Orientamento alla scelta dei filtri solari e selettivi

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1 Orientamento alla scelta dei filtri solari e selettivi di Francesco Vargellini, Libero professionista, Docente Istituto B. Zaccagnini Seconda parte. dossier Introduzione Perché potrebbe servire la lettura di questo articolo? Questa seconda parte dell articolo su filtri solari e lenti selettive, è incentrata sugli aspetti clinici dell utilizzo di una lente adeguata all esigenze dei nostri occhi. In particolare quali sono e perché si sviluppano alcune alterazioni della fisiologia o patologie conseguenti a un esposizione prolungata o acuta alle radiazioni solari. Si possono suddividere le conseguenze oculari dell irraggiamento solari in due grossi gruppi: - problematiche conseguenti la normale esposizione al sole di un individuo; - problematiche conseguenti il superamento di elevate quantità di irraggiamento, considerando che possiamo riferirci al tempo di esposizione o all intensità della stessa. Nel panorama attuale, esistono vaste possibilità di scelta, ma solo conoscendo le possibilità di filtraggio delle diverse tipologie di lenti, ci si può orientare correttamente verso la soluzione più idonea per ogni persona. Non tutti i clienti sono interessati a questo tipo di informazioni, tuttavia chi lo desidera, deve poter pregiarsi delle attenzioni di qualcuno che conosce la visione e i prodotti adatti a proteggerla e migliorarla! La causa del problema Una volta stabilito che la luce solare era concausa di molte patologie oculari, si è potuto individuare quali fossero le parti della luce solare nocive per l organo della vista. La luce solare è composta da radiazione pura, energia radiante. In essa esiste una gamma, o spettro, di particelle aventi: - bassa energia negli infrarossi, maggiore energia (che cresce progressivamente in tutto lo spettro visibile) nel rosso, arancio, giallo e verde. - alta energia nel blu e nel violetto. - massima energia nel campo degli ultravioletti (invisibili). Le componenti nocive della luce solare sono tutte concentrate nella stessa area, in corrispondenza delle particelle ad alta energia, cioè nel campo delle radiazioni blu-viola ed ultraviolette. È stato dimostrato che le radiazioni ultraviolette sono parte o causa principale di tutte le malattie oculari provocate da luce solare, fatta eccezione per la degenerazione maculare. Questo avviene perché la retina, sede della degenerazione maculare, non viene colpita dagli effetti deleteri delle radiazioni ultraviolette, in quanto gli UV sono assorbiti dalla parte anteriore dell occhio, dove causano patologie differenti (questa è la ragione per cui l uomo non ha sviluppato la possibilità di vedere gli UV: normalmente non raggiungono la retina fotosensibile). La porzione ad alta energia della fascia di colorazione violetta e blu è quella che contiene le radiazioni dannose per la retina. Qual è l influenza sulla visione dell assorbimento selettivo della luce blu? La radiazione diretta del sole è sempre dispersa con la zona blu soggetta ad una dispersione ancora più grande. La nostra percezione dei colori è influenzata da questo 82 P.O. Professional Optometry Aprile 2009

2 Fig. 1 A destra, il filtro per la luce blu incrementa il contrasto: le zone cromatiche si allontanano dal blu e ritornano alle loro sedi di origine. A sinistra, il blu si sovrappone e falsifica tutti gli altri colori: le zone cromatiche sono slittate verso il blu. effetto, perchè tutti i colori contengono una piccola porzione di blu. Questo è il motivo per cui, per esempio, noi vediamo il cielo blu. A causa della porzione blu, tutte le zone cromatiche sono slittate verso il blu. Più le coordinate tricromatiche sono vicine tra di loro, inferiore è la percezione del contrasto. Risultato: abbagliamento e contorni sfumati sono gli effetti particolarmente disturbanti in condizioni di illuminazione estrema (per es. il riflesso del sole sull acqua o la luce diffusa durante una discesa di sci). L attenuazione della porzione blu dello spettro, produce un