¿Cómo afectan los LED a la visión?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

El artículo analiza las condiciones para la formación de una dosis excesiva de luz azul bajo iluminación LED. Se muestra que las evaluaciones de seguridad fotobiológica, realizadas de acuerdo con GOST R IEC 62471-2013, deben aclararse teniendo en cuenta el cambio en los diámetros de la pupila del ojo bajo iluminación LED y la distribución espacial de la luz. -pigmento de luz azul absorbente (460 nm) en la mácula de la retina.

Se presentan los principios metodológicos para calcular la dosis excesiva de luz azul en el espectro de iluminación LED en relación con la luz solar. Se indica que hoy en Estados Unidos y Japón el concepto de iluminación LED está cambiando y se están creando LED de luz blanca que minimizan los riesgos de daños a la salud humana. En los Estados Unidos en particular, este concepto se extiende no solo a la iluminación general, sino también a los monitores de computadora y los faros de los automóviles.

Hoy en día, la iluminación LED se está introduciendo cada vez más en escuelas, jardines de infancia e instituciones médicas. Para evaluar la seguridad fotobiológica de luminarias LED, GOST R IEC 62471-2013 “Lámparas y sistemas de lámparas. Seguridad fotobiológica ". Fue elaborado por la Empresa Unitaria Estatal de la República de Mordovia “Instituto de Investigación Científica de Fuentes de Luz que lleva el nombre de A. N. Lodygin "(Empresa Unitaria Estatal de la República de Mordovia NIIIS que lleva el nombre de AN Lodygin") sobre la base de su propia traducción auténtica al ruso de la norma internacional IEC 62471: 2006 "Seguridad fotobiológica de lámparas y sistemas de lámparas" (IEC 62471: 2006 "Seguridad fotobiológica de lámparas y sistemas de lámparas") y es idéntica a ella (ver cláusula 4. GOST R IEC 62471-2013).

Tal transferencia de la implementación estándar sugiere que Rusia no tiene su propia escuela profesional para la seguridad fotobiológica. La evaluación de la seguridad fotobiológica es extremadamente importante para garantizar la seguridad de los niños (generación) y reducir las amenazas a la seguridad nacional.

Análisis comparativo de iluminación solar y artificial

La evaluación de la seguridad fotobiológica de una fuente de luz se basa en la teoría de los riesgos y una metodología para cuantificar los valores límite de exposición a la luz azul peligrosa en la retina. Los valores límite de los indicadores de seguridad fotobiológica se calculan para el límite de exposición especificado del diámetro de la pupila de 3 mm (área de la pupila de 7 mm2). Para estos valores del diámetro de la pupila del ojo, se determinan los valores de la función B (λ), la función de riesgo espectral ponderado de la luz azul, cuyo máximo cae en el rango de radiación espectral de 435-440 nm.

La teoría de los riesgos de los efectos negativos de la luz y la metodología para el cálculo de la seguridad fotobiológica se desarrolló sobre la base de los artículos fundamentales del fundador de la seguridad fotobiológica de las fuentes de luz artificial, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney se ha desempeñado durante muchos años como Gerente de División en el Centro de Promoción de la Salud y Medicina Preventiva del Ejército de EE. UU. Y ha dirigido proyectos de seguridad fotobiológica. En 2007 completó su servicio y se jubiló. Sus intereses de investigación se centran en temas relacionados con la exposición de los ojos a los rayos ultravioleta, la radiación láser y las interacciones tisulares, los peligros del láser y el uso de los láseres en la medicina y la cirugía. David Sleeney se ha desempeñado como miembro, consultor y presidente de numerosas comisiones e instituciones que han desarrollado estándares de seguridad para la protección contra la radiación no ionizante, en particular láseres y otras fuentes de radiación óptica de alta intensidad (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, OMS, NCRP e ICNIRP). Fue coautor del Manual de seguridad con láseres y otras fuentes ópticas, Nueva York, 1980. De 2008 a 2009, el Dr. David Sleeney se desempeñó como presidente de la Sociedad Estadounidense de Fotobiología.

