Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и подростков
Д-р биол. наук П.П. Зак1, проф., ведущий научный сотрудник ФГБУН «Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН» и старший научный сотрудник ФГБУН «МНТК микрохирургия глаза им. С.Н. Федорова» Росмедтехнологии»;
Д-р биол. наук М.А. Островский2, проф., академик РАН, зав. отделом фотохимии и фотобиологии ФГБУН «Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН», зав. лабораторией молекулярной физиологии ФГБУН «МНТК микрохирургия глаза им. С.Н. Федорова Росмедтехнологии» и зав. кафедрой молекулярной физиологии биофака МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва
1Проф. Зак Павел Павлович - лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники 2006 г. за «Научное обоснование, разработку и внедрение в офтальмологическую практику искусственных хрусталиков с естественной окраской». Основные направления научной деятельности: экспериментальное моделирование старения сетчатки глаза под действием света и разработка полимерных светофильтрующих материалов для защиты глаз. Основатель научно-медицинского направления «Спектральная коррекция зрения»
2Проф. Островский Михаил Аркадьевич - лауреат Премии Правительства РФ в области образования 2005 г. за учебник «Физиология человека». Лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники 2006 г. за «Научное обоснование, разработку и внедрение в офтальмологическую практику искусственных хрусталиков с естественной окраской». Президент Российского общества физиологов им. И.П. Павлова. Основатель отечественной научной школы по исследованию молекулярных механизмов зрения в норме и при патологии.
Современные белые светодиоды (СД) имеют выраженную полосу излучения в сине-голубой полосе 440-460 нм, полностью приходящуюся на спектр действия фотохимического повреждения сетчатки глаза и ее пигментного эпителия. Такое излучение представляет повышенную опасность для глаз детей и подростков, так как их хрусталики вдвое прозрачнее в сине-голубой области, чем глаза взрослых людей.
Фотохимическое повреждение сетчатки развивается в отдаленные сроки и вызывает постепенные необратимые нарушения зрения. Использование светильников с СД в детских учреждениях РФ может иметь непредсказуемые негативные и необратимые последствия для детского зрения и требует серьезного профессионального офтальмо-физиологического обоснования.
Публикация данной статьи вызвана испытаниям и светильников с СД в школах Москвы (московская школа № 1666 «Феникс» ЦАО), проводимыми ФГБУН «Научный центр здоровья детей» РАМН» по заказу ЗАО «Оптоган» и подготовкой документации в «Роспотребнадзор» на использование освещения светодиодами (ОССД) в детских учреждениях РФ (рабочее совещание в «НЦЗД» РАМН» от 03.05.2012).
В настоящее время практически все белые СД, выпускаемые самым и разным и компаниями, имеют повышенное излучение в наиболее опасной для глаза спектральной полосе 440-460 нм. Соответствующие примеры приведены на рис. 1.
Рис. 1. Относительные спектры излучения белых светодиодов
Рис. 1. Относительные спектры излучения белых светодиодов ЗАО «Оптоган» [1]
и соответствующие значения коррелированной цветовой температуры
Вопрос об опасности избыточного сине-голубого излучения остро встал в первой половине XX века в результате многочисленных световых ожогов сетчатки глаз морских летчиков США. В середине 1970-х группой физиологов в экспериментах на обезьянах [2] было показано, что различимые пороги светового повреждения сетчатки в голубой области спектра (440-460 нм) в 50-100 раз ниже, чем для света основного зрительного диапазона 500-700 нм (рис. 2). В дальнейшем этой же научной группой были получены многочисленные экспериментальные данные, которые легли в расчетную основу светогигиенических стандартов. При этом в экспериментах использовались малые длительности световой экспозиции, до 1000 с, не сопоставимые с длительностью повседневного освещения. Реальные дозы повреждения человеческой сетчатки светом сине-голубого диапазона могут оказаться близкими к полученным в экспериментах на крысах-альбиносах [3]: 3-часовое освещение при энергетической освещенности 0,64 Вт/м2 в спектральной полосе 400-480 нм спустя 1-2 дня приводит к массовой, хотя и частично обратимой, гибели фоторецепторных клеток сетчатки. Другим и словам и, было показано, что даже слабый свет фиолетово-сине-голубого диапазона потенциально опасен для зрения человека.
Повреждение сетчатки коротковолновым видимым излучением - медленная фотохимическая цепная реакция, результаты которой постепенно накапливаются в течение всей жизни. Одним из действующих начал фотохимического повреждения является липо
фусцин [4] - фототоксичный пигмент старости, который из-за избирательного поглощения света (рис. 2) в полосе 440-460 нм генерирует свободные радикалы, отравляющие пигментный эпителий сетчатки. Токсичные гранулы липофусцина постоянно и необратимо накапливаются в клетках пигментного эпителия сетчатки и являются одной из основных причин ее возрастных заболеваний. Накопление липофусцина зависит от интегральной световой нагрузки на глаза, и уже к 10-20-летнему возрасту количество липофусциновых гранул, ответственных за степень фотоповреждения, достигает половинного значения от накапливаемого в течение всей человеческой жизни [5].
