“Quang sinh học là một lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh học, vật lý và hóa học để nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ quang học lên các sinh vật sống.”
“Hệ thống chiếu sáng là nguồn bức xạ quang học nhân tạo được sử dụng chủ yếu để cung cấp ánh sáng cho mắt nhằm thực hiện các quá trình thị giác trong điều kiện không có đủ ánh sáng.”
Hiệu ứng quang sinh học đầu tiên của nguồn ánh sáng nhìn thấy được chính là thị giác. Ở người, ánh sáng tương tác với một số mô mắt và các loại thụ thể ánh sáng võng mạc (tế bào hình nón và tế bào hình que, tế bào thần kinh thị giác…) để gửi những tín hiệu nhận được đến mạng lưới thần kinh thị giác võng mạc, được kết nối trực tiếp với não qua các dây thần kinh thị giác giúp ta nhận biết được ánh sáng, hình ảnh… Tuy nhiên, chính vì sự tiếp xúc với ánh sáng, nếu chúng ta không kiểm soát chúng (cường độ hay thời gian tiếp xúc…) những tác động đến từ quang sinh học có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Ngoài thị giác, một trong những tác động quang sinh học quan trọng nhất của ánh sáng nhìn thấy đối với động vật là điều chỉnh nhịp sinh học. Tác động này đã được các nhà sinh vật học quan sát và nghiên cứu ở người (bao gồm một số đối tượng mù) và nhiều loài động vật khác từ những năm 1980. Ánh sáng là tác nhân mạnh mẽ nhất để thực hiện quá trình đồng bộ hóa hàng ngày của đồng hồ sinh học, về bản chất, mỗi chu kỳ của nó trong khoảng 24 giờ (có lệch đi một vài phút cho đến vài chục phút).
Trong trường hợp không có các kích thích ánh sáng, đồng hồ sinh học sẽ trôi đi và trở nên không đồng bộ với lịch trình hàng ngày. Đặc điểm nổi bật nhất của cơ chế đồng bộ hóa này là nó chỉ diễn ra qua mắt. Việc phát hiện ra một loại tế bào cảm thụ ánh sáng mới trong võng mạc vào những năm 1990 đã cung cấp cơ sở sinh lý học để giải thích hiện tượng này. Một số lượng nhỏ tế bào hạch được phát hiện có khả năng cảm thụ ánh sáng không góp phần vào thị lực. Người ta đã chứng minh rằng sự kích thích quang học của những tế bào này chịu trách nhiệm ngăn chặn việc sản xuất melatonin, hormone giấc ngủ, và cũng là nguyên nhân gây ra nhiều hiệu ứng ngoài thị giác khác như co thắt đồng tử, tăng nhịp tim và nhiệt độ cơ thể, v.v…
“An toàn quang sinh học” đề cập đến các tác dụng không mong muốn của bức xạ quang học đối với các mô của con người, đặc biệt là da và mắt. Những tác động này có thể có một số nguyên nhân như theo mô tiếp xúc, bước sóng của bức xạ tới, cường độ tiếp xúc và thời gian tiếp xúc. Theo các thông số này, các tác động có thể tạm thời (có thể hồi phục) hoặc vĩnh viễn trong trường hợp phơi nhiễm nghiêm trọng.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ánh sáng ảnh hưởng của đến cơ thể con người qua 2 cơ chế:
- Trực tiếp: hấp thụ thông qua tế bào của cơ thể
- Gián tiếp: thông qua hormones trong máu hoặc các tín hiệu hoá học được giải phóng từ các neurons cơ thể.
Ánh sáng mặt trời được coi là cung cấp Full Spectrum light – ánh sáng đầy đủ dải phổ nên khi đọc sách hay làm việc dưới ánh sáng này, mắt người sẽ khoẻ mạnh nhất mà không phải điều tiết gì thêm. Tuy nhiên, tùy vào cường độ và thời gian tiếp xúc, ánh sáng mặt trời cũng có thể gây hại cho làn da của chúng ta như: cháy nắng, sạm da, sẩn ngứa… hay các ảnh hưởng đối với mắt như: chói mắt, hoa mắt, viêm giác mạc, hạt kết giác mạc, mộng thịt, đục thủy tinh thể hay thoái hóa hoàng điểm.
Thêm vào đó, ánh sáng mặt trời chỉ xuất khi ở ban ngày, và không thể xuất hiện trong các không gian theo nhu cầu của con người, vì vậy ánh sáng nhân tạo như ánh sáng đèn sợi đốt, đèn halogen, và đặc biệt là đèn LED (với những ưu điểm như đa dạng, thân thiện với môi trường, phù hợp thị yếu của người tiêu dùng, hiệu suất phát quang lớn…) đã xuất hiện và dần thay thế cho ánh sáng mặt trời trong những nhu cầu nhất định của con người.
Các nguồn sáng từ hệ thống chiếu sáng, hay các thiết bị điện – điện tử… đều có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người nếu không được kiểm soát.
Khi mùa đông đến, để làm ấm người ta sử dụng đèn halogen để sưởi. Với công suất và cường độ rất lớn, cộng thêm khoảng cách gần với người dùng, các tia IRA có thể chuyên qua giác mạc, thủy tinh thể đến võng mạc, sau một thời gian tiếp xúc đủ dài cộng thêm cường độ lớn có thể gây ra các bệnh như đục thủy tinh thể, thoái hóa điểm hoàng. Đơn giản nhất chúng ta có thể nhìn thấy ngay tức thì là hiệu ứng trên da. Sau 1 thời gian tiếp xúc, da có thể bị khô, rát.
Đèn Halogen để sưởi ấm
Ánh sáng phát ra từ các thiết bị như tivi, điện thoại, máy tính bảng, máy tính xách tay.. sau một thời gian tiếp xúc có thể khiến chúng ra mỏi mắt, khô mắt dần sẽ gây mờ mắt, suy giảm thị lực. Khi tiếp xúc, một lượng lớn ánh sáng năng lượng cao (ánh sáng xanh) được phát ra từ chip LED trong màn hình điện thoại, tivi, laptop.. có thể đi xuyên qua giác mạc và thủy tinh thể một cách dễ dàng, chúng xâm nhập vào tận sâu bên trong mắt và có thể gây ra các tổn hại cho võng mạc. Bên cạnh tác hại cho mắt, các tia sáng này cũng có thể gây hại cho làn da của chúng ta. Bác sĩ da liễu Murad, người sáng lập thương hiệu mỹ phẩm Murad đã có những chia sẻ về vấn đề này. Theo ông, dành 4 ngày làm việc trước máy tính, 8 tiếng mỗi ngày sẽ tương ứng với việc tiếp xúc với ánh nắng gay gắt trong 20 phút. Thực tế, chỉ với 7 phút phơi nắng, làn da của bạn có thể bị bỏng.
Bên cạnh các nguồn sáng từ các bóng đèn như halogen, bóng đèn huỳnh quang, bóng đèn sợi đốt… khi công nghệ LED ngày một phát triển, chúng ta có thể nhìn thấy Đèn LED xuất hiện với mật độ dày đặc ở mọi nơi. Với các tia sáng như ánh sáng xanh, tia UV hay IR được phát ra từ chip LED các nhà khoa học đang lo ngại về sự ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người đặc biệt là mắt và da. Vì sao, Đèn LED lại ảnh hưởng đến sức khỏe của mắt và da, cùng Phòng thử nghiệm Phúc Gia làm rõ vấn đề này nhé!
II. TỔNG QUAN VỀ QUANG SINH HỌC
“Quang sinh học” là nghiên cứu về sự tương tác của bức xạ quang học với các cơ thể sống.
“Bức xạ quang” được định nghĩa là bức xạ điện từ có bước sóng từ 100 nm trong vùng tử ngoại sâu (UV) đến 1 mm trong vùng hồng ngoại xa (IR). Tuy nhiên, phạm vi này thường bị hạn chế cho các mục đích thực tế ở 200-3000 nm do bức xạ tử ngoại trong dải bước sóng dưới 180nm (UV chân không) bị hấp thụ mạnh bởi oxy không khí và những ảnh hưởng không đáng kể của các photon năng lượng thấp trong IR xa.
Vì bức xạ quang học được hấp thụ mạnh mẽ trong mô, với độ sâu xuyên từ vài micromet (µm) đối với tia UV đến milimét (mm) đối với IR, nên da và mắt của cơ thể con người có nguy cơ bị phơi nhiễm cao nhất.
