輻射與人眼健康

1、輻射與人眼健康一、概述人類的學(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。人們需要光，依賴光輻射產(chǎn)生視覺，同時光輻射也會給人眼帶來傷害。 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，人類的生存依賴日光，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地球，威脅著人類的健康，人們開始意識到賴以生存的日光也會帶來危害。 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、生活帶來很大的方便，但是，伴隨而來的是人類將面臨更大的潛在危險，盡快地使人們認識到這一危險性已經(jīng)刻不容緩。

2、二、輻射傷害機理輻射是指由一點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)境中幾乎沒有，我們?nèi)粘－h(huán)境中輻射的主體為光子流，光子流亦稱電磁波。射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線，微波和無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。人眼只對其中波長從400nm780nm的范圍的電磁波輻射產(chǎn)生視覺，因此，將該范圍內(nèi)的電磁波稱之為可見光。在我們?nèi)粘－h(huán)境中存在著比可見光范圍更廣的電磁波輻射，一般從100nm幾萬米之間。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、長越短、頻率越高，對細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人體的傷害機理。1）伽馬射線（射線）波長短于0.02納米的電磁波。射線是因核能級間的躍遷而產(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射線還要強的穿透能力。當射線通過物質(zhì)并與原子相互作用時會產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和正負電子對三種效應(yīng)。射線破壞的是原子核，造成原子核的改變，因此，對細胞具有很強的殺傷力。高劑量的射線可以瞬間殺死細胞。2）X射線波長介于紫外線和 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)致細胞水

4、平的損傷和組織病變。當X射線通過原子間時，會使原子核外層的電子能級增加，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)就會斷裂。從分子生物學(xué)的角度看，X射線射入人體后，會打碎DNA之間的連接，而DNA是構(gòu)造和生命的藍圖，一般情況下，細胞會自動修復(fù)損傷，但如果受傷過重，無法修復(fù)，生物體細胞就會啟動自滅程序，稱細胞程序性死亡，如果受傷太重。甚至無法自滅，生物體其他細胞會幫助滅之，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從100400納米輻射的總稱。紫外線的波長愈短，對人眼的危害越大。按波長分包括3類：UVA波長為315nm400nm，UV

5、B波長為280nm315nm，UVC波長200nm280nm。到達地球表面的太陽光線（290nm2000nm）中紫外線約占13，其中UVA占97，UVB占3，UVC接近于0。過量的紫外線引起光化學(xué)反應(yīng)，可使人體機能發(fā)生一系列變化，尤其是對人體的皮膚、眼睛以及免疫系統(tǒng)等造成危害。眼睛是對紫外線最為敏感的部位，紫外線能對晶狀體造成損傷，是老年性白內(nèi)障的致病因素之一。波長250-320納米紫外線的照射，可引起角膜炎、結(jié)膜炎。剛患病時僅感到雙眼有異物感和輕度不適，重的會感到燒灼、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。過強的紫外線還可造成眼底損傷。紫外線照射哺乳動物可引起基

6、因突變，導(dǎo)致皮膚癌。波長小于320納米的紫外線誘發(fā)皮膚癌的可能性較大。紫外線中，當某一波長的能量與人體細胞的分子鍵能發(fā)生匹配時，會造成分子鍵斷裂，也就是DNA鍵斷裂，細胞就發(fā)生了變異。4）可見光與藍光傷害可見光是人眼可以感知的輻射，對人眼仍然存在著傷害?？梢姽獠ǘ文軐σ暰W(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。因為這是一種光化學(xué)傷害，危害效應(yīng)與輻射的波長緊密相關(guān)。波長380-450nm的短波通常稱為藍光。越來越多的證據(jù)表明，可見光，也就是我們?nèi)搜劭梢钥吹降墓廨椛?，尤其是藍光，同樣具有傷害性。藍光可以損傷視網(wǎng)膜細胞的線粒體，特別是對線粒體DNA的損傷。藍光主要是對色素起損害作用，而這種色素僅蓄積

7、在視網(wǎng)膜細胞中。藍光的波長易與視細胞的分子鍵發(fā)生匹配，造成分子鍵斷裂。5）紅外線波長范圍約為 780納米1 毫米的電磁輻射稱為紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為7801400nm之間；中紅外線，波長為14003000nm之間；遠紅外線，波長為3000nmlmm 之間。紅外線的頻率接近于多數(shù)物質(zhì)分子的固有振動頻率，極易被物質(zhì)所吸收并產(chǎn)生熱效應(yīng)。紅外線對人眼會造成傷害，波長8001200nm的短波紅外線可透過角膜進入眼球、房水、虹膜、晶狀體和玻璃體液，吸收而導(dǎo)致的白內(nèi)障稱之為“紅外線白內(nèi)障”,該癥狀多見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

