视光菌:蓝光与眼健康,是近年来视觉健康领域的一个研究热点。蓝光是自然光线的重要组成部分,蓝光危害指的是由波长主要介于400~500 nm(短波长光)的辐射照射后引起的光化学作用导致的视网膜损伤。可见光中,蓝光对视网膜敏感性最高、穿透力最强,因而产生的光化学损伤作用最强。
因此,2013~2014年短短1年时间里,各大眼镜品牌涌现出各种防蓝光镜片以防护“无处不在的蓝光危害”。在年龄相关性白内障患者晶状体摘除术后也有学者主张植入蓝光滤过型人工晶状体以预防AMD。
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但另一方面,对是否要滤掉蓝光这一问题,其实学术界也一直存在着争议。
英国广播公司调查组在英国5家“布茨”眼镜门店和5家“视觉表达”眼镜门店购买了防蓝光镜片,其中有6家店声称蓝光对健康有影响。
英国广播公司卧底调查报告认为:“布茨”和“视觉表达”2家眼镜零售连锁机构,误导客户认为电子设备发出的蓝光对眼睛有伤害性影响。
调查报告1年后,广告标准局裁定“布茨”夸大了蓝光的危险以及镜片效果。随即,由于未能提交充分证据,“布茨”蓝光镜片广告被禁。
该帖子亦引用了伦敦国王学院和英国配镜师协会的观点。
但是,我们觉得很有必要再来谈一谈蓝光。因为对是否要滤掉蓝光这一问题,其实学术界也一直存在着争议。但只有正确了解蓝光,才能合理利用蓝光,从而获得更好的视觉质量。
为此,今天特别编选了《中华眼科杂志》 2015年第1期刊发的复旦大学附属眼耳鼻喉科医院邹蕾蕾博士、戴锦晖教授的《蓝光与眼健康》一文。
戴锦晖教授
主任医师,眼科学博士。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科主任医师、博士生导师,复旦大学上海医学院教授。上海市医学会视光学专科分会副主任委员,中华医学会眼科学分会视光学组委员,上海医学会眼科学分会视光屈光学组副组长,中国残疾人康复协会视障辅助技术学组副组长,《中华实验眼科杂志》、《中国实验动物学报》和《眼科新进展》编委。
曾先后到哈佛大学等做访问学者。承担国家自然科学基金等多个项目研究。曾获得国家技术发明二等奖、教育部科学技术进步一等奖、上海市科学技术进步二等奖、上海市残疾人康复事业管理成果三等奖、上海市卫生系统第十二届“银蛇奖”提名奖,中华医学会全国眼科学术会议优秀论文奖、上海市眼科年会论文一等奖及上海市依视路眼科基金会论文一等奖。
擅长近视、远视、斜视、弱视诊治和低视力的康复治疗,尤其对近视眼激光手术矫治有丰富的临床经验。
邹蕾蕾 医学博士
复旦大学附属眼耳鼻喉科医院视光学与斜弱视学科住院医师,擅长:近视、斜视、屈光不正等疾病的诊治。
这篇文章从“目前对蓝光危害的认识”、“蓝光的作用”、“日常照明产品中的蓝光真的有害吗?”、“蓝光需要防护吗”4个方面进行了阐述。文中主要观点如下:
1.蓝光是自然界一直存在的光,是太阳光的重要组成部分,它具有调节昼夜节律,产生暗视力以及影响屈光发育等重要作用。
2.在相同色温下,LED的蓝光危害效率和其他光源是相近的,均在安全阈值之内,因此这些光源和灯具如果按照正常途径使用,对消费者是完全安全的。
3.到目前为止,尚没有充足证据证明人类眼底感光细胞的损伤、AMD的发生与蓝光有相关性。虽然有多个动物实验及体外细胞培养的实验证明了暴露于蓝光所引起的视网膜细胞光损伤,但动物和组织培养的数据所证明的高强度蓝光暴露与长期、慢性、低强度的光辐射所致人眼的损伤结果存在差别。
而流行病学调查关于蓝光引起RPE细胞凋亡最终导致AMD的报道结果尚有争议,部分学者支持,也有学者反对。
