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Optimum light exposure and modern spectacle lens coatings for protection of eye health
2021 Volume 42 Issue 1 Pages 1-6
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2021 Volume 42 Issue 1 Pages 1-6
近年のライフスタイルでは，眼にとって「ストレス的な光」または「必要な光」として，紫外線（UV），バイオレットライト（VL），ブルーライト（BL），イエローライト（YL）が注目されている。デジタル化時代と高齢化社会において，これらの光ばく露が最適になるように，眼鏡レンズのスペクトラルバランスを考えてみる。UV，VL，BLの波長領域は重なっており，適度なばく露と過度なばく露の判別は難しい。確かに，最適な光線被ばく量には個人差がある。今後も，光から眼を守るためには，基礎・臨床・疫学的な研究・調査が必要であり，レンズの開発と使用者への啓発が望まれる。
In recent years, there has been a lifestyle focus on UV, violet, blue and yellow light as ‘stressful’ or ‘necessary’ light for the eye. The wavelength ranges of UV, violet and blue light overlap, and it is important to consider the spectral balance of spectacle lenses to optimize these light exposures in the digital age and aging society. However, due to this wavelength overlap, it is difficult to distinguish between moderate and excessive exposure, particularly because the optimal level of light exposure varies from person to person. Basic, clinical and epidemiological research studies are needed to continue to develop lenses and educate users to protect their eyes from light.
今，市場に出回っている眼鏡レンズの9割以上が，軽く割れにくいプラスチックレンズである。これは高屈折率プラスチック材料の登場，表面処理（コーティング）技術，非球面の加工技術などの進歩によるところが大きい。中でも多重処理可能なコーティングには，ハードコート，汚れ防止（撥水コート・防雲コート・帯電防止コート），反射防止コート，衝撃吸収，耐熱レンズ（コーティングの膨張率を揃えることで剥がれを抑えたレンズ），紫外線（UV）カットコート，カラーレンズなどが一般的であるが，最近の眼鏡レンズはこれらコートを多重処理し，眼の屈折補正のみならず，年齢（加齢変化）に伴った日常生活視環境下での “光” のストレスから眼を守るため，多くのレンズメーカーから高機能フィルターレンズとして市場に出されている。
現在のライフスタイルでは，眼にとって “ストレス的な光” または “必要な光” として，紫外線（UV），バイオレットライト（VL），ブルーライト（BL），イエローライト（YL）が注目されている。デジタル化時代，高齢者社会でこの4種類の “光” に着目し，今後の日常生活で光の慢性的なばく露を適正にするために，眼鏡による分光スペクトルバランスを考える。
紫外線は波長により3つに分けられている。太陽紫外線のUV-C（100～280 nm）は大気層で吸収され地表には到達しない。UV-B（280～315 nm）もほとんどは大気層で吸収されるが，一部は地表に到達し，皮膚や眼にとってもっとも有害なUV放射である。UV-A（315～400 nm）はB領域ほど有害ではないが，長時間被ばくした場合，健康影響が懸念されている。
UVはカルシウム代謝に重要な役割を果たすビタミンDを皮膚で合成するために必要であるが，太陽UVの過度な被ばくは人体に健康被害を与える。皮膚に対しては急性傷害として日焼け（サンバーン：紅斑，サンタン：色素沈着），慢性傷害としてしみやしわ，皮膚がんなどがある。眼部傷害では，急性被ばくとして紫外線角膜炎（雪目），慢性被ばくとして翼状片や皮質白内障があげられており，UVの浴びすぎを防止することが重要である。そこで環境省では，効果的な対策として次の6項目を上げている。①紫外線の強い時間帯を避ける。②日陰を利用する。③日傘を使う，帽子をかぶる。④衣服で覆う。⑤サングラスをかける。⑥日焼け止めを上手に使う1)。