Los principios fundamentales desarrollados por David Sleeney son la base de la metodología moderna para la seguridad fotobiológica de las fuentes de luz artificial. Este patrón metodológico se transfiere automáticamente a las fuentes de luz LED. Ha levantado una gran galaxia de seguidores y estudiantes que continúan extendiendo esta metodología a la iluminación LED. En sus escritos, intentan justificar y promover la iluminación LED mediante la clasificación de riesgos.

Su trabajo cuenta con el apoyo de Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia y otros fabricantes de iluminación LED. Actualmente, el campo de la investigación intensiva y el análisis de las posibilidades (y limitaciones) en el campo de la iluminación LED implica:

• agencias gubernamentales como el Departamento de Energía de EE. UU., Ministerio de Energía de RF;

• organizaciones públicas como Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) y NP PSS RF;

• los mayores fabricantes Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia y

Los fabricantes rusos Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• así como varios institutos de investigación, universidades, laboratorios: Centro de investigación de iluminación en el Instituto Politécnico Rensselaer (LRC RPI), Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI), así como NIIIS im. AN Lodygin , VNISI ellos. SI. Vavilov.

Desde el punto de vista de la determinación de una sobredosis de luz azul, es de interés la obra "Iluminación LED óptica de seguridad" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA, papel de posición CELMA, iluminación LED de seguridad óptica_Final_Julio2011). Este informe europeo compara los espectros de la luz solar con fuentes de luz artificial (lámparas incandescentes, fluorescentes y LED) de acuerdo con el requisito de EN 62471. A través del prisma del paradigma moderno de evaluación higiénica, considere los datos presentados en este informe europeo para determinar el exceso de proporción de luz azul en el espectro de la fuente de luz blanca LED. En la Fig. 1 muestra el patrón espectral de un LED de luz blanca, que consiste en un cristal que emite luz azul y un fósforo amarillo con el que se recubre para producir luz blanca.

En la Fig. 1. También se indican los puntos de referencia a los que debe prestar atención el higienista al analizar el espectro de luz de cualquier fuente. Desde este punto de vista, considere los espectros de la luz solar (Fig. 2).

La figura muestra que en el rango de temperatura de color de 4000 K a 6500 K, se observan las condiciones del "cruce de melanopsina". En el espectro de energía de la luz, la amplitud (A) a 480 nm debe ser siempre mayor que la amplitud a 460 nm y 450 nm.

Al mismo tiempo, la dosis de luz azul de 460 nm en el espectro de la luz solar con una temperatura de color de 6500 K es un 40% mayor que la de la luz solar con una temperatura de color de 4000 K.

El efecto del "cruce de melanopsina" es claramente visible al comparar los espectros de lámparas incandescentes y lámparas LED con una temperatura de color de 3000 K (Fig. 3).

El exceso de proporción de luz azul en el espectro del espectro LED en relación con la proporción de luz azul en el espectro de una lámpara incandescente supera más del 55%.

Teniendo en cuenta lo anterior, comparemos la luz solar a Tc = 6500 K (6500 K es la temperatura de color límite para la retina según David Sleaney, y según los estándares sanitarios es inferior a 6000 K) con el espectro de una lámpara incandescente Tc = 2700 K y el espectro de una lámpara LED con Tc = 4200 K a un nivel de iluminación de 500 lux. (figura 4).

La figura muestra lo siguiente:

- La lámpara LED (Tc = 4200 K) tiene una emisión de 460 nm más que la luz solar (6500 K);

- en el espectro de luz de una lámpara LED (Tc = 4200 K), la caída a 480 nm es un orden de magnitud (10 veces) mayor que en el espectro de luz solar (6500 K);

- en el espectro de luz de una lámpara LED (Tc = 4200 K), la caída es de 480 nm varias veces mayor que en el espectro de luz de una lámpara incandescente (Tc = 2700 K).

Se sabe que bajo iluminación LED, el diámetro de la pupila del ojo excede los valores límite - 3 mm (área 7 mm2) según GOST R IEC 62471-2013 “Lámparas y sistemas de lámparas. Seguridad fotobiológica.

