蓝光(blue light,BL)指波长在380-500nm范围的光,该
波段的光线是可见光谱中波长最短、能量最高的波段。蓝光大量存在于电脑显示器、荧光灯、手机、数码产品、显示屏、LED等光线中。
蓝光分为有益蓝光和有害蓝光。有益蓝光波长在450nm至500nm之间,有益蓝光可以帮助调整生物节律,有助于睡眠、情绪、记忆力等;有害蓝光波长在380nm至450nm之间,长时间处于有害蓝光辐照下,会损伤眼结构、导致视力疲劳、皮肤老化、导致治病等。
1931年,
国际照明委员会规定了蓝色的代表波长。1966年,内尔(Nell)等研究发现蓝光的照射可以引起视网膜细胞的损伤,导致视力下降甚至丧失。2010年,在国际光协会年会中,光学专家一致指出:短波蓝光具有极高能量,能够穿透
晶状体直达视网膜。
历史沿革
1666年
艾萨克·牛顿通过
三棱镜实验证实了光的色散。通过对太阳光的色散可以获得按波长依次连续排列的彩色光带,这条光带称为光谱。
1931年,
国际照明委员会规定了
三原色的代表波长是:红光(R)700.0nm,绿光(G)546.1nm,蓝光(B)435.8nm。
1966年,Nell等研究发现蓝光的照射可以引起视网膜
细胞的损伤,导致视力下降甚至丧失。其中,波长400-450纳米之间的短波蓝光对视网膜的危害程度最大。
2010年,在国际光协会年会中,光学专家一致指出:短波蓝光具有极高能量,能够穿透
晶状体直达视网膜。蓝光照射视网膜会产生自由基,而这些自由基会导致视网膜色素上皮细胞衰亡,上皮细胞的衰亡会导致光敏感细胞缺少养分从而引起视力损伤,而且这些损伤是不可逆的。
分类
有益蓝光
有益蓝光是长波蓝光,波长在450nm至500nm之间,这部分蓝光波长较长,能量也较低。这部分蓝光对人体有益,可以帮助调整生物节律,有助于睡眠、情绪、记忆力等。这部分蓝光还用于治疗特定疾病,比如
季节性情感障碍(Seasonal affective disorder,SAD)。
有害蓝光
有害蓝光是短波蓝光,泛指高能短波蓝光HEV光线,也就是波长380nm至450nm之间。根据
阿尔伯特·爱因斯坦的
光子理论E=hγ=hc/λ,光子能量和波长成反比,光子的波长越长,能量越小。这部分蓝光在全部蓝光中具有较高的能量,因此也被称为高能短波蓝光。经过大量研究,可以确认的是,长期暴露在高能短波蓝光中对人眼有一定的伤害。
主要来源
太阳光
蓝光是太阳光的重要组成部分,属于波长介于400纳米至500纳米之间的
短波长光。
电子产品
蓝光大量存在于电脑显示器、荧光灯、手机、数码产品、显示屏、LED。接触到的有害蓝光主要来源为 LED
液晶屏幕。如今
液晶显示屏采用的都是 LED 背光。由于背光需要白光的效果,所以业界使用蓝色 LED 混合黄色荧光粉来形成白光。
应用
有益蓝光指的是波长在480nm~500nm之间的蓝光。这部分蓝光波长较长,能量也较低。这部分蓝光对人体有益,可以帮助调整生物节律,有助于睡眠、情绪、记忆力等。这部分蓝光还用于治疗特定疾病,比如
季节性情感障碍(Seasonal affective disorder,SAD)。
弗吉尼亚大学等机构在荷兰杂志《情感紊乱》上发表研究报告,据实验显示,眼睛里一种负责编码感光蛋白质的光色素基因发生变异可能导致冬季抑郁。光色素的基因变异导致人们对光线的敏感程度大大下降,需要更强的光照来维持正常生理功能,而冬季又光照不足。因此,冬季时外界无法满足人们对更强光照水平的要求,进而导致季节性感情障碍。
另一种说法是足够明亮的外界环境使人们的身体便释放出血清素(它是其中一种“快乐荷尔蒙”)以及皮质醇(一种压力荷尔蒙)。这两种荷尔蒙能让人们保持清醒,富有活力。而冬季较暗的环境会阻止这两种荷尔蒙的分泌。治疗这种疾病的方法有很多,比如药物治疗、心理治疗和光疗。
