Комплексное исследование влияния светодиодных источников света на функциональное состояние организма человека



Ключевые слова: светодиодные источники света, светодиодное освещение, безопасность световой среды, суточная смена, функциональное состояние

Актуальность. Всовременном обществе все большее значение приобретают осветительные приборы на основе светодиодов. Светодиод (СИД — светоизлучающий диод, от англ. LED — light-emitting diode) — это полупроводниковый источник света, содержащий один или несколько испускающих свет кристаллов, расположенных в одном корпусе с линзой, формирующей световой поток. Принцип его работы основан на явлении электролюминесценции — холодного свечения, возникающего при протекании тока. Состав материалов, образующих p-n-переход, определяет тип излучения [3]. Процесс вторжения светодиодных технологий в системы традиционного освещения начался с установок, где не требовался высокий уровень освещенности (дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички и т. п.). Постепенно применение светодиодных источников света распространилось не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные источники света.

В сравнении с традиционными источниками света качественные светодиоды имеют ряд преимуществ: малое энергопотребление, длительный срок эксплуатации, устойчивость к механическим и климатическим воздействиям, отсутствие ртути и, соответственно, упрощенный порядок утилизации. Светодиодные лампы предназначены для использования, как на улице, так и внутри помещения, сочетают в себе традиционное исполнение (цоколь Е-27, Е-14, MR-16, GU-10) и высокую надежность. К недостаткам светодиодных источников можно отнести их высокую цену по сравнению с другими источниками света, а также жесткие требования к стабильности работы источника питания (постоянный ток и отсутствие даже минимальных колебаний напряжения и силы тока).

В Российской Федерации отсутствует обязательная сертификация важнейших характеристик светотехнической продукции (индекса цветопередачи, светового потока, световой отдачи). Также не разработано должное гигиеническое нормирование светодиодных источников света, что затрудняет их масштабное внедрение в качестве основного освещения. Более того, влияние и отдаленные последствия длительного воздействия светодиодного освещения на организм человека до конца не изучены. Все эти вопросы связаны со стратегией безопасности световой среды для человека.

При разработке стратегии безопасности световой среды особое внимание необходимо уделять физиологическому и психофизиологическому аспекту: скорости реакции, приспособлению организма человека к условиям окружающей среды, выносливости, индивидуальным показателям восприятия света сетчаткой глаза, особенностям сумеречного зрения и т. д. Именно с этим непосредственно связан другой аспект — санитарно-гигиенический, включающий допустимые, а также оптимальные параметры световой среды.

Следовательно, нормативная база для применения светодиодных источников света в качестве основного освещения может разрабатываться только на основе комплексного подхода к изучению их влияния на показатели, отражающие функциональное состояние организма человека (психофизиологические, физиологические и психологические) [1,2].

Таким образом, научно-практические изыскания в данном направлении являются в настоящее время актуальными и своевременными.

Целью работы было исследование медицинских аспектов безопасности применения светодиодных источников света в качестве основного освещения в помещениях, где отсутствует естественное освещение.

В задачи входилоизучениевлияния светодиодных источников света (в качестве основного освещения) на орган зрения, физиологические, психофизиологические и психологические показатели у специалистов операторского профиля, работающих круглосуточно посменно (сутки через трое) в течение года в помещениях без естественного освещения.

Материалы иметоды. Работа выполненана объекте, в помещениях которого отсутствует естественное освещение. В исследовании принимали участие 18 добровольцев: операторы сенсомоторного профиля, практически здоровые лица мужского пола в возрасте 22–45 лет, профессиональная деятельность которых проходит в условиях 24-часовой смены в специально оборудованных помещениях.

На первом этапе (май 2015 г.) все участники эксперимента были комплексно обследованы по тестируемым показателям (орган зрения, физиологические, психофизиологические и психологические) при выполнении профессиональной деятельности в существующих условиях искусственного освещения, создаваемого обычными люминесцентными лампами (фоновые показатели). Исследуемые характеристики регистрировались до начала смены и после ее окончания.

Для решения поставленной задачи в помещениях объекта были установлены светодиодные светильники СЭБМ-СД-1–1 производства АО «ЭлектроРадиоАвтоматика», удовлетворяющие требованиям СНиП 23–05–95 и другим требованиям государственных стандартов, нормам пожарной безопасности, а также соответствующие европейским нормам по электромагнитной совместимости. Осуществлялся гигиенический контроль за показателями искусственного освещения, создаваемыми светодиодными источниками света, на соответствие нормативным требованиям, прописанным в нормативно-технической документации для объектов подобного типа. Коррелированная цветовая температура светодиодного светильника (Т_КЦ) равна 2900 К.

Динамическое обследование добровольцев–операторов проводилось на 1, 3, 6, 9 и 12 месяцах пребывания под светодиодным освещением по стандартным методикам до начала смены и после ее окончания. Наиболее сложные аппаратные методики офтальмологического обследования (компьютерная периметрия, оптическая когерентная томография сетчатки глаза) выполнялись после окончания смены непосредственно в клинике офтальмологии Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова (ВМедА).

