輻射與人眼健康

1、輻射與人眼健康一、概述人類(lèi)的學(xué)習(xí)、生活、工作都處于各種光環(huán)境中，各種光輻射隨處可見(jiàn)。人們需要光，依賴(lài)光輻射產(chǎn)生視覺(jué)，同時(shí)光輻射也會(huì)給人眼帶來(lái)傷害。 光環(huán)境分為自然光環(huán)境和人工光環(huán)境。自然光環(huán)境主要是日光，人類(lèi)的生存依賴(lài)日光，但是隨著地球臭氧層的破壞，日光中更大量的紫外線輻射到達(dá)地球，威脅著人類(lèi)的健康，人們開(kāi)始意識(shí)到賴(lài)以生存的日光也會(huì)帶來(lái)危害。 人工光環(huán)境主要是各種人造光源，包括白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、低壓鈉燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、氙燈、霓虹燈等等。人造光源的發(fā)展給人們的工作、生活帶來(lái)很大的方便，但是，伴隨而來(lái)的是人類(lèi)將面臨更大的潛在危險(xiǎn)，盡快地使人們認(rèn)識(shí)到這一危險(xiǎn)性已經(jīng)刻不容緩。

2、二、輻射傷害機(jī)理輻射是指由一點(diǎn)沿直線向四周按直線延伸。該詞在日常應(yīng)用中通常指能量輻射，能量輻射有電子流、質(zhì)子流、光子流。電子流、質(zhì)子流在日常環(huán)境中幾乎沒(méi)有，我們?nèi)粘－h(huán)境中輻射的主體為光子流，光子流亦稱(chēng)電磁波。射線、X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線，微波和無(wú)線電波都屬于電磁波。光就是電磁波，是電磁波輻射的另一名稱(chēng)。人眼只對(duì)其中波長(zhǎng)從400nm780nm的范圍的電磁波輻射產(chǎn)生視覺(jué)，因此，將該范圍內(nèi)的電磁波稱(chēng)之為可見(jiàn)光。在我們?nèi)粘－h(huán)境中存在著比可見(jiàn)光范圍更廣的電磁波輻射，一般從100nm幾萬(wàn)米之間。圖一是電磁破的波譜圖。圖一 電磁輻射光譜原子物理學(xué)、輻射學(xué)、光化學(xué)、視光學(xué)的研究成果已經(jīng)表明：電磁波的波

3、長(zhǎng)越短、頻率越高，對(duì)細(xì)胞的破壞作用就越大。下面，我們分析一下各種波段的輻射對(duì)人體的傷害機(jī)理。1）伽馬射線（射線）波長(zhǎng)短于0.02納米的電磁波。射線是因核能級(jí)間的躍遷而產(chǎn)生，原子核衰變和核反應(yīng)均可產(chǎn)生射線  。射線具有比X射線還要強(qiáng)的穿透能力。當(dāng)射線通過(guò)物質(zhì)并與原子相互作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和正負(fù)電子對(duì)三種效應(yīng)。射線破壞的是原子核，造成原子核的改變，因此，對(duì)細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷力。高劑量的射線可以瞬間殺死細(xì)胞。2）X射線波長(zhǎng)介于紫外線和 射線之間的短波電磁輻射。在X射線照射下，人體組織中一些分子或原子會(huì)電離，導(dǎo)致一些成分（如蛋白質(zhì)、酶等）產(chǎn)生一系列變化，也可導(dǎo)致細(xì)胞水

4、平的損傷和組織病變。當(dāng)X射線通過(guò)原子間時(shí)，會(huì)使原子核外層的電子能級(jí)增加，直至發(fā)生電子躍遷，原子以帶電的狀態(tài)（離子狀態(tài)）呈現(xiàn)，繼而原子之間的連結(jié)就會(huì)斷裂。從分子生物學(xué)的角度看，X射線射入人體后，會(huì)打碎DNA之間的連接，而DNA是構(gòu)造和生命的藍(lán)圖，一般情況下，細(xì)胞會(huì)自動(dòng)修復(fù)損傷，但如果受傷過(guò)重，無(wú)法修復(fù)，生物體細(xì)胞就會(huì)啟動(dòng)自滅程序，稱(chēng)細(xì)胞程序性死亡，如果受傷太重。甚至無(wú)法自滅，生物體其他細(xì)胞會(huì)幫助滅之，不成功的話，基本上很可能就癌變了，也即變異。3）紫外線紫外線是電磁波譜中波長(zhǎng)從100400納米輻射的總稱(chēng)。紫外線的波長(zhǎng)愈短，對(duì)人眼的危害越大。按波長(zhǎng)分包括3類(lèi)：UVA波長(zhǎng)為315nm400nm，UV

