Je světlo rizikový faktor?

Od začátku dvacátého století se trvale zvyšuje počet některých očních onemocnění ve všech zemích světa. Zvláště postiženi jsou lidé v nejvíce technicky a průmyslově rozvinutých oblastech. To vede lékaře hledat souvislosti mezi způsobem života a stavem lidského oka, zraku a vidění. Statistiky posledních 50 let ukazují strmý nárůst očních vad, počínaje krátkozrakostí u dětí přes onemocnění zeleným a šedým zákalem až po makulární degeneraci, která vede ke zhoršení centrálního vidění a postupně k jeho úplné ztrátě.

Životní způsob

Mezi způsobem života a stavem zraku člověka existují mnohé souvislosti. Miliony lidí na naší planetě dosud žijí tradičním způsobem života téměř bez možnosti využít prostředků dnešní rozvinuté civilizace. Jsou to především lidé, žijící na venkově v lidnatých východních zemích. Ukazuje se, že právě ti mají očních vad nejméně.

Můžeme dokonce říci, že čím vyspělejší je společnost a čím více výhod a možností moderní civilizace lidé mají, tím horší je jejich zrak. Příčinou může být zvýšená míra zrakové zátěže a celková doba, po kterou je zrak v aktivní činnosti. Umělé osvětlení proměnilo noc v den a naše oči nezačínají odpočívat jako kdysi už při západu slunce, který od počátku lidského rodu proměňoval denní světlo na noční tmu. Náš den trvá tak dlouho, jak nám to dovolí naše povinnosti nebo potřeba zábavy často dlouho do noci.

Životní prostředí

Jisté je, že lidské oko je velmi dobře přizpůsobeno prostředí na zemském povrchu při pravidelném střídání dne a noci, práce a odpočinku. Toto sepětí s fyzikálními podmínkami naší planety se formovalo řádově stovky tisíc let, ve kterých lidské oko pravděpodobně existuje ve stávající podobě. Homo sapiens se vyvinul před 400 000 lety a člověk dnešního typu žije na zemi již více než 40 000 let.

Vlastnosti lidského oka a jejich změny v průběhu života mají za účel zachovat zrak na přiměřeně plnohodnotné úrovni až do stáří. Přirozený, fyziologický životní styl předpokládá světelné působení slunečního záření a denního světla během dne, tj. asi po dobu 12 hodin a přibližně stejnou dobu odpočinku v noční tmě. Zvýšený příjem energie záření a narušený denní rytmus je dnes svým způsobem globální záležitostí všech rozvinutých zemí. Důvodem je změna životního prostředí spojená se změnou způsobu života. Příčiny dobře známe z našeho nejbližšího okolí: především rozsáhlé používání světla z umělých zdrojů, práce vyžadující vyšší intenzitu osvětlení ve výrobní i administrativní sféře, potřeba studovat anebo číst dlouho do noci a dlouhý čas, který trávíme u obrazovek televizorů a počítačů i v době, kdy by oči měly už dávno odpočívat. Práce v nepravidelných směnách včetně noční, cestování a přesuny bez ohledu na denní dobu, to je životní styl značné části dnešní populace.

Stavba lidského oka však tomuto trvale zvýšenému příjmu energie záření neodpovídá. V závislosti na individuálních dispozicích na něj začíná oko dříve nebo později reagovat.

Přírodní a umělé zdroje světla

Přírodní zdroje

Nejdůležitějším přírodním zdrojem světla je naše Slunce. Každou vteřinu se 4 miliony tun jeho hmoty přemění na energii, která hřeje a svítí i na naši Zemi. Intenzita záření je veliká a nechráněného pohledu do slunce je potřeba se za jakýchkoliv okolností vždy vyvarovat. Příčinou poškození zraku při přímém sledování slunce je tepelné poškození sítnice v místě neostřejšího vidění - ve žluté skvrně, která má průměr jen 1,5 mm. Při přímém pohledu do slunce je intenzita světla dopadajícího na sítnici tak vysoká, že může dojít k vypálení díry v sítnici. Člověk při tom nepociťuje žádnou bolest a poškození je poznatelné až za několik hodin po expozici. V průběhu dalších 14 dní se v popálené oblasti sítnice vytvoří jizva, která pak spolu se zhoršením vidění přetrvává po celý život a není možné ji ovlivnit léčbou.

