Некачественное освещение в учебных заведениях - фактор риска возникновения заболеваний органов зрения у детей и подростков, например, миопии. В современных условиях для организации освещения вполне доступно применение светодиодных ИС. Представленная работа описывает проведение сравнительной гигиенической оценки воздействия на функциональное состояние организма, а также состояние зрения учащихся 4-11 классов в результате воздействия на него световых потоков люминесцентных и светодиодных лампа.

В результате проведенных исследований неопровержимо установлено более благотворное воздействие на зрительный аппарат и организм школьников светодиодных ИС при сравнении с люминесцентными лампами.

Если гигиенические требования не соответствуют требованиям, то интенсификация образовательного процесса приводит к ухудшению здоровья школьников в течение времени учебы. Ко времени окончания школы у многих учащихся проявляются явные функциональные нарушения сердечнососудистой системы (ССС), а также центральной нервной системы. Показатели физического развития ухудшаются, обостряются хронические заболевания, растет общая заболеваемость, а адаптивные возможности уменьшаются.

Освещение учебных классов – важнейших фактор создания внутришкольной среды. Ведь зрение, это самый важный анализатор получаемой информации на школьном уроке.

Для создания оптимальной световой среды в учебных заведениях идет поиск инновационных решений по проектированию ОУ местного и общего освещения, которые в состоянии обеспечить хороший уровень общего состояния организма и зрения школьников и подростков.

Техническая сторона организации светодиодного освещения в школьных классах с установкой светодиодных ИС не вызывает проблем. Кроме экономии электроэнергии светодиодным ИС свойственны полезные качества подтвержденные результатами собственных исследований.

Нетрудно предположить, что ОУ с установленными светодиодными ИС оказывают благотворное влияние на зрение школьников, обеспечивают высокую работоспособность и уменьшают степень утомления во время учебы.

Главная задача этого исследования – сравнительный анализ воздействия люминесцентного освещения (ОС ЛЛ) и освещения светодиодными ИС (ОС СД) классов на изменение общего функционального состояния всех систем организма детей, а также состояния зрения у учащихся школ во всем возрастном диапазоне в течение процесса обучения.

При проведении сравнительной оценки соблюдались нормативные требования к уровню освещения – 400 лк с коэффициентом пульсаций до 10% и уровнем дискомфорта до 15 у.е. Уровень освещения поддерживался одинаковым при освещении ЛЛ и светодиодными ИС, Величина коррелированной цветовой температуры, сокращенно (ККТ) составляла 4500 К для обоих вариантов освещения.

Следует учесть, что светораспределение у различных типов светильников никогда не было одинаковым. Для исследований были созданы естественные условия на базе Центра образования «Знание». В испытаниях участвовали 370 учеников из 16 классов. Получены выходные данные в объеме превышающем 10 000. В состав исследовательского коллектива вошли опытные педиатры, офтальмологи, гигиенисты, а также врачи, специализирующиеся на клинической диагностике.

В процессе исследований изучалось влияние устаревших люминесцентных и светодиодных ИС на ход учебного процесса. Производилась оценка изменения функционального состояния организма школьников, которые подвергаются самой большой нагрузке в процессе обучения. В процессе испытаний был применен комплекс методов исследования – гигиенических и психофизиологических. С помощью этих методов производилась комплексная оценка реального функционального состояния организма исследуемых школьников, а также диагностика состояния зрения. Опытные офтальмологи-педиатры с помощью скрининговых тестов проводили диагностику зрения учеников – остроту зрения, значение клинической рефракции и аккомодации. Полученные результаты были обработаны статистическими методами и обобщены.

Учащиеся начальных классов весь учебный день занимаются в одном кабинете, который закреплен за классом оборудованным светодиодными ИС. В отличие от них ученики 5-11 классов обучались при освещении ОС СД только на отдельных уроках, например в кабинете информатики.

В процессе испытаний измерялось артериальное давление (САД), величина диастолическое артериальное давление (ДАД), а также специальный индекс – «двойное произведение» (аббревиатура ИДП). 

Величина ИДП – основной показатель для комплексной оценки соматического (физического) здоровья испытуемых. Он рекомендуется для применения в качестве оптимального критерия оценки состояния организма школьников при профилактических медицинских осмотрах. Расчет ИДП производится по стандартной формуле следующего вида:
ИДП в покое = (ЧСС х <САД>) / 100,
В которой приняты следующие обозначения:

• ЧСС – частота пульса (мин-1);
• «САД» - для расчетов берется среднее значение (мм. рт. ст.) после трехкратного измерения.

