Πρώτοι οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι ασχολήθηκαν με το πρόβλημα της φύσης και των φαινομένων του φωτός. Από το 533π.Χ. έως τα μέσα του 1ου π.Χ. αιώνα, ο Ηράκλειτος, ο Εφέσιος, ο Επίκουρος, ο Σάμιος, ο Αρχιμήδης, ο Κλαύδιος Πτολεμαίος, ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς έθεσαν τις βάσεις για τις θεωρίες της φύσης του φωτός. Ακολούθησαν ο Νεύτων, ο Huygens, ο Fresnel, ο Maxwell και τέλος οι MaxPlanc-Albert Einstein που διατύπωσαν την κβαντική θεωρία του φωτός.Γενικά λοιπόν, είναι γνωστό ότι το φως είναι μια μορφή ακτινοβολούμενης ενέργειας και γίνεται αντιληπτό το μεν ορατό με την όραση, το δε αόρατο με διάφορα όργανα όπως τα φωτοκύτταρα, τα φωτοστοιχεία κ.α. Η έννοια “φως” είναι εκτεταμένη και δεν περιλαμβάνει μόνο τις ορατές ακτινοβολίες, αλλά και τις αόρατες, όπως είναι η υπεριώδης ακτινοβολία, η υπέρυθρη, η ακτινοβολία Rontgen κ.α. Διαδίδεται στο κενό και στα διάφορα διαφανή μέσα προς όλες τις κατευθύνσεις.Η πλέον έντονη ηλιακή ενέργεια είναι συγκεντρωμένη σε μια μικρή δέσμη ακτινοβολιών, που κάνουν το ορατό φως από το βραχύτερο υπεριώδες των 400 ΝM έως το μακρό των ερυθρών κυμάτων των 750 ΝM. Πέραν αυτών είναι το υπεριώδες από 400 έως 10 ΝM και το υπέρυθρο από 750 ΝM έως 1.000.000 ΝΜ).
α)Ακτινοβολία και Ατμόσφαιρα
Αν όλη αυτή η ηλιακή ακτινοβολία μεγάλης ενέργειας έφτανε στη γη, δηλαδή στο επίπεδο της θάλασσας, η ζωή με τη μορφή που τη γνωρίζουμε δεν θα υπήρχε.Η γη περιβάλλεται από τα στρώματα της ατμόσφαιρας που μας προστατεύουν από τις βλάβες που επιφέρουν αυτές οι ακτινοβολίες. Ειδικά η οζονόσφαιρα, ένα στρώμα όζοντος που βρίσκεται περίπου 20 Km πάνω από την επιφάνεια της γης και εκτείνεται για 40 Km προς τα πάνω (τμήμα της στρατόσφαιρας), έχει την ιδιότητα ερχόμενο σε επαφή με την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία να παράγει ατομικό οξυγόνο, το οποίο ανασυνδυάζεται με μόρια και διαμορφώνει το όζον (Ο2). Αυτό το στρώμα του όζοντος απορροφά την ακτινοβολία υψηλής ενέργειας συμπεριλαμβάνοντας όλη τη UV μέχρι τα 280 ΝΜ περίπου. Έτσι, στην επιφάνεια της θάλασσας φθάνει η UV με μήκος κύματος από 280 έως 400 ΝΜ.Δυστυχώς αυτή η λεπτή, φυσική ισορροπία, όπως επισημαίνεται από τις πρόσφατες μελέτες, μπορεί να ανατραπεί με ολέθριες συνέπειες για την υγεία κάθε οργανισμού, φυσικά και του ανθρώπινου και ειδικά για τα οφθαλμικά του μέσα.Το ενδιαφέρον είναι δικαιολογημένο δεδομένου ότι η μείωση της τάξης του 10% στο στρώμα του όζοντος θα μπορούσε να προκαλέσει σοβαρή αύξηση στη μετάδοση στην επιφάνεια της θάλασσας υπεριώδους ακτινοβολίας.Οι ανθρώπινες δραστηριότητες που έχουν σαν συνέπεια τη μείωση του όζοντος της στρατόσφαιρας είναι κυρίως η τροφοδοσία της με χλωροφθοράνθρακες (CFC ́s). Πρόσφατες μελέτες και ανακοινώσεις του 1992 απέδειξαν ότι στα γεωγραφικά πλάτη της Ελλάδας επήλθε μείωση του ολικού όζοντος την περίοδο 1979 – 1990 (κατά 5%). Η μείωση ήταν ισχυρότερη το χειμώνα και την άνοιξη και ανήλθε στο 9% περίπου. Αυτό σημαίνει αύξηση της UVB κατά 15% το χειμώνα και 26% την άνοιξη. Αυτές οι μεταβολές αυξάνουν τον κίνδυνο καταστροφής του DNA κατά 30% και 50% αντίστοιχα.