Sluneční záření má typickou spektrální charakteristiku, která je znázorněna na obr. č. 1. Lze je zjednodušeně nahradit spektrem záření tělesa o teplotě 5700°C. Sluneční záření začíná na zemském povrchu působit od vlnové délky přibližně 280 nm, tedy na hranici UV-B a UV-C záření. Nižší vlnové délky jsou filtrovány ozónovou vrstvou v atmosféře. Intenzita slunečního záření má vrchol ve vlnové délce 550 nm. To je zároveň centrum oblasti, kterou oko využívá pro denní vidění. Spektrální křivka slunečního záření potom s občasnými výkyvy postupně klesá směrem do dlouhovlnné oblasti.

Obr. č. 1 - Závislost energie slunečního záření na vlnové délce (Walley, 1960).

Sluneční záření však působí na naše oči i tehdy, kdy se do něj nedíváme přímo. Rozptýlené a odražené záření je všude kolem nás a pokud není slunce přímo zastíněno hustou vrstvou oblačnosti pokrývající celou oblohu, působí toto záření na celý nechráněný povrch našeho těla včetně očí. Naše oči jsou na příjem záření denního světla zvyklé a při běžném mírně sklopeném pohledu se oči nepoškodí ani ve slunečném dni. Stav ozónové vrstvy, která za normálních okolností zcela filtruje nebezpečné ultrafialové složky slunečního záření, se však v poslední době zhoršuje i v našich zeměpisných šířkách. Proto se může stát, že pobyt na slunci v poledních hodinách při sníženém obsahu ozónu v atmosféře může poškozovat jak kůži tak i naše oči. Jistě, nejedná se o akutní poškození jako když se podíváme do slunce nebo do svářecího oblouku, ale z dlouhodobého hlediska je i toto vystavení očí zvýšené intenzitě slunečního záření pro ně nepříznivé.

Druhá situace, pro kterou oči nemají přirozenou ochranu nastává, je-li nutné dívat se na jasnou oblohu do okolí slunce i tehdy, když bychom to "dobrovolně" neudělali, protože přirozené reflexy nám přikazují sklopit zrak. Je to např. při řízení dopravních prostředků na zemi nebo v letadle.

Umělé zdroje

Význam umělého světla stále stoupá, protože roste podíl zrakově náročných činností prakticky ve všech druzích zaměstnání. Přes značný technický pokrok zejména v posledních desetiletích chybí umělému osvětlení dynamika denního světla a jeho spektrální složení je pro člověka méně příznivé, i když v něm bylo dosaženo značného pokroku. Pro dlouhodobý pobyt nelze tedy umělé světlo považovat za zcela rovnocenné dennímu. Porovnáním účinků denního a umělého světla na živé organismy i člověka se zabývá mnoho prací. Při výzkumu fotoreaktivace mikroorganismů bylo zjištěno, že pro dosažení stejného účinku musí mít umělé světlo podstatně větší intenzitu než denní a je přitom výrazně diferencováno podle spektrálního složení (světlo zářivek musí mít asi trojnásobnou intenzitu, světlo žárovek až sedminásobnou).

Mezi spektrem světla z umělých zdrojů a spektrem slunečního záření dopadajícího na zemský povrch jsou značné rozdíly. Je to dáno především jejich teplotou. Vlákno žárovky má teplotu přibližně 2700°C. Energetická křivka záření žárovky má počátek až na hranici UV a viditelného záření na hodnotě 380 nm a dosahuje svého vrcholu ve vlnových délkách okolo 1100 nm v oblasti IR-A infračerveného záření. Charakteristiky přirozeného slunečního záření a umělých zdrojů, které mají jako základ klasickou žárovku s vláknem, se proto od sebe značně liší. Zářivky a výbojky mají spektrální závislost rovněž odlišnou od slunečního záření, navíc velmi nepravidelnou a nespojitou, jak je znázorněno na obr. č. 2.

Obr. č. 2a - Vyzařovací spektrum halogenové žárovky v závislosti na vlnové délce (Vrbík, 1998).