蓝光不是唯一能到达眼底引起视网膜感光细胞和RPE细胞损伤的波段,紫外光也可以引起视网膜损伤,参与AMD的发病过程。
目前虽然各大公司推出滤过蓝光镜片、隐形眼镜以及人工晶状体来预防蓝光对眼底的损伤,但是国内外学者对蓝光滤过型人工晶状体的常规使用意见不一。
4.目前包括LED在内的普通照明光源,通过合理的设计,其蓝光危害可以降低到无危险类或者低危险类水平,可在日常生活安全使用。
然而, 随着科技的发展和人类活动范围在时间和空间上的扩大,人类将越来越多地接触到各种非自然界条件下的蓝光。目前对蓝光安全性的标准定义并非涵盖所有非自然蓝光光源。
此外,对于蓝光有特殊要求的人如婴儿、长期糖尿病史患者、某些高眼压患者以及正在服用光敏剂药物的患者,其对蓝光的敏感性与正常人有所不同,在相对安全的光强度下可能会引起视功能的损害。
因此,应根据不同年龄、健康状况及工作环境等不同条件下提出个性化的蓝光防护指导建议。
这篇文章全文有5000多字,
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《蓝光与眼健康》
戴锦晖教授根据最新研究情况在此篇作了修订
蓝光是自然光线的重要组成部分,蓝光危害指的是由波长主要介于400~500 nm(短波长光)的辐射照射后引起的光化学作用,导致视网膜的损伤。可见光中蓝光对视网膜敏感性最高、穿透力最强,因而产生的光化学损伤作用最强。
2013~2014年短短1年时间里,国内市场上各大眼镜品牌涌现出各种防蓝光镜片以防护“无处不在的蓝光危害”。在年龄相关性白内障患者晶状体摘除术后也有学者主张植入蓝光滤过型人工晶状体以预防AMD。
然而,随着对蓝光的认识进一步加深,人们发现,蓝光在引起视网膜损伤的同时,对于视网膜产生图形和色觉的感知和分辨能力、调节生物体内激素分泌、保持动物的昼夜节律以及在屈光发育方面具有重要作用。
蓝光滤过后人的正常昼夜节律可能会被打乱,从而引起各种身心问题如失眠、易怒、内分泌系统紊乱等等;此外,暗视力也会受到影响,引起夜间活动不便;还会引起彩色平衡被打破,使图像偏黄从而失真。
因此对是否要滤掉蓝光这一问题,学术界一直存在着争议。所以只有正确了解蓝光,才能合理利用蓝光从而获得更好的视觉质量。本文就蓝光的危害、作用及蓝光的安全性问题作论述。
1 | 目前对蓝光危害的认识
角膜吸收295nm以下的紫外线,晶状体吸收大部分400nm以下的紫外线,但部分蓝光可以穿透晶状体到达视网膜,含有高光子能量,因此许多学者认为蓝光最具有危害性,其对视网膜可造成光化学损害,加速黄斑区细胞的氧化损伤。
蓝光引起的光损伤主要影响视杆细胞及RPE,Sparrow等研究发现蓝光照后产生的氧自由基是损伤RPE的主要原因,其中主要的光敏剂——脂褐素,是一些有丝分裂期后细胞在衰老的过程中逐渐积累的具有自发荧光特性的棕黄色物质。
N亚视黄基-N.视黄基-乙醇胺(N-retinyl—N·retinylidene ethanolamine,A2E)是脂褐素的核心荧光基团,不仅具有自发荧光的特性,而且具有光毒性,主要吸收430nm波长的光线,可以产生氧自由基造成细胞膜和细胞内溶酶体膜的损伤,增加对蓝光损伤的敏感性。
蓝光还能直接对含有A2E的RPE细胞的DNA造成损伤,这种损伤与蓝光的照射时间有关。对人RPE细胞的体外实验发现,经蓝光LED照射的细胞将失去生存活力,活性氧化簇明显增加,细胞出现凋亡。
研究者认为,由于RPE细胞的死亡导致了感光细胞的丢失而出现了AMD。Kuse等研究发现LED灯产生的蓝光使活性氧产物增加导致视网膜视锥细胞损伤。该实验中采用DMEM培养基对视锥细胞进行培养。