A partir de los datos que se muestran en la figura 2, se puede ver que la dosis de luz azul de 460 nm en el espectro de la luz solar para una temperatura de color de 4000 K es mucho menor que la dosis de luz azul de 460 nm en el espectro de la luz solar en una temperatura de color de 6500 K.

De esto se deduce que la dosis de luz azul de 460 nm en el espectro de iluminación LED con una temperatura de color de 4200 K superará significativamente (en un 40%) la dosis de luz azul de 460 nm en el espectro de la luz solar con una temperatura de color de 4000 K al mismo nivel de iluminación.

Esta diferencia entre dosis es el exceso de dosis de luz azul bajo iluminación LED en relación con la luz solar con la misma temperatura de color y un nivel de iluminación dado. Pero esta dosis debe complementarse con una dosis de luz azul por efecto de un control inadecuado de la pupila en condiciones de iluminación LED, teniendo en cuenta la distribución desigual de los pigmentos que absorben luz azul de 460 nm en volumen y área. Es una dosis excesiva de luz azul que conduce a una aceleración de los procesos de degradación que aumentan los riesgos de deficiencia visual temprana en comparación con la luz solar, en igualdad de condiciones (un nivel dado de iluminación, temperatura de color y trabajo efectivo de la retina macular, etc.)

Características fisiológicas de la estructura del ojo que afectan la percepción segura de la luz

El circuito de protección de la retina se formó a la luz del sol. Con el espectro de la luz solar, existe un adecuado control del diámetro de la pupila del ojo a cerrar, lo que conlleva una disminución de la dosis de luz solar que llega a las células de la retina. El diámetro de la pupila en un adulto varía de 1,5 a 8 mm, lo que proporciona un cambio en la intensidad de la luz que incide en la retina en unas 30 veces.

Una disminución en el diámetro de la pupila del ojo conduce a una disminución en el área de proyección de luz de la imagen, que no excede el área de la "mancha amarilla" en el centro de la retina. La protección de las células de la retina frente a la luz azul la realiza el pigmento macular (con un máximo de absorción de 460 nm) y cuya formación tiene su propia historia evolutiva.

En los recién nacidos, el área de la mácula es de color amarillo claro con contornos poco definidos.

A partir de los tres meses de edad aparece un reflejo macular y la intensidad del color amarillo disminuye.

Al año, se determina el reflejo foveolar, el centro se vuelve más oscuro.

A la edad de tres a cinco años, el tono amarillento del área macular casi se fusiona con el tono rosado o rojo del área central de la retina.

El área macular en niños de 7 a 10 años de edad y mayores, como en los adultos, está determinada por el área retiniana central avascular y los reflejos a la luz. El concepto de "mancha macular" surgió como resultado del examen macroscópico de ojos cadavéricos. En las preparaciones planas de la retina, se ve una pequeña mancha amarilla. Durante mucho tiempo se desconocía la composición química del pigmento que tiñe esta zona de la retina.

Actualmente, se han aislado dos pigmentos: la luteína y el isómero de luteína zeaxantina, que se denominan pigmento macular o pigmento macular. El nivel de luteína es mayor en los lugares con mayor concentración de bastones, el nivel de zeaxantina es mayor en los lugares de mayor concentración de conos. La luteína y la zeaxantina pertenecen a la familia de los carotenoides, un grupo de pigmentos vegetales naturales. Se cree que la luteína tiene dos funciones importantes: primero, absorbe la luz azul que es dañina para los ojos; en segundo lugar, es un antioxidante, bloquea y elimina las especies reactivas de oxígeno formadas bajo la influencia de la luz. El contenido de luteína y zeaxantina en la mácula se distribuye de forma desigual en la zona (máximo en el centro y varias veces menos en los bordes), lo que significa que la protección frente a la luz azul (460 nm) es mínima en los bordes. Con la edad, la cantidad de pigmentos disminuye, no se sintetizan en el cuerpo, solo se pueden obtener de los alimentos, por lo que la efectividad general de la protección contra la luz azul en el centro de la mácula depende de la calidad de la nutrición.

