С С Овчинников - Оценка эффективности влияния световой среды на организм человека - страница 1

Страницы:
1 

 

Статья посвящена анализу эффективности параметров влияния светоцветовой среды на организм человека в зрительном, психофизио­логическом и биологическом аспектах и ме­тодам их определения. Приведена структур­ная схема экспериментальной установки, ко­торая позволяет регистрировать такие па­раметры с дальнейшей обработкой.

УДК 621.315

 

С. С.Овчинников, докт. тех. наук, А.А.Серобаба асп.

Харьковская национальная акаде­мия городского хозяйства

 

 

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ СВЕТОВОЙ СРЕДЫ НА

ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

 

Постановленная проблема вытекает из реалий современного общества, в услови­ях которого человек вынужден большую часть светлого времени суток проводить в закрытых помещениях, в которых действие естественного света ограничено или отсут­ствует вообще. Одновременно с этим, действию искусственного света он подвержен и в темное время суток. Таким образом, обеспечение высокого качества светоцветовой среды, формируемой искусственными источниками света, является одной из основных задач светотехники. Для ее выполнения, в первую очередь, необходимо дать комплекс­ную оценку эффективности световой среды, основываясь на процессах влияния света на организм в зрительном, биологическом и психофизиологическом аспектах.

Анализ последних исследований и публикаций выявил необходимость эффек­тивной оценки искусственной светоцветовой среды. Это обусловливает проведение большого объема научных исследований по выявлению параметров светоцветовой сре­ды влияющих на организм человека [1-9]. Условно эти исследования можно разделить по трем направлениям: зрительное, биологическое и психофизиологическое воздейст­вие.

В работах по исследованию зрительного воздействия света накоплен достаточ­ный, для внедрения в практику, объем знаний по определению зрительной работоспо­собности и зрительного утомления, а также устойчивости функций зрения при различ­ных вариациях параметров светоцветовой среды [1-3]. Следует отметить недостаточ­ность информации относительно современных и перспективных источников света [5]. Для определения этих характеристик пользуются методами, определяющими устойчи­вость ясного видения, устойчивость зрения по временному порогу адиспаропии, види­мость, контрастную и цветовую чувствительности [3]. При нормировании освещения пользуются функцией световой эффективности для дневного зрения, а также функцией световой эффективности для сумеречного зрения, разработанные для стандартного на­блюдателя [1,3]. Корректировки для визуального восприятия среды вносят исходя из параметров конкретной моделируемой ситуации [2,5-7].

При исследовании биологического воздействия света, основное внимание уде­ляют влиянию уровней облученности зрительного анализатора светом с длинами волн в диапазоне 430-470 нм, на сезонные и суточные ритмы организма, называемые циркад-ными [6-9]. Установлено, что основным регулятором циркадных ритмов является уро­вень гормонов мелатонина и картизола, выделяемых шишковидной железой, в резуль­тате воздействия света на зрительный анализатор. Это, в свою очередь, приводит к из­менению таких показателей, как скорость физиологических и зрительно-моторных ре­акций, что в конечном итоге сказывается на работоспособности и качестве трудового процесса [2,11-13].

Также необычайно важно психофизиологическое воздействие света, что демон­стрируют результаты последних исследований [4-6]. Эти исследования основаны на методах определения латентного периода зрительно-моторной реакции, критической частоты слияния мелькания, ритмов мозговой активности. Благодаря полученным дан­ным стало возможным предсказывать зависимость эмоционального состояния человека и его настроения от параметров светоцветовой среды. Из анализа проведенных работ отчетливо видно, что качественные и количественные параметры освещения влияют на скорость мыслительных процессов, мотивацию и настроение [3,6-8]. Учет этих пара­метров необходим для обеспечения эффективности труда и восстановления человека.

Попытки формирования эффективного комплексного воздействия световой сре­ды уже предпринимались в 60-70-х годах прошлого века [5]. Решение данной задачи было затруднено следующими факторами:

1.   Недостаточность знаний о психофизиологическом и биологическом аспектах воз­действия света.