目前,这种合成培养基被广泛运用于动物细胞的培养,其中含有核黄素(维生素B),而核黄素是光敏剂,它在近紫外光及可见光的照射下可产生光致氧化反应而产生对细胞的杀伤作用。
因此,该研究中视锥细胞的损伤不能除外是核黄素在光照下反应后产生了细胞杀伤作用导致的。由于这种可能性的存在,RPE细胞的损伤有可能有核黄素在光照下反应后产生的细胞杀伤作用参与。
2 | 蓝光的作用
1.蓝光对昼夜节律的调节
蓝光是波长介于400~500nm的短波长光,从光的非视觉生物效应来看,适量的蓝光有利于人体健康,蓝光可以治疗经前抑郁、暴食症、焦虑症以及痴呆,还通过影响黑视素的分泌,从而调节心率、警觉、睡眠、体温、基因表达等。
2002年,美国布朗大学的 David等在哺乳动物的视网膜上发现了除视杆细胞和视锥细胞以外的第三种感光细胞,彻底地革新了节律生物学以及照明工程学,被《Science》杂志评为2002年的十大科技进展之一。
这是一种含黑视素的自主感光视网膜神经节细胞(ipRGC),其调节中枢位于下丘脑的视交叉上核。ipRGC主要负责人体的非视觉生物效应, 参与生理节律的调控。松果体分泌的黑视素是调节生理节律的主要激素。黑视素受体的敏感波段在459~485nm,即蓝光波长,从而严重影响人体的生理节律。研究发现人类睡眠过程中暴露于蓝光中 6.5h其黑视素的分泌量为暴露在绿光中的两倍。
生理节律的紊乱,对人体健康极为不利。近年的流行病学研究表明,生理节律的破坏可能是乳腺癌和结直肠癌高发率的一个重要原因。
2.蓝光对夜视力的影响
夜视力由视杆细胞感光产生, 而蓝光主要作用于视杆细胞。暗视觉所对应的光谱吸收高峰在可见光蓝绿段,波长507nm。暗视觉敏感度依赖于视杆细胞的感光色素——视紫红质所吸收的光量子数。此吸收可能依赖于波长,而且吸收最大峰值大约在498nm。
随年龄增长,视杆细胞的数量可以减少30%,导致夜视力的敏感性下降。Jackson和Owsley报道,年龄每增加10岁,夜视力敏感性下降0.08log单位,明视力下降0.04log单位,老年人夜视力下降程度比明视力下降程度大,导致老年人在昏暗环境中出现视觉障碍。
除视杆细胞密度下降这一原因外,老年人的晶状体密度增加、颜色加深,滤过部分蓝光,亦加重夜视力的损害。Boettner及Woher发现,53岁老年人的晶状体浑浊导致夜视力下降33%,而75岁老年人达到75%。
而有实验证实,植入蓝光滤过型人工晶状体可降低14%~25%的暗视敏感度,严重影响夜间活动。老年人夜视力下降是影响老年人生活质量的重要因素,常因此而限制夜间驾驶等活动,并使老年人摔倒的危险性增加,尤其是那些暗适应也受到损害者。
3.蓝光对屈光发育的影响
从心理物理学角度来说,眼睛作为视觉刺激的感受器,接受的信息量除了光觉(感知亮度信息)和形觉(感知形状信息)外,还包括色觉(感知颜色信息)。已有研究证实光学离焦和形觉剥夺均可导致眼轴增长而形成近视。
目前,多数研究支持不同单色光与眼球的生长发育和屈光的变化密切相关,即长波长光聚焦在视网膜之后能促进眼球的增长形成相对近视,短波长光聚焦在视网膜之前能抑制眼球的生长产生相对远视。
将小鸡、豚鼠及恒河猴饲养于不同波长的光环境中发现长波长光组动物产生相对近视,而短波长光(蓝光)组产生相对远视。
Foulds等研究发现在蓝光中形成远视,而在红光中形成近视的小鸡,转到短波长光环境中可以变成远视。说明在小鸡模型中,蓝光可影响屈光发育并可将已经存在的近视逆转。
Jiang等研究发现蓝光可干预豚鼠光学离焦性近视的进展且豚鼠脉络膜增厚。我们将配戴-5.00D镜片的豚鼠分别饲养于蓝光及白光条件中,结果发现蓝光组较白光组偏远视约 1.20D, 蓝光中光学离焦性近视发展减缓,同时玻璃体腔延长变慢。
