Skutki biologiczne oddziaływania promieniowania optycznego na organizm człowieka żródło: opracowanie "Syntetyczna charakterystyka narażenia na promieniowanie UV i podczerwone w środowisku pracy", dr inż. Agnieszka Wolska, mgr inż. Andrzej Pawlak

 Reakcje biologiczne może wywołać jedynie promieniowanie pochłonięte. Rozróżnia się dwa rodzaje rekcji w tkankach biologicznych wywoływanych przez promieniowanie optyczne: fotochemiczną oraz termiczną. Skutki ekspozycji na to promieniowanie zależą od parametrów fizycznych promieniowania (długość fali, intensywność promieniowania dla poszczególnych długości fal), wielkości pochłoniętej dawki oraz właściwości optycznych i biologicznych eksponowanej tkanki (rodzaj tkanki: oko, skóra, fototyp skóry itp.).
Skutki biologicznego oddziaływania mogą być dla zdrowia człowieka:

		korzystne  lub
		szkodliwe

Korzystne skutki oddziaływania promieniowania optycznego na organizm człowieka

  Występuje wiele korzystnych skutków jego oddziaływania na organizm człowieka, do których niezbędna jest obecność pewnej ilości tego promieniowania. Wśród korzystnych skutków jego oddziaływania można wymienić m.in.:

• promieniowanie nadfioletowe:


• działa przeciwkrzywicznie (wspomaga w organizmie przemiany chemiczne, w wyniku których tworzy się witamina D3, zwana przeciwkrzywiczną, gdyż reguluje gospodarkę wapniowo-fosforową i proces odkładania się wapnia w kościach);


• przyczynia się do wzrostu odporności organizmu,


• przyczynia się do obniżenia ilości cholesterolu (wspomaga przemianę materii i przyczynia się od szybszego spalania tłuszczów),


• przyczynia się do szybszego gojenia się ran, ustępowania infekcji,


• łagodzi objawy niektórych chorób skóry (np. łuszczycy);


• promieniowanie widzialne


• umożliwia człowiekowi widzenie otaczającego świata,


• pobudza układ hormonalny (wydzielanie melaniny) czym reguluje rytm biologiczny ustroju człowieka (rytm snu i czuwania),


• promieniowanie podczerwone:


• dzięki napromieniowaniu tkanek podczerwienią uzyskuje się miejscową poprawę ukrwienia i pobudzenie przez to procesów metabolicznych. Ma to znaczenie szczególnie w leczeniu przewlekłych procesów zapalnych tkanek miękkich kończyn, stawów oraz niektórych części głowy, jak zatoki przynosowe, jama nosowa, ucho zewnętrzne, itp.

Szkodliwe skutki oddziaływania promieniowania optycznego na organizm człowieka

  Nadmiar promieniowania optycznego może powodować szereg szkodliwych skutków dla zdrowia, które odnoszą się do oka i skóry człowieka.

Zagrożenie oczu promieniowaniem optycznym

  W zależności od długości fali promieniowania optycznego zagrożone są różne elementy składowe oka. Daleki nadfiolet (UV-C) z zakresu 200-215 nm i podczerwień o długościach fal powyżej 1400 nm (IR-B i IR-C) są pochłaniane przez rogówkę. Bliski nadfiolet (UV-A) oraz częściowo podczerwień IR-A i IR-B pochłaniane są przez soczewkę. Natomiast promieniowanie widzialne oraz bliska podczerwień (IR-A) są przepuszczane do siatkówki. Tak, więc najbardziej zagrożonymi na uszkodzenie promieniowaniem optycznym są takie elementy oka jak rogówka, soczewka i siatkówka. Szkodliwe skutki oddziaływania na oko promieniowania optycznego przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3. Rodzaj uszkodzenia oka a długość fali promieniowania
Zakres długości fal	Rodzaj uszkodzenia oka
UV-A	Zaćma fotochemiczna (pojawia się po wielu latach chronicznej ekspozycji)
UV-B i UV-C	Zapalenie rogówki lub uszkodzenia rogówki, zapalenie spojówek
VIS	Fotochemiczne i termiczne uszkodzenie siatkówki,
IR-A	Termiczne uszkodzenie siatkówki
IR-A, IR-B i IR-C	Poparzenia i uszkodzenia rogówki,
IR-A, IR-B	Zaćma termiczna (pojawia się po wielu latach chronicznej ekspozycji)

Działanie nadfioletu na oczy
Najczęściej spotykanym, ostrym objawem narażenia oka na nadfiolet jest stan zapalny rogówki i spojówek.

