В.А. Капцов,
ФГУП ВНИИ железнодорожной гигиены Роспотребнадзора
E-mail: kapcovva39@mail.ru
(г. Москва)
В.Н. Дейнего,
ЗАО « ЭЛТАН»
В.Н. Уласюк,
генеральный директор ЗАО "ЭЛТАН"
(г. Фрязино Московской обл.)
Н.П.Сощин, кандидат хим. наук,
Начальник лаборатории ФГУП «НИИ «Платан»
(г. Фрязино Московской обл.)
Реферат
Рост числа устройств отображения информации и массовое применение энергосберегающих источников света индуцирует рост глазных болезней. Эти источники света объединяет общий паттерн их спектра света с выбросами синего (в области 450 или 460 нм) и провал в области 480 нм. Для снижения негативного воздействия уменьшают дозу синего света, но с гигиенической точки зрения и механизмов развития глазных болезней провал в области 480 нм важно довести до оптимального уровня. Синий свет этой длины волны эффективно управляет диаметром зрачка глаза, и осознание этого факта приведёт в ближайшее время к кардинальному изменению — появятся экраны и мониторы с подсветкой биологически адекватным спектром света.
Ключевые слова: охрана труда операторов, мониторы, подсветка мониторов, зрачок глаза, миопия.
Hygienic safety of information display devices
V. A. Kaptsov FSUE All-Russian Research Institute of Railway Hygiene of Rospotrebnadzor, Moscow
V. N. Daignego CJSC “ELTAN”
V. N. Ulasyuk General Director of CJSC “ELTAN”, Fryazino, Moscow Region
N. P. Soschin Cand. of Sci. (Chem.), Head of Laboratory of FSUE “SRI “Platan”, Fryazino, Moscow Region
Abstract: The growth in the number of information display devices and the massive use of energy-saving light sources induces the growth of eye diseases. To reduce the level of negative impact on the eyes and human health specialists are trying to reduce the dose of blue light in the spectrum of information display devices. A sufficient safety condition will be to eliminate the dip in the spectrum of light in the region of 480 nm to the optimum level to ensure qualitative vision. In the near future, this will lead to a drastic change in the security of display devices.
Keywords: labour protection of operators; monitor lighting; myopia; monitors; eye pupil.
Борьба с производственным травматизмом начинается с анализа причин его возникновения — технических и организационных. Первое проявляется в большинстве случаев как результат конструктивных недостатков оборудования (в частности, подсветки мониторов или экранов), недостатки освещения (уровня освещённости и спектрального состава света), неисправности защитных средств (например, фильтров по коррекции спектра света).
Финансовое бремя ответственности за инвалидность по зрению возложено на государство. В 1990 году затраты на лечение близорукости были оценены в США в 4,8 млрд долларов, а всего через пять лет экономические издержки от зрительных расстройств и инвалидности составили уже 38,4 млрд [1, 2].
Психологические причины появления опасной ситуации на производстве можно разделить на три типа, и к одной из них относится нарушение исполнительской дисциплины — неследование правилам инструкции и техники безопасности из-за различных психофизиологических особенностей человека (плохая координация движения, низкое зрение) [3].
Большая армия трудоспособного населения пользуется устройствами отображения информации и компьютерами, и обеспечение безопасности зрения является при этом важной задачей, ведь поражение глаз от светового излучения может иметь даже последствия, приводящие к слепоте. Из-за отсутствия доступных данных отечественной статистики о заболеваемости органов зрения обратимся к зарубежным источникам [4, 5].
Б. Фридан [5] заметила однажды, что «старение — это не потерянная молодость, а новый этап возможностей и силы», и пожилые люди могут рассчитывать сегодня на более продолжительную и здоровую жизнь. При этом роль зрительного анализатора переоценить трудно и следует признать, что потеря зрения является и будет оставаться частью жизни пожилого человека. Но это не должно означать конец «возможностей и силы». В мае 2014 г. председательствовавший на заседании Координационного совета по реализации Национальной стратегии действий в интересах детей на 2012–2017 годы В. В. Путин отметил:
1. Не секрет, что от успешного решения этих проблем (охрана и укрепление здоровья подростков) во многом зависит будущее нашей страны, её экономическое, социальное и демографическое благополучие… и самое главное — физическое и нравственное здоровье наших граждан, всего общества.
2. Здоровье подростков определяется множеством факторов — это атмосфера в семье и школе, доступность медицины и качество питания, условия для занятия спортом.
