PSYCHOPHYSIOLOGICAL EFFECTS OF LED LIGHTING IN CONDITIONS OF THE HERMETIC OBJECTS

Full Text

ВВЕДЕНИЕ Одной из важнейших систем, обеспечивающих эффективное функционирование человека-оператора в условиях гермообъекта, окруженного агрессивной внешней средой (космос, морские глубины, условия Крайнего Севера и т. п.), является система освещения. Наиболее перспективными источниками света для применения в таких гермообъектах могут стать светодиоды, обладающие рядом технических достоинств: высокой надежностью, долговечностью, экономичностью, низким энергопотреблением, пожарной, ударной, вибрационной и экологической безопасностью [1, 2]. Однако при всех неоспоримых преимуществах светодиодов неравномерность спектрального состава их света (преобладание синего компонента и сниженная доля зеленого) способна прямо или косвенно повлиять на психическую работоспособность оператора, являющуюся основой надежности, качества и безопасности его профессиональной деятельности. Прямое действие света на психическую работоспособность реализуется за счет изменения функциональной активности зрительного анализатора и отражается на качестве и продуктивности выполнения сенсомоторных операторских задач. Незрительные эффекты световой среды проявляются в изменениях психоэмоционального состояния человека-оператора, структуры и качества его сна, уровня дневной активности, свойств внимания и в конечном счете определяют точность и продуктивность выполнения абстрактно-логических задач. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ С целью обоснования целесообразности применения светодиодных источников света в космических летательных аппаратах и других гермообъектах на базе государственного научного центра Российской Федерации «Институт медико-биологических проблем» Российской Академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) в рамках договора № 14-04-735 с ЗАО «НПЦ “НИИ микроприборов”» от 27.03.2014 г. было проведено комплексное исследование особенностей психической работоспособности оператора в условиях светодиодного освещения с различными спектрально-энергетическими характеристиками. Работа выполнялась в глубоководном водолазном комплексе (ГВК-250) с контролируемыми параметрами среды обитания на связных выборках, состоящих из здоровых добровольцев-мужчин (в возрасте от 25 до 43 лет). Было проведено 2 эксперимента продолжительностью 12 сут в условиях светодиодного освещения с постоянными спектрально-энергетическими характеристиками (постоянного светодиодного освещения) (коррелированная цветовая температура (КЦТ) 4000 К, n = 10) и 2 эксперимента продолжительностью 11,5 сут в условиях светодиодного освещения с варьируемыми во времени спектрально-энергетическими характеристиками (динамического светодиодного освещения), моделирующими естественный суточный цикл (КЦТ от 2200 К до 8000 К, n = 8). Фоновые значения психофизиологических показателей регистрировались в условиях люминесцентного освещения (КЦТ = 4000 К) при том же уровне освещенности. Психическая работоспособность оценивалась с помощью методик «Корректурная проба», «Адаптивная модель операторской деятельности» (АМОД) и «Реакция на движущийся объект» (РДО). Психоэмоциональное состояние, субъективные показатели качества сна и выраженность дневной сонливости оценивались соответственно с помощью опросников: Профиль настроения, Leeds Sleep Evaluation Questionnaire (LSEQ) и Karolinska Sleepiness Scale (KSS). Также оценивались: суммарная граница поля зрения (СГПЗ) на синий и зеленый цвета, критическая частота слияния мельканий (КЧСМ) и запас относительной аккомодации (ЗОА) по методу Аветисова. Статистическая обработка результатов выполнялась методами непараметрической статистики в программе Statistica 10. Статистическая значимость различий проверялась с помощью парного критерия Т-Вилкоксона. Программа экспериментальных исследований по уровню научной обоснованности и обеспечению безопасности была признана соответствующей нормам биомедицинской этики и одобрена Комиссией по биомедицинской этике ГНЦ РФ-ИМБП РАН (протокол № 367 от 31.07.2014 г.). РЕЗУЛЬТАТЫ Исследование показало, что оба режима светодиодного освещения в условиях гермообъекта способны обеспечить сохранение высокой работоспособности оператора на протяжении 12-суточной изоляции. В условиях постоянного светодиодного освещения продуктивность тестовой деятельности (корректурная проба) увеличилась на 14,2-27,8% (по медиане) по сравнению с фоном (р < 0,05, критерий Вилкоксона, n = 10). Качество счета (АМОД) имело тенденцию к росту и, начиная с 9-х сут, значимо (р < 0,05, n = 10) превышало фоновые значения (на 26,6-31,5% по медиане). Отмечены косвенные признаки позитивного влияния динамического светодиодного освещения на баланс процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе (по данным РДО). В фоне у всех операторов преобладали запаздывающие реакции на движущийся объект, а среднее отклонение РДО было смещено вверх от нулевой линии. В условиях динамического светодиодного освещения количество и выраженность запаздывающих ответов существенно сократились, а среднее отклонение РДО уменьшилось на 22-75,6% (по медиане) по сравнению с фоном и приблизилось к оптимальной области. Также показано, что светодиодное освещение с изменяемыми спектрально- энергетическими характеристиками оказало более выраженное активирующее влияние на психоэмоциональное состояние операторов, чем постоянное светодиодное освещение. «Интегральный показатель настроения» (Профиль настроения) вырос в условиях динамического светодиодного освещения на 78,9% (по медиане), а в условиях постоянного светодиодного освещения - на 14,1% (по медиане) по сравнению с фоновым значением (р = 0,063, критерий Вилкоксона, n = 8). Апробированные режимы светодиодного освещения не оказали значимого влияния (p > 0,05) на субъективную оценку сна по показателям «Засыпание», «Качество сна», «Пробуждение», «Состояние после пробуждения» (LSEQ), а также на дневную активность и сонливость (KSS, LSEQ) операторов. Светодиодное освещение с изменяемыми спектрально-энергетическими характеристиками в целом не оказало негативного влияния на функциональную активность зрительного анализатора в условиях 11,5-суточной изоляции. Однако отмечено снижение отдельных функциональных показателей: ЗОА - на 14,3% по медиане (р < 0,05, критерий Вилкоксона, n = 8), СГПЗ на синий (-6,3% по медиане) и зеленый (-9,1% по медиане) цвета (р < 0,01, критерий Вилкоксона, n = 16). В то же время КЧСМ - наиболее чувствительный показатель развития астенопии - практически не изменился по сравнению с фоном. Аналогичные исследования эффектов светодиодного освещения вне гермообъекта не выявили ухудшения функциональной активности зрительного анализатора [2-4]. Это дает основание полагать, что обнаруженные снижение ЗОА и сужение СГПЗ могут быть обусловлены пребыванием в замкнутом объеме, а не спектральным составом освещения. Субъективной симптоматики, указывающей на развитие патологии зрительного анализатора, а также морфофункциональных изменений сетчатки (по данным оптической когерентной томографии и электроретинографии) в условиях динамического светодиодного освещения также выявлено не было. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Результаты работы в целом согласуются с мнением экспертного сообщества и могут быть положены в основу дальнейшей оптимизации и внедрения светодиодных источников света с целью решения задач эргономики труда в условиях искусственной среды обитания [5, 6].

About the authors

A E Smoleevskiy

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

O M Man’ko

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

Yu A Bubeev

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

T A Smirnova

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

References

Supplementary files