色光干预屈光发育的机制可能与不同单色光的色差所导致的光学离焦有关,但同时我们的研究发现蓝光和绿光两种色光导致的屈光度数相差达-6.00D,远远超过两种色光的纵向色相差(-1.50D),出现了对光学离焦的过补偿现象,因此色光干预引起的屈光异常除了光学离焦外还可能存在其他作用机制。
Chu等研究发现在采用不含核黄素等光敏物质的培养基对 RPE细胞进行培养的条件下,蓝光照射可以导致肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)合成的减少,而HGF可调控巩膜中重要的酶类——基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2, MMP2)的表达。蓝光可能通过减少HGF的表达从而抑制近视的进展。
此外,蓝光会影响昼夜节律。而昼夜节律的改变,多巴胺在屈光发育中的调控作用已经受到广泛的认可,因此,蓝光也可能通过多巴胺的改变而影响近视的进展。
3 | 日常照明产品中的蓝光真的有害吗?
在全球能源紧缺忧虑逐步升高的背景下,发光二极管(1ightemitting diode,LED)照明产品的应用领域不断扩大,被广泛应用于指示、装饰、背光源及普通照明等领域。在日常使用的电脑、手机以及电视显示屏中也逐步展开应用。
国内外的权威机构、组织和专家对LED的蓝光危害进行了各种测试和评估,使国际上有了相应的标准,这些标准对灯具和灯系统的制作提出了具体的要求,规定了其辐射限值,以避免对人体产生危害。
例如IEC62471,此标准适用于激光以外的一切光源,已被各国广泛接受。标准中按照光源的注视时间对蓝光的安全进行了分级:
零类产品:没有蓝光危害的光源,如果光源的实测亮度或照度小于安全值的上限,那么该光源分类为零类危害,蓝光是安全的,在短至200mm的距离长时间(t >10000s)直视光源也不会产生危害。
一类危害:具有较小蓝光危害,眼睛允许较长时间(100s<t<10000s) 直视光源的产品,而不会产生损害。在室内使用这一类光源时,我们应该尽量避免对其进行长时间注视。
二类危害:具有较大蓝光危害的光源,要求注视时间较短(0.25s≤t<100s)。
三类危害:有严重危害的蓝光,注视时间少于0.25s。
目前被用作LED照明的基本为零类和一类,如果是二类则被强制性打上“眼睛不能盯着看”的标签。
包括法国国家食品环境及劳动卫生署(ANSES)、美国能源部(USDOE)、欧洲光源公司联盟(ELC)和欧盟灯具制造商协会(CELMA)、全球照明协会(GLA)和欧洲照明(Lighting Europe)在内的国外政府机构和照明行业协会对各类灯和灯系统的光生物安全开展了深入的研究和比较测试,出版了全面的分析报告,给出了明确结论——
在相同色温下,LED的蓝光危害效率和其他光源是相近的,均在安全阈值之内,因此这些光源和灯具如果按照正常途径使用,对消费者是完全安全的。
这些报告同时也指出,使用者应避免直视高亮度的点光源。当然,即使人们偶然看到高亮度的点光源,也会因为自身的条件反射,如本能地闭上眼睛或移开视线来保护双眼。
因此,采用高亮度LED封装器件制造光源和灯具时,应该根据不同应用场合限制产品的亮度和照度,并对这些产品的蓝光安全进行评估和测试,以保证使用者的使用安全。
对室内普通照明,如果能够将LED的最大亮度或者照度控制在一个安全的范围内,如1000lx以内,那么这些产品就不存在蓝光危害。
4 | 蓝光需要防护吗?