Zapalenie rogówki objawia się światłowstrętem, wzmożonym łzawieniem, uczuciem obcego ciała („piasku”) w oku, spazmem powiek, niekiedy upośledzeniem widzenia. W przypadku dużych dawek UV może dojść do obrzęku nabłonka a nawet jego ubytku. Objawy zapalenia pojawiają się po okresie utajenia zależnym od widma promieniowania i wielkości pochłoniętej dawki UV. Działanie pasma UV-C charakteryzuje krótki okres utajenia, krótszy nawet niż 30 minut, gdy dawki promieniowania są duże. Natomiast w przypadku pasma UV-B okres utajenia jest dłuższy, sięgający 24 godzin dla małych dawek. Nasilenie objawów występuje zwykle po 6 - 24 godzinach po ekspozycji natomiast ich ustąpienie występuje po około 14 godzinach po ekspozycji na pasmo UV-C oraz po około 24 - 48 godzinach po ekspozycji na UV-B. Z badań wpływu UV na rogówkę oka ludzkiego wynika, że maksymalną skuteczność wywoływania zapalenia rogówki posiadają fale o długości 270 nm, a wartość progowa napromienienia dla tego objawu wynosi 40 J/m².

Zapalenie spojówek wywołane nadfioletem powstaje po okresie utajenia około 5 - 10 godzin i objawia się ich zaczerwienieniem, swędzeniem, pieczeniem, łzawieniem, czasami występuje światłowstręt, w przypadku większej dawki dochodzi do bólu i zakłócenia prawidłowego widzenia. Objawy ustępują po upływie od 10 godzin do kilku dni, zależnie od wielkości ekspozycji i intensywności powstałych zmian. Maksymalną skutecznością wywoływania zapalenia spojówek charakteryzują się fale o długości 260 nm, a wartość progowa napromienienia dla tego efektu wynosi 50 J/m² [3].

Promieniowanie nadfioletowe dłuższe od 300 nm dociera do soczewki, w której jest silnie pochłaniane. Może ono doprowadzić do powstania zaćmy fotochemicznej czyli zmętnienia soczewki. Rozwój zaćmy jest powolny, trwa wiele lat i dotychczas nie ustalono krzywej widmowej wywoływania tego efektu ani wartości progowej napromienienia. Przypuszcza się, że największą skuteczność wywoływania zaćmy posiadają fale o długości 300 - 320 nm.

Działanie promieniowania widzialnego na oczy

Intensywne promieniowanie widzialne, zwłaszcza tzw. światło niebieskie, o długościach fali z przedziału 400 – 500 nm, może powodować termiczne lub fotochemiczne uszkodzenia i schorzenia siatkówki oka. Promieniowanie takie występuje podczas procesów technologicznych jak np. spawanie oraz jest emitowane przez promienniki elektryczne, np. lampy do naświetlania warstw światłoczułych. Jest ono także składową promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi. Stwierdzono, że ekspozycje na działanie światła krótsze niż 10 s powodują głównie uszkodzenia termiczne, natomiast dłuższe niż 10 s - uszkodzenia fotochemiczne siatkówki. W praktyce najczęściej dochodzi do uszkodzenia fotochemicznego siatkówki z uwagi na sumowanie się skutków ekspozycji w ciągu całodziennego okresu narażenia. Natomiast termiczne uszkodzenie siatkówki źródłami przemysłowymi praktycznie nie zdarza się z powodu naturalnego odruchu obronnego oka przed źródłami światła o dużej jaskrawości.

Działanie promieniowania podczerwonego na oczy

Intensywne promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni (IR-A) może powodować termiczne uszkodzenie i schorzenia siatkówki. Pozostałe zakresy promieniowania podczerwonego IR-B i IR-C są pochłaniane przez rogówkę i soczewkę, i nie docierają do siatkówki. Całe pasmo podczerwieni może powodować poparzenia i uszkodzenia rogówki, wysuszanie spojówki, podczas gdy IR-A i IR-B przyczynia się do najpoważniejszej choroby związanej z narażeniem oka na promieniowanie podczerwone jaką jest zaćma podczerwienna (tzw. zaćma hutnicza), czyli zmętnienie soczewki. Zaćma ta rozwija się wolno, zwykle kilkanaście a nawet kilkadziesiąt lat i odnotowuje się ją w zakładach , w których dochodzi do częstego narażenia pracowników na intensywne promieniowanie podczerwone, zwłaszcza u hutników.