sensibile aumento del contrasto; le zone cromatiche si allontanano dal blu e la distanza tra di loro aumenta (Fig. 1). C è un altra ragione del perché il maggiore assorbimento della regione blu dello spettro visibile aumenti il contrasto. A causa della miopia dell occhio per le onde corte, la luce blu che si focalizza davanti alla retina, si sovrappone agli altri colori e la visione si sfuoca. I filtri solari selettivi per l aumento del contrasto, riducono la trasmittanza per la luce blu ad un valore tale che per il portatore ne deriva una visione più nitida e contrastata. L occhio e il danno causato dalla luce solare L occhio è continuamente esposto alla luce. I tessuti oculari assorbono in diverso modo le diverse componenti radianti, a seconda della loro lunghezza d onda. Dall analisi delle lesioni causate dalla luce visibile e dalle radiazioni ultraviolette si può affermare che: - La retina è sensibile al danno già nel range della luce blu ( nm) - Il cristallino in quello dell UV prossimo al visibile ( nm) - La cornea è particolarmente vulnerabile ai raggi UV-C - mentre i fotoni visibili violetti e blu insieme con l UV-A, tendono a non essere completamente assorbiti dalle strutture anteriori, e possono essere nocivi per la retina. Le lenti solari possono essere considerate filtri attenuatori, la loro primaria funzione è di ridurre la quantità di energia solare senza alterare significativamente lo spettro visibile. Devono, però, essere considerate anche filtri protettivi quando hanno anche il compito di eliminare le radiazioni che hanno il massimo di probabilità di essere nocive per l occhio. Caratteristiche necessarie per la scelta di una lente da sole Una buona lente solare deve assorbire tutti gli RUV (radiazioni ultra violette) che, come sappiamo, non compongono lo stimolo visivo ma sono dannosi per ogni parte dell occhio che li assorbe. Inoltre, la radiazione RUV può addirittura infastidire la percezione visiva perché alcuni fotoni assorbiti dal cristallino generano fluorescenza, producendo abbagliamento. Le lenti dovrebbero assorbire la maggior parte dei fotoni visibili ad alta energia, cioè la radiazione violetta blu (tra 400 e 500 nm), che sono considerati potenzialmente lesivi per la retina. I filtri devono attenuare l intensità luminosa totale, tenendo in considerazione le differenze di illuminazione che esistono tra gli ambienti di lavoro ed in presenza di modifiche, anche improvvise (temporali, ecc.), della irradiazione del sole a livello degli occhi. Per quanto riguarda l attenuazione delle radiazioni IR può essere utile perché esse producono calore facilitando l effetto fotochimico. Certi occhiali da sole possono diventare pericolosi se, eliminando l avversione ad alte luminanze, non filtrano le pericolose radiazioni di lunghezza d onda breve. In sintesi, perché un occhiale da sole sia realmente protettivo e confortevole deve essere in grado di assorbire completamente le radiazioni ultraviolette (UV), comprese fra i 300 e i 400 nm, e di assorbire in modo progressivo ed efficace le radiazioni visibili ad alta energia, comprese tra i 400 e 500 nm, denominate luce blu, lasciandone filtrare almeno il 4-5%, così da non alterare la percezione cromatica. Aprile 2009 P.O. Professional Optometry 83

3 La tonalità di colore delle lenti da sole La scelta della tonalità di colore è anche funzionale al difetto rifrattivo dell occhio. Una scelta errata, può portare, in soggetti predisposti a una riduzione dell acuità visiva percepita, mal di testa, giramento di testa, difficoltà nel mantenere l attenzione. Per i soggetti emmetropi, non c è una particolare preferenza cromatica da rispettare, e si possono utilizzare filtri delle principali colorazioni filtranti, marrone, verde, grigio, tenendo presente che quest ultimo ha la proprietà di attenuare in modo più uniforme la radiazioni luminose di tutte le lunghezze d onda, alterando in questo modo in misura inferiore alle altre tipologie di filtri la percezione cromatica naturale dell ambiente. Per questo motivo è un colore ben tollerato da tutti