Martedì, 15 marzo 2011 14: 58

Radiazioni ultraviolette

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Come la luce, che è visibile, la radiazione ultravioletta (UVR) è una forma di radiazione ottica con lunghezze d'onda più corte e fotoni (particelle di radiazione) più energetici rispetto alla sua controparte visibile. La maggior parte delle sorgenti luminose emette anche alcuni raggi UV. I raggi UV sono presenti nella luce solare e vengono emessi anche da un gran numero di sorgenti ultraviolette utilizzate nell'industria, nella scienza e nella medicina. I lavoratori possono incontrare UVR in un'ampia varietà di contesti professionali. In alcuni casi, a bassi livelli di luce ambientale, si possono vedere sorgenti quasi ultraviolette ("luce nera") molto intense, ma normalmente i raggi UV sono invisibili e devono essere rilevati dal bagliore dei materiali che emettono fluorescenza quando illuminati dai raggi UV.

Proprio come la luce può essere suddivisa in colori che possono essere visti in un arcobaleno, l'UVR è suddiviso e i suoi componenti sono comunemente indicati come UVA, UVB ed UVC. Le lunghezze d'onda della luce e dei raggi UV sono generalmente espresse in nanometri (nm); 1 nm è un miliardesimo (10-9) di un metro. I raggi UVC (UVR a lunghezza d'onda molto corta) della luce solare vengono assorbiti dall'atmosfera e non raggiungono la superficie terrestre. L'UVC è disponibile solo da fonti artificiali, come le lampade germicide, che emettono la maggior parte della loro energia a una singola lunghezza d'onda (254 nm) che è molto efficace nell'uccidere batteri e virus su una superficie o nell'aria.

I raggi UVB sono i raggi UV biologicamente più dannosi per la pelle e gli occhi e, sebbene la maggior parte di questa energia (che è una componente della luce solare) sia assorbita dall'atmosfera, produce comunque scottature e altri effetti biologici. I raggi UV a lunghezza d'onda lunga, UVA, si trovano normalmente nella maggior parte delle sorgenti luminose ed è anche il più intenso UVR che raggiunge la Terra. Sebbene i raggi UVA possano penetrare in profondità nei tessuti, non sono biologicamente dannosi come i raggi UVB perché le energie dei singoli fotoni sono inferiori a quelle dei raggi UVB o UVC.

Fonti di radiazione ultravioletta

Luce del sole

La maggiore esposizione professionale ai raggi UV è vissuta dai lavoratori all'aperto sotto la luce solare. L'energia della radiazione solare è notevolmente attenuata dallo strato di ozono terrestre, limitando i raggi UV terrestri a lunghezze d'onda superiori a 290-295 nm. L'energia dei raggi solari più pericolosi a lunghezza d'onda corta (UVB) è una forte funzione del percorso obliquo atmosferico e varia con la stagione e l'ora del giorno (Sliney 1986 e 1987; WHO 1994).

Fonti artificiali

Le fonti artificiali più significative di esposizione umana includono quanto segue:

Saldatura ad arco industriale. La fonte più significativa di potenziale esposizione ai raggi UV è l'energia radiante delle apparecchiature di saldatura ad arco. I livelli di raggi UV intorno alle apparecchiature per la saldatura ad arco sono molto elevati e possono verificarsi lesioni acute agli occhi e alla pelle entro tre-dieci minuti dall'esposizione a una distanza di visione ravvicinata di pochi metri. La protezione degli occhi e della pelle è obbligatoria.

Lampade UVR industriali/da lavoro. Molti processi industriali e commerciali, come l'indurimento fotochimico di inchiostri, vernici e materie plastiche, comportano l'uso di lampade che emettono fortemente nella gamma UV. Sebbene la probabilità di un'esposizione dannosa sia bassa a causa della schermatura, in alcuni casi può verificarsi un'esposizione accidentale.

“Luci nere”. Le luci nere sono lampade specializzate che emettono prevalentemente nella gamma UV, e sono generalmente utilizzate per controlli non distruttivi con polveri fluorescenti, per l'autenticazione di banconote e documenti, e per effetti speciali in pubblicità e discoteche. Queste lampade non presentano alcun rischio di esposizione significativo per l'uomo (tranne in alcuni casi per la pelle fotosensibilizzata).

