2017, Vol. 33
2. 中国医科大学公共卫生学院环境卫生教研室
海拔是影响环境紫外辐射强度的一个重要因素[1-2]。Godar[3]和Scotto[4]等研究得出，海拔每升高300 m，紫外辐射强度增加3.6%~3.8%。中国海拔最高地区是青藏高原，平均海拔在4 000~5 000 m，由于海拔高大气层稀薄, 使得到达地面的紫外线增加，相应地人体暴露量也越大，尤其是眼晶体的损伤更为明显。目前, 有研究进行了不同海拔地区白内障发病率及其危险因素探讨[5]，Sydenham等[6]在研究中让受试者佩戴具有聚砜薄膜的接触镜监测并计算眼角膜表面所受紫外辐射强度大小，Rosenthal等[7]将紫外敏感膜安装在模型的眼部监测人眼受到的紫外辐射强度，但是这些研究均是间接获取眼部紫外线暴露强度。定量比较不同海拔地区眼紫外暴露强度差异的研究较少。本研究选择中国纬度相近但海拔不同的2个地点四川西昌(海拔1 515 m)和浙江绍兴(海拔9 m)作为监测点, 利用旋转式眼部紫外线暴露模型，将紫外光线光谱仪探头置于模型眼内瞳孔处，模拟人体在户外站立状态下, 监测眼部正对太阳朝向的紫外线暴露状况。旨在了解不同海拔高度眼紫外线暴露的日间分布规律及随太阳高度角变化的差异，为不同海拔地区的眼紫外线防护提供实验依据。结果报告如下。
1 材料与方法 1.1 主要仪器AvaSpec-2048×14-2-USB2型光纤光谱仪(荷兰Avantes公司)，采用2048×14个像素的高紫外线灵敏度CCD面阵探测器，光纤光谱仪的信噪比约在500 dB，杂散光＜0.1%；光谱仪探头为余弦校正器(CC-UV/VIS)，有效直径在3.9 mm，探头为特氟龙(聚四氟乙烯)漫射材料制成，可对200~400 nm谱段紫外线进行优化，可接收180度视角范围内的紫外线；紫外线检测仪的一个探头监测环境紫外辐射强度，另一个探头监测眼部受到的紫外辐射强度。眼视角(field of the view，FOV)范围约为139°(上视角约为58°，下视角约为81°)；仪器由英国国家物理实验室校正，校正紫外线波长宽度为200~400 nm。监测模型为旋转式眼部紫外辐射暴露模型(中国医科大学公共卫生学院环境卫生教研室)，它具有逼真面部特征的人体模型，由头部模型、支架及转盘构成，头顶至地面约为1.70 m，模型眼部中心至地面约为1.60 m，两眼轴中心之间距离约为6.0 cm，眉弓上沿位置距眼表面水平间距约为0.6 cm。
1.2 方法 1.2.1 监测地点与时间四川省西昌市(海拔约1 515 m，27.87°N，102.26°E)最高太阳高度角(solar elevation angle，SEA)日为夏至日，但由于6月当地雨水较多，监测选择在7月进行；浙江省绍兴市绍兴县斗门镇(海拔约9 m，30.1°N，120.6°E)，夏至日出现在6月份，正处于多雨季节，选择在5月底监测。监测地点均在以水泥材料铺设而成的楼房楼顶上，其视野范围内无遮挡物。
1.2.2 监测气象条件监测日选择在晴朗天气、天空中尽可能无云，地平线附近有少量云可忽略，该地区的空气质量是一个相对未受污染的状态，监测当日绍兴市环境空气质量为良(AQI为51~100)，西昌市为良(AQI为51~100)。
1.2.3 监测方法监测时间从太阳升起开始到日落结束，每次监测开始位置为监测模型正对太阳方向，间隔10 min；紫外辐射强度单位为μW/cm2。在2个地区连续监测3 d，并从中选择数据最好的一天进行处理，监测时间为北京时间(central standard time，CST)7:00到18:00；太阳高度角覆盖范围在10°到82°。
1.3 数据处理与分析将紫外线监测仪器监测获得的数据通过仪器自带的“AvaSoft 7.4 for USB 2.0”软件处理为Microsoft Excel格式，同时将环境紫外辐射强度数据和眼部暴露紫外辐射强度数据分开。使用OriginPro 8.0软件整理60个不同采样点的紫外线强度数据，应用OriginPro 8.0软件计算全波段范围的强度积分数值，其中紫外线B段(ultraviolet radiation B, UVB)强度数值范围在300~320 nm，紫外线A段(ultraviolet radiation A, UVA)强度数值范围在320~400 nm；将模型正对太阳作为眼紫线暴露的最大状态，其监测所得数据作为眼紫外线暴露的最大值。
2 结果 2.1 西昌和绍兴地区眼部及环境紫外辐射强度的日间分布 2.1.1 西昌和绍兴地区眼UVA和环境UVA暴露强度日间变化(图 1、2)
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图 1 西昌和绍兴地区眼UVA和环境UVA最大暴露强度日间分布 |
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图 2 西昌和绍兴地区眼UVA和环境UVA最大暴露强度随太阳高度角变化 |
