La protezione ed i trattamenti con lenti e filtri oftalmici (parte I) - PO ...

La protezione ed i trattamenti
con lenti e filtri oftalmici (parte I)
Antonio Madesani, optometrista S.Opt.I; docente Istituto B.Zaccagnini - Bologna
Andrea Bedei, oculista, responsabile UO oculistica - Casa di Cura M. Barbantini - Lucca
Francesca Madesani, studente in Medicina e Chirurgia - Università di Pisa
Sommario
Gli Autori prendono in esame il problema della
protezione dell’occhio e dei suoi annessi tramite
lenti oftalmiche o filtri solari. Si procede per gradi,
dall’esame degli elementi che costituiscono un rischio
per l’integrità dei tessuti, all’individuazione
dei trattamenti che possono eliminare o ridurre le
carenze dei materiali, a quelli che eliminano effetti
conseguenti all’interazione tra materia e radiazioni
nell’ambito del visibile.
Introduzione
Se provassimo ad elencare le caratteristiche che
una lente deve possedere per adempiere in maniera
completa alle proprie funzioni, ci troveremmo inevitabilmente
a dover riconoscere che è necessario accettare
compromessi in quanto ogni materiale usato
per costruire questi strumenti, siano essi protettivi o
compensativi, possiede dei limiti che ci costringono
a prendere atto che non esiste il materiale ideale.
Per ovviare a questi limiti, l’industria, sotto la spinta
della richiesta dei professionisti e dei potenziali utilizzatori,
ha via via proposto delle soluzioni tese a
rimediare alle inefficienze dei materiali; è nato ed
ha preso piede l’utilizzo di trattamenti di superficie
con lo scopo di rendere più efficienti e gradevoli le
soluzioni oftalmiche utilizzate. Abbiamo indicato,
sia la finalità dell’efficienza, sia quella del miglioramento
estetico in quanto, a conti fatti, questi sono i
due motori che alimentano la ricerca. Per affrontare
l’argomento dei trattamenti di superficie e gli effetti
che hanno sul sistema visivo, è necessario suddividerlo
in tre parti:
1. l’ambiente esterno e gli elementi che possono interagire
con il sistema visivo;
2. le capacità visive che vengono coinvolte nell’uso
di una lente oftalmica;
3. le soluzioni adottate ed adottabili con finalità
protettiva.

dossier
L’ambiente esterno
Lo spazio fisico che frequentiamo e nel quale viviamo
è permeato di radiazioni elettromagnetiche
che si differenziano in relazione alla lunghezza
d’onda ed all’energia ad esse associata.
Molte di queste radiazioni provengono dallo spazio,
dal nostro sole in particolare, altre vengono prodotte
sulla terra e dall’uomo.
Il nostro sistema visivo è sensibile ad alcune di queste:
quelle che appartengono al così detto range del
visibile che grosso modo si estende dai 380 nm ai
780 nm. Limitrofe a questo intervallo del visibile
vi sono due famiglie di radiazioni che, entro certi
limiti, possono contribuire alla visione, ma esigono
attenzione soprattutto per l’integrità del nostro sistema
visivo: gli ultravioletti e gli infrarossi (Tab.
1 e Tab. 2).
Tabella 1
Denominazione Lunghezza d’onda (nm)
UV-C 100-280
UV-B 280-315
UV-A1 315-340
UV-A2 340-400
Tabella 2
Denominazione Lunghezza d’onda (nm)
IR-A 780-1.400
IR-B 1.400-3.000
IR-C 3.000-1.000.000
L’energia associata ad un’onda elettromagnetica è
legata in rapporto inverso alla lunghezza d’onda.
Questo significa che una radiazione è tanto più
significativa in termini energetici quanto più è ridotta
la sua lunghezza d’onda.
Sotto questo punto di vista, gli UV sono a contenuto
energetico maggiore degli infrarossi e quindi
più dannosi.
L’atmosfera costituisce il naturale filtro che ci difende
dalle radiazioni pericolose provenienti dalla
nostra sorgente di riferimento: il sole.
