Điốt phát quang (LED) được đánh giá cao về hiệu quả sử dụng năng lượng, độ bền và khả năng thích ứng đã nổi lên như công nghệ chiếu sáng hàng đầu trên toàn cầu. Mối lo ngại về ảnh hưởng sức khoẻ của việc phát ra ánh sáng xanh, vùng năng lượng-cao của quang phổ ánh sáng khả kiến (400–500 nm) mà đèn LED phát ra không cân xứng so với bóng đèn sợi đốt hoặc bóng đèn halogen thông thường, đã tăng lên do việc sử dụng rộng rãi chúng. Các chu kỳ sinh học kéo dài 24- giờ kiểm soát giấc ngủ, tổng hợp hormone và trao đổi chất được gọi là nhịp sinh học và ánh sáng xanh rất cần thiết cho sự điều hòa của chúng. Tuy nhiên, việc-tiếp xúc quá mức hoặc không đúng lúc với ánh sáng xanh nhân tạo{10}}đặc biệt là từ màn hình LED và đèn nội thất{11}}có liên quan đến các nguy cơ sức khỏe lâu dài, rối loạn giấc ngủ và suy giảm nhận thức. Để cân bằng những lợi ích của ánh sáng hiện đại, nghiên cứu này phân tích xem ánh sáng xanh từ đèn LED phá vỡ sinh học sinh học, làm suy giảm chất lượng giấc ngủ như thế nào và nghiên cứu các cách để giảm bớt những tác động này.
Nghiên cứu về ánh sáng xanh và nhịp sinh học
Nhịp sinh học: Đồng hồ bên trong cơ thể
Chu kỳ sáng-tối kéo dài 24- giờ trên Trái đất có liên quan đến các quá trình sinh lý được gọi là nhịp sinh học. Những nhịp điệu này, được điều khiển bởi nhân siêu âm của não (SCN), chi phối:
Chu kỳ ngủ và thức
Sản xuất melatonin
Nhiệt độ cơ thể
Mức độ cortisol
Yếu tố kích hoạt chính bên ngoài (zeitgeber) giúp thiết lập lại nhịp sinh học là ánh sáng. Các tế bào hạch võng mạc nhạy cảm với ánh sáng (ipRGC), các tế bào cảm quang chuyên biệt trong võng mạc, rất nhạy cảm với ánh sáng xanh (~480nm) và có thể cảm nhận được cả bước sóng và cường độ ánh sáng. Để phản ứng với ánh sáng xanh, ipRGC sẽ chặn "hormone ngủ" melatonin và gửi tín hiệu đến SCN để tăng sự tỉnh táo.
Vai trò kép của ánh sáng xanh
Lợi ích của ánh sáng xanh vào ban ngày: Ánh sáng xanh giúp cải thiện tâm trạng, sự tập trung và chức năng tinh thần.
Gián đoạn ban đêm: Việc tiếp xúc với ánh sáng xanh sau khi mặt trời lặn khiến não tin rằng đó là ban ngày, điều này làm trì hoãn việc sản xuất melatonin và gây ra những thay đổi trong các giai đoạn của giấc ngủ.
Tác động của ánh sáng xanh từ đèn LED đến giấc ngủ
So với các công nghệ chiếu sáng trước đây,đèn LEDtạo ra phổ ánh sáng xanh lớn hơn. Ngay cả khi điều này mô phỏng hiệu quả ánh sáng ban ngày để làm việc, thì việc tiếp xúc vào ban đêm, đặc biệt là qua màn hình, vẫn có tác động đáng kể đến cấu trúc của giấc ngủ:
1. Ức chế Melatonin
Theo một nghiên cứu đột phá của Harvard, 6,5 giờ tiếp xúc với ánh sáng xanh gây ra sự thay đổi trong nhịp sinh học trong 3 giờ và thời gian ức chế melatonin lâu gấp đôi so với ánh sáng xanh.
Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Sleep Medicine, thậm chí hai giờ sử dụng màn hình LED trước khi đi ngủ cũng làm giảm lượng melatonin xuống 23%.
