教室光环境对中小学生视力及视力不良的影响研究

许建兴

(厦门立达信照明有限公司， 福建 厦门 361006)

引言

儿童青少年是祖国的未来和民族的希望。近年来，各地、各部门不断加强和创新儿童青少年视力健康管理机制，探索构建儿童青少年视力低下防控体系，取得积极成效。但儿童青少年视力不良状况仍十分严峻，视力不良检出率持续上升且低龄化趋势明显，近视已成为一个困扰儿童青少年、家庭、学校、社会的重大公共卫生问题[1-3]。2021年国家卫生健康委员会的数据显示，2020年我国儿童青少年的总体近视率高达52.7%，比2018年下降了0.9个百分点，近视防控任务艰巨。

除了课业负担重，手机、电脑等电子产品普及，用眼过度、缺乏体育锻炼和户外活动等常见因素外[4]，教室照明环境不合格也是造成视力不良的重要影响因素之一[5]。然而，段佳丽等[6]于2007年调查北京市4区中小学校教室的照明环境时发现，中小学校教室的平均照度为(264.9±118.9)lx，合格率仅为33.7%；而黑板的照度合格率仅为16.7%；张家口市中小学校教室照明合格率为94%[7]。沈英琪等[8]的调研结果也表明，目前我国大多数中小学校教室的照明环境普遍存在照度较低、照度均匀度偏低等问题。有研究表明，在照明环境不合格教室中学习生活的学生视力不良的检出风险显著高于在照明环境合格教室中学习生活的学生[9]。但教室照明环境改善对中小学生视力发展和视力不良的影响尚不清楚。基于此，本研究借助厦门市2016年至2019年的学生年度体检资料，分析教室光环境改善与学生视力及视力不良的相关性，探讨学生近视的发生与发展的可能影响机制和风险因素，为儿童青少年的近视防控工作提供依据和新思路。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选择厦门市五缘实验学校(九年制)作为项目校，厦门市蔡塘学校、厦门市湖里实验小学、厦门市湖里中心小学及其小学升初中划片区对应为厦门市蔡塘学校、厦门市湖里实验中学和厦门市湖里中学作为对照校，且项目校和对照校同属于湖里区邻近学校，教材和教学质量评估要求一致。为评估教室照明环境改造对学生视力及其视力不良的预防效果，本研究通过学生的身份证号码作为唯一编码链接四年体检数据，排除视力数据不完整、身份证号不完整及不能完整链接的研究对象后，共纳入3 647名学生数据进行分析。

1.2 纳入与排除标准

1.2.1 纳入标准：① 厦门市2016年至2019年均参加了体检的中小学生；② 厦门市2016年至2019年视力检查档案完整者；③厦门市2016年至2019年未转入其他学校者。

1.2.2 排除标准：① 患有病理性近视者，如近视弧形斑、豹纹状眼底、黄斑部出血；②有重要脏器疾病者(如先心病、肾病等)。

1.3 数据收集

1.3.1 体检数据：项目校和对照校所有学生的年度体检档案，包括身高、体重、视力等资料。数据来源于厦门市教育事务受理中心。

1.3.2 视力测量：采用标准对数视力表由体检队指定的专人对学生的视力进行测量。受试者距视力表5米处站立，用遮眼板轮换将双眼遮上，先查左眼，后查右眼，均为裸眼视力。先从5.0一行视标认起。如看不清逐行上查，如辨认无误则逐行下查。每个视标的识别时间不超过5 s。4.0～4.5各行视标中，每行不能认错1个；4.6～5.0各行中，每行不能认错2个；5.1～5.3各行中，每行不能认错3个。超过该规定就不再往下检查，而以该行的上一行记为该受检者视力。如5 m处不能辨认视力表最上一行视标时，令受检者站立于距视力表2.5 m处或1 m处，检查其是否能看清最上一行视标，若能看清，则用4.0分别减去校正数值0.3或0.7后，记为该受检者视力。将受检者的左、右眼裸眼视力，分别记入相应表格内。

1.4 指标定义

视力不良：任何一只眼睛的视力小于5.0者即可诊断为视力不良。

1.5 统计分析

采用SPSS 20.0统计软件进行数据分析，计量资料采用均数±标准差的形式呈现，计数资料采用百分比的形式呈现。2016年至2019年项目校与对照校学生视力水平的纵向变化情况采用重复测量资料的方差分析进行检验，采用配对卡方检验两组间视力低下率或近视率的差异。