В ходе обследования контролировались следующие показатели:

– офтальмологические: острота зрения (для дали), контрастная чувствительность, рефракция, цветоощущение, функциональная активность первого и второго нейронов сетчатки, морфологические параметры сетчатки и нервных волокон в макулярной зоне;

– физиологические: частота сердечных сокращений, систолическое артериальное давление крови, диастолическое артериальное давление крови, показатели электрокардиографии;

– психофизиологические: определение реакции на движущийся объект, определение времени простой зрительно-моторной реакции, определение инкрементного порога критической частоты слияния световых мельканий;

– психологические: показатели субъективной оценки самочувствия, активности и настроения по методике САН, показатели теста Спилбергера-Ханина, показатели анкеты самооценки состояния АСС.

Математико-статистический анализ экспериментальных данных осуществлялся с использованием непараметрических критериев для малых выборок. К расчетам был принят уровень значимости, равный 0,05. В случае связанных экспериментальных выборок типа «до–после» при сравнительном анализе применялся критерий Вилкоксона, позволяющий судить о групповой направленности и интенсивности изменений исследуемых показателей, в остальных случаях — критерий Манна-Уитни. Исключительные случаи анализировались отдельно и интерпретировались с позиций клинической значимости выявленных изменений.

На этапе планирования исследование прошло этическую экспертизу (протокол ЛЭК ВМедА от 30 июня 2015 г. № 163). Работа выполнена в соответствии с положениями Конвенции о защите личности в связи с автоматической обработкой персональных данных [7].

Результаты иобсуждение.

1. Оценка влияния светодиодных источников света на орган зрения.

На протяжении всех этапов обследования добровольцев–операторов существенно редкими были случаи временного ослабления остроты зрения какого-либо глаза в течение суточной смены (рисунок 1):

Рис. 1. Случаи изменения остроты зрения глаза (левого/правого) у операторов за период суточной смены (%)

Выявленная статистическая значимость различий между количеством случаев ухудшения и случаев стабильности либо улучшения показателя остроты зрения (р<0,05, см. рис. 1) свидетельствовала о том, что наблюдаемая динамика отражала процесс адаптации органа зрения добровольцев–операторов к новому виду освещения рабочих мест.

Кроме того, после завершения смены у добровольцев–операторов систематически наблюдался сдвиг в сторону увеличения показателей контрастной чувствительности глаз на частотах 1 цикл/град (ПЧС1) и 2 цикл/град (ПЧС2) в условиях светодиодного освещения (таблица 1).

Таблица 1

Сравнительная характеристика текущих (этапных) ифоновых значений показателей контрастной чувствительности удобровольцев–операторов после суточной смены (U-критерий Манна-Уитни)

Показатель	Описательные статистики Me1 [xmin;xmax] после дежурства		U2	Z3	р4
	фон (n=18)	текущие значения (n=18)
Через 1 месяц
ПЧС1	42 [22;46,5]	43,5 [36;48]	326,0	-3,084	0,002 *
ПЧС2	48 [39;54]	49,8 [24;56]	474,5	-1,247	0,214
Через 3 месяцев
ПЧС1	42 [22;46,5]	46,8 [40,5;55,5]	176,0	-5,325	1×10–8 *
ПЧС2	48 [39;54]	52,5 [44;57]	274,5	-4,217	1×10–5 *
Через 6 месяцев
ПЧС1	42 [22;46,5]	45 [35,5;54]	280,5	-3,908	6×10–5 *
ПЧС2	48 [39;54]	52,5 [44;58]	297,5	-3,700	1×10–4 *
Через 9 месяцев
ПЧС1	42 [22;46,5]	45 [30;58,5]	302,5	-3,369	0,001 *
ПЧС2	48 [39;54]	51 [35;65]	362,0	-2,639	0,008 *
Через 12 месяцев
ПЧС1	42 [22;46,5]	45 [35,5;54]	291,5	-4,022	3×10–5 *
ПЧС2	48 [39;54]	51 [44;56]	403,0	-2,763	0,005 *
Примечания: 1Me — медиана (центральное значение), [xmin;xmax] — разброс значений; 2U — статистика критерия, 3Z — стандартизованная статистика критерия; 4р — уровень значимости; * — выявлена статистическая значимость различий (р<0,05).

В целом, эти изменения указывали на лучшую функциональную адаптацию органа зрения к зрительной нагрузке в условиях светодиодного источника освещения. Принимая во внимание тот факт, что в течение двенадцати месяцев основные условия экспериментального исследования не повергались изменению (режим суточных смен не менялся, добровольцы–операторы до заступления на суточную смену по-прежнему находились в обстановке комбинированного освещения, включая естественное), можно утверждать, что представленные выше изменения носили закономерный характер и отражали формирующуюся тенденцию.

