블루라이트와 눈 건강 사이의 직접적 연관관계

현대 LED 조명 기술의 진화와 청색 빛의 영향

최근 15~20년간 조명 기술은 혁신적인 변화를 겪었습니다. 가정용 조명에서는 오랫동안 발전이 더딘 편이었으나, 최근 10년간 콤팩트 형광등(CFL) 등의 에너지 효율 조명으로 전환되었습니다. 이러한 변화는 주로 법적 규제에 의해 이뤄졌으며, 소비자의 다양한 조명 소스에 대한 욕구는 그렇게 반영되지 않았습니다. 고밝기 LED의 개발과 성능 향상은 특히 두드러진 발전을 이루었습니다. 청색 LED와 인광체를 결합하여 흰색 LED를 만드는 기술은 고체 형광의 다음 세대 조명 기술로 평가받고 있습니다. 이 LED 기술은 스마트폰과 LCD 모니터의 배경 조명에 널리 사용되며, 전자 기기 사용 방식이 종이에서의 반사에서 직접적인 조명 활용으로 변화하게 되었습니다. LED의 흰색 빛은 시간이 지남에 따라 인광체의 블리칭으로 색온도가 변화하고 청색 방출이 증가하는 문제가 있습니다. 이 논평에서는 청색 빛이 생리적 기능 규제와 안구 건강에 미치는 영향을 요약하며, 장기적인 청색 빛 노출의 안전성 평가에 대한 추가 연구 필요성을 논의합니다.

포토피그먼트 멜라노핀과 비시각적 광수용

1990년대, 연구들은 쥐에서 로드 광수용체가 없는 상태에서도 빛에 대한 정상적인 상태 반응 곡선(PRC)을 보이며, 이는 주로 480 nm 근처에서 피크를 보이는 행동 스펙트럼에 의해 조절된다는 것을 시사했습니다. 이는 로도프신(λmax 498 nm), 짧은 파장 감응성 옵신(λmax 460 nm), 중간 파장 감응성 옵신(λmax 508 nm) 외의 다른 광피그먼트가 생체 시계의 조정에 책임이 있는 것으로 여겨졌습니다. 포토피그먼트 멜라노핀은 포유류 망막에서 빛을 감지하는 주요한 후보로 떠오르게 되었습니다. 멜라노핀은 망막의 일부인 내재적으로 광감수성 있는 망막 신경세포(ipRGCs)에서 발현되며, 주로 470-480 nm 주변에서 흡수 피크를 가집니다. 이들은 뇌의 일부인 시계 리듬을 조절하는 부분으로 정보를 전달하는 망막-시상하부 궤도(RHT)를 형성합니다. 멜라노핀 KO 마우스는 광도에 따라 단기적인 조정 반응이 줄어들지만, 그들의 내부 망막 기능은 정상적입니다. 또한, 멜라노핀은 심리적 건강과 학습에도 영향을 미칠 수 있으며, 노인에서의 수면 질 개선과 관련된 연구도 진행 중입니다.

 

망막의 빛 유발 손상과 그 영향

특정 파장이나 강도의 빛에 노출될 경우 망막에 심각한 손상을 유발할 수 있습니다. 이러한 유형의 손상을 빛 유발 손상이라고 합니다. 빛은 주로 세 가지 메커니즘을 통해 손상을 유발할 수 있습니다: 광기계적 손상, 광열적 손상, 광화학적 손상입니다. 광기계적 손상은 망막 색소 상피세포(RPE)에 흡수된 에너지의 급격한 증가로 인해 발생합니다. 이는 RPE에 불가역적인 손상을 초래하고, 이로 인해 광수용체 손상이 발생할 수 있습니다. 이 유형의 망막 손상은 흡수된 에너지 양에 따라 달라지며, 빛의 스펙트럼 구성에는 의존하지 않습니다. 광열적 손상은 짧지만 강한 빛에 의해 망막과 RPE에 온도가 상승할 때 발생합니다. 이는 보통 100 ms에서 10 s 동안의 노출로 발생합니다. 더 흔한 유형의 광화학적 손상은 눈이 높은 강도의 가시광선(390-600 nm)에 노출될 때 발생합니다. 이러한 손상은 짧고 강한 빛 노출로 인한 RPE에 영향을 주는 첫 번째 유형과, 덜 집중된 긴 시간의 빛 노출로 외부 세그먼트에 영향을 주는 두 번째 유형으로 나뉩니다. 특히, 청색 빛 (400-440 nm)은 망막에 더 큰 손상을 유발할 수 있으며, 이는 빛 유발 광수용체의 비탄화와 관련이 있습니다. 이러한 과정은 산화 스트레스를 증가시키고, RPE에서 리포푸신의 축적과 누적을 초래할 수 있습니다. 이로 인해 광수용체에 영양을 공급하는 RPE의 능력이 저하되어 광수용체의 생존에 영향을 미칠 수 있습니다.

