Брой 9/2024
Д-р П. Тодорова, Д-р Е. Мермеклиева
Въведение
Увеличаването на продължителността на живота на населението и промяната в житейския стереотип (пътуване, спорт на открито и използване на нови източници на изкуствена светлина) превръща ултравиолетовата радиация във фактор с нарастващо значение за общественото здраве.
Кумулативните ефекти на ултравиолетовата радиация предизвикват негативни промени в окото и периорбиталната област – злокачествени заболявания, фотокератит, птеригиум и катаракта.
Ултравиолетова (UV) радиация
Основен източник на UV-лъчи е естествената слънчева светлина. Те са класифицирани в три подгрупи (1932 г): UVA (400-320 nm), UVB (320-290 nm), UVC (290-200 nm). Озоновият слой абсорбира по-късите вълни (UVC) по-ефективно, поради което UV радиацията, която достига до земната повърхност, включва основно лъчи с по-голяма дължина на вълната – 95% UVA и 5% UVB [1].
UV радиацията от околната среда включва: пряка слънчева радиация и такава от разсейване и отражение. Повече от 50% от експозицията на очите е резултат от разсейване на UV радиация от облаците [2]. Дори в ясен слънчев ден основната част от UV лъчението към лицето се дължи на дифузно разсейване, което се увеличава от облаци и мъгла. Поради функционалната връзка между разсейването и дължината на вълната (разсейване на Релей, 1871 г), UV радиацията се разсейва значително в по-висока степен в сравнение с видимата светлина, съответно UVB повече от UVA. Разсеяната UVB светлина индуцира оксидативен стрес в роговичните епителни клетки. Отражението на UV радиацията от земята зависи от повърхността, като за тревата е 2-5%, открити води 3-13%, бетон около 10%, сняг 94%. Интензитетът на UV лъчите към тялото се определя най-съществено от слънчевия ъгъл. Хора, живеещи на голяма надморска височина, както и на географска ширина в екваториални, субекваториални области и тропици, имат повишено UV натоварването от околната среда.
Първоначално проучванията са фокусирани върху ролята на UVB в развитието на птеригиума, но епидемиологични проучвания показват участие и на UVA лъчите. UVB предизвикват директна ДНК увреда и вътреклетъчни изменения на очната повърхност, а UVA индиректни промени в ДНК.
Роля на UV лъчението в честотата на разпространение на птеригиума
Птеригиумът е заболяване на очната повърхност, което се разглежда като офталмохелиоза, предизвикана от хронично UV увреждане. Нарича се още „сърфистко“ или „голфърско“ око. Характеризира се със субконюнктивален фиброваскуларен свръхрастеж, дължащ се на възпаление и пролиферация на конюнктивалната и роговичната тъкан [3].
Проучвания докладват различна честота на птеригиума по света, варираща между 1.2% (1,4%) до около 33% (50%). В райони с по-голямо натоварване на околната среда с UV лъчи (по-близо до екватора) [4,5], с по-висока надморска височина [6] и в региони с по-високо отразяване от земната повърхност, разпространението е по-високо. В потвърждение на това птеригиумът се среща 10 пъти по-често между 37°- 40° географска ширина на север и на юг от екватора, в т. нар. „пояс на птеригиума“, описан от Cameron [7,8]. В тропическите региони в близост до екватора излагането на UV лъчи е по-интензивно и с по-висок риск от възникване на хронична сухота на очната повърхност, което потвърждава ролята им в патогенезата на птеригиума [9]. Сълзите имат протективна роля, защото абсорбират UV лъчите и съдържат антиоксиданти. Извън този пояс честотата намалява до под 2%. По данни от анализ на 3250 статии, от които 68 статии с 416 участници от 24 страни, най-висока честота има в Китай – около 53%, а най-ниска в Саудитска Арабия – около 0.07% [9].
Кумулативна роля на UV лъчението в честотата на разпространение на птеригиума
Кумулативната роля на ултравиолетовите лъчи от слънчевия спектър (UVA и UVB) е водещ фактор за развитието на първичен птеригиум [4,10]. Предпоставка са и много други фактори, пряко или косвено свързани с ролята на UV радиацията, като прекомерно излагане на вятър, пясък, прах, продължителна работа на открито, нисък социално-икономически статус и образование, висока надморска височина, наличие на синдром на сухото око, ниска влажност, възраст, мъжки пол, тютюнопушене, генетични фактори като UV-индуцирана мутация в p53 тумор супресорен ген, етнос [9,11]. Възрастните и децата са изложени на около 2-4% от общото количество UV лъчи годишно, докато работещите на открито на около 10% [12], което увеличава риска за развитието на птеригиум сред работещите навън 2 пъти, но само при 1/5 сред тези, които винаги носят слънчеви очила [13]. Продължителността на експозицията за повече от 5 часа на ден увеличава риска от развитие на птеригиум с 24%.