El efecto de un control pupilar inadecuado

En la Fig. 5. es un esquema general para comparar las proyecciones del punto de luz de una lámpara halógena (el espectro está cerca del espectro solar) y una lámpara LED. Con luz LED, el área de iluminación es más grande que con una lámpara halógena.

La diferencia en las áreas de iluminación asignadas se utiliza para calcular una dosis adicional de luz azul por el efecto del control inadecuado de la pupila en condiciones de iluminación LED, teniendo en cuenta la distribución desigual de los pigmentos que absorben luz azul de 460 nm en volumen y área.. Esta evaluación cualitativa de la proporción excesiva de luz azul en el espectro de LED blancos puede convertirse en una base metodológica para evaluaciones cuantitativas en el futuro. Aunque de esto se desprende claramente la decisión técnica sobre la necesidad de llenar el vacío en la región de 480 nm hasta el nivel de eliminación del efecto de "cruce de melanopsina". Esta solución se formalizó en forma de certificado de inventor (fuente de luz LED blanca con un convector fotoluminiscente remoto combinado. Patente nº 2502917 del 2011-12-30). Esto asegura la prioridad de Rusia en el campo de la creación de fuentes de luz blanca LED con un espectro biológicamente adecuado.

Desafortunadamente, los expertos del Ministerio de Industria y Comercio de la Federación de Rusia no dan la bienvenida a esta dirección, que es la razón para no financiar el trabajo en esta dirección, que se refiere no solo a la iluminación general (escuelas, hospitales de maternidad, etc.), sino también la retroiluminación de los monitores y los faros de los automóviles.

Con la iluminación LED se produce un control inadecuado del diámetro de la pupila del ojo, lo que crea las condiciones para obtener una dosis excesiva de luz azul, que afecta negativamente a las células de la retina (células ganglionares) y sus vasos. El efecto negativo de una dosis excesiva de luz azul sobre estas estructuras fue confirmado por los trabajos del Instituto de Física Bioquímica. NUEVO MÉJICO. Emanuel RAS y FANO.

Los efectos identificados anteriormente de un control inadecuado del diámetro de la pupila del ojo se aplican a las lámparas fluorescentes y de bajo consumo (Fig. 6). Al mismo tiempo, aumenta la proporción de luz ultravioleta a 435 nm ("Seguridad óptica de la iluminación LED" CELMA - ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA papel de posición seguridad óptica LED iluminación_Final_Julio2011)).

En el curso de experimentos y mediciones realizadas en escuelas de EE. UU., Así como en escuelas rusas (Instituto de Investigación de Higiene y Protección de la Salud de Niños y Adolescentes, SCCH RAMS), se encontró que con una disminución en la temperatura de color correlacionada de artificial fuentes de luz, el diámetro de la pupila del ojo aumenta, lo que crea las condiciones previas para una exposición negativa a la luz azul en las células y los vasos sanguíneos de la retina. Con un aumento en la temperatura de color correlacionada de las fuentes de luz artificial, el diámetro de la pupila del ojo disminuye, pero no alcanza los valores del diámetro de la pupila a la luz del sol.

Una dosis excesiva de luz azul ultravioleta conduce a una aceleración de los procesos de degradación que aumentan los riesgos de deterioro visual temprano en comparación con la luz solar, en igualdad de condiciones.

Una mayor dosis de azul en el espectro de iluminación LED afecta la salud humana y el funcionamiento del analizador visual, lo que aumenta los riesgos de discapacidad en la visión y la salud en la edad laboral.

El concepto de crear fuentes de luz semiconductoras con luz biológicamente adecuada

En contraste con el conservadurismo de los expertos del Ministerio de Industria y Comercio de la Federación de Rusia y el Centro de Innovación de Skolkovo, el concepto de crear fuentes de luz blanca semiconductoras con luz biológicamente adecuada cultivada por los autores del artículo está ganando apoyo en todo el mundo. mundo. Por ejemplo, en Japón, Toshiba Material Co., LTD ha creado LED utilizando tecnología TRI-R (Fig. 7).

Tal combinación de cristales violetas y fósforos permite sintetizar LED con espectros cercanos al espectro de la luz solar con diferentes temperaturas de color, y eliminar las deficiencias anteriores en el espectro LED (cristal azul recubierto con fósforo amarillo).

