כך שתהיה התאמה למשך החשיפה החזותית של העיניים שטופלו ,באמצעות אינטרפולציה (B, D). שמאל וימין מייצגים את השינוי באורך הציר בעיני מרמוסטים שטופלו עם עדשה אחת או עם שתי עדשות משקפיים (בהתאמה לעיניים שלא טופלו באמצעות אינטרפולציה).ניתן לראות בבירור שאחוז גבוה יותר מהעיניים שטופלו התקצר (שינוי הציר היה מתחת לאפס) מאשר הנתונים מהעיניים הנורמליות שחושבו והותאמו לגיל. הקווים האנכיים מציינים היכן נמצא האפס על צירי ה- x, והחיצים מציינים את השינוי הממוצע באורך הציר עבור כל קבוצת עיניים.

נתוני אורך ציר מעיני קופי מקוק רזוס (מהמשטח הקדמי של הקרנית למשטח הקדמי של הרשתית) נותחו באופן דומה לזה של עיני המרמוסט, והם הראו כי עיני מקוק רזוס יכולות גם הן להתקצר בצורה צירית כדי לפצות על קוצר ראיה ללא מיקוד (איור). 6). עבור מקוק רזוס שטופלו בצורה חד-עינית והחלימו מקוצר ראייה שהושרה על ידי קיפוח (FD, n = 9) או מהרכבת עדשותD  3- ,( OD −3D, n = 9) סך של 33% מהעיניים התקצרו בצורה צירית (6 מתוך 18 עיניים, ממוצע שינוי באורך הציר ± SD 57 ± 179 מיקרומטר, איור 6 א ') ואילו רק 15% (111 מתוך 720 עיניים)מהעיניים הנורמליות שחושבו והותאמו לגיל(אינטרפולציה) התקצרו (איור 6 ב', P> 0.05 לנתונים מאוגדים, bootstrapping; כאשר נותחו נתונים מכל קבוצה בנפרד, קבוצת FD הראתה הבדל מובהק, P <0.05).

תדירות התקצרות העין במקוקים שטופלו בצורה דו עינית הייתה חזקה יותר מזו שנצפתה במקוקים שטופלו באופן חד-עיני, אם כי היא עדיין הייתה פחות ממחצית העיניים שטופלו (47%). מקוקי רזוס אלה החלימו מהרכבת עדשות −3 D (OU −3 D, n = 10) או עדשות  −6 D  (OU −6 D, n = 3), או עדשות רציפות שליליות (OU NS, n = 4) על שתי העיניים. סה"כ 47% מהעיניים שהחלימו מהרכבת משקפיים עם שתי עדשות (טיפול דו עיני) התקצרו בצורה צירית (16 מתוך 34 עיניים; 12, 1 ו -3 עיניים מקבוצות OU -3 D, OU -6 D ו- OU NS בהתאמה; ממוצע ± SD 22 ± 181 מיקרומטר, שינוי באורך הצירי, איור C6) ואילו רק 15% (104 מתוך 680) מהעיניים הנורמליות שחושבו והותאמו לגיל(אינטרפולציה) התקצרו (איור D, P <0.001  לנתונים מאוגדים, bootstrapping; כאשר נותחו נתונים מכל קבוצה בנפרד, קבוצות ה- OU -3 D ו- OU -6 D הראו גם הבדל משמעותי של P <0.001 ו- P <0.05, בהתאמה). שיעורי ה95%  CI עבור מדדי אורך ציריים עבור מקוק רזוס חושבו על פי מדדים חוזרים ונשנים על 20 עיניים של מקוקי רזוס ונמצאו כ- 47 מיקרומטר.