Obr. č. 2b - Vyzařovací spektrum zářivky v závislosti na vlnové délce (Vrbík, 1998).

V řadě laboratorních i terénních pokusů bylo zjištěno, že i pro člověka je v mnoha směrech denní osvětlení příznivější než osvětlení umělé. Významné rozdíly jsou při stejné intenzitě osvětlení mimo jiné i v zrakovém výkonu, kvalitě práce, počtu chyb, v únavě, v celkovém pracovním napětí atd. Také podle subjektivního hodnocení pokusných osob je denní osvětlení příjemnější než osvětlení umělé.

Alternativní světelné zdroje mohou mít vliv na náš život již od prvních dětských let. Je pravděpodobné, že jedna z příčin myopie v předškolním věku spočívá ve zvýšení teploty v oblasti jeho ohniska na sítnici způsobeném rozsvíceným světlem v místnosti, kde dítě spí. Podle studie uveřejněné v časopisu Nature (6/99) je vzniklá poměrně značná dioptrická odchylka směrem do krátkozrakosti přímo úměrná intenzitě světla i délce expozice umělému osvětlení u dětí, kterým se v noci při spaní svítí. Ukazuje se, že nepříznivá není jen prodloužená doba, kterou na světle trávíme, ale také fyzikální vlastnosti světla z umělých zdrojů, kterým jsme po značnou část dne vystaveni. Lidské oko je přizpůsobeno velmi dobře právě spektru slunečního záření, které je oční sítnicí přijímáno nejlépe.

Lidské oko a záření

Záření, které dopadá na sítnici, je zaostřeno do velmi malé oblasti, kam jej zaměří optická soustava rohovky a čočky o optické mohutnosti téměř 60 dioptrií. Z grafu na obr. č. 2 vidíme, že na sítnici nedopadá pouze světelné záření ve viditelné oblasti spektra, ale také neviditelné složky krátkovlnného UV záření a dlouhovlnného IR záření, které jsou přilehlé viditelnému spektru. Energie tohoto záření se v ohnisku z velké části transformuje na energii tepelnou, která je potřebná k iniciaci řady fotochemických a fotoelektrických dějů, které umožňují předávání informací do mozku, kde si uvědomujeme zrakový vjem.

Obr. č. 3 - Spektrum záření dopadající na sítnici lidského oka (Pitts, 1980).

Na sítnici však záření neproniká se stejnou intenzitou, jakou má v prostředí okolo nás. Každá oční tkáň, přes kterou záření postupně do oka proniká, absorbuje určitou přesně vymezenou část spektra. Co se v oku děje s ultrafialovým zářením? Víme, že zdravé oko dospělého člověka je pro něj téměř dokonalým filtrem. Nejkratší vlnové délky v UV oblasti záření jsou pohlcovány rohovkou. Rohovka absorbuje asi 50% záření vlnové délky 365 nm a téměř 100% energie záření s vlnovou délkou nižší než 300 nm. Vrchol spektrální citlivosti rohovky je 270 nm. Vlnové délky do 290 nm jsou plně absorbovány rohovkovým epitelem. Nad 315 nm se absorpce přesouvá do vnitřních částí rohovky. Oblast UV záření přilehlá k viditelné části spektra je pohlcována především v oční čočce, která má vrchol spektrální citlivosti na hodnotě 365 nm. Na filtraci záření se podílejí také komorová voda a sklivec. Jak je oblast UV záření filtrována jednotlivými očními tkáněmi, vidíme na obrázku 4.

Obr. č. 4 - Filtrace některých částí UV záření očními tkáněmi (Rosen, 1983).

Fotochemické poškození oka UV zářením je zapříčiněno tím, že toto záření vyvolává změny látkové přeměny světločivných buněk, především čípků, které jsou citlivé na modré světlo. Poškození sítnice se může při mírných ale opakovaných expozicích UV záření projevit až po letech, kdy dojde k tzv. cystické degeneraci nejcitlivějšího místa na sítnici - žluté skvrny. Krátkovlnné záření může urychlit normální proces stárnutí oka, poněvadž v průběhu stárnutí se snižuje obsah melaninu v pigmentových buňkách sítnice. Nadměrné působení UV záření může vést k vyvolání změn rohovky a spojivky, což znají např. pomocníci svářečů, pokud si dobře nechrání oči speciálními skly. UV záření může také vést ke vzniku změn na kůži v okolí oka - tvorbě kožních nádorků, které se nazývají bazaliomy. Za určitých okolností se může UV záření stát příčinou šedého zákalu.

