Mělo by modré světlo a běžné LED zdroje vzbuzovat obavy spojené s poškozením sítnice oka? Jsou současné regulace dostatečné? Nové studie z tohoto roku potvrzují, jak je důležité, aby LED světelné zdroje vyzařovaly plné spektrum s dostatkem červené.
LED technologie výrazně změnily to, jakému světlu se denně vystavujeme. Většina LED svítidel používaných v interiéru vyzařuje bílé světlo, které vzniká buzením modré diody a jejím překrytím tenkou fosforovou vrstvou. Spektrální průběh emitovaného světla obsahuje intenzivní vrchol v modré spektrální oblasti s maximem kolem 450 nm, vrchol ve žlutozelené spektrální oblasti a obvykle velmi nízké vyzařování v červené oblasti (viz obr. 1 C). Toto spektrum je ale velmi odlišné od spekter, která vyzařovaly tradiční žárovky (wolframové, halogenové…) s vysokým obsahem dlouhých (červená) a nízkým obsahem krátkých vlnových délek (modrá), viz obr. 1 A.
V současné době jsou však nejběžnějšími světelnými zdroji v pracovních i školních prostorech stále zářivky. Všechny zmíněné typy světelných zdrojů se výrazně liší od spektrálního průběhu denního slunečního světla hlavně v červené a modré spektrální oblasti (viz obr. 1). Modrou spektrální oblast lze rozdělit ještě na tzv. melanopickou, která je potřebná pro řízení našich cirkadiánních rytmů (azurová oblast), a oblast modrofialovou v rozsahu 400─455 nm, která se často označuje jako oblast škodlivého modrého světla, HBL (harmful blue light). Z toho důvodu se začal zkoumat vliv modrého světla na organismy, na základě čehož vznikly regulace a předpisy týkající se jeho bezpečnosti v rámci potenciálního poškození sítnice oka. Vysoká intenzita modrého světla působící krátkou dobu se označuje jako nebezpečí modrého světla, BLH (blue light hazard). Jak je to ale s nízkou intenzitou a prodlouženou expozicí modrému světlu? Na tuto otázku přinášejí odpovědi nové studie z tohoto roku, které zkoumaly, jaký vliv má bílé světlo a vybrané spektrální oblasti na potkany albíny a na lidské buňky pigmentového epitelu sítnice (RPE).
Obr. 1: Spektrální průběh (SPD, spectral power distribution) různých elektrických světelných zdrojů v porovnání s přirozeným denním světlem. A) tradiční žárovka s intenzivním vyzařováním v červené spektrální oblasti, ale nízkým v modré spektrální oblasti, B) zářivka s propady v důležitých spektrálních oblastech (azurová a červená), C) standardní LED s intenzivním vyzařováním v oblasti škodlivého modrého světla (HBL, harmful blue light), s propadem v azurové oblasti a s nedostatkem vyzařování v červené spektrální oblasti, D) Spectrasol LED s plnospektrálním světlem se sníženým vyzařováním v HBL oblasti a s dostatkem vyzařování v azurové i červené spektrální oblasti, E) přirozené denní světlo v poledne.
Práh fototoxicity a současné normy
Ačkoli jsou oční struktury chráněny komplexním antioxidačním systémem a dalšími obrannými mechanismy, může nadměrné vystavení očí světlu především o krátkých vlnových délkách způsobit nevratné poškození sítnice. Poškození sítnice vyvolané světlem (fotoretinitida) vede k odumírání fotoreceptorů (tyčinky a čípky) a k poškození buněk sítnice, a to hlavně pigmentového epitelu sítnice (RPE), který se nachází pod vrstvou fotoreceptorů a slouží k recyklaci a degradaci fotopigmentů a rovněž izoluje sítnici od krevního řečiště, viz obr. 2. RPE buňky jsou tedy velmi důležité pro přežití fotoreceptorů. V současné době se pro hodnocení fototoxicity světelného zdroje využívá pouze modré světlo s maximem o 455 nm. Prahová dávka pro sítnici primátů je 22 J/cm2 a pro hlodavce 11 J/cm2. Hodnoty určené pro primáty byly základem pro stanovení současných předpisů a norem: norma IEC 62471 říká, že pokud je po dobu 10 000 s (necelé 3 h) dávka menší než 2,2 J/cm2, tj. 1/10 fototoxického prahu pro primáty, označuje se světelný zdroj za bezrizikový. Většina světelných zdrojů do této skupiny skutečně spadá a neměly by tedy představovat riziko poškození sítnice. Je tomu ale skutečně tak?
Obr. 2: Struktura sítnice. Sítnice je složena z několika vrstev a různých typů buněk. Pigmentový epitel sítnice (RPE) je složen z RPE buněk, které jsou spojeny s cévnatkou prostřednictvím Bruchovy membrány a pomáhají s recyklací a degradací fotopigmentů fotoreceptorů (tyčinky a čípky). Obrázek byl převzat ze zdroje: S. Yang, J. Zhou, a D. Li, „Functions and Diseases of the Retinal Pigment Epithelium“, Frontiers in Pharmacology, roč. 12, červenec 2021, doi: 10.3389/fphar.2021.727870.
Stojí za poškozením sítnice skutečně jen modré světlo? A může pomoci červené?