Средната годишна UV доза е около 20,000-30,000 J/m² за населението на Америка [14], 10,000-20,000 J/m² за европейците и 20,000-50,000 J/m² за населението на Австралия. Изключение правят ваканциите, когато UV дозата може да се увеличи с 30% или повече.
Роля на UV лъчите в патогенезата на птеригиума
Двуетапна хипотеза обяснява ролята на UV лъчението като отключващ фактор за възникването и прогресията на птеригиума. В първия етап хроничното UV лъчение постепенно изменя базалните лимбални стволови клетки (БЛСК). Настъпва локална бариерна дисфункция на тези променени и вече т.нар. птеригиумни клетки, което води до прогресивна конюктивализация на роговицата. UV лъчението като отключващ фактор за появата на птеригиум въздейства директно, освен върху БЛСК, и върху лимбалните фибробласти (ЛФ). Вторият етап на хипотезата включва участието на UV лъчението в прогресията на птеригиума, освен чрез първично активиране на ЛФ, но и вторично чрез повишеното производство от птеригиумните клетки на базален фибробластен растежен фактор (b-FGF) и трансформиращ растежен фактор-β (TGF-β).
Променените БЛСК и ЛФ произвеждат множество проинфламаторни цитокини, растежни фактори и матрикс металопротеинази (MMP) [15,16,17], и водят до ремоделиране на екстрацелуларния матрикс, разрушаване на Баумановата мембрана на епитела, възпаление, епителна и фиброваскуларна пролиферация и еластоидна дегенерация, характерни за птеригиума. Освен посочените два механизма за UV- индуцирано активиране на фибробласти, има и трети – от увредените ендотелни клетки на конюнктивата чрез променя в метаболизма на стромалните фибробласти, което се проявява с промяна в експресията на колагеновите и еластиновите влакна [18].
Хроничната UV експозиция води директно до генетична дестабилизация в БЛСК и ЛФ с формирането на пуримидинови димери (активират p53, който регулира апоптозата на роговичните епителни клетки) или до индиректно ДНК увреждане от продукти от UV индуциран оксидативен стрес.
Естествени защитни механизми на окото от UV лъчение
Роля има анатомичната протекция на булба от орбитния ръб и вежди, носа и бузите. Клепачите защитават очната ябълка чрез мигането. Роговицата е с най-голяма експозиция на UV лъчение, тъй като поглъща най-голямата част не само от директно, но и от косо падащите лъчи под ъгъл до 110°. Поради това, че роговицата действа като леща, последните се пречупват през темпоралния лимб и предна камера (транскамерен път) и се разделят на два пътя: единият с пречупени лъчи, които се концентрират върху срещуположния назален лимб, където предизвикат увреда на лимбалните стволови клетки, и втори транспупиларен път. Този периферен фокусиращ ефект на роговицата върху назалния ѝ лимб е описан от Coroneo [8] и е причина за по-честата назална локализация на птеригиума и пингвекулата, както и за появата на типичните за катаракта „спици“ в назалния квадрант на лещата [19]. UV лъчението е средно 22 пъти по-силно върху назалния лимб и 8 пъти по-силно върху назалния кортекс на лещата. Анатомията на носа и бузите предотвратява този фокусиращ ефект в обратна посока като не позволява светлината да попадне под такъв ъгъл назално, за да успее да се концентрира върху темпоралния лимб.
Интересна е хипотезата, според която степента на фокусиране на UV лъчи на лимба зависи от формата на роговицата и дълбочината на предната камера [20] и е по-интензивно при по-стръмните роговици. Тази хипотеза обяснява причината само при някои индивиди да се развива птеригиум.
Ефективност на UV протекцията
Изследвания в последното десетилетие демонстрират разлика в UV натоварването на очите и кожата. Поради геометрични и анатомични причини, окото в сравнение с кожата, е засегнато повече от отразената от земята светлина, поради това натоварването на окото може да достигне своя пик в часове от деня, когато опасността за кожата е много по-ниска. Sasaki и колеги демонстрират, че UVB облъчването на роговицата между 8 и10 часа сутрин и между 2 и 4 часа следобед е два пъти по-високо отколкото по обед [21].
В България е разработен иновативен метод за in vivo UV дозиметрия с портативен дозиметър за анализиране на моментното и кумулативно натоварване на зрителния анализатор с UV радиация, който позволява натрупване на голямо количество ценни данни за индивидуалната UV експозиция в областта на очите. Това би дало възможност за разделяне популацията на групи с различен риск от развитие на очна патология – деца, възрастни индивиди, хора в риск [22].