“Phản ứng sinh học đối với sự phơi nhiễm” là kết quả của nhiều quá trình biến đổi năng lượng, được phân loại rộng rãi là tương tác quang hóa hoặc tương tác nhiệt.
Trong khi tương tác quang hóa chiếm ưu thế trong phạm vi bước sóng ngắn, nơi năng lượng photon là lớn nhất, thì tương tác nhiệt có xu hướng chiếm ưu thế ở đầu bước sóng dài của quang phổ.
Trong tương tác quang hóa, ánh sáng có bước sóng cụ thể (và mang năng lượng) kích thích các điện tử trong phân tử tế bào, dẫn đến phá vỡ hoặc tổ chức lại các liên kết hóa học trong đó. Điều này có thể gây ra hậu quả trực tiếp đến DNA, theo đó các cặp ba-zơ liên kết với nhau, tạo ra sự gián đoạn trong chuỗi DNA. Một cách gián tiếp, có thể tạo ra dư thừa các gốc tự do phản ứng mạnh. Những chất này có thể tương tác với DNA (để gây ra sự tổ chức lại cấu trúc) và với các tế bào khác như tế bào cảm thụ ánh sáng võng mạc (để gây suy giảm chức năng tế bào và chết tế bào). Điều quan trọng hơn, là tổn thương DNA, nếu không được sửa chữa kịp thời sẽ có khả năng làm phát sinh các bệnh ung thư.
Các cơ chế làm nền tảng cho tương tác nhiệt có liên quan đến sự hấp thụ ánh sáng làm tăng nhiệt độ tại vị trí tiếp xúc, dẫn đến biến tính protein và tổn thương tế bào do nhiệt.
Hình 1. Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc mạnh mẽ của các tương tác quang hóa với quang phổ
Trong khi các tương tác nhiệt gây ra nguy cơ như nhau trên tất cả các bước sóng, thì sự phụ thuộc bước sóng mạnh mẽ của các tương tác quang hóa được đặc trưng bởi các hàm trọng số nguy hiểm (Hình 1). Các chức năng như vậy là nghịch đảo của liều lượng (hoặc năng lượng) cần thiết ở mỗi bước sóng để tạo ra một mức phản ứng nhất định và được chuẩn hóa thành thống nhất: “một phản ứng thấp đòi hỏi một liều lượng cao và ngược lại.”
Hơn nữa, trong khi các ảnh hưởng của tiếp xúc nhiệt mức độ thấp có thể được giảm thiểu bằng cách dẫn nhiệt từ vị trí tiếp xúc, các tương tác quang hóa thường tuân theo định luật tương hỗ Bunson-Roscoe. Điều này nói lên rằng các quá trình quang hóa phụ thuộc vào liều lượng, có nghĩa là tiếp xúc ở mức độ thấp, trong thời gian dài sẽ gây ra thiệt hại tương tự như mức độ cao, tiếp xúc ngắn hạn.
III. CẤU TẠO CỦA MẮT VÀ ẢNH HƯỞNG QUANG SINH HỌC TỪ CÁC BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG.
Cấu tạo của mắt
Mắt được cấu tạo bởi 11 bộ phận chính với các chức năng như được thống kê trong bảng sau:
|
STT |
CÁC BỘ PHẬN CỦA MẮT |
CHỨC NĂNG |
| 1 | Mi mắt | Bảo vệ mắt |
| 2 | Kết mạc | Che phủ nhãn cầu, chống nhiễm khuẩn |
| 3 | Củng mạc | Giữ hình dạng con mắt |
| 4 | Giác mạc | Hội tụ ánh sáng |
| 5 | Mống mắt | Điều chỉnh lượng ánh sáng |
| 6 | Thuỷ dịch | Nuôi dưỡng giác mạc và thể thuỷ tinh, giữ hình dạng cho giác mạc |
| 7 | Thể thuỷ tinh | Hội tụ ánh sáng |
| 8 | Dịch kính | Lấp đầy khoảng giữa thể thuỷ tinh và võng mạc, giữ hình dạng nhãn cầu |
| 9 | Hắc mạc | Nuôi dưỡng nhãn cầu |
| 10 | Võng mạc | Cảm thụ ánh sáng |
| 11 | Thần kinh thị giác | Nối con mắt với não, dẫn truyền tín hiệu thần kinh |
Xét đến ảnh hưởng quang sinh học từ các bước sóng ánh sáng đến mắt, chúng ta cần quan tâm đến các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng như: Giác mạc, đồng tử, thủy tinh thể và võng mạc. Cùng Phòng thử nghiệm Phúc Gia làm rõ cấu tạo, vai trò cũng như tác động của quang sinh học đến các bộ phận quan trọng của mắt nhé.
Giác mạc (lòng đen) là lớp mô mỏng trong suốt nằm phía trước nhãn cầu, là bộ phận tiếp xúc với ánh sáng đầu tiên, cho phép ánh sáng đi qua giúp mắt nhìn thấy.
Đặc điểm: là một màng trong suốt, rất dai, không có mạch máu có hình chỏm cầu chiếm 1/5 phía trước của vỏ nhãn cầu. Đường kính của giác mạc khoảng 11 mm, bán kính độ cong là 7,7 mm. Chiều dày giác mạc ở trung tâm (trung bình 520µm) mỏng hơn ở vùng rìa (trung bình 700µm). Bán kính cong mặt trước giác mạc tạo thành lực hội tụ khoảng 48,8D, chiếm 2/3 tổng công suất khúc xạ của nhãn cầu.
Cấu tạo: Giác mạc có 5 lớp, từ ngoài vào trong bao gồm: Biểu mô, Màng Bowmans (còn được gọi là “màng chun trước”), Nhu mô (chiếm 90% bề dày giác mạc), Màng Descemet (màng chun sau của Bowman), Nội mô.
Cấu tạo của giác mạc
Chức năng: Giác mạc giống như một thấu kính có chức năng kiểm soát và hội tụ các tia sáng vào mắt. Giác mạc chiếm 2/3 công suất khúc xạ của nhãn cầu. Để nhìn rõ, các tia sáng đến bề mặt nhãn cầu phải được hội tụ bởi giác mạc và thủy tinh thể để rơi đúng vào võng mạc. Võng mạc chuyển các tia sáng thành các xung thần kinh truyền đến não giúp ta nhận biết hình ảnh. Ngoài ra, giác mạc còn giống như bộ lọc sàng lọc tia cực tím (UV) có hại cho mắt, nếu không, thủy tinh thể và võng mạc sẽ bị tổn hại bởi tia UV.
Tác hại của các tia sáng (ảnh hưởng quang sinh học từ các bước sóng ánh sáng) đối với giác mạc
Tác hại của tia sáng đến giác mạc
+ UVC (100-280): đây là tia có mức bức xạ cao nhất và có khả năng gây hại rất lớn đến mắt và da.
+ UVB (280nm – 315nm): Tia UVB bị giác mạc hấp thu gần hết nên chúng không phải là nguyên nhân chính gây nên các hiện tượng đục thủy tinh thể hay thoái hóa hoàng điểm mà chủ yếu gây nên các bệnh giác mạc như viêm giác mạc, hạt kết giác mạc, mộng.
+ UVA (315nm – 400nm): UVA xuyên qua được giác mạc, đi vào thủy tinh thể, võng mạc, nếu phơi sáng quá lâu sẽ dẫn đến tình trạng thoái hóa hoàng điểm hay đục thủy tinh thể.
+ Ánh sáng xanh – Bluelight (HEV) (400nm – 500nm): xuyên qua giác mạc và thủy tinh thể một cách dễ dàng, chúng xâm nhập vào tận sâu bên trong mắt và có thể gây ra các tổn hại cho võng mạc. Ánh sáng xanh có bước sóng ngắn, mang mức năng lượng cao vì thế khi đi qua giác mạc ánh sáng xanh sẽ gây tổn thương các tế bào võng mạc. Khi tiếp xúc trong thời gian dài sẽ dẫn đến tình trạng thoái hóa hoàng điểm hay đục thủy tinh thể.
+ Tia hồng ngoại (780-3000nm): Khi tiếp xúc với giác mạc trong một thời gian nhất định vượt quá lượng bức xạ hồng ngoại quy định, phản ứng nhiệt quá nhiệt của bức xạ hồng ngoại có thể gây ra bỏng giác mạc.
