眼部暴露日光紫外光譜輻射危險性研究.pdf

1、前言：
　　隨著臭氧層破環(huán)這一重大環(huán)境問題的提出，圍繞臭氧空洞引發(fā)的一系列環(huán)境事件而展開的討論備受國際社會關(guān)注。平流層臭氧量的減少已經(jīng)導(dǎo)致地球表面紫外(ultraviolet，UV)輻射水平增加，導(dǎo)致由日光紫外輻射的過度暴露所引起的直接或間接的健康損傷有所增加。除了對皮膚損傷，角膜炎、結(jié)膜炎、白內(nèi)障、翼狀胬肉等眼部損傷也不容忽視。因此，人類需要對眼部暴露紫外輻射危險性有更明確的認知。
　　已經(jīng)有一些研究探討紫外輻射波段對眼睛

2、的損傷作用。然而，紫外輻射對人體產(chǎn)生的生物效應(yīng)具有波長依賴性，因此，對不同波長的細化研究很有必要。加上考慮到個體戶外活動面向不同地理朝向以及與太陽之間方位通常是隨意且不確定的，因此對不同地理朝向和方位角度對眼暴露紫外輻射影響研究很有必要。我們采用旋轉(zhuǎn)式眼部紫外輻射暴露模型模擬人體戶外站立狀態(tài)下眼部的紫外輻射暴露情況。本研究選擇了我國不同緯度的三亞(18.4° N)、紹興(30.1° N)、沈陽(41.6°N)和鞍山(41.08° N)四

3、個地區(qū)作為監(jiān)測地點，除了能夠獲得幾乎覆蓋全部太陽高度角(Solar elevation angle，SEA)范圍的眼部暴露紫外輻射數(shù)據(jù)，還能獲得不同緯度帶上眼部暴露紫外輻射數(shù)據(jù)。
　　本研究在防止眼部紫外輻射過度暴露方面，將指導(dǎo)公眾正確認知眼部紫外輻射暴露的危險時段，危險地理朝向，相對太陽危險方位角度，提升公眾的防護意識，積極正確的使用太陽防護措施，有效避免紫外輻射所致的眼部損傷。
　　材料與方法：
　　一、旋轉(zhuǎn)式眼部

4、紫外輻射暴露模型
　　旋轉(zhuǎn)式眼部紫外輻射暴露模型由三部分組成，分別是轉(zhuǎn)盤、支架及人體模型，整體高度約1.70米。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1min/轉(zhuǎn)。光纖光譜儀的一個探頭置于模型右眼中心眼表面最前位置，用于進行眼部紫外暴露強度的監(jiān)測。眼部探頭的視線低于水平面約10°，眼視角約139°。光纖光譜儀另一探頭位于模型頭頂水平位置，用于進行水平環(huán)境紫外輻射強度的監(jiān)測。由于本研究進行的是絕對輻射強度的測量，所以光譜儀進行了輻射定標(biāo)，光譜范圍為200nm-

5、400nm。儀器的校正由英國國家物理實驗室(National Physical Laboratory，NPL GB)進行。
　　二、監(jiān)測方法
　　本實驗的監(jiān)測地點分別為三亞市（18.4° N，109.7° E，海拔約18m）監(jiān)測日期是2010年7月11日，紹興市（30.1° N，120.6° E，海拔約553m）監(jiān)測日期是2010年5月30日，沈陽市（41.6° N，123.5° E，海拔約66m）監(jiān)測日期是2010年6月2

6、5日和2011年9月26日，鞍山市(41.08° N，122.99° E，海拔約46m)監(jiān)測日期是2012年3月20日和2012年11月29日。監(jiān)測地點均位于五層樓樓頂，樓頂均為鋪有瀝青的水泥地面，視線范圍內(nèi)無遮擋。本研究選擇晴朗天氣進行監(jiān)測，天空中盡量無云，監(jiān)測時間從日出到日落。每次監(jiān)測都要對正對太陽和正對南分別進行，轉(zhuǎn)盤以順時針方向勻速旋轉(zhuǎn)進行監(jiān)測，每1秒進行一次采樣，每兩次監(jiān)測的間隔（三亞地區(qū)為5分鐘，其他地區(qū)為15分鐘）。

7、>　　三、數(shù)據(jù)處理及分析
　　本實驗監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)由“AvaSoft7.4 for USB2.0”軟件轉(zhuǎn)換為MicrosoftExcel格式，并采用“OriginPro8.0”數(shù)據(jù)處理軟件進行計算，得到整波長光譜數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上得到不同采樣點的強度積分值，最后結(jié)合不同生物有效光譜權(quán)重，計算生物有效暴露強度。
　　結(jié)果：
　　1、模型正對太陽時，環(huán)境紫外輻射代表波長呈現(xiàn)隨SEA增高強度值增大的趨勢，擬合曲線均為直線分布符

8、合一次函數(shù)。眼部暴露與環(huán)境紫外光譜輻射代表波長隨太陽高度角分布不同，根據(jù)分布特點，按SEA范圍將曲線劃分成3個部分。在三個太陽高度角分段7-30°、30-60°和60-85°區(qū)間的分布曲線各有特征，分別符合一次函數(shù)(y=ax+b)，二次函數(shù)(y=ax2+bx+c)和平行于x軸的一次函數(shù)(y=(x))。
　　2、在太陽高度角7-30°，30-60°和60-85°，水平環(huán)境紫外輻射代表波長占全天劑量百分比在2-7％，30-35％和58