2.   Ограниченный набор функций и технических средств систем автоматического управления освещения.

3.   Невозможность реализовать требуемые параметры источника света.

На сегодняшний день эти трудности частично разрешены. Накоплено необходи­мое количество теоретических и экспериментальных материалов по психофизиологи­ческой и биологической функциям светового воздействия. Расширен ассортимент ис­точников света с многообразием параметров, а также функциональных возможностей систем автоматического регулирования. Но для формирования эффективной световой среды, в первую очередь, требуется определиться с параметрами для ее комплексной оценке, и методами их регистрации и анализа.

Целью работы является анализ существующих параметров светоцветовой среды и методов их оценки, необходимый для разработки системы комплексной оценки све-тоцветовой среды.

Свет, как неотъемлемый элемент жизненной среды человека влияет на здоровье людей любого возраста, любой этнической группы при любых видах и условиях рабо­ты, занятий и отдыха.

Воздействие света на человека определяется, с одной стороны, количественны­ми и качественными параметрами световой среды, с другой - закономерностями фи­зиологической оптики, возрастной анатомии, психофизиологии зрения и фотобиологии

[1].

На параметры световой среды можно непосредственно влиять, регулируя пара­метры искусственного освещения, реакции организма можно лишь анализировать, вы­являть закономерности процессов влияния света на человека. Причем, именно резуль­таты такого анализа должны лежать в основе проектирования качественных и количе­ственных параметров световой среды. Рассмотрим основные аспекты светового воздей­ствия и их показатели.

Наиболее существенным для человека участком оптического спектра является видимый свет (380-780 нм). Видимый свет обеспечивает возможность зрительного вос­приятия, дающего до 90% информации об окружающем мире, влияет на тонус цен­тральной и периферической нервной системы, на обмен веществ в организме, его им­мунные и аллергические реакции, на работоспособность и самочувствие человека [1].

Краеугольный камень светотехники, ее общепринятый, универсально обосно­ванный метод - это использование функции относительной спектральной световой эф­фективности излучения для дневного и ночного зрения, разработанные для стандартно­го наблюдателя [11-13].

Безопасность световой среды внутренних помещений обеспечивается внедрени­ем научно обоснованных гигиенических рекомендаций в нормы освещения, разрабаты­ваемые как МКО - ISO 8995:2002 «Принципы зрительной эргономики. Освещение ра­бочих систем внутри помещений», так и министерствами и ведомствами отдельных стран. В частности в Украине документом, регламентирующим нормы освещения, яв­ляется ДБН B.2.5-28.2006 - Природное и искусственное освещение.

В ISO 8995:2002 приведены параметры, которые влияют на работоспособность в данной зрительно воспринимаемой окружающей обстановке. Такие параметры, как зрительные способности и атрибуты задания по выполнению зрительной работы, опре­деляют качество зрительного восприятия. Параметры освещения и рабочего простран­ства характеризуют, главным образом, окружающую светоцветовую среду. Это влияет на качество воспринимаемой зрительной информации и, следовательно, на производи­тельность и эффективность выполнения зрительных работ [1].

Развитие модели функционирования зрения позволяет более глубоко рассмот­реть функции не только зрительных, но и психофизиологических, биологических про­цессов действия света на организм.

В последнее тридцатилетие исследователи получают все больше доказательств того, что свет, попадающий в глаз человека, относительно независимо от зрения и зри­тельных рефлексов может являться также биологическим и поведенческим стимулом для человека [4].

Сравнительно недавно, в 2002 году, Д. Берсон с сотрудниками совершили откры­тие нового типа фоторецептора в сетчатке млекопитающих, в том числе и человека. Оказалось, что функцию перенастройки ритмов суточной активности при воздействии света выполняют некоторые из ганглиозных клеток сетчатки (ГКС), названные свето­чувствительными. Эти клетки реагируют на свет с длинами волн в диапазоне 430-470 нм. [12]. Данные исследования на моделях человека и животных начинают прояснять нейроанатомию и нейрофизиологию фотосенсорной системы, которая обеспечивает входной канал для циркадной и нейропсихической регуляции [4].

