Biološki vplivi optičnih sevanj

Optična sevanja se absorbirajo v zgornjih plasteh človeškega telesa, zato sta najbolj izpostavljena organa predvsem koža in oči, vseeno pa so kot posledica izpostavljenosti optičnim sevanjem mogoči tudi sistemski učinki, ki niso omejeni le na izpostavljeno območje telesa. Sicer pa zaradi različne valovne dolžine tudi znotraj optičnih sevanj obstajajo precejšnje razlike glede vdorne globine posameznega dela optičnih sevanj. Za kožo velja, da najgloblje prodrejo IRA sevanja, ki dosežejo tudi podkožje, medtem ko vidna in UVA sevanja dosežejo usnjico. UVB sevanja prodrejo do povrhnjice, UVC in IRB ter IRC pa se absorbirajo v vrhnji plasti odmrlih celic.


Slika: Absorpcija spektra optičnih sevanj v koži. Najgloblje prodirata vidno in bližnje infrardeče sevanje IRA. Sevanja z manjšo valovno dolžino (UV) se prej absorbirajo zaradi krajše valovne dolžine, IR sevanja z daljšo valovno dolžino kot IRA pa se hitreje absorbirajo zaradi prisotnosti vode v tkivih.

 

V očesu najgloblje, do mrežnice prodrejo vidna in IRA sevanja, IRB ter UVA in UVB sevanja se absorbirajo v leči, UVC in IRC sevanja pa se absorbirajo v površinskih plasteh roženice.


Slika: Absorpcija spektra optičnih sevanj v očesu. Najgloblje prodirata vidno in bližnje infrardeče sevanje IRA. Sevanja z manjšo valovno dolžino (UV) se prej absorbirajo zaradi krajše valovne dolžine, IR sevanja z daljšo valovno dolžino kot IRA pa se hitreje absorbirajo zaradi prisotnosti vode v tkivih.

 

Biološki vplivi se delijo na akutne in kronične. Akutni vplivi se običajno pojavijo takrat, ko izpostavljenost preseže neko vrednost. Za kronične vplive je značilno, da nimajo izrazitega pragovnega obnašanja, zato je nemogoče njihovo tveganje zmanjšati na nič. A z zmanjšanjem izpostavljenosti se tudi tveganje zmanjšuje in ob izpolnjevanju predpisanih mejnih vrednosti za izpostavljenost umetnim virom optičnih sevanj postane manjše od splošno sprejetega tveganja v družbi zaradi izpostavljenosti naravnim optičnim sevanjem sonca.
Zaradi zelo različnih območij v koži in očesu, kjer se posamezni deli optičnih sevanj absorbirajo, so tudi biološki učinki optičnih sevanj različnih valovnih dolžin zelo različni. V UV območju sevanja prevladujejo fotokemični učinki, termični učinki pa predvsem v IR področju. V spodnjih dveh razpredelnicah so podana tista območja optičnega sevanja, za katera obstajajo škodljivi vplivi, skupaj z deli telesa, ki le-te prizadenejo in katere nevarnosti povzročijo.

 

Tabela: Biološki vpliv optičnih sevanj različnih valovnih dolžin na kožo in oko.

Valovna dolžina λ [nm]

Prizadeti del telesa

Nevarnost

180 do 400
(UVA, UVB, UVC)

oči - roženica
oči - veznica
oči - leča
koža

vnetje roženice
vnetje očesne veznice
nastanek sive mrene
eritemi, elastoza, kožni rak

315 do 400
(UVA)

oči - leče

nastanek sive mrene

300 do 700
za modro svetlobo

oči – mrežnica

vnetje očesne mrežnice

380 do 1.400
(vidna, IRA)

oči – mrežnica

opeklina mrežnice

780 do 1.400
(IRA)

oči – mrežnica

opeklina mrežnice

780 do 3.000
(IRA, IRB)

oči - roženica
oči – leča

opeklina roženice
nastanek sive mrene

nad 3.000
(IRC)

oči - roženica

opeklina roženice

380 do 3.000
(vidna, IRA, IRB)

koža

opeklina

Vplivi na oko

Tako vidna svetloba kot tudi IRA sevanje se na roženici in leči izostri in pada na mrežnico. Ob preveliki dovedeni energiji lahko IRA sevanja povzročijo prekomerno segrevanje mrežnice in s tem njeno poškodbo. Ker mrežnica ne zazna IRA sevanj, ni nikakršne naravne zaščite z instinktivnim odmikom pogleda od vira sevanja, refleksnim mežikanjem ali zoženjem zenice. Kronična izpostavljenost IRA sevanjem pa lahko povzroči nastanek sive mrene.
Za valovne dolžine okrog 1400 nm je prekatna vodica (vodi podobna snov, ki zapolnjuje prostor med lečo in roženico) zelo močan absorber, še daljše valovne dolžine (IRB sevanje) pa so oslabljene zaradi steklovine. Mrežnica je tako pred IRB sevanji dobro zaščitena, povzročajo pa IRB sevanja segrevanje prekatne vodice in šarenice ter bližnjega tkiva, ki pa so slabo prekrvavljene in lahko le slabo kontrolirajo svojo temperaturo. Kot posledica dolgotrajnih izpostavljenosti IRB sevanjem je pri nekaterih poklicih, kjer je delavec izpostavljen virom z visoko temperaturo (izdelovalci/pihalci stekla, železarski delavci) pogosta poklicna bolezen pojav sive mrene.
IRC sevanja se absorbirajo v roženici, zato je njihova glavna nevarnost opeklina roženice. Na proces nastajanja opekline roženice pa poleg samih IRC sevanj vpliva odvajanje toplote zaradi izhlapevanja in mežikanja, ki pa je povezano z drugimi dejavniki okolja.

 

Vplivi na kožo

Sevanja v IRA delu spektra prodrejo nekaj milimetrov v tkivo, torej prodrejo v usnjico kože, medtem kot IRB sevanja prodrejo manj kot 1 mm v tkivo. Zaradi še krajše valovne dolžine IRC sevanja prodirajo samo v najvišje plasti odmrlih celic kože.
IRA in IRB sevanja povzročajo segrevanje tkiva, na kar se človeško telo odzove s povečanim krvnim tlakom in potenjem. Visoke vrednosti IRA in IRB sevanja lahko povzročijo nastanek opeklin. A nastanek opeklin je običajno malo verjeten, saj nas pred tem varuje naravni obrambni odziv – da se odmaknemo od vira, če nas nekaj speče. Zato so za običajne vire same toplotne poškodbe zelo redke, saj viri ne morejo dovesti dovolj energije v času, krajšem od reakcijskega časa za bolečino. Bolj nevarni so laserski viri, ki pa lahko v povzročijo toplotne poškodbe, še preden zaznamo bolečino in se odmaknemo.
Ker se IRC sevanje absorbira v vrhnji plasti odmrlih celic kože, je segrevanje možno le s prevajanjem toplote iz vrhnje plasti odmrlih celic na nižje ležeče plasti kože.
Poleg segrevanja in posledično opeklin so z izpostavljenostjo IR sevanjem povezane tudi nekatere spremembe kože, ki nastanejo pri izpostavljenosti IR sevanjem pod mejo bolečinsko. Poleg akutnih vplivov, kot je vazodilatacija, se pojavljajo tudi zapozneli učinki, kot je rdečica (Erythema ab igne).