5、B波長(zhǎng)為280nm315nm，UVC波長(zhǎng)200nm280nm。到達(dá)地球表面的太陽(yáng)光線（290nm2000nm）中紫外線約占13，其中UVA占97，UVB占3，UVC接近于0。過(guò)量的紫外線引起光化學(xué)反應(yīng)，可使人體機(jī)能發(fā)生一系列變化，尤其是對(duì)人體的皮膚、眼睛以及免疫系統(tǒng)等造成危害。眼睛是對(duì)紫外線最為敏感的部位，紫外線能對(duì)晶狀體造成損傷，是老年性白內(nèi)障的致病因素之一。波長(zhǎng)250-320納米紫外線的照射，可引起角膜炎、結(jié)膜炎。剛患病時(shí)僅感到雙眼有異物感和輕度不適，重的會(huì)感到燒灼、劇痛、畏光、流淚、眼瞼痙攣等。如反復(fù)發(fā)病，可引起慢性瞼緣炎和結(jié)膜炎。過(guò)強(qiáng)的紫外線還可造成眼底損傷。紫外線照射哺乳動(dòng)物可引起基

6、因突變，導(dǎo)致皮膚癌。波長(zhǎng)小于320納米的紫外線誘發(fā)皮膚癌的可能性較大。紫外線中，當(dāng)某一波長(zhǎng)的能量與人體細(xì)胞的分子鍵能發(fā)生匹配時(shí)，會(huì)造成分子鍵斷裂，也就是DNA鍵斷裂，細(xì)胞就發(fā)生了變異。4）可見(jiàn)光與藍(lán)光傷害可見(jiàn)光是人眼可以感知的輻射，對(duì)人眼仍然存在著傷害。可見(jiàn)光波段能對(duì)視網(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。因?yàn)檫@是一種光化學(xué)傷害，危害效應(yīng)與輻射的波長(zhǎng)緊密相關(guān)。波長(zhǎng)380-450nm的短波通常稱(chēng)為藍(lán)光。越來(lái)越多的證據(jù)表明，可見(jiàn)光，也就是我們?nèi)搜劭梢钥吹降墓廨椛?，尤其是藍(lán)光，同樣具有傷害性。藍(lán)光可以損傷視網(wǎng)膜細(xì)胞的線粒體，特別是對(duì)線粒體DNA的損傷。藍(lán)光主要是對(duì)色素起損害作用，而這種色素僅蓄積

7、在視網(wǎng)膜細(xì)胞中。藍(lán)光的波長(zhǎng)易與視細(xì)胞的分子鍵發(fā)生匹配，造成分子鍵斷裂。5）紅外線波長(zhǎng)范圍約為 780納米1 毫米的電磁輻射稱(chēng)為紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為7801400nm之間；中紅外線，波長(zhǎng)為14003000nm之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為3000nmlmm 之間。紅外線的頻率接近于多數(shù)物質(zhì)分子的固有振動(dòng)頻率，極易被物質(zhì)所吸收并產(chǎn)生熱效應(yīng)。紅外線對(duì)人眼會(huì)造成傷害，波長(zhǎng)8001200nm的短波紅外線可透過(guò)角膜進(jìn)入眼球、房水、虹膜、晶狀體和玻璃體液，吸收而導(dǎo)致的白內(nèi)障稱(chēng)之為“紅外線白內(nèi)障”,該癥狀多見(jiàn)于玻璃工和鋼鐵冶煉工人。紅外線能加速人眼淚液的蒸發(fā)，導(dǎo)致干眼癥。6）微波微波是指波長(zhǎng)