β) Οφθαλμική απορρόφηση και μετάδοση ακτινοβολίας
Ανεξάρτητα από το τι συμβαίνει στην ατμόσφαιρα, το ανθρώπινο μάτι διαθέτει ένα σημαντικό αμυντικό μηχανισμό που το προστατεύει αποτελεσματικά εφόσον βέβαια αντιμετωπίζει ακτινοβολία της συνηθισμένης έντασης που συναντάται στην περιβάλλουσα ατμόσφαιρά μας.Ο κερατοειδής χιτώνας περιέχει μόρια αποτελούμενα από χρωμογόνα (απορροφητικά σωματίδια), που απορρροφούν την υπεριώδη ακτινοβολία μήκους κύματος από 200 έως 295 ΝΜ. Διαπιστώνουμε μια σοβαρή μείωση στην απορρόφηση UV μακρότερων από 295 ΝΜ και μια ανάλογη αύξηση στη μετάδοση αυτών των μηκών κύματος στον οφθαλμικό λοβό.Ο νέος σε ηλικία κερατοειδής μεταδίδει επίσης πάνω από το 90% του ορατού φάσματος.Το υδατοειδές υγρό λόγω της σύστασής του, μεταδίδει όλη την υπεριώδη από τα 295 έως τα 400 ΝΜ, έτσι ώστε αυτά τα μήκη κύματος, περνώντας τον κερατοειδή και το υδατοειδές διαδοχικά, μαζί με τις ορατές ακτινοβολίες φτάνουν στον οφθαλμικό κρυσταλλοειδή φακό.Ο φακός δέχεται και απορροφά όλη τη “μαλακή” υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά οι φωτοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν είναι συσσωρευτικές.Η απορρόφηση της UV αυξάνει σημαντικά καθώς το μάτι “γερνάει” ενώ παράλληλα παράγονται περισσότερα χρωμογόνα σωματίδια και το κεντρικό τμήμα του φακού γίνεται προοδευτικά κίτρινο. Αυτός ο χρωματισμός του φακού ασφαλώς είναι ευεργετικός στην αρχή. Λειτουργεί σαν κάποιου είδους φίλτρο που βελτιώνει την οπτική διαύγεια και προστατεύει τον αμφιβληστροειδή από την ακτινοβολία. Διαπιστώνουμε λοιπόν πως η ιδιότητα του φακού να απορροφά την υπεριώδη από τα 300 έως 400 ΝΜ (μαζί με μέρος ορατού φωτός) έχει συσσωρευτικό αποτέλεσμα στον πυρήνα του.Ο φακός προοδευτικά κιτρινίζει, προστατεύοντας αρχικά, αλλά με την πάροδο του χρόνου μειώνεται η οπτική ικανότητα και η κατάσταση μπορεί να εκφυλιστεί σε καστανόφαιο καταρράκτη.Το υαλώδες σώμα περιέχει και αυτό μικρό αριθμό χρωμογόνων που όμως είναι ανενεργά.Προσοχή χρειάζεται να δοθεί στην περίπτωση που ο φακός απομακρύνεται και τα χρω-μογόνα ίσως να εκφυλιστούν.Έτσι λοιπόν προκαλείται ρευστοποίηση του υαλώδους.Με την μετακίνηση του φακού, ο αμφιβληστροειδής μένει εκτεθειμένος στην μεταδιδόμενη υπεριώδη ακτινοβολία από 300 έως 400 ΝΜ. Το μάτι γίνεται φωτόφοβο και όπως επισημαίνεται από ερευνητές η έκθεση του αμφιβληστροειδή στην υπεριώδη ακτινο-βολία προκαλεί βλάβη που εξηγεί πιθανά την κατάσταση που σήμερα είναι γνωστή ως “κηλιδώδες οίδημα” και δημιουργείται μετά από εγχείρηση καταρράκτη.