3. Здоровье детей — забота не только органов здравоохранения. Эти вопросы требуют комплексного, межведомственного подхода и решения, причём на всех уровнях…
Гигиенисты отмечают, что жизнь и формирование здоровья человека происходит в пересекающихся средах: в загрязнённой внешней и рыночно-социальной среде; в информационной и световой среде искусственных источников света. В развитие этой темы выступающие отметили следующее:
— ухудшение состояния здоровья подростков влияет на уровень их годности к военной службе. Так, в 2013 году у 59% освидетельствованных были выявлены заболевания, а до 30% юношей были признаны негодными к службе;
— Федеральный центр психического здоровья указывает на то, что 6% наших подростков имеют психическую и социальную дезадаптацию с перспективой психосоматических поражений вследствие компьютерной и виртуальной зависимости. Но проблемам зрения при этом не было дано должного освещения, хотя не секрет, что появление и развитие глазных болезней чаще всего случается именно в искусственной световой среде. Во многих публикациях утверждается, что главной причиной развития миопии выступает наследственность, но современные темпы роста заболевания говорят об обратном. Исследования, проведённые в Южной Корее, показали: до 96,5% мужчин призывного возраста страдают миопией [6].
Очевидно, школьная миопия формируется в течение ряда лет, и справедливо высказывание П. К. Анохина (1978 г.): «…Система создаётся тем, что изо дня в день повторяется стереотипный порядок одних и тех же условных раздражителей…» Раздражителем для глаз является световая среда со своим спектром света и уровнями освещённости. В световой среде с солнечным светом уровень миопии — 0,8%, а в среде с энергосберегающим светом он достигает 75% на Тайване, 65–90% в Сингапуре и 25–43% в США.
Конечно же, укрепить здоровье подростков и остановить рост миопии позволяют занятия спортом на свежем воздухе, но при этом световая среда, в которой они проводят большую часть своего времени, не меняется. Так, по официальной статистике в США:
— 94% семей с детьми имеют дома компьютер;
— время, занятое видеоиграми и компьютерными развлечениями в возрасте от 8 до 18 лет, увеличилось с 6,19 до 7,38 часа ежедневно за период с 1999 по 2009 годы;
— в 2009 году почти каждый третий в этом возрасте имел свой портативный компьютер, а в старших классах на контакт с мобильными телефонами тратилось более 90 минут в день.
Педиатры и глазные врачи уверены: всё это провоцирует раннюю близорукость. Исследование, проведённое Национальным институтом глаз и опубликованное в журнале Archives of Ophthalmology за 2009 год, показало, что распространённость близорукости среди американцев выросла за последние 30 лет более чем на 66%, а среди лиц старше 12 лет достигает 59,8%. Негативная тенденция с болезнями зрительного анализатора есть и в России. Профессор В. Р. Кучма отметил: «Частота функциональных расстройств (спазм аккомодации и миопия слабой степени) среди школьников возросла почти вдвое — с 21,9 до 40,6%, а хроническая патология зрения — более чем в 13 раз, с 11 до 15,2%. У 75% детей зрение
падает на 0,5–1,0 диоптрии лишь за один учебный год…» [7].
В статьях [8–10] показано, что современные энергосберегающие источники света и подсветка мониторов имеют значительные дозы синего, и авторы исследований отмечают, что это будет способствовать разным уровням бликов на сетчатке в зависимости от размера зрачка, расстояния от глаза до предмета наблюдения и рассеивания внутри глаза.
1. Глаз плохо блокирует синий свет. Передние структуры глаза у взрослого человека (роговица и хрусталик) уверенно блокируют УФ-лучи от попадания их на светочувствительную сетчатку в задней части глазного яблока. Фактически менее процента УФ-излучения Солнца достигает сетчатки, даже если вы без солнцезащитных очков. С другой стороны, практически весь синий свет проходит через роговицу и линзу, достигая сетчатки.
2. Синий свет может увеличить риск дегенерации жёлтого пятна. Тот факт, что он полностью проникает в сетчатку (внутренняя подкладка задней части глаза), важен, поскольку лабораторные исследования показали: чрезмерная активность синего света может повредить светочувствительные клетки с изменениями, напоминающими дегенерацию жёлтого пятна c угрозой потери зрения.
Хотя подобные опасения требуют дополнительных исследований, учёных тревожит, что добавление синего света с экранов компьютеров, смартфонов и т. п. может увеличить риск дегенерации жёлтого пятна в зрелом и старческом возрасте [10].