 

망막에 미치는 청색 빛의 영향과 안전성

특정 파장의 빛 또는 강도에 노출될 경우 망막에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이러한 손상을 빛 유발 손상이라고 합니다. 청색 빛 (400-490 nm 파장)은 특히 망막의 광수용체와 망막 색소 상피세포(RPE)에 손상을 유발할 수 있습니다. 최근 연구들에 따르면, 청색 LED로부터 발생하는 464 nm 파장의 빛은 그 강도가 낮더라도 661W 세포와 주요 흰쥐 망막 세포에서 세포 손상을 유발하는 것으로 나타났습니다. 반면에 같은 강도의 녹색 (522 nm) 또는 흰색 LED (파장 최대 456 및 553 nm)에 노출된 경우에는 이러한 손상이 덜 발생하였습니다. 청색 빛에 노출된 경우, ROS (활성산소 종)가 증가하고 세포 손상이 유발되었습니다. 또한, 빛에 의한 망막 손상은 한 번 노출되는 빛의 양에 따라 달라질 수 있습니다. 일부 연구에서는 단일 5분 노출은 심각한 손상을 유발하지 않았지만, 일련의 5분 노출은 망막 광수용체에 중대한 손상을 유발할 수 있음을 보고하였습니다. 빛 노출 간의 시간 간격도 빛 유발 손상의 누적 효과에 영향을 줄 수 있습니다. 노화와 함께 망막에서 리포푸신의 축적이 증가하면서 청색 빛에 의한 망막 손상 가능성도 증가합니다. 청색 빛을 차단하는 렌즈(내외안 렌즈) 사용이 연령 관련 황반변성 발생을 방지할 수 있는 방법으로 고려됩니다.

 

노화 관련 황반변성과 빛 노출

청색 빛에 노출되는 동물 모델에서의 연구들은 황반변성(AMD) 또는 다른 망막 병리학의 발생 위험을 나타낼 수 있다고 보고하고 있습니다. 그러나 인간에서 인공 빛(백색 또는 청색) 노출로 인한 실제 위험을 평가하는 것은 어렵습니다. 왜냐하면 빛 요법이 몇 년 동안 제한된 사람들에게만 사용되어 왔기 때문에 청색 빛에 대한 반복 노출과 AMD 발생 원인 간의 위험을 평가하는 것이 어렵기 때문입니다. 이전의 유행병학적 연구들은 시각적 및 청색 빛에 대한 만성 노출이 AMD 발생의 공동 인자일 수 있다고 보고하였습니다. 그러나 Darzin 등은 청색 빛과 AMD 발생 간의 중요한 관계를 찾지 못했습니다. Okuno 등은 여러 다양한 빛 원본에서의 청색 빛 위험을 평가하고, 플루오레센트 램프나 LED에서의 청색 빛 노출이 심각한 위험을 가지지 않는다고 보고하였습니다. 결국, AMD의 병인에는 여러 다양한 요인들이 관여하고 있습니다. 이러한 관찰은 피험자 수나 치료 기간의 제한된 자료와 함께, 청색 빛 노출과 AMD 발생 간의 연관성을 예측하는 것을 어렵게 만듭니다.

 

청색 LED 빛 노출의 안전성과 추가 연구 필요

현재 우리 사회에서 청색 빛 사용이 점점 더 많아지고 있으며, 세계 인구의 많은 부분이 하루에 몇 분에서 몇 시간 동안 인공 빛에 노출되고 있습니다. 빛은 누적 효과가 있으며 파장, 강도, 노출 기간, 노출 시간 등 다양한 특성을 고려하는 것이 중요합니다. 따라서 청색 빛 노출과 관련된 위험을 최소화하기 위해 빛의 스펙트럼 출력을 고려해야 합니다. 이에 따라 470–480 nm 주변의 파장을 발하는 LED가 450 nm 이하의 파장을 발하는 LED보다 선호되어야 합니다. 짧은 기간 (몇 일에서 몇 주) 동안 470–480 nm 범위의 LED 청색 빛에 노출될 경우 안안 병리 발생 위험이 크게 증가하지 않을 것으로 생각됩니다만, 장기간 (몇 개월에서 몇 년) 노출에 대한 이런 결론을 일반화할 수 없습니다. 마지막으로, 저강도 청색 빛의 장기 노출에 대한 안전성에 대한 추가 연구가 필요하며, 이는 눈에 미치는 청색 빛의 영향을 결정하는 데 중요합니다.

 

참고문헌

Tosini G, Ferguson I, Tsubota K. Effects of blue light on the circadian system and eye physiology. Mol Vis. 2016 Jan 24;22:61-72. PMID: 26900325; PMCID: PMC4734149.