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藍光危害的機理解析

作者:福瑞達顯示 | 分類:資源文檔
      LED照明光源已經進入到普及階段,然而,LED照明光源產生的藍光危害卻沒有得到重視,很多人甚至都不了解藍光危害的重要性,藍光危害會成為今后的一個社會問題,需要引起警惕與重視。
      人的視力損傷是最不可以接受的損傷,尤其到老年后,視力問題是非常困擾生活的問題,由藍光危害引起的黃斑病變已經成為LED照明最需要關注的問題,根據世界衛生組織報告,黃斑部病變導致的失明排名第一,超過白內障,是造成視力不良的最主要因素,在大量使用LED照明的今天,LED照明的藍光危害更使值得重視的問題。
      在提倡節能環保的今天,LED照明光源得到了空前的發展,但LED照明引起的人眼健康沒有在這個行業得到警示,大量的高色溫產品與低價劣質產品充滿市場,其最主要的原因是LED光源的制造者與使用者并不了解LED照明產生的藍光危害,當自己把自己的眼睛危害到了的時候,那才是最悲哀的。
      本文全面和系統介紹藍光危害的專業文章,希望能起到普及藍光危害的知識,使讀者的能重視藍光危害問題,畢竟黃斑病變檢查與治療的費用是非常非常之昂貴的。
下面就藍光危害的機理進行詳細描述。
1白光包含的主要成分
      太陽光是我們常見到的白光,通過棱鏡對太陽光進行的分解,我們可以看到太陽光是由多種單色光混合形成的,如下圖所示,太陽光主要成分是由紅光、綠光、藍光組成。
      把紅光、綠光、藍光投射在一起,也可以混合成白光,如下圖所示,人造照明光源就是根據這個原理合成白光的,實際上,白光除了紅光、綠光、藍光之外,還需要包含其他成分的單色光,這樣,混合的白光才會對被照明的物體提供真實的色彩還原,我們稱之為白光的顯色性能。
   2白光色溫與藍光關系
      衡量白光光色的指標是色溫,單位是K(開爾文),通常,LED照明白光的色溫范圍是:2700K-7000K,把白光中的藍光成分提高,白光的色溫就提高,把白光中的藍光成分降低并且把紅光成分提高,白光的色溫就降低,人造光源的色溫與其他光源近似的關系如下圖:
3LED白光的光譜圖
      對白光的成分分析采用的是光譜分析法,白光的光譜分析是把白光的各種單色光的成分用波長與波長對應的輻射功率組成的二維圖表示,下圖是不同色溫的LED白光光譜圖,從圖中可以直觀的看出,色溫越高,藍光量比越大。 
4可見光的光子能量分布
      我們把人眼能夠看到的光稱為可見光,可見光的波長范圍是400-750nm,在可見光范圍里,不同波長的光的顏色也不同,我們看到的光,實際上是人眼的視覺細胞感應到的光子,不同波長的光子在視覺細胞感應的顏色不同,更為確切的說是感應的光子能量不同。
      從圖中可以看出,在可見光范圍里,藍光(波長400-500nm)光子攜帶的能量最多,稱之為高能量光,紫外線光子的能量高于藍光,人眼的視覺細胞感應不到紫外線,紫外線也稱為不可見光,與熒光燈不同,LED照明光源不會產生紫外線。
5人眼結構與視網膜黃斑中心凹
      藍光是如何危害人眼的健康呢?首先,我們需要了解人眼的結構與人眼的視覺功能。人眼結構如下圖所示。
      人眼之所以能看到的物體,實際上是看到物體的反射光,光線進入人眼的路徑是:光線沿著視軸,通過角膜、瞳孔、晶狀體、玻璃體到達視網膜,視網膜的視軸終點有一個淺漏斗狀小凹陷區,叫做黃斑中心凹,中心凹是視力最敏銳的地方,分布著豐富的視覺細胞,眼睛所看到的物體投影在黃斑中心凹的,黃斑是由于該區域含有豐富的葉黃素而得名。
6視覺細胞
      人眼是如何看到物體的呢?人眼看到的物體的倒立圖像投影在視網膜黃斑區上,視網膜是一層透明的膜,在視網膜后存在視覺細胞,視覺細胞的作用是感應進入人眼光線的光子,在視軸的終點的黃斑中心凹里含有豐富的視覺細胞,是視覺感應的區域,下圖是視覺細胞組織圖。
      圖中黃綠色的條形細胞稱為柱狀細胞,圖中藍色圓錐狀的細胞稱為錐狀細胞,這兩種細胞構**眼的視覺細胞,錐狀細胞主要分布在黃斑中央凹處,人眼看到的物體就是通過這兩種細胞對光的感應實現的,柱狀細胞與錐狀細胞把感應到的光信號傳遞至神經細胞進行混合,再由神經纖維傳遞到大腦,形成視覺圖像。
      人眼約有1億2千萬個柱狀細胞和8百萬個錐狀細胞。視覺細胞死亡后不可再生,所以,人眼的視覺細胞是人體最珍貴的不可再生的資源。視覺細胞隨著人的年齡增大而逐漸減少,這就是老年人視力逐漸衰退的原因。
      當柱狀細胞受損,就會得夜盲癥,當錐狀細胞受損,就會得色盲癥。
      柱狀細胞只感應低照明環境下的暗視覺(亮度值小于每平方米0.001CD),柱狀細胞只能感應光的明暗,不能感應光的色彩,這就是為什么我們在夜晚燈光很暗的時候,人眼只能夠看到的物體黑和灰色,而看不到色彩,如下圖所示:
      錐狀細胞是在正常照明下產生的明視覺(亮度值大于每平方米3CD),錐狀細胞感應的是光的彩色,在明亮的環境里,主要是錐狀細胞提供視覺功能,這就是我們在明亮的環境能夠看到彩色世界,錐狀細胞是人類最常工作的視覺細胞。
      錐狀細胞又分為3種,分別是感應紅光的錐狀細胞、感應綠光的錐狀細胞和感應藍光的錐狀細胞,如下圖所示: 
      感應紅光的錐狀細胞對波長為650-680nm最為敏感;
      感應綠光的錐狀細胞對波長為560-570nm最為敏感;
      感應藍光的錐狀細胞對波長為440-450nm最為敏感;與白光LED芯片的發光波長接近,這也是LED照明光源存在藍光危害的原因。
      這3種錐狀細胞數量比大約是40:20:1,感應藍光的錐狀細胞數量最少,最珍貴。
      錐狀細胞構成視覺的過程是:3種錐狀細胞分別感應進入人眼的光線里包含的紅綠藍光的強弱,形成彩色信號,在大腦產生彩色圖像,因為錐狀細胞是在較明亮的環境才工作,也稱之為明視覺。
7視覺細胞的營養與代謝
      由人眼結構圖,我們看到柱狀細胞與錐狀細胞與視網膜色素上皮層相連,視網膜色素上皮層負責向柱狀細胞和錐狀細胞提供營養物質,視網膜色素上皮層可以吞噬并消化柱狀細胞與錐狀細胞的代謝物質。
      當光線到達視網膜黃斑中心凹,黃斑里含的葉黃素會吸收適量的藍光,光線的射入會產生自由基,自由基就是具有很強氧化能力的一種氧,正常條件下,自由基會被人體內的抗氧化物質GSH-P和SOD所吸收并隨血液代謝,使得視網膜色素上皮層能正常地向柱狀細胞與錐狀細胞提供營養。
8視網膜黃斑病變
      正常人的眼睛的黃斑隨年齡增長會發生老化,老化的黃斑會引起視力逐漸下降,看物體模糊,需要更多照明光才能分辨細節,這是正常生理現象。
      如果長期在含藍光成分較多的照明環境里工作與生活,過量的高能藍光進入人眼,就會產生大量的自由基,體內抗氧化物質就不能完全消除過量的自由基,過量的自由基會加速視網膜黃斑部氧化,未被黃斑吸收的藍光也會直接損傷視覺細胞。
      過量的自由基還會氧化損傷視網膜色素上皮細胞,使視網膜色素上皮細胞無法正常向視覺細胞提供營養與代謝,導致視覺細胞營養供應不良,最終導致黃斑部主要的視覺細胞死亡,視覺細胞的死亡是不可再生的。
      由于黃斑區主要為錐狀細胞,高能量藍光對色素起損害作用,是導致視網膜黃斑部錐狀細胞死亡的主要因素,即產生黃斑區病變(AMD),藍光危害產生的黃斑部病變,會導致視力快速減弱,視物變形,物體線條彎曲,視覺中央出現黑影或模糊區域,如果出現血性黃斑部病變就會永久失明。
      白光對視網膜的損害程度取決于藍光含量的光強度高低和藍光在視網膜停留時間長短。
      由于兒童的視網膜黃斑對藍光的吸收能力弱,兒童視網膜接收到的藍光輻射量是成年人的2倍左右,所以藍光輻射對兒童視力健康影響最大,是最需要保護的群體。
9LED照明產生的藍光危害與對策
      無論太陽光和人造光源的白光,白光中的藍光成分達到一定的強度時,白光中的藍光成分會影響人的視覺健康,由于LED白光是由發出藍光的芯片與黃 色熒光粉混合而成,LED的藍光危害問題尤為突出,當LED白光色溫達到7000K以上時,LED的藍光危害是所有人造光源中最為突出的,LED照明光源的藍光危害是公眾健康問題,如果不加以控制,將會引發不可恢復的視力損傷所產生的社會問題。
      藍光危害不僅存在于LED照明光源,節能燈、熒光燈、手機、顯示器、電視機、太陽光都會引發錐狀細胞的損傷。
      對于兒童用燈與青少年閱讀用燈,藍光危害問題更是要高度重視。
      白光對視網膜的損害程度取決于藍光含量的光強度高低和藍光在視網膜停留時間長短,合理控制照明的亮度,照明時間,照明光源的色溫與顯色性,光源功率都是有效減少藍光危害的手段。
      關于如何預防LED照明的藍光危害問題,可以參考之前寫的文章《室內照明對健康的影響》。
      LED照明光源的藍光危害是可防控的,只要重視和普及藍光危害的知識,LED照明仍然是值得發展的照明技術。
10藍光危害導致的黃斑病變的自我檢測
      通過下面的方法,可以初步檢測一下是否已經出現錐狀細胞的損傷與黃斑病變,如果檢測出異常視覺問題,請盡快去專業醫院進行檢查。
      首先做一個色盲的測試,藍光危害最初可能會引發微弱的色盲,在這里需要強調的是,許多色盲是天生的。
      色盲的分類有以下幾種,人眼先天幾乎不會產生藍色色盲,藍色色盲的出現,幾乎是光線引發。
      當你看到的藍色接近灰色,你的錐狀細胞損傷已經很嚴重了。
黃斑病變的自我檢測
      阿姆斯勒方格表可以測試黃斑是否出現病變,測試非常簡單,可以推薦給你的朋友與同事。
      LED照明引發的藍光危害是在長期使用照明的過程中逐漸產生的,只要重視與防護,LED照光源還是安全的,畢竟LED照明的節能指標與產生的環保效益也是需要重視的。
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