По этому поводу экс-президент МКО профессор В.Ван Боммель высказал идею о необходимости разработки новых критериев освещения с учетом нового открытия [2]. Мнения о влиянии данного открытия на нормирование световой среды пока еще кар­динально отличаются. Можно предположить, что открытие биологического действия света не приведет к значительным изменениям в нормах и стандартах, а только под­твердит и объяснит ранее установленное [5]. С другой стороны, влияние света на цир-кадные ритмы позволяет значительно повысить производительность труда, улучшить эмоциональное состояние работников, чьи рабочие места лишены естественного света, что подтверждено экспериментами [6]. Но большинство ученых, занимающихся этой проблемой, единогласно заявляют о необходимости проведения дальнейших исследо­ваний, для более глубокого понимания этого вопроса, перед внедрением результатов в практику. При нынешнем состоянии технологий, это не составляет труда, большинство кампаний, производящих светотехническую продукцию просигнализировали о готов­ности выпускать ИС с требуемым спектральным составом, способным активно воздей­ствовать на циркадный фоторецептор - СГКС [13].

Об опасности поспешного применения нового эффекта на практике предупреж­дают большинство ведущих ученых МКО. Основой опасений выступает недостаточ­ность знаний о воздействии света на психику, непредсказуемость последствий повы­шения продолжительности активности человека, посредством влияния на циркадные ритмы, через подавление секреции мелатонина шишковидной железой. Не до конца изучен вопрос о других нервных путях, через которые, свет вносит вклад в фундамен­тальные функции организма. Еще одна проблема, касающаяся циркадной эффективно­сти, заключается в значении разных частей поля зрения для циркадной стимуляции. В данном случае нижняя половина сетчатки сильнее влияет на подавление секреции ме-латонина, чем верхняя [8-12].

Рассмотрим некоторые аспекты психофизиологического воздействия. На на­чальном этапе своего становления светотехника являлась наукой сугубо инженерной. Но в течение последних десятилетий все острее становятся вопросы о психофизиологи­ческом восприятии световой среды. По-новому встал вопрос о том, как манипулировать параметрами световой среды для создания наиболее комфортного светоцветового про­странства, задающего такие реакции как удовольствие, эстетика, здоровье и т. д. [12-13].

В частности, освещенность, цветовая температура и пространственное распреде­ление освещения влияют на настроение и эмоциональное состояние организма [12].

В свою очередь настроение может влиять на суждения, мотивацию и поведение, а значит и на работоспособность. По сути, настроение является априорной категорией физиологической и психической активности, отражающей состояние отношения к жиз­ненной среде. Настроение способно влиять на наши познавательные категории и функ­циональные характеристики, то есть на ассоциативные способности, креативность и скорость. Это особенно важно учитывать при проектировании освещения учебных за­ведений, исследовательских институтов и лабораторий.

Эмоциональное качество освещения проявляется в его эмоциональном действии на наблюдателя. На сегодняшний день довольно подробно изучены наиболее интен­сивные эмоции, в то время как информации об умеренных эмоциях накоплено значи­тельно меньше. Эмоция сложна, так как включает в организме процессы на психиче­ском, моторном и химическом уровне. Научное исследование эмоций ограничивается изучением эмоционального поведения. Одной из главных особенностей эмоции, вызы­вающая сложность при анализе, является ее скоротечность с последующим притупле­нием стимула. В архитектурном освещении пользуются широким ассортиментом пара­метров, что позволяет формировать эмоции в широчайшем диапазоне - от отвращения до удовольствия.

Качество освещения в аспекте психофизиологического влияния света на орга­низм является результатом комбинаций световых и цветовых параметров, способных вызвать различные индивидуальные реакции [11,12].