התפלגויות התדירות של השינוי באורך הציר (מהמשטח הקדמי של הקרנית למשטח הקדמי של הרשתית) בעיניים מקקי רזוס שטופלו והחלימו מקיפוח ראיה, או מהרכבת עדשות שליליות (A, C) ובעיניים שלא טופלו בבעלי חיים רגילים המקובצים כך שיתאימו לאותה החשיפה החזותית של העיניים שטופלו באמצעות אינטרפולציה (B, D). שמאל וימין מייצגים את השינוי באורך הציר בעיניים שטופלו באופן חד-עיני ודו עיני במקוקי רזוס (ובעיניים הלא-מטופלות המקבילות), בהתאמה. ברור שאחוז גבוה יותר מהעיניים שטופלו התקצרו (שינוי ציר מתחת לאפס) מהנתונים של העיניים הנורמליות שחושבו והותאמו לגיל(אינטרפולציה) הקווים האנכיים מציינים איפה אפס בציר ה-X והחצים מציינים את השינוי הממוצע באורך הציר עבור כל קבוצת עיניים.

מכיוון שאורך הציר במקוקי הרזוס נמדד לפי המשטח הקדמי של הרשתית, קיימת האפשרות כי קיצור הציר נגרם על ידי עיבוי כורואידלי. אם זה היה המקרה, ניתן היה לצפות שמידת העיבוי הכורואידלי תהיה שווה למידת התקצרות העיניים. עם זאת, ממצאים קודמים מצביעים על כך שקיצור הציר שהתגלה בעיני מקוק רזוס אלה לא נגרם אך ורק מעיבוי כורואידלי. נאמר בעבר כי עיבוי כורואידלי במקוקי רזוס היה בממוצע 50 מיקרומטר, כאשר מידת העיבוי הגדולה ביותר צוינה כ- 102 מיקרומטר. 23 מבין עיני המקוק הרזוס שהתקצרו בצורה צירית, ביותר ממחצית העיניים ההתקצרות הייתה יותר מהעיבוי הכורואידלי המקסימלי שדווח בעבר.²³ מתוך 22 עיני המקוק שהתקצרו בצורה צירית, 11 התקצרו ביותר מ- 100 מיקרומטר, ונעו בין 120 ל -310 מיקרומטר (קיצור ממוצע ב -22 העיניים האלה –122 ± 85 מיקרומטר), מידות גדולות משמעותית מכפי שאפשר לייחס לעיבוי כורואידלי.

לכן, למרות כי סביר להניח שעיבוי כורואידי בעיני מקוק רזוס תרם לקיצור הציר שנצפה במדידות בעיניים אלה, בערך במחצית העיניים שהתקצרו, לא ניתן היה לחשב את גודל הקיצור שנתרם על ידי עיבוי כורואידלי בלבד, דבר המצביע על כך שעיני מקוק רזוס יכולות להתקצר גם בצורה צירית בכדי לפצות על קוצר ראיה ללא מיקוד.

דיון

הנתונים שלנו סיפקו עדויות לכך שעיני עופות ויונקים יכולות להתקצר בצורה צירית כדי לפצות קוצר ראיה ללא מיקוד. קיצור עיניים זה הנמצא במגוון מינים, ללא קשר להבדלים המבניים בסקלרה ובגודל העיניים, מרמז כי אותו מנגנון מווסת את גדילת העין ונשמר מבחינה אבולוציונית.

בחדפי עצים בהם רוב העיניים שטופלו (88%) ונחשפו לקוצר ראיה ללא מיקוד, התקצרו בצורה צירית, הממצא לפיו הקוטרים המוגדלים של קו המשווה שנצפו לאחר 5 ימים של קוצר ראייה מושרה קטנו באופן הדרגתי במהלך ההחלמה מקוצר הראייה, כך שלא היה הבדל סטטיסטי בין עיניים שטופלו והעיניים הצמודות להן בכל קבוצות ההחלמה, תומך בסברה שהעיניים שטופלו כפיצוי על קוצר ראיה ללא מיקוד אכן התכווצו (צמצום שטח הפנים). לגבי אפרוחים, מרמוסטים ומקוקי רזוס אנו יכולים רק לקבוע כי עיניהם של מינים אלה יכולים להתקצר בצורה צירית בתגובה לקוצר ראיה ללא מיקוד מכיוון שלא היו זמינים אמצעים משווניים. עם זאת, נראה כי תהליך דומה מתרחש בכל המינים.