Trattamento medico. Le lampade UVR sono utilizzate in medicina per una varietà di scopi diagnostici e terapeutici. Le sorgenti UVA sono normalmente utilizzate nelle applicazioni diagnostiche. L'esposizione al paziente varia notevolmente a seconda del tipo di trattamento e le lampade UV utilizzate in dermatologia richiedono un uso attento da parte del personale.

Lampade germicide UVR. I raggi UV con lunghezze d'onda comprese tra 250 e 265 nm sono i più efficaci per la sterilizzazione e la disinfezione poiché corrispondono a un massimo nello spettro di assorbimento del DNA. I tubi a scarica di mercurio a bassa pressione sono spesso utilizzati come sorgente UV, poiché oltre il 90% dell'energia irradiata si trova sulla linea dei 254 nm. Queste lampade sono spesso chiamate “lampade germicide”, “lampade battericide” o semplicemente “lampade UVC”. Le lampade germicide sono utilizzate negli ospedali per combattere l'infezione da tubercolosi e sono utilizzate anche all'interno di cabine di sicurezza microbiologiche per inattivare i microrganismi presenti nell'aria e di superficie. La corretta installazione delle lampade e l'uso di protezioni per gli occhi sono essenziali.

Abbronzatura cosmetica. I lettini abbronzanti si trovano nelle aziende in cui i clienti possono abbronzarsi con speciali lampade abbronzanti, che emettono principalmente nella gamma UVA ma anche alcuni UVB. L'uso regolare di un lettino solare può contribuire in modo significativo all'esposizione annuale della pelle ai raggi UV di una persona; inoltre, anche il personale che lavora nei centri abbronzatura può essere esposto a bassi livelli. L'uso di protezioni per gli occhi come occhiali o occhiali da sole dovrebbe essere obbligatorio per il cliente e, a seconda della disposizione, anche i membri del personale potrebbero richiedere protezioni per gli occhi.

Illuminazione generale. Le lampade fluorescenti sono comuni sul posto di lavoro e sono state utilizzate in casa ormai da molto tempo. Queste lampade emettono piccole quantità di raggi UV e contribuiscono solo per una piccola percentuale all'esposizione annuale ai raggi UV di una persona. Le lampade alogene al tungsteno sono sempre più utilizzate in casa e sul posto di lavoro per una varietà di scopi di illuminazione e visualizzazione. Le lampade alogene non schermate possono emettere livelli di UVR sufficienti a causare lesioni gravi a breve distanza. L'installazione di filtri in vetro su queste lampade dovrebbe eliminare questo rischio.

Effetti biologici

La pelle

Eritema

L'eritema, o "scottatura solare", è un arrossamento della pelle che normalmente compare tra le quattro e le otto ore dopo l'esposizione ai raggi UV e si attenua gradualmente dopo alcuni giorni. Le scottature solari gravi possono comportare vesciche e desquamazione della pelle. UVB e UVC sono entrambi circa 1,000 volte più efficaci nel causare eritema rispetto agli UVA (Parrish, Jaenicke e Anderson 1982), ma l'eritema prodotto dalle lunghezze d'onda UVB più lunghe (da 295 a 315 nm) è più grave e persiste più a lungo (Hausser 1928). L'aumento della gravità e del decorso dell'eritema risulta dalla penetrazione più profonda di queste lunghezze d'onda nell'epidermide. La massima sensibilità della pelle apparentemente si verifica a circa 295 nm (Luckiesh, Holladay e Taylor 1930; Coblentz, Stair e Hogue 1931) con una sensibilità molto inferiore (circa 0.07) che si verifica a 315 nm e lunghezze d'onda maggiori (McKinlay e Diffey 1987).

La dose eritemica minima (MED) per 295 nm che è stata riportata in studi più recenti per la pelle non abbronzata e leggermente pigmentata varia da 6 a 30 mJ/cm2 (Everett, Olsen e Sayer 1965; Freeman et al. 1966; Berger, Urbach e Davies 1968). Il MED a 254 nm varia notevolmente a seconda del tempo trascorso dopo l'esposizione e se la pelle è stata esposta molto alla luce solare esterna, ma è generalmente dell'ordine di 20 mJ/cm2, o fino a 0.1 J/cm2. La pigmentazione e l'abbronzatura della pelle e, soprattutto, l'ispessimento dello strato corneo, possono aumentare questa MED di almeno un ordine di grandezza.