=> Trong IEC 62471, các tác động của quang sinh học lên giác mạc được đánh giá qua các giới hạn phơi nhiễm như:
– ES ( 200-400nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm UV quang hóa đối với da và mắt – gây ra các bệnh cho giác mạc như Viêm giác mạc, đục thủy tinh thể.
– EB và LB (300 – 700nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm ánh sáng xanh lên võng mạc – gây ra viêm mắt
– EIR (780-3000nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm bức xạ hồng ngoại đối với mắt – gây bỏng giác mạc.
Mống mắt
Mống mắt là vòng sắc tố bao quanh đồng tử, quyết định màu mắt (đen, nâu, xanh..).
Đồng tử là lỗ nhỏ màu đen, nằm ở trung tâm của mống mắt cho phép ánh sáng đi qua và đi đến võng mạc.
Kích thước của đồng tử: Kích thước của đồng tử phụ thuộc vào độ tuổi và ánh sáng. Thông thường đồng tử sẽ có kích thước từ 2mm – 7mm.
+ Đường kính đồng tử khi mắt mở to nhất: 7mm – ở độ chói rất thấp (< 0.01 cd.m-2);
+ Đường kính đồng tử khi mắt mở nhỏ nhất: 2mm – ở độ chói thấp (< 10000 cd.m-2).
+ Thông lượng bức xạ đi vào mắt được hấp thu bởi võng mạc (380nm – 1400nm) tỷ lệ thuận với diện tích đồng tử.
Chức năng: Đồng tử có thể co lại hoặc giãn ra nhờ các cơ nằm trong mống mắt để điều chỉnh lượng ánh sáng vào mắt. Lượng ánh sáng đến mắt càng ít thì đồng tử càng mở to và ngược lại.
=> Ứng dụng độ mở của đồng tử hay kích thước của đồng tử trong IEC 62471.
– Khi độ chói của nguồn sáng đủ cao (> 10 cd.m-2), với thời gian phơi nhiễm > 0.25s: sử dụng độ mở của mắt đo tương ứng với đường kính đồng tử là 3mm (diện tích 7mm2) để xác định giới hạn phơi nhiễm;
– Khi độ chói của nguồn sáng thấp, tức là bức xạ hồng ngoại cho thấy có ít hoặc không, khi đó các giới hạn phơi nhiễm được đánh giá quy hiểm quang sinh học tại độ mở của mắt đo tương ứng với đường kính của đồng tử là 7mm.
– Đối với các trường hợp khi sử dụng nguồn cận hồng ngoại, để đánh giá quy hiểm quang sinh học các giá trị phơi nhiễm được đo dựa trên giả thiết đường kính đồng tử là 3mm.
Đặc điểm: Thủy tinh thể trong suốt, nằm sau mống mắt.
Cấu tạo: Thủy tinh thể được cấu tạo chủ yếu là nước và protein. Các protein được sắp xếp trật tự để cho ánh sáng xuyên qua và hội tụ trên võng mạc. Một số trường hợp protein tập trung thành đám, làm ánh sáng đi qua bị tán xạ, tạo ra những vùng mờ đục trong thủy tinh thể cản ánh sáng đến võng mạc và giảm thị lực. Tình trạng này gọi là đục thủy tinh thể.
Chức năng: làm nhiệm vụ như một thấu kính hội tụ cho ánh sáng đi qua, tập trung các tia sáng đúng vào võng mạc để tạo thành hình ảnh rõ nét, giúp ta có thể nhìn xa gần. Thủy tinh thể phải trong suốt để tạo ảnh rõ nét.
Tác hại của các tia sáng (ảnh hưởng quang sinh học từ các bước sóng ánh sáng) đối với thủy tinh thể:
+ UVA (315nm – 400nm): UVA xuyên qua được giác mạc, đi vào thủy tinh thể, võng mạc, nếu phơi sáng quá lâu sẽ dẫn đến tình trạng thoái hóa hoàng điểm hay đục thủy tinh thể.
+ Ánh sáng xanh – Bluelight (HEV) (400nm – 500nm): xuyên qua giác mạc và thủy tinh thể một cách dễ dàng. Khi tiếp xúc với thủy tinh thể trong một thời gian dài sẽ dẫn đến tình trạng đục thủy tinh thể.
+ Tia IR (dải 700-1400 nm, nguy cơ cao nhất có thể nằm trong khoảng 900-1000 nm): Ta có thể thấy, tia IRA đi xuyên qua thủy tinh thể, IRB có thể xuyên qua giác mạc đến thủy tinh thể, tại đây một hiệu ứng quang sinh nhiệt gây biến tính protein tại vị trí tiếp xúc hoặc phản ứng quang hóa gây ra đục thủy tinh thể dẫn đến giảm thị lực. Tương tác nhiệt có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của protein và cũng dẫn đến tổn thương tế bào. Một vài giả thiết cho rẳng đục thủy tinh thể do tia hồng ngoại cũng có thể là một phản ứng quang hóa. Như ta đã biết hiện nay có các bệnh như “Đục thủy tinh thể hồng ngoại” hay còn gọi là “đục thủy tinh thể do nhiệt công nghiệp”, “đục thủy tinh thể của thợ lò” hoặc “đục thủy tinh thể của thợ thổi thủy tinh”. Đục thủy tinh thể thường xảy ra sau nhiều năm phơi nhiễm thường xuyên mức độ cao, thời gian bao lâu phụ thuộc vào chênh lệch giữa mức phơi nhiễm và ngưỡng, các phơi nhiễm mạnh tạo ra phản ứng trong thời gian ngắn nhất.
=> Trong IEC 62471, các tác động của quang sinh học lên thủy tinh thể được đánh giá qua các giới hạn phơi nhiễm như:
– ES ( 200-400nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm UV quang hóa đối với da và mắt gây ra các bệnh cho thủy tinh thể như Đục thủy tinh thể..
– EUVA (315-400nm) Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm cận UV đối với mắt – gây Đục thủy tinh thể,
Võng mạc là một màng bên trong đáy mắt có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ thủy tinh thể hội tụ lại. Trung tâm võng mạc là hoàng điểm (điểm vàng), nơi tế bào thị giác nhạy cảm nhất giúp nhận diện nội dung, độ sắc nét của hình ảnh. Thông qua các dây thần kinh thị giác võng mạc, năng lượng ánh sáng sẽ chuyển thành tín hiệu thị lực và gửi về trung khu phân tích ở não. Trong não, những tín hiệu này được giải mã để tạo ra hình ảnh được nhìn thấy.
Cấu tạo: Võng mạc có 10 lớp tế bào: Lớp biểu mô sắc tố, lớp tế bào nón và tế bào hình que, màng ngăn trong, lớp nhân ngoài, lớp rối ngoài, lớp nhân trong, lớp rối trong, lớp tế bào hạch, lớp sợi thần kinh, màng ngăn trong, các lớp võng mạc. Trong đó bao gồm hai lớp tế bào thần kinh chính là:
+ Tế bào cảm nhận ánh sáng (photoreceptor): chủ yếu là tế bào hình que (rất nhạy với ánh sáng, chúng cho phép ta nhìn thấy các vật trong điều kiện thiếu ánh sáng, giúp cho tầm nhìn được xa hơn) và tế bào hình nón (ngược lại, cần nhiều ánh sáng, nhưng lại cho ta nhận biết các chi tiết rất nhỏ của vật ta nhìn vào, đảm bảo tập trung thị lực vào một điểm và giúp phân biệt các màu khác nhau).
+ Lớp còn lại là tế bào hạch (ganglion nerve layer) hay còn gọi là hạch thần kinh.
