Hvordan påvirker lysdioder synet?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Artikkelen diskuterer betingelsene for dannelsen av en overskytende dose blått lys under LED-belysning. Det er vist at vurderingene av fotobiologisk sikkerhet, utført i samsvar med GOST R IEC 62471-2013, må avklares under hensyntagen til endringen i diametrene til øyets pupill under LED-belysning og den romlige fordelingen av lyset -absorberer blått lys (460 nm) pigment i makulaen på netthinnen.

De metodiske prinsippene for å beregne overskytende dose av blått lys i spekteret av LED-belysning i forhold til sollys presenteres. Det er indikert at i dag i USA og Japan er konseptet med LED-belysning i endring, og det lages LED-lys med hvitt lys som minimerer risikoen for helseskader. Spesielt i USA strekker dette konseptet seg ikke bare til generell belysning, men også til dataskjermer og billykter.

I dag blir LED-belysning introdusert mer og mer i skoler, barnehager og medisinske institusjoner. For å vurdere den fotobiologiske sikkerheten til LED-armaturer, GOST R IEC 62471-2013 “Lamper og lampesystemer. Fotobiologisk sikkerhet ". Den ble utarbeidet av State Unitary Enterprise of the Republic of Mordovia "Scientific Research Institute of Light Sources oppkalt etter A. N. Lodygin "(State Unitary Enterprise of the Republic of Mordovia NIIIS oppkalt etter AN Lodygin") på grunnlag av sin egen autentiske oversettelse til russisk av den internasjonale standarden IEC 62471: 2006 "Photobiological safety of lamps and lamp systems" (IEC 62471: 2006) "Fotobiologisk sikkerhet for lamper og lampesystemer ") og er identisk med den (se klausul 4. GOST R IEC 62471-2013).

En slik overføring av standardimplementeringen antyder at Russland ikke har sin egen profesjonelle skole for fotobiologisk sikkerhet. Vurderingen av fotobiologisk sikkerhet er ekstremt viktig for å ivareta sikkerheten til barn (generasjon) og redusere trusler mot nasjonal sikkerhet.

Sammenlignende analyse av solenergi og kunstig belysning

Vurderingen av den fotobiologiske sikkerheten til en lyskilde er basert på teorien om risiko og en metodikk for å kvantifisere grenseverdiene for eksponering for farlig blått lys på netthinnen. Begrensningsverdiene til indikatorene for fotobiologisk sikkerhet er beregnet for den spesifiserte eksponeringsgrensen for pupilldiameteren på 3 mm (pupillareal på 7 mm2). For disse verdiene av øyepupilldiameteren bestemmes verdiene til funksjonen B (λ) - den vektede spektrale farefunksjonen fra blått lys, hvis maksimum faller på det spektrale strålingsområdet på 435-440 nm.

Teorien om risiko for negative effekter av lys og metodikken for å beregne fotobiologisk sikkerhet ble utviklet på grunnlag av de grunnleggende artiklene til grunnleggeren av fotobiologisk sikkerhet for kunstige lyskilder, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney har i mange år fungert som divisjonssjef ved US Army's Center for Health Promotion and Preventive Medicine og har ledet fotobiologiske sikkerhetsprosjekter. I 2007 fullførte han tjenesten og gikk av med pensjon. Hans forskningsinteresser fokuserer på emner relatert til UV-eksponering for øynene, laserstråling og vevsinteraksjoner, laserfarer og bruk av lasere i medisin og kirurgi. David Sleeney har fungert som medlem, konsulent og styreleder for en rekke kommisjoner og institusjoner som har utviklet sikkerhetsstandarder for beskyttelse mot ikke-ioniserende stråling, spesielt lasere og andre høyintensitets optiske strålingskilder (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP og ICNIRP). Han var medforfatter av The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Fra 2008-2009 fungerte Dr. David Sleeney som president for American Society of Photobiology.