Fotosensibilizzazione

Gli specialisti della medicina del lavoro riscontrano spesso effetti avversi derivanti dall'esposizione professionale ai raggi UV nei lavoratori fotosensibilizzati. L'uso di alcuni medicinali può produrre un effetto fotosensibilizzante sull'esposizione ai raggi UVA, così come l'applicazione topica di alcuni prodotti, inclusi alcuni profumi, lozioni per il corpo e così via. Le reazioni agli agenti fotosensibilizzanti comportano sia fotoallergia (reazione allergica della pelle) che fototossicità (irritazione della pelle) dopo l'esposizione ai raggi UV dalla luce solare o da sorgenti UV industriali. (Anche le reazioni di fotosensibilità durante l'uso di apparecchiature abbronzanti sono comuni.) Questa fotosensibilizzazione della pelle può essere causata da creme o unguenti applicati sulla pelle, da farmaci assunti per via orale o per iniezione o dall'uso di inalatori soggetti a prescrizione medica (vedere figura 1 ). Il medico che prescrive un farmaco potenzialmente fotosensibilizzante dovrebbe sempre avvertire il paziente di adottare misure appropriate per evitare effetti avversi, ma al paziente viene spesso detto solo di evitare la luce solare e non le fonti UVR (poiché queste sono rare per la popolazione generale).

Figura 1. Alcune sostanze fonosensibilizzanti

ELF020T1

Effetti ritardati

L'esposizione cronica alla luce solare, in particolare alla componente UVB, accelera l'invecchiamento della pelle e aumenta il rischio di sviluppare il cancro della pelle (Fitzpatrick et al. 1974; Forbes e Davies 1982; Urbach 1969; Passchier e Bosnjakovic 1987). Diversi studi epidemiologici hanno dimostrato che l'incidenza del cancro della pelle è fortemente correlata con la latitudine, l'altitudine e la copertura del cielo, che sono correlate con l'esposizione ai raggi UV (Scotto, Fears e Gori 1980; WHO 1993).

Non sono ancora state stabilite esatte relazioni quantitative dose-risposta per la carcinogenesi della pelle umana, sebbene gli individui di carnagione chiara, in particolare quelli di origine celtica, siano molto più inclini a sviluppare il cancro della pelle. Tuttavia, va notato che le esposizioni ai raggi UV necessarie per suscitare tumori della pelle nei modelli animali possono essere erogate sufficientemente lentamente da non produrre eritema e l'efficacia relativa (relativa al picco a 302 nm) riportata in questi studi varia nello stesso come scottature solari (Cole, Forbes e Davies 1986; Sterenborg e van der Leun 1987).

L'occhio

Fotocheratite e fotocongiuntivite

Si tratta di reazioni infiammatorie acute derivanti dall'esposizione a radiazioni UVB e UVC che compaiono entro poche ore dall'esposizione eccessiva e normalmente si risolvono dopo uno o due giorni.

Lesione retinica da luce intensa

Sebbene sia improbabile un danno termico alla retina da fonti luminose, può verificarsi un danno fotochimico dall'esposizione a fonti ricche di luce blu. Ciò può comportare una riduzione temporanea o permanente della vista. Tuttavia, la normale risposta di avversione alla luce intensa dovrebbe prevenire questo evento a meno che non venga compiuto uno sforzo cosciente per fissare fonti di luce intensa. Il contributo dei raggi UV al danno retinico è generalmente molto ridotto perché l'assorbimento da parte del cristallino limita l'esposizione retinica.

Effetti cronici

L'esposizione professionale a lungo termine ai raggi UV per diversi decenni può contribuire alla cataratta e ad effetti degenerativi non correlati all'occhio come l'invecchiamento della pelle e il cancro della pelle associati all'esposizione al sole. Anche l'esposizione cronica alle radiazioni infrarosse può aumentare il rischio di cataratta, ma questo è molto improbabile, dato l'accesso alla protezione degli occhi.