Ánh sáng vào mắt được tiếp nhận bởi các tế bào cảm nhận ánh sáng được chuyển thành các tín hiệu thị giác thông qua phản ứng hóa học biến quang năng thành điện năng sau đó được truyền đến hạch thần kinh. Những sợi thần kinh hạch hội tụ tại đĩa thị (optic disc) và tạo thành dây thần kinh thị giác (optic nerve) đi lên não.
| STT | Thụ thể ánh sáng | Sự nhạy cảm với ánh sáng | Độ sắc nét | Sự thích nghi với bóng tối | Nhìn màu sắc |
| 1 | Tế bào hình que/ Rod cells | Ngưỡng thấp | Độ sắc nét thấp | Thích ứng muộn |
Không (chỉ phân biệt được trắng và đen) |
| Cực kỳ nhạy với ánh sáng có cường độ thấp do đó chúng đóng một vai trò quan trọng trong tầm nhìn ngoại vi, tầm nhìn ánh sáng yếu cũng như tầm nhìn ban đêm. | Không hiện diện trong hố mắt (điểm hoàng) | ||||
| Hoạt động tốt trong vùng tối, cho phép bạn nhìn vào ban đêm | Việc mất tế bào que gây ra bệnh quáng gà | ||||
| 2 | Tế bào hình nón/ Cone cells | Ngưỡng cao | Độ sắc nét cao | Thích ứng sớm |
Có (Có 3 loại tế bào hình nón: – S (tế bào nón ngắn/ short cone cells) nhạy cảm với màu xanh lam; – M (tế bào hình nón trung bình/ medium cone cells) nhạy cảm với màu xanh lá cây – L (tế bào hình nón dài/ long cone cells) nhạy cảm với màu đỏ. |
Ngoài ra “Lớp tế bào biểu mô sắc tố võng mạc” cũng đóng góp một phần quan trọng của võng mạc: giúp nuôi dưỡng và bảo vệ tế bào que, tế bào nón trước tác động gây hại của tia cực tím và ánh sáng xanh gây hại võng mạc. Lớp biểu mô sắc tố còn có vai trò ngăn cản sự phản chiếu ánh sáng trong toàn nhãn cầu (sự phản chiếu sẽ khiến cho hình ảnh bị mờ, không rõ nét.
Lớp tế bào biểu mô sắc tố võng mạc
Tác hại của các tia sáng (ảnh hưởng quang sinh học từ các bước sóng ánh sáng) đối với võng mạc:
+ UVC (100-280): đây là tia có mức bức xạ cao nhất và có khả năng gây hại rất lớn đến mắt và da.
+ UVA (315nm – 400nm): UVA xuyên qua được giác mạc, đi vào thủy tinh thể, võng mạc, nếu phơi sáng quá lâu sẽ dẫn đến tình trạng thoái hóa hoàng điểm hay đục thủy tinh thể.
+ Ánh sáng xanh – Bluelight (HEV) (400nm – 500nm): xuyên qua giác mạc và thủy tinh thể một cách dễ dàng, chúng xâm nhập vào tận sâu bên trong mắt và có thể gây ra các tổn hại cho võng mạc. Ánh sáng xanh có bước sóng ngắn, mang mức năng lượng cao vì thế khi đi qua giác mạc ánh sáng xanh sẽ gây tổn thương các tế bào võng mạc. Khi tiếp xúc trong thời gian dài sẽ dẫn đến tình trạng thoái hóa hoàng điểm hay đục thủy tinh thể, hay có thể nhìn thấy rõ nhất là các hiện tượng về tật khúc xạ như cận thị, suy giảm thị lực, khô mắt, mỏi mắt, đau mắt, khó tập trung..
+ Tia hồng ngoại (780-3000nm): Ta có thể thấy, tia IRA đi xuyên qua giạc mạc, thủy tinh thể, đến võng mạc, tại đây xảy ra phản ứng nhiệt hoặc quang hóa dẫn đến các triệu chứng như đau nhức mắt, đục giác mạc, khô mắt hay thoái hóa điểm hoàng.
=> Trong IEC 62471, các tác động của quang sinh học lên thủy tinh thể được đánh giá qua các giới hạn phơi nhiễm như:
– ES ( 200-400nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm UV quang hóa đối với da và mắt
– EUVA (315-400nm) Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm cận UV đối với mắt
– EB (300 – 700nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm ánh sáng xanh lên võng mạc – nguồn nhỏ
– EIR (780-3000nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm bức xạ hồng ngoại đối với mắt;
– LB (300-700nm) Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm ánh sáng xanh lên võng mạc;
– LR (380-1400nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm nhiệt lên võng mạc;
– LIR (780-1400nm): Giới hạn phơi nhiễm nguy hiểm nhiệt lên võng mạc – kích thích thị giác yếu.
IV. CẤU TẠO CỦA DA VÀ ẢNH HƯỞNG QUANG SINH HỌC TỪ CÁC BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG.
Khi da tiếp xúc, một phần ánh sáng tới được phản xạ, phần còn lại được truyền qua lớp biểu bì và hạ bì, tác động đến cấu trúc của da. Dưới tác động quang hóa (đặc biệt tia cực tím), chúng có thể gây ra ảnh hưởng như ban đỏ, ung thư da, lão hóa, sinh hắc tố.
Chúng ta cùng tìm hiểu cấu trúc của da và những ảnh hưởng quang sinh lên làn da nhé!
Là cơ quan luôn luôn thay đổi, làn da bao gồm 3 lớp chính – biểu bì, hạ bì và mô dưới da:
Biểu bì chính là lớp da ngoài cùng ta có thể nhìn và chạm vào được, chúng có tác dụng bảo vệ cơ thể, tránh khỏi các tác động từ môi trường có hại cho cơ thể như độc tố, vi khuẩn.. Nó bao gồm 5 lớp tế bào: Lớp đáy, Lớp tế bào gai, Lớp hạt, Lớp bóng và Lớp sừng.
Các tế bào ở lớp sừng thì được gắn kết với nhau bởi các lipid biểu bì. Những lipid này rất quan trọng để tạo nên một làn da khỏe mạnh: chúng tạo nên hàng rào bảo vệ và giữ được độ ẩm cho da. Biểu bì được bao phủ bởi chất nhũ tương gồm nước và lipid (chất béo) được biết như các màng hydrolipid. Lớp màng này giúp duy trì sự tiết mồ hôi và bã nhờn, giúp làn da được mềm hơn và hoạt động giống như hàng rào chống lại vi khuẩn và nấm.
=> Dưới tác động của bức xạ (thủ phạm chính là bức xạ tử ngoại), lớp lipid ở biểu bì có thể bị tổn thương, làm tổn thương chức năng màng tế bào: thay đổi tính thấm qua màng, giảm tốc độ dẫn truyền các xung động thần kinh. Tổn thương màng các ty lạp thể ảnh hưởng đến sự tổng hợp ATP, tổn thương màng lisosom làm giải phóng ồ ạt các enzym phân huỷ protein trong tế bào. Những tác động này khiến da bị mất nước trở nên khô hơn và cảm giác bị căng và sần sùi và làm mất đi tính liên kết của da, giúp vi khuẩn dễ xâm nhập tạo các phản ứng viêm.
Hạ bì bao gồm một lớp dày trên lớp mô dưới da và một lớp có hình uốn lượn sóng ở dưới biểu bì. Hạ bì thì dày, đàn hồi, là lớp giữa của da và bao gồm 2 lớp: lớp đáy và lớp dưới.
Phần cấu trúc chính của lớp hạ bì là sợi collagen, sợi đàn hồi và các mô liên kết – giúp cho làn da độ khỏe mạnh, linh hoạt mang đến sự trẻ trung hơn cho da. Các cấu trúc này thì gắn chặt với một chất như gel (có chứa axit hyaluronic), có khả năng cao trong việc liên kết với phân tử nước giúp duy trì được thể tích của da.
=> Bức xạ quang học có thể sản sinh ra các gốc tự do tấn công đến cấu trúc tế vào, phá vỡ cấu trúc collagen của da hoặc hơn nữa có thể làm biến đổi DNA. Các cấu trúc sợi collagen cũng có thể bị phá vỡ làm mất đi tính đàn hồi của da, khiến da xuất hiện các nếp nhăn, và lão hóa.
Lớp da ở phía trong cùng là nơi tạo ra năng lượng của cơ thể, đồng thời hoạt động như một tấm đệm và cách nhiệt cho cơ thể . Chúng bao gồm: các tế bào mỡ, Các sợi collagen đặc biệt (được gọi là vách mô hay đường ranh giới và các mạch máu.
Khi bức xạ quang học chiếu vào da, tùy vào khoảng cách cũng như cường độ chiếu xạ đến da, năng lượng bức xạ truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử, có thể phá vỡ các liên kết hoá học hoặc phân li các phân tử sinh học, làm mất các thuộc tính sinh học của chúng.