Viditelné záření a přilehlá oblast infračerveného záření dopadá přímo na sítnici. Tam je absorbováno hlavně pigmentovým epitelem sítnice a sekundárně absorpčními místy ve fotoreceptorech, makulárním pigmentem a hemoglobinem. Energie zde přijatá je přímo vedená jako teplo do přilehlých fotoreceptorů. Např. absorpce záření vlnové délky 490 nm je především prostřednictvím žlutého sítnicového makulárního epitelu. Absorpce 650 nm je zase především melaninem sítnicového pigmentového epitelu a cévnatky.

Víme, že energie viditelného i neviditelného záření se při dopadu na sítnici lidského oka mění na energii tepelnou. Adekvátní množství tepelné energie je potřebné na správný průběh fotoprocesů, díky kterým se vidění realizuje. Naopak zvýšené množství tepla může vyvolat nepříznivé reakce, které mohou iniciovat procesy, vedoucí ke vzniku řady očních vad a potíží. Citlivost sítnice pro tepelné poškození spočívá ve vysoké schopnosti absorpce tepla melaninovými granulemi v pigmentových buňkách. Nadměrné teplo se šíří z ohniska ve žluté skvrně do okolí, kde může dojít až k denaturaci tkáňových bílkovin a tím k typickým příznakům jizvení. Zvýšení teploty o 10° C nad hranici normální teploty těla již vede k odumírání buněk pigmentového epitelu sítnice a tím k jejímu nenávratnému poškození.

Blízké infračervené záření je absorbováno zvláště pigmentovým epitelem sítnice. Infračervené záření s vlnovou délkou vyšší než 1 400 nm je potom absorbováno opět hlavně rohovkou a sklivcem. Obecně přitom platí, že záření, které je očními tkáněmi nejvíce absorbováno, může tyto tkáně také nejvíce poškodit. Odezva záleží vždy na vlnové délce a intenzitě záření. Vlnové délky mezi 295 a 320 nm jsou dostatečně účinné na vyvolání šedého zákalu, zatímco záření nad 320 nm oko poškodí až při vyšších úrovních radiace. Na sítnici dospělého člověka proniká pouze část spektra záření, přičemž intenzita pro různé vlnové délky je značně proměnná, zejména v blízké infračervené oblasti, jak je patrné z obr. č. 3. Zdá se, že právě v této IR-A oblasti je sítnice oka na příjem záření velmi citlivá a to přesto, že se jedná o relativně energeticky méně významnou část slunečního spektra.

Jak si oči chránit?

Prodloužená doba, po kterou jsou během dne naše oči vystaveny světelnému záření, spolu s odlišnými vlastnostmi umělých zdrojů světla, jsou pravděpodobně jedním ze záporů, který vyrovnává klady dnešní civilizace. Oční vady, které ve zvýšené míře přinesla až poslední desetiletí, můžeme tedy nazvat chorobami civilizačními, protože je vyvolaly změny životního stylu vlastní současné civilizaci ve vyspělých zemích.

Je to pravděpodobně do velké míry způsobeno tím, že lidské oko, jako velmi složitý orgán, přizpůsobený tradičnímu fyziologickému prostředí, se během několika posledních generací nedokázal přizpůsobit změnám vnějšího prostředí. Doba pro reakci na změněné vnější podmínky formou předání genetické informace další generaci je příliš krátká u tak složitých struktur, kterými je oko tvořeno. Je realitou, že oční civilizační choroby se stávají součástí našeho života podobně jako choroby srdeční, cévní, diabetes a mnohé další, na které lékaři na celém světě poukazují.