ניתן לשקול את העובדה כי יהיה קשה יותר לעיני אפרוחים להתקצר מכיוון שלסקלרה של הגוזל יש שכבה סחוסית נוקשה יותר המורכבת מכונדרוציטים, ואילו בשכבה החיצונית של עיני היונקים יש רק סקלרה סיבית המורכבת מפיברובלסטים ומיופיברובלסטים, ²⁴ אשר תיאורטית אמורה הייתה להקל על תהליך הרמודלינג. עם זאת, מחקר קודם שנערך על ידי Kusakari et al. מצא עדויות לרמודלינג בסקלרה האחורית בזמן קוצר ראייה שהושרה אצל אפרוחים. ²⁵ באופן ספציפי, לאחר קוצר ראייה שהושרה באמצעות קיפוח, הגבול בין הסקלרה הסחוסית והסיבית הפך לא ברור והתגלו כמה תאי מעבר מזנכימליים בצורת כישור שהראו מאפיינים מורפולוגיים של פיברובלסטים וכונדרוציטים, בין שתי השכבות, דבר המצביע על שינוי אפשרי של שני סוגי התאים בזמן צמיחת עיניים שהשתנתה. ממצאים אלה תומכים באפשרות של רמודלינג במהלך פיצוי שעלול להוביל לקיצור עיניים בפועל באפרוחים.

בחדפי עצים יש לנו עדויות ישירות לכך שהעיניים שהתקצרו בצורה צירית עברו גם רמודלינג פעיל בסקלרה, שהיה בכיוון ההפוך לזה שנמצא עבור העיניים שגדלו עקב התפתחות קוצר ראיה. בבוקר היום שבו נאספו מדדים ביומטריים סופיים על כל חדף עץ, בעלי החיים קיבלו זריקה תוך-פריטונאלית של גופרית מסומנת רדיואקטיבית (35S) כדי לתייג גליקוזאמינוגליקנים (GAG) בסקלרה של חדפי העצים. שש שעות לאחר הזרקת הגופרית המסומנת רדיואקטיבית (כאשר השתלבות הגופרית בסקלרה נמצא בשיאה ⁷) הושלם איסוף המדדים הביומטריים בתאי החי ואז קיבלו בעלי חיים מינון קטלני של חומרי הרדמה ורקמת הסקלרה נאספה ועובדה לצורך מדידת יצירת GAG  באמצעות הפרוצדורות שתוארו קודם לכן. ⁷  מתוך 30 עיני חדפי העץ שעברו למעשה קיצור צירי במהלך ההחלמה  מקוצר ראייה מושרה, ב-27 עיניים (90%) נצפתה עלייה בסינתזת GAG בסקלרה האחורית (מרכז 5 מ"מ). מתוך 4 העיניים שהחלימו מקוצר ראייה ולא הראו התקצרות, 3 עיניים החלימו במשך 24 שעות בלבד ורק באחת מהעיניים הללו חלה עלייה בסינתזת GAG (איור 7). המצב היה הפוך עבור חדפי העץ שקופחה הראייה התבניתית שלהם באופן חד עיני במשך 5 ימים, ולא איפשרו לעיניהם להחלים מקוצר הראייה, כל העיניים שטופלו גדלו במהלך 5 ימי MD עם התארכות ציר ממוצעת של 181 ± 90 מיקרומטר, כאשר ב- 4 מתוך 5 העיניים עם קוצר הראיה  נצפתה הפחתה משמעותית בסינתזת GAG  (−40.3 ± 26%, n = 5, P < 0.01)..  עוד היה מעניין לראות שנמצא כי אותן 27 עיניים מחלימות שהראו עלייה בסינתזת GAG בסקלרה האחורית הראו גם עליה בסינתזת GAG בסקלרה המשוונית, אם כי במידה קטנה יותר, והעניקו עדויות נוספות לכך חדפי עצים שהחלימו מקוצר ראיה ללא מיקוד, עברו תהליך של התכווצות עיניים ולא רק התקצרות צירית. קשר זה בין שינויים בגודל העיניים לסינתזת GAG, כך שעיניים שהתקצרו עברו סינתזת GAG מוגברת בסקלרה ועיניים שהתארכו עברו סינתזת GAG מופחתת בסקלרה, מספק ראיות חזקות לוויסות פעיל של חילוף החומרים הסקלריאלי על מנת לתווך שינויים בגודל העיניים בשני הכיוונים.

