教室光環境對中小學生視力及視力不良的影響研究

許建興

(廈門立達信照明有限公司， 福建 廈門 361006)

引言

兒童青少年是祖國的未來和民族的希望。近年來，各地、各部門不斷加強和創新兒童青少年視力健康管理機制，探索構建兒童青少年視力低下防控體系，取得積極成效。但兒童青少年視力不良狀況仍十分嚴峻，視力不良檢出率持續上升且低齡化趨勢明顯，近視已成為一個困擾兒童青少年、家庭、學校、社會的重大公共衛生問題[1-3]。2021年國家衛生健康委員會的數據顯示，2020年我國兒童青少年的總體近視率高達52.7%，比2018年下降了0.9個百分點，近視防控任務艱巨。

除了課業負擔重，手機、電腦等電子產品普及，用眼過度、缺乏體育鍛煉和戶外活動等常見因素外[4]，教室照明環境不合格也是造成視力不良的重要影響因素之一[5]。然而，段佳麗等[6]于2007年調查北京市4區中小學校教室的照明環境時發現，中小學校教室的平均照度為(264.9±118.9)lx，合格率僅為33.7%；而黑板的照度合格率僅為16.7%；張家口市中小學校教室照明合格率為94%[7]。沈英琪等[8]的調研結果也表明，目前我國大多數中小學校教室的照明環境普遍存在照度較低、照度均勻度偏低等問題。有研究表明，在照明環境不合格教室中學習生活的學生視力不良的檢出風險顯著高于在照明環境合格教室中學習生活的學生[9]。但教室照明環境改善對中小學生視力發展和視力不良的影響尚不清楚。基于此，本研究借助廈門市2016年至2019年的學生年度體檢資料，分析教室光環境改善與學生視力及視力不良的相關性，探討學生近視的發生與發展的可能影響機制和風險因素，為兒童青少年的近視防控工作提供依據和新思路。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選擇廈門市五緣實驗學校(九年制)作為項目校，廈門市蔡塘學校、廈門市湖里實驗小學、廈門市湖里中心小學及其小學升初中劃片區對應為廈門市蔡塘學校、廈門市湖里實驗中學和廈門市湖里中學作為對照校，且項目校和對照校同屬于湖里區鄰近學校，教材和教學質量評估要求一致。為評估教室照明環境改造對學生視力及其視力不良的預防效果，本研究通過學生的身份證號碼作為唯一編碼鏈接四年體檢數據，排除視力數據不完整、身份證號不完整及不能完整鏈接的研究對象后，共納入3 647名學生數據進行分析。

1.2 納入與排除標準

1.2.1 納入標準：① 廈門市2016年至2019年均參加了體檢的中小學生；② 廈門市2016年至2019年視力檢查檔案完整者；③廈門市2016年至2019年未轉入其他學校者。

1.2.2 排除標準：① 患有病理性近視者，如近視弧形斑、豹紋狀眼底、黃斑部出血；②有重要臟器疾病者(如先心病、腎病等)。

1.3 數據收集

1.3.1 體檢數據：項目校和對照校所有學生的年度體檢檔案，包括身高、體重、視力等資料。數據來源于廈門市教育事務受理中心。

1.3.2 視力測量：采用標準對數視力表由體檢隊指定的專人對學生的視力進行測量。受試者距視力表5米處站立，用遮眼板輪換將雙眼遮上，先查左眼，后查右眼，均為裸眼視力。先從5.0一行視標認起。如看不清逐行上查，如辨認無誤則逐行下查。每個視標的識別時間不超過5 s。4.0～4.5各行視標中，每行不能認錯1個；4.6～5.0各行中，每行不能認錯2個；5.1～5.3各行中，每行不能認錯3個。超過該規定就不再往下檢查，而以該行的上一行記為該受檢者視力。如5 m處不能辨認視力表最上一行視標時，令受檢者站立于距視力表2.5 m處或1 m處，檢查其是否能看清最上一行視標，若能看清，則用4.0分別減去校正數值0.3或0.7后，記為該受檢者視力。將受檢者的左、右眼裸眼視力，分別記入相應表格內。