2. Giảm thời lượng giấc ngủ và bắt đầu giấc ngủ muộn
Trong một nghiên cứu năm 2015 được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, những người tham gia đọc sách giấy và sách điện tử có-có đèn nền LED. Độc giả E{3}}có ít giấc ngủ REM hơn và cần thêm 10 phút để chìm vào giấc ngủ.
Phơi nhiễm mãn tính có liên quan đến tình trạng "lệch múi giờ xã hội", một tình trạng mà mọi người tích lũy nợ ngủ do chu kỳ giấc ngủ không đều.
3. Phá vỡ cấu trúc giấc ngủ
Ánh sáng xanh ức chế giấc ngủ REM và sóng chậm-, vốn rất cần thiết để điều chỉnh cảm xúc và củng cố ký ức.
Rối loạn giấc ngủ làm tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường và béo phì.
4. Ảnh hưởng lâu dài{1}}đến sức khỏe
WHO đã xác định sự mất cân bằng sinh học do ánh sáng nhân tạo là chất gây ung thư Nhóm 2A (có thể gây ung thư) vì nó có liên quan đến ung thư tuyến tiền liệt và ung thư vú.
Trầm cảm, khả năng miễn dịch suy yếu và các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer có liên quan đến chất lượng giấc ngủ kém.
Quần thể có nguy cơ
Một số nhóm nhân khẩu học đặc biệt dễ bị tổn thương trước tác động tiêu cực của ánh sáng xanh:
Thanh thiếu niên: Thanh thiếu niên trì hoãn các giai đoạn sinh học tự nhiên có nhiều khả năng sử dụng màn hình vào ban đêm, điều này làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu ngủ.
Người làm việc theo ca: Việc tiếp xúc với ánh sáng không thường xuyên sẽ làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư và các bệnh về chuyển hóa.
Người mắc chứng rối loạn thần kinh và người mất ngủ: Những người mắc chứng lo âu hoặc ADHD thường có biểu hiện tăng độ nhạy sáng.
Đánh giá mức độ tiếp xúc với ánh sáng xanh
Việc phát triển các giải pháp chiếu sáng an toàn hơn đòi hỏi sự hiểu biết và khả năng đo lượng phát thải ánh sáng xanh:
1. Biện pháp
Cường độ ánh sáng xanh được biểu thị bằng Nhiệt độ màu tương quan (CCT), được đo bằng Kelvin (K). Nhiều ánh sáng xanh được phát ra bởi đèn LED ban ngày (5000K–6500K) hơn so với màu trắng ấm (2700K–3000K).
So với lux tiêu chuẩn, lux melanopic là một thước đo gần đây nhấn mạnh đến sự kích thích ipRGC và đưa ra đánh giá chính xác hơn về hiệu ứng sinh học.
2. Dụng cụ
Máy quang phổ: Dụng cụ đo sự phân bố công suất quang phổ bao gồm Sekonic C-800.
Ứng dụng dành cho thiết bị di động: Sử dụng camera trên điện thoại thông minh, các ứng dụng như LightSpectrum Pro sẽ tính toán lượng ánh sáng xanh.
3. Thiếu sót về quy định
Hiệu quả sử dụng năng lượng, chứ không phải sức khỏe sinh học, mới là điểm nhấn chính của các tiêu chuẩn hiện hành (chẳng hạn như ENERGY STAR). Tuy nhiên, tiêu chuẩn ánh sáng hắc tố cho thiết kế kiến trúc hiện là một phần của Tiêu chuẩn Xây dựng WELL.
Chiến lược giảm nhẹ
1. Can thiệp cá nhân
Cài đặt chế độ ban đêm: Sau khi mặt trời lặn, các bộ lọc màu hổ phách, chẳng hạn như Apple Night Shift, được máy tính và điện thoại thông minh sử dụng để giảm ánh sáng xanh.