שינוי באורך הציר בעיניים המטופלות של חדפי העץ (ציר y) הותווה כנגד ההבדל באחוזים בסינתזת הגליקוזמינוגליקן בסקלרה האחורית בין עיניים שטופלו ועיני ביקורת (ציר x) בחדפי עצים. סמלים קטנים ופתוחים מייצגים עיניים בודדות, וסמלים גדולים ומלאים מייצגים ממוצעים עבור כל קבוצה (ממוצע ± SD). ברור שברוב קבוצת עיני ההחלמה שהתקצרו בצורה צירית (27 מתוך 30 – מתחת לאפס בציר ה- y) הייתה עליה בסינתזה של גליקוזמינוגליקן בסקלרה האחורית בהשוואה לעיניהם הצמודות, ואילו בעיני חדפי העץ שהתארכו לאור קוצר ראיה שהושרה על ידי קיפוח (מעל לאפס בציר ה- y) הייתה ירידה בסינתזת הגליקוזמינוגליקן בסקלרה האחורית, בהשוואה לעיניהם הצמודות.

שכיחות העיניים שהתקצרו בצורה צירית כדי לפצות על קוצר ראיה ללא מיקוד מראה הבדלים ניכרים בין מיני בעלי החיים השונים שהוערכו. שימוש בקריטריון הלא בלתי סביר לקיצור צירי שהוא הפחתה באורך העין (כאשר בעיניים הצמודות ובעיניים רגילות הנורמה היא עבור התארכות ציר) ואז 88% מהעיניים שטופלו בחדפי העץ והחלימו מקוצר ראייה התקצרו בצורה צירית, 38.5% מעיני האפרוחים שטופלו עם עדשות חיוביות למשך 3 ימים התקצרו, 47% מעיני מקוק רזוס שטופלו בצורה דו עינית ו -33% מעיני מקוק רזוס שטופלו באופן חד-עיני התקצרו בצורה צירית ו -8% מעיני המרמוסטים שטופלו באופן חד-עיני ו -4% מעיני המרמוסטים שטופלו באופן דו עיני התקצרו בצורה צירית. בעוד שערכי האחוזים לקיצור צירי בתגובה לקוצר ראיה ללא מיקוד בעיניים המטופלות של חדפי העץ והאפרוחים היו שונים מאוד מהתגובה של עיניהם הצמודות לפי הנתונים, כאשר רק 5 עיניים צמודות(6.8%) של חדפי העץ התקצרו בצורה צירית ו -10 עיניים צמודות (5.1%)של אפרוחים התקצרו בצורה צירית. יש גם חשיבות לבדיקת שכיחות ההתקצרות הצירית ביחס לרווחי בר סמך  95% עבור אולטראסונוגרפיה  A-scan לאורך הציר בארבעת המינים. כמו כן באמצעות שימוש בערכי ה- CI של 95% המדווחים עבור כל מין בסעיף התוצאות, נמצא כי 71% מעיני חדפי העץ שטופלו, 19.5% מעיני האפרוחים שטופלו, 35% מעיני מקוק רזוס שטופלו באופן חד עיני ו- 33% מעיני מקוק רזוס שטופלו באופן דו-עיני, 6.2% מעיני המרמוסטים שטופלו באופן חד עיני ו -4% מעיני המרמוסטים שטופלו באופן דו עיני התקצרו בצורה צירית יותר מערך ה- CI 95% למדדי אורך הציר. לפיכך, תחת הפרדיגמות הניסיוניות הספציפיות אשר נעשה בהן שימוש בכל המינים, הרוב המכריע של העיניים התקצר בצורה צירית בתגובה לקוצר ראיה ללא מיקוד בחדפי העץ, בעוד שבאפרוחים ובקופי רזוס 20% עד 35% מהעיניים התקצרו בצורה צירית בתגובה לקוצר ראיה ללא מיקוד וסביב 5% מעיני המרמוסטים התקצרו בצורה צירית.