Рис. 2. Спектр действия фотоповреждения сетчатки обезьяны макака
Рис. 2. Спектр действия фотоповреждения сетчатки обезьяны макака - резус при длительности световой
экспозиции 1000 с [2] (синяя линия) и относительный спектр поглощения фототоксичного пигмента старости липофусцина [4]
Множественная совокупность биологических и медицинских данных свидетельствует о том, что фототоксичные эффекты сине-голубого света являются кумулятивным и приводят к медленному необратимому падению зрительных функций. К настоящему моменту в мировой литературе накопилось до 1000 офтальмологических публикаций о конкретных механизмах этой «сине-голубой» опасности, подтверждающих ее серьезность в провоцировании необратимых возрастных потерь зрения. В качестве образца такой публикации можно сослаться на статью [6] по детской офтальмологии.
Одним из естественных защитных устройств глаза от «сине-голубой» опасности является хрусталик, ослабляющий свет в сине-голубой области спектра и этим снижающий степень фотоповреждения сетчатки. Существенно, что хрусталики детей практически вдвое прозрачнее в сине-голубой области спектра, чем хрусталики взрослых людей (рис. 3). Соответственно, риск фотоповреждения детских глаз минимум вдвое выше, чем глаз взрослых людей, хотя реальная опасность сине-голубой части излучения СД для детских глаз может быть оценена только дополнительными исследованиями. При этом можно заметить, что хрусталики глаз детей так же прозрачны для сине-голубого света, как оптические среды глаз крыс-альбиносов, использованных в работе [3].
К сожалению, отечественные специалисты, продвигающие и внедряющие ОССД, похоже, не ориентируются в медико-биологической литературе, появившейся в последние десятилетия и еще не вошедшей в технические справочники. В свою очередь, авторы данной небольшой статьи не в состоянии в ней дать хотя бы популярное представление об опасности необратимых отдаленных негативных последствий ОССД для глаз детей. С дополнительными сведениями по этим проблемам можно частично ознакомиться в наших русскоязычных обзорах [8, 9].(оранжевая линия)
Рис. 3. Среднестатистические спектральные и возрастные зависимости коэффициента пропускания Т хрусталиков глаз людей
Рис. 3. Среднестатистические спектральные и возрастные зависимости коэффициента пропускания Т хрусталиков глаз людей [7]: а - хрусталики (5-15)-летних (1) и (45-55)-летних (2) людей. Вертикальная метка акцентирует
разницу в пропускании между хрусталиками очень молодых и взрослых людей; б - возрастная зависимость
коэффициента пропускания хрусталиков на длине волны 440 нм. Звездочками обозначены результаты
индивидуальных измерений значений Т
Из белых СД наименее опасными для зрения представляются СД с коррелированной цветовой температурой Тц не выше 4000 К, у которых уровень излучения в сине-голубой части спектра не больше, чем в желто-оранжевой. Поэтому белые СД с Тц порядка 6500 К уже вызывают опасения.
Высокие Тц светильников с СД принципиально можно снижать с помощью соответствующих цветных светофильтров до 2700-4000 К. В качестве таких светофильтров могут выступать соответствующим образом объемно окрашенные светорассеиватели светильников или же линзовые части СД, изготовляемые по тем же технологиям, что и используемые в производстве полимерных солнцезащитных очков и, отчасти, искусственных хрусталиков глаз [10, 11]. Применение такой спектральной коррекции не может давать заметных световых потерь, так как «вес» сине-голубой части спектра излучения в функции V(λ) незначителен. С физиологической точки зрения центральная зона сетчатки, ответственная за остроту зрения и работу при чтении, вообще не нуждается в участии сине-голубой составляющей в освещении [8], так как сформирована без участия синечувствительных колбочек и является сине-слепой [12]. По расчетам, применение указанных корригирующих светофильтров практически не влияет на индекс цветопередачи Ra белых СД. Собственно, наши предложения по возможному применению таких светофильтров сводятся к приближению белых СД по относительному спектру излучения к ЛН, которые в этом смысле не так уж плохи и на которые за сто с лишним лет применения не было никаких нареканий со стороны офтальмологов.
Заключение
В целом, по нашему мнению, в настоящий момент использование светильников с СД в детских учреждениях может иметь абсолютно непредсказуемые негативные последствия. Поэтому мы будем настаивать на проведении предварительных исследований по оценке безопасности белых СД для глаз детей и подростков с участием профильных специалистов в области физиологии зрения и детской офтальмологии.
http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=333