V první studii byli potkani albíni vystaveni modrému světlu (maximum v 450 nm). Již při dávce 0,2 J/cm2 došlo k infiltraci imunitních buněk do sítnice, což naznačuje probíhající zánětlivou reakci. Vyhodnocováno bylo také poškození buněčné DNA. Při dávce 0,5 J/cm2 bylo množství poškozených buněk až 100x vyšší než v kontrolní skupině. Mimo jiné došlo k úbytku fotoreceptorů a ke změnám v jejich morfologii. Tyto změny byly pozorovány i po týdenním odstupu po expozici modrému světlu v dávce 0,5 J/cm2. Expozice bílému světlu o CCT 2700 K a v celkové dávce 2 J/cm2 s cca 10% zastoupením modré spektrální oblasti však vyvolala 10x větší poškození buněk sítnice než expozice modrému světlu při stejné dávce (dávka modrého světla v bílém byla totožná s dávkou monochromatického modrého světla: 0,2 J/cm2). Tyto výsledky naznačují, že ve fotochemickém poškození sítnice musí hrát roli ještě další spektrální oblast. Tato hypotéza byla potvrzena v dalším experimentu, kde byli potkani vystaveni zelenému světlu o vlnové délce 507 nm. Oproti dřívějším zdrojům mají LED zdroje obvykle výrazně snížené vyzařování v červené spektrální oblasti, a proto se dále zkoumal vliv červeného světla o vlnové délce 630 nm v dávce 0,1 J/cm2, bílé světlo v dávce 0,9 J/cm2 a přidání červeného světla k bílému v celkové dávce 1 J/cm2. Výsledky jsou v souladu i s předchozími studiemi, které ukazují, že červené světlo má potenciál tlumit škodlivé vlivy modrého světla a částečně tak chránit před odumíráním fotoreceptorů, ačkoli se dle statistické analýzy nejedná o signifikantní rozdíly (snížené množství poškozených buněk o faktor zhruba 3).
Druhá studie využívala obdobné metodické postupy. Bílému světlu o CCT 3300 K a v dávce 3,6 J/cm2 byly vystaveny buňky pigmentového epitelu sítnice (RPE) odvozené od lidských indukovaných pluripotentních kmenových buněk (hiPSC). Ačkoliv byl práh fototoxicity stanoven pouze pro modré světlo, tj. 22 J/cm2, je dávka polychromatického světla výrazně pod jeho prahem. Výpočet podílu modrého světla v bílém určil dávku modrého světla na 0,185 J/cm2, tj. více než 100x menší, než je práh fototoxicity, a i přesto došlo u RPE buněk ke změnám celkové buněčné struktury, poškození DNA, aktivaci buněčného stresu a autofágie (buněčný proces sloužící k udržení buněčné homeostázy, při kterém dochází k recyklaci starých nebo poškozených buněčných komponent a proteinů, představuje tak nouzový zdroj energie ve stresových podmínkách). Analýzou biochemických markerů bylo zjištěno, že za poškozením DNA stojí s největší pravděpodobností hlavně modré světlo, zatímco červené světlo zřejmě indukuje modulaci mechanismů detekce a/nebo opravy DNA včetně inhibice zánětlivých procesů.
Závěrem
Výsledky studií naznačují, že práh fototoxicity jak pro hlodavce, tak pro primáty by měl být zpřísněn, protože i výrazně nižší dávka způsobila poškození oka. Ukazuje se, že poškození sítnice způsobuje nejen modré světlo, ale výrazně k němu přispívá i zelené světlo. Na základě stejných metodik určování prahu fototoxicity pro hlodavce a primáty lze předpokládat, že ani práh fototoxicity pro člověka není dostatečně nízký a měl by se brát v úvahu celý spektrální průběh (SPD, spectral power distribution), protože v obou studiích bylo potvrzeno, že červené světlo dokáže negativní dopady světla o krátkých vlnových délkách modulovat. Proto je v rámci prevence velmi důležité vystavovat se dennímu světlu a přes den svítit především zdroji s vyrovnaným spektrálním průběhem a s dostatkem vyzařování v červené spektrální oblasti, a to i při nízkých intenzitách.
Poznámka autorky
Tento článek nemá vzbuzovat ve čtenářích strach. Klade si za cíl informovat a upozornit na to, jak je důležité vystavovat se dennímu slunečnímu světlu, které má vyvážené spektrum. Ale vzhledem k tomu, že trávíme skutečně enormní množství času v interiérech, je na zvážení, jakými světelnými zdroji chceme přes den svítit. Pro podporu a synchronizaci cirkadiánních rytmů potřebujeme přes den svítit plnospektrálními zdroji s dostatečným vyzařováním v melanopické oblasti (455─490 nm) a pro modulaci případných škodlivých efektů krátkých vlnových délek při dlouhodobém a pravidelném využívání tohoto světla potřebujeme dostatek vyzařování v červené spektrální oblasti. Wolframové a halogenové žárovky a LED diody se sníženým obsahem modré jsou vhodné, a to především večer, protože neobsahují dostatečnou energii pro stimulaci aktivity a kognitivního výkonu.
Mgr. Tereza Ulrichová, Spectrasol
Literatura:
1) A. Françon, F. Behar-Cohen, a A. Torriglia, „The blue light hazard and its use on the evaluation of photochemical risk for domestic lighting. An in vivo study“, Environment International, roč. 184, s. 108471, únor 2024, doi: 10.1016/j.envint.2024.108471.
2) A. Françon et al., „Phototoxicity of low doses of light and influence of the spectral composition on human RPE cells“, Sci Rep, roč. 14, č. 1, s. 6839, březen 2024, doi: 10.1038/s41598-024-56980-9.
Obrázky:
Úvodní obrázek: F. Behar-Cohen et al., „Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: any risks for the eye?“, Prog Retin Eye Res, roč. 30, č. 4, s. 239–257, červenec 2011, doi: 10.1016/j.preteyeres.2011.04.002.
Obr. 2: S. Yang, J. Zhou, a D. Li, „Functions and Diseases of the Retinal Pigment Epithelium“, Frontiers in Pharmacology, roč. 12, červenec 2021, doi: 10.3389/fphar.2021.727870.