אנו משערים כי ההבדלים לעיל בשכיחות הקיצור הצירי בין המינים נבעו ככל הנראה מהפרדיגמות הניסיוניות שהיו בשימוש, במיוחד בשל התחלת הרכבת עדשות חיוביות או החלמה בגיל מבוגר יחסית בפרימטים ובמקרה של אפרוחים, תקופה קצרה מאד של 3 ימים בלבד בה הם הרכיבו עדשות חיוביות. עבור אפרוחים וחדפי עצים, הרכבת עדשות חיוביות או החלמה מקוצר ראיה הוחלו בתקופה הרגישה ביותר להשפעה מה שיכול היה להשפיע על התפתחות שבירת האור לאחר הלידה ועל גודל העין ^26,27 ובגילאים צעירים במידה ניכרת (במיוחד במונחי התפתחות יחסית) מאשר מרמוסטים או מקוק רזוס ואילו עבור מרמוסטים ומקוקי רזוס החלמה מהקיפוח החד-עיני או מהרכבת העדשות השליליות החלה רק לאחר 4 או 5 חודשים, בהתאמה, ובאותה עת קצב השינויים בגודל העיניים לאחר הלידה עבר את התקופה הרגישה ביותר להשפעה על התפתחות השבירה. ⁸ למרות שהרכבת העדשות החיוביות באפרוחים הוחלה בתקופה הרגישה ביותר, משך הרכבת עדשות של 3 ימים בלבד יכול היה להגביל את הרמה והשכיחות של העיניים שהתקצרו בצורה צירית בהשוואה לעיניים של חדפי עצים שעברו תקופות החלמה של עד 9 ימים. בהשוואה למקוקים שטופלו באופן חד-עיני, מקקי הרזוס שטופלו באופן דו עיני הראו מגמה חזקה יותר של קיצור עיניים צירי. יתכן והדבר נגרם על ידי אפקט המרחק בין העיניים, אינטראקציה בין עיניים מצומדות המניעה את שתי העיניים להשתנות באותו כיוון.

צמיחת העין נשלטת על ידי מנגנוני רשתית מקומיים, כפי שמוכיחה העובדה שלאחר ניתוק העין מהמוח, באמצעות חיתוך עצב הראייה ²⁸ או חסימת פוטנציאלי הפעולה של תאי הרשתית על ידי טטרודוטוקסין, ^29,30 עיני חדפי העיץ והאפרוחים עדיין מפתחים קוצר ראיה מושרה קיפוח. כמו כן הוכח כי עיני אפרוחים שומרות על היכולת לפצות על הרכבת עדשות משקפיים חיוביות או שליליות לאחר חיתוך עצב הראייה. ^21,31 תוצאות אלו מצביעות על כך שהרשתית יכולה לווסת את גדילת העין בתגובה לגירויים חזותיים משתנים ללא קלט מהמוח. בנוסף, מנגנון מקומי זה יכול לשנות את גדילת העין באופן סלקטיבי באזור מוגבל או ברבע העין כאשר דיפיוזרים ³² או עדשות ³³ הורסים את תמונת הרשתית בחלק זה של העין, תוך השארת שאר תמונת הרשתית שלמה יחסית. נראה מאוד סביר אם כך שקיצור פעיל של העיניים, כפי שדווח במחקר שלנו, נשלט גם על ידי מנגנונים עיניים מקומיים.