しかし，「知っているようで知らない紫外線」と言われているように，日常生活の中では効果的に対策されていないのが現状である。例えば，対策の一つとして99.9% UVカットレンズを眼鏡として使用している人も多いが，Sliney2)の報告では，UVは眼部正面（視方向）からだけではなく，眼部上方，後方，側面，下方（地表からの反射）など，あらゆる方向から被ばくしている。つまり，屈折矯正用眼鏡，サングラス（ゴーグルタイプを除く）等の装用のみでは，眼部UV被ばくは，裸眼に比べ10～15%しか防御されていないと述べている。
著者らは，最近の眼鏡レンズ・フレームにおける眼部へのUV被ばく対策研究を行っている。まず東洋人頭部マネキンを用いて眼部UV被ばく分布を計測した結果，眼表面5か所における平均UV被ばく積算量（南中時刻前後15分間，計30分間，視線方向：下方15°，南方向で計測）は，（耳側，鼻側，中央，上方，下方）＝（187.4, 171.1, 173.9, 173.7, 174.9 mJ/cm2）で，耳側は他の4部位より有意に高値を示した。このことより翼状片・皮質白内障が鼻側下方に好発するのは，外眼角（耳側）の過度なUV被ばくとCoroneo現象3)（UVは角膜輪部から前房を通り，内眼角：鼻側にフォーカスする現象）の関係が確認された。
次いで，眼鏡レンズのUVカットコートで眼部UV被ばくについて検討した結果，レンズ前面コートレンズ（UV400，4カーブ，54□16–148）を装用すると，眼部UV被ばく積算量（UV-AB：260～400 nm，天候くもり，太陽高度52.4°，UVインデックス3，南中時前後10分間）は，裸眼の397 mJ/cm2に比べ337 mJ/cm2と有意に低下していたが，この直射光をUV 99%以上カットするコートでは，約15%の被ばく低下にとどまっていた。さらに，裏面反射UVを約95%カットするコートを付加した両面コートレンズでは，有意な被ばく防御にはならなかった。つまり，戸外生活における過度なUV被ばくは，UVカットコートのみで防御しきれていないことになる。
そこで，最もUVばく露に関係している外眼角側UV被ばく対策と眼鏡形状の関係において，明瞭な広域視野を確保できるスポーツ用レンズとして開発されたハイカーブレンズの有用性に着目した。ハイカーブレンズは大きなそり角が特徴であり，特に上部外眼角と眼鏡との隙間が少なく，日常生活用眼鏡としてUVの侵入を減少させることが期待できる。ハイカーブレンズ（HOYAニュールックス 1.6 SFT，両面UV400コート）を用いてUV防御効果を検討した結果，8カーブのUV被ばく量は非装用に比べ，平均27.5%の有意な低下を認め，角膜中央部では41.0%，耳側では33.9%の被ばく低下を認めていた。ただし，外眼角では2.4%～17.6%の低下に止まっていた（図1）。
眼部UV被ばく率の比較（ハイカーブレンズ装用 vs. 裸眼）
右眼表面12部位の平均：（8カーブレンズ－裸眼）／裸眼＝−27.5%
視環境：天候：晴れ，UVインデックス：4.8，太陽高度：48.9°
ハイカーブレンズ：HOYAニュールックス 1.6 SFT，両面UV400コート
計測：UV-Sラベル（日油技研）UV積算で白から赤紫へ不可逆的色変化するシール
換算：UV-ABセンサー（RS-13L．エスペックミック）
太陽UVとくにB領域の被ばく防御には，眼鏡レンズコートのみでは不十分であり，慢性的UV被ばく眼傷害（翼状片，皮質白内障）の防御には，日常生活でのハイカーブレンズ（UV400）の装用が有用であると示唆された。ただし，日常生活でゴーグルタイプのサングラスが使用可能ならばその限りではない。
バイオレットライトは，JIS（JIS Z 8120：2001）/CIEの定義から可視放射の下限である波長360～400 nmの可視光と言われている。この領域はUV-A領域と重なっている。
鳥居らは，戸外活動を構成する因子のうち，特定波長のVLが小児の近視進行抑制だけでなく4)，成人の近視進行抑制にも重要である可能性を報告5)しており，現時点では完全に近視の進行を停止させることは難しいが，VLを含む環境因子を改善することにより，近視進行抑制の可能性があると述べている6)。この考えから「目に必要といわれている光を通すレンズ（JINS）」7)として市場に出ている。VL透過率は65%，BL減衰は15%，UVカットは92%（UV-Bカット：99%）で，VLの波長領域を選択的に透過し，有害なUVは360 nm以下をシャープカットし，BLは420 nm付近の狭帯域吸収のコーティング処理となっている。
ここで問題となるのは，VLの透過（レンズ中心部）とUV-Aの吸収または反射（レンズ周辺部）の必要性と波長域の重なりである。両光の同時コーティング処理は不可能である。しかし，VLの透過処理は，眼鏡レンズ中心部のみで十分であるなら，レンズ中心部は360 nm以下のUVをシャープカットするUV360でよく，レンズ周辺はすべてのUVをシャープカットするUV400コーティングで両処理ができるはずである。しかし，眼鏡レンズの中心と周辺のゾーンコートが必要となり，レンズ作成上難易さが伴う。