8、介于紅外線和特高頻（UHF）無(wú)線電波之間的電磁波。微波的波長(zhǎng)范圍大約在1米至1毫米之間。微波被應(yīng)用在通信技術(shù)、雷達(dá)、射電天文學(xué)觀測(cè)等領(lǐng)域。微波一般不易對(duì)人體造成傷害，但人體最容易受到微波傷害的部位是眼睛的水晶體。如果較長(zhǎng)時(shí)間受到超過(guò)安全規(guī)定的微波輻射，會(huì)造成視力下降，甚至引起白內(nèi)障或者雙目失明等。實(shí)驗(yàn)研究表現(xiàn)微波輻射可導(dǎo)致白內(nèi)障，其閾值對(duì)單次照射約為100mW/cm2，對(duì)重復(fù)照射為80mW/cm2或更低些。高強(qiáng)度的電磁波輻射還可傷害角膜、虹膜和前房，可造成視力減退，或完全喪失。當(dāng)強(qiáng)度低于上述閾值時(shí)，雖然不會(huì)引起白內(nèi)障，但1080mW/cm2，的電磁輻射仍能使晶狀體混濁，并有可能使有色視野縮小和

9、暗適應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，造成某些視覺(jué)障礙。三、光輻射與眼睛在我們通常的環(huán)境中，射線、X射線基本上沒(méi)有，微波在日常環(huán)境中輻射量很微弱，對(duì)人眼的危害也很小。因此，我們所關(guān)心的輻射對(duì)人眼的傷害主要是紫外線、可見(jiàn)光和紅外線。表1：紫外線、可見(jiàn)光與紅外輻射在生物學(xué)上的影響和應(yīng)用分類(lèi)波長(zhǎng)健康危害效應(yīng)備注眼睛皮膚UVC200280很少很少170230nm制造臭氧220280nm具有殺菌作用UVB280315光化角膜炎、白內(nèi)障(295315nm)紅疹、光化性皮膚老化、皮膚癌290310nm易造成光化性紅斑UVA315400光化學(xué)性白內(nèi)障黑色素沉淀也稱(chēng)為黑光區(qū)可見(jiàn)光400780光化性及熱原性視網(wǎng)膜傷害光敏感性以藍(lán)光區(qū)（

10、400480nm）的傷害最大近紅外7801400白內(nèi)障視網(wǎng)膜傷害燒傷虹彩對(duì)1300光敏感中紅外14003000角膜燒傷水樣白內(nèi)障燒傷遠(yuǎn)紅外30001×10角膜燒傷燒傷5000nm0.3cm有可能被皮膚完全吸收1、人眼結(jié)構(gòu)眼位于眼眶內(nèi)，主要包括兩部分，即眼球和眼的附屬器。眼附屬器包括眼瞼、淚器、結(jié)膜、眼眶和眼外肌。附屬器的主要功能是保護(hù)眼球。眼外肌負(fù)責(zé)眼球各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。眼球由眼球壁和眼內(nèi)容物組成。眼球壁包括角膜、鞏膜、角鞏緣、虹膜、睫狀體、脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜。眼內(nèi)容包括房水、晶狀體和玻璃體。各組成的具體位置如圖1所示圖1 人眼結(jié)構(gòu)圖2、光輻射的作用區(qū)域由于人眼各個(gè)部分對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射吸收

11、能力不同，不同光譜范圍的光輻射對(duì)人眼的作用區(qū)域也不同。表2列出了不同波段光輻射對(duì)人眼的作用區(qū)域。表2：各波段光輻射與人眼的作用區(qū)域輻射波段作用區(qū)域UVC和UVB（部分）角膜/結(jié)膜UVB（部分）和UVA晶狀體可見(jiàn)光視網(wǎng)膜IRA（部分）視網(wǎng)膜，玻璃體IRA（部分）晶狀體IRB和IRC角膜/結(jié)膜此外，光輻射對(duì)人眼的滲透深度還與人的年齡有關(guān)。年輕人眼睛前部的透光能力要優(yōu)于老年人。3、光輻射的危害高強(qiáng)度的光輻射能造成眼睛的損傷。直接損傷發(fā)生在光輻射被吸收的位置，這與光在眼睛中的滲透深度有關(guān)。但是也存在間接損傷，例如臨近區(qū)域的加熱可以導(dǎo)致晶狀體損傷。以下介紹幾類(lèi)主要的由于光輻射導(dǎo)致的眼睛損傷。1）光致角膜