De grunnleggende prinsippene utviklet av David Sleeney ligger til grunn for den moderne metodikken for den fotobiologiske sikkerheten til kunstige lyskilder. Dette metodiske mønsteret overføres automatisk til LED-lyskilder. Det har oppdratt en stor galakse av følgere og studenter som fortsetter å utvide denne metodikken til LED-belysning. I sine skrifter prøver de å rettferdiggjøre og fremme LED-belysning gjennom klassifisering av risiko.

Arbeidet deres støttes av Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia og andre LED-belysningsprodusenter. For tiden involverer feltet for intensiv forskning og analyse av mulighetene (og begrensningene) innen LED-belysning:

• offentlige etater som US Department of Energy, RF Ministry of Energy;

• offentlige organisasjoner som Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) og NP PSS RF;

• de største produsentene Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia og

russiske produsenter Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• samt en rekke forskningsinstitutter, universiteter, laboratorier: Lighting Research Center ved Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), samt NIIIS im. AN Lodygin , VNISI dem. S. I. Vavilov.

Fra synspunktet om å bestemme en overdose av blått lys, er arbeidet "Optisk sikkerhet LED-belysning" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA posisjonspapir optisk sikkerhet LED-belysning_Final_July2011) av interesse. Denne europeiske rapporten sammenligner spektra av sollys med kunstige lyskilder (glødelamper, lysrør og LED-lamper) i samsvar med kravet i EN 62471. Gjennom prismet til det moderne paradigmet for hygienisk vurdering, vurder dataene som presenteres i denne europeiske rapporten for å bestemme den overskytende andelen blått lys i spekteret til den hvite LED-lyskilden. I fig. 1 viser spektralmønsteret til en LED med hvitt lys, som består av en krystall som sender ut blått lys og en gul fosfor som den er belagt med for å produsere hvitt lys.

I fig. 1. Det er også angitt referansepunktene som hygienisten bør være oppmerksom på når han analyserer lysspekteret fra en hvilken som helst kilde. Fra dette synspunktet, vurder spektra av sollys (fig. 2).

Figuren viser at i området for fargetemperatur fra 4000 K til 6500 K, observeres forholdene til "melanopsin-krysset". På energispekteret til lys må amplituden (A) ved 480 nm alltid være større enn amplituden ved 460 nm og 450 nm.

Samtidig er dosen av blått lys 460 nm i spekteret av sollys med en fargetemperatur på 6500 K 40 % høyere enn for sollys med en fargetemperatur på 4000 K.

Effekten av "melanopsin-korset" er tydelig synlig fra en sammenligning av spektrene til glødelamper og LED-lamper med en fargetemperatur på 3000 K (fig. 3).

Den overskytende andelen blått lys i spekteret til LED-spekteret i forhold til andelen blått lys i spekteret til en glødelampe overstiger mer enn 55 %.

Med tanke på ovenstående, la oss sammenligne sollys ved Tc = 6500 K (6500 K er den begrensende fargetemperaturen for netthinnen ifølge David Sleaney, og i henhold til sanitære standarder er den mindre enn 6000 K) med spekteret til en glødelampe Tc = 2700 K og spekteret til en LED-lampe med Tc = 4200 K ved et lysnivå på 500 lux. (fig. 4).

Figuren viser følgende:

- LED-lampe (Tc = 4200 K) har en emisjon på 460 nm mer enn sollys (6500 K);

- i lysspekteret til en LED-lampe (Tc = 4200 K), er dypet ved 480 nm en størrelsesorden (10 ganger) større enn i sollysspekteret (6500 K);

- i lysspekteret til en LED-lampe (Tc = 4200 K), er dypet 480 nm flere ganger større enn i lysspekteret til en glødelampe (Tc = 2700 K).

Det er kjent at under LED-belysning overskrider diameteren til øyets pupill grenseverdiene - 3 mm (areal 7 mm2) i henhold til GOST R IEC 62471-2013 "Lamper og lampesystemer. Fotobiologisk sikkerhet ".

Fra dataene vist i fig. 2 kan man se at dosen av 460 nm blått lys i spekteret av sollys for en fargetemperatur på 4000 K er mye mindre enn dosen av 460 nm blått lys i spekteret av sollys kl. en fargetemperatur på 6500 K.