gli occhi. Il discorso cambia in presenza di ametropie rifrattive. Gli ipermetropi, soprattutto se il difetto visivo risulta necessitare di correzione rifrattiva, giova dall uso di lenti di colorazione verde o grigio-verde. Questi enfatizzano la capacità degli ipermetropi a focalizzare meglio la luce di lunghezza d onda più vicina a quella blu e UV. Per i miopi invece la lente di colore marrone, li porta ad aumentare la focalizzazione dello spettro visibile più vicino all infrarosso, tra cui le componenti rosse a cui sono più sensibili a livello di discriminazione foveolare. Fig. 2 Lo spettro del visibile filtrato da lenti selettive assai differenti: gialla, marrone, e grigia. Si può notare una differente capacità di filtraggio a seconda delle lunghezze d onda. La lente gialla effettua un taglio deciso di tutte le componenti vicine al blu e nella zona più adiacente agli ultravioletti, e il filtro che elimina maggiormente la componente più breve del blu. Il filtro marrone rispetto a quello grigio lascia passare una percentuale via via maggiore di radiazione, in modo crescente verso i colori rossi, esaltandoli rispetto a quelli più freddi del verde e del blu. Il filtro grigio mantiene una curva di assorbimento più piatta senza picchi di selezione di alcune frequenze, questo ne determina anche l aspetto neutro, oltre che ovviamente una caratteristica curva di assorbimento bilanciata. Filtrazione idonea a non recare pericolo in situazioni comuni di utilizzo A questo proposito sono previste specifiche ben precise per l impiego durante la guida, che riguardano la riconoscibilità dei segnali stradali, la visibilità in condizioni di illuminazione artificiale e livello minimo di trasmissione. Riconoscibilità segnali luminosi stradali Sono definiti dei Fattori Relativi di trasmissione per i colori rosso, giallo, verde e blu. - Trasmissione in condizioni di illuminazione artificiale. È definito un livello minimo di trasmissione spettrale nell intervallo nm poiché molte sorgenti luminose impiegate in campo automobilistico presentano una emissione concentrata in questo campo di lunghezze d onda. - Trasmissione minima della luce visibile. È definito un livello minimo di trasmissione al di sotto del quale non è consentito l impiego durante la guida o in condizioni di traffico stradale. I colori metamerici Il colore percepito dall occhio umano dipende, oltre che dal colore effettivo dell oggetto osservato dalla composizione della luce che lo illumina. Ad esempio la luce del sole al crepuscolo o le luci artificiali modificano significativamente la percezione del colore. Per questa ragione la misura del colore viene effettuata con una luce bianca di riferimento che riproduce il più fedelmente possibile la luce solare. Il fenomeno chiamato metamerismo si ha quando colori che appaiono all occhio identici sotto una certa luce mostrano tonalità differenti se illuminati con una luce diversa. Così ad esempio due filtri possono apparire uguali se osservati a mezzogiorno e diversi se osservati al tramonto, quando la luce del sole assume una diversa composizione. Questi colori che appaiono uguali in ben definite condizioni di luce, ma che posseggono spettri con forme diverse, vengono definiti colori metamerici. Poiché le prestazioni di un filtro dipendono, oltre che dalla qualità dei materiali, anche dall andamento delle curve spettrali che ne determinano il colore, filtri caratterizzati dallo stesso colore, ma con curve spettrali diverse possono essere caratterizzati 84 P.O. Professional Optometry Aprile 2009