西昌和绍兴地区环境UVA强度变化呈单峰型分布，UVA峰值分别为5 871.71 μW/cm2和5 900.15 μW/cm2，分别出现在81.36° SEA、13:30左右和80.31°SEA、12:20左右。在最大暴露状态下，西昌和绍兴地区眼部紫外线暴露强度日间分布呈双峰型分布，西昌和绍兴地区眼部UVA峰值分别为2 181.91 μW/cm2和2 003.6 μW/cm2，峰值的2个时间点分别为10:30、15:40和8:40、15:30左右，SEA范围分别为51°、56°和41°、45°左右。
2.1.2 西昌和绍兴地区眼UVB和环境UVB暴露强度日间变化(图 3、4)
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图 3 西昌和绍兴地区眼UVB及环境UVB最大暴露强度日间分布4 |
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图 4 西昌和绍兴地区眼UVB和环境UVB最大暴露强度随太阳高度角变化 |
西昌和绍兴环境UVB暴露强度日间分布呈单峰型分布，两地峰值分别为384.53 μW/cm2和339.63/μW cm2，西昌比绍兴高13.2%，分别出现在81.36° SEA、13:30左右和80.31° SEA、12:20左右；两地环境UVB强度均随SEA上升而增高，在相同太阳高度角下, 西昌普遍高于绍兴；在最大暴露状态下，两地眼部UVB暴露强度日间分布均呈双峰型分布，且西昌普遍高于绍兴，两地峰值分别为117.2 μW/cm2和72 μW/cm2，西昌比绍兴高64.8%，峰值的2个时间点分别为10:40、15:40和10:00、14:40左右，SEA分别为53°、56°和60°、63°左右。
2.2 西昌和绍兴地区眼与环境紫外辐射强度暴露比随太阳高度角变化 2.2.1 西昌和绍兴地区眼UVA与环境UVA暴露比随太阳高度角变化(图 5)
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图 5 西昌和绍兴眼部UVA与环境UVA最大暴露比随太阳高度角变化 |
在最大暴露状态下，西昌和绍兴地区眼部UVA与环境UVA暴露比峰值分别为(0.79，33°~40° SEA)和(0.80，24°~31° SEA)，之后随着SEA增加比值不断减小；在33°~81° SEA范围内，两地暴露比基本相近。
2.2.2 西昌和绍兴地区眼UVB与环境UVB暴露比随太阳高度角变化(图 6)
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图 6 西昌和绍兴地区眼部UVB与环境UVB最大暴露比随太阳高度角变化 |
在最大暴露状态下，西昌和绍兴地区眼部UVB与环境UVB暴露比峰值分别为(0.68，33°~37° SEA)和(0.55，12°~24° SEA)，之后随着SEA增加比值不断减小。在所有SEA范围内，暴露比西昌均明显高于绍兴，这与两地区眼部UVA与环境UVA暴露比变化规律明显不同。
3 讨论在本研究中，环境空气质量是监测数据准确性的重要影响因素。云量多少、雾霾程度强弱[8-9]均会影响到环境紫外线辐射强度，从而使得眼部紫外辐射暴露强度受到影响。本研究在进行监测时选择晴朗天气、天空中尽可能无云或少云、大气中无雾霾等空气污染的日子进行。绍兴监测日当天天空无云，空气污染指数(air pollution index, API)为62，空气质量状况为良；西昌地区全年空气质量优良天数比例达100%，监测日当天天空少云，空气质量状况为良。本研究选择的两个城市纬度接近，均在北纬30°左右，以减少纬度、云量、空气质量等因素对环境紫外辐射强度的影响，以确定两地区眼部紫外辐射暴露强度的差异是由于海拔高低的不同所导致的。
通过对模型正对太阳朝向的数据进行分析，以此反应人体在户外站立姿势下的最大暴露状态。结果显示，当模型正对太阳朝向时，两地区眼UVA和UVB暴露强度的日间变化均为十分明显的双峰型分布。在41°~62°太阳高度角范围内，正对太阳朝向可接受到最大眼部紫外线暴露。这有别于环境最大值出现在太阳高度角最高时。提示，当人们在户外活动时除应避免正午太阳最高时的紫外辐射，还应注意太阳高度角41°~62°时的眼部保护，从而更好地预防紫外辐射对眼睛产生的伤害。
本研究结果显示，在UVB段眼部紫外暴露强度和环境紫外辐射强度中，当太阳高度角相近时，最大暴露状态下，眼与环境紫外线暴露强度西昌均普遍高于绍兴。而且眼UVB与环境UVB暴露比西昌均高于绍兴地区(西昌暴露比最大值为0.68，绍兴暴露比最大值为0.55)，说明西昌地区因高海拔地区的大气层稀薄，空气污染较少，空中颗粒物和气溶胶含量较低，对UVB紫外线的吸收作用也相应较弱。这也提示高海拔地区的人们眼部生物组织受到的紫外辐射强度比低海拔地区的人们更大。研究显示，西昌和绍兴所在省份四川和浙江的年龄调整白内障伤残患病率(四川：0.965%；浙江：0.600%)及伤残调整寿命年(disability adjusted life years, DALY四川：255；浙江：96)2项指标均显示高海拔的四川省高于低海拔的浙江省[10-11]。本研究较之前面单纯用环境紫外线暴露量来评价人群的健康效应更符合眼的实际暴露状态。可为不同海拔地区人群的眼紫外线的最大暴露定量和防护提供依据。
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