12、炎和光致結(jié)膜炎只要照射幾個(gè)小時(shí)，甚至幾分鐘，高強(qiáng)度的紫外輻射就能夠損傷眼球最前部區(qū)域，從而引發(fā)光致角膜炎和光致結(jié)膜炎。受照后，角膜和結(jié)膜最外層細(xì)胞被破壞。而在受照6到8小時(shí)后，人將感覺(jué)到一陣鉆心的疼痛。但是，這類(lèi)損傷是可以修復(fù)的。由于角膜和結(jié)膜的細(xì)胞不斷再生，1到2天之后就可痊愈。2）紫外輻射導(dǎo)致白內(nèi)障長(zhǎng)期的紫外光照射能夠引發(fā)白內(nèi)障。光化學(xué)反應(yīng)改變了組成晶狀體的特殊蛋白質(zhì)。更不幸的是，晶狀體組織不同于其他組織，它不生成新的細(xì)胞，所以這種病變是不可修復(fù)的，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)采用人工晶狀體來(lái)代替人眼本來(lái)的晶狀體來(lái)治療白內(nèi)障患者。UVA和UVB能造成這一損傷。紫外光輻射對(duì)眼睛的危害加權(quán)函數(shù)如圖3所示。因此，在

13、接觸具有強(qiáng)紫外輻射的光源時(shí)，我們要利用特殊防護(hù)裝置保護(hù)我們的眼睛。3）視網(wǎng)膜灼傷可見(jiàn)光滲入視網(wǎng)膜并被吸收，這能造成對(duì)視網(wǎng)膜的危害。當(dāng)非常強(qiáng)的脈沖輻射光照射到視網(wǎng)膜上時(shí)，光輻射的熱效應(yīng)能灼傷視網(wǎng)膜。這一危害不僅發(fā)生在自然光（如人眼直視太陽(yáng)），也發(fā)生在人工光源（如直視激光）。防非電離輻射國(guó)際委員會(huì)(ICNIRP)提供了視網(wǎng)膜熱危害的光譜加權(quán)函數(shù)，如圖8所示。視網(wǎng)膜灼傷是不可修復(fù)的。有些情況下灼傷如果不是發(fā)生在視覺(jué)最敏感的區(qū)域中央凹，人甚至不能感覺(jué)到。而當(dāng)灼傷發(fā)生在視神經(jīng)的聚集處盲點(diǎn)的時(shí)候，視網(wǎng)膜灼傷將致盲。4）藍(lán)光傷害伴隨著視網(wǎng)膜熱危害，可見(jiàn)光380-450nm波段能對(duì)視網(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能

14、夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。因?yàn)檫@是一種光化學(xué)危害，所以危害效應(yīng)與輻射波長(zhǎng)緊密相關(guān)，如圖7所示。這種危害是不可修復(fù)的而且能致盲。5）紅外輻射導(dǎo)致白內(nèi)障長(zhǎng)期的紅外輻射影響能夠引發(fā)白內(nèi)障。同樣，這種損傷是不可修復(fù)的。這種病變發(fā)生率較高的職業(yè)是傳統(tǒng)的在熔化爐邊的吹玻璃工人和在熔煉耐火石邊與液態(tài)金屬打交道的工人。現(xiàn)在，這些工作場(chǎng)合的工人都配備了適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)設(shè)備，所以這種危害造成的病變發(fā)生率已經(jīng)很小。光譜加權(quán)函數(shù)如圖8所示。四、IEC和CIE對(duì)光輻射危害的評(píng)估為了科學(xué)評(píng)估光輻射的危害性，并為人們合理利用光源提供指導(dǎo)，各國(guó)和國(guó)際上一些知名組織紛紛制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其中最知名的也是影響最大的組織有國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）。為了評(píng)估一般照明光源的光化學(xué)危害，CIE制定了專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)CIE S 009/E:2002。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的目的是要評(píng)估被測(cè)光源在最具有危害性的使用狀態(tài)下光化學(xué)危害等級(jí)，明確被測(cè)光源的類(lèi)別，為人們合理利用提供指導(dǎo)。評(píng)估分兩方面進(jìn)行，包括照度測(cè)試和亮度測(cè)試。測(cè)試過(guò)程模擬人們正常使用被測(cè)光源的情況下，該被測(cè)光源對(duì)人的最大危害能力。目前，我國(guó)在這一領(lǐng)域尚處于起步階段，與國(guó)際要求相差甚遠(yuǎn)。盡快起草最新的光輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)刻不容緩。五、總結(jié)1、 輻射的主體是電磁波，有積極效果和傷害效果