1.4 指標定義

視力不良：任何一只眼睛的視力小于5.0者即可診斷為視力不良。

1.5 統計分析

采用SPSS 20.0統計軟件進行數據分析，計量資料采用均數±標準差的形式呈現，計數資料采用百分比的形式呈現。2016年至2019年項目校與對照校學生視力水平的縱向變化情況采用重復測量資料的方差分析進行檢驗，采用配對卡方檢驗兩組間視力低下率或近視率的差異。

2 結果與討論

2.1 項目校教室照明改造效果

項目校教室照明改造前使用傳統的T8熒光燈燈具，照明質量指標明顯低于國家標準要求，與沈英琪等[8]在全國多地實地的調研結果一致，現有大面積使用的普通熒光燈仍存在教室桌面和黑板照度值偏低、照度均勻度不達標、顯色指數低于國家標準、教室燈具沒有加裝防眩光部件、燈具色溫超出標準要求、光頻閃等主要指標項不達標問題，經立達信LED護眼燈改造后，教室桌面的平均照度從163 lx提升到516 lx；照度均勻度從改造前的0.58提高為0.8；黑板面的平均照度和照度均勻度也得到顯著的提升，且均達到國家標準GB 7793—2010《中小學校教室采光和照明衛生標準》中相關的要求。此外，眩光、顯色指數和色溫也得到較大改善。尤其是燈光改造后光頻閃(波動深度)顯著下降，由改造前的46%降低至1.2%，見表1。與2016年相比，燈光改造4年后教室的平均照度衰減了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，衰減8.3%；色溫下降1.7%。而教室的照度均勻度、黑板的照度均勻度、眩光、光頻閃(波動深度)、顯色指數等未檢測到明顯衰減，且2016年至2019年項目校光環境一直優于國家標準要求。截止2020年底，從湖里區政府網公開的采購信息顯示[10]，僅廈門市蔡塘學校進行教室燈光改造項目(招投標采購項目名稱為教室及教師辦公室護眼燈，招標文件編號：GW2020-SH755)。

表1 項目校教室照明環境改造前后主要照明參數比較Table 1 Comparison of main lighting parameters before and after the classroom lighting renovation of the project school

2.2 研究對象基本情況

本研究共納入3 647名6～11歲小學生，其中男生1 995(54.7%)名，女生1 652(45.3%)名。各年齡組間男女學生項目校和對照校的構成比例均無統計學差異(P>0.05)，詳見表2。

表2 研究對象的基本情況Table 2 Basic information about the research subject

2.3 項目校與對照校學生視力水平的變化趨勢比較

2016年教室照明改造時對照校和項目校6～11歲學生的左右眼視力的平均水平均為4.9，而照明改造兩年后(2018年)項目校學生的左右眼視力的平均水平下降至4.8，而對照校學生的左右眼視力水平下降至4.7；照明改造三年后(2019年)項目校學生左右眼的視力平均水平仍為4.8，而對照校學生左眼視力的平均水平仍為4.7，但右眼視力的平均水平繼續下降至4.6。重復測量資料的方差分析結果顯示，項目校與對照校學生左右眼視力的平均水平存在顯著性差異(P<0.001)，詳見表3。

表3 項目校與對照校學生視力水平變化趨勢比較Table 3 Comparison of the eyesight change of the students between project school and control schools

2.4 項目校與對照校中小學生視力不良檢出率的變化趨勢比較

表4結果顯示，對照校2016年、2017年、2018年和2019年6～11歲學生視力不良的檢出率分別為59.7%、63.7%、68.1%和76.1%，而項目校2016年、2017年、2018年和2019年6～11歲學生視力不良的檢出率分別為53.7%、48.2%、52.0%和62.0%。配對卡方檢驗結果顯示項目校6～11歲學生兩年后和三年后視力不良的新發率或轉歸率顯著低于對照校(P<0.001)。

表4 項目校與對照校學生視力不良檢出率變化趨勢比較Table 4 Comparison of the prevalence of poor eyesight of the students between project school and control schools