Полученные результаты исследования давали основание предполагать, что фактором, способным оказывать влияние на функциональные изменения показателей органа зрения, являлся коэффициент пульсации светового потока, значения которого существенно различаются у двух сравниваемых в исследовании источников света. Коэффициент пульсации светового потока у люминесцентных ламп составлял 10–15 %. Светодиодные источники света, используемые в эксперименте и создающие световую среду в помещениях без естественного освещения, имеют коэффициент пульсации 0–0,02 %. Известно, что, не вызывая зрительного эффекта, высокие значения коэффициента пульсации способны приводить к повышению зрительной утомляемости. Таким образом, в условиях световой среды, созданной как люминесцентными, так и светодиодными источниками освещения были отмечены изменения тех показателей, которые отражают функциональное состояние органа зрения и связанны с длительной зрительно напряженной работой. При суточной работе в условиях светодиодного освещения с коэффициентом пульсации светового потока 0–0,02 % отмечалось статистически значимое улучшение функциональных показателей органа зрения, что указывало на снижение явлений дезадаптации после длительной зрительно напряженной работы по сравнению с аналогичной работой в условиях люминесцентного освещения с коэффициентом пульсации 10–15 %.

Наблюдение за состоянием органа зрения добровольцев–операторов, осуществляющих в течение 12 месяцев суточную зрительно напряженную работу в световой среде, созданной светодиодным источником освещения с Т_КЦ 2900 К, не выявило таких изменений, которые описаны в литературе, как фотохимическое повреждение сетчатки синим светом [4, 5, 6].

2. Оценка влияния светодиодных источников света на физиологические и психофизиологические показатели.

Сравнительный анализ результатов исследования физиологических показателей и функционального состояния центральной нервной системы добровольцев–операторов до и после окончания суточной смены, как при освещении рабочих помещений светодиодными лампами, так люминесцентными лампами, существенных различий не выявил. То есть освещение рабочих помещений светодиодными источниками света в течение 12 месяцев не привело к изменениям физиологических показателей и функционального состояния центральной нервной системы добровольцев–операторов.

3. Оценка влияния светодиодных источников света на психологические показатели.

Сравнительный анализ контролируемых психологических показателей до и после суточной сменой у добровольцев–операторов через двенадцать месяцев периодического воздействия светодиодов и первоначальных их фоновых значений, зафиксированных в мае 2015 г., не выявил статистически значимых различий.

На двенадцатом месяце экспериментального исследования проведенное психологическое тестирование показало положительное оценочное восприятие всеми без исключения добровольцами–операторами мероприятий по замене источников искусственного освещения на светодиодные. При светодиодном освещении рабочих помещений объекта выполнение профессиональной деятельности в течение 24-х часов не вызывало чувства дискомфорта и выраженного снижения показателей субъективной оценки функционального состояния добровольцев–операторов дежурных смен.

Выводы. Через двенадцать месяцев наблюдения значимых изменений показателей состояния органа зрения, изменений самочувствия и функционального состояния организма у специалистов операторского профиля, работающих круглосуточно посменно при светодиодном освещении в помещениях без естественного освещения, выявлено не было.

Литература:

1. Базылева Л. В. Светодиоды в качестве основного освещения: проблемы и пути решения / Л. В. Базылева, В. Н. Болехан, В. П. Ганапольский // Международный 3-й азиатско-тихоокеанский конгресс по военной медицине: материалы конгресса (Санкт-Петербург, 8–12 августа 2016 г.). — СПб., 2016. — С. 7–8.
2. Базылева Л. В. Санитарно-гигиеническое обоснование возможности применения светодиодных источников света в обитаемых помещениях подземных сооружений и зданий МО РФ / Л. В. Базылева, В. Н. Болехан, В. П. Ганапольский // Актуальные проблемы защиты и безопасности: материалы XIX Всерос. науч.-практ. конф. 4–7 апреля 2016 года — СПб: Российская академия ракетных и артиллерийских наук, НПО специальных материалов, 2016. — С. 302–307.
3. Добродей А. О. Применение светодиодов для систем освещения (обзор) / А. О. Добродей, Е. Н. Подденежный, А. А. Бойко // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухова. — 2008. — № 1. — С. 37–49.
4. Крапивный А. Ю. Влияние на орган зрения длительного нахождения в условиях световой среды, созданной светодиодными источниками света / А. Ю. Крапивный // Итоговая конференция военно-научного общества слушателей факультета руководящего медицинского состава ВМедА: материалы конференции. — СПб., 2016. — С. 115–117.
5. Крапивный А. Ю. Сравнительная оценка влияния световой среды, созданной люминесцентными и светодиодными источниками света на орган зрения / А. Ю. Крапивный, Т. А. Леонгардт, С. А. Коскин // Современные технологии в офтальмологии. — 2016. — № 4. — С. 115–118.
6. Куликов А. Н. Оценка воздействия люминесцентного и светодиодного освещения на орган зрения операторов зрительного профиля / А. Н. Куликов, А. Ю. Крапивный, Т. А. Леонгардт, С. А. Коскин // Современная оптометрия. — 2016. — № 6. — С. 18–23.
7. Совет Европы: Конвенция о защите личности в связи с автоматической обработкой персональных данных: пер. с англ. — 2-е изд., доп. — СПб.: Гражданский контроль, 2002. — 36 с.