Проведенный выше анализ показывает необходимость дальнейших исследова­ний как зрительных, так и биологических, психофизиологических процессов влияния света на организм и разработки комплексной системы параметров и критериев для их оценки. Для развития исследований в этом направлении нами разработана эксперимен­тальная установка, в которой могут быть реализованы следующие функции:

a)        Вариация параметров светоцветовой среды при помощи различных режимов пита­ния современных и перспективных источников света и светоцветовых характери­стик окружающего пространства. Регистрация этих параметров и их обработка на компьютере.

b)        Возможность плавной регулировки независимых параметров светоцветовой среды в зависимости от требований моделируемого процесса зрительной работы.

c)        Регистрация психофизиологических и функциональных параметров субъекта экс­перимента (пульс, давление, диаметр зрачка, функции зрения, скорость мыслитель­ных и моторных реакций, комфортность и т.д.).

Структурная схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.

Управление экспериментальной установкой осуществляется оператором ПК. Используя интерфейс программного обеспечения, задается режим питания источников света экспериментальной установки, который позволяет обеспечивать необходимые светоцветовые параметры: световой поток, глубину и частоту его пульсаций, цветовую температуру. У наблюдателя возникает ряд зрительных и психофизиологических реак­ций. Применение современной измерительной аппаратуры позволит регистрировать эти параметры. Регистрации подвергаются электрические и светоцветовые параметры установки. Следует отметить необходимость разработки некоторых интегральных па­раметров светоцветовой среды, объективно отражающих реакции наблюдателя. Заклю­чительным этапом является ввода и обработки данных в ПК.

Блок управления режимами питания - функционально обеспечивает электропи­тание источников света типа ЛН, ГЛН, ЛЛ, КЛЛ, НЛВД, СИД. Плавно и ступенчато регулирует значения напряжения по амплитуде и частоте, для исследования стандарт­ных и нестандартных режимов питания на выходные параметры источников света, из­менения параметров светоцветовой среды, определения пороговых и других характери­стик зрительного анализатора.


Модель осветительной установки содержит в себе источник света, действие ко­торого на зрительный анализатор оценивается. В зависимости от параметров режима питания источников света экспериментальной установки, который задается предыду­щимблоком, позволяет обеспечивать необходимые светоцветовые параметры: световой по­ток, глубину и частоту его пульсаций (для ЛН, ГЛН, СИД), цветовую температуру.

При исследовании функций зрения, приемником излучения служит зрительный анализатор человека. В результате действия осветительной части экспериментальной установки, возникает ряд зрительных и психофизиологических реакций. При регистра­ции этих реакций могут быть использованы следующие методы:

1.      Метод адиспаропии - при определении функциональной устойчивости различи­тельной способности зрительного анализатора.

2.      Измерение времени зрительно-моторной реакции - при исследовании зависимости зрительной работоспособности человека от условий освещения. Оценивается по условной двигательной реакции наблюдателя на световой раздражитель.

3.      Метод корректурных проб по таблицам В.Я. Анфимова - для оценки динамики ра­ботоспособности в течение рабочего дня.

4.      Метод анкетирования - для исследования психологических параметров наблюдате­ля, в зависимости от условий освещения.

Блок регистрации параметров содержит в себе блоки регистрации световой сре­ды, зрительных реакций и состояния организма. Это позволяет получать достаточное для дальнейшего анализа количество статистической информации.

Блок ввода-вывода данных в ПК обеспечивает передачу данных, поступивших из блока регистрации параметров в ПК. Кроме того, этот блок осуществляет передачу команд управления от ПК к блоку управления режимами питания.

Блок обработки данных в ПК представляет собой программу, содержащую алго­ритмы обработки поступивших данных.

Таким образом, экспериментальная установка позволит получать функцио­нальные зависимости реакций организма наблюдателя на светоцветовые воздействия.