光疗正是利用了这部分长波低能的蓝光。此部分蓝光能保持人们身体分泌的荷尔蒙的平衡,荷尔蒙调节一个人的自身感觉以及睡眠—觉醒周期。因此,暴露在此部分蓝光中有助于稳定患者情绪,调节生理时钟,改善睡眠质量。
蓝光的应用还包括照明及
液晶显示屏等。LED灯发出白光的原理是先发蓝光,然后激发荧光粉,发出黄光,混合成白光。液晶显示屏普遍采用的都是
LED背光,由于背光需要白光的效果,所以业界使用蓝色LED混合黄色荧光粉来形成白光。
对人体的危害
对眼睛的危害
眼睛无法有效地阻碍蓝光
人眼前部对不同波长的光有不同的阻碍能力。比如即使不戴太阳镜,也只有少于百分之一的紫外线会到达视网膜,但几乎所有来自太阳的蓝光都能到达视网膜。
损伤眼结构
高能短波蓝光会刺激视网膜,从而使视网膜释放使视网膜色素上皮细胞衰亡的自由基,色素上皮细胞的衰亡会进而导致光敏细胞缺失养分。光敏细胞位于视网膜上,是人眼中的光
感受器。所有其他细胞通过光敏细胞的直接或间接的突触联系受到光的影响。因此,缺少养分的光敏细胞会引起视力的损伤。
引起视疲劳
2013~2014年,中国标准化研究院视觉健康实验室进行了LED蓝光对人眼视觉疲劳影响的研究,近600人次的人眼视觉生理实验结果显示,在不导致人眼出现色觉偏差的基础上,采用屏蔽15%的蓝光照明灯具和显示产品的被试者的视觉疲劳度较不屏蔽蓝光的被试者的视觉疲劳度降低近21%,由此可见,蓝光含量过高有可能会引起视觉疲劳增加。
由于高能短波蓝光的波长较短,当其透过
晶状体后形成的焦点会处于视网膜前。为了使视网膜上形成清晰的成像,眼球需要调节光线,使焦点向后移到视网膜上。眼球长期紧张会引起视疲劳,导致人们近视加深,阅读串行,注意力分散难以集中,大大降低人们的学习和工作效率。
导致疾病
黄斑病变:该波长内的蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高,严重威胁人们的视网膜健康,诱发黄斑变性的可能性会增高,同时还会导致白内障,引起
眩光。有报道蓝光可能会影响眼部生理发育。
蓝光危害波及人数众多,
世界卫生组织(WHO)爱眼协会公布: 每年因蓝光及辐射导致全球超过30000人失明。据
中华医学会眼科学分会数据显示,在中国4. 2亿网民中,63. 5%的网民因蓝光、辐射有视力下降、白内障、失明等不同程度的眼疾。
对皮肤的危害
蓝光主要是通过
光化学效应损害细胞。长时间暴露在蓝光下会使皮肤出现色素沉着、老化、敏感和干燥等现象。目前,蓝光引起皮肤损伤主要体现在引起皮肤色素沉着和皮肤光老化。
导致皮肤色素沉着
视蛋白3(Opsin3),是一种非视觉蛋白,隶属G 蛋白偶联受体超家族成员,高表达于表皮角质形成细胞和黑素细胞中 [10-11]。Wang 等 认为Opsin3 是调节
黑色素细胞存活的关键蛋白质分子。Opsin3 与辅因子11-顺式视黄醛共价连接构成视色素,视色素感知蓝光后,11-顺式视黄醛发生异构化变为全反式视黄醛,导致受体的激活。随后引起Ca2+发生内流,造成细胞质基质Ca2+浓度增高,Ca2+相关信号通路被激活,引起酪氨酸(TYR)和多巴色素互变异构酶(DCT)的表达,从而导致黑色素颗粒的释放,引起皮肤色素沉着 。
导致皮肤光老化
蓝光照射会显著提高细胞内ROS 水平。ROS 的增多激活细胞内丝裂原活化
蛋白激酶(mitogen-activated protein