Уровень соматического здоровья и аэробные возможности организма обратно пропорциональны величине ИДП в покое. Вычисление ИДП производилось перед началом и после завершения каждого эксперимента. Кроме того производился комплексный анализ динамики ИДП по полученным данным в результате мониторинга величин ЧСС и АД. Проведенный анализ позволил объективно оценить функциональные резервы ССС в течение эксперимента.

Весь комплекс мер был дополнен проведением анкетирования учеников 4 класса. В результате анкетирования эксперты получили реальные данные о наличия жалоб от участников исследований неврозоподобного характера, которые были оценены экспертами как показатель адекватности условий обучения реальным возможностям детей.

Целью первой части исследований было получение объективных данных о реакции детей на учебный процесс при освещении люминесцентными лампами.

Вторая часть испытаний производилась после замены ЛЛ на эффективные светодиодные светильники российского Завода Светорезерв. Коэффициент пульсаций при освещении ЛЛ не превышает 2,5%, а для светодиодных ИС он составил 0,5%.

Опрос школьников фактически дополнил применяемый методический арсенал исследований, в котором определялось субъективное восприятие светодиодных светильников СД.

Объективный сравнительный анализ уровня умственной работоспособности (УР) определил, что при освещении ОС СД сохраняется более высокий уровень УР. Например, у четвероклассников было отмечено улучшение качества и скорости выполнения корректурных заданий. Число просмотренных знаков увеличилось (255,1±4,4 - 229,9±5,0, р<0,001), но при этом отмечено значительно меньше ошибок (255,1±4,4 - 229,9±5,0, при р<0,001), которое объективно подтверждает улучшение работы центральной нервной системы школьников при переходе на светодиодное освещение ОС СД.

Если в процессе испытаний производилось освещение светодиодными светильниками ОС СД, то показатель скорости при проведении корректурной работы практически не менялся в течение всего занятия для учащихся 5-11 классов, правда снижалась точность, но меньше, чем при освещении ЛЛ. Если исследования производились при освещении лампами ЛЛ, то число ошибок в предлагаемых тестах возрастало на 36% (7,47 - 5,46), а при освещении светодиодными светильниками учащиеся делали в предлагаемых тестах, только на 14% увеличилось количество ошибок (5,23 - 4,59). При использовании традиционного освещения обобщенный показатель работоспособности, который учитывал одновременно реальную скорость и точность выполнения теста школьником за время урока снижался в 2,8 раза. Этот показатель снизился с 1,32 до 0,47 у. е., и в конце урока достиг минимально допустимого значения (1,0). При использовании светильников ОС СД интегральный показатель снижался приблизительно на 1/3 в течение урока, но всегда был выше минимально возможного. 

Для объективности следует отметить, что частотность появления неблагоприятных изменений УР, который отражает четко выраженное утомления в условиях освещения ОС СД, значительно не изменялась. При люминесцентном освещении ЛЛ величина УР немного превышала стандартную норму в 30%, а при использовании светодиодных источников света ОС СД изменения УР появлялись значительно реже, и их величина не превышала уровня популяционных значений

Для наглядности объективное повышение сложности умственной деятельности при переходе со светодиодного освещения СД на люминесцентное освещение ОС ЛЛ полученные в результате исследований результаты были представлены в цвете, с отрицательной динамикой в 20% как «– –», до 20% как « - », а отсутствие изменений (от –5% +5%) как «+», а обнаруженные позитивные сдвиги «++». Полученные цветные графики наглядно показывают, что обучение в условиях люминесцентного освещения ЛЛ по сравнению со светодиодным освещением ОС СД дается труднее, особенно при работе с ПК.

Величина критической частоты появления слияния световых мелькания, сокращенно (КЧСМ), определяет функциональное состояние зрения и динамику нервных процессов в коре человеческого мозга. Слияние мельканий при уменьшенной частоте импульсов сигнализирует об ухудшении активности полушарий мозга.

При тщательном анализе индивидуальных изменений КЧСМ исследователи обнаружили, то при стандартном процессе обучения к концу учебного дня он ухудшается, а при использовании в качестве источника света светодиодных светильников показатели были значительно более стабильными. Объективный анализ индивидуальных значений изменений КЧСМ достоверно свидетельствует о благотворном действии светового потока от светодиодных светильников на зрение учеников, если сравнивать с освещением ЛЛ.