לסיכום, בעבודה זו הצגנו ניתוח נתונים ממודלים מבוססים שונים של בעלי חיים של התפתחות שגיאת שבירת אור המציגים את יכולת העיניים בבעלי חיים צעירים, הגדלים במהירות, להתקצר בצורה צירית בכדי לתווך פיצוי כנגד קוצר ראיה ללא מיקוד. יהיה מעניין לקבוע אם תופעה זו קיימת גם אצל ילדים או מתבגרים, שכן הוכח כי עיניים אנושיות מבוגרות מתקצרות בצורה צירית, אולי כתגובה לכוח השבירה המוגבר של הקרנית והעדשה. ³⁴ תוצאות אלו מצביעות על האפשרות כי שילוב של תיקון מרחק עם קוצר ראיה ללא מיקוד במינון ובמשך הזמן הנכון עשוי לגרום לעין האנושית להתקצר בצורה צירית או להתכווץ. אם זה היה המקרה אז ייתכן והיה ניתן לטפל באסטרטגיות למניעת או הפחתת התארכות צירית של העין הגורמת לקוצר ראיה גבוה בבני אדם ובפתולוגיות העיניים הנלוות לכך.

המחקר תורגם בחסות המרכז להסרת משקפיים ללא ניתוח

Acknowledgments

Supported by National Institute of Health Grants EY-02727 and RR-03060 (JW); National Health & Medical Research Council of Australia Grant 454602 (NMcB); National Institutes of Health Grants EY-03611 and EY-07551, Vision Cooperative Research Centre, Sydney, Australia (ELS III); and National Institute of Health Grant EY-011228 (DT). 

Disclosure: X. Zhu, None; N.A. McBrien, None; E.L. Smith III, None; D. Troilo, None; J. Wallman, None 

References

1. Irving EL Sivak JG Callender MG. Refractive plasticity of the developing chick eye. Ophthalmic Physiol Opt . 1992; 12: 448–456. [CrossRef] [PubMed]

2. Secor SM Diamond J. A vertebrate model of extreme physiological regulation. Nature . 1998; 395: 659–662. [CrossRef] [PubMed]

3. Hau M Wikelski M Wingfield JC. A neotropical forest bird can measure the slight changes in tropical photoperiod. Proc R Soc Lond B . 1998; 265: 89–95. [CrossRef]

4. Winawer J Wallman J. Temporal constraints on lens compensation in chicks. Vision Res . 2002; 42: 2651–2668. [CrossRef] [PubMed]

5. Zhu X Winawer J Wallman J. The potency of myopic defocus in lens-compensation. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2003; 44: 2818–2827. [CrossRef] [PubMed]

6. Zhu X Park TW Winawer J Wallman J. In a matter of minutes, the eye can know which way to grow. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2005; 46: 2238–2241. [CrossRef] [PubMed]

7. McBrien NA Lawlor P Gentle A. Scleral remodeling during the development of and recovery from axial myopia in the tree shrew. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2000; 41: 3713–3719. [PubMed]

8. Troilo D Nickla DL. The response to visual form deprivation differs with age in marmosets. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2005; 46: 1873–1881. [CrossRef] [PubMed]

9. Troilo D Quinn N Baker K. Accommodation and induced myopia in marmosets. Vision Res . 2007; 47: 1228–1244. [CrossRef] [PubMed]

10. Troilo D Totonelly K Harb E. Imposed anisometropia, accommodation, and regulation of refractive state. Optom Vis Sci . 2009; 86: E31–E39. [CrossRef] [PubMed]

11. Smith EL III Hung LF. The role of optical defocus in regulating refractive development in infant monkeys. Vision Res . 1999; 39: 1415–1435. [CrossRef] [PubMed]

12. Smith EL III Hung LF. Form-deprivation myopia in monkeys is a graded phenomenon. Vision Res . 2000; 40: 371–381. [CrossRef] [PubMed]

13. Qiao-Grider Y Hung LF Kee CS Ramamirtham R Smith EL III. Recovery from form-deprivation myopia in rhesus monkeys. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2004; 45: 3361–3372. [CrossRef] [PubMed]

14. Huang J Hung LF Ramamirtham R Effects of form deprivation on peripheral refractions and ocular shape in infant rhesus monkeys (Macaca mulatta). Invest Ophthalmol Vis Sci . 2009; 50: 4033–4044. [CrossRef] [PubMed]