V. PHẢN ỨNG QUANG SINH HỌC VÀ CÁC MỐI NGUY TIỀM ẨN LIÊN QUAN ĐẾN TỪ ĐÈN LED
Khi công nghệ và hiệu suất của đèn LED ngày càng phát triển, ngày càng có nhiều lo ngại liên quan đến bức xạ quang học do đèn LED tạo ra và các nguy cơ phơi nhiễm tiềm ẩn đối với con người.
Bức xạ quang học bao gồm các bức xạ của phổ điện từ bao gồm bức xạ tia cực tím, bức xạ khả kiến và bức xạ hồng ngoại (IR) (200-3000nm như được định nghĩa trong các tiêu chuẩn an toàn quang sinh học), và việc tiếp xúc với bức xạ quang học có liên quan đến một số phản ứng thuộc phản ứng quang sinh học. Những tác động này, bao gồm các tương tác quang hóa và nhiệt, có nguy cơ đối với mô tế bào của con người, đặc biệt là đối với da và mắt.
Tương tác quang hóa thường là phản ứng hóa học đối với ánh sáng cực tím, trong đó liên kết giữa các điện tử trong phân tử tế bào bị phá vỡ hoặc sắp xếp lại. Những thay đổi tế bào này có thể dẫn đến sự suy giảm hoặc phá hủy tế bào chức năng.
Mặt khác, các tương tác nhiệt thường được gây ra bởi sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại IR, tạo ra nhiệt độ cao tại vị trí tiếp xúc. Tương tác nhiệt có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của protein và cũng dẫn đến tổn thương tế bào.
Cần lưu ý rằng: các phản ứng quang hóa không chỉ xảy ra trong vùng tử ngoại, cũng như các phản ứng nhiệt không chỉ xảy ra trong vùng hồng ngoại.
Ở người, việc tiếp xúc với các phản ứng quang sinh học của ánh sáng từ đèn LED chủ yếu ảnh hưởng đến da cũng như bề mặt phía trước của mắt và võng mạc
Khi xem xét các mối nguy hiểm gây ra cho da và mắt, cần tính đến ba trường hợp phơi nhiễm: phơi nhiễm da, bề mặt trước của mắt (giác mạc, kết mạc và thủy tinh thể) và võng mạc.
Sáu nguy cơ quang sinh học đối với da và mắt.
Khi da tiếp xúc, một phần ánh sáng tới được phản xạ, phần còn lại được truyền qua lớp biểu bì và hạ bì. Mối lo ngại chính đối với da là do tiếp xúc với tia cực tím, gây nguy cơ quang hóa do DNA bị tổn thương trực tiếp, tạo ra phản ứng viêm quen thuộc như ban đỏ (cháy nắng).
Hồng ban do tia cực tím – Phản ứng quang hóa này tạo ra đỏ da, tương tự như cháy nắng và là kết quả của việc tiếp xúc với ánh sáng cực tím (200-320 nm, đỉnh 295 nm).
Các tác động có hại của ánh sáng đối với da về cơ bản xuất hiện trong dải bước sóng của tia cực tím:
Ví dụ: ban đỏ, ung thư da, lão hóa, sinh hắc tố, v.v. (IESNA 2010).
Một nguy cơ khác là sản sinh ra các gốc tự do có thể tấn công, làm biến đổi DNA và các tế bào da khác, chẳng hạn như collagen. Collagen cung cấp cho da độ đàn hồi, và tổn thương collagen sẽ khiến da giảm độ đàn hồi, dẫn đến xuất hiện các nếp nhăn và lão hóa da.
Nguy cơ bỏng do nhiệt cũng có, nhưng ít được quan tâm hơn vì việc tiếp xúc thường bị hạn chế do xuất hiện cảm giác đau đi kèm ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, khi tiếp xúc nhiều lần với tia UV, da có thể tăng sản sinh melanin ngăn chặn những ảnh hưởng từ tia cực tím gây hại cho da.
Với ánh sáng khả kiến và tia hồng ngoại, bỏng có thể được gây ra với các bức xạ rất cao. Đèn LED được sử dụng trong SSL hiện còn rất lâu mới đạt đến mức bức xạ cao cần thiết để đốt cháy da. Vì vậy, người dân nói chung không nên lo lắng bởi những nguy cơ tiềm ẩn đối với da phát sinh từ việc sử dụng đèn LED trong chiếu sáng.
Chỉ một số ít người bị hội chứng cảm quang có thể thấy tình trạng bệnh từ trước của họ trở nên trầm trọng hơn do ánh sáng xanh phát ra từ đèn LED kích hoạt. Bệnh nhân dùng thuốc cảm quang cũng cần lưu ý những nguy cơ có thể xảy ra.
Sự tiếp xúc của các cấu trúc bề ngoài của mắt thể hiện phản ứng tương tự như phản ứng của da.
Mối quan tâm chính là ở vùng UV, nơi có thể dẫn đến viêm giác mạc. Đây là một phản ứng quang hóa viêm, giống như cháy nắng, xảy ra ở giác mạc và kết mạc.
Viêm giác mạc là một phản ứng quang hóa ảnh hưởng đến giác mạc của mắt và do tiếp xúc với ánh sáng cực tím (thường là 200-320 nanomet (nm), Đỉnh 270 nm). Các triệu chứng tương tự như kích ứng do cát hoặc bụi bẩn trong mắt.
Một kết quả khác có thể xảy ra là thủy tinh thể bị đục thủy tinh thể do tia cực tím.
Như tên gọi của nó, đục thủy tinh thể do tia cực tím là một phản ứng quang hóa ảnh hưởng đến thủy tinh thể của mắt, và là kết quả của việc tiếp xúc với ánh sáng cực tím (290-325 nm, đỉnh 305 nm). Nhìn mờ là một triệu chứng điển hình.
Trong IR, phản ứng nhiệt khi tiếp xúc với mức độ cao mãn tính có thể gây ra đục thủy tinh thể do tia hồng ngoại.
Đục thủy tinh thể do tia hồng ngoại là một phản ứng với ánh sáng hồng ngoại (bất cứ nơi nào từ 700-1400 nm, đỉnh điểm có thể nằm trong khoảng 900-1000 nm) và ảnh hưởng đến thủy tinh thể của mắt, và dẫn đến suy giảm thị lực. Nó được cho là một hiệu ứng quang sinh nhiệt nhưng cũng có thể là một phản ứng quang hóa..
Do đặc tính truyền dẫn của thủy tinh thể, độ phơi sáng của võng mạc chỉ cần được xem xét trên dải bước sóng 300-1400 nm. Ngoại lệ là trong trường hợp cụ thể của mắt aphakic, trong đó thủy tinh thể chưa phát triển hoặc bị loại bỏ trong khi phẫu thuật.
Cơ chế gây hại chủ yếu đối với thời gian tiếp xúc lớn hơn 10 giây là nguy cơ ánh sáng xanh quang hóa (viêm da quang), dẫn đến sản sinh các gốc tự do làm hỏng cả cơ quan thụ cảm ánh sáng và biểu mô sắc tố võng mạc (RPE – một lớp tế bào ở bề mặt ngoài của võng mạc, hỗ trợ chức năng của cơ quan thụ cảm ánh sáng).
Trong một thời gian ngắn hơn, thì nguy cơ nhiệt chiếm ưu thế hơn khi gây ra sự biến tính của protein và các thành phần sinh học quan trọng của võng mạc.
Tia laser và đèn LED gây ra hiệu ứng nhiệt làm nóng tỷ lệ với mật độ công suất của bức xạ, có thể dẫn đến tổn thương mô võng mạc. Bức xạ có bước sóng ngắn hơn gây ra hiệu ứng quang hóa trong võng mạc, thay đổi tính chất hóa học của tế bào và có giới hạn kép (nhiệt và quang hóa) trong IEC 60825-1 giữa 400 và 600 nm. Ở bước sóng ngắn hơn dưới 400 nm, tia UV bị hấp thụ phần lớn và có thể gây tổn thương giác mạc hoặc có thể là cả thủy tinh thể.Mắt chỉ có một số cơ chế bảo vệ để đáp ứng với các kích thích thị giác (380-780 nm). Chúng bao gồm phản xạ bảo bệ (chớp mắt, co đồng tử hay chuyển động đầu để hạn chế lượng ánh sáng đến võng mạc) và chuyển động mắt liên tục (saccades), đảm bảo rằng cùng một vùng của võng mạc không bị tiếp xúc liên tục.