En la Fig. ocho.presenta una comparación del espectro de la luz solar (TK = 6500 K) con los espectros de los LED utilizando tecnología y tecnología TRI-R (cristal azul recubierto de fósforo amarillo).

Del análisis de los datos presentados se puede apreciar que en el espectro de luz blanca de los LED que utilizan la tecnología TRI-R se elimina el gap a 480 nm y no hay exceso de dosis de azul.

Entonces, realizar investigaciones para identificar los mecanismos del efecto de la luz de cierto espectro sobre la salud humana es una tarea estatal. Ignorar estos mecanismos genera miles de millones de dólares en costos.

conclusiones

Las Reglas Sanitarias registran las normas de los documentos normativos técnicos de iluminación, traduciendo las normas europeas. Estos estándares están formados por especialistas que no siempre son independientes y llevan a cabo su propia política técnica nacional (negocio nacional), que a menudo no coincide con la política técnica nacional de Rusia.

Con la iluminación LED, se produce un control inadecuado del diámetro de la pupila del ojo, lo que arroja dudas sobre la exactitud de las evaluaciones fotobiológicas de acuerdo con GOST R IEC 62471-2013.

El estado no financia investigaciones avanzadas sobre el impacto de la tecnología en la salud humana, por lo que los higienistas se ven obligados a adaptar las normas y requisitos a las tecnologías que impulsa el negocio de la transferencia de tecnología.

Las soluciones técnicas para el desarrollo de lámparas LED y pantallas de PC deben tener en cuenta garantizar la seguridad de los ojos y la salud humana, tomar medidas para eliminar el efecto de la "cruz de melanopsina", que se produce para todas las fuentes de luz y retroiluminación de ahorro de energía existentes en la actualidad. de dispositivos de visualización de información.

Bajo iluminación LED con LED blancos (cristal azul y fósforo amarillo), que tienen una brecha en el espectro a 480 nm, existe un control inadecuado del diámetro de la pupila del ojo.

Para los hospitales de maternidad, las instituciones para niños y las escuelas, las lámparas con un espectro de luz biológicamente adecuado, teniendo en cuenta las características de la visión de los niños, deben desarrollarse y someterse a una certificación higiénica obligatoria.

Conclusiones brevemente del editor:

1. Los LED emiten muy brillantes en las regiones azules y cercanas a los rayos ultravioleta y muy débilmente en azul.

2. El ojo "mide" el brillo para estrechar la pupila en el nivel del color no azul, sino azul, que está prácticamente ausente en el espectro de un LED blanco, por lo tanto, el ojo "piensa" que está oscuro y abre más la pupila, lo que lleva al hecho de que la retina recibe muchas veces más luz (azul y UV) que cuando es iluminada por el sol, y esta luz "quema" las células sensibles a la luz del ojo.

3. En este caso, un exceso de luz azul en el ojo conduce a un deterioro en la claridad de la imagen. se forma una imagen con un halo en la retina.

4. El ojo de los niños es aproximadamente un orden de magnitud más transparente al azul que el de los ancianos, por lo tanto, el proceso de "agotamiento" en los niños es muchas veces más intenso.

5. Y no olvides que los LED no solo son iluminación, sino que ahora casi todas las pantallas.

Si damos una imagen más, entonces el daño ocular causado por los LED es similar a la ceguera en las montañas, que se produce por el reflejo de los rayos ultravioleta de la nieve y es más peligroso solo en tiempo nublado.

Surge la pregunta, ¿qué hacer para quienes ya cuentan con iluminación LED, como es habitual, a partir de LED de origen desconocido?

Me vienen a la mente dos opciones:

1. Agregue iluminación de luz azul adicional (480 nm).

2. Ponga un filtro amarillo en las lámparas.

Me gusta más la primera opción, porque hay a la venta tiras de LED azules (celestes) con radiación de 475nm. ¿Cómo puede comprobar cuál es la longitud de onda real?

La segunda opción "comerá" parte de la luz y la lámpara será más tenue, y, además, también se desconoce qué parte del azul quitaremos.