Prendendo in considerazione l’emissione spettrale
del sole, per le tre componenti a cui facciamo riferimento,
abbiamo che l’irraggiamento oltre l’atmosfera
è:
UV 8%
VISIBILE 39%
INFRAROSSO 53%
Lo strato di ozono filtra la totalità della banda C
dell’UV ed una parte della fascia B.
Noi ci ritroviamo dunque ad interagire con una piccola
parte della fascia B e la totalità della fascia A.
L’ozono, gas costituito da tre atomi, è una delle
forme allotropiche dell’ossigeno.
La radiazione elettromagnetica, proveniente dal
sole, lo produce dissociando l’ossigeno molecolare
biatomico in due atomi liberi; quando uno di
questi atomi, particolarmente reattivi da un punto
di vista chimico, si lega con una molecola di ossigeno
biatomico si forma una molecola triatomica:
l’ozono. L’ozono assorbe nell’ambito dell’ultravioletto,
ed il trasferimento di energia conseguente,
lo dissocia di nuovo in ossigeno biatomico ed ossigeno
monoatomico.
Questo fenomeno è attivo in particolare tra i 15 ed i
25 Km di altezza dalla superficie terrestre, in quella
parte di atmosfera terrestre chiamata stratosfera.
Il ciclo di produzione e di dissociazione dell’ozono,
sotto l’effetto della radiazione UV, continua assorbendo
e producendo energia che contribuisce
al mantenimento della temperatura presente nella
parte alta dell’atmosfera che, proprio per la presenza
di queste reazioni, subisce un innalzamento
rispetto agli strati sottostanti.
L’ozono stratosferico ha quindi un ruolo molto importante
nella protezione degli organismi terrestri
dall’eccessivo irradiamento dei raggi ultravioletti.
La distribuzione dell’ozono varia in relazione all’attività
solare, alle stagioni, alla latitudine, ma subisce
anche delle modificazioni in relazione alla reattività
chimica con molte sostanze presenti nell’atmosfera
ad opera delle attività dell’uomo.
Queste sostanze derivano da processi industriali,
dalle esplosioni nucleari, dai sistemi utilizzati per
il riscaldamento, dagli incendi delle foreste, dai gas
di combustione dei veicoli (auto ed aerei), dai clorofluorocarburi,
dagli idroclorofluorocarburi, dalle
sostanze chimiche clorate ed azotate che a vario
titolo vengono utilizzate dall’uomo e disperse nell’ambiente.
OPTOMETRIA
28

Il risultato è che l’efficacia di questo naturale filtro
è ridotta dalla sregolata attività umana con la conseguenza
di ritrovarci a doverci difendere da eventi
radianti che non dovrebbero arrivare sulla superficie
terrestre.
L’ozono risulta dannoso a tutti gli organismi viventi
e lo troviamo prodotto dall’uomo nelle aree
urbane particolarmente inquinate, il tutto aggravato
dal processo di desertificazione e riduzione
delle aree verdi.
Esaminiamo ora quelli che sono i fattori che incidono
sulla quantità di presenza di radiazioni UV
nell’ambiente.
Gli elementi che influiscono sono:
- altezza del sole;
- latitudine;
- copertura del cielo;
- altitudine;
- ozono;
- riflessione della superficie.
In considerazione dell’esigenza di tenere sotto controllo
l’irraggiamento solare in termini di UV, è
stato introdotto un fattore numerico ad essi legato
detto “indice UV” che serve appunto per sapere
l’entità dell’irraggiamento nelle varie aree geografiche
del mondo, nel vari periodi dell’anno. Si tratta
di un’indicazione utile per programmare viaggi,
escursioni o quant’altro predisponendo i necessari
strumenti di protezione.
Un buon punto di partenza, per chi risulta interessato
a questi argomenti è, come spesso accade, internet,
utilizzando un motore di ricerca attraverso
opportune parole chiave.
Per coloro che non sono sufficientemente avvezzi
a questo tipo di ricerca, forniamo un indirizzo di
partenza:
http://www.epa.gov/sunwise/uvindex.html
La scala proposta si estende da 0 a 16, e la pericolosità
della presenza di radiazioni UV è la seguente:
fino a 2: rischio basso;
da 3 a 5: rischio moderato;
da 6 a 7: rischio alto;
da 8 a 10: rischio molto alto;
da 11 in poi: rischio estremo.