Theo dải bước sóng, bức xạ quang học tương tác với các mô mắt khác nhau, như Hình 2 minh họa. Vì bức xạ tia cực tím chủ yếu được hấp thụ bởi giác mạc và thủy tinh thể, nên nếu tiếp xúc quá nhiều sẽ dẫn đến viêm giác mạc, viêm kết mạc và đục thủy tinh thể. Bức xạ hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 1,4 μm chủ yếu được giác mạc hấp thụ và có thể gây bỏng giác mạc. Phát ra lượng bức xạ UV và IR không đáng kể, đèn LED không nên được cho là sẽ góp phần gây ra bệnh viêm giác mạc, viêm kết mạc và đục thủy tinh thể.
Hình 2. Hình minh họa độ sâu thâm nhập khác nhau của bức xạ quang học trong mắt theo bước sóng.
Ánh sáng nhìn thấy (0,38–0,78 μm) và bức xạ hồng ngoại gần (0,78–1,4 μm) tập trung vào võng mạc và có thể gây ra các tổn thương võng mạc khi phơi sáng quá mức, có thể là kết quả của tổn thương nhiệt hoặc tổn thương quang hóa:
- Tổn thương nhiệt (bệnh võng mạc do nhiệt) xuất hiện khi tiếp xúc trong thời gian ngắn với mức bức xạ rất cao. Mức độ phơi sáng cần thiết để tạo ra tổn thương nhiệt trên võng mạc không thể đáp ứng được với ánh sáng phát ra từ đèn LED của các công nghệ hiện tại.
- Tổn thương quang hóa (bệnh võng mạc quang hóa) xuất hiện sau một thời gian ngắn tiếp xúc với cường độ cao hoặc sau một thời gian dài tiếp xúc với mức ánh sáng thấp hơn.
Điều quan trọng cần đề cập là sự tiếp xúc của võng mạc với nguồn sáng phụ thuộc vào cả thời gian tiếp xúc và độ bức xạ võng mạc (W/m2), nơi hình ảnh võng mạc của nguồn sáng được tạo ra bởi hệ thống quang học được hình thành bởi giác mạc và thủy tinh thể.
Bức xạ võng mạc tỷ lệ thuận với độ rọi chiếu xạ của nguồn sáng (W.m-2.sr‑1), độ truyền của môi trường mắt, đường kính đồng tử và tỷ lệ nghịch với tiêu cự hiệu dụng của mắt (xem Hình 3). Liều phơi nhiễm (J/m2) là tích phân theo thời gian của bức xạ võng mạc trong thời gian phơi nhiễm.
Hình 3. Hình ảnh của một nguồn sáng trên võng mạc cho thấy hình ảnh của võng mạc và tiêu điểm góc của nguồn sáng
Theo quan điểm trắc quang, bức xạ võng mạc và bức xạ nguồn không phụ thuộc vào khoảng cách quan sát. Khoảng cách xem chỉ bằng kích thước của hình ảnh võng mạc quang học. Tuy nhiên, hình ảnh võng mạc “sinh lý” thực là kết quả của sự lan truyền hình ảnh do chuyển động của mắt gây ra. Thành phần chuyển động của mắt trên hình ảnh võng mạc sinh lý rõ ràng hơn đối với hình ảnh quang học nhỏ (nguồn sáng ở xa) hơn là hình ảnh lớn (nguồn sáng ở khoảng cách gần)
Hình 4. Mặt cắt của võng mạc con người
Ở người, ánh sáng tương tác với một số mô mắt và các loại thụ thể ánh sáng võng mạc (tế bào hình nón và tế bào hình que, tế bào thần kinh thị giác…) để gửi những tín hiệu nhận được đến mạng lưới thần kinh thị giác võng mạc, được kết nối trực tiếp với não qua các dây thần kinh thị giác giúp ta nhận biết được ánh sáng, hình ảnh…. Tuy nhiên, ngoài cơ quan thụ cảm ánh sáng, biểu mô sắc tố võng mạc (RPE) cũng góp một phần không nhỏ trong quá trình này.
RPE là lớp ngoài cùng của võng mạc (Hình 4). Nó đóng một vai trò quan trọng trong quá trình thực bào của các phân đoạn bên ngoài cơ quan thụ cảm ánh sáng (giúp nuôi dưỡng và bảo vệ tế bào que, tế bào nón trước tác động gây hại của tia cực tím và ánh sáng xanh gây hại võng mạc ) và tái tạo các sắc tố thị giác.
Tế bào RPE chứa melanin (sắc tố bảo vệ quang) và lipofuscin, một chất tích tụ theo tuổi tác và có liên quan đến một số rối loạn võng mạc như thoái hóa điểm vàng do tuổi tác (ARMD).
Nghiên cứu về quang sinh học đã được thực hiện trong hơn 50 năm trên võng mạc của động vật có vú (chuột cống, chuột nhắt, khỉ) để xác định các tổn thương do phơi nhiễm ánh sáng võng mạc được đo bằng liều lượng bức xạ võng mạc. Cơ quan nghiên cứu này tiết lộ rằng có thể có hai loại quá trình tổn thương võng mạc do ánh sáng nhìn thấy gây ra (ICNIRP 2013):
Loại 1: tổn thương quan sát thấy sau 12 giờ mỗi ngày (phơi nhiễm lâu) là sự tẩy trắng các sắc tố võng mạc, với khả năng tích tụ chất độc trong RPE.
Phổ hoạt động của tổn thương loại 1 rất giống với độ nhạy quang học của mắt V (λ).
Loại 2: tổn thương là bệnh lý túi mật do chất độc quang học gây ra phản ứng trong RPE, sau khi tiếp xúc cấp tính với ánh sáng xanh.
Ánh sáng xanh dương kích thích lipofuscin bằng cách tạo ra các loại oxy phản ứng và các gốc tự do, gây ra stress oxy hóa cho các tế bào RPE.
Sự tồn tại của tổn thương võng mạc loại 1 đã được Van Norren đặt câu hỏi vào năm 2011 (Van Norren và Gorgels 2011), sau khi đánh giá sâu rộng các tài liệu và thiếu dữ liệu có thể tái tạo liên quan đến loại tổn thương này. Hình 5 là một đoạn trích từ Van Norren và Gorgels (2011). Biểu đồ tóm tắt liều lượng thu được đối với tổn thương võng mạc dưới dạng hàm của bước sóng.
Tổn thương loại 2 lần đầu tiên được ghi nhận ở người vào những năm 1960 như là nguyên nhân chính gây ra bệnh viêm mắt cho thợ hàn hồ quang và những người quan sát nhật thực mà không có kính bảo vệ mắt (ICNIRP 2013). Nghiên cứu hiện đang được thực hiện để điều tra sự phụ thuộc vào liều lượng và bước sóng của tổn thương võng mạc do ánh sáng gây ra.
Hình 5. Liều lượng cho tổn thương võng mạc như một hàm của bước sóng.
(a) Dữ liệu về chuột, trừ khi có quy định khác.
(b) Dữ liệu về khỉ đuôi dài, trừ khi có quy định khác
Không giống như thiệt hại loại 1, thiệt hại loại 2 được thiết lập khá tốt và là cơ sở của các hướng dẫn ICNIRP liên quan đến nguy cơ ánh sáng xanh. Đối với dân số nói chung, phổ hoạt động của nguy cơ ánh sáng xanh là B (λ), được biểu diễn trong biểu đồ của dưới đây.
Ảnh 10 – Phổ tác động cho bệnh lý do quang phổ ánh sáng xanh với thủy tinh thể (phakic) B (λ) và không có thủy tinh thể (aphakic) A (λ) và cảm ứng nhiệt bệnh lý quang phổ R (λ)
Tuy nhiên, những người sinh ra không có thủy tinh thể (aphakic) hoặc đã được cấy ghép thuỷ tinh thể (pseudophakic) bị phơi nhiễm lượng ánh sáng UV và xanh lam võng mạc nhiều hơn so với các đối tượng phakic (phẫu thuật phakic nhằm loại bỏ việc đeo kính cận.. bằng cách đưa một thấu kính rất nhỏ vào giữa mống mắt và thủy tinh thể) tiếp xúc với cùng một nguồn sáng.