8、介于紅外線和特高頻（UHF）無線電波之間的電磁波。微波的波長范圍大約在1米至1毫米之間。微波被應(yīng)用在通信技術(shù)、雷達、射電天文學(xué)觀測等領(lǐng)域。微波一般不易對人體造成傷害，但人體最容易受到微波傷害的部位是眼睛的水晶體。如果較長時間受到超過安全規(guī)定的微波輻射，會造成視力下降，甚至引起白內(nèi)障或者雙目失明等。實驗研究表現(xiàn)微波輻射可導(dǎo)致白內(nèi)障，其閾值對單次照射約為100mW/cm2，對重復(fù)照射為80mW/cm2或更低些。高強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。當強度低于上述閾值時，雖然不會引起白內(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)時間延長，造成某些視覺障礙。三、光輻射與眼睛在我們通常的環(huán)境中，射線、X射線基本上沒有，微波在日常環(huán)境中輻射量很微弱，對人眼的危害也很小。因此，我們所關(guān)心的輻射對人眼的傷害主要是紫外線、可見光和紅外線。表1：紫外線、可見光與紅外輻射在生物學(xué)上的影響和應(yīng)用分類波長健康危害效應(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)障黑色素沉淀也稱為黑光區(qū)可見光400780光化性及熱原性視網(wǎng)膜傷害光敏感性以藍光區(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1300光敏感中紅外14003000角膜燒傷水樣白內(nèi)障燒傷遠紅外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眼球。眼外肌負責眼球各個方向的運動。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)域由于人眼各個部分對不同波長的輻射吸收

11、能力不同，不同光譜范圍的光輻射對人眼的作用區(qū)域也不同。表2列出了不同波段光輻射對人眼的作用區(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)膜炎只要照射幾個小時，甚至幾分鐘，高強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)膜最外層細胞被破壞。而在受照6到8小時后，人將感覺到一陣鉆心的疼痛。但是，這類損傷是可以修復(fù)的。由于角膜和結(jié)膜的細胞不斷再生，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)采用人工晶狀體來代替人眼本來的晶狀體來治療白內(nèi)障患者。UVA和UVB能造成這一損傷。紫外光輻射對眼睛的危害加權(quán)函數(shù)如圖3所示。因此，在

13、接觸具有強紫外輻射的光源時，我們要利用特殊防護裝置保護我們的眼睛。3）視網(wǎng)膜灼傷可見光滲入視網(wǎng)膜并被吸收，這能造成對視網(wǎng)膜的危害。當非常強的脈沖輻射光照射到視網(wǎng)膜上時，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），也發(fā)生在人工光源（如直視激光）。防非電離輻射國際委員會(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)生在視覺最敏感的區(qū)域中央凹，人甚至不能感覺到。而當灼傷發(fā)生在視神經(jīng)的聚集處盲點的時候，視網(wǎng)膜灼傷將致盲。4）藍光傷害伴隨著視網(wǎng)膜熱危害，可見光380-450nm波段能對視網(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能

14、夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。因為這是一種光化學(xué)危害，所以危害效應(yīng)與輻射波長緊密相關(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?，F(xiàn)在，這些工作場合的工人都配備了適當?shù)姆雷o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對光輻射危害的評估為了科學(xué)評估光輻射的危害性，并為人們合理利用光源提供指導(dǎo)，各國和國際上一些知名組織紛紛制定了相關(guān)標準。其中最知名的也是影響最大的組織有國際照明委員會（CIE）和國際電工委員會（IEC）。為了評估一般照明光源的光化學(xué)危害，CIE制定了專門的標準CIE S 009/E:2002。這個標準的目的是要評估被測光源在最具有危害性的使用狀態(tài)下光化學(xué)危害等級，明確被測光源的類別，為人們合理利用提供指導(dǎo)。評估分兩方面進行，包括照度測試和亮度測試。測試過程模擬人們正常使用被測光源的情況下，該被測光源對人的最大危害能力。目前，我國在這一領(lǐng)域尚處于起步階段，與國際要求相差甚遠。盡快起草最新的光輻射防護標準刻不容緩。五、總結(jié)1、 輻射的主體是電磁波，有積極效果和傷害效果