2.5 分析與討論

針對光環境的改變，有專家提出不合格的視覺環境是形成近視的主要原因，而不是用眼習慣，以往很多動物實驗也證實了光照時間與動物的眼球屈光發育狀態相關。基于此，本研究中項目校教室的平均照度由163lx提高至516lx，提高了216%，光頻閃的波動深度由46%下降至1.2%，統一眩光指數(UGR)從23降低至UGR<16等，明顯改善了學生用眼光環境，這可能是項目校學生視力下降幅度小于對照校的原因之一。本研究還發現教室照明環境改造校學生三年中視力的下降幅度和視力不良的新發率均顯著低于對照校(P<0.001)，表明教室光環境改善對中小學生的視力下降和視力不良的發生具有一定的保護作用，可從國內其他專家學者的研究結果中找到科學證據和理論支持。華文娟等[11，12]的研究發現教室光環境改善后學生的視力下降幅度小于未改善教室。陶然等[13]的干預研究也發現提升教室照明條件、改善教室照明環境有利于延緩學生視力水平的下降，控制學生視力不良的發生。沈明珠等[14]研究了常熟市中小學教室采光照明合格與學生視力不良的相關性，在采光照明合格的教室里學習的學生視力不良率低于采光照明不合格教室的學生視力不良率，與葉盛等[5]研究結論一致。盡管類似這些直接通過干預教室照明來研究光強度對近視保護性效應的文獻較少，但不少有關中小學生戶外時間干預的流行病學研究，也從側面提示了高亮度的光環境對近視的保護作用。本研究從另一個層面揭示了提升照明光環境質量與中小學生平均視力水平具有正相關性，與視力不良率具有負相關性，為改善教室光環境從而保護學生視力提供科學依據。

近年來的大量臨床研究結果表明[15-18]，戶外活動具有防控近視的作用，但戶外活動抑制近視眼發展的保護機制仍未闡明。陳燦等[19]的研究結果提示戶外活動抑制近視發展的作用可能與光照強度及光譜的性質有關，且其抑制近視的作用是通過多巴胺通路介導。因此，我們進一步分析光環境對中小學生近視發生和發展的機制影響，推測其可能與光照提高視網膜多巴胺有關。由于多巴胺的合成和代謝具有光依賴性，受周圍環境亮度、時間和空間的影響；基礎研究發現，多巴胺是視網膜中重要的神經遞質，可提高日間視網膜功能，提示多巴胺可能是戶外活動對近視起延緩作用的因素之一。一種可能作用機制是高照度環境會促使眼球產生更多的多巴胺，光照越強，多巴胺的釋放量越多[15]。進一步研究發現，多巴胺的D1受體和D2受體平衡眼球的屈光發育，D1受體激活導致遠視化而D2受體激活導致近視化發育[15]。在高亮度光照條件下，視網膜細胞的D1受體激活，抑制近視的發生發展[16，17]。另一種可能作用機制是太陽光譜組成也是調控RPE細胞分泌多巴胺的重要因素，在近視發展中有保護作用[19]。本研究中項目校使用高品質LED光源，與熒光燈比，在可見光范圍內光譜更連續、更接近太陽光譜，這可能是項目校學生視力下降幅度小于對照校的另一個重要因素，有待于進一步研究太陽光譜、不同LED光譜與中小學生視力間的相關性及其影響機制，為戶外活動抑制近視發生發展的作用提供了科學依據和理論支持。因此，如何通過光照干預手段調控多巴胺D1或D2受體的連續效應，維持多巴胺水平的平衡以及多巴胺D1和D2受體的平衡，可能是預防和治療近視眼的有效選擇，相關探索性的研究正在進行中。

3 結論與展望

本研究發現教室燈光改造項目顯著提升了教室的照明環境，且在一定程度上可減緩學生視力下降的幅度和視力不良的發生率，表明教室照明環境改善對中小學生視力不良的防控具有重要積極意義。

盡管本研究借助縱向數據發現教室照明改造對學生視力發展及視力不良的發生率具有一定的保護作用，但本研究未調整戶外活動時間、眼保健操、學生課業負擔等主要影響因素，可能會影響本研究觀察到的關聯。然而，本研究選取了鄰近項目校、且與項目校辦學理念相一致的學校作為對照校。

結合本研究結果，呼吁學校及相關部門應重視中小學教室照明情況，并加強監測力度以確保各項照明指標均達到國家相應標準，為中小學生營造良好的光環境。但是，教室光環境參與近視發生發展的機制仍有待于進一步探究，亟需尋找近視相關的快速預測指標，以確定教室照明環境與中小學生視力間是否存在相關性，為近視眼防控提供科學依據。

致謝：感謝廈門市教育事務受理中心提供數據支持，北京大學兒童青少年衛生研究所馬軍教授團隊提供技術支持和指導。