Facendo riferimento alla figura 1, possiamo indicare
alcuni valori che possono essere utili ai fini
quantitativi:
1. le nubi sottili lasciano passare oltre il 90%
dell’UV;
2. la neve fresca riflette fino all’80% della radiazione
UV;
3. il 60% della dose giornaliera di UV arriva a terra tra
le ore 10 e le 14;
4. l’intensità della radiazione UV aumenta del 4% per
ogni incremento di altitudine di 300m;
5. la dose annuale di UV dei lavoratori al coperto è il
10-20% di quella dei lavoratori all’esterno;
6. l’ombra riduce l’intensità dell’UV di oltre il 50%;
7. nell’acqua, a mezzo metro di profondità, l’intensità
dell’UV è del 40% del valore di superficie;
8. la sabbia riflette UV fino al 25%.
Figura 1 - Fattori di variabilità che influiscono sull’ irraggiamento
UV (vedi testo per la spiegazione sul significato dei numeri in figura).
Come esempio sulle informazioni connesse agli indici
UV possiamo osservare la figura 2 che si riferisce
alla distribuzione media di irraggiamento in
relazione alle condizioni metereologiche che vanno
dal cielo sereno al coperto.
Nella figura 3 si vede il quantitativo di UV nell’arco
della giornata, dal sorgere del sole al tra-
dossier
OPTOMETRIA
29

Figura 2 - Indici UV delle varie zone geografiche del pianeta in condizioni metereologiche diverse: dal cielo sereno al nuvoloso.
dossier
Figura 3 - Indice UV e quantitativo di radiazione nell’arco della giornata, dall’alba al tramonto del sole.
OPTOMETRIA
30

Figura 4 - Indici UV
sull’Europa. I dati si
riferiscono alla giornata
del 6/2/2006.
monto. Nella figura 4 vediamo il dettaglio della
situazione in Europa.
Fino ad ora abbiamo considerato il sole come l’unica
sorgente di radiazione UV, tuttavia anche l’uomo
fornisce il suo valido contributo ad aumentare la
presenza di queste radiazioni ed in particolare pensiamo
alla ben diffusa abitudine dell’uso delle lampade
abbronzanti.
Senza entrare nel dettaglio di questo argomento, ci
limitiamo a fornire al lettore alcuni spunti di meditazione.
Il primo riguarda la regolamentazione di questi
apparecchi e la qualifica del personale incaricato
di gestirli: esistono dei regolamenti sia a livello nazionale
che a livello regionale che dovrebbero garantire
gli utilizzatori, ma rimane il dubbio che gli
enti preposti a garantire l’applicazione di queste
regolamentazioni abbiano tempo e personale da
destinare a questo incarico; i centri che utilizzano
i sistemi abbronzanti si assumono la responsabilità
del loro corretto uso, ma rimane il legittimo
dubbio che il personale impiegato sia sempre ed in
ogni caso all’altezza del compito assegnato.
Vi è poi il problema della qualità delle attrezzature
che dovrebbe essere elevata non solo quando sono
appena uscite dalla fabbrica, ma per tutta la loro
vita e qui possiamo pensare alle lampade che, come
tutte le sorgenti radianti di questo tipo, hanno un
ciclo di vita che bisognerebbe rispettare. Il problema
si complica in caso di guasti e di interventi tecnici
in quanto, a riparazione avvenuta, vi sarebbe la necessità
di ritarare il tutto per garantirne un nuovo
perfetto funzionamento.
Il problema maggiore potrebbe tuttavia essere la
gestione di queste attrezzature e chi dovrebbe controllarne
il corretto uso e funzionamento. Se nei
centri estetici la cosa può essere gestita in maniera
ottimale, nell’autogestione degli apparati collocati
nelle abitazioni degli utilizzatori, il problema esiste
ed è, a nostro avviso, della massima importanza,
dal momento che si può facilmente indulgere nella
tentazione di accelerare i tempi di esposizione per
ottenere più rapidamente i risultati desiderati.