Zagrożenie skóry promieniowaniem optycznym

  Najbardziej zagrożona promieniowaniem optycznym jest skóra odsłoniętych części ciała czyli skóra rąk, głowy, szyi i ramion. Szkodliwe skutki ekspozycji tkanki skóry na promieniowanie optyczne zależą od natężenia napromienienia wiązki padającej, absorpcji przez tkanki skóry (fototyp skóry), długości fali promieniowania padającego, czasu trwania ekspozycji i skutków krążenia krwi i odprowadzania ciepła przez obszar, który był eksponowany. Krótkoterminowe skutki ekspozycji powyżej ustalonych wartości najwyższych dopuszczalnych natężeń (NDN) to: zaczerwienienie (erytema) i poparzenia skóry. Zwykle są to uszkodzenia termiczne na skutek wzrostu temperatury w tkance skóry lub fotochemiczne na skutek ekspozycji na wysoki poziom promieniowania UV. Szkodliwe skutki długoterminowe to takie, które występują na skutek powtarzanych lub chronicznych ekspozycji na promieniowanie. Tylko nadfiolet jest rozpatrywany z punktu widzenia wywoływania długoterminowych zmian skóry takich jak fotostarzenie czy różnego rodzaju nowotwory skóry (w tym czerniak).
  Szkodliwe skutki ekspozycji skóry w zależności od długości fali promieniowania optycznego przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4. Rodzaj uszkodzenia skóry a długość fali promieniowania optycznego
Zakres długości fal	Rodzaj uszkodzenia skórry
UV	Zaczerwienienie, poparzenie, pigmentacja skórry, fotostarzenie przednowotworowe i nowotworowe zmiany skórne, rak skóry
VIS	Uszkodzenia termiczne: zaczerwienienie
IR	Uszkodzenia termiczne: zaczerwienienie, poparzenie

 
Działanie nadfioletu na skórę

  Najbardziej widocznym, najczęściej spotykanym i badanym objawem ekspozycji skóry na nadfiolet jest jej zaczerwienienie nazywane rumieniem lub erytemą. Cechą charakterystyczną erytemy jest zaczerwienienie skóry ograniczone do obszaru napromienianego, spowodowane rozszerzeniem naczyń krwionośnych. Stopień zaczerwienienia oraz jego przebieg zależą od wielkości napromienienia i długości fali promieniowania. Promieniowanie UV-C wywołuje rumień o jasnym odcieniu, po okresie utajenia (latencji) wynoszącym przeciętnie 2 - 3 godziny. Rumień taki ustępuje stosunkowo szybko, po około 2 - 3 dniach. Natomiast promieniowanie pasma UV-B wytwarza rumień intensywniejszy, pojawiający się po 5 - 6 godzinach i trwający dłużej (około 4 - 5 dni). Duże dawki promieniowania tego pasma mogą doprowadzić do bolesnych obrzęków i pęcherzy skóry. Skuteczność wywoływania rumienia przez pasmo UV-A jest bardzo mała, rzędu 1000 razy mniejsza niż pasma UV-B.

  Po ustąpieniu rumienia pojawia się pigmentacja, która spełnia rolę ochronną przed promieniowaniem nadfioletowym, polegającą na rozpraszaniu i absorpcji promieniowania.

  Mimo, że powtarzająca się ekspozycja skóry na promieniowanie nadfioletowe uodparnia na jego działanie to długotrwałe narażenie na wysokie natężenia UV prowadzi do niekorzystnych zmian w naskórku: przyspiesza proces starzenia się skóry (fotostarzenie) oraz wywołuje zmiany przednowotworowe i nowotworowe. Objawami fotostarzenia skóry są: zgrubienia i przesuszenia skóry, rogowacenie naskórka, tworzenie przedwczesnych głębokich zmarszczek, utrata elastyczności skóry, rozszerzanie i pękanie naczynek krwionośnych, przebarwienia i żółty odcień skóry.

  Zmiany przednowotworowe, nowotwory i rak skóry występują najczęściej na twarzy, plecach, rękach, które są częściami ciała najbardziej narażonymi na promieniowanie słoneczne, zwłaszcza u osób wykonujących prace na wolnym powietrzu (rybacy, rolnicy, dekarze, robotnicy drogowi), mieszkających w strefie klimatycznej o dużym nasłonecznieniu i posiadających małe stężenie melaniny w skórze, która odpowiada za pigmentację skóry. Najgroźniejszym nowotworem skóry, którego występowanie związane jest z działaniem nadfioletu jest czerniak skóry.

Działanie podczerwieni na skórę

  Skutek zagrożenia skóry podczerwienią w niewielkim stopniu zależy od długości fali promieniowania, a głównie od własności optycznych i termicznych napromienianej tkanki. Podczerwień bliska jest w dużej części odbijana przez skórę natomiast pozostała część wnika w skórę, gdzie w warstwie naskórka jest słabo pochłaniana. Wnika natomiast ona do najgłębiej położonych warstw tkanki skórnej, a nawet podskórnej, nagrzewając je. Ponieważ obszary te są dobrze chłodzone przez przepływającą przez nie krew, odprowadzającą nadmiar ciepła do wnętrza organizmu, przyrost temperatury tkanki jest wolniejszy niż w przypadku braku chłodzenia i odczucie parzenia wystąpi później, przy większych poziomach natężenia napromienienia. Jednak dostarczenie organizmowi dużych ilości ciepła może doprowadzić do przegrzania, dlatego promieniowanie pasma IR-A jest pod tym względem bardziej niebezpieczne niż poczerwień daleka (IR-C), które prawie całkowicie zostaje pochłonięte w zewnętrznej, nie ukrwionej warstwie naskórka i rzadziej jest przyczyną przegrzania, natomiast łatwo może spowodować oparzenie skóry.