Kính chặn ánh sáng xanh: Theo một nghiên cứu năm 2017 được công bố trên Tạp chí Sức khỏe vị thành niên, tròng kính có màu hổ phách-có thể làm giảm 58% khả năng ức chế melatonin.
Thay đổi hành vi: Sử dụng ánh sáng ấm, nhẹ vào buổi tối và tránh sử dụng màn hình từ một đến hai giờ trước khi đi ngủ.
2. Những đổi mới trong thiết kế chiếu sáng
Đèn LED có thể được điều chỉnh để thay đổi CCT suốt cả ngày (ví dụ: 6500K vào buổi sáng và 2700K vào ban đêm) được gọi là đèn LED-thân thiện với sinh học.
-Bóng đèn xanh lam thấp: Các lựa chọn "Độ mờ ấm" với quang phổ màu xanh lam thấp hơn có sẵn từ các thương hiệu như Philips Hue.
3. Những thay đổi trong ngành và chính sách
Nguyên tắc AMA: Để giảm rối loạn nhịp sinh học, Hiệp hội Y khoa Hoa Kỳ khuyên đèn đường nên có CCT nhỏ hơn hoặc bằng 3000K.
Tiêu chuẩn ghi nhãn: Tương tự như xếp hạng năng lượng, những người đề xuất kêu gọi dán nhãn "an toàn sinh học" chođèn LED.
4. Giải pháp về Kiến trúc
Hệ thống chiếu sáng động: Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL) được sử dụng trong văn phòng và bệnh viện để phù hợp với chu kỳ của ánh sáng tự nhiên.
Giảm lượng ánh sáng xanh chiếu vào vào ban đêm bằng cách sử dụng rèm cản sáng và kính thông minh.
Hạn chế và thảo luận
Nguy hiểm quá mức? Một số người cho rằng ánh sáng xanh phổ biến hơn trong ánh sáng ban ngày tự nhiên so với đèn LED. Tuy nhiên, thời gian và cường độ rất quan trọng vì ánh sáng bên ngoài không có vào ban đêm và phù hợp với sinh học vào buổi sáng.
Chi phí liên quan đến hiệu quả: Do đèn LED-CCT thấp hơn sử dụng nhiều năng lượng hơn nên có xung đột giữa tính bền vững và sức khỏe.
Sự thay đổi của từng cá nhân: Không phải mọi người dùng đều cần các phương pháp điều trị giống nhau; độ nhạy sáng bị ảnh hưởng bởi các biến số di truyền.
Triển vọng cho tương lai
Vật liệu tiên tiến: Đèn LED hữu cơ (OLED) và chấm lượng tửđèn LEDcó thể cung cấp khả năng kiểm soát phổ chính xác.
Các hệ thống được hỗ trợ bởi AI-có khả năng điều chỉnh theo kiểu gen sinh học của từng cá nhân được gọi là hệ thống chiếu sáng được cá nhân hóa.
Các chiến dịch y tế công cộng: giảng dạy "vệ sinh nhẹ nhàng" ở nơi làm việc và trường học.
Đèn LED xanh lam là con dao hai lưỡi: cần thiết suốt cả ngày nhưng có hại nếu sử dụng sai mục đích sau khi trời tối. Khi các nghiên cứu xác nhận mối liên hệ giữa ánh sáng xanh nhân tạo, các vấn đề về giấc ngủ và rối loạn nhịp sinh học, người dân và doanh nghiệp cần thực hiện các biện pháp phòng ngừa để giảm thiểu mối nguy hiểm mà không ảnh hưởng đến lợi ích của công nghệ LED. Có nhiều cách để cân bằng các yêu cầu sinh học với cuộc sống hiện đại, từ bộ lọc màn hình đến hệ thống chiếu sáng đô thị thông minh hơn. Trong-thế kỷ XXI, nền văn minh có thể khai thác sức mạnh của ánh sáng để tiếp thêm sinh lực, chữa lành và duy trì sức khỏe-bằng cách ưu tiên hàng đầu cho sức khỏe sinh học trong thiết kế và chính sách.