Jak se proti těmto nepříznivým civilizačním jevům mohou bránit ti, kdo se neodeberou ke svému políčku na horách a stádu ovcí, pořízených z prodeje moderního bytu v panelovém domě? Je zřejmé, že negativní působení světelného prostředí na současnou populaci nelze odstranit technicky, alespoň ne okamžitě, protože přednost budou mít asi nebezpečí ještě akutnější, která se zrakem rovněž souvisejí, jako např. snaha o záchranu ozónové vrstvy. Je však možné je alespoň trochu eliminovat a to může udělat každý sám. Například tím, že postaví mezi vnější okolí a své oči vhodnou ochrannou bariéru, která zmírní působení méně příznivých fyzikálních vlastností na oči a vytvoří jim prostředí o něco přirozenější, kterému jsou citlivé oční tkáně lépe přizpůsobeny.

Ve vnějším prostředí se do oka dostává zvláště UV záření, a to ve zvýšené míře především při pobytu u velkých vodních ploch, od kterých se záření odráží, nebo na horách, kde je tato složka záření intenzivnější. Ve větších nadmořských výškách a při intenzivním používání umělého osvětlení je to zejména blízké IR záření, které se po průchodu očními tkáněmi dostává prakticky nefiltrováno až na sítnici, kde se v ohnisku transformuje na energii tepelnou a může změnit energetickou bilanci v oblasti sítnice v porovnání s příjmem přirozeného slunečního záření.

Obecně platí, že stupeň ochrany v daném prostředí musí odpovídat míře odlišnosti vlastností tohoto prostředí od tradičního, fyziologického pro danou oblast. Lze tedy říci, že v našich zeměpisných šířkách nepotřebuje žádnou ochranu zraku ten, kdo žije uprostřed přírody a nepoužívá umělé osvětlení vyjma petrolejky, svíčky či louče za dlouhých zimních večerů. Při své práci na poli hledí spíše k zemi, když je sluneční svit nejintenzivnější, rád spočine. Zrakově namáhavou práci absolvuje za dne a v noci dá možnost citlivým očním tkáním odpočinout a regenerovat.

Čím více se od tohoto modelu desítek tisíc generací před námi naše životní a pracovní prostředí liší, tím větší důraz musíme klást na ochranu zraku. Svářeč musí chránit zrak před přímým poškozením očí, zatímco např. u řidičů půjde o ochranu před následky kumulované zátěže, které se mohou projevit nenávratně až po desítkách let.

Můžeme si položit několik jednoduchých otázek:

Čím moje oči trpí nejvíce?
  • Slunečním zářením venku, protože zde trávím většinu času včetně poledních hodin a hrozí mi proto větší zatížení očí ve dnech, kdy je ozónová vrstva oslabená? Bolí mně navíc občas hlava jako průvodní jev zrakové únavy a důsledek přivírání očí a mimiky obličeje při intenzivním světle?
  • Když jedu na dovolenou k moři nebo jsem často u větších vodních ploch, od kterých se odráží ve velké míře především UV záření a moje oči ho tak dostávají zvýšenou dávku?
  • Při pobytu na horách, kde se UV složka slunečního záření nemůže tolik rozptýlit na částicích řídkého vzduchu, a proto je jeho intenzita větší? Trávím mnoho času v nadmořské výšce nad 1500 m, takže moje oči pociťují rovněž důsledky deficitu vodní páry v ovzduší?
  • Zvýšeným přídělem slunečního záření např. při řízení automobilu, kdy nemohu odvrátit hlavu od slunce, když proti němu jedu dlouhé hodiny, protože si ke své cestě nemohu vybrat jinou část dne? Nebo když svítí z boku, a odráží se do oka ze zadní strany mých brýlí? Jistě, řidič se nedívá do slunce přímo, ale působí na něj dlouhodobě jas oblohy a záření odražené od okolí nebo interiéru vozu.
  • Slunečním zářením odraženým od sněhu, protože rád lyžuji a trávím mnoho času na zasněžených pláních, od kterých se odráží takřka veškeré sluneční UV záření?
  • Tím, že moje tmavé brýle zakoupené bez průvodní dokumentace, obsahující odkazy na normy použité při výrobě, propouštějí všechno nebezpečné záření přímo na sítnici? Nosit jako ochranu tmavé brýle neznámého původu je mnohdy ještě horší, než nenosit žádné. Zornička oka se v příjemném tmavém prostředí rozšíří a na sítnici potom proniká veškeré nebezpečné záření, které tyto brýle mohou propouštět. Pokud nenosíme brýle žádné, spouští se přirozená ochrana: odvracení hlavy a pohledu od zdroje světla, přivírání očí a mrkání až k trvalému zavření víček.
  • Zvýšeným množstvím a intenzitou umělého světla, když jsou moje hlavní činnosti zrakově náročné, protože pracuji s detaily a kvůli zvětšení zrakové ostrosti si musím na práci trvale přisvěcovat umělými zdroji světla? Pracuji často nepravidelně, také v odpoledních a nočních směnách? Je můj zrak jednostranně zatěžován, např. prací u počítače?