Av dette følger det at dosen av 460 nm blått lys i spekteret av LED-belysning med en fargetemperatur på 4200 K vil betydelig (med 40%) overstige dosen av 460 nm blått lys i spekteret av sollys med en fargetemperatur på 4000 K ved samme belysningsnivå.

Denne forskjellen mellom doser er den overskytende dosen av blått lys under LED-belysning i forhold til sollys med samme fargetemperatur og et gitt belysningsnivå. Men denne dosen bør suppleres med en dose blått lys fra effekten av utilstrekkelig kontroll av pupillen under LED-lysforhold, tatt i betraktning den ujevne fordelingen av pigmenter som absorberer 460 nm blått lys i volum og areal. Det er en overdreven dose blått lys som fører til en akselerasjon av nedbrytningsprosesser som øker risikoen for tidlig synshemming sammenlignet med sollys, alt annet likt (et gitt belysningsnivå, fargetemperatur og effektivt arbeid av macula retina), etc.)

Fysiologiske trekk ved øyets struktur, som påvirker sikker oppfatning av lys

Netthinnebeskyttelseskretsen ble dannet i sollys. Med spekteret av sollys, er det en tilstrekkelig kontroll av diameteren til øyets pupill for å lukke, noe som fører til en reduksjon i dosen av sollys som når cellene i netthinnen. Diameteren på pupillen hos en voksen varierer fra 1,5 til 8 mm, noe som gir en endring i intensiteten av lyset som faller inn på netthinnen med omtrent 30 ganger.

En reduksjon i diameteren til øyets pupill fører til en reduksjon i området av lysprojeksjonen av bildet, som ikke overstiger området til den "gule flekken" i midten av netthinnen. Beskyttelsen av netthinneceller mot blått lys utføres av makulapigmentet (med et absorpsjonsmaksimum på 460 nm) og dannelsen som har sin egen evolusjonshistorie.

Hos nyfødte er området av makula lys gul i fargen med utydelige konturer.

Fra tre måneders alder vises en makulær refleks og intensiteten til den gule fargen avtar.

Etter ett år er foveolarrefleksen bestemt, senteret blir mørkere.

I en alder av tre til fem år smelter den gulaktige tonen i makulaområdet nesten sammen med den rosa eller røde tonen i det sentrale netthinneområdet.

Makulaområdet hos barn 7-10 år og eldre, som hos voksne, bestemmes av det avaskulære sentrale retinalområdet og lysreflekser. Konseptet med "makulaflekk" oppsto som et resultat av makroskopisk undersøkelse av kadaveriske øyne. På plane preparater av netthinnen er en liten gul flekk synlig. I lang tid var den kjemiske sammensetningen av pigmentet som flekker dette området av netthinnen ukjent.

For tiden har to pigmenter blitt isolert - lutein og luteinisomeren zeaxanthin, som kalles makulært pigment, eller makulært pigment. Nivået av lutein er høyere på steder med høyere konsentrasjon av stenger, nivået av zeaxanthin er høyere på steder med høyere konsentrasjon av kjegler. Lutein og zeaxanthin tilhører karotenoidfamilien, en gruppe naturlige plantepigmenter. Lutein antas å ha to viktige funksjoner: For det første absorberer det blått lys som er skadelig for øynene; for det andre er det en antioksidant, blokkerer og fjerner reaktive oksygenarter dannet under påvirkning av lys. Innholdet av lutein og zeaxanthin i makulaen er ujevnt fordelt over området (maksimalt i sentrum, og flere ganger mindre i kantene), noe som betyr at beskyttelsen mot blått lys (460 nm) er minimal i kantene. Med alderen synker mengden av pigmenter, de syntetiseres ikke i kroppen, de kan bare fås fra mat, så den generelle effektiviteten av beskyttelse mot blått lys i midten av makulaen avhenger av kvaliteten på ernæringen.