Effetti dell’esposizione
Tornando alla naturale esposizione alla luce solare,
sappiamo che vi sono molti effetti positivi, accompagnati
tuttavia anche da conseguenze negative per
la nostra salute. Tra gli effetti positivi: il riscaldamento
che contribuisce a mantenere le attività vitali
degli organismi; l’esposizione alla luce solare ha
un effetto antidepressivo; agisce sui meccanismi di
sintesi della vitamina D e quindi possiede un effetto
antirachitico. Ma vi sono anche rovesci della
dossier
OPTOMETRIA
31

medaglia: la possibilità che si verifichino scottature
e colpi di sole; fotosensibilizzazione con la comparsa
di fotoallergie e fototossicità; invecchiamento
della pelle con possibilità di innescare meccanismi
mutageni; alterazioni del sistema immunitario.
Per quanto riguarda il sistema visivo ed i suoi annessi,
facendo riferimento alla banda del visibile e
dell’infrarosso, possiamo avere un danno:
- retinico di natura termica con irraggiamento da
380 a 1500 nm;
- retinico di natura fotochimica con esposizione da
380 a 550 nm;
- al cristallino di origine termica per esposizione
agli infrarossi sia in fascia A che in fascia B;
- termico alla cornea con lunghezze d’onda tra
1400 nm a 1 mm.
La possibilità che si verifichi un danno è legata
all’intensità dello stimolo ed al tempo di esposizione.
Nell’intervallo di lunghezze d’onda da 380 nm a
2500 nm, la protezione di cornea e cristallino si ha
limitando l’irradianza, ovvero l’intensità del flusso
radiante per unità di superficie (W/m 2 ):
- 10 m W/m 2 con stimoli di durata superiore a
1000 secondi;
- 1,8 t -3/4 W/m 2 con stimoli inferiori a 1000 secondi.
Le due relazioni ci dicono che più l’intensità è
elevata e più ridotto deve essere il tempo di esposizione.
Si tratta di una considerazione abbastanza
ovvia che tuttavia, nel pratico, può essere facilmente
disattesa dal momento che il nostro sistema
visivo ha capacità di adattamento molto ampie e di
conseguenza la sensazione di disagio connessa ad
una luminanza ambientale molto alta, viene spesso
superata in tempi brevi con la conseguente impressione
che con la scomparsa della sensazione di
fastidio iniziale sia superato anche il rischio esposizione.
Osservando la figura 5 vediamo che la retina ha un
picco di sensibilità alle radiazioni tra i 300 nm ed
i 400 nm; questo intervallo viene indicato come
range della luce blu ad indicare il posizionamento
nello spettro.
dossier
Figura 5 È indicato il rapporto percentuale di assorbimento tra i vari tessuti dell’occhio e lunghezza d’onda nell’ambito degli ultravioletti.
OPTOMETRIA
32

Figura 6 - A sinistra uno pterigio ed a destra un melanoma congiuntivale.
La pericolosità in queste radiazioni è dovuta al loro
maggior contenuto energetico rispetto alle altre a
cui è sensibile la retina e che danno origine al meccanismo
della visione.
Il cristallino è sensibile all’UV sia in fascia A che
in fascia B, mentre cornea e tessuti anteriori sono
esposti a tutto l’intervallo del radiante ultravioletto.
Il rischio all’esposizione è relativo alle caratteristiche
individuali dell’individuo, pensiamo alla varietà
dei fototipi cutanei, per cui abbiamo soggetti
detti melano-compromessi che non hanno nessuna
capacità di abbronzarsi e risultano molto sensibili
all’esposizione e, all’estremo opposto, i soggetti melano-protetti
che hanno la pelle naturalmente scura
e risultano molto resistenti al rischio scottatura.
Nell’ambito dei soggetti potenzialmente a rischio,
maggiore è l’esposizione e maggiore è il danno che
può verificarsi in termini, ad esempio, di fotocheratocongiuntivite
che può interessare naviganti,
sciatori, persone che soggiornano o vivono a quote
elevate per periodi più o meno lunghi.
Vi è tuttavia un rischio significativo anche per
chi lavora in condizioni di esposizione prolungata
come agricoltori, stradini, lavoratori esposti a lampade
o a strumenti con emissione nell’UV prossimo
e non: citiamo a titolo di esempio i saldatori.