La radiazione ultravioletta attinica (UVB e UVC) è fortemente assorbita dalla cornea e dalla congiuntiva. La sovraesposizione di questi tessuti provoca la cheratocongiuntivite, comunemente indicata come “bagliore del saldatore”, “occhio ad arco” o “cecità da neve”. Pitts ha riportato lo spettro d'azione e il decorso temporale della fotocheratite nella cornea umana, di coniglio e di scimmia (Pitts 1974). Il periodo di latenza varia inversamente con la gravità dell'esposizione, da 1.5 a 24 ore, ma di solito si verifica entro 6-12 ore; il disagio di solito scompare entro 48 ore. Segue la congiuntivite che può essere accompagnata da eritema della pelle del viso che circonda le palpebre. Naturalmente, l'esposizione ai raggi UV raramente provoca lesioni oculari permanenti. Pitts e Tredici (1971) hanno riportato dati di soglia per la fotocheratite nell'uomo per bande d'onda di 10 nm di larghezza da 220 a 310 nm. È stato riscontrato che la massima sensibilità della cornea si verifica a 270 nm, che differisce notevolmente dal massimo per la pelle. Presumibilmente, la radiazione di 270 nm è biologicamente più attiva a causa della mancanza di uno strato corneo per attenuare la dose al tessuto epiteliale corneale a lunghezze d'onda UVR più corte. La risposta in lunghezza d'onda, o spettro d'azione, non variava tanto quanto lo spettro d'azione dell'eritema, con soglie che variavano da 4 a 14 mJ/cm2 a 270nm. La soglia riportata a 308 nm era di circa 100 mJ/cm2.

L'esposizione ripetuta dell'occhio a livelli potenzialmente pericolosi di UVR non aumenta la capacità protettiva del tessuto interessato (la cornea) così come l'esposizione della pelle, che porta all'abbronzatura e all'ispessimento dello strato corneo. Ringvold e colleghi hanno studiato le proprietà di assorbimento UVR della cornea (Ringvold 1980a) e dell'umor acqueo (Ringvold 1980b), così come gli effetti della radiazione UVB sull'epitelio corneale (Ringvold 1983), sullo stroma corneale (Ringvold e Davanger 1985) e l'endotelio corneale (Ringvold, Davanger e Olsen 1982; Olsen e Ringvold 1982). I loro studi al microscopio elettronico hanno mostrato che il tessuto corneale possedeva notevoli proprietà di riparazione e recupero. Sebbene sia stato possibile rilevare facilmente danni significativi a tutti questi strati apparentemente inizialmente presenti nelle membrane cellulari, il recupero morfologico è stato completo dopo una settimana. La distruzione dei cheratociti nello strato stromale era evidente e il recupero endoteliale era pronunciato nonostante la normale mancanza di rapido ricambio cellulare nell'endotelio. Cullen et al. (1984) hanno studiato il danno endoteliale che era persistente se l'esposizione ai raggi UV era persistente. Riley et al. (1987) hanno anche studiato l'endotelio corneale in seguito all'esposizione ai raggi UVB e hanno concluso che è improbabile che singoli insulti gravi abbiano effetti ritardati; tuttavia, hanno anche concluso che l'esposizione cronica potrebbe accelerare i cambiamenti nell'endotelio legati all'invecchiamento della cornea.

Le lunghezze d'onda superiori a 295 nm possono essere trasmesse attraverso la cornea e sono quasi totalmente assorbite dal cristallino. Pitts, Cullen e Hacker (1977b) hanno mostrato che la cataratta può essere prodotta nei conigli da lunghezze d'onda nella banda 295-320 nm. Le soglie per le opacità transitorie variavano da 0.15 a 12.6 J/cm2, a seconda della lunghezza d'onda, con soglia minima a 300 nm. Le opacità permanenti richiedevano esposizioni radianti maggiori. Non sono stati osservati effetti lenticolari nell'intervallo di lunghezze d'onda da 325 a 395 nm anche con esposizioni radianti molto più elevate da 28 a 162 J/cm2 (Pitts, Cullen e Hacker 1977a; Zuclich e Connolly 1976). Questi studi illustrano chiaramente il particolare rischio della banda spettrale 300-315 nm, come ci si aspetterebbe perché i fotoni di queste lunghezze d'onda penetrano in modo efficiente e hanno energia sufficiente per produrre danni fotochimici.