За ранна диагностика на морфологичните изменения на конюнктивата под действието на UV радиация приложение намира конюнктивалната ултравиолетова UV автофлуоресценция (CUVAF). Проучване с помощта на камера на принципа на UVAF и in vivo конфокална микроскопия показва по-изразени промени от UV радиация назално от лимба. Участниците в това проучване с птеригиум са с назална локализация. При тях е установено характерно „светене“ на главата на птеригиума и по-точно в зоната на линията на Стокер. Това светене се обяснява с наличие на активни клетъчни промени в конюнктивата и става по-интензивно с прогресията на птеригиума. Методът може да се използва и за постоперативно проследяване на пациента [23]. Проучване с конфокална микроскопия доказва микроструктурни промени при излагане на UV лъчи от естествен или изкуствен източник в роговицата (редукция на плътността на базалните епителни клетки) и конюнктивата (конюнктивални кисти). Резултатите са отчетени на базата и слънцезащитните навици на участниците [24].
Друго проучване показва 3,6 – 4,6 пъти повишен риск от птеригиум при хора, които рядко използват слънчеви очила или шапки [25]. Sasaki и колектив предполагат, че UV защитата на очите трябва да бъде осигурена постоянно през целия ден и целогодишно, като се има предвид, че UV натоварването върху очите може да бъде по-високо от предполагаемото слънчево облъчване [21].
Слънчевите и диоптричните очила ефективно намаляват пропускливостта на UV радиация. Въпреки това, значителна част от UV натоварването на окото се обяснява с обратното отражение от задната страна на лещите на UV радиацията, падаща под ъгъл 135°–150°, особено изразено при лещи със стандартно антирефлексно покритие. Това налага създаването на лещи с антирефлексно покритие от двете страни на лещата. Предлагат се единични, двойни и широколентови антирефлексни покрития. Многослойното покритие намалява остатъчното отражение между 430 nm и 660 nm до почти 0%. За защитния потенциал на лещите, е разработен фактор за защита на очите и периорбиталната област от слънцето (eye-sun protection factor E-SPF®; Essilor International, Charenton-le-Pont, France), подобен, но несъответстващ на skin-sun protection factor. E-SPF® отразява UV пропускливостта (transmission of UV-TUV) и обратното отразяване на UV лъчи от лещата.
Роля имат и допълнителните фактори като параметри и форма на рамката на очилата, начин на носене на очилата, диаметър на лещата, диоптър на лещата, анатомичните характеристики на индивида, типът кожа, ъгълът на падане на светлината, отражението и дифузната UV радиация, които могат да навлязат в пространството между рамката и окото. Облъчването се увеличава с увеличаване на разстоянието между стъклата на очилата и челото. Сравнение между диоптрични и слънчеви очила, които са в контакт с челото спрямо изместени с 6 mm напред, показва 5-10-тократно увеличение в UV експозицията на очите.
В заключение хроничните UV ефекти върху роговицата и лещата са кумулативни, затова ефективната UV защита на очите е важна за всички възрастови групи и трябва да се използва системно дори в моменти, когато слънчевите очила изглеждат ненужни, тъй като протекция е необходима както от пряката, така и от отразената UV радиация. Oсобено важна e при деца в ранна възраст, поради повишено пропускане на UV лъчи към ретината и риск от нуклеарна катаракта и дегенерация на макулата в по-късна възраст. Причина е прозрачната леща и по-широката зеница при децата в сравнение с възрастните.
Промените в озоновия слой, както и навлизането на изкуствените източници, водят до повишеното излагане на UV радиация, поради което се очаква честотата на птеригиума да нараства, а лечението му да става по-трудно и по-скъпо. Необходимо е образоване на населението и профилактика с ефективни стандартизирани защитни средства. Добра инициатива е изготвянето на практически наръчник за глобален слънчев индекс на Световната здравна организация, Световната метеорологична организация, Програма за околната среда на ООН, Международна комисия за защита от нейонизираща радиация (2002).
Библиография:
1. Klein R, Klein BE, Jensen SC, Meuer SM. The five-year incidence and progression of age-related maculopathy: the Beaver Dam Eye Study. Ophthalmology. 1999;104(1):7–21.
2. Sliney DH. Ocular exposure to environmental light and ultraviolet—the impact of lid opening and sky conditions. Developments Ophthalmol. 1997;27:63–75.
3. Sakti FK. Updates on the Mechanism and Management of Pterygium: A Brief Review. European Journal of Medical and Health Sciences, July, 18, 2021 ISSN: 2593-8339.
4. Moran DJ, FC Hollows. Pterygium and ultraviolet radiation: A positive correlation. British Journal of Ophthalmology. Мay, 1984; 68: 343-346.