3. Синий свет способствует растяжению глаз. Поскольку коротковолновый свет высокой энергии рассеивается легче другого, он не так сфокусирован. Так, при работе с дисплеем этот несфокусированный визуальный «шум» уменьшает контраст и способствует напряжению глаз. Исследования показали, что линзы, блокирующие синий свет с длиной волны менее 450 нм (сине-фиолетовый), значительно повышают контрастность, вот почему компьютерные очки с жёлтыми тонированными линзами повышают комфорт при работе с цифровыми устройствами.
Расфокусировка изображения в оптометрии, согласно принципу Голстранда, характеризуется диаметром диска размытости [11], который определяется по формуле:
b°= 0,057pmm D,
где b° — диаметр диска размытости в градусах; pmm — диаметр
зрачка в мм; D — расфокусировка в диоптриях.
Из этой формулы следует, что неадекватное управление диаметром зрачка на закрытие влияет на диаметр диска размытия. В работе [11] говорится: когда по какой-либо причине глаз дефокусируется, диаметр диска размытости может быть использован в качестве первого признака для оценки остроты зрения. Более точная оценка возможна при использовании физической оптики, которая принимает во внимание дифракционные эффекты [12, 13]. На начальный уровень диаметра диска размытости влияет расфокусировка в диоптриях, которая функционально связана с удлинением оси глаза: удлинение на 1 мм влечёт усиление близорукости на 0,33 мм на одну диоптрию, а при аккомодации в одну диоптрию зрачок сужается на 0,18 мм. Малые изменения в геометрии приводят к начальной миопии, дисгармонизации работы мышц и перераспределению потоков водянистой влаги, что создаёт в функциональной структуре глаза дополнительные внутренние напряжения, компенсируемые очками или линзами.
Для обеспечения энергосбережения устройств отображения информации (мониторов, гаджетов) разработчики применяют светодиоды с высокой — более 6500 К — цветовой температурой. По дозе синего света это сопоставимо с его дозой в солнечном спектре с цветовой температурой более 8000 К.
Учитывая вышесказанное, разработчики стали широко применять фильтры для блокировки синего света (см. рис.), что позволило снизить дозу синего при подсветке мониторов, но при этом сохраняется провал в области 480 нм. Это значит, что зрачок глаза закрыт недостаточно и не удерживается в закрытом состоянии для обеспечения качественного изображения на сетчатке зрительного анализатора. Высокая энергия света от экранов вызывает необратимое повреждение сетчатки, и миллионы детей, которые проводят большую часть свободного времени в обществе компьютера и мобильного телефона, в будущем могут полностью лишиться зрения. К такому выводу позволил прийти и эксперимент с крысами, у которых после трёх месяцев перед экранами и без светофильтров была зафиксирована гибель 23% сетчатки. Учёные из университета Комплутенсе в Мадриде уверены, что в скором времени человечество ожидает эпидемия слепоты.
Особенно сильно на человека воздействуют ярко-голубые источники, в том числе и голубовато-белый свет. «Зрачковый рефлекс находится в синей части спектра. От синего приходит самый сильный сигнал к мышцам в радужной оболочке глаза, чтобы закрыть зрачок», — говорит доктор David H. Sliney, эксперт армии США по эффектам светодиодов и лазеров. В [14] отмечено, что для защиты глаз важна роль ганглиозных клеток, которые могут удержать зрачок маленьким, в то время как палочки и колбочки могут лишь кратковременно сужать зрачок. Из этого состояния он возвращается в большую сторону в течение 10 секунд. Доктором отмечено, что размер зрачка на улице равен примерно 2 мм и поддерживается фоточувствительными ганглиозными клетками, а верхним веком защищается расположенная ниже часть сетчатки [15]. При этом стоит отметить, что диапазон синей опасности в настоящее время разбивается на поддиапазоны. Ганглиозные клетки при воздействии света 460 нм управляют гормональной системой человека.
Избыточная доза синего 430–455 нм поражает клетки сетчатки, а ганглиозные клетки с отдельным типом меланопсина управляют диаметром зрачка и удерживают его в закрытом состоянии при воздействии достаточной дозы синего света 480 нм. Всё это мы рассматриваем как меланопсиновый эффект удержания зрачка при его сужении в световой среде, из чего следует, что для эффективного его поддержания в этом состоянии в спектре света световой среды должна присутствовать необходимая доза
синего света 480 нм. Именно таков уровень дозы у солнечного света, а все искусственные источники имеют в спектре провал в этой области [10, 16]. Все специалисты стремятся снизить интегральную дозу синего света в спектре устройств отображения информации. Но с гигиенической точки зрения и механизмов развития глазных болезней очень важно в спектре современных источников света заполнить провал в области 480 нм. Синий свет с этой длиной волны эффективно управляет диаметром зрачка на его сужение и удержание; в этом случае диаметр зрачка глаза улучшает качество зрения, ограничивая мощность светового потока и создавая условия для эффективной работы жёлтого пятна и клеток сетчатки. В России уже есть технология по созданию энергосберегающих источников света с биологически адекватным спектром. Спектральная гармонизация световой среды обитания человека приведёт к снижению рисков заболевания зрительного анализатора и станет одной из основ безопасной трудовой деятельности [17].