Taylor et al. (1988) hanno fornito prove epidemiologiche che i raggi UVB alla luce del sole erano un fattore eziologico nella cataratta senile, ma non hanno mostrato alcuna correlazione tra la cataratta e l'esposizione ai raggi UVA. Sebbene un tempo fosse una credenza popolare a causa del forte assorbimento dei raggi UVA da parte del cristallino, l'ipotesi che i raggi UVA possano causare la cataratta non è stata supportata né da studi sperimentali di laboratorio né da studi epidemiologici. Dai dati sperimentali di laboratorio che hanno mostrato che le soglie per la fotocheratite erano inferiori a quelle per la catarattogenesi, si deve concludere che livelli inferiori a quelli richiesti per produrre fotocheratite su base giornaliera dovrebbero essere considerati pericolosi per il tessuto del cristallino. Anche supponendo che la cornea sia esposta a un livello quasi equivalente alla soglia per la fotocheratite, si potrebbe stimare che la dose giornaliera di UVR al cristallino a 308 nm sarebbe inferiore a 120 mJ/cm2 per 12 ore all'aperto (Sliney 1987). In effetti, un'esposizione giornaliera media più realistica sarebbe inferiore alla metà di tale valore.

Prosciutto et al. (1982) hanno determinato lo spettro d'azione per la fotoretinite prodotta dai raggi UV nella banda 320-400 nm. Hanno mostrato che le soglie nella banda spettrale visibile, che erano da 20 a 30 J/cm2 a 440 nm, sono stati ridotti a circa 5 J/cm2 per una banda di 10 nm centrata a 325 nm. Lo spettro d'azione aumentava in modo monotono al diminuire della lunghezza d'onda. Dovremmo quindi concludere che livelli ben al di sotto di 5 J/cm2 a 308 nm dovrebbe produrre lesioni retiniche, sebbene queste lesioni non diventino evidenti per 24-48 ore dopo l'esposizione. Non ci sono dati pubblicati per soglie di lesione retinica inferiori a 325 nm e ci si può solo aspettare che il modello per lo spettro d'azione per le lesioni fotochimiche alla cornea e ai tessuti del cristallino si applichi anche alla retina, portando a una soglia di lesione dell'ordine di 0.1 J/cm2.

Sebbene la radiazione UVB abbia chiaramente dimostrato di essere mutagena e cancerogena per la pelle, l'estrema rarità della carcinogenesi nella cornea e nella congiuntiva è piuttosto notevole. Non sembra esserci alcuna prova scientifica per collegare l'esposizione ai raggi UV con eventuali tumori della cornea o della congiuntiva negli esseri umani, sebbene lo stesso non sia vero per i bovini. Ciò suggerirebbe un sistema immunitario molto efficace operante nell'occhio umano, poiché ci sono certamente lavoratori all'aperto che ricevono un'esposizione ai raggi UV paragonabile a quella che ricevono i bovini. Questa conclusione è ulteriormente supportata dal fatto che gli individui che soffrono di una risposta immunitaria difettosa, come nello xeroderma pigmentoso, sviluppano frequentemente neoplasie della cornea e della congiuntiva (Stenson 1982).

Standard di sicurezza

I limiti di esposizione professionale (EL) per UVR sono stati sviluppati e includono una curva dello spettro d'azione che avvolge i dati di soglia per gli effetti acuti ottenuti da studi di eritema minimo e cheratocongiuntivite (Sliney 1972; IRPA 1989). Questa curva non differisce significativamente dai dati di soglia collettiva, considerando gli errori di misurazione e le variazioni nella risposta individuale, ed è ben al di sotto delle soglie catarattogeniche UVB.

L'EL per UVR è più basso a 270 nm (0.003 J/cm2 a 270 nm) e, ad esempio, a 308 nm è 0.12 J/cm2 (ACGIH 1995, IRPA 1988). Indipendentemente dal fatto che l'esposizione avvenga da poche esposizioni pulsate durante il giorno, un'unica esposizione molto breve o da un'esposizione di 8 ore a pochi microwatt per centimetro quadrato, il rischio biologico è lo stesso e i limiti di cui sopra si applicano al giornata lavorativa completa.

Tutela del lavoro

L'esposizione professionale ai raggi UV dovrebbe essere ridotta al minimo ove possibile. Per le sorgenti artificiali, ove possibile, dovrebbe essere data priorità a misure ingegneristiche quali filtrazione, schermatura e recinzione. I controlli amministrativi, come la limitazione dell'accesso, possono ridurre i requisiti di protezione personale.

I lavoratori all'aperto come i lavoratori agricoli, gli operai, gli operai edili, i pescatori e così via possono ridurre al minimo il rischio di esposizione solare ai raggi UV indossando indumenti a trama fitta e, cosa più importante, un cappello a tesa larga per ridurre l'esposizione del viso e del collo. I filtri solari possono essere applicati sulla pelle esposta per ridurre l'ulteriore esposizione. I lavoratori all'aperto dovrebbero avere accesso all'ombra ed essere dotati di tutte le misure di protezione necessarie sopra menzionate.

Nell'industria, ci sono molte fonti in grado di causare lesioni oculari acute entro un breve tempo di esposizione. È disponibile una varietà di protezioni per gli occhi con vari gradi di protezione adeguati all'uso previsto. Quelli destinati all'uso industriale includono caschi per saldatura (che forniscono inoltre protezione sia da intense radiazioni visibili e infrarosse sia protezione per il viso), schermi facciali, occhiali e occhiali che assorbono i raggi UV. In generale, gli occhiali protettivi forniti per uso industriale dovrebbero adattarsi perfettamente al viso, assicurando così che non vi siano spazi attraverso i quali i raggi UV possano raggiungere direttamente l'occhio e dovrebbero essere ben costruiti per prevenire lesioni fisiche.

L'adeguatezza e la scelta degli occhiali protettivi dipende dai seguenti punti:

  • l'intensità e le caratteristiche di emissione spettrale della sorgente UVR
  • i modelli comportamentali delle persone vicino a sorgenti UVR (la distanza e il tempo di esposizione sono importanti)
  • le proprietà di trasmissione del materiale dell'occhiale protettivo
  • il design della montatura degli occhiali per prevenire l'esposizione periferica dell'occhio ai raggi UV diretti non assorbiti.

 

In situazioni di esposizione industriale, il grado di pericolo oculare può essere valutato mediante misurazione e confronto con i limiti raccomandati per l'esposizione (Duchene, Lakey e Repacholi 1991).

Misurazione

A causa della forte dipendenza degli effetti biologici dalla lunghezza d'onda, la misura principale di qualsiasi sorgente UVR è la sua potenza spettrale o la distribuzione dell'irradianza spettrale. Questo deve essere misurato con uno spettroradiometro che consiste di opportune ottiche di ingresso, un monocromatore e un rivelatore UVR e lettura. Tale strumento non è normalmente utilizzato in igiene del lavoro.

In molte situazioni pratiche, viene utilizzato un misuratore UVR a banda larga per determinare la durata dell'esposizione sicura. Per motivi di sicurezza, la risposta spettrale può essere adattata per seguire la funzione spettrale utilizzata per le linee guida sull'esposizione dell'ACGIH e dell'IRPA. Se non vengono utilizzati strumenti adeguati, si verificheranno gravi errori di valutazione dei pericoli. Sono disponibili anche dosimetri UVR personali (ad es. film di polisulfone), ma la loro applicazione è stata ampiamente confinata alla ricerca sulla sicurezza sul lavoro piuttosto che nelle indagini di valutazione dei rischi.

Conclusioni

Il danno molecolare di componenti cellulari chiave derivanti dall'esposizione ai raggi UV si verifica costantemente ed esistono meccanismi di riparazione per far fronte all'esposizione della pelle e dei tessuti oculari alle radiazioni ultraviolette. Solo quando questi meccanismi di riparazione vengono sopraffatti diventa evidente un danno biologico acuto (Smith 1988). Per questi motivi, la riduzione al minimo dell'esposizione professionale ai raggi UV continua a rimanere un importante oggetto di preoccupazione tra i lavoratori della salute e sicurezza sul lavoro.

 

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Contenuti

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