Вышеизложенное позволяет сделать следующие основные выводы:

1.      Проведен анализ воздействия световой среды на организм человека. Его резуль­таты позволяют утверждать, что в рекомендациях по проектированию световой среды, наряду с факторами зрительного воздействия, необходимо учитывать, параметры функций биологического и психофизиологического воздействия.

2.      Ряд ученых рекомендуют руководствоваться подбором параметров осветитель­ной установки на основе строгих указаний на физиологические особенности воздействия света на организм, для задания необходимого в каждой конкретной ситуации состояния организма на зрительном, биологическом и психофизиоло­гическом уровнях. На сегодняшний день не разработаны ни такие указания, ни система жестких параметров светоцветовой среды и их критериев.

3.      Перспективным выглядит применение полученных результатов для создания ав­томатической системы регулирования освещения, изменяющей параметры све­товой среды в зависимости от требований и параметров конкретных трудового или восстановительного процессов.

4. Проведенные исследования, на данном этапе, позволяют утверждать, о необхо­димости в проведении экспериментальных исследований по воздействию на орга­низм излучения современных и перспективных источников света, особенно в свя­зи с чрезвычайным разнообразием спектрального состава их излучений.

Литература:

1.      Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике. - М.: Знак, - 2006. - 972с.

2.      В.Ван Боммель. Результаты последних исследований и их значение для светотехнической прак­тики. //Светотехника. - 2005. - №4. С.4-6.

3.      Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники Ч.2. - М.: Энергоатомиздат, - 1989. - 432с.

4.      Г.К. Брейнард, И. Провенсио. Восприятие света как стимула незрительных реакций человека. //Светотехника. - 2008. - №1, С.6-12.

5.      Федюкина Г.В. Зрительные, биологические и эмоциональные аспекты освещения - что нового для нормирования? //Светотехника. - 2005. - №5. С. 10-11.

6.      Р. Вайтцель.  О влиянии света на человека с учетом новых воззрений. //Светотехника. - 2005. -№5. С.12-15.

7.      Я.Шанда. Свет, как актиничное (фотохимически активное) излучение. //Светотехника. - 2006. -№3. С.51-53.

8.      Рончи Л.Р. Зрение и освещение. Начало ХХІ века. //Светотехника. - 2001. - №6. С.6-10.

9.      Иоахим Фиш. Свет и здоровье. Новости светотехники. М.: Дом Света. - 2001. - В.5-6. - 37стр.

10.  Г.Ван Ден Бельд. Свет и здоровье. //Светотехника. - 2003. - №1. стр.4-7.

11.  Рончи Л.Р. Зрительные и биологические воздействия света в новом тысячелетии: предложения для образования. //Светотехника. - 2005. - №5. С.4-9.

12.  Рончи Л. Р. Зрительные и биологические воздействия света в новом тысячелетии: предложения для образования. //Светотехника. - 2005. - №6, С.24-27.

13.  Р. Вайтцель, Р. А. Ваккер. О влиянии света на человека с учетом новых воззрений (взгляд изгото­вителей ламп). //Светотехника. - 2005. - №5. С. 12-16.

 

 

 

ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ВПЛИВУ СВІТЛОВОЇ СЕРЕДИ НА ОРГАНІЗМ

ЛЮДИНИ С. С. Овчинников, О.О.Сіробаба Стаття присвячена аналізу ефективності параметрів впливу світло кольорової середи на організм людини в зоровому, психофізіологічному та біологічному аспектах и методам їх визначення. Приведена структурна схема експериментальної установки, яка дозволяє реєструвати ці параметри з подальшою обробкою.

 

INFLUENCE EFFICIENCY OF LIGHT MEDIUM FOR A HUMAN BODY S. S.Ovchinnikov, A. A.Serobaba Paper analyses light influence efficiency for a human in visible, psycho physiological and biological aspects. It presents a structural arrangement of experimental system that can register and analyze these variables of light.

Страницы:
1 


Похожие статьи

С С Овчинников - Оценка эффективности влияния световой среды на организм человека