Effekten av utilstrekkelig elevkontroll

I fig. 5. er et generelt opplegg for å sammenligne projeksjonene av lysflekken til en halogenlampe (spekteret er nær solspekteret) og en LED-lampe. Med LED-lys er belysningsområdet større enn med en halogenlampe.

Forskjellen i de tildelte belysningsområdene brukes til å beregne en ekstra dose blått lys fra effekten av utilstrekkelig kontroll av pupillen under LED-lysforhold, tatt i betraktning den ujevne fordelingen av pigmenter som absorberer 460 nm blått lys i volum og areal.. Denne kvalitative vurderingen av overskytende andel av blått lys i spekteret av hvite lysdioder kan bli et metodisk grunnlag for kvantitative vurderinger i fremtiden. Selv om det fra dette er klart den tekniske beslutningen om behovet for å fylle gapet i området 480 nm til nivået for eliminering av effekten av "melanopsin-kryss". Denne løsningen ble formalisert i form av et oppfinnersertifikat (LED hvit lyskilde med en kombinert ekstern fotoluminescerende konvektor. Patent nr. 2502917 datert 30.12.2011.). Dette sikrer Russlands prioritet når det gjelder å lage hvite LED-lyskilder med et biologisk tilstrekkelig spektrum.

Dessverre ønsker ikke ekspertene fra den russiske føderasjonens industri- og handelsdepartementet denne retningen velkommen, noe som er grunnen til ikke å finansiere arbeid i denne retningen, som ikke bare gjelder generell belysning (skoler, fødesykehus, etc.), men også bakgrunnsbelysningen av skjermer og billykter.

Med LED-belysning oppstår utilstrekkelig kontroll av diameteren til øyets pupill, noe som skaper forhold for å oppnå en overflødig dose blått lys, noe som negativt påvirker cellene i netthinnen (ganglionceller) og dens kar. Den negative effekten av en overskytende dose blått lys på disse strukturene ble bekreftet av arbeidene til Institute of Biochemical Physics. N. M. Emanuel RAS og FANO.

De ovenfor identifiserte effektene av utilstrekkelig kontroll av øyepupillens diameter gjelder for lysrør og energisparende lamper (fig. 6). Samtidig er det en økt andel UV-lys ved 435 nm ("Optical safety of LED lighting" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA posisjonspapir optisk sikkerhet LED-belysning_Final_July2011)).

I løpet av eksperimenter og målinger utført i amerikanske skoler, så vel som i russiske skoler (Research Institute of Hygiene and Health Protection of Children and Adolescents, SCCH RAMS), ble det funnet at med en reduksjon i den korrelerte fargetemperaturen til kunstig lyskilder, øker diameteren på øyets pupill, noe som skaper forutsetninger for en negativ eksponering for blått lys på celler og blodårer i netthinnen. Med en økning i den korrelerte fargetemperaturen til kunstige lyskilder, reduseres diameteren til øyets pupill, men når ikke verdiene til pupillens diameter i sollys.

En for høy dose UV-blått lys fører til en akselerasjon av nedbrytningsprosesser som øker risikoen for tidlig synshemming sammenlignet med sollys, alt annet likt.

En økt dose blått i spekteret av LED-belysning påvirker menneskers helse og funksjonen til den visuelle analysatoren, noe som øker risikoen for funksjonshemming i syn og helse i yrkesaktiv alder.

Konseptet med å lage halvlederlyskilder med biologisk tilstrekkelig lys

I motsetning til konservatismen til eksperter fra den russiske føderasjonens industri- og handelsdepartementet og Skolkovo Innovation Center, får konseptet med å lage hvite halvledere lyskilder med biologisk adekvat lys dyrket av forfatterne av artikkelen en støtte over hele verden. verden. For eksempel, i Japan har Toshiba Material Co., LTD laget lysdioder ved hjelp av TRI-R-teknologi (fig. 7).

En slik kombinasjon av fiolette krystaller og fosfor gjør det mulig å syntetisere lysdioder med spektre nær spekteret av sollys med forskjellige fargetemperaturer, og å eliminere de ovennevnte manglene i LED-spekteret (blå krystall belagt med gul fosfor).