Hình 6. Phổ tác động cho bệnh lý do quang phổ ánh sáng xanh với thủy tinh thể (phakic) B (λ) và không có thủy tinh thể (aphakic) A (λ) và cảm ứng nhiệt bệnh lý quang phổ R (λ)
Trong những trường hợp này, phổ hoạt động của ICNIRP là A (λ), cũng được trình bày trong Hình 6. ICNIRP cũng khuyến nghị sử dụng phổ hoạt động A (λ) khi đánh giá độ an toàn quang sinh học của trẻ sơ sinh dưới hai tuổi, do độ trong suốt cao hơn của thủy tinh thể của người trưởng thành.
TIÊU CHUẨN AN TOÀN QUANG SINH HỌC CHO CÁC SẢN PHẨM CHIẾU SÁNG
An toàn quang sinh học của đèn và thiết bị sử dụng đèn, chẳng hạn như bộ đèn và mô-đun chiếu sáng, đã được đề cập quốc tế bởi Ủy ban Quốc tế (CIE), Hiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng Bắc Mỹ (IESNA) và Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế ( IEC) thông qua sự hợp tác chặt chẽ và các nhóm làm việc chung. Họ dẫn đến các tiêu chuẩn sau đây mô tả sự an toàn quang sinh học của đèn và hệ thống đèn: công bố chung CIE S009 (CIE 2006) và IEC 62471: 2006 (IEC 2006) và dòng IESNA / ANSI RP-27 (IESNA 2000, 2005, 2007).
IEC 62471 là tiêu chuẩn thử nghiệm và phân loại đưa ra quy trình đánh giá mức độ an toàn quang sinh học tương đối của bóng đèn, hệ thống đèn và các nguồn bức xạ quang không phải đèn khác. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn cơ bản như sau:
1) đo mức bức xạ và bức xạ tuyệt đối
2) so sánh các mức hiệu quả (“có trọng số”) với các giới hạn phơi nhiễm được xác định bởi tiêu chuẩn
3) xác định nhóm rủi ro mà một sản phẩm được chỉ định dựa trên mức độ nguy hiểm cho da và mắt.
Tiêu chuẩn này, liên quan đến an toàn quang sinh học của đèn và thiết bị sử dụng đèn, đưa ra hệ thống phân loại nguồn sáng trong một số nhóm rủi ro. Tiêu chuẩn xem xét tất cả các mối nguy quang sinh được ICNIRP liệt kê có thể ảnh hưởng đến da và mắt (các mối nguy về nhiệt và quang hóa) từ bước sóng cực tím đến hồng ngoại.
Hướng dẫn được cung cấp để thực hiện các phép đo vật lý (Độ rọi chiếu xạ và Mật độ công suất chiếu xạ) cần thiết để đánh giá mức độ phơi nhiễm do sản phẩm chiếu sáng tạo ra trong phòng thí nghiệm. Tiêu chuẩn đưa ra khái niệm về các nhóm rủi ro phụ thuộc vào khoảng thời gian phơi nhiễm tối đa cho phép được đánh giá đối với từng loại nguy cơ quang sinh học:
– Các mối nguy cơ liên quan đến UV quang hóa, các mối nguy liên quan đến UV-A
– Các mối nguy liên quan đến ánh sáng xanh (nguy cơ ánh sáng xanh võng mạc)
và các nguy cơ nhiệt liên quan đến bức xạ nhìn thấy và hồng ngoại.
Thông thường, các sản phẩm cuối cùng kết hợp giữa đèn LED và các thành phần khác (thấu kính..) tạo ra bức xạ quang học. Bởi vì IEC 62471 là một tiêu chuẩn “ngang”, nó không trực tiếp giải quyết các yêu cầu về sản xuất, ghi nhãn hoặc an toàn của người dùng có thể tích hợp cho các sản phẩm cuối cùng bao gồm các thành phần tạo ra bức xạ quang học. Đối với các nhà sản xuất sản phẩm cuối, IEC/ TR 62471-2 cung cấp thêm hướng dẫn về việc áp dụng thích hợp các yêu cầu an toàn của IEC 62471, đặc biệt là về các vấn đề liên quan đến việc lắp đặt và sử dụng sản phẩm cuối. IEC/ TR 62471-2 giải quyết cụ thể các vấn đề sau:
Khoảng cách nguy hiểm – IEC/ TR 62471-2 xác định khoảng cách nguy hiểm là khoảng cách mà mức phơi nhiễm dự kiến bằng giá trị bức xạ hiệu dụng tối đa không gây hại cho người dùng cuối.
Ghi nhãn – IEC/ TR 62471-2 khuyến nghị các loại ghi nhãn sản phẩm cụ thể, bao gồm thông báo, thận trọng và cảnh báo, dựa trên nhóm rủi ro được xác định theo IEC 62471 của linh kiện và bước sóng của bức xạ quang
Thông tin người dùng – IEC/ TR 62471-2 khuyến nghị bao gồm thông tin nhóm rủi ro được xác định theo IEC 62471, bao gồm khoảng cách nguy hiểm, giá trị nguy cơ tiếp xúc và hướng dẫn sử dụng an toàn sản phẩm cuối cùng
Rủi ro liên quan đến người xem – IEC/ TR 62471-2 phân loại rủi ro liên quan đến người xem thành “ngắn hạn không chủ ý”, “ngắn hạn không thường xuyên, không thường xuyên” và “dài hạn có chủ ý”. Rủi ro liên quan đến người xem liên quan đến sản phẩm cuối cùng có thể khác với nhóm rủi ro xác định theo IEC 62471 được chỉ định cho một thành phần
Các cân nhắc của nhân viên bảo trì – IEC/ TR 62471-2 khuyến nghị rằng rủi ro quang sinh học tổng thể của sản phẩm cuối phải dựa trên IEC 62471 nhóm rủi ro xác định của thành phần tạo ra bức xạ quang học.
Khi độ rọi chiếu xạ và mật độ công suất chiếu xạ đã được so sánh với các giới hạn được xác định trong tiêu chuẩn, mức độ nguy hiểm của sản phẩm có thể được thiết lập. IEC 62471 sử dụng các danh mục sau để thiết lập mức độ rủi ro tổng thể của sản phẩm:
Nhóm 0 (RG0) – Miễn trừ – sản phẩm không gây ra bất kỳ nguy cơ quang sinh nào ảnh hưởng tới sức khỏe con người
Nhóm 1 (RG1) (rủi ro thấp) – sản phẩm không gây nguy hiểm quang sih học trong giớ hạn của hành vi bình thường khi tiếp xúc
Các sản phẩm an toàn cho hầu hết các ứng dụng sử dụng, ngoại trừ trường hợp phơi nhiễm rất lâu có thể tiếp xúc trực tiếp với mắt.
Nhóm 2 (RG2) (rủi ro trung bình) – sản phẩm không gây nguy hiểm do phản ứng không mong muốn với nguồn sáng quá chói hoặc gây ra khó chịu do nhiệt.
Thực tế, các sản phẩm thường không gây ra nguy cơ quang học nếu phản xạ bảo vệ của con người giới hạn thời gian phơi nhiễm hoặc khi thực tế phơi nhiễm không kéo dài.
Nhóm 3 (RG3) (rủi ro cao) – sản phẩm có thể gây nguy hiểm ngay cả khi tiếp xúc trong thời gian ngắn hoặc nhất thời
Các sản phẩm có nguy cơ tiềm ẩn ngay cả khi phơi nhiễm tạm thời.
KẾT LUẬN
Nguy cơ ánh sáng xanh là nguy cơ quang sinh duy nhất hiện cần được xem xét trong các công nghệ SSL hiện tại, ngoại trừ đèn LED sử dụng cấu trúc bán dẫn phát ra tia UV. Nguy cơ ánh sáng xanh có liên quan đến tổn thương quang hóa do ánh sáng xanh và tím gây ra trên võng mạc. Nguy cơ ánh sáng xanh có liên quan đến bức xạ võng mạc ánh sáng xanh. Do độ bức xạ cao của đèn LED, mức độ bức xạ võng mạc có khả năng cao và phải được xem xét cẩn thận.