2 结果与讨论

2.1 项目校教室照明改造效果

项目校教室照明改造前使用传统的T8荧光灯灯具，照明质量指标明显低于国家标准要求，与沈英琪等[8]在全国多地实地的调研结果一致，现有大面积使用的普通荧光灯仍存在教室桌面和黑板照度值偏低、照度均匀度不达标、显色指数低于国家标准、教室灯具没有加装防眩光部件、灯具色温超出标准要求、光频闪等主要指标项不达标问题，经立达信LED护眼灯改造后，教室桌面的平均照度从163 lx提升到516 lx；照度均匀度从改造前的0.58提高为0.8；黑板面的平均照度和照度均匀度也得到显著的提升，且均达到国家标准GB 7793—2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》中相关的要求。此外，眩光、显色指数和色温也得到较大改善。尤其是灯光改造后光频闪(波动深度)显著下降，由改造前的46%降低至1.2%，见表1。与2016年相比，灯光改造4年后教室的平均照度衰减了20.3%，黑板面的平均照度由2016年的756 lx下降到了2020年的695 lx，衰减8.3%；色温下降1.7%。而教室的照度均匀度、黑板的照度均匀度、眩光、光频闪(波动深度)、显色指数等未检测到明显衰减，且2016年至2019年项目校光环境一直优于国家标准要求。截止2020年底，从湖里区政府网公开的采购信息显示[10]，仅厦门市蔡塘学校进行教室灯光改造项目(招投标采购项目名称为教室及教师办公室护眼灯，招标文件编号：GW2020-SH755)。

表1 项目校教室照明环境改造前后主要照明参数比较Table 1 Comparison of main lighting parameters before and after the classroom lighting renovation of the project school

2.2 研究对象基本情况

本研究共纳入3 647名6～11岁小学生，其中男生1 995(54.7%)名，女生1 652(45.3%)名。各年龄组间男女学生项目校和对照校的构成比例均无统计学差异(P>0.05)，详见表2。

表2 研究对象的基本情况Table 2 Basic information about the research subject

2.3 项目校与对照校学生视力水平的变化趋势比较

2016年教室照明改造时对照校和项目校6～11岁学生的左右眼视力的平均水平均为4.9，而照明改造两年后(2018年)项目校学生的左右眼视力的平均水平下降至4.8，而对照校学生的左右眼视力水平下降至4.7；照明改造三年后(2019年)项目校学生左右眼的视力平均水平仍为4.8，而对照校学生左眼视力的平均水平仍为4.7，但右眼视力的平均水平继续下降至4.6。重复测量资料的方差分析结果显示，项目校与对照校学生左右眼视力的平均水平存在显著性差异(P<0.001)，详见表3。

表3 项目校与对照校学生视力水平变化趋势比较Table 3 Comparison of the eyesight change of the students between project school and control schools

2.4 项目校与对照校中小学生视力不良检出率的变化趋势比较

表4结果显示，对照校2016年、2017年、2018年和2019年6～11岁学生视力不良的检出率分别为59.7%、63.7%、68.1%和76.1%，而项目校2016年、2017年、2018年和2019年6～11岁学生视力不良的检出率分别为53.7%、48.2%、52.0%和62.0%。配对卡方检验结果显示项目校6～11岁学生两年后和三年后视力不良的新发率或转归率显著低于对照校(P<0.001)。

表4 项目校与对照校学生视力不良检出率变化趋势比较Table 4 Comparison of the prevalence of poor eyesight of the students between project school and control schools