15. Smith EL III Hung LF Huang J Blasdel TL Humbird TL Bockhorst KH. Effects of optical defocus on refractive development in monkeys: evidence for local, regionally selective mechanisms. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2010; 51: 3864–3873. [CrossRef] [PubMed]

16. Nickla DL Wildsoet C Wallman J. Visual influences on diurnal rhythms in ocular length and choroidal thickness in chick eyes. Exp Eye Res . 1998; 66: 163–181. [CrossRef] [PubMed]

17. Nickla DL. Diurnal Rhythms and Eye Growth in Chicks . New York, NY: City University of New York; 1996.

18. Norton TT McBrien NA. Normal development of refractive state and ocular component dimensions in the tree shrew (Tupaia belangeri). Vision Res . 1992; 32: 833–842. [CrossRef] [PubMed]

19. Efron B Tibshirani RJ. An Introduction to the Bootstrap . New York, NY: Chapman and Hall/CRC; 1994.

20. Hung LF Crawford ML Smith EL. Spectacle lenses alter eye growth and the refractive status of young monkeys. Nature Med . 1995; 1: 761–765. [CrossRef] [PubMed]

21. Wildsoet C Wallman J. Choroidal and scleral mechanisms of compensation for spectacle lenses in chicks. Vision Res . 1995; 35: 1175–1194. [CrossRef] [PubMed]

22. Schmid KL Wildsoet CF. Effects on the compensatory responses to positive and negative lenses of intermittent lens wear and ciliary nerve section in chicks. Vision Res . 1996; 36: 1023–1036. [CrossRef] [PubMed]

23. Hung LF Wallman J Smith EL III. Vision-dependent changes in the choroidal thickness of macaque monkeys. Invest Ophthalmol Vis Sci . 2000; 41: 1259–1269. [PubMed]

24. McBrien NA Jobling AI Gentle A. Biomechanics of the sclera in myopia: extracellular and cellular factors. Optom Vis Sci . 2009; 86: E23–E30. [CrossRef] [PubMed]

25. Kusakari T Sato T Tokoro T. Regional scleral changes in form-deprivation myopia in chicks. Exp Eye Res . 1997; 64: 465–476. [CrossRef] [PubMed]

26. Wallman J Adams JI. Developmental aspects of experimental myopia in chicks: susceptibility, recovery and relation to emmetropization. Vision Res . 1987; 27: 1139–1163. [CrossRef] [PubMed]

27. McBrien NA Norton TT. The development of experimental myopia and ocular component dimensions in monocularly lid-sutured tree shrews (Tupaia belangeri). Vision Res . 1992; 32: 843–852. [CrossRef] [PubMed]

28. Troilo D Gottlieb MD Wallman J. Visual deprivation causes myopia in chicks with optic nerve section. Curr Eye Res . 1987; 6: 993–999. [CrossRef] [PubMed]

29. Norton TT Essinger JA McBrien NA. Lid-suture myopia in tree shrews with retinal ganglion cell blockade. Vis Neurosci . 1994; 11: 143–153. [CrossRef] [PubMed]

30. McBrien NA Moghaddam HO Cottriall CL Leech EM Cornell LM. The effects of blockade of retinal cell action potentials on ocular growth, emmetropization and form deprivation myopia in young chicks. Vision Res . 1995; 35: 1141–1152. [CrossRef] [PubMed]

31. Wildsoet C. Neural pathways subserving negative lens-induced emmetropization in chicks—insights from selective lesions of the optic nerve and ciliary nerve. Curr Eye Res . 2003; 27: 371–385. [CrossRef] [PubMed]

32. Wallman J Gottlieb MD Rajaram V Fugate-Wentzek LA. Local retinal regions control local eye growth and myopia. Science . 1987; 237: 73–77. [CrossRef] [PubMed]

33. Diether S Schaeffel F. Local changes in eye growth induced by imposed local refractive error despite active accommodation. Vision Res . 1997; 37: 659–668. [CrossRef] [PubMed]

34. Grosvenor T. Reduction in axial length with age: an emmetropizing mechanism for the adult eye? Am J Optom Physiol Opt . 1987; 64: 657–663. [CrossRef] [PubMed]