Выводы
1. Обеспечение безопасности труда при работе с устройствами отображения информации является государственной задачей.
2. Здоровье подростков в современных условиях становится областью профессиональных интересов специалистов по безопасности и охране труда, т. к. ухудшение зрения может увеличить в будущем риски профессионального травматизма.
3. При синтезе спектров подсветки в устройствах отображения информации и энергосберегающем освещении следует обеспечить необходимые условия, которые были бы достаточны для поддержания качественного зрения и исключали бы негативное влияние как на зрительный анализатор, так и на гормональную систему человека.
Литература:
1.Ellwein, L. Personal communication. Bethesda, MD: NIH, NEI, 1998
2.Ху, Т. Экономические издержки нарушения зрения и инвалидов, специальный доклад Национального института глаза (ЯЭУ), Национального института здоровья (NIH), США, 1981.
3.Чулков Н. А. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 180 с.
4.Research Navigator: Age is Just a Number Stats about Seniors with Vision Loss published February 25, 2016
5.Vision Problems in the U.S.: Prevalence of Adult Vision Impairment and Age-Related Eye Disease in America, Fifth Edition. Prevent Blindness America, 2012. Available at: www.preventblindness.org/visionproblems. Accessed: December 2013.
6. Su-Kyung Jung, Jin Hae Lee, Hirohiko Kakizaki, and Donghyun Jee Prevalence of Myopia and its Association with Body Stature and Educational Level in 19-Year-Old Male Conscripts in Seoul, South Korea. IOVS, August 2012, Vol. 53,
7.Интервью с доктором медицинских наук, профессором, членом-корреспондентом РАН, заместителем директора по научной работе ФГАУ «Научный центр здоровья детей» («НЦЗД») Минздрава России, директором НИИ гигиены и охраны здоровья детей и подростков ФГАУ «НЦЗД», заведующим кафедрой гигиены детей и подростков Первого МГМУ им. И. М. Сеченова Владиславом Ремировичем Кучмой. Ж.Санитарный врач № 2 / 2017
8.Капцов В.А., Дейнего В.Н Светодиодное освещение – вред здоровью или польза энергосбережению? Спор американских ассоциаций Ж. Энергосовет № 3 (45) 2016 г
9.Капцов В.А., Дейнего В.Н Синий свет светодиодов - новая гигиеническая проблема Ж.Анализ риска здоровью № 1 (13) / 2016
10.В.Н. Дейнего, Л.И. Балашевич, О.В. Светлова, Ф.Н. Макаров, М.Г. Гусева, И.Н. Профилактика глазных заболеваний у детей и подростков в учебных помещениях со светодиодными источниками света первого поколения Ж. Российская детская офтальмология № 2, 2016. С. 57-73
11. Strasburger H , Bach M , Heinrich S. Blur Unblurred –a Mini-Tutorial (ECVP 2016). http://hans-strasburger.userweb.mwn.de/reprints_b.html
12. Ayeswarya Ravikumar, Edwin J. Sarver, and Raymond A. Applegate Change in visual acuity is highly correlated with change in six image quality metrics independent of wavefront error and/or pupil diameter J Vis. 2012; 12(10):
13 . Smith G. Angular diameter of defocus blur discs. Am J Optom Physiol Opt. 1982 Nov;59(11):885-9.
14.Обеспечение безопасности при светодиодном освещении http://www.electronicsweekly.com/news/products/led/ensuring-safety-in-led-lighting-2012-11/
15.David H. Sliney Влияние новых светотехнических приборов на здоровье и безопасность людей ≪СВЕТОТЕХНИКА≫, 2010, № 3 с 49-50
16.ДейнегоВ.Н., КапцовВ.А. Свет энергосберегающих и светодиодных ламп и здоровье человека. Гигиена и санитария. 2013. №6 .С. 81-84.
17. Капцов В.А., Дейнего В.Н. Светодиодное освещение объектов метрополитена. Ж. Безопасность и охрана труда №4, 2016. С.63-65.