Главную функцию в работе зрительного анализатора важнейшую роль играет аккомодационный аппарат. Ведь процесс аккомодации – это механизм оптической настройки глаза и его фокусировки на определенном предмете. Он обеспечивается изменением выпуклости линзы хрусталика, которая обеспечивается сокращением цилиарной мышцы. Достоверная оценка динамики аккомодационной способности глаза производилась методов расчета коэффициента утомляемости (КУ) мышечного аппарата глаза.

У четвероклассников не наблюдалась четкая зависимость аккомодационной способности глаз от вида освещения рабочего кабинета.

А вот у учеников 5-6 классов при освещении ЛЛ и при светодиодном освещении ОС СД наблюдался отрицательный КУ, что неопровержимо свидетельствует об улучшению аккомодационного механизма глаза.

Средние величины КУ мышечного аппарата глаза у учеников 7-11 классов имели положительное значение при ОС ЛЛ, но их величина была незначительной. В этих же исследуемых группах при применении светодиодного освещения КУ стал отрицательным, особенно четко это изменение было обнаружено у подростков выпускных классов. КУ имел величину -11,4%, что подтверждает достаточный запас величины аккомодации глаза.

Достоверные исследования установили взаимосвязь между освещением и физическим состоянием человека, включая его настроение. Свет воздействует на зрение человека, которые достигая оптических областей мозга, могут возбуждать, угнетать и перестаивать физиологические реакции, изменять общий тонус организма человека и поддерживать активное состояние организма. Поэтому наша группа уделила серьезное внимание исследованию психоэмоционального состояния младших школьников при светодиодном освещении СД в классном кабинете.

Был достоверно установлен факт, что при изменении вида освещения на другой вид эмоциональное состояние учеников не ухудшалось в течение всего учебного дня. Если использовалось освещение ОС ЛЛ число эмоциональных состояний (комфортных, уравновешенных и спокойных) к концу учебного дня незначительно возрастало, (с 16,8 - 20,6%), причем количество дискомфортных несколько снижалось (с 29,9 - 25,7%).

При светодиодном освещении СД характеристика общего эмоционального состояния получилась более комфортной, а распространенность стабильных уравновешенных состояний учеников 4 класса к концу учебного дня увеличивалась в 2 раза (с 14,8 - 31,5), а число дискомфортных уменьшалось с 39,8 - 26,8%.

Полученные в результате исследований данные отлично согласуются с результатами, которые были получены в процессе изучения жалоб неврозоподобного характера школьников при использовании различных источников света в учебных кабинетах.

Достоверный сравнительный анализ определил, что при учебе со светодиодным освещением ИС СД значительно меньше детей жаловалось на дискомфорт. Проведен достоверный сравнительный анализ показателей ССС, независимо от пола школьников 5-7 класса, а также 8-10 классов в начале и при окончании исследований.

При люминесцентном освещении ЛЛ значение САД и ДАД увеличивает свое значение у школьников 5-7 классов, оно больше выражено у девочек ( 112,6 - 120,6 мм рт.ст.), а в 8-10 классах у мальчиков (118,9 - 126,2 мм рт.ст.), которое вероятно свидетельствует об увеличении симпатических влияний к завершению эксперимента. При светодиодном освещении ОС СД в конце исследовательской нагрузки значения САД, ДАД девочек и мальчиков, школьников от 5 до 10 класса оставались неизменными до завершения эксперимента.

К завершению нагрузки ученики 5-7 класса при освещении ОС ЛЛ и при освещении светодиодными лампами заметно снижался ИДП. Резко выраженное понижение отмечено у девочек. При светодиодном освещении на 11 у. е. (с 86,2 - 75,2 у.е., при р<0,05). Но среди учеников 8-10 классов уменьшение показателя ИДП наблюдалось только при освещении ОС СД. У мальчиков зафиксировано снижение ИДН на 7,1 у.е., а у девочек – на 6,1 у.е. Исследователи связывают снижение ИДП с активизацией аэробных возможностей человеческого организма.

Общее психоэмоциональное состояние учеников 5-6 классов в течение урока при освещении люминесцентными светильниками практически не изменялось, но если применялось светодиодное освещение, то эмоциональное состояние школьников, независимо от пола, к концу урока ощутимо улучшалось. Получены объективные данные – число дискомфортных и тревожных проявлений в классе до урока зафиксировано в 30,4% случаев, а по окончанию урока в 18,5% случаев, при р<0,01. С другой стороны количество спокойных состояний среди учеников увеличилось с 16,0% в самом начале школьного урока до 29,0% в конце учебного часа при (p<0,01). 