到目前为止,尚没有充足证据证明人类眼底感光细胞的损伤、AMD的发生与蓝光有相关性。虽然有多个动物实验及体外细胞培养的实验证明了暴露于蓝光所引起的视网膜细胞的光损伤,但动物和组织培养的数据所证明的高强度蓝光暴露与长期、慢性、低强度的光辐射所致人眼的损伤结果存在差别。
而流行病学调查关于蓝光引起RPE细胞凋亡最终导致AMD的报道结果尚有争议,部分学者支持,也有学者反对。
随着白内障程度的加重,晶状体滤过蓝光的作用加强,导致最终到达视网膜的蓝光减少,但是仍然有调查显示严重白内障与AMD的发生相关。
虽然角膜和晶状体可以滤过大部分紫外线,但仍有研究显示,在青少年眼中,部分320nm波段的紫外线可以穿过晶状体到达RPE。也有学者认为:紫外线中的UVA波段(315~400nm)与可见光中的短波长波段相近,可以穿过屈光间质引起视网膜的损伤;30岁以下的青年人中UVB波段(280~315nm)也可损伤视网膜。
因此,蓝光不是唯一能到达眼底引起视网膜感光细胞和RPE细胞损伤的波段,紫外光也可以引起视网膜损伤,参与AMD的发病过程。
目前虽然各大公司推出滤过蓝光镜片、隐形眼镜以及人工晶状体来预防蓝光对眼底的损伤,但是国内外学者对蓝光滤过型人工晶状体的常规使用意见不一。
蓝光滤过型晶状体支持者认为,随着年龄的增长,晶状体吸收紫外线致其透明度降低,同时对蓝光的滤过作用增加,有研究表明:53岁晶状体可透过70%蓝光,而到了75岁只可透过25%的蓝光。
由于动物实验及细胞实验均发现蓝光对眼底感光细胞和RPE细胞的损伤,一旦浑浊的晶状体被取出,会有大量的蓝光直接进入眼内到达眼底,产生一系列的眼底损害。而蓝光滤过型晶状体模拟人眼对蓝光的滤过,达到保护眼底的目的。
蓝光滤过反对者认为,目前没有大规模临床实验证实蓝光滤过型人工晶状体的植入可减少AMD的发病率。蓝光的不合理滤过会影响人类夜视力,昼夜节律以及色觉平衡。
有学者将400~500nm的蓝光波段细分为较短波长的蓝光(400~440nm)和较长波长的蓝光(440~500nm),研究发现较短波长蓝光对光感受器和色素上皮细胞的损伤大于较长波长蓝光且影响暗视力和昼夜节律的波段在 440~500 nm的蓝光区域,认为采用滤过较短波长蓝光的人工晶状体既可滤过脂褐素和A2E的感光峰值从而减少视网膜损伤,又可保留蓝光的暗视力和昼夜节律调节功能。
蓝光是自然界一直存在的光,是太阳光的重要组成部分,它具有调节昼夜节律、产生暗视力以及影响屈光发育等重要作用。
一般来说,太阳光是安全的,但如果长时间注视太阳,也会造成视网膜损伤;蓝光在一定范围内是安全的,但是如果蓝光过量,即人眼暴露在高频率高能量的蓝光中,会对视杆细胞产生损伤。但是,处于密集曝辐的“富蓝化”环境与常态化的环境是两个不同的概念,因此将“蓝光”等同于“视网膜损伤”是不科学的。
目前,包括LED在内的普通照明光源,通过合理的设计,蓝光危害可以降低到无危险类或者低危险类水平,可在日常生活安全使用。
然而,随着科技的发展和人类活动范围在时间和空间上的扩大,人类将越来越多地接触到各种非自然界条件下的蓝光。目前对蓝光安全性的标准定义并非涵盖所有非自然蓝光光源。
此外,对于蓝光有特殊要求的人如婴儿、长期糖尿病史患者、某些高眼压患者以及正在服用光敏剂药物的患者,其对蓝光的敏感性与正常人有所不同,在相对安全的光强度下可能会引起视功能的损害。
因此,应根据不同年龄、健康状况及工作环境等不同条件下提出个性化的蓝光防护指导建议。
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