Nhìn chung, tổn thương quang hóa của võng mạc phụ thuộc vào liều lượng tích lũy mà người đó đã tiếp xúc, có thể là kết quả của việc tiếp xúc ngắn với cường độ cao nhưng cũng có thể xuất hiện sau khi phơi sáng ở cường độ thấp lặp lại trong thời gian dài. Ánh sáng xanh lam được công nhận là có hại cho võng mạc do sự mất cân bằng oxy hóa tế bào. Ánh sáng xanh cũng bị nghi ngờ là một yếu tố nguy cơ gây thoái hóa điểm hoàng AMD. Phơi nhiễm ánh sáng xanh võng mạc có thể được ước tính theo hướng dẫn của ICNIRP. Mức độ phơi sáng ánh sáng xanh võng mạc được tạo ra ở khoảng cách 200 mm bởi ánh sáng màu xanh lam và ánh sáng trắng lạnh của LED (cold – white LEDs; 6000K – 7000K) thường vượt quá giới hạn phơi sáng sau khi phơi sáng từ vài giây (đối với blue LEDs) đến vài chục giây (cold white LEDs). Do đó, không thể bỏ qua độc tính tiềm ẩn trong khoảng cách ngắn của các thành phần LED này.
Tuy nhiên, khi tăng khoảng cách nhìn lên trên một mét, thời lượng phơi sáng tối đa sẽ nhanh chóng tăng lên vài nghìn giây, thậm chí lên đến vài chục nghìn giây. Thời lượng phơi sáng rất dài này cung cấp một biên độ an toàn hợp lý để khẳng định rằng hầu như không có khả năng gây hại võng mạc do ánh sáng xanh từ đèn LED ở khoảng cách được nhìn xa hơn (áp dụng với các đèn LED gia dụng, và nó chỉ đúng tại thời điểm viết bài viết này). Tuy nhiên nó sẽ có ảnh hưởng đáng kể đối với các đèn LED trong các thiết bị cầm tay như Điện thoại, Máy tính bảng, Laptop…
Một số cách sử dụng và ứng dụng dựa trên đèn LED âm trần hoặc đèn LED kết hợp với thấu kính hội tụ (ống chuẩn trực) liên quan trực tiếp đến mức độ phơi nhiễm ánh sáng xanh võng mạc có khả năng xảy ra cao.
Ví dụ (nhưng không giới hạn):
- Thử nghiệm và điều chỉnh đèn LED màu xanh lam và trắng lạnh công suất cao bởi người vận hành trong các cơ sở sản xuất đèn chiếu sáng và người lắp đặt đèn chiếu sáng.
- Đồ chơi sử dụng đèn LED. Trẻ em là đối tượng nhạy cảm với sự phơi nhiễm võng mạc ánh sáng xanh.
- Đèn LED chạy ban ngày trên ô tô khi được kích hoạt gần trẻ em và những người nhạy cảm khác (không thuộc phạm vi của phụ lục này).
- Đèn LED được bán cho các ứng dụng gia đình (thị trường tiêu dùng) trong trường hợp đó đèn có thể được xem ở khoảng cách ngắn đến 200 mm.
Đối với tất cả các thiết bị SSL (đèn LED, mô-đun LED, đèn LED, bộ đèn LED, v.v.), phải thực hiện đánh giá rủi ro ánh sáng xanh. Công cụ chính là IEC Tiêu chuẩn 62471. Nó cung cấp một hệ thống phân loại các nguồn sáng trong một số rủi ro các nhóm, theo thời gian phơi nhiễm tối đa cho phép được đánh giá ở khoảng cách nhìn nhất định: Nhóm rủi ro 0 hoặc Nhóm miễn trừ (không có rủi ro), Nhóm rủi ro 1 (rủi ro thấp), Nhóm rủi ro 2 (rủi ro trung bình) và Nhóm rủi ro 3 (rủi ro cao ).
IEC 62471 có hai tiêu chí khác nhau để xác định khoảng cách nhìn. Các nguồn sáng được sử dụng trong chiếu sáng chung cần được đánh giá ở khoảng cách tương ứng với độ rọi 500 lux. Các loại nguồn sáng khác nên được đánh giá ở khoảng cách xét là 200 mm. Đối với các thành phần LED sẽ được tích hợp vào một sản phẩm cao hơn (ví dụ điện thoại, laptop, tablet,…), IEC 62471 yêu cầu sử dụng khoảng cách 200 mm.
Việc lựa chọn khoảng cách nhìn trong IEC 62471 đôi khi không rõ ràng và không thực tế trong điều kiện sử dụng thực tế. Báo cáo kỹ thuật IEC TR 62778 được xuất bản vào năm 2012 đã làm rõ và giải quyết sự không rõ ràng này của IEC 62471 khi nó được áp dụng để đánh giá nguy cơ ánh sáng xanh của đèn LED và thiết bị SSL. Tuân theo các hướng dẫn của IEC TR 62778, các nhà sản xuất đèn LED phải báo cáo nhóm rủi ro của thành phần của họ (RG0, RG1 hoặc RG2).
Theo IEC TR 62778, đôi khi có thể chuyển nhóm rủi ro của đèn LED sang sản phẩm cao hơn kết hợp của nó. Trong trường hợp thiết bị RG2, nhà sản xuất nên cung cấp ranh giới giữa RG1 và RG2 với độ rọi ngưỡng và khoảng cách ngưỡng, có thể xem đây là khoảng cách an toàn hợp lý. Sản phẩm RG2 nên được bán với thông tin rõ ràng về khoảng cách ngưỡng. Nếu không, các sản phẩm RG2 phải được dán nhãn theo IEC TR 62471–2, để thông báo cho người dùng “không nhìn chằm chằm” vào đèn đang hoạt động vì nó có thể gây hại cho mắt.
Đối với các sản phẩm SSL nhằm vào các ứng dụng tiêu dùng (ví dụ: đèn LED cổ điển), nhóm rủi ro nên được giới hạn ở RG1 ở 200 mm, có thể được coi là khoảng cách xem ngắn nhất gặp phải ở nhà.
IEC 62471 không tính đến độ nhạy của một số nhóm dân cư cụ thể, có thể được đặc trưng bởi độ nhạy cộng dồn đối với ánh sáng nhìn thấy:
- Những người có bệnh lý về mắt hoặc da từ trước mà ánh sáng nhân tạo có thể gây ra hoặc làm trầm trọng thêm các triệu chứng bệnh lý
- Aphakics (những người không có thủy tinh thể) và pseudophakics (những người có thủy tinh thể nhân tạo), do đó hoặc không thể, hoặc chỉ có thể tránh được các bước sóng ngắn nhất định (đặc biệt là ánh sáng xanh)
- Trẻ em vì da và hệ thống thị giác của chúng chưa trưởng thành
- Người cao tuổi vì da và mắt của họ nhạy cảm hơn với bức xạ quang học
Các tiêu chuẩn quang sinh học liên quan đến hệ thống chiếu sáng nên được mở rộng để bao phủ trẻ em và các cá thể loạn cảm hoặc giả loạn cảm giác, có tính đến đường cong độc tính quang học tương ứng do ICNIRP công bố trong hướng dẫn của nó. Một số loại người lao động tiếp xúc với liều lượng cao của ánh sáng nghệ thuật (thời gian tiếp xúc lâu và/ hoặc mức độ bức xạ võng mạc cao) trong các hoạt động hàng ngày của họ (ví dụ: chuyên gia ánh sáng, nghệ sĩ sân khấu, v.v.).
Vì các cơ chế thiệt hại vẫn chưa được hiểu đầy đủ, những người lao động tiếp xúc nên sử dụng các phương tiện bảo vệ cá nhân thích hợp như một biện pháp phòng ngừa (ví dụ như kính chống ánh sáng xanh).
Các thế hệ đèn LED mới phát ra ánh sáng trắng hiện đang được phát triển bằng cách sử dụng chip tím và UV. Đây là trường hợp của đèn LED “GaN trên GaN” hiện được kết hợp trong một số sản phẩm SSL thương mại. Những thiết bị như vậy hiện nay khá phổ biến do ưu điểm là có thể tạo ra một quang phổ liên tục, tuy nhiên độ an toàn quang sinh học của các đèn LED này và các sản phẩm sử dụng chúng phải được đánh giá cẩn thận vì có thể tồn tại tia UV và bức xạ ánh sáng xanh trong phổ phát xạ. Việc đánh giá cũng nên được tiến hành đối với nguy cơ ánh sáng xanh và tia cực tím. Cần tiến hành kiểm tra cẩn thận sự lão hóa của các sản phẩm này vì sự suy giảm của hợp chất phát quang có thể xảy ra có thể làm tăng mức phát xạ ánh sáng có bước sóng ngắn.
Biên soạn và Tổng hợp: Mr. Lê Thụ Phúc Gia (Lê Tuấn Hiếu) – Phòng thử nghiệm Phúc Gia