γ) Απορροφητικοί φακοί
Είναι φανερό από τα παραπάνω, και με δεδομένη την κατάσταση στην ατμόσφαιρα, πως είναι κάτι περισσότερο από απαραίτητη η προστασία των ματιών μας από την ακτινοβολία, με τη χρήση απορροφητικών φακών.Λέγοντας απορρόφηση εννοούμε την ελλάτωση της έντασης του φωτός κατά τη διέλευσή του μέσα από κάποιο υλικό. Κατά την απορρόφηση, ποσότητα ενέργειας με τη μορφή φωτός μετατρέπεται σε θερμότητα.Θα μπορούσαμε να τη διακρίνουμε σε γενική απορρόφηση, δηλαδή σε συνολική μείωση της έντασης όλων των μηκών κύματος του οπτικού φάσματος, και εκλεκτική απορρόφηση, δηλαδή ορισμένων μηκών κύματος. Ένας απορροφητικός φακός οπωσδήποτε πρέπει να πληρεί ορισμένες προϋποθέσεις από τις οποίες εξάλλου διακρίνουμε την ποιότητά του. Πρέπει να έχει ομοιογένεια δηλαδή να απουσιάζουν ελαττώματα στη μάζα του.Να είναι διαυγής και να απορροφά ακτινοβολία τόσο όσο ακριβώς χρειάζεται για να είναι διαφανής.Να μην μεταβάλλεται από χημικές ουσίες καθώς και να μην επηρεάζεται από τις συνθήκες του περιβάλλοντος (κρύο – ζέστη).Με σκοπό την πλήρωση των παραπάνω προ-διαγραφών, η τεχνολογία έχει αναπτυχθεί ιδιαίτερα στον τομέα της οπτικής. Η παραγωγή του απορροφητικού φακού ποιότητας είναι μια δύσκολη διαδικασία.Μερικές από τις ουσίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή απορροφητικών φακών και επιφέρουν επιλεκτική απορρόφηση είναι το Οξείδιο του δημητρίου, κοβαλτίου, σιδήρου, μαγγανίου, νικελίου, βαναδίου. Έτσι, θέλοντας να αυξήσουμε την απορροφητικότητα στην υπεριώδη ακτινοβολία χρησιμοποιούμε οξείδιο δημητρίου. Το οξείδιο του σιδήρου αντίθετα, αυξάνει την απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τα φίλτρα που χρησιμοποιούνται για την προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία παρουσιάζουν απότομες μεταβολές στην καμπύλη μεταβίβασής τους στην περιοχή αυτή του φάσματος. Το χρώμα τους τείνει προς το καφέ.Τα φίλτρα απορρόφησης της υπέρυθρης τείνουν να γίνουν χρώματος πράσινου και έχουν το υψηλότερο σημείο μετάδοσης στα 550 ΝΜ περίπου. Ο χρωματισμός τους οφείλεται στην εισαγωγή οξειδίου του σιδήρου στο γυαλί και η απορρόφηση αυξάνεται με την αύξηση της ποσότητας του οξειδίου.Τα ουδέτερα “γκρι” φίλτρα επειδή η μεταβίβασή τους είναι σταθερή στο ορατό φάσμα δεν παραμορφώνουν αλλοιώνουν τα χρώματα, ενώ παράλληλα απορροφούν τις υπεριώδεις ακτινοβολίες κάτω από τα 400 ΝΜ.Ακόμη τα κίτρινα απορροφητικά φίλτρα αυξάνουν την ικανότητα του ματιού να ξεχωρίζει μεταξύ κόκκινου και πράσινου. Άτομα που έχουν πρόβλημα στους χρωματισμούς αυτούς ωφελούνται με τη χρησιμοποίηση τέτοιων φακών.