激酶,MAPK)信号通路 [15],使下游转录因子c-Jun N 端激酶(JNK)、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和p38 磷酸化,激活转录活化因子(activator protein 1,AP-1),抑制新的胶原蛋白的合成和促进
基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的表达,降解皮肤中的胶原纤维,从而导致皮肤光老化。
穿透力强
蓝光(blue light,BL)是可见光谱中波长最短、能量最高的波段。蓝光在阳光下的丰度是UVR 中UVA 的两倍多,其穿透能力较紫外线更强。
防控蓝光
保护眼睛
防蓝光镜片
防蓝光眼镜的原理主要为控制不同波长光的透过情况,达到镜片减少蓝光通过的能力。蓝光透过率,即Tsb指标,指的是全部蓝光(380nm~500nm)的透过率。单单减小这个指标很容易,只需将镜片做成太阳镜即可,但考虑到不是全部蓝光都是有害的,也包含部分有益蓝光的情况,这也为防蓝光镜片的制作造成了一定的困难,另外,对这个指标也应当有一些规定。
LED灯的峰值波长约为435nm,而一副好的防蓝光镜片不但要考虑次波长光的透过程度,另一方面,还要考虑佩戴者看到的颜色失真程度。因此,据实验,对于日常非特殊的镜片来说应该对此波长的蓝光进行约30%的干涉能力,这样既能对有害蓝光一定效果的阻碍,又能保证颜色不至于过分失真。糖尿病人、婴幼儿和青少年以及夜间驾驶较多者、有眼部手术病史者、电子产品重度使用者需要警惕蓝光危害。
电子屏幕贴膜
蓝光手机膜采用蓝光阻断技术来对蓝光进行吸收与转化,实现对蓝光的有效阻断,大大减轻蓝光对眼睛的刺激,控制近视加深;除了可以防近视外,蓝光保护膜还通过对紫外线的吸收并转化,防止紫外线反射引起的皮肤干燥导致皮肤色斑、黄褐斑等问题的产生。
电子屏幕护眼模式
电脑、手机的护眼模式是属于软件防蓝光,打开护眼模式后,系统就会控制发光屏RGB三色中蓝光的量。这样有害蓝光能在一定程度上得到减少,但波长480nm以后的光线的相对强度却会大大增加,使屏幕变为偏黄暖色,导致
对比度减低等。所以一般电脑、手机等打开护眼模式后,就失去了真实的颜色。
保护皮肤
有机防晒剂
蓝光是造成皮肤光老化的主要原因之一。已有研究表明 ,UV通过
氧化应激、DNA损伤、细胞凋亡(主要机制包括死亡受体通路、线粒体通路和内质网同路)、MMPs 作用、炎症反应和免疫抑制及晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)作用引起皮肤光老化;与UV 相比,目前发现蓝光通过氧化应激、细胞凋亡(线粒体通路和溶酶体通路)、MMPs 作用引起皮肤光老化;二者既有相同的作用通路,又有各自的作用通路,而且蓝光的研究正处于初级阶段,其对皮肤的损伤是否与UV 一致,仍需要深入研究。
相对UV 而言,蓝光具有更长的波长,更容易穿透肌肤的表皮和真皮,对上皮
细胞中的线粒体造成严重伤害;蓝光发出的光强接近中午太阳紫外线强度,易造成皮肤泛红、红肿、干燥脱屑、紧绷等过敏现象;蓝光也会改变表皮细胞的结构,并且会减少胶原蛋白和弹性蛋白的产生。Coats等 [8]研究表明,使用广谱防晒霜时,大多数皮肤损伤可能是由阳光中的蓝光和剩余UVA 造成的,而涂抹防UVA 的防晒霜仅能部分减少人体皮肤产生自由基。受现在生活特点的影响,人们常常与能产生蓝光的电子设备为伴,蓝光对机体的损伤不容忽视。
对于UV 的防护,人们采用减少皮肤暴露、使用防晒产品、使用抗氧化剂、抗炎剂、中药治疗、激光技术等方法。而对于蓝光的防护手段尚不成熟,因为其引起皮肤损伤的确切机制仍不明确,仅仅使用目前市场上防UV 的防晒霜不足以保护机体免受蓝光化学损伤的危害。因此,考虑蓝光的累积效应对皮肤的损伤也是至关重要的。