Effect of bright light on the changes of choroidal thickness in chickens as measured with OCT

Abstract

Purpose. Bright light was found to be a powerful inhibitor of myopia development in some animal models. We have studied whether its effect may involve changes in choroidal thickness.

Methods. Three-day-old chickens were raised under “bright light” (15,000 lux) from 10AM to 4PM and kept under “normal” laboratory light during the remaining time of the light phase (500 lux, 8AM to 6PM, N=14) for 5 days. In contrast, a control group was kept in “normal light” (500 lux) during the entire light phase (N=14). Choroidal thickness in the posterior pole of right eyes was measured with an optical coherence tomography (OCT) in alert, hand-held animals at 10AM, 4PM and 8PM every day. Short-term effects of bright light were determined by comparing the change of choroidal thickness between the two groups immediately after the bright light was switched off, and four hours later. The long-term effect was determined by comparing the change of choroidal thickness between 10AM on day 1 and 10AM on day 5. Changes were analyzed using a repeated-measures ANOVA (for shor-term effects) and independent t-test (for long-term effect), respectively.

Results. In four out of the 28 chickens, the choroidal-sclera interface was not clearly visible and these animals were therefore excluded. In another three, one data point was lacking due to poor cooperation during the measurements. Thus, complete data were available only for 21 chickens (9 in normal light and 12 in bright light). Choroidal thickness initially decreased in the “bright light’’ group by -5.2±4.0% (mean±SEM), immediately after the bright light was switched off. This was different from the “normal light group” where choroidal thickness increased by +15.4±4.7% (ANOVA: P=0.003). However, after further four hours, choroidal thickness in the “bright light group” had also increased by +17.8±3.5% while there was little further change in the “normal light group” (+0.6±4.0%; ANOVA: P=0.004). After 4 days of bright light exposure, the choroid was finally thicker than in the “normal light group” (+7.6±26.0% vs. -18.6±26.9%; t-test: P=0.036).

Conclusions. Bright light induces transient choroidal thickening in chickens, although with some time delay, and stimulates choroidal thickening on the long term. My findings indicate that choroidal thickening is also involved in myopia inhibition by bright light. Furthermore, the diurnal cycle at the time of bright light exposure seems important which should be considered when children are enforced to enjoy outdoor activities.

Zielsetzung: In einigen Tiermodellen wurde gezeigt, dass hohe Lichtintensitäten die Kurzsichtigkeitsentwicklung wirksam hemmen können. In dieser Studie haben wir untersucht, ob diese Wirkung auf Änderungen der Aderhautdicke zurückzuführen ist.

Methoden: Drei Tage alte Küken wurden über 5 Tage von je 10 Uhr bis 16 Uhr unter hohen Lichtintensitäten (15.000 Lux) und während der verbleibenden Lichtphase (8 Uhr bis 18 Uhr) unter „normalen“ Lichtintensitäten (500 Lux, n = 14) im Labor gehalten. Eine Kontrollgruppe (n = 14) wurde für die gesamte Versuchsdauer unter 500 Lux gehalten. Die Aderhautdicke wurde täglich um 10 Uhr, 16 Uhr und 20 Uhr mit Hilfe der optischen Kohärenztomographie („optical coherence tomography“, OCT) in wachen, in Händen gehaltenen Küken, am hinteren Augenpol des rechten Auges gemessen. Kurzzeiteffekte der hohen Lichtintensitäten wurden durch Vergleich der Änderung der Aderhautdicke beider Gruppen direkt nach der Beendigung der Bestrahlung mit 15.000 Lux, sowie vier Stunden, später bestimmt. Der Langzeiteffekt wurde durch den Vergleich der Änderungen der Aderhautdicke um 10 Uhr am ersten Tag und um 10 Uhr am fünften Tag bestimmt. Zur Analyse der Änderungen wurde eine einfaktorielle ANOVA mit wiederholten Messungen (zur Analyse des Kurzzeiteffektes) beziehungsweise ein ungepaarter zweiseitiger t-Test (zur Analyse des Langzeiteffektes) herangezogen.

Ergebnisse: In vier der 28 Küken konnte eine klare Unterscheidung zwischen Sklera- und Aderhautschicht nicht getroffen werden, weshalb diese Tiere ausgeschlossen wurden. In drei weiteren Küken konnte ein Datenpunkt aufgrund fehlender Kooperation nicht erfasst werden. Somit ist der komplette Datensatz nur von 21 Küken (neun aus der „normale Lichtbedingungen“-Gruppe und zwölf mit „hohen Lichtintensitäten“) verfügbar. Im direkten Anschluss an die Bestrahlung mit hohen Lichtintensitäten verringerte sich die Aderhautdicke in dieser Gruppe um -5,2 ± 4,0% (Mittelwert ± Standardfehler). Ganz im Unterschied dazu erhöhte sich die Aderhautdicke in der „normale Lichtbedingungen“-Gruppe um +15,4 ± 4,7% (ANOVA: P = 0,003). Nach weiteren vier Stunden jedoch, erhöhte sich auch in der „hohe Lichtintensitäten“-Gruppe die Aderhautdicke um +17,8 ± 3,5%, während in der Kontrollgruppe nur eine geringe Änderung stattfand (+0,6 ± 4,0%; ANOVA: P = 0,004). Abschließend war nach vier Tagen unter Belichtung mit hohen Intensitäten die Aderhaut dicker als in der Kontrollgruppe (+7,6 ± 26% vs. -18,6± 26,9%; t-test: P = 0,036).

Schlussfolgerungen: Hohe Lichtintensitäten bewirken, allerdings mit einer zeitlichen Verzögerung, eine vorübergehende Erhöhung der Aderhautdicke. Auch als Langzeiteffekt nimmt die Aderhautdicke zu. Unsere Ergebnisse deuten daher auf eine Beteiligung der Aderhautverdickung im Prozess der Myopiehemmung durch hohe Lichtintensitäten hin. Des Weiteren scheint der Tagesrhythmus bei der Exposition mit hohen Lichtintensitäten von Bedeutung zu sein; dies ist ein wichtiges Ergebnis, das berücksichtigt werden sollte, wenn man Kinder zu Freiluftaktivitäten ermuntert.