Οι καμπύλες μεταβίβασης είναι πολύ απότομες με μια πολύ μικρή καμπύλη μεταξύ 370 και 590 ΝΜ.Τα φίλτρα αντίθεσης απορροφούν όλη την ακτινοβολία κάτω από τα 450 ΝΜ, οι δε καμπύλες μεταβίβασης ανεβαίνουν στα 525 ΝΜ και παραμένουν περίπου σταθερές. Περιέχουν χρώμιο, κάδμιο ή νάτριο και είναι κατάλληλα για νυχτερινή οδήγηση επειδή αυξάνουν την αντίθεση χρωμάτων σε χαμηλό φωτισμό. Επίσης, έχουν συσταθεί για χρήση στις περιπτώσεις καταρράκτη.Όπως αναφέρθηκε ήδη, ο οφθαλμός μας είναι ευαίσθητος σε φως έξω από τα όρια 390 έως 760 ΝΜ. Έξω από την περιοχή αυτή του φάσματος, η ακτινοβολία έχει επικίνδυνα αποτελέσματα και είναι απαραίτητη η προστασία με απορροφητικούς φακούς. Το συμπέρασμα είναι ότι για κάθε ειδική περίπτωση υπάρχει και ο αντίστοιχος τύπος γυαλιού, που δίνει λύση στο πρόβλημα.
δ) Το φαινόμενο του “κυανού φωτός”
Ήδη γνωρίζουμε ότι το ηλιακό φως χωρίζεται σε τρεις “κατηγορίες” ανάλογες με το μήκος κύματος, που δεν είναι άλλες από την υπεριώδη, την υπέρυθρη και την ορατή. Η μεν υπεριώδης ακτινοβολία απορροφάται από το στρώμα όζοντος που προστατεύει τη γη. Η δε υπέρυθρη ακτινοβολία φιλτράρεται από τα σταγονίδια του νερού. Απομένει η ορατή ακτινοβολία, και ειδικότερα το κυανό φως το οποίο πρόκειται να μελετήσουμε.Είναι γνωστό σ ́όλους ότι η ατμόσφαιρα έχει χρώμα κυανούν, το “κυανούν του ουρανού”. Το χρώμα αυτό είναι σύνθετο και προέρχεται από ερέθισμα ακτινοβολίας που περιέχει όλα τα μήκη κύματος του λευκού φωτός με εντο-νότερα όμως τα μικρότερα μήκη κύματος της περιοχής του κυανού, του βαθέος κυανού και του ιώδους.Ο αέρας σαν διαφανές μέσο απορροφά, την ίδια αναλογία, όλες τις ακτινοβολίες του λευ-κού φωτός και διαχέει τις κυανές. Η δέσμη του λευκού φωτός του ηλίου, διερχόμενη την ατμόσφαιρα, υφίσταται εκτροπή από την αρχική της διεύθυνση και διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Το φαινόμενο αυτό γενικά το ονομάζουμε “σκέδαση του φωτός”. Η ένταση J του σκεδασμένου φωτός ακολουθεί τον νόμο του Rayleigh:
J = Kx 1/λ4
Η ένταση του σκεδαζομένου φωτός από σωματίδια ή μόρια, των οποίων οι διαστάσεις είναι μικρότερες του μέσου μήκους του προσπίπτοντος φωτός, είναι αντιστρόφως ανάλογη της τέταρτης δύναμης του μήκους κύματος λ. Ότι συμβαίνει λοιπόν στην ατμόσφαιρα συμβαίνει ανάλογα και στο ανθρώπινο μάτι. Όταν το ηλιακό φως εισέρχεται στον οφθαλμό διασχίζοντας τα διαθλαστικά μέσα παρατηρούμε πως οι ακτινοβολίες των διαφόρων μηκών κύματος δεν εστιάζουν στο ίδιο ακριβώς σημείο, που θα έπρεπε, δηλαδή στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Συγκεκριμένα, το κυανό εστιάζει σε σημείο μπροστά από τον αμφιβληστροειδή, φαινόμενο που οφείλεται στο διαφορετικό μήκος κύματος της συγκεκριμένης ακτινοβολίας.