4 Fig. 3. Il fenomeno ha origine quando la curva spettrale che indica il grado di assorbimento della luce alle diverse lunghezze d onda presenta una forma diversa in colori apparentemente uguali. In pratica il fenomeno si verifica quando le curve spettrali non si sovrappongono ma si incrociano in uno o più punti. Tabella 1. Caratteristiche di filtrazione dei materiali oftalmici. da prestazioni completamente diverse. Nella realizzazione di un filtro solare, l aspetto puramente estetico del colore è perciò subordinato alla definizione della sua curva spettrale che deve consentire l assorbimento della luce nel modo più appropriato al fine di privilegiare le prestazioni richieste (massima protezione, aumento del contrasto, visione colori, ecc.). Il metamerismo è quindi una chiara dimostrazione di come non sia sufficiente replicare semplicemente un colore per ottenere le stesse prestazioni visive o protettive (Fig. 3). I materiali ottici principali e proprietà In alternativa ai vetri temperati, oggi sono sempre più diffusi i polimeri ottici che oltre ad essere dotati di elevate proprietà ottiche sono più leggeri e resistenti. In tabella 1, sono riportate le caratteristiche chimico-fisiche dei tre polimeri ottici più utilizzati nella costruzione di filtri solari oftalmici. Patologie oculari causate dalla luce solare Le patologie oculari causate dalla luce solare Policarbonato CR39 Vetro Crown Indice rifrazione Peso specifico N di Abbe Riflessione 10% 7.7% 8.4% Trasmissione UV* a 300 nm 0.00% 0.00% 10.00% a 350 nm 0.00% 1.00% 8.50% a 380 nm 2.00% 45.00% 91.00% comprendono la cataratta senile, la degenerazione maculare senile, lo pterigio, il cancro dell epitelio pericolare e la fotocheratite. Attualmente, la cataratta e la degenerazione maculare sono le cause principali della perdita della vista e le cause primarie della cecità. La più diffusa è sicuramente la cataratta che si è rivelata una malattia costosa sia in termini di danni alla salute (cecità) che in termini economici; in ambito chirurgico è il più probabile intervento al quale una persona si sottoporrà durante la sua vita, escludendo ovviamente le principali cure dentali. Ancora peggiore è la degenerazione maculare senile, questa malattia produce una degenerazione della retina fotosensibile, proprio nel punto peggiore e cioè nel centro del campo visivo. La conseguenza è che dovunque si guardi, c è sempre un punto cieco che blocca l immagine desiderata e rende impossibile leggere. Si tratta di una malattia che invalida la vita professionale e non esiste nessun rimedio per ristabilire una vista corretta. Il problema è veramente grave. Le malattie provocate dalla luce solare provocano sintomi diversi e colpiscono parti diverse dell occhio. Effetti dei Raggi UV sui tessuti oculari L occhio può anche soffrire gli effetti acuti e cronici dall assorbimento di UVR. I vari componenti dell occhio, quali la palpebra, il congiuntiva, la cornea, l obiettivo e la retina (Fig. 4) possono essere influenzati tramite esposizione di UVR. L assorbimento di UVR dai vari componenti dell occhio dipende dalla lunghezza d onda. Gli effetti retinici relativi a UVR, per esempio, possono derivare soltanto da radiazione di UV-A, dalla lunghezza d onda più corta UV-B e la radiazione UV-C è assorbita da altri componenti dell occhio. Palpebre Le palpebre sono suscettibili di carcinoma basale delle cellule (BCC), di carcinoma squamoso delle cellule (SCC) e del melanoma maligno. Il carcinoma basale delle cellule si sviluppa spesso intorno all occhio, principalmente sulla palpebra più bassa. Il melanoma maligno è il cancro della zona oculare 86 P.O. Professional Optometry Aprile 2009

5 Fig. 4. Il segmento anteriore e la sezione del bulbo oculare con evidenziate le parti interessate da interazioni con le radiazioni solari. più comune. Occasionalmente è necessaria la rimozione chirurgica. Insieme al carcinoma basale delle cellule sulla palpebra, è associato all esposizione al sole. Fotocheratite e fotocongiuntivite Alterazioni di cornea e congiuntiva provocate dall esposizione di breve durata a radiazione UV ad alta intensità. Può seguire l esposizione ad un arco della saldatura flash del saldatore o come conseguenza di esposizione a radiazione UV riflessa da neve. Questa alterazione solitamente regredisce entro 48 ore dal termine dell esposizione, ed è causata dalla fascia UV-B e UV-C. Una cataratta Può derivare da una varietà di cause e spesso diventare cecità. La cataratta è una causa importante di cecità nel mondo intero, specialmente in paesi che difettano delle risorse per il