Non torniamo ovviamente sull’argomento di chi
si espone alle lampade abbronzanti di cui abbiamo
già trattato.
In generale, è la banda degli UV-B la più pericolosa,
Figura 7 - Assorbimento
del cristallino per le
varie radiazioni dall’UV
all’IR.
dossier
OPTOMETRIA
33

dossier
tra quelle che ci provengono dal sole, dal momento
che rappresenta la radiazione a più alta energia; i
tessuti anteriori risultano particolarmente sensibili
al danno per esposizione a lunghezze d’onda tra
180 nm ed 330 nm.
Lo spettro UV è stato riconosciuto come uno dei
più importanti fattori ambientali, responsabile
dell’insorgenza di modifiche strutturali dell’epitelio
dovuto a trasformazione morfologica della
cellula; la modificazione può avere caratteristiche
di gravità relativa e citiamo lo pterigio, oppure di
situazioni molto pericolose come l’insorgenza di
tumori (Fig. 6).
Sotto questo punto di vista, vi sono soggetti più a
rischio di altri:
- persone melano-compromesse (fototipo I e II);
- bambini e soggetti con meno di 18 anni;
- persone con un alto numero di nevi;
- persone che all’esposizione, manifestano la tendenza
a divenire lentigginose;
- persone con storia clinica di frequenti scottature
solari.
Nella figura 7, vediamo il comportamento del cristallino
nei confronti delle radiazioni che vanno
dall’UV in fascia B all’Infrarosso: vi è un notevole
picco di assorbimento tra i 290 ed i 340 nm e poi
si notano gli assorbimenti con possibile danno termico
tra i 780 nm ed i 1800 nm.
La tipica alterazione del cristallino è certamente la
cataratta delle persone anziane.
Le radiazioni UV sono tuttavia responsabili di modificazioni
a livello dei tessuti del cristallino che
accelerano la formazione di aggregati proteici ed
esercitano una inibizione delle attività metaboliche
e della permeabilità, con la conseguenza di creare le
premesse per un’accelerazione del processo di riduzione
della trasparenza.
Il danno termico al cristallino, riconducibile a sorgenti
radianti nell’ambito dell’infrarosso, è evidente
in alcune categorie di lavoratori come i soffiatori di
vetro, nei quali la presenza di cataratta risulta statisticamente
più significativa in relazione all’età. Particolare
attenzione, a livello retinico, necessitano le
alterazioni quali la degenerazione maculare senile e
l’edema maculare cistoide.
Soprattutto la prima, negli ultimi anni, si è rivelata
più presente di quanto fosse preventivamente immaginato.
Le modificazioni biochimiche associate alle
energie di sorgenti radianti che superano le naturali
difese dell’occhio possono favorire e accelerare i
processi che portano a queste pericolose alterazioni
dell’occhio con compromissione significativa della
funzionalità visiva. Le radiazioni a bassa lunghezza
d’onda, come evidenziato precedentemente sono,
per il loro contenuto energetico, quelle che possono
provocare più danni; se da un lato queste radiazioni
vengono filtrate in maniera efficace da tessuti
posti anteriormente alla retina (cristallino in particolare),
i soggetti che hanno subito l’asportazione
del cristallino si trovano in condizioni di rischio
maggiore. Oggi le moderne tecniche di intervento
per asportazione della cataratta prevedono l’utilizzo
di lenti intracamerulari (IOL) che hanno, o
dovrebbero avere, un effetto di filtraggio che sostituisce
validamente i tessuti che sono stati asportati,
rimane tuttavia la necessità di avere la certezza di
questa protezione. Nei soggetti in cui non sia impiantata
una IOL, vi è l’assoluta necessità di provvedere,
tramite la correzione diottrica, a fornire il
necessario filtro protettivo, per garantire alla retina
la sicurezza necessaria. Le radiazioni nell’ambito
dell’IR non hanno energie elevate come gli UV,
ma possono aumentare l’energia vibrazionale delle
molecole con innalzamento dell’energia cinetica di
alcuni legami e conseguente rischio dell’integrità
delle relative strutture molecolari: il calore è tipicamente
un agente denaturante.