ブルーライト研究会8)によると，BLとは波長が380～500 nmの青色光である。可視放射の中でもっとも短波長側の光で，強いエネルギーを有しており，角膜や水晶体で吸収されずに網膜まで到達する。パソコンやスマートフォンなどのLEDディスプレイやLED照明には，このBLが多く含まれている。
三井化学9)では，BLの中でも健康への影響が懸念される400～420 nmの光に注目し，レンズコーティングでは約420 nm以下のシャープカットを用いている。ここで健康の影響とは，Funk, R. H. W.らの研究10)では，標準化された細胞培養によるラボ実験において，411 nmの短波長光に曝した場合には，470 nm波長光に曝した場合よりもニューロン網膜細胞が強い酸化ストレスを受け，アポトーシスの兆候が認められている。一方，前述のJINSバイオレットプラスレンズでは，近視進行抑制のためVLを透過させるのに，420 nm付近のBLは狭帯域透過するようにコーティング処理をしている。このコーティング例から，UV-AとVL，そしてBLの吸収または透過のバランスについては，戸外生活の必要性が大きく影響していることが示唆される。
また，BLには体内リズム（サーカディアンリズム）を整え，健康を維持する上で重要な役割を果たしている光でもあり，「第3の光受容体」は，460 nmという強いエネルギーを持つ光のみに反応する。東海光学11)では，LED光源で最も強い450 nm付近のBLを約20%減衰させ，眼を守るコーティング処理に着目している。ただ最近のライフスタイルでは，PC，スマホのみならず屋内での常時LED照明により，サーカディアンリズムが乱れているといわれている。しかし，白内障患者に睡眠障害が伴うのは，水晶体の透明性の低下でBLの透過率も低下してしまい，メラトニンの分泌が十分に抑制されなくなるのが，大きな要因の一つとして考えられている。そこで高齢者の460 nm付近の単純なBL吸収は考慮する必要がある。
眼の加齢変化の一つとして，水晶体透明性の低下（白内障発症以前の水晶体散乱光の増加）と黄色化（核白内障ではない）がある12)。水晶体の黄変のみでは明らかな視力の低下にはいたらないが，加齢に伴い光の透過率は有意に低下する13)。CIE（国際照明委員会）技術報告書14)では，標準的な人を対象とした「眼の加齢による透過率変化」をシミュレートした特性曲線より，幼年期には310 nm付近にわずかな光線透過がみられるが，380 nmまでは透過が見られず，450 nm付近では30代で60%の透過が認められるが，60代では半減している。つまり，水晶体は加齢変化に伴う短波長光の生理的なシャープカットフィルターといえ，散乱しやすい青色光を自然にブロックしている。
市川15)は2歳と74歳の水晶体分光透過率を比較して，水晶体黄色化の加齢変化を再確認しており，正常眼（23,604眼）に対して，標準色覚検査表第3部（SPP3）を実施したところ，弁色能にも加齢性低下を確認している。また，後天色覚異常では，青黄異常タイプと赤緑異常タイプが混在しているといわれている。Schneckら16)は，865人の高年者（58～102歳，先天性色覚異常を除外）に対して，色覚検査（色相配列検査：Adams desaturated D-15 test：基準の色より鮮やかさが低いD-15 test）を実施した結果，青黄異常（3型色覚と類似：波長600 nm付近で弁色能がよく，460 nm付近でほとんど弁色能がないといわれている）を有している対象数が加齢とともに増加していることを示した。つまり高年者の多くは青黄異常を一般的に有しているといえる。
著者らの検討によると，585 nm付近の黄色光を選択的にカットした場合（使用レンズ：NeoContrast，三井化学），中高年に対してグレア負荷（昼間の強い光）環境下での低コントラスト感度の回復を確認している。これは，黄色化した健常中高年者の水晶体では，瞳を通過する散乱の強い青色光を遮断（吸収）する一方，相対的に網膜にとどく黄色光が強くなり過ぎ，コントラスト感度の低下も起こる。そのため，この強い黄色光を狭帯域吸収することによりコントラスト感度の回復が認められたと考えている。つまり，一般的に散乱を低減してコントラストを上昇させるといわれているYLでは，中高年にとって逆に強い光と感じ，眼に入射した際に，特に「黄色光による眩しさ」と感じると考えられる。通常，人は「眩しい」と感じると「目の感度」を低下させるような行動を無意識にとる。例えば，眩しさを低減するには，視線の向きを変えたり，濃い色のサングラスで光線透過率を下げたりすればよい。しかし，眩しさを低減すればするほど，目にとって感覚は楽になるが，低減しすぎるとコントラスト感度も低下してしまう。以上から，YLカットは中高年者に対して，濃緑サングラスと同等以上に，グレア負荷環境での低コントラスト改善効果がある。黄色光は，視覚の感度が高いため，ある程度ブロックされても，日常生活に支障を与える事はないと考えられる。