relativo trattamento chirurgico. Ci sono differenti tipi di cataratte: sub-capsulare corticale, nucleare e posteriore. Gli studi epidemiologici hanno indicato che l esposizione solare cumulativa di UVR è una causa importante per la cataratta corticale. Retina I mezzi oculari davanti la retina sono trasparenti nella gamma infrarossa visibile e vicina (400 nm a 1400 nm) ma assorbono la maggior parte del RUV. Un piccolo picco della trasmissione di RUV cade intorno 320 nm nell occhio normale, con i livelli elevati della trasmissione di UV-A fra i bambini in giovane età. Retinitis solare Il retinitis solare è un ustione retinica acuta, generalmente (ma non esclusivamente) causata dall osservazione prolungata e diretta del sole quando è vicino allo zenith. Ferite retiniche possono essere provocate tramite un azione fotochimica di luce nella gamma blu o tramite un azione termica di luce visibile ed avvicinare la radiazione infrarossa. I casi del retinitis solare, compreso perdita notevole della funzione visiva, sono segnalati spesso dopo l osservazione non protetta delle eclissi solari. Il macula è la parte centrale cono-ricca della retina responsabile di alte acutezza e percezione del colore. La degenerazione maculare relativa all età, la causa principale di cecità nel mondo sviluppato, si crede essere associata con esposizione cronica a radiazione di UV-A e la conclusione blu dello spettro visibile. Lenti filtranti speciali e lenti selettive Acromatopsia L acromatopsia è una cecità ai colori, in cui la funzione dei coni è completamente persa. Le persone che ne sono affette non hanno alcuna sensazione cromatica e possono distinguere solamente differenze di luminanza. Spesso è presente anche nistagmo. La sensibilità all abbagliamento è molto forte e l acuità visiva è in genere estremamente ridotta. L abbagliamento dipende in parte anche dalla sovraesposizione dei bastoncelli. Le lenti filtranti speciali assorbono in modo specifico il campo di lunghezza d onda attivo dei bastoncelli, riducendo in tal modo l ab- 88 P.O. Professional Optometry Aprile 2009

6 UV-A UV-B UV-C Lunghezza d onda: nm Abbassare l energia per il fotone. Fonti: Sole (95% di RUV al livello del suolo). Lampade chiare nere. Lampade germicide. Apparecchiatura della saldatura ad arco HIDL. Lampade terapeutiche. Dispositivi d abbronzatura. Penetrazione: Non assorbito da ozono. Penetra più profondo nella pelle che qualunque altra forma di RUV. Effetti: Causa l abbronzatura immediata. Può rafforzare alcuni effetti cancerogeni di UVB. Ustioni termiche. Solarizzazione, immuno soppressione, danni, fototossicità, foto-invecchiamento, fotocherato-congiuntivite, cataratta e pterigio, retinitis solare. Lunghezza d onda: nm Energia intermedia per il fotone. Fonti: Sole (5% di RUV al livello, soltanto alle lunghezze d onda del suolo > 297 nm). Lampade germicide. Apparecchiatura della saldatura ad arco HIDL. Lampade terapeutiche. Laser medici ed industriali. Penetrazione: Parzialmente assorbito da ozono nell atmosfera superiore. Penetra al derma Effetti: Responsabile di produzione della vitamina D3 e dell abbronzatura in ritardo. Il più efficace nel causare gli effetti nocivi acuti e cronici. Solarizzazione, immuno-soppressione, danni cellulari, cancro della pelle, urticaria solare, invecchiamento della foto e fotocheratocongiuntivite, cataratta e pterigio. Lunghezza d onda: nm Più alta energia per il fotone. Fonti: Sole (UV-C è assorbito da ossigeno, da ozono e da vapore acqueo molecolari nell atmosfera superiore). Lampade germicide. Apparecchiatura della saldatura ad arco. Lampadine a luminescenza ad alta intensità (HIDL). Penetrazione: I fotoni fra 100 a 200 nm sono assorbiti in aria. Assorbito dalla cheratina nell epidermide, non penetra al derma. Effetti: Danni del DNA sulle cellule non protette: epitelio, cornea e batteri. Tabella 2. Fonti ed effetti di radiazione ultravioletta. bagliamento. I filtri speciali blu a taglio 450 nm assorbono la radiazione ottica in modo selettivo. Questi filtri sono stati progettati per pazienti affetti da