2.5 分析与讨论

针对光环境的改变，有专家提出不合格的视觉环境是形成近视的主要原因，而不是用眼习惯，以往很多动物实验也证实了光照时间与动物的眼球屈光发育状态相关。基于此，本研究中项目校教室的平均照度由163lx提高至516lx，提高了216%，光频闪的波动深度由46%下降至1.2%，统一眩光指数(UGR)从23降低至UGR<16等，明显改善了学生用眼光环境，这可能是项目校学生视力下降幅度小于对照校的原因之一。本研究还发现教室照明环境改造校学生三年中视力的下降幅度和视力不良的新发率均显著低于对照校(P<0.001)，表明教室光环境改善对中小学生的视力下降和视力不良的发生具有一定的保护作用，可从国内其他专家学者的研究结果中找到科学证据和理论支持。华文娟等[11，12]的研究发现教室光环境改善后学生的视力下降幅度小于未改善教室。陶然等[13]的干预研究也发现提升教室照明条件、改善教室照明环境有利于延缓学生视力水平的下降，控制学生视力不良的发生。沈明珠等[14]研究了常熟市中小学教室采光照明合格与学生视力不良的相关性，在采光照明合格的教室里学习的学生视力不良率低于采光照明不合格教室的学生视力不良率，与叶盛等[5]研究结论一致。尽管类似这些直接通过干预教室照明来研究光强度对近视保护性效应的文献较少，但不少有关中小学生户外时间干预的流行病学研究，也从侧面提示了高亮度的光环境对近视的保护作用。本研究从另一个层面揭示了提升照明光环境质量与中小学生平均视力水平具有正相关性，与视力不良率具有负相关性，为改善教室光环境从而保护学生视力提供科学依据。

近年来的大量临床研究结果表明[15-18]，户外活动具有防控近视的作用，但户外活动抑制近视眼发展的保护机制仍未阐明。陈灿等[19]的研究结果提示户外活动抑制近视发展的作用可能与光照强度及光谱的性质有关，且其抑制近视的作用是通过多巴胺通路介导。因此，我们进一步分析光环境对中小学生近视发生和发展的机制影响，推测其可能与光照提高视网膜多巴胺有关。由于多巴胺的合成和代谢具有光依赖性，受周围环境亮度、时间和空间的影响；基础研究发现，多巴胺是视网膜中重要的神经递质，可提高日间视网膜功能，提示多巴胺可能是户外活动对近视起延缓作用的因素之一。一种可能作用机制是高照度环境会促使眼球产生更多的多巴胺，光照越强，多巴胺的释放量越多[15]。进一步研究发现，多巴胺的D1受体和D2受体平衡眼球的屈光发育，D1受体激活导致远视化而D2受体激活导致近视化发育[15]。在高亮度光照条件下，视网膜细胞的D1受体激活，抑制近视的发生发展[16，17]。另一种可能作用机制是太阳光谱组成也是调控RPE细胞分泌多巴胺的重要因素，在近视发展中有保护作用[19]。本研究中项目校使用高品质LED光源，与荧光灯比，在可见光范围内光谱更连续、更接近太阳光谱，这可能是项目校学生视力下降幅度小于对照校的另一个重要因素，有待于进一步研究太阳光谱、不同LED光谱与中小学生视力间的相关性及其影响机制，为户外活动抑制近视发生发展的作用提供了科学依据和理论支持。因此，如何通过光照干预手段调控多巴胺D1或D2受体的连续效应，维持多巴胺水平的平衡以及多巴胺D1和D2受体的平衡，可能是预防和治疗近视眼的有效选择，相关探索性的研究正在进行中。

3 结论与展望

本研究发现教室灯光改造项目显著提升了教室的照明环境，且在一定程度上可减缓学生视力下降的幅度和视力不良的发生率，表明教室照明环境改善对中小学生视力不良的防控具有重要积极意义。

尽管本研究借助纵向数据发现教室照明改造对学生视力发展及视力不良的发生率具有一定的保护作用，但本研究未调整户外活动时间、眼保健操、学生课业负担等主要影响因素，可能会影响本研究观察到的关联。然而，本研究选取了邻近项目校、且与项目校办学理念相一致的学校作为对照校。

结合本研究结果，呼吁学校及相关部门应重视中小学教室照明情况，并加强监测力度以确保各项照明指标均达到国家相应标准，为中小学生营造良好的光环境。但是，教室光环境参与近视发生发展的机制仍有待于进一步探究，亟需寻找近视相关的快速预测指标，以确定教室照明环境与中小学生视力间是否存在相关性，为近视眼防控提供科学依据。

致谢：感谢厦门市教育事务受理中心提供数据支持，北京大学儿童青少年卫生研究所马军教授团队提供技术支持和指导。