また，健常中年者（12名，51～62歳，平均56.3歳）を対象に，YLカットコートを施した調光メガネを3か月間，日常生活で試用してもらい，アンケート調査（NEI- VFQ）を行った結果17)，「一般的な見え方」や「社会的生活機能」に加えて，「色覚」の項目が有意に改善していた。ここでの色覚の改善は，中高年者の緑色系に着色した水晶体を通して見る景色は，青色光の透過率低下はもちろん，加齢とともに後天青黄異常者が有意に増加することで，黄色光が相対的に強くなり過ぎて，感度低下がほとんどない赤色や緑色が比較的に見にくくなっている。そこで，純粋（ユニーク）な黄色光をカットすることにより，赤色や緑色が鮮明に認識できるようになり，カラーバランスが整えられると考えられる18)。
筆者自身の生活状態における光の状態（光量子束密度PPF，照度，スペクトル）を紹介し，この視環境で眼を守るのに適切と思われるレンズコーティングについて考えてみる（表1，図2）。
日常生活における光の状態例（視環境：冬の晴天下での屋内外）
場所：東北文化学園大学（仙台国見）／計測日：2021.1.6 13:00-14:00
※PPF：光量子束密度（単位：μmol/m2/s）
※測定機器：分光放射照度計（MK350S/UPRtek）
日常生活における光の状態例（分光スペクトル）
場所：東北文化学園大学（仙台国見）／計測日：2021.1.6 13:00-14:00
光の計測には分光放射照度計（MK350S/UPRte）を用い，2021年1月6日13:00～14:00に東北文化学園大学（仙台市国見）で行った。天候は晴れ，冬の青空の下で，UVインデックスは1～2で，太陽を正面にした計測では，一般に言われるように照度は10万lux程度（実測：102,902 lux，PPF 400～700 nm：1832 μmol/m2/s）で，直視することは危険であった。そこで太陽を背面にし，やや下方視した場合（戸外生活での歩行状態），太陽正面に対して約1/10（実測：10,049 lux，PPF 400～700 nm：180 μmol/m2/s）のばく露で，UV-A，VLそしてBLが重なる380～400 nmのPPFは3.9 μmol/m2/sであった。このようにUVインデックス2のばく露では，ビタミンD合成に十分なUV被ばく時間は約10分から80分といわれており，冬の戸外で被ばくする皮膚は（顔+手）とすると，約80分間の被ばくが必要となる1,19)。しかし，80分の被ばく量は冬といえ，皮膚の紅斑が現れる時間との境界であり，眼にとっても（慢性的）被ばく光の透過減衰は十分に必要である。一方，夏のUVインデックス10レベルでは，（顔+腕+脚）での被ばく約2分間で十分なビタミンD合成が得られるそうである。20分を越えると悪影響（紅斑）のレベルに入り，眼にとってはやはり確実な遮光が必要と思われる。
著者自身，屋内生活が主になり，VLはほとんど被ばくしていないと考えられる。しかし，すりガラス窓（南向き）を通して日照がある場合，戸外での太陽背面被ばくの約18%のVLばく露が得られる。PC用の液晶ディスプレイやLED天井照明環境ではVLのばく露はなく，やはり戸外活動が必要である。400～500 nmのBL領域では，分光スペクトルでは450 nmに極端なピークがあるが，PPFでは太陽背面被ばくに比べ1～5%とわずかであり，この領域の光透過率の減衰も少なくて済むとも思われる。水晶体の黄色化が進んでいる60代の著者にとっては，BLの遮光よりYLの減衰が，色コントラストの向上には有用である。
日常生活で「光から眼を守る」という考えから，様々な眼鏡レンズコーティングが考えられている。太陽UVの被ばくには，ビタミンD合成の必要性がある一方，過度な被ばくによる日焼け，しわ，シミ等，さらに長年浴び続けると良性／悪性の腫瘍や白内障等を引き起こすことから，レンズコートには「UVシャープカット」が用いられている。VLの領域では，近視抑制効果からUV400コートではなく，できるだけVLを透過する処理に変わり始めている。BLの420 nm領域では，網膜細胞のアポトーシスの兆候が見られることから「遮光処理」，460 nm領域では，サーカディアンリズムを整える意味で，適度な戸外生活（太陽光の被ばく）が推奨されている一方，現在のライフスタイルではLED光の被ばくは日常的となっており，ドライアイ・眼精疲労・加齢黄斑変性等の影響が示唆されている。そこで，この領域の光は「透過減衰処理」が行われている。このように，UV，VL，BLの波長領域は重なっている。「適度な」または「過度な」というどちらの被ばくとして捉えることができるかは判別できていない。確かに，最適な光線被ばく量には個人差がある。今後も光ストレスから眼を守るための基礎的，臨床的さらに疫学的20)な研究・調査・啓発，そしてレンズの研究開発が望まれる。
利益相反公表基準に該当なし