Психоэмоциональное состояние школьников 7-8 классов, которые учились в кабинете с освещением СО СД, практически не изменилось. Но если занятия проводились при люминесцентном освещении лампами ЛЛ, то ученики чаще жаловались на дискомфорт, чем при светодиодном освещении СО СД (44,2 - 23,0% соответственно, при p<0,001).

Для подростков школьников 7-8 классов обнаружена характерная динамика, при использовании люминесцентного освещения (ОС ЛЛ), эмоциональное состояние оставалось стабильным, а при светодиодном освещении (ОС СД) в классных коллективах весьма достоверно и значительно чаще фиксировалось спокойное, уравновешенное эмоциональное состояние (42,5 = 30,7% в самом начале занятия, при р<0,01). Регистрировалось незначительное снижение числа дискомфортных эмоциональных проявлений и весьма существенное уменьшение радостных состояний эмоциональной сферы учеников с 42,1 до 32,9%, при р<0,05. Такая динамика поясняется тем, что при светодиодном освещении ОС СД активируются и координируются нейронные процессы торможения или возбуждения в головном мозге человека.

Результаты исследования эмоционального состояния учеников полностью совпали с результатами анализа субъективного восприятия современных источников света, как школьниками, так и педагогами. На задаваемый экспериментаторами вопрос: «Нравится ли Вам светодиодное освещение? Почему «да»? Преобладающее большинство 95% учеников 5-7 классов сказали «да» и пояснили, что свет от светодиодных ламп не режет глаза и можно легко и «спокойно смотреть на лампу». 5% школьников не смогли определиться с ответом. Среди опрошенных учеников 7-11 классов почти 90% дали утвердительный ответ, остальные десять процентов перемены освещения просто не заметили.

Если подвести итоги, то на основании полученных достоверных данных можно сделать следующее заключение:

• При достоверном сравнительном анализе психоэмоционального состояния, умственной работоспособности и зрения учеников, как начальных классов, так и учащихся старших классов при обучении с установленным освещением ОС ЛЛ и светильниками ИС полностью соответствуют существующим нормативным требованиям. Но физиологическая стоимость школьного образования в случае применения в процессе обучения светодиодных светильников ОС СД в классах школы ниже, чем при использовании люминесцентных ламп освещения ОС ЛЛ.
• При светодиодном освещении наблюдались большие величины качественных показателей УР школьников начальных классов, а у школьников с 5 по 11 класс включительно наблюдался не только больший обобщенный показатель УР, но и меньшая, практически в 2,5 раза утомляемость.
• Состояние зрения учеников, независимо от их возраста, при стандартной образовательной нагрузке при использовании светодиодных светильников было значительно стабильнее, чем при применении для освещения ОС ЛЛ. Изменение интегральных показателей зрения (КЧСМ) под влиянием стандартной образовательной нагрузки или полностью отсутствовала, или имела положительную тенденцию, а физиологическое состояние аккомодационного мышечного аппарата глаза школьников 5-11 классов значительно улучшалось.
• Процесс обучения школьников неизбежно повышает САД и ДАД и значительному повышению напряжения всех регуляторных механизмов организма школьников во всех кассах, что подтверждает усиление симпатических влияний наиболее ярко выраженных у девочек 5-7 классов, а у мальчиков только с 8 и по 10 класс.
• При светодиодном освещении к окончанию учебной нагрузки отмечено значительное уменьшение ЧСС, САД, ДАД, ИДП, что подтверждает значительные адаптационные и резервные возможности человеческого организма в конкретных условиях.
• Светодиодное освещение приводит к стабилизации эмоционального состояния школьников. При этом наблюдается незначительная распространенностьдискомфортных состояний, чем при использовании в качестве источников света ОС ЛЛ, а школьники младших классов меньше жалуются на невротические состояния.
• Большинство школьников и педагогов оценили современные источники света с использованием светодиодов как комфортные.
• Комплексная и объективная оценка состояния зрительного аппарата и УР школьников 5-11 классов во время работы с ПК показала, что светодиодное освещение уменьшает негативное действие от компьютерной нагрузки на глаза школьников, если сравнивать с люминесцентной лампой.

Следовательно, в результате проведенных достоверных исследованиях объективно выявлено неоспоримое преимущество светодиодных ОС СД в школах и образовательных учреждениях, которые создают более благоприятную световую среду, которая благотворно действует на функциональное и психофизиологическое состояние учащихся. Полученные достоверные данные дают основание рекомендовать установку светодиодных светильников ОС СД для местного, а также общего освещения в различных образовательных учреждениях.

Дата размещения: 1.04.2016