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Gefährdungen der Augen

Das am meisten gefährdete Organ beim Umgang mit optischer Strahlung ist das Auge. Die Hornhaut ist nach außen nur durch eine wenige Mikrometer dicke Schicht gegen die Tränenflüssigkeit geschützt. An die Hornhaut schließt sich die vordere Augenkammer an, die mit Kammerwasser gefüllt ist. Vor der Augenlinse befindet sich kreisförmig die Regenbogenhaut (Iris). Die Öffnung der Regenbogenhaut wird Pupille genannt. Der Pupillendurchmesser ändert sich je nach Helligkeit, und bestimmt damit, wie viel sichtbare optische Strahlung ins Auge eintreten kann. Zwischen der Linse und der Netzhaut (Retina) befindet sich der Glaskörper, der zu etwa 98% aus Wasser sowie einem Netz von Kollagenfasern besteht und eine gelartige Struktur hat.

Schematische Darstellung Auge

In der Netzhaut, wo die Photorezeptoren liegen, werden die Lichtreize zu Signalen verarbeitet, die durch den Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet werden. An der Einmündung des Sehnervs und der Blutgefäße in die Netzhaut befinden sich weder Zapfen noch Stäbchen, so dass ein Sehen dort nicht möglich ist. Sie heißt deshalb Blinder Fleck. Als Gelber Fleck wird der Bereich der Netzhaut mit der größten Dichte von Photorezeptoren bezeichnet. Er befindet sich in der Mitte der Netzhaut. Die Netzhautgrube ist der zentrale Teil des Gelben Flecks, sie ist die Stelle des schärfsten Sehens. Hinter der Photorezeptorenschicht folgen das Pigmentepithel und die Aderhaut, die die Netzhaut mit Blut versorgt und auf der Lederhaut aufliegt. Die optische Strahlungsenergie wird überwiegend durch Melanin in einer sehr dünnen Schicht des Pigmentepithels absorbiert.

Das Sehvermögen ist auf den sichtbaren Spektralbereich begrenzt, d. h. diese Strahlung gelangt durch die Hornhaut, die Augenlinse und den Glaskörper, wird auf der Netzhaut abgebildet und kann unter Umständen eine Netzhautschädigung hervorrufen. Schäden an der Netzhaut sind besonders schwerwiegend und können zu erheblichen Beeinträchtigungen des Sehvermögens führen. Kleinere Schädigungen der Netzhaut bleiben meist unbemerkt, soweit sie außerhalb des Flecks des schärfsten Sehens liegen. Größere geschädigte Stellen können jedoch zu Ausfällen im Gesichtsfeld führen. Bei einer Schädigung an der Stelle des schärfsten Sehens kann das Scharfsehen und das Farbsehvermögen stark verringert werden. Wird gar der Blinde Fleck getroffen, droht die völlige Erblindung. Im Hinblick auf eine potenzielle Netzhautschädigung muss besonders berücksichtigt werden, dass darüber hinaus auch optische Strahlung im IR-A-Spektralbereich bis 1400 nm von der Augenlinse auf die Netzhaut fokussiert wird. Obwohl sie nicht wahrgenommen werden kann, weil die Netzhaut für diese Wellenlängen keine Rezeptoren besitzt, kann sie dort Schädigungen hervorrufen. Eine Netzhautschädigung ist irreversibel.

Eine thermische Netzhautschädigung entsteht immer dann, wenn in dem retinalen Pigmentepithel durch die absorbierte optische Strahlung eine Temperaturerhöhung von 10ºC - 20ºC erreicht wird. Dieser Mechanismus der Netzhautschädigung ist bei kurzer Bestrahlungsdauer (weniger als 10 s) dominant, und die Netzhautschädigung ist normalerweise sofort bemerkbar. Thermische Netzhautschädigungen werden hauptsächlich durch Laserstrahlung verursacht.

Eine photochemische Netzhautschädigung (Photoretinitis) entsteht bei längerer Bestrahlungsdauer, über 10 s. Eine bemerkbare Schädigung verzögert sich hier um mehr als zwölf Stunden und äußert sich in einer Entpigmentierung. Eine photochemische Netzhautschädigung kann entstehen wenn man für längere Zeit in die Sonne sieht, wie z. B. bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis.

Im UV- und im IR-Spektralbereich wird die optische Strahlung zunehmend durch Wasser in den vorderen Augenmedien absorbiert und kann somit die Netzhaut nicht schädigen, weil sich die Stelle der Einwirkung ändert. Da die UV-Strahlung und die Strahlung im fernen IR-Bereich von der Hornhaut, der Bindehaut und der Linse absorbiert werden, sind diese Teile des Auges gefährdet. Durch UV-Strahlung können photochemische Reaktionen ausgelöst werden, die zu sehr schmerzhaften Entzündungen der Hornhaut (Photokeratitis) und/oder der Bindehaut (Photokonjunktivitis) führen. Dabei werden die äußeren Zellen der Hornhaut und der Bindehaut zerstört. Die Schädigung macht sich vier bis zwölf Stunden nach der Exposition durch starke Augenschmerzen bemerkbar. Weil in der Horn- und Bindehaut immer neue Epithelzellen nachgebildet werden, ist diese Schädigung reversibel. Die Heilung tritt normalerweise innerhalb weniger Tage ein. Zu dieser Schädigung kommt es z. B. beim Elektroschweißen, wenn kein Augenschutz getragen wird.

Wiederholte Einwirkung der UV-Strahlung mit Intensitäten, die unterhalb derjenigen liegen, die zu einer akuten Horn- bzw. Bindehautentzündung führen, kann langfristig eine Linsentrübung (Katarakt) verursachen. Durch photochemische Reaktionen werden in den Linsenzellen bestimmte Proteine verändert, was zu einer Pigmentierung der Zellen führt. Da in der Augenlinse keine neuen Zellen nachgebildet werden, ist diese Schädigung irreversibel. Hier handelt es sich um einen Prozess, dessen Wirkung über einen längeren Zeitraum, meist Jahrzehnte, kumuliert.

Auch eine langjährige Einwirkung von IR-Strahlung kann zu einer Linsentrübung führen, die sich durch eine Kondensation der Linsenproteine zu Aggregaten ausbildet. Als Linsentemperatur, bei der es zu einem thermischen Katarakt kommen kann, werden Werte zwischen 40ºC und 45ºC angegeben. Auch diese Schädigung ist irreversibel und kann zur vollständigen Erblindung führen. Allerdings kann eine getrübte Augenlinse heute operativ durch eine künstliche Linse ersetzt werden. Ein Beispiel für Tätigkeiten, bei denen nach langjähriger Einwirkung von IR-Strahlung eine Linsentrübung auftreten kann, ist die Arbeit von Glasbläsern an Glasschmelzöfen. Im IR-Spektralbereich oberhalb einer Wellenlänge von etwa 2500 nm ist nur noch die Hornhaut betroffen.

Schließlich ist unter den möglichen schädlichen Wirkungen optischer Strahlung die Blendung zu nennen. Sie ist zwar nicht mit einer direkten Schädigung des Auges verbunden, kann aber das Sehen beeinträchtigen und damit zu Unfällen bei sicherheitsrelevanten Tätigkeiten, etwa im Straßenverkehr oder an Maschinen, führen.