monocromatismo dei coni blu. Evidenziano una trasmittanza inferiore al 20% nell intervallo del visibile tra 550 nm e 650 nm. Il monocromatismo dei coni blu è rara manifestazione della funzione tricromate, malattia nella quale rimane attiva solo la funzione dei bastoncelli e dei coni blu. Con queste lenti filtranti blu è possibile ottenere un considerevole aumento della sensibilità al contrasto, del visus e dell acuità visiva crepuscolare. Filtri selettivi per retinopatia diabetica La patologia diabetica colpisce principalmente gli strati centrali ed interni della retina, dove le connessioni neurali provvedono all elaborazione del contrasto visivo. Ne deriva un estremamente pregiudicata sensibilità al contrasto nella retina danneggiata dal diabete. I dettagli più luminosi non generano un segnale sufficientemente forte da essere distinto dalle zone più scure. I pazienti con retinopatia diabetica avanzata (proliferativa) soffrono in modo particolare di abbagliamento e di disturbi nell adattamento chiaro-scuro. Le lenti selettive con picco da 540 nm a 580 nm assorbono la parte dello spettro a cui i coni sono sensibili e li proteggono; così facendo riducono l abbagliamento e facilitano al paziente l adattamento alle varie condizioni di luminosità. Filtri selettivi per la retinopatia pigmentosa La retinite pigmentosa, (RP) è una degenerazione oculare ereditaria e progressiva. A causa del cattivo funzionamento del metabolismo retinico, le cellule sensoriali (coni e bastoncelli) non sono sufficientemente irrorate dal sangue e quindi degenerano gradualmente. Le molte manifestazioni di questa patologia rendono impossibile una descrizione esatta dei sintomi con cui si evidenzia. Inizialmente, si attenua la funzionalità dei bastoncelli. Si ha quindi difficoltà di visione al crepuscolo e di notte, arrivando anche alla cecità notturna. Contemporaneamente il cam- Aprile 2009 P.O. Professional Optometry 89

7 po visivo si restringe dalla periferia verso l interno fino a quando il paziente rimane con una visione tubolare. L orientamento diventa, di conseguenza, estremamente difficoltoso. Un sintomo ulteriore della RP è la limitata funzionalità dei coni. Ne risulta un acuità visiva ridotta, una diminuzione del contrasto, una alterata visione cromatica ed un elevata sensibilità all abbagliamento. Alcune lenti filtranti mediche spesso offrono un comfort d uso maggiore. Conclusioni Mantenere un elevato livello di conoscenze tecniche sui prodotti trattati nella nostra pratica lavorativa è importante per distinguersi dal generale appiattimento delle competenze presenti in molte aziende del settore ottico. Bibliografia - The effect of variably tinted spectacle lenses on visual performance in cataract subjects.naidu S, Lee JE, Holopigian K, Seiple WH, Greenstein VC, Stenson SM - The influence of age-related cataract on blue-onyellow perimetry ID Moss, JM Wild and DJ Whitaker - Baiocchi Paolo, Occhiali da sole scienza e tecnologia, Atti del Congresso CDV sulle radiazioni UV e gli occhi, Milano, Cordella Marco, Filtri protettivi e radiazioni solari, Atti del Congresso CDV sulle radiazioni UV e gli occhi, Milano, Cordella Marco, Filtri fotoselettivi: quali e perché (abstract), Intercast Europe Spa, 1ª Edizione pubblicata in occasione del 74 Congresso della Società Oftalmologica Italiana, Dal Canton Marco, Marini Leonardo Pelle e Sole - Implicazioni essenziali per la salute l importanza della prevenzione. - Federottica, Come garantirsi la miglior protezione e un eccellente efficienza visiva, in sole.htm. - Informanet, La salute degli occhi prima di tutto. E poi, via libera alla moda, Young W. Richard, The Charles F. Prentice Medical Award Lecture 1992: Optometry and Preservation of Visual Health (abstract) in Optometry and Vision Science Vol.70, No.4; pp Young W. Richard, A Theory of Central Retinal Desease, New Directions in Ophtalmic Research, Yale University Press, New Haven, pp Young W. Richard, Radiazioni Solari e degenerazione maculare legata all età, Survey of Ophtalmology, pp , P.O. Professional Optometry Aprile 2009