OPTOMETRIA
34

Bibliografia
1. Bennet AG, Rabbetts RB. Clinical Visual Optics. 2nd Edition
Butterworths. London, 1989
2. Fitzpatrick TB, Cesarini JP, Young A, Kollias N e Pathak MA. in
Fitzpatrick TB, Bolognino JL: Human melanin pigmentation: role in
in pathogenesis of cutaneous melanoma. In: Zeise L, Chedekel MR,
Fitzpatrick TB, eds, Melanin: its role in human photoprotection.
Overland Park, KS: Valdenmar Pub. 177-82 (1995)
3. Freeman MH. Optics. 10th Edition Butterwoths London, 1990
4. Grandolfo M. Le linee guida dell’ICNIRP per la limitazione dei
livelli di esposizione e radiazione ottica. Corso INOA-CEO-AOC.
Firenze, 22-25 gennaio 2004
5. ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation
Protection): “Health issues of ultraviolet tanning appliances used for
cosmetic purposes”. Health Physics, gennaio 2003
6. Keating MP. Geometric, Physical and Visual Optics. Butterworths.
London, 1988
7. Klein R, Klein BE, Knudtson MD. 2005. Frailty and Agerelated
Macular Degeneration: The Beaver Dam Eye Study. Am J
Ophthalmol. 140(1):129-131
8. Kornsweig AL. 1954. Physiological effects of use in the visual process.
Sight Saving Review 24:138
9. Knudtson MD, Klein BE, Klein R, Cruickshanks KJ, Lee KE. 2005.
Age-related eye disease, quality of life, and functional activity. Arch
Ophthalmol. 123(6):807-14
10. Logvinov SV, Potapov AV, Varakuta EY, Drobatulina DA. Dynamis
of Structural Changes in the Retina During long-term Exposure to
Bright Light. Bull Exp Biol Med. 2003 Oct; 136(4):411-414
11. Madesani A. La protezione dall’irraggiamento e l’influenza sulle
funzioni visive delle lenti selettive e fotocromatiche. Evento ECM
1371 - 141158
12.Madesani A. Le lenti oftalmiche ed i loro trattamenti: cosa sono e
come usarli. Evento ECM 1371 - 181704
13.Matzeu M: Il rischio da esposizione alla radiazione ultravioletta
naturale e artificiale. Istituto Superiore di Sanità - Rapporti ISTISAN
98/22 (1998)
14.Mouroulis P. Visual Intrumentation, Optical design and Engineering
Principles. McGraw-Hill. New York, 1999
15. Norma Italiana CEI EN 60335-2-27 “Sicurezza degli apparecchi
elettrici d’uso domestico e similare. Parte 2: Norme particolari per
apparecchi per il trattamento della pelle con raggi ultravioletti ed
infrarossi per uso domestico e similare” (1998)
16. Norma Internazionale IEC 61228 “Method of measuring and
specifying the UV-radiation of ultraviolet lamps used for suntanning”
(04-1993)
17. Prevenzione dei rischi da esposizione a sorgenti artificiali di
ultravioletti in ambito estetico. Regione Lombardia - D.G. Sanità -
U.O. Prevenzione (Luglio 2003)
18. Rapporti Comiteé International d’Eclairage - CIE: 63; 89; 98; 105;
114; 125; 134 e 138
19. Reverdy G. in Rossetti A. Lenti & Occhiali - Un manuale di Ottica
Oftalmica. Medical Book Palermo, 2003: 449-466
20.Scwartz SH. Visual Perception. A Clinical Orientation. 2nd. Edition
Appleton & Lange. Stamford, 1999
21. Sliney D. Ultraviolet radiation effects upon the eye: problems of
dosimetry. Radiation Protection Dosimetry 72, 197-206 (1997)
22.Sliney DH. Exposure Geometry and Spectral Enviroment Determine
Photobiological Effects on the Human Eye. Photochem Photobiol.
2005 May-Jun; 81(3):483-489
23.Villani S. Mombelli G. Atlante di fisiologia della visione. AOI
Firenze, 2005
dossier
OPTOMETRIA
35