La luce dei LED è dannosa? Parte 1

Radiazione ottica

Non di rado si legge della pericolosità dei LED per la nostra vista. Il pericolo sarebbe dato dalle piccole dimensioni della sorgente che porta a luce molto concentrata e dallo spettro d’emissione che ha un picco nel blu dannoso per l’occhio. Vorrei analizzare in dettaglio come stanno realmente le cose, grazie anche alle pubblicazioni di Leslie Lyons, membro dei comitati BSI, IEC e TS76 sulla sicurezza dalle radiazioni ottiche e sistemi laser, da cui ho tratto questo mio articolo che ho diviso in tre parti per la vastità degli argomenti. 

In questa prima parte perleremo dei rischi per la salute umana dati dalla radiazione ottica, nella seconda parte vedremo la normativa IEC/EN 62471 che fornisce le linee guida per la valutazione e il controllo dei rischi fotobiologici derivanti da tutte le lampade e apparecchi di illuminazione, e nell’ultima parte arriveremo a parlare del rischio dato dai LED.

La fotobiologia

La fotobiologia è lo studio dell’interazione tra la radiazione ottica e gli organismi viventi. La radiazione ottica è definita come radiazione elettromagnetica con lunghezza d’onda tra i 100 nm (profondo UV) ed 1 mm (lontano IR), spesso ristretta a 200 nm – 3000 nm per via dell’assorbimento atmosferico al di sotto dei 200 nm e degli effetti trascurabili per via della bassa energia dei fotoni nel lontano IR.

La radiazione ottica è fortemente assorbita dai tessuti ed ha penetrazione di pochi micron per gli UV fino a qualche millimetro per gli IR, ne segue che i rischi maggiori per l’uomo riguardano la pelle e gli occhi con interazioni fotochimiche alle basse lunghezze d’onda dove abbiamo fotoni con molta energia ed effetti termici alle lunghezze d’onda maggiori.

funzione pericolo-pesata

Fig.1 Funzione pesata di pericolo. Dimostra la forte dipendenza spettrale delle interazioni fotochimiche.

Nelle interazioni fotochimiche la luce eccita gli elettroni delle molecole cellulari rompendo o ri-organizzando i legami chimici. Questo può avere conseguenze dirette sul DNA ed indirettamente portare alla formazione di radicali liberi i quali possono a loro volta interagire col DNA o con altre cellule come i fotoricettori della retina dell’occhio causandone il deterioramento e la morte cellulare. I danni al DNA se non riparati possono portare all’insorgenza del cancro. Queste interazioni dipendono fortemente dalla lunghezza d’onda, la figura 1 mostra questa dipendenza ed evidenzia due zone di pericolo: il rischio degli UV (o raggi attinici) ed il rischio per la retina della luce blu.

Le interazioni termiche sono relative all’aumento di temperatura della zona esposta, portando a denaturazione proteica e danni cellulari  termicamente indotti.

Le interazioni termiche a bassi livelli possono essere mitigate dalla conduzione termica dalla zona esposta, per cui basse esposizioni non risultano dannose anche se esposti per lungo tempo. Le interazioni fotochimiche invece seguono la legge di reciprocità di Bunson-Roscoe e sono dipendenti dalla dose: bassi livelli di esposizione per lungo tempo sono dannosi quanto alti livelli per breve tempo.

 Rischi fotobiologici per pelle e occhi

Sono tre gli scenari da prendere in considerazione: esposizione della pelle, della superficie esterna dell’occhio (cornea, congiuntiva e lenti) e della retina.

congiuntiva

Fig. 2 L’occhio umano

Una parte della luce che incide sulla pelle è riflessa, la restante è trasmessa attraverso l’epidermide ed il derma. I rischi principali sono nell’esposizione agli UV, i quali come gia detto danneggiano il DNA dando origine ai familiari eritemi e scottature. Gli UV causano anche la produzione di radicali liberi i quali possono attaccare il DNA e le altre cellule della pelle come il collagene, proteina che da elasticità alla pelle. Se danneggiata causa elastosi e la formazione di macchie ed invecchiamento precoce della pelle. Dopo ripetute esposizioni agli UV la pella attiva un meccanismo di protezione: l’inspessimento degli strati superiori che riduce la trasmissione degli UV e la produzione di melanina che assorbe gli UV oltre a rendere la pelle più scura (abbronzatura).

L’esposizione delle strutture superficiali dell’occhio hanno una risposta analoga alla pelle. Il rischio principale è dati dai raggi UV che possono causare fotocheratite. E’ una risposta infiammatoria, simile alla scottatura, che si verifica nella cornea e nella congiuntiva. Un altro danno possibile è la caratta da UV delle lenti mentre frequenti ed elevati livelli di esposizione agli IR possono causare la cataratta da infrarosso.

I danni alla retina si hanno solo con raggi tra i 300 nm ed i 1400 nm. Il danno dominante per esposizioni superiori ai 10 secondi è quello fotochimico da luce blu (fotoretinite), dovuto alla produzione di radicali liberi che danneggiano sia i fotoricettori che l’epitelio pigmentato retinico (RPE – uno strato di cellule sulla superficie esterna della retina che supporta la funzione dei fotorecettori). Per esposizioni di pochi secondi prevale il rischio da interazione termica la quale può causare la denaturizzazione di proteine e componenti chiave della retina.

L’occhio ha diversi meccanismi di protezione ma solo dalla luce visibile. Questi includono la chiusura della palpebra e la restrinzione della pupilla, assicurando che la retina non sia esposta di continuo.

 Rischio Lunghezza d’onda [nm]
Bio-effetti
principali
Pelle Occhi
UV attinici – pelle ed occhi 250 – 300 Eritema, Elastosi Fotocheratosi, Catarattogenesi
UV – occhi 315 – 400 Catarattogenesi
Luce blu – retina 400 – 480 Fotoretiniti
Termico – retina 380 – 1400  –  Bruciatura della retina
Radiazione IR – occhio  780 – 3000  –  Bruciatura della cornea,

Catarattogenesi

Termico – pelle  380 – 3000  Bruciatura  –

Abbiamo visto quali sono i rischi che la radiazione ottica può causare al nostro corpo, il rischio principale che si può avere dalla radiazione prodotta da sorgenti luminose come i LED è dato dalla luce blu. Nella parte 2 dell’articolo vedremo come si è evoluta la normativa assieme all’evoluzione dei LED ed in che maniera ci tutela da tali rischi.

Per un maggiore approfondimento su questa parte vi rimando all’articolo originale: http://ledsmagazine.com/features/8/10/8

  • Daniele

    Ciao,
    interessante, ma di che potenze stiamo parlando?

    • Dario Roncati

      Qui si parla dei rischi in generale dati dalla radiazione ottica. Nella seconda parte si parla della normativa sulla sicurezza fotobiologica e delle classi di rischio e nella terza parte dei rischi dei LED.

  • Aniela

    grazie per questi articoli davvero interessanti e ben documentati