9、-68％。在太陽高度角7-30°，眼部暴露300nm占全天劑量百分比達到了26.5％左右明顯高于其它代表波長的10％左右比率值;而在太陽高度角60-87°，眼部暴露300nm占全天劑量百分比達到了27％左右明顯低于其它代表波長;在太陽高度角30-60°，眼部暴露所有代表波長劑量占全天劑量百分比均達到了50％左右。
　　3、眼部暴露結(jié)膜損傷有效劑量的分布在所有太陽高度角分段上均呈現(xiàn)隨波長增加劑量減小的分布，眼暴露角膜損傷和晶體損傷有

10、效劑量分布在7-30°太陽高度角，均呈現(xiàn)隨波長增加劑量緩慢減少的分布，在30-60°、60-85°和7-85°太陽高度角段，角膜損傷劑量在311nm出現(xiàn)峰值，在305nm出現(xiàn)谷值，晶體損傷劑量在307nm出現(xiàn)峰值，類似鐘形曲線分布。
　　4、三亞地區(qū)監(jiān)測日一，其全天眼部暴露UVR最大強度在地理朝向上的分布是正東偏北和正西偏北12度左右分別對應(yīng)上午10:00 CST(SEA～50°)和下午16:00 CST(SEA～45°);紹興地

11、區(qū)監(jiān)測日二，其全天眼部暴露UVR最大強度在地理朝向上的分布是正東偏南和正西偏南6度左右分別對應(yīng)上午9:00 CST(SEA～50°)和下午15:00 CST(SEA～50°);沈陽地區(qū)夏季監(jiān)測日三，其全天眼部暴露UVR最大強度在地理朝向上的分布是正東偏南和正西偏南18度左右分別對應(yīng)上午9:00CST(SEA～50°)和下午15:00 CST(SEA～50°)。在鞍山與沈陽的春秋和冬季的對應(yīng)監(jiān)測日四、五、六，其全天眼部暴露UVR強度只有一

12、個峰值，對應(yīng)地理朝向是正南出現(xiàn)在正午，對應(yīng)的SEA分別是49°，47°和27°。
　　5、夏季3個監(jiān)測日（監(jiān)測日一、二、三）一周地理朝向上的眼暴露UVR有效劑量均是危險劑量的6倍以上，2個峰值出現(xiàn)在東西向附近，最大倍數(shù)達到了13倍左右;春秋季監(jiān)測日在正東到正南到正西180度內(nèi)地理朝向上的眼暴露UVR有效劑量均是危險劑量的6倍以上，且最大倍數(shù)值出現(xiàn)在南向，達到10倍左右，其它地理朝向危險倍數(shù)值也都在3以上;冬季監(jiān)測日從正南偏正東正西

13、90度內(nèi)地理朝向上的眼暴露UVR有效劑量是危險劑量的6倍以上，且最大倍數(shù)值出現(xiàn)在南向，達到9倍左右。
　　6、每15分鐘間隔時間段的眼暴露物理UVA輻射在正對太陽60度，120度，180度旋轉(zhuǎn)角度是360度旋轉(zhuǎn)角度平均眼暴露的最大倍數(shù)可以達到2.09，1.78，1.43，認為旋轉(zhuǎn)角度對眼部暴露紫外輻射有非常大的影響。上午和下午大部分時間段在(±60)°左右到0°旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)危險暴露倍數(shù)大于1超過危險劑量，而在(±30)°到0°的

14、旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)，15分鐘內(nèi)的累計眼暴露UVA劑量危險暴露倍數(shù)甚至達到1.5倍
　　7、環(huán)境和眼暴露紫外輻射光譜的峰谷分布是有區(qū)別的，環(huán)境的第一個和第二個峰值分別是354和366nm而眼部的第一個和第二個峰值分別是355nm和370nm。另外，眼部所有波長的比值變化范圍在0到3之間，大于環(huán)境變化幅度(0.4-2)。眼部比值呈現(xiàn)早晚小波長比值更低，大波長比值更高的分布趨勢。
　　結(jié)論：
　　1、眼部暴露紫外光譜輻射隨太陽高度角

15、分布與環(huán)境紫外光譜輻射分布不同。
　　2、環(huán)境和眼部暴露紫外輻射，UVB段各代表波長劑量百分比最大值出現(xiàn)的太陽高度角分段不同。本研究認為除了中午，太陽高度角50°左右的上下午也是眼損傷高危時間段。
　　3、不同太陽高度角對應(yīng)時間段，眼角膜損傷，結(jié)膜損傷，晶體損傷生物有效輻射最強效應(yīng)波長不同。
　　4、眼部暴露高危時間段受當(dāng)天正午最高SEA影響，當(dāng)天正午最高SEA高于50度，危險時間段在SEA50度左右;當(dāng)天正午最高SE

16、A低于50度，危險時間出現(xiàn)在最大SEA時。
　　5、眼部危險地理朝向角度受當(dāng)天正午最高SEA影響，當(dāng)天正午最高SEA高于50度，危險角度對應(yīng)東和西向左右;當(dāng)天正午最高SEA低于50度，危險角度出現(xiàn)在南向。
　　6、方位角度對眼部暴露紫外輻射有非常大的影響。上午和下午SEA低于60°時間段，正對太陽(±60)到0°范圍內(nèi)方位角度是高危角度范圍，需要引起重視，特別是正對太陽(±30)到0°范圍內(nèi)方位角度的風(fēng)險更高。所以，個體戶外