I fig. åtte.presenterer en sammenligning av spekteret av sollys (TK = 6500 K) med spektrene til lysdioder som bruker TRI-R teknologi og teknologi (blå krystall belagt med gul fosfor).

Fra analysen av dataene som presenteres, kan det sees at i det hvite lysspekteret til LED som bruker TRI-R-teknologien, elimineres gapet ved 480 nm og det er ingen overskytende blå dose.

Så å utføre forskning for å identifisere mekanismene for effekten av lys fra et visst spektrum på menneskers helse er en statlig oppgave. Å ignorere disse mekanismene fører til milliarder av dollar i kostnader.

konklusjoner

Sanitærreglene registrerer normer fra belysningstekniske normative dokumenter, ved å oversette europeiske standarder. Disse standardene er dannet av spesialister som ikke alltid er uavhengige og utfører sin egen nasjonale tekniske politikk (nasjonal virksomhet), som ofte ikke sammenfaller med Russlands nasjonale tekniske politikk.

Med LED-belysning oppstår utilstrekkelig kontroll av øyepupillens diameter, noe som sår tvil om riktigheten av fotobiologiske vurderinger i henhold til GOST R IEC 62471-2013.

Staten finansierer ikke avansert forskning på teknologiens innvirkning på menneskers helse, og derfor er hygienister tvunget til å tilpasse normene og kravene til teknologiene som fremmes av overføringsteknologivirksomheten.

Tekniske løsninger for utvikling av LED-lamper og PC-skjermer bør ta hensyn til å sikre sikkerhet for øyne og menneskers helse, ta tiltak for å eliminere effekten av "melanopsin-krysset", som oppstår for alle eksisterende energisparende lyskilder og bakgrunnsbelysning informasjonsvisningsenheter.

Under LED-belysning med hvite LED-er (blå krystall og gul fosfor), som har et gap i spekteret ved 480 nm, er det mangelfull kontroll av øyepupillens diameter.

For fødeinstitusjoner, barneinstitusjoner og skoler bør lamper med et biologisk tilstrekkelig lysspekter, som tar hensyn til egenskapene til barnas syn, utvikles og gjennomgå obligatorisk hygienisk sertifisering.

Konklusjoner kort fra redaktøren:

1. Lysdioder avgir veldig sterkt i blått og nær UV-områder og veldig svakt i blått.

2. Øyet "måler" lysstyrken for å begrense pupillen med nivået av ikke blå, men blå farge, som praktisk talt er fraværende i spekteret til en hvit LED, derfor "tror" øyet at det er mørkt og åpner pupillen bredere, noe som fører til at netthinnen får mange ganger mer lys (blått og UV) enn når det opplyses av solen, og dette lyset "brenner ut" de lysfølsomme cellene i øyet.

3. I dette tilfellet fører et overskudd av blått lys i øyet til en forringelse av bildets klarhet. et bilde med en glorie dannes på netthinnen.

4. Barns øye er omtrent en størrelsesorden mer gjennomsiktig for blått enn hos eldre, derfor er prosessen med å "brenne ut" hos barn mange ganger mer intens.

5. Og ikke glem at LED er ikke bare belysning, men nå nesten alle skjermer.

Hvis vi gir ett bilde til, er øyeskader fra lysdioder beslektet med blindhet i fjellet, som oppstår fra refleksjon av UV fra snø og er farligere bare i overskyet vær.

Spørsmålet oppstår, hva de skal gjøre for de som allerede har LED-belysning, som vanlig, fra LED-er av ukjent opprinnelse?

To alternativer kommer til tankene:

1. Legg til ekstra blått lys (480nm) belysning.

2. Sett et gult filter på lampene.

Jeg liker det første alternativet mer, fordi det er på salg blå (lyseblå) LED-strips med 475nm stråling. Hvordan kan du sjekke hva som er den faktiske bølgelengden?

Det andre alternativet vil "spise" en del av lyset og lampen vil bli dimmere, og dessuten er det også ukjent hvilken del av det blå vi vil fjerne.