Επίσης, καθώς το κυανό φως εισέρχεται στο ανθρώπινο μάτι, το φαινόμενο της σκέδασης είναι φανερό. Το κυανό φως διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις και ανακλάται στον αμφιβληστροειδή.Οι συνέπειες για ένα φυσιολογικό μάτι είναι η σύγχυση στην όραση ή στα χρώματα και ασφαλώς στις συνθήκες αυτές το μάτι “θαμπώνει”. Στην περίπτωση όμως που έχουμε κυτταρολογικές αλλαγές σε συνδυασμό με τη γήρανση και ένα πλήθος από παθολογικές καταστάσεις, οι οφθαλμοί γίνονται υπερευαίσθητοι σ’ ότι ακριβώς ένα μάτι φυσιολογικό θα ονόμαζε “θάμπωμα” ή “λαμπρότητα”. Αυτές οι αλλαγές αυξάνουν δραματικά την πιθανότητα να γίνει ανυπόφορη η διάχυση του κυανού φωτός. Ο αμφιβληστροειδής γίνεται λιγότερο ευαίσθητος στις χρωματικές αντιθέσεις (contrast), τα αντικείμενα που παρατηρούνται γίνονται ασαφή (ανάγλυφα), με άμεση συνέπεια την ελλάτωση της οπτικής οξύτητας.Μετά από μελέτες επιστημόνων σε χιλιάδες ασθενείς διαπιστώθηκε ότι η χρήση απορροφητικών φακών που φιλτράρουν το κυανό φως είχε ευεργετικά αποτελέσματα στην ποι-ότητα της όρασής τους. Οι περιπτώσεις που αφορούσαν παθήσεις όπως ο εξελισσόμενος καταρράκτης, η αφακία, η ευαισθησία στο λαμπρό φως, η φωτοφοβία, ο αλφισμός, το γλαυκωμα, η διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια, η ανιριδία κ.α. Συμπερασματικα λοιπόν μπορούμε να πούμε πως στις σημερινές συν-θήκες της ατμόσφαιρας με βέβαιη εξέλιξη την ολοένα και μεγαλύτερη λέπτυνση του στρώματος του όζοντος, τα μάτια μας χρει-άζονται προστασία. Η λύση είναι, ακόμη κι αν αυτή η καταστροφή σταματούσε σήμερα, η χρήση απορροφητικών φακών τόσο για τις υπεριώδεις ακτίνες όσο και για τις υπέρυθρες. Σήμερα βέβαια γνωρίζουμε ότι η αντίληπτη για το μάτι ορατή ακτινοβολία, που στο παρελθόν είχε θεωρηθεί αβλαβής, αν και υπεύθυνη για το “θάμπωμα” χρήζει ιδιαίτερης αντιμετώπισης.Το “κυανό φως” μεταξύ των 400 και 500 ΝΜ δημιουργεί “οπτική κούραση” και χρωματική σύγχυση. Είναι περισσότερο από βέβαιο ότι σύντομα, αν όχι και σήμερα, η τεχνολογία στον τομέα της οπτικής θα ορίζει σαν πρότυπο απορροφητικό φακό αυτόν που σαν ιδιότητα θα έχει, όχι μόνο την προστασία από την υπεριώδη – υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά και την αντιμετώπιση των προβλημάτων που προέρχονται από την “κυανή” περιοχή του ορτατόυ φάσματος.