Nejjednodušší a zároveň velmi účinnou cestou, jak očím příslušnou ochranu zajistit, je používání brýlí se skly vhodných vlastností. Ta musí selektivně absorbovat záření vlnových délek, které pronikají až na oční sítnici. Naopak propouštět musí záření v oblastech, ve kterých se realizuje vidění. Po stránce všech ostatních parametrů musí takové brýle vyhovovat platným normám. Přes zdánlivě komplikované zadání lze taková brýlová skla vyrobit.

Naším příspěvkem k ochraně zraku jsou brýlové čočky se značkou TLT. Firma Karel Kuběna -TL TECHNOLOGIES organizuje jejich výrobu již od roku 1997. Jejich fyzikální vlastnosti a spektrální charakteristiky odpovídají zadání, které jsme formulovali v Úvodu do problematiky. Čočky dodáváme běžným způsobem do očních optik. Záleží nám však na tom, aby jejich pracovníci byli s danou problematikou seznámeni a dovedli účel použití dobře vysvětlit. Proto je náš prezentační materiál poměrně rozsáhlý.

Brýlové čočky TLT se vyznačují harmonicky vyváženou filtrací záření. To znamená, že křivka propustnosti čoček TLT je velmi podobná spektru slunečního záření, jak je patrné z grafu na obr. č. 5. Cílem je optimalizovat spektrální charakteristiky umělých, pro lidské oko nepřirozených zdrojů světla před vstupem do oka.

Obr. č. 5 - Spektrální charakteristiky brýlových čoček TLT ve srovnání se slunečním zářením.

Další účelem je omezit přístup energie záření do oblasti sítnice, kde se jí díky životnímu stylu a světelným podmínkám dnešní technické civilizace dostává větší množství než odpovídá přirozeným podmínkám pro lidské oko. Nošení brýlí s těmito skly může napomoci lépe snášet prostředí se zvýšeným podílem záření z obvykle používaných umělých zdrojů světla.

Nacházíme-li se v prostředí slunečního záření, tedy denního světla, přijímá oko záření, jehož intenzita pro jednotlivé vlnové délky je graficky znázorněna na obr. č. 1. To je fyziologický stav, žádná ochrana není potřeba. (Platí za běžných podmínek, tedy ne v oblasti ozónové díry, ne na horách, ne u větších vodních ploch, jak bylo zmíněno dříve.)

Fyzikální podmínky v prostředí s umělým osvětlením jsou však odlišné. Na obr. č. 6 je znázorněno prostředí s umělými zdroji světla - standardní výbojkou a běžnou žárovkou. Vidíme, že jejich spektrum se slunečnímu (obr. č. 1) vůbec nepodobá. Světlo žárovky dosahuje maxima energie v oblasti 1100 až 1200 nm, spektrum výbojky je nespojité s mnoha výraznými maximy a minimy energie záření.

Pokud toto prostředí překryjeme filtrem, který se svou charakteristikou slunečnímu záření podobá, spektrum vstupující do očí se přiblíží přirozenému spektru slunečního záření. Toto je hlavní účel použití brýlových skel TLT-AMD.

Tato brýlová skla mohou být v dnešním složitém světelném prostředí vhodným příspěvkem k tomu, aby naše oči a dobré vidění zůstalo dlouho zachováno a umožnilo nám prožít plnohodnotný zralý věk a aktivní stáří.

Obr. č. 6 - Ochranná funkce brýlových čoček TLT v prostředí s umělým osvětlením.

© 2017  Karel Kuběna s.r.o. – Oční optika  |  design & kód & správa  Sophics, spol. s r. o.  |  webmaster  blond