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蓝光危害的机理解析

作者:福瑞达显示 | 分类:资源文档
      LED照明光源已经进入到普及阶段,然而,LED照明光源产生的蓝光危害却没有得到重视,很多人甚至都不了解蓝光危害的重要性,蓝光危害会成为今后的一个社会问题,需要引起警惕与重视。
      人的视力损伤是最不可以接受的损伤,尤其到老年后,视力问题是非常困扰生活的问题,由蓝光危害引起的黄斑病变已经成为LED照明最需要关注的问题,根据世界卫生组织报告,黄斑部病变导致的失明排名第一,超过白内障,是造成视力不良的最主要因素,在大量使用LED照明的今天,LED照明的蓝光危害更使值得重视的问题。
      在提倡节能环保的今天,LED照明光源得到了空前的发展,但LED照明引起的人眼健康没有在这个行业得到警示,大量的高色温产品与低价劣质产品充满市场,其最主要的原因是LED光源的制造者与使用者并不了解LED照明产生的蓝光危害,当自己把自己的眼睛危害到了的时候,那才是最悲哀的。
      本文全面和系统介绍蓝光危害的专业文章,希望能起到普及蓝光危害的知识,使读者的能重视蓝光危害问题,毕竟黄斑病变检查与治疗的费用是非常非常之昂贵的。
下面就蓝光危害的机理进行详细描述。
1白光包含的主要成分
      太阳光是我们常见到的白光,通过棱镜对太阳光进行的分解,我们可以看到太阳光是由多种单色光混合形成的,如下图所示,太阳光主要成分是由红光、绿光、蓝光组成。
      把红光、绿光、蓝光投射在一起,也可以混合成白光,如下图所示,人造照明光源就是根据这个原理合成白光的,实际上,白光除了红光、绿光、蓝光之外,还需要包含其他成分的单色光,这样,混合的白光才会对被照明的物体提供真实的色彩还原,我们称之为白光的显色性能。
   2白光色温与蓝光关系
      衡量白光光色的指标是色温,单位是K(开尔文),通常,LED照明白光的色温范围是:2700K-7000K,把白光中的蓝光成分提高,白光的色温就提高,把白光中的蓝光成分降低并且把红光成分提高,白光的色温就降低,人造光源的色温与其他光源近似的关系如下图:
3LED白光的光谱图
      对白光的成分分析采用的是光谱分析法,白光的光谱分析是把白光的各种单色光的成分用波长与波长对应的辐射功率组成的二维图表示,下图是不同色温的LED白光光谱图,从图中可以直观的看出,色温越高,蓝光量比越大。 
4可见光的光子能量分布
      我们把人眼能够看到的光称为可见光,可见光的波长范围是400-750nm,在可见光范围里,不同波长的光的颜色也不同,我们看到的光,实际上是人眼的视觉细胞感应到的光子,不同波长的光子在视觉细胞感应的颜色不同,更为确切的说是感应的光子能量不同。
      从图中可以看出,在可见光范围里,蓝光(波长400-500nm)光子携带的能量最多,称之为高能量光,紫外线光子的能量高于蓝光,人眼的视觉细胞感应不到紫外线,紫外线也称为不可见光,与荧光灯不同,LED照明光源不会产生紫外线。
5人眼结构与视网膜黄斑中心凹
      蓝光是如何危害人眼的健康呢?首先,我们需要了解人眼的结构与人眼的视觉功能。人眼结构如下图所示。
      人眼之所以能看到的物体,实际上是看到物体的反射光,光线进入人眼的路径是:光线沿着视轴,通过角膜、瞳孔、晶状体、玻璃体到达视网膜,视网膜的视轴终点有一个浅漏斗状小凹陷区,叫做黄斑中心凹,中心凹是视力最敏锐的地方,分布着丰富的视觉细胞,眼睛所看到的物体投影在黄斑中心凹的,黄斑是由于该区域含有丰富的叶黄素而得名。
6视觉细胞
      人眼是如何看到物体的呢?人眼看到的物体的倒立图像投影在视网膜黄斑区上,视网膜是一层透明的膜,在视网膜后存在视觉细胞,视觉细胞的作用是感应进入人眼光线的光子,在视轴的终点的黄斑中心凹里含有丰富的视觉细胞,是视觉感应的区域,下图是视觉细胞组织图。
      图中黄绿色的条形细胞称为柱状细胞,图中蓝色圆锥状的细胞称为锥状细胞,这两种细胞构**眼的视觉细胞,锥状细胞主要分布在黄斑中央凹处,人眼看到的物体就是通过这两种细胞对光的感应实现的,柱状细胞与锥状细胞把感应到的光信号传递至神经细胞进行混合,再由神经纤维传递到大脑,形成视觉图像。
      人眼约有1亿2千万个柱状细胞和8百万个锥状细胞。视觉细胞死亡后不可再生,所以,人眼的视觉细胞是人体最珍贵的不可再生的资源。视觉细胞随着人的年龄增大而逐渐减少,这就是老年人视力逐渐衰退的原因。
      当柱状细胞受损,就会得夜盲症,当锥状细胞受损,就会得色盲症。
      柱状细胞只感应低照明环境下的暗视觉(亮度值小于每平方米0.001CD),柱状细胞只能感应光的明暗,不能感应光的色彩,这就是为什么我们在夜晚灯光很暗的时候,人眼只能够看到的物体黑和灰色,而看不到色彩,如下图所示:
      锥状细胞是在正常照明下产生的明视觉(亮度值大于每平方米3CD),锥状细胞感应的是光的彩色,在明亮的环境里,主要是锥状细胞提供视觉功能,这就是我们在明亮的环境能够看到彩色世界,锥状细胞是人类最常工作的视觉细胞。
      锥状细胞又分为3种,分别是感应红光的锥状细胞、感应绿光的锥状细胞和感应蓝光的锥状细胞,如下图所示: 
      感应红光的锥状细胞对波长为650-680nm最为敏感;
      感应绿光的锥状细胞对波长为560-570nm最为敏感;
      感应蓝光的锥状细胞对波长为440-450nm最为敏感;与白光LED芯片的发光波长接近,这也是LED照明光源存在蓝光危害的原因。
      这3种锥状细胞数量比大约是40:20:1,感应蓝光的锥状细胞数量最少,最珍贵。
      锥状细胞构成视觉的过程是:3种锥状细胞分别感应进入人眼的光线里包含的红绿蓝光的强弱,形成彩色信号,在大脑产生彩色图像,因为锥状细胞是在较明亮的环境才工作,也称之为明视觉。
7视觉细胞的营养与代谢
      由人眼结构图,我们看到柱状细胞与锥状细胞与视网膜色素上皮层相连,视网膜色素上皮层负责向柱状细胞和锥状细胞提供营养物质,视网膜色素上皮层可以吞噬并消化柱状细胞与锥状细胞的代谢物质。
      当光线到达视网膜黄斑中心凹,黄斑里含的叶黄素会吸收适量的蓝光,光线的射入会产生自由基,自由基就是具有很强氧化能力的一种氧,正常条件下,自由基会被人体内的抗氧化物质GSH-P和SOD所吸收并随血液代谢,使得视网膜色素上皮层能正常地向柱状细胞与锥状细胞提供营养。
8视网膜黄斑病变
      正常人的眼睛的黄斑随年龄增长会发生老化,老化的黄斑会引起视力逐渐下降,看物体模糊,需要更多照明光才能分辨细节,这是正常生理现象。
      如果长期在含蓝光成分较多的照明环境里工作与生活,过量的高能蓝光进入人眼,就会产生大量的自由基,体内抗氧化物质就不能完全消除过量的自由基,过量的自由基会加速视网膜黄斑部氧化,未被黄斑吸收的蓝光也会直接损伤视觉细胞。
      过量的自由基还会氧化损伤视网膜色素上皮细胞,使视网膜色素上皮细胞无法正常向视觉细胞提供营养与代谢,导致视觉细胞营养供应不良,最终导致黄斑部主要的视觉细胞死亡,视觉细胞的死亡是不可再生的。
      由于黄斑区主要为锥状细胞,高能量蓝光对色素起损害作用,是导致视网膜黄斑部锥状细胞死亡的主要因素,即产生黄斑区病变(AMD),蓝光危害产生的黄斑部病变,会导致视力快速减弱,视物变形,物体线条弯曲,视觉中央出现黑影或模糊区域,如果出现血性黄斑部病变就会永久失明。
      白光对视网膜的损害程度取决于蓝光含量的光强度高低和蓝光在视网膜停留时间长短。
      由于儿童的视网膜黄斑对蓝光的吸收能力弱,儿童视网膜接收到的蓝光辐射量是成年人的2倍左右,所以蓝光辐射对儿童视力健康影响最大,是最需要保护的群体。
9LED照明产生的蓝光危害与对策
      无论太阳光和人造光源的白光,白光中的蓝光成分达到一定的强度时,白光中的蓝光成分会影响人的视觉健康,由于LED白光是由发出蓝光的芯片与黄 色荧光粉混合而成,LED的蓝光危害问题尤为突出,当LED白光色温达到7000K以上时,LED的蓝光危害是所有人造光源中最为突出的,LED照明光源的蓝光危害是公众健康问题,如果不加以控制,将会引发不可恢复的视力损伤所产生的社会问题。
      蓝光危害不仅存在于LED照明光源,节能灯、荧光灯、手机、显示器、电视机、太阳光都会引发锥状细胞的损伤。
      对于儿童用灯与青少年阅读用灯,蓝光危害问题更是要高度重视。
      白光对视网膜的损害程度取决于蓝光含量的光强度高低和蓝光在视网膜停留时间长短,合理控制照明的亮度,照明时间,照明光源的色温与显色性,光源功率都是有效减少蓝光危害的手段。
      关于如何预防LED照明的蓝光危害问题,可以参考之前写的文章《室内照明对健康的影响》。
      LED照明光源的蓝光危害是可防控的,只要重视和普及蓝光危害的知识,LED照明仍然是值得发展的照明技术。
10蓝光危害导致的黄斑病变的自我检测
      通过下面的方法,可以初步检测一下是否已经出现锥状细胞的损伤与黄斑病变,如果检测出异常视觉问题,请尽快去专业医院进行检查。
      首先做一个色盲的测试,蓝光危害最初可能会引发微弱的色盲,在这里需要强调的是,许多色盲是天生的。
      色盲的分类有以下几种,人眼先天几乎不会产生蓝色色盲,蓝色色盲的出现,几乎是光线引发。
      当你看到的蓝色接近灰色,你的锥状细胞损伤已经很严重了。
黄斑病变的自我检测
      阿姆斯勒方格表可以测试黄斑是否出现病变,测试非常简单,可以推荐给你的朋友与同事。
      LED照明引发的蓝光危害是在长期使用照明的过程中逐渐产生的,只要重视与防护,LED照光源还是安全的,毕竟LED照明的节能指标与产生的环保效益也是需要重视的。
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