5. Heriot WJ, Crock GW, Taylor R, Zimmet P. Ophthalmic findings among one thousand inhabitants of Rarotonga, Cook Islands. Aust J Ophthalmol. May, 1983;11(2):81–94.
6. Lucas RM. An epidemiological perspective of ultraviolet exposure–public health concerns. Eye Contact Lens. Jul, 2011;37(4):168–75).
7. Mackenzie FD, Hirst LW, Battistutta D, et al. Risk analysis in the development of pterygia. Ophthalmology 1992;99:1056–1061.
8. Coroneo MT. Pterygium as an early indicator of ultraviolet insolation: A hypothesis. Br J Ophthalmol 1993;77:734-9.
9. Rezvan F, Khabazkhoob M, Hooshmand E, et al. Prevalence and risk factors of pterygium: A systematic review and meta-analysis. Surv Ophth. 2018;63:719–735.
10. Sherwin JC, Alex W Hewitt, Lisa S Kearns, Lyn R Griffiths, David A Mackey, Minas T Coroneo. The association between pterygium and conjunctival ultraviolet autofluorescence: The Norfolk Island Eye Study. Acta ophthalmologica. Jun, 2013;91:363-370.
11. Reid TW and Dushku N: Pterygia and limbal epithelial cells: Relationship and molecular mechanisms. Prog Retin Eye Res. 1996;15(2):297–329.
12. Godar DE, Pope SJ, Grant WB, Holick MF. Part 2. Outdoor UV doses of adult Americans and vitamin D3 production. Dermatoendocrinol. 2011;3(4):243–250.
13. Luthra R, Nemesure BB, Wu SY, Xie SH, Leske MC, Barbados Eye Studies Group Frequency and risk factors for pterygium in the Barbados Eye Study. Arch Ophthalmol. 2001;119(12):1827–1832.
14. Godar DE, Pope SJ, Grant WB, Holick MF. Solar UV doses of young Americans and vitamin D3 production. Environ Health Perspect. 2012;120(1):139–143.
15. Dushku N, John MK, Schultz GS, Reid TW. Pterygia pathogenesis: Corneal invasion by matrix metalloproteinase expressing altered limbal epithelial basal cells. Arch Ophthalmol. 2001;119:695–706.
16. Di Girolamo N, Kumar RK, Coroneo MT and Wakefield D: UVB-mediated induction of interleukin-6 and -8 in pterygia and cultured human pterygium epithelial cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2002;43:3430–3437.
17. Kria L, Ohira A and Amemiya T: Immunohistochemical localization of basic fibroblast growth factor, platelet derived growth factor, transforming growth factor-beta and tumor necrosis factor-alpha in the pterygium. Acta Histochem. 1996;98:195–201.
18. Chui J , Coroneo MT, Tat LT, Crouch R, Wakefield D, Di Girolamo N. Ophthalmic pterygium: a stem cell disorder with premalignant features, Feb, 2011;178(2):817-27
19. Coroneo MT, Müller-Stolzenburg NW, Ho A. Peripheral light focusing by the anterior eye and the ophthalmohelioses. Ophthalmic Surg. 1991;22(12):705–711.
20. Maloof AJ, Ho A, Coroneo MT: Influence of corneal shape on limbal light focusing. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1994;35:2592–2598.
21. Sasaki H, Sakamoto Y, Schnider C, et al. UV-B exposure to the eye depending on solar altitude. Eye Contact Lens. 2011;37(4):191–195.
22. Grupcheva C, Marinov MG, Grupchev DI .Personalized eye dosimeter for instantaneous and cumulative UV burden – first results from real-life application, Investigative Ophthalmology & Visual Science July 2019;Vol.60:4702.
23. Bojadjiev D, Neshinski E, Marinov M, Bojadjieva M, Grupcheva Chr. Conjunctival autofluorescence- innovative technology for early diagnosis of ocular surface damage from the surrounding environment. University Eye clinic, Varna. Bulgarian review of ophthalmology. 2017;Vol.4(3-10).
24. Grupcheva C, Grupchev DI, Radeva MN, Hristova GE. UV damage of the anterior ocular surface – microstructural evidence by in vivo confocal microscopy. Contact Lens and Anterior Eye. December 2018;41(6):482-488.
25. Lu P, Chen X, Kang Y, Ke L, Wei X, Zhang W. Pterygium in Tibetans: a population-based study in China. Clin Experiment Ophthalmol. 2007;35(9):828–833.
Ключови думи: птеригиум, ултравиолетова радиация, базални лимбални стволови клетки, лимбални фибробласти
Адрес за кореспонденция:
Д-р П. Тодорова
Отделение по офталмология,
МБАЛ „Тракия“ – Стара Загора
ул. „Патриарх Евтимий”, 84
